JPWO2015146874A1 - Actuator, mover and armature - Google Patents
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Abstract
全長を短くでき、垂直型アクチュエータに適用した場合に全高を低くできるアクチュエータ、並びに、アクチュエータに使用する可動子及び電機子を提供する。直交する一方の平面に設けられた第1磁石11a、第3磁石11cと、他方の平面に設けられた第2磁石11b、第4磁石11dとで配列を界磁周期の1/4だけすらせた断面十字状の可動子1を、電機子2の中央部の十字状の貫通孔に挿入させて、アクチュエータ3は構成される。4個の第1−第4駆動コイル41a−41dへの電流の印加によって、位相を互いに90°ずらせて独立した交番磁界を貫通孔に発生させることにより、相一括集中巻きの構成であっても、1つの電機子2にて経時的に連続した推力を得る。Provided are an actuator capable of shortening the overall length and reducing the overall height when applied to a vertical actuator, and a mover and an armature used for the actuator. The first magnet 11a and the third magnet 11c provided on one orthogonal plane and the second magnet 11b and the fourth magnet 11d provided on the other plane are shifted by ¼ of the field period. The actuator 3 is configured by inserting the cross-shaped movable element 1 having a cross-section into a cross-shaped through-hole in the center of the armature 2. Even if it is the configuration of the collective winding of phases by applying current to the four first to fourth drive coils 41a-41d and generating independent alternating magnetic fields in the through holes by shifting the phases by 90 ° from each other. One armature 2 obtains continuous thrust over time.
Description
本発明は、直線運動を取り出すアクチュエータ、並びに、該アクチュエータに使用する可動子及び電機子に関する。 The present invention relates to an actuator that extracts linear motion, and a mover and an armature used for the actuator.
電子回路基板などの孔あけ機に用いるドリルの垂直移動装置、または、ピックアンドプレース(部品を掴んで所定の位置に置く)型ロボットにおける垂直移動機構などにあっては、高速な移動かつ高精度の位置決めが要求される。したがって、回転型モータの出力をボールねじにて直線運動(垂直運動)に変換するような従来の方法では、移動速度が遅いため、そのような要求を満たせない。 High-speed movement and high precision in vertical movement devices for drills used in drilling machines such as electronic circuit boards, or vertical movement mechanisms in pick-and-place (grabbing and placing parts) robots Positioning is required. Therefore, the conventional method in which the output of the rotary motor is converted into linear motion (vertical motion) with a ball screw cannot satisfy such a requirement because the moving speed is low.
そこで、このような垂直移動には、平行運動出力を直接に取り出し可能なアクチュエータ(リニアモータ)の利用が進められている。例えば、複数の平板状の永久磁石を配設した永久磁石構造体を可動子とし、駆動コイルを有する電機子を固定子として、固定子に可動子を貫通させた構成を有するアクチュエータが提案されている(特許文献1)。この特許文献1に開示されたアクチュエータでは、異極の磁極間を短絡する磁束が発生しにくい構造であるとともに、バイポーラ駆動することによって大きな最大推力を得ることができ、推力起磁力比を高くできる。また、従来技術として、交互に磁極が異なる複数の永久磁石を配置した固定子と、該固定子と磁気的空隙を介して配置されると共にスロットを有するコアに複数のコイルを巻装してなる電機子を構成する可動子とを備えたリニアモータが開示されている(特許文献2)。
Therefore, for such vertical movement, use of an actuator (linear motor) capable of directly extracting a parallel motion output has been promoted. For example, there has been proposed an actuator having a configuration in which a permanent magnet structure having a plurality of flat permanent magnets is used as a mover, an armature having a drive coil is used as a stator, and the mover is passed through the stator. (Patent Document 1). The actuator disclosed in
近年、加工精度の高度化に加えて、垂直型アクチュエータの撓みによる誤差を小さくするための高剛性化が要求されている。このような場合に、アクチュエータの全高が高いとその重心位置も高くなり、曲げモーメントによる可動子の撓みが大きくなって加工精度の悪化の原因となる。そこで、アクチュエータの長さを短くして、垂直型アクチュエータとして使用する場合に、全高を低くし、移動時の曲げモーメントによる可動子の撓みを小さくする要望が高まっている。特許文献1に記載の磁石可動型アクチュエータにあっては、上述したような優れた推力特性を得ることはできるが、3相駆動の場合に、各相の電機子を直列配置した構成になるため、全長が長くなって、垂直型アクチュエータとして使用する場合に、全高を低くすることが困難であるという問題がある。一方、特許文献2の構成では、推力を大きくするためにコイルの巻き数を増やすか巻線を太くする必要があり、その結果可動子が大きく重くなるため、推力体格比が低下するという問題がある。
In recent years, in addition to higher machining accuracy, higher rigidity is required to reduce errors due to deflection of vertical actuators. In such a case, if the total height of the actuator is high, the position of the center of gravity also becomes high, and the flexure of the mover due to the bending moment becomes large, causing deterioration in machining accuracy. Therefore, there is an increasing demand for shortening the length of the actuator to reduce the overall height and reducing the flexure of the mover due to the bending moment during movement when used as a vertical actuator. In the magnet movable actuator described in
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、異極の磁極間を短絡する磁束が発生しにくい構造であるとともに、1つの電機子を用いるだけで経時的に連続した推力を得ることができるアクチュエータ、並びに、該アクチュエータに使用する可動子及び電機子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and has a structure in which a magnetic flux that short-circuits magnetic poles of different polarities is unlikely to be generated, and obtains a thrust that is continuous over time by using only one armature. It is an object of the present invention to provide an actuator that can be used, and a mover and an armature used for the actuator.
本発明の他の目的は、各相の電機子を直列配置する必要がなくて全長を短くでき、垂直型アクチュエータに適用した場合に全高を低くし、可動子の撓みを低減できるアクチュエータ、並びに、該アクチュエータに使用する可動子及び電機子を提供することにある。 Another object of the present invention is that it is not necessary to arrange armatures of each phase in series, the overall length can be shortened, the overall height can be lowered when applied to a vertical actuator, and the flexure of the mover can be reduced, and An object of the present invention is to provide a mover and an armature used for the actuator.
本発明に係るアクチュエータは、十字状に直交する2平面それぞれに複数の平板状の磁石が配設されており、前記2平面の一方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記2平面の交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記2平面の他方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記一方の平面における前記複数の磁石の配列と、前記他方の平面における前記複数の磁石の配列とが前記交線方向に界磁周期の1/4ずれている可動子を、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有する軟質磁性体製の第1コアユニット、並びに、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有し、前記第1コアユニットと表裏を逆にしてある軟質磁性体製の第2コアユニットを、軟質磁性体製のスペーサコアユニットを挟んで交互に重ねてなり、前記重なり合う第1コアユニット及び第2コアユニットのコア部に捲き線を施してある電機子の前記第1及び第2コアユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とする。 In the actuator according to the present invention, a plurality of flat magnets are disposed on each of two planes orthogonal to the cross shape, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction are provided on one of the two planes. The two magnets are arranged in the intersecting direction of the two planes, and the magnetization directions of the adjacent magnets are opposite to each other, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction are on the other plane of the two planes. The magnetization directions of adjacent magnets are opposite to each other, and the arrangement of the plurality of magnets in the one plane and the arrangement of the plurality of magnets in the other plane are the intersecting direction. Are divided into four by a cross-shaped opening through which the mover penetrates, and each of the fractional regions is opposed to the opening. Two magnetic pole parts, a yoke part arranged on the outer edge, and the yoke part and the magnet A first core unit made of a soft magnetic material having a core part connecting the parts, and a cross-shaped opening through which the mover passes, and each of the fractional areas is Soft magnetism having two magnetic pole parts facing the opening, a yoke part arranged on the outer edge, and a core part connecting the yoke part and the magnetic pole part, and the first core unit and the front and back are reversed. The second core unit made of the body is alternately stacked with the spacer core unit made of the soft magnetic material interposed therebetween, and the core portion of the overlapping first core unit and the second core unit is provided with a winding line. The first and second core units are penetrated through openings.
