KR20050016556A - 리니어 액추에이터, 그것을 사용한 펌프장치 및 컴프레서장치 - Google Patents

Abstract

리니어 액추에이터(1)는 내부요크(3)와, 내부요크(3)와의 사이에 간극(9A, 9B)을 형성하는 외부요크(4)와, 간극(9A, 9B)내에 평판형상의 마그네트를 구비하는 가동체(5)를 가지고 있다. 외부요크(4) 및 내부요크(3)는 각각 평면적인 대향면을 가지며 둘레방향으로 등각도간격으로 8개 배치되어 있다. 또한, 가동체(5)는 대략 삼각형의 평면형상을 가지며, 인접하는 내부요크(3)의 사이 및 인접하는 외부요크(4)의 사이에 들어가는 마그네트 유지부(52)를 구비하고 있다. 따라서, 양산하기 적합한 구조의 자성 부품을 사용하여 자기의 이용효율이 높은 리니어 액추에이터를 구성할 수 있다.

Description

리니어 액추에이터, 그것을 사용한 펌프장치 및 컴프레서 장치{LINEAR ACTUATOR, AND PUMP AND COMPRESSOR DEVICES USING THE ACTUATOR}

본 발명은 리니어 액추에이터(linear actuator), 그것을 사용한 펌프장치 및 컴프레서 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 내부요크와 외부요크가 둘레방향으로 배치된 구조의 리니어 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로, 실린더 내에서 피스톤이 직선 운동하도록 한 펌프장치나 컴프레서 장치라도, 그것에 사용되는 액추에이터는 회전운동을 출력하는 모터가 사용되고 있다. 이 때문에, 모터의 출력축과 피스톤의 사이에서는, 크랭크샤프트(crankshaft) 등에 의해 회전운동을 직선운동으로 변환할 필요가 있으므로, 힘의 전달효율이 낮다는 문제점이 있다.

그래서, 일본 특허공고 평6-91727호 공보에 개시된 전기기계 변환기에 기재된 구성을 리니어 액추에이터로서 이용하는 것이 고려된다. 여기에 개시된 리니어 액추에이터는 도 7의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 2개 또는 4개의 내부요크(103, 203)와, 이들 내부요크(103, 203)의 각각의 외면과의 사이에 간극(109, 209)을 형성하도록 배치된 2개 또는 4개의 외부요크(104, 204)와, 외부요크(104, 204)에 대해 감긴 코일(도시하지 않음)과, 간극(109, 209)에 배치된 마그네트(106, 206)를 구비하고 있다. 내부요크(103, 203) 및 외부요크(104, 204)는 다수 매의 자성박판을 대향면측에서 원호를 그리도록 겹친 적층체가 사용되고, 그 형태에 맞추어 마그네트(106, 206)로서 원호형상의 마그네트가 사용되고 있다.

또한, 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 원통형상의 내부요크(303)와 원통형상의 외부요크(304)를 소정 간극(309)을 사이에 두고 대향시켜, 그 간극(309)에 원통형상 마그네트(306)를 배치하는 것도 있다.

이들 중 어느 구조를 사용하더라도, 그것을 축선방향으로 절단했을 때에는 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이 나타난다. 여기서, 코일(108)에 교류전류를 흘리면, 내부요크(103, 203, 303)와 외부요크(104, 204, 304)와 한쪽 다리부(leg portion)와의 사이에 발생하는 자계와, 내부요크(103, 203, 303)와 외부요크(104, 204, 304)와 다른 쪽 다리부와의 사이에 발생하는 자계의 방향이 서로 교대된다. 따라서, 마그네트(106, 206, 306)가 축선방향으로 진동하므로, 그것과 일체인 가동체(도시하지 않음)가 축선방향으로 진동하여, 가동체로부터 왕복 직선운동을 출력할 수 있다.

그러나, 도 7의 (A), (B)에 나타낸 구성으로는, 간극(109, 209)을 원호형상으로 하기 위해, 내부요크(103, 203) 및 외부요크(104, 204)를 제조할 때 특수한 적층형을 이용하여 자성박판을 조금씩 어긋나게 하면서 적층할 필요가 있기 때문에 양산이 곤란하다. 또한, 만곡형상의 마그네트(106, 206)를 제조할 때, 정밀한 연마가 필요하기 때문에 양산하는 것이 곤란하다. 마찬가지로, 도 7의 (C)에 나타낸 링형상의 내부요크(303), 외부요크(304) 및 마그네트(306)를 제조하는 것도 곤란하다. 또한, 가동체에 대해서 복수의 마그네트를 배치할 때, 마그네트끼리 흡인 또는 반발하므로, 조립 작업에 많은 시간이 걸린다는 문제점도 있다.