本発明のアクチュエータにあっては、1つの電機子内の2方向(互いに直交する2方向)に位置する十字状の隙間に独立した交番磁界を発生させ、これらの磁界の位相を90°ずらせ、この十字状の隙間に、互いに直交する2方向で界磁周期の1/4だけ磁石の配列をずらせた断面十字状の可動子を挿入している。よって、相一括集中捲き構成(同一相の磁極歯を一つの駆動コイルで一括して励磁する構成)でありながら、1つの電機子を用いても経時的に連続した推力が得られる。相一括集中捲き構成の特徴である捲き線の電気抵抗が低いために銅損が小さいという利点を有しながら、アクチュエータの全長が短くなる。 In the actuator of the present invention, an independent alternating magnetic field is generated in a cross-shaped gap located in two directions (two directions orthogonal to each other) in one armature, and the phases of these magnetic fields are shifted by 90 °, A movable member having a cross-shaped cross section in which the arrangement of the magnets is shifted by 1/4 of the field period in two directions orthogonal to each other is inserted into the cross-shaped gap. Therefore, a thrust that is continuous over time can be obtained even if one armature is used, even though the configuration is a single-phase concentrated concentrated configuration (configuration in which magnetic pole teeth of the same phase are collectively excited by one drive coil). The total length of the actuator is shortened while having the advantage of low copper loss due to the low electrical resistance of the winding wire, which is a feature of the phase collective winding configuration.
本発明に係るアクチュエータは、前記複数の磁石を支持固定する枠材を有することを特徴とする。 The actuator according to the present invention includes a frame member that supports and fixes the plurality of magnets.
本発明のアクチュエータにあっては、可動子の磁石を枠材にて支持固定している。よって、磁石の正確な配列が確実に得られる。 In the actuator of the present invention, the magnet of the mover is supported and fixed by the frame material. Thus, an accurate arrangement of the magnets can be reliably obtained.
本発明に係るアクチュエータは、前記コア部は前記ヨーク部より(幅×厚さ)が大きいことを特徴とする。 The actuator according to the present invention is characterized in that the core part has a larger width (thickness) than the yoke part.
本発明のアクチュエータにあっては、電機子の各分画領域におけるコア部がヨーク部よりも(幅×厚さ)が大きい。よって、コア部でも十分な磁束が得られる。 In the actuator according to the present invention, the core portion in each segmented region of the armature has a larger (width × thickness) than the yoke portion. Therefore, sufficient magnetic flux can be obtained even in the core portion.
本発明に係るアクチュエータは、前記第1コアユニットの隣り合う分画領域のヨーク部は非磁性材を介して接続し、前記第2コアユニットの隣り合う分画領域のヨーク部は非磁性材を介して接続していることを特徴とする。 In the actuator according to the present invention, the yoke portions of the adjacent fraction regions of the first core unit are connected via a nonmagnetic material, and the yoke portions of the adjacent fraction regions of the second core unit are made of a nonmagnetic material. It is characterized by being connected via.
本発明のアクチュエータにあっては、電機子の隣り合う分画領域のヨーク部同士が非磁性材を介して接続している。よって、隣り合った分画領域間の磁気短絡が確実に防止される。 In the actuator of the present invention, the yoke portions of the adjacent fraction regions of the armature are connected to each other via a nonmagnetic material. Therefore, a magnetic short circuit between adjacent fractional areas is reliably prevented.
本発明に係る可動子は、複数の平板状の磁石を有するアクチュエータの可動子において、前記複数の磁石は十字状に直交する2平面それぞれに配設されており、前記2平面の一方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記2平面の交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記2平面の他方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記一方の平面における複数の磁石の配列と、前記他方の平面における複数の磁石の配列とが前記交線方向に界磁周期の1/4ずれていることを特徴とする。 The mover according to the present invention is a mover of an actuator having a plurality of plate-like magnets, wherein the plurality of magnets are arranged on two planes orthogonal to each other in a cross shape, and are arranged on one of the two planes. The magnets magnetized in the thickness direction are arranged in the intersecting direction of the two planes, the magnetization directions of adjacent magnets are opposite, and the other plane of the two planes has a thickness. The plurality of magnets magnetized in the direction are arranged in the intersecting direction, and the magnetization directions of the adjacent magnets are opposite directions, and the arrangement of the plurality of magnets in the one plane and the other plane The arrangement of the plurality of magnets is characterized by being shifted by a quarter of the field period in the direction of the intersecting line.
本発明に係る電機子は、可動子が貫通されるアクチュエータの立方体状の電機子において、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有する軟質磁性体製の第1コアユニット、並びに、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有し、前記第1コアユニットと表裏を逆にしてある軟質磁性体製の第2コアユニットを、軟質磁性体製のスペーサコアユニットを挟んで交互に重ねてなり、前記重なり合う前記第1コアユニット及び第2コアユニットのコア部に捲き線を施してあることを特徴とする。 The armature according to the present invention is divided into four by a cross-shaped opening through which the mover passes, in a cubic armature of an actuator through which the mover passes, A first core unit made of a soft magnetic material having two magnetic pole parts facing the opening, a yoke part arranged on an outer edge, and a core part connecting the yoke part and the magnetic pole part, and the movable It is divided into four by a cross-shaped opening through which the child penetrates, and each of the divided areas includes two magnetic pole parts facing the opening, a yoke part arranged on the outer edge, the yoke part, A second core unit made of a soft magnetic material having a core portion for connecting the magnetic pole portion, and the first core unit and the second core unit made upside down with the spacer core unit made of a soft magnetic material sandwiched alternately. And the overlapping first core unit Wherein the beauty are subjected to Maki wire in the core portion of the second core unit.