도 1의 (A), (B)는 각각 본 발명에 따른 리니어 액추에이터의 설명도 및 그 일부를 절단하여 나타낸 설명도이다.

도 2의 (A), (B), (C), (D)는 각각 도 1에 나타내는 리니어 액추에이터의 스테이터(stator)의 A-A' 단면도, 그 일부를 절단하여 나타낸 설명도, 내부요크를 유지하는 내부요크 유지부의 평면도, 및 내부요크의 구성예를 나타낸 설명도이다.

도 3의 (A), (B), (C), (D), (E)는 각각 이 리니어 액추에이터의 가동체측의 평면도, 종단면도, 저면도, 마그네트에 자화된 극(pole)의 설명도, 및 마그네트 유지부의 확대 평면도이다.

도 4의 (A), (B)는 각각 본 발명에 따른 리니어 액추에이터에 있어서 외부요크를 6개로 했을 경우, 코일을 원형상으로 감았을 때의 설명도, 및 코일을 대략 다각형 형상으로 감았을 때의 설명도이다.

도 5의 (A), (B)는 각각 본 발명에 따른 리니어 액추에이터에 있어서 외부요크를 8개로 했을 경우, 코일을 원형상으로 감았을 때의 설명도, 및 코일을 대략 다각형 형상으로 감았을 때의 설명도이다.

도 6의 (A), (B)는 각각 본 발명에 따른 리니어 액추에이터에 있어서 외부요크를 12개로 했을 경우, 코일을 원형상으로 감았을 때의 설명도, 및 코일을 대략 다각형 형상으로 감았을 때의 설명도이다.

도 7의 (A), (B), (C), (D)는 각각 종래의 리니어 액추에이터의 설명도이다.

(부호의 설명)

1 : 리니어 액추에이터 2 : 실린더 본체

3 : 내부요크 4 : 외부요크

5 : 가동체 6 : 마그네트

8 : 코일 9A, 9B : 간극

11 : 프레임 22 : 실리더 본체의 원통부

23 : 내부요크 유지부 41, 42 : 요크편

43, 44 : 자극 50 : 피스톤

52 : 마그네트 유지부 401 : 제1 외부요크 부분

402 : 제2 외부요크 부분

본 발명의 과제는 양산에 적합한 구조의 자성부품을 사용하여 자기의 이용효율이 높은 리니어 액추에이터, 그것을 사용한 펌프장치 및 컴프레서 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 내부요크와, 상기 내부요크와의 사이에 축선방향과 직교하는 간극을 형성하는 외부요크와, 상기 외부요크에 대해 감긴 코일과, 상기 간극 내에 마그네트를 구비하며, 축선방향으로 이동가능한 가동체를 가지는 리니어 액추에이터로서, 상기 외부요크 및 상기 내부요크는 각각 평면적인 대향면을 가지며 둘레방향으로 등각도간격으로 복수개 배치되며, 상기 가동체는 상기 외부요크와 상기 내부요크가 형성하는 상기 간극의 각각에 상기 마그네트를 구비하며, 또한 인접하는 상기 마그네트의 사이에는, 인접하는 상기 내부요크의 사이 및 인접하는 상기 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어간 상태로 상기 마그네트의 양측을 유지하는 마그네트 유지부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 액추에이터에서는 코일에 교류전류를 통전하면, 외부요크와 내부요크와의 사이에서 축선방향으로 인접하는 간극에 발생되는 자계가 서로 교대된다. 따라서, 마그네트에 가해지는 축선방향으로의 힘의 방향이 교대되므로, 그것과 일체인 가동체가 축선방향으로 진동한다. 그 때문에, 가동체로부터 왕복 직선운동을 출력할 수 있다.