本発明のアクチュエータでは、異極の磁極間を短絡する磁束が発生しにくい構造であるとともに、1つの電機子を用いるだけで、経時的に連続して推力を得ることができる。各相の電機子を直列配置する必要がないため全長を短くでき、垂直型アクチュエータに適用した場合に全高を低くすることができる。この結果、全高を低くすることを実現できるので、可動子にかかる曲げモーメントを小さくできるため、撓みを低減して加工装置の高精度化と小型化との両立が可能である。また、小型化を実現できるため、高い効率による駆動を行えて大きな推力起磁力比を得ることができる。 The actuator of the present invention has a structure in which a magnetic flux that short-circuits magnetic poles of different polarities is unlikely to be generated, and a thrust can be obtained continuously over time by using only one armature. Since it is not necessary to arrange the armatures of each phase in series, the overall length can be shortened, and the overall height can be lowered when applied to a vertical actuator. As a result, since the overall height can be reduced, the bending moment applied to the mover can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the bending and achieve both high precision and downsizing of the processing apparatus. In addition, since downsizing can be realized, driving with high efficiency can be performed and a large thrust magnetomotive force ratio can be obtained.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
まず、可動子の構成について説明する。図1は可動子の構成を示す斜視図、図2は可動子に使用する磁石配列枠の構成を示す斜視図である。可動子1は、図2に示す磁石配列枠10に、複数の平板状の永久磁石を配列させた構成をなしている。
First, the configuration of the mover will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a mover, and FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a magnet arrangement frame used for the mover. The
磁石を支持固定する枠材としての磁石配列枠10は、例えばアルミニウムなどの非磁性体にて形成されている。磁石配列枠10は、可動子1の可動方向(長手方向)の中心軸を交線として直交する2平面の一方の面(図2で上下方向の面)には、中心軸に対して対称的に、複数の枠部材10aが等間隔で可動方向に配設され、前記2平面の他方の面(図2で左右方向の面)には、中心軸に対して対称的に、複数の枠部材10bが等間隔で可動方向に配設されている。
The
可動子1における平板状の永久磁石は、厚さ方向に磁化されており(磁化方向は図1の白抜矢符参照)、磁石配列枠10の隣り合う枠部材10a,10a間、10b,10b間それぞれの隙間に挿入されて接着固定されている。よって、可動子1は、全体として十字断面形状をなしている。
The plate-like permanent magnet in the
可動子1の可動方向(長手方向)の中心軸を交線として直交する2平面の一方の面(図1で上下方向の面)には、中心軸に対して対称的に、厚さ方向における磁化方向(図1の白抜矢符方向)を逆向きとした8個ずつの第1磁石11a、第3磁石11cを可動方向(2平面の交線方向)に交互に配している。可動方向の中心軸に対して対称の位置にある2つの第1磁石11a同士、第3磁石11c同士の磁化方向は同一である。
One surface (vertical surface in FIG. 1) of two planes orthogonal to each other with the central axis in the movable direction (longitudinal direction) of the
また、2平面の他方の面(図1で左右方向の面)には、中心軸に対して対称的に、厚さ方向における磁化方向(図1の白抜矢符方向)を逆向きとした第2磁石11b、第4磁石11dを8個ずつ可動方向に交互に配している。可動方向の中心軸に対して対称の位置にある2つの第2磁石11b同士、第4磁石11d同士の磁化方向は同一である。
Further, the magnetization direction in the thickness direction (the direction of the white arrow in FIG. 1) is reversed on the other surface of the two planes (the surface in the left-right direction in FIG. 1) symmetrically with respect to the central axis. Eight
そして、一方の面における8個の第1磁石11a及び第3磁石11cの配列と、他方の面における8個の第2磁石11b及び第4磁石11dの配列とは、永久磁石のS極、N極対を界磁周期(λ、360°)とした場合に、可動方向(長手方向)に界磁周期の1/4(λ/4、90°)だけずれている。ここで界磁周期とは、厚さ方向に互いに逆向きに磁化されている第1磁石11a及び第3磁石11c又は第2磁石11b及び第4磁石11dの一対の磁石の配列周期のことである。
The arrangement of the eight
次に、電機子の構成について説明する。図3は、電機子に使用するコアユニットを示す平面図であり、図3Aは第1コアユニット21a、図3Bは第2コアユニット21b、図3Cはスペーサコアユニット21cを示している。
Next, the configuration of the armature will be described. FIG. 3 is a plan view showing a core unit used in the armature. FIG. 3A shows a
第1コアユニット21aは、可動子1が貫通される十字状の開口部22aを有している。この開口部22aにより、第1コアユニット21aは4つに分画されている。各分画領域は、軟質磁性体にて形成されており、開口部22aに対向する2つの磁極部23a,23aと、外縁に配したヨーク部24aと、ヨーク部24a及び磁極部23a,23aを接続するコア部25aとを有する。コア部25aの幅はヨーク部24aの幅より長く、コア部25aの幅×厚さはヨーク部24aの幅×厚さよりも大きい。隣り合う分画領域は、十字状の開口部22aの中心周りに90°回転させた構成をなしている。また、隣り合う分画領域は、そのヨーク部24a,24aの端部同士で非磁性スペーサ26aにて接続されている。よって、隣り合う分画領域同士は、磁気的に絶縁されている。
The
第2コアユニット21bは、第1コアユニット21aと表裏を逆にしてある。第2コアユニット21bは、可動子1が貫通される十字状の開口部22bを有しており、この開口部22bにより、第2コアユニット21bは4つに分画されている。各分画領域は、軟質磁性体にて形成されており、開口部22bに対向する2つの磁極部23b,23bと、外縁に配したヨーク部24bと、ヨーク部24b及び磁極部23b,23bを接続するコア部25bとを有する。コア部25bの幅はヨーク部24bの幅より長く、コア部25bの幅×厚さはヨーク部24bの幅×厚さよりも大きい。隣り合う分画領域は、十字状の開口部22bの中心周りに90°回転させた構成をなしている。また、隣り合う分画領域は、そのヨーク部24b,24bの端部同士で非磁性スペーサ26bにて接続されている。よって、隣り合う分画領域同士は、磁気的に絶縁されている。
The
スペーサコアユニット21cは、4つに分画されたヨーク部24cを辺縁に有している。ヨーク部24cは軟質磁性体にて形成されており、隣り合うヨーク部24c同士は非磁性スペーサ26cにて接続されている。スペーサコアユニット21cの中央部は、可動子1が貫通される、開口部22a,22bより大きい矩形状の開口部22cとなっている。また、ヨーク部24cはヨーク部24a、24bと同一の幅である。
The
なお、開口部22a,22bは平面視で同一位置に設けられており、第1コアユニット21a、スペーサコアユニット21c、第2コアユニット21bを積層した場合に、これらの開口部22a,22bは、開口部22cを介して重なり合うようになっている。また、非磁性スペーサ26a,26b,26cは平面視で同一位置に設けられており、第1コアユニット21a、スペーサコアユニット21c、第2コアユニット21bを積層した場合に、これらの非磁性スペーサ26a,26b,26cは重なり合うようになっている。
The
電機子コアは、このような第1コアニット21a、スペーサコアユニット21c、第2コアユニット21bを積層して構成される。図4は電機子コアの形状を示す平面図、図5は電機子コアの構成方法を示す斜視図である。
The armature core is configured by stacking such
電機子コア30は、2つの第1コアユニット21a,21a、2つの第2コアユニット21b,21b、3つのスペーサコアユニット21c,21c,21cを積層して構成される。具体的には、図5に示すように、第1コアユニット21a、スペーサコアユニット21c、第2コアユニット21b、スペーサコアユニット21c、第1コアユニット21a、スペーサコアユニット21c、第2コアユニット21bの順に積層して、電機子コア30は構成される。
The
この際、隣り合う第1コアニット21a及び第2コアユニット21bにおいて、それらのヨーク部24aとヨーク部24bとは、スペーサコアユニット21cのヨーク部24cを介して磁気的に結合されているが、それらの磁極部23a,23aと磁極部23b,23b、コア部25aとコア部25bとは、スペーサコアユニット21cの厚さ分の空隙があって磁気的に絶縁されている。これらのヨーク部24a、ヨーク部24b及びヨーク部24cは、磁束の帰還経路として機能する。磁極部23aと磁極部23b、及び、コア部25aとコア部25bは、それぞれ隙間をあけて、磁気短絡を防いでいる。
At this time, in the adjacent
これらのコアユニットが積層されることにより、各コアユニットの開口部22a,22b,22cは連通して、可動子1が挿入される十字状の貫通孔22となる。また、各コアユニットの非磁性スペーサ26a,26b,26cは連結して、磁気結合を絶縁する機能と各コアユニットを固持する機能とを有する非磁性体製のスペーサ支持枠26となる。
By laminating these core units, the
図6は、電機子に使用する駆動コイルを示す斜視図である。駆動コイルとして、正弦波状の電流を印加する2個の駆動コイル(第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル41b)と、余弦波状の電流を印加する2個の駆動コイル(第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41d)とを用いる。対をなす第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル41bは、図6の左右方向に離隔して設けられ、対をなす第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41dは、図6の上下方向に離隔して設けられている。対をなす第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル41bには同一方向に電流を印加し、対をなす第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41dには同一方向に電流を印加する。
FIG. 6 is a perspective view showing a drive coil used in the armature. As drive coils, two drive coils (
このような4個の第1−第4駆動コイル41a−41dが、コア部25a,25bを巻回されるように電機子コア30に配置されて、電機子2は構成される。図7は、電機子2の構成を示す斜視図である。
The
そして、図7に示す電機子2の中央の十字状の貫通孔22に、図1に示す十字断面形状を有する可動子1が挿入されて、アクチュエータ3が構成される。図8は、アクチュエータ3の構成を示す斜視図である。
7 is inserted into the cross-shaped through
ここで、上記のような構成をなす電機子2の作製方法について説明する。
Here, a method for manufacturing the
図9は、電機子コア30に使用するブロックユニットを示す斜視図であり、図9Aは第1ブロックユニット31a、図9Bは第2ブロックユニット31b、図9Cは帰還ブロックユニット31cを示している。
9 is a perspective view showing a block unit used for the
第1ブロックユニット31aは、前述した第1コアニット21aの1つの分画領域に対応しており、軟質磁性体にて形成されている。第1ブロックユニット31aは、2つの磁極部33a,33aと、外縁に配したヨーク部34aと、ヨーク部34a及び磁極部33a,33aを接続するコア部35aとを有する。
The
第2ブロックユニット31bは、第1ブロックユニット31aと表裏を逆にして、紙面に対する法線を軸として90°回転したものであって、前述した第2コアユニット21bの1つの分画領域に対応しており、軟質磁性体にて形成されている。第2ブロックユニット31bは、2つの磁極部33b,33bと、外縁に配したヨーク部34bと、ヨーク部34b及び磁極部33b,33bを接続するコア部35bとを有する。
The
帰還ブロックユニット31cは、前述したスペーサコアユニット21cの1つの分画領域に対応しており、軟質磁性体にて形成されている。帰還ブロックユニット31cは、ヨーク部34cを有する。
The
そして、第1ブロックユニット31a、帰還ブロックユニット31c、第2ブロックユニット31bの順に、それらのヨーク部34a,34b,34cを位置合せして積層し、1/4ブロック37を作製する。図10に、作製した1/4ブロック37の構成を示す。
Then, in order of the
次に、8個の1/4ブロック37を非磁性体製のスペーサ支持枠36にて結合して、可動子が貫通される十字状の開口部を有するよう電機子コア30を作製する。図11に、作製した電機子コア30の構成を示す。
Next, the eight
最後に、電機子コア30の4隅の貫通間隙を周回するように、図6に示したような4個の第1−第4駆動コイル41a−41dを配置して、図7に示したような電機子2を作製する。
Finally, four first to fourth drive coils 41a to 41d as shown in FIG. 6 are arranged so as to circulate through the four through-holes of the
以下、本発明におけるアクチュエータ3の動作について説明する。
Hereinafter, the operation of the
4つの駆動コイルに電流を印加した場合に電機子に発生する磁束の流れを、図12A−Dに示す。図12A、図12B、図12C、図12Dはそれぞれ、電気角0°、電気角90°、電気角180°、電気角270°における磁束の流れを示している。なお、図12A−Dでは、各駆動コイルを断面、コアユニットを平面にて表している。 FIGS. 12A to 12D show the flow of magnetic flux generated in the armature when current is applied to the four drive coils. 12A, 12B, 12C, and 12D show the flow of magnetic flux at an electrical angle of 0 °, an electrical angle of 90 °, an electrical angle of 180 °, and an electrical angle of 270 °, respectively. 12A to 12D, each drive coil is represented by a cross section, and the core unit is represented by a plane.
図12A−Dにあって、各駆動コイルにおける●印は紙面の裏から表へ流れる電流の方向を表しており、×印は紙面の表から裏へ流れる電流の方向を表している。また、白抜きの矢印は紙面の前方側のコアユニット(第1コアユニット21a)での磁束の流れ(経路及び方向)を示し、点線の矢印は紙面の後方側のコアユニット(第2コアユニット21b)での磁束の流れ(経路及び方向)を示している。
In FIGS. 12A to 12D, the ● mark in each drive coil represents the direction of current flowing from the back of the paper to the front, and the x represents the direction of current flowing from the front to the back of the paper. The white arrow indicates the flow (path and direction) of the magnetic flux in the core unit (
図12Aに示す電気角0°の状態では、第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル41bに流れる正弦波(sin波)電流は零であり、第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41dに流れる余弦波(cos波)電流は最大値となる。このとき、図12Aに示すように、紙面の上下方向に延在する隙間には互いに180°向きが異なる磁束が発生するが、紙面の左右方向に延在する隙間には磁束が発生しない。
12A, the sine wave current flowing through the
次に、図12Bに示す電気角90°の状態では、第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル41bに流れる正弦波電流が最大値となり、第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41dに流れる余弦波電流は零となる。このとき、図12Bに示すように、紙面の左右方向に延在する隙間には互いに180°向きが異なる磁束が発生するが、紙面の上下方向に延在する隙間には磁束が発生しない。
Next, in the state of the electrical angle of 90 ° shown in FIG. 12B, the sine wave current flowing through the
次に、図12Cに示す電気角180°の状態では、正弦波電流が零となって、余弦波電流は最大値となり、紙面の上下方向に延在する隙間には互いに180°向きが異なる磁束が発生するが、紙面の左右方向に延在する隙間には磁束が発生しない。この場合に発生する磁束の向きは、図12Aに示す電気角0°の場合での磁束の向きと180°異なっている。 Next, in the state where the electrical angle is 180 ° shown in FIG. 12C, the sine wave current is zero, the cosine wave current is the maximum value, and the magnetic fluxes whose directions are different from each other by 180 ° in the gap extending in the vertical direction on the paper surface. However, no magnetic flux is generated in the gap extending in the left-right direction on the paper surface. The direction of the magnetic flux generated in this case is 180 ° different from the direction of the magnetic flux when the electrical angle is 0 ° shown in FIG. 12A.
次に、図12Dに示す電気角270°の状態では、正弦波電流が最大値となって、余弦波電流は零となり、紙面の左右方向に延在する隙間には互いに180°向きが異なる磁束が発生するが、紙面の上下方向に延在する隙間には磁束が発生しない。この場合に発生する磁束の向きは、図12Bに示す電気角90°の場合での磁束の向きと180°異なっている。 Next, in the state of the electrical angle of 270 ° shown in FIG. 12D, the sine wave current becomes the maximum value, the cosine wave current becomes zero, and the magnetic fluxes whose directions are different by 180 ° in the gap extending in the left-right direction on the paper surface. However, no magnetic flux is generated in the gap extending in the vertical direction on the paper surface. The direction of the magnetic flux generated in this case is 180 ° different from the direction of the magnetic flux in the case of the electrical angle of 90 ° shown in FIG. 12B.
電機子2内部では、上述したような磁束の流れの変化が、360°を周期として周期的に繰り返される。
Inside the
一方、可動子1における板状の磁石の配列は、前述したように、以下のようになっている。即ち、図1における上下方向の面では、可動方向(長手方向)の中心軸に対して対称的に、厚さ方向での磁化方向を逆向きとした第1磁石11a、第3磁石11cが可動方向に交互に配されており、図1における左右方向の面では、可動方向の中心軸に対して対称的に、厚さ方向での磁化方向を逆向きとした第2磁石11b、第4磁石11dが可動方向に交互に配されており、上下方向の面における第1磁石11a及び第3磁石11cの配列と、左右方向の面における第2磁石11b及び第4磁石11dの配列とは、可動方向にλ/4(λ:界磁周期)だけずれている。
On the other hand, as described above, the arrangement of the plate-like magnets in the
このような構成をなす可動子1及び電機子2を組み合せることにより、1つの電機子2を用いた場合であっても、経時的に連続して推力を得ることができる。以下、その作用について説明する。
By combining the
断面十字状をなす可動子1を電機子2の十字状の貫通孔22に挿入した後、まず、図12での紙面前方側の磁極歯(第1コアユニット21aの磁極部23a)と紙面後方側の磁極歯(第2コアユニット21bの磁極部23b)との間に第1磁石11aが位置するように、可動子1を配置する。この状態で、図12Aに示すような電気角0°の電流を第1−第4駆動コイル41a−41dに印加すると、第1磁石11aには、紙面前方側の磁極歯との間に反発力が生じ、紙面後方側の磁極歯との間に吸引力が生じる。この結果、可動子1は紙面の奥方向へ移動される。
After inserting the
そして、第1磁石11aが紙面後方側の磁極歯と軸心方向で同一位置に達した時点で、第2磁石11bは、紙面後方側の磁極歯(第2コアユニット21bの磁極部23b)と紙面前方側の磁極歯(第1コアユニット21aの磁極部23a)との間に位置することになる。この状態で、図12Bに示すような電気角90°の電流を第1−第4駆動コイル41a−41dに印加すると、第2磁石11bには、紙面前方側の磁極歯との間に反発力が生じ、紙面後方側の磁極歯との間に吸引力が生じる。この結果、可動子1は紙面の奥方向へ移動される。
When the
そして、第2磁石11bが紙面後方側の磁極歯と軸心方向で同一位置に達した時点で、第3磁石11cは、紙面後方側の磁極歯(第2コアユニット21bの磁極部23b)と紙面前方側の磁極歯(第1コアユニット21aの磁極部23a)との間に位置することになる。この状態で、図12Cに示すような電気角180°の電流を第1−第4駆動コイル41a−41dに印加すると、電気角0°の場合とは逆向きの磁束が電機子2に発生するが(図12C参照)、第3磁石11cの磁化方向も第1磁石11aとは逆向きであるため、第3磁石11cには、紙面前方側の磁極歯との間に反発力が生じ、紙面後方側の磁極歯との間に吸引力が生じる。この結果、可動子1は紙面の奥方向へ移動される。
When the
そして、第3磁石11cが紙面後方側の磁極歯と軸心方向で同一位置に達した時点で、第4磁石11dは、紙面後方側の磁極歯(第2コアユニット21bの磁極部23b)と紙面前方側の磁極歯(第1コアユニット21aの磁極部23a)との間に位置することになる。この状態で、図12Dに示すような電気角270°の電流を第1−第4駆動コイル41a−41dに印加すると、電気角90°の場合とは逆向きの磁束が電機子2に発生するが(図12D参照)、第4磁石11dの磁化方向も第2磁石11bとは逆向きであるため、第4磁石11dには、紙面前方側の磁極歯との間に反発力が生じ、紙面後方側の磁極歯との間に吸引力が生じる。この結果、可動子1は紙面の奥方向へ移動される。
When the
以上のようなことを周期的に繰り返すことにより、可動子1の移動に関して経時的に連続した推力を得ることができる。
By periodically repeating the above, it is possible to obtain thrust that is continuous over time with respect to the movement of the
なお、第1−第4駆動コイル41a−41dに印加する電流の向きを上述した場合と逆向きにすることにより、上述した場合とは逆向きに、即ち紙面の手前方向へ、可動子1を移動することができる。
In addition, by making the direction of the current applied to the first to fourth drive coils 41a-41d to be opposite to that described above, the
本発明のアクチュエータ3では、1つの電機子2の2方向(互いに直交する2方向)に位置する十字状の貫通孔22に、位相を90°ずつずらせて独立した交番磁界を発生させ、この十字状の貫通孔22に、互いに直交する2方向で界磁周期の1/4だけ磁石の配列をずらせた断面十字状の可動子1を挿入している。
In the
よって、本発明のアクチュエータ3では、1つの電機子2を使用しても、可動子1を移動させるための推力を経時的に連続して提供することができる。従来のように各相の電機子を直列配置する必要がないため全長を短くできる。
Therefore, in the
したがって、本発明のアクチュエータ3の全長を短くできるため、垂直型アクチュエータに適用した場合に、全高を低くすることができ、高さが低くなるため、可動子1の撓み量も少なくなって高い剛性が得られる。この結果、被加工物に対する精密な位置合わせを行えて、加工精度の向上を図れる。
Therefore, since the overall length of the
本発明のアクチュエータ3は、相一括集中捲き構成であるため、駆動コイル41a−41dの電気抵抗が低いために銅損が小さいという利点を有しながら、全長を短くすることができる。
Since the
本発明のアクチュエータ3では、小型化を実現できるため、高い効率による駆動を行えて大きな推力起磁力比を得ることができる。また、本発明のアクチュエータ3では、磁路との鎖交面が大きく、この点でも推力起磁力比の向上に寄与する。推力起磁力比が大きくなるので、同じ推力を得るために必要な電流が少なくて済むため、発熱量を低く抑えることができる。
Since the
後述する比較例の3相構成のアクチュエータでは、各相の電機子のコア部に駆動起磁力(印加電流×コイル巻き数)による磁束が発生する時間帯と発生しない時間帯とが存在する。これに対して、本発明のアクチュエータ3では、電機子2のコア部25a,25bに経時的に常に磁束が発生している(図12A−D参照)。よって、本発明では、コア材が常に磁化されているので、コア材の飽和磁化を経時的に有効に利用することができる。この結果、使用するコア材の量を低減できる。
In a three-phase actuator of a comparative example, which will be described later, there are a time zone in which a magnetic flux is generated by a driving magnetomotive force (applied current × the number of coil turns) and a time zone in which it does not occur in the core portion of each phase armature. On the other hand, in the
以下、本発明者が作製したアクチュエータの具体的な構成と、作製したアクチュエータの特性とについて説明する。 Hereinafter, a specific configuration of the actuator manufactured by the present inventor and characteristics of the manufactured actuator will be described.
アクチュエータに使用する可動子1の作製例について説明する。まず、図13に示すようなアルミニウム製の磁石配列枠10を作製した。
An example of manufacturing the
使用する平板状の永久磁石は、Nd−Fe−B系焼結磁石であって、最大エネルギー積:370kJ/m3 、残留磁束密度:Br=1.4Tのものを、長さ24mm、幅10mm、厚さ4.5mmの形状に切り出した。切り出した磁石を厚さ方向に磁化させた後、前述したような配列(図1参照)にて、一面に16個ずつ合計32個の磁石(第1磁石11a、第2磁石11b、第3磁石11c、第4磁石11d)を、エポキシ系接着剤にて磁石配列枠10に接着させて、可動子1を作製した。作製した可動子1の構成を図14に示す。この場合、界磁周期(可動子1の磁石のS極N極対の周期の長さ)λは24mmとなるので、第1磁石11a及び第3磁石11cの配列と第2磁石11b及び第4磁石11dとは、6mm(=λ/4)だけずれている。The flat permanent magnet used is an Nd—Fe—B sintered magnet having a maximum energy product of 370 kJ / m 3 and a residual magnetic flux density of Br = 1.4 T, a length of 24 mm and a width of 10 mm. Then, it was cut into a shape with a thickness of 4.5 mm. After magnetizing the cut-out magnets in the thickness direction, a total of 32 magnets (
次に、電機子コア30を作製した。図15Aに示すような形状をなす電機子素材を0.5mm厚さの珪素鋼板から20枚切り出し、切り出したこれらの20枚を重ねて樹脂含浸して一体化させて、厚さ10mmのブロックユニットを作製した。同一形状のブロックユニットを16個作製した。作製した16個の内の8個のブロックユニットをそのまま第1ブロックユニット31a(図9A参照)とし、残りの8個のブロックユニットは裏返して第2ブロックユニット31b(図9B参照)とした。
Next, the
また、図15Bに示すような形状をなす電機子素材を0.5mm厚さの珪素鋼板から4枚切り出し、切り出したこれらの4枚を重ねて樹脂含浸して一体化させて、帰還ブロックユニット31c(図9C参照)としての厚さ2mmの第1帰還ブロックユニット31dを2個作製するとともに、図15Bに示すような形状をなす電機子素材を0.5mm厚さの珪素鋼板から10枚切り出し、切り出したこれらの10枚を重ねて樹脂含浸して一体化させて、帰還ブロックユニット31c(図9C参照)としての厚さ5mmの第2帰還ブロックユニット31eを1個作製した。
15B is cut out from a silicon steel plate having a thickness of 0.5 mm, and the four cut out pieces are overlapped and impregnated with a resin so as to be integrated, thereby returning
そして、第1ブロックユニット31a、第1帰還ブロックユニット31d、第2ブロックユニット31b、第2帰還ブロックユニット31e、第1ブロックユニット31a、第1帰還ブロックユニット31d、第2ブロックユニット31bの順序で積層し、エポキシ系接着剤にて一体化して、図16に示すような1/4ブロック37を作製した。
Then, the
このようにして作製した4個の1/4ブロック37を、積層方向を軸として90°ずつ回転させて配置し、その外周に4個のアルミニウム製のスペーサ支持枠36(長さ:49mm、幅:6mm、高さ:5mm)を配置して接着させ、図17に示すような電機子コア30を作製した。ここで、電機子コア30の可動方向(長手方向)の長さは、49mm(=10mm+2mm+10mm+5mm+10m+2mm+10mm)である。
The four
ブロックユニットにおけるコア部の幅(17mm)をヨーク部の幅(5mm)より長くして、コア部の幅×厚さをヨーク部の幅×厚さより大きくしている。これは、積層された際に、複数のヨーク部は連続して積層されるのに対して、コア部は隙間をあけて積層されるため、その厚さの少なさを幅で補って十分な磁束をコア部にて得るためである。 The width (17 mm) of the core part in the block unit is made longer than the width (5 mm) of the yoke part, and the width x thickness of the core part is made larger than the width x thickness of the yoke part. This is because when the layers are stacked, the plurality of yoke portions are continuously stacked, whereas the core portion is stacked with a gap, so that the small thickness is compensated by the width. This is because magnetic flux is obtained at the core.
第1帰還ブロックユニット31dの厚さが2mmであるのに対して、第2帰還ブロックユニット31eの厚さを5mmとしている。これは、ディテント力の低減を図るためである。図17における前方の第1ブロックユニット31a、第1帰還ブロックユニット31d、第2ブロックユニット31bの組と、後方の第1ブロックユニット31a、第1帰還ブロックユニット31d、第2ブロックユニット31bの組とにおけるディテント力の4次の高調波成分を相殺するように、第2帰還ブロックユニット31eの厚さを第1帰還ブロックユニット31dの厚さより3mmだけ長くしている。
The thickness of the first
次に、図18に示すような4個の第1―第4駆動コイル41a−41dを作製した。直径0.7mmのエナメル被覆銅線を、図17に示す電機子コア30のコア部の貫通空隙に100回捲いてワニス含浸して固めたものを、第1―第4駆動コイル41a−41dとした。このように、4個の第1―第4駆動コイル41a−41dを電機子コア30に配置して、電機子2を作製した。作製した電機子2を、図19に示す。
Next, four first to fourth drive coils 41a to 41d as shown in FIG. 18 were produced. An enamel-coated copper wire having a diameter of 0.7 mm is wound 100 times in the through space of the core portion of the
上述したようにして作製した電機子2の十字状の貫通孔22の各先端部にそれぞれガイドローラ(図示せず)を設置し、このガイドローラに沿わせて、作製した図14に示す可動子1を電機子2の十字状の貫通孔22に挿入して、アクチュエータ3を構成した。このガイドローラにより、可動子1は電機子2の十字状の貫通孔22の中央に保持され、貫通孔22の軸心方向(可動方向)に可動子1が自由に移動できる構造となる。ここで、挿入される可動子1は断面十字状をなしているため、各ガイドローラは可動方向以外の一方向のみの移動を拘束すれば良いので、簡易な構成の平板状ガイドローラを使用しても可動子1の位置決めを行える。
A guide roller (not shown) is installed at each tip of the cross-shaped through-
次に、可動子1の上下方向の第1磁石11a、第3磁石11cの各極の中心が電機子2の隣り合う磁極部23aと磁極部23bとの間(磁極部23a、磁極部23b間の隙間の中央)に位置するように、可動子1を配置する。この位置を電気角0°として界磁周期を360°とする正弦波状の電流を第1駆動コイル41a及び第2駆動コイル411bに同一方向に印加し、余弦波状の電流を第3駆動コイル41c及び第4駆動コイル41dに同一方向に印加するように、モータドライバを各駆動コイル41a−41dに接続した。
Next, the center of each pole of the
そして、アクチュエータ3を推力テストベンチに固定して推力特性を測定した。図20に、駆動コイルに印加する1つの駆動コイル当たりの駆動起磁力(印加電流×コイル巻き数)と発生した推力との関係を示す。図20において、グラフ(a)は推力(N)を表し、グラフ(b)は推力起磁力比(N/A)を表している。図20に示すように、推力起磁力比が10%低下する点を推力比例限とした場合、比例限の推力が120Nであるアクチュエータ3が得られている。また、比例限の推力が120Nであるときの推力起磁力比は0.24N/Aであった。
And the
また、図21に、可動子1の位置を起点から50mm移動させたときの推力変動の測定結果を示す。図21において、グラフ(a),(b),(c),(d)はそれぞれ、各駆動コイルに印加する駆動起磁力を0A、100A、200A、400Aとした場合の測定結果を表している。図21に示すように、駆動起磁力が400Aである場合には、±10%程度の推力リプルが見られるが、実用上問題がない範囲で連続した推力を得られていることが分かる。
FIG. 21 shows the measurement results of the thrust fluctuation when the position of the
以下、上述したような本発明のアクチュエータと比較例のアクチュエータとの対比について説明する。 Hereinafter, the comparison between the actuator of the present invention as described above and the actuator of the comparative example will be described.
図22は、本発明のアクチュエータとほぼ同一定格である比較例のアクチュエータの構成を示す斜視図である、図23は、この比較例のアクチュエータのサイズを示す図である。比較例のアクチュエータは本発明と同等の電機子コア材質及び磁石材質を用い、電機子コア51及び駆動コイル52a,52bを有する3個の電機子(U相ユニット53a、V相ユニット53b、W相ユニット53c)を所定距離だけ隔てて直列に配置し、この3個の電機子に、平板状の磁石61a(長さ:20mm、幅:4mm、厚さ:4mm)と平板状の鉄ヨーク(長さ:26mm、幅:3.5mm、厚さ:4mm)61bとを交互に可動方向に並設してなる可動子60を貫通させた構成をなす3相駆動方式のアクチュエータである。ここで可動子60の磁石61aの磁化方向は可動子60の可動方向であり、鉄ヨーク61bを介して隣り合う磁石61a,61aの磁化方向は互いに逆方向になっている。
FIG. 22 is a perspective view showing a configuration of a comparative example actuator having substantially the same rating as the actuator of the present invention, and FIG. 23 is a view showing the size of the comparative example actuator. The actuator of the comparative example uses an armature core material and a magnet material equivalent to the present invention, and has three armatures (
図24に、この比較例のアクチュエータの特性(推力及び推力起磁力比)を示す。図24において、グラフ(a)は推力(N)を表し、グラフ(b)は推力起磁力比(N/A)を表している。図24に示すように、推力起磁力比が10%低下する点を推力比例限とした場合、比例限の推力が205Nであり、比例限の推力が205Nであるときの推力起磁力比は0.08〜0.09N/Aであった。 FIG. 24 shows the characteristics (thrust force and thrust magnetomotive force ratio) of the actuator of this comparative example. In FIG. 24, graph (a) represents thrust (N), and graph (b) represents thrust magnetomotive force ratio (N / A). As shown in FIG. 24, when the point where the thrust magnetomotive force ratio is reduced by 10% is the thrust proportional limit, the thrust of the proportional limit is 205 N, and the thrust magnetomotive force ratio is 0 when the proportional thrust is 205 N. 0.08 to 0.09 N / A.
図24に示す比較例の特性と、前述した図20に示す本発明例の特性とを比較した場合、本発明例では、推力起磁力比を同じにした場合の推力及び推力を同じにした場合の推力起磁力比が何れも従来例より優れている。ここで、比較例では全長86mmの電機子の構成(図23参照)が必要であるのに対して、本発明例では、全長49mmの電機子2の構成(図19参照)にて十分な特性が得られている。
When the characteristics of the comparative example shown in FIG. 24 and the characteristics of the example of the present invention shown in FIG. 20 are compared, in the example of the present invention, the thrust and thrust when the thrust magnetomotive force ratio is the same are the same. The thrust magnetomotive force ratio is superior to the conventional example. Here, the configuration of the armature having a total length of 86 mm (see FIG. 23) is necessary in the comparative example, whereas the configuration of the
垂直型アクチュエータにあっては、撓み量がその高さの3乗に比例することが知られている。本発明例では比較例と比べて全長を1/2程度に短縮できているので、垂直型アクチュエータに本発明例を適用する場合には、比較例を適用した場合に比べて、撓み量を1/8程度まで低減することが可能となる。 In a vertical actuator, it is known that the amount of deflection is proportional to the cube of its height. In the example of the present invention, the total length can be shortened to about ½ compared to the comparative example. Therefore, when the example of the present invention is applied to a vertical actuator, the amount of deflection is 1 as compared with the case of applying the comparative example. It becomes possible to reduce to about / 8.
このように本発明のアクチュエータ3では、1つの電機子2にて連続した推力を得ることができるため、従来の同一定格と比較して全長をほぼ半分に短縮できる。このため、本発明のアクチュエータ3を垂直型アクチュエータに用いた場合、全高を低くすることを実現でき、加工装置への曲げモーメントの負担を軽減できて小型軽量化を図ることができる。
As described above, in the
また、本発明のアクチュエータ3では、可動子1の断面が十字形状であって、可動子1の磁石に電機子2の磁極歯が確実に対向して可動子1(磁石)と電機子2(磁極歯)との鎖交面積を大きく確保できる。この結果、推力起磁力比を比較例のアクチュエータに比べて3倍程度大きくとれるので(図20及び図24参照)、駆動電力が少なくて済み、電力の利用効率を上げるとともに発熱を小さくできるため、本発明のアクチュエータ3は高速な連続駆動に特に適している。
Further, in the
なお、可動子に平板状の永久磁石を用いる形態について説明したが、例えば棒状の永久磁石を使用するようにしてもよい。また、アクチュエータを駆動した際に、実用上問題がない範囲で経時的に連続した推力を確保できるのであれば、永久磁石の磁化方向に垂直な面が湾曲していても構わない。 In addition, although the form which uses a flat permanent magnet for a needle | mover was demonstrated, you may make it use a rod-shaped permanent magnet, for example. In addition, when the actuator is driven, a plane perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet may be curved as long as a continuous thrust can be secured over time within a range where there is no practical problem.
非磁性材として、珪素鋼板を使用することとしたが、材料は珪素鋼板に限定されない。アモルファス金属、鉄、または、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト等のフェライトなど、用途に応じて選択することができる。 Although the silicon steel plate is used as the nonmagnetic material, the material is not limited to the silicon steel plate. Amorphous metal, iron, or ferrite such as manganese zinc ferrite or nickel zinc ferrite can be selected depending on the application.
図25は、可動子1に使用する磁石配列枠10の他の例の構成を示す斜視図である。図25において、図2と同一の構成要素には同一の番号を付してそれらの説明を省略する。図25に示す磁石配列枠10の構成では、可動方向(長手方向)に等間隔で配置されている複数の枠部材10a,10bの端部夫々が、可動方向に長尺な枠部材10cに一体的に固設されている。このようにすることにより、全体が枠で囲まれる構成となって磁石配列枠10の剛性は高くなる。
FIG. 25 is a perspective view showing the configuration of another example of the
また、図25の構成例では、4つの枠部材10c夫々の周縁部は、断面が略円形状をなす可動方向に長尺なリニアガイドレール10dとなっている。なお、図示は省略するが、このリニアガイドレール10dを通すためのリニアガイドスライダが、電機子2の非磁性体製の各スペーサ支持枠26(図7参照)の内面側に設けられる。このようなリニアガイドレール10dを設けることにより、可動子1の滑らかな移動を実現でき、アクチュエータの高速駆動時であっても大きな振動は生じず、がたつきがない安定した可動子1の高速直線移動を実現できる。
Further, in the configuration example of FIG. 25, the peripheral edge portion of each of the four
図26は、可動子1に使用する磁石配列枠10の更に他の例の構成を示す斜視図である。図26において、図25と同一の構成要素には同一の番号を付してそれらの説明を省略する。図26に示す磁石配列枠10の構成では、枠部材10a,10bの磁石と接する長手方向に延在する面を可動子10の可動方向に垂直な方向から少しずらせて(スキューさせて)、枠部材10a,10bを設けている。ずらせる角度(スキュー角)は数°程度である。このような構成としておくことにより、移動方向と直交する方向に対して所定角(スキュー角)だけ傾いているスキュー配置に永久磁石11a−11dを設けることができる。永久磁石11a−11dをスキュー配置することにより、アクチュエータの駆動時にディテント力に起因して発生する振動を抑制することができる。
FIG. 26 is a perspective view showing a configuration of still another example of the
図27は、電機子コア30に使用するブロックユニットの他の例を示す斜視図である。図27Aは第1ブロックユニット31a、図27Bは第2ブロックユニット31b、図27Cは帰還ブロックユニット31cを示している。図27に示す例では、前述した例(図9参照)とは異なり、コア部35a,35b、ヨーク部34a,34b,34cの内側面が、平面ではなくて曲面をなしている。このような構成により、第1−第4駆動コイル41a−41d夫々の巻線数の増加を図れる。
FIG. 27 is a perspective view showing another example of a block unit used for the
1 可動子
2 電機子
3 アクチュエータ
10 磁石配列枠
11a 第1磁石
11b 第2磁石
11c 第3磁石
11d 第4磁石
21a 第1コアユニット
21b 第2コアユニット
21c スペーサコアユニット
22 貫通孔
22a,22b 開口部
23a,23b 磁極部
24a,24b,24c ヨーク部
25a,25b コア部
26,36 スペーサ支持枠
26a,26b,26c 非磁性スペーサ
30 電機子コア
31a 第1ブロックユニット
31b 第2ブロックユニット
31c 帰還ブロックユニット
33a,33b 磁極部
34a,34b,34c ヨーク部
35a,35b コア部
37 1/4ブロック
41a 第1駆動コイル
41b 第2駆動コイル
41c 第3駆動コイル
41d 第4駆動コイルDESCRIPTION OF
Claims (6)
前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有する軟質磁性体製の第1コアユニット、並びに、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有し、前記第1コアユニットと表裏を逆にしてある軟質磁性体製の第2コアユニットを、軟質磁性体製のスペーサコアユニットを挟んで交互に重ねてなり、前記重なり合う第1コアユニット及び第2コアユニットのコア部に捲き線を施してある電機子の前記第1及び第2コアユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とするアクチュエータ。A plurality of plate-like magnets are arranged on each of two planes orthogonal to the cross shape, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction on one of the two planes are intersecting directions of the two planes. The magnetization directions of adjacent magnets are opposite to each other, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction are arranged in the intersecting direction on the other plane of the two planes. The magnetization directions of adjacent magnets are opposite, and the arrangement of the plurality of magnets in the one plane and the arrangement of the plurality of magnets in the other plane are 1 / of the field period in the intersecting direction. 4 move the mover,
The movable element is divided into four by a cross-shaped opening through which each of the movable elements is penetrated, and each of the divided areas includes two magnetic pole parts facing the opening, a yoke part arranged on an outer edge, and the yoke And a first core unit made of a soft magnetic material having a core part connecting the magnetic pole part and a cross-shaped opening through which the mover passes, and each fraction is divided into four parts The region has two magnetic pole portions facing the opening, a yoke portion arranged on the outer edge, and a core portion connecting the yoke portion and the magnetic pole portion, and the first core unit is turned upside down. The second core unit made of soft magnetic material is alternately stacked with the spacer core unit made of soft magnetic material sandwiched therebetween, and the core portions of the first core unit and the second core unit that overlap each other are marked with a wire. Of the first and second core units of an armature Actuator, characterized in that are passed through the mouth.
前記複数の磁石は十字状に直交する2平面それぞれに配設されており、前記2平面の一方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記2平面の交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記2平面の他方の平面には厚さ方向に磁化された前記複数の磁石が前記交線方向に配されてあって、隣り合う磁石の磁化方向は逆方向であり、前記一方の平面における複数の磁石の配列と、前記他方の平面における複数の磁石の配列とが前記交線方向に界磁周期の1/4ずれていることを特徴とする可動子。In the actuator mover having a plurality of flat magnets,
The plurality of magnets are disposed in two planes orthogonal to each other in a cross shape, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction are arranged in the intersecting direction of the two planes on one of the two planes. The magnetization directions of adjacent magnets are opposite to each other, and the plurality of magnets magnetized in the thickness direction are arranged in the intersecting direction on the other plane of the two planes. The magnetization direction of the magnets to be matched is opposite, and the arrangement of the plurality of magnets in the one plane and the arrangement of the plurality of magnets in the other plane are shifted by ¼ of the field period in the intersecting direction. A mover characterized by that.
前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有する軟質磁性体製の第1コアユニット、並びに、前記可動子が貫通される十字状の開口部により4つに分画されており、各分画領域は、前記開口部に対向する2つの磁極部と、外縁に配したヨーク部と、該ヨーク部及び前記磁極部を接続するコア部とを有し、前記第1コアユニットと表裏を逆にしてある軟質磁性体製の第2コアユニットを、軟質磁性体製のスペーサコアユニットを挟んで交互に重ねてなり、前記重なり合う前記第1コアユニット及び第2コアユニットのコア部に捲き線を施してあることを特徴とする電機子。In the cubic armature of the actuator through which the mover passes,
The movable element is divided into four by a cross-shaped opening through which each of the movable elements is penetrated, and each of the divided areas includes two magnetic pole parts facing the opening, a yoke part arranged on an outer edge, and the yoke And a first core unit made of a soft magnetic material having a core part connecting the magnetic pole part and a cross-shaped opening through which the mover passes, and each fraction is divided into four parts The region has two magnetic pole portions facing the opening, a yoke portion arranged on the outer edge, and a core portion connecting the yoke portion and the magnetic pole portion, and the first core unit is turned upside down. The second core unit made of soft magnetic material is alternately stacked with the spacer core unit made of soft magnetic material sandwiched between them, and the core portions of the first core unit and the second core unit that overlap each other are marked with a wire. Armature characterized by
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