여기서, 외부요크 및 내부요크는 각각 평면적인 대향면을 가지며, 축선방향과 직교하는 간극을 사이에 두고 대향하고 있지만, 둘레방향에 있어서 등각도간격으로 복수개 배치되어 있다. 이 때문에, 실질적으로는 외부요크 및 내부요크의 대향면을 원호형상으로 구성한 것과 거의 동등한 자기효율을 가지며 구동력을 발생시킬 수 있다. 또한, 가동체는 인접하는 내부요크의 사이, 및 인접하는 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어간 상태로 마그네트의 양측을 유지하는 마그네트 유지부를 구비하고 있기 때문에, 마그네트 끼리가 흡인 또는 반발하고자 하여도 마그네트 유지부에 의해 자세나 위치가 정확하게 규정된다. 그 때문에, 조립이 용이하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 양산가능한 저가의 리니어 액추에이터를 제공할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 가동체는 상기 마그네트로서 평판형상 마그네트를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 외부요크 및 내부요크의 대향면이 평면이기 때문에 평판형상 마그네트를 사용할 수 있고, 이와 같은 마그네트도 양산이 용이하다.

본 발명에 있어서, 상기 마그네트 유지부로서는 축선방향에서 봤을 때 대략 삼각형 형상을 가지며, 인접하는 상기 내부요크의 사이 및 인접하는 상기 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어가 있는 구조인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 마그네트로서 강력한 평판형상 마그네트를 사용하여도 인접하는 마그네트의 자력에 의해 마그네트의 자세나 형상 등이 변화하여 버리는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 내부요크와 상기 외부요크는, 예컨대 축선방향으로 이간하는 2곳에 상기 간극을 형성하고 있다. 이와 같은 경우, 마그네트는 축선방향으로 이간하는 2개의 간극에 걸쳐 배치된다.

본 발명에 있어서, 상기 외부요크 및 상기 내부요크는 둘레방향에서 등각도간격으로 6개 이상 배치되어 있는 것이 바람직하다. 외부요크 및 내부요크를 6개 미만으로 하면, 외부요크에 있어서 코일의 반경방향 외측에 배치되는 부분이 둘레방향에서 대형화되기 때문에, 소정 체격내에 수납하고자 하면, 코일의 내경은 그 내측에 오는 부분의 관계로 작게 할 수 없기 때문에 코일의 감김 공간의 확보가 곤란하게 되지만, 본 발명에 의하면 이와 같은 문제를 회피할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 코일은, 예컨대 둘레방향으로 배치된 상기 6개 이상의 외부요크 전체를 둘러싸도록 감긴 공통의 코일로서 구성되어 있다. 또한, 상기 복수의 외부요크는 각각 상기 코일의 내주측에서 둘레방향으로 직선적으로 연장된 제1 외부요크 부분과 상기 코일의 외주측에서 둘레방향으로 직선적으로 연장된 제2 외부요크 부분을 구비하며, 상기 코일은 상기 제1 외부요크 부분과 상기 제2 외부요크 부분의 사이에서 직선적으로 감겨져 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면, 코일을 원형상으로 감은 경우와 달리 코일과 제1 외부요크 부분의 사이에 간극이 생기지 않으므로, 그 만큼 좁은 공간내에서 코일의 감는 횟수를 증가시킬 수 있어, 액추에이터의 성능을 향상시킬 수 있다. 바꿔말하면, 코일의 감는 횟수를 동일하게 했을 때, 외부요크의 반경방향의 폭을 좁게 할 수 있어, 소형화를 도모할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 외부요크는 6개 내지 8개가 등각도간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 외부요크를 6개 내지 8개로 하면, 마그네트 유지부의 수도 6곳 내지 8곳으로 된다. 여기서, 외부요크나 내부요크의 수가 많으면 많을수록, 마그네트의 수가 증가되기 때문에, 마그네트 유지부의 수도 증가되고, 마그네트 유지부가 차지하는 공간이 크게 되어 버린다. 그렇다고 해서, 마그네트 유지부를 작게 하면, 마그네트로서 강력한 것을 사용하기 때문에, 인접하는 마그네트 상호간에 작용하는 자력에 마그네트 유지부가 견디지 못하므로, 이 점을 감안하면 외부요크나 내부요크의 수는 적은 편이 좋다. 한편, 외부요크의 둘레방향에서의 치수는 외부요크를 배치하는 수에 따라 규정되기 때문에, 둘레방향으로 외부요크가 배치되어 있는 치수도 외부요크의 수에 따라 규정된다. 또한, 코일을 배치하는 공간의 크기를 감안하면, 외부요크의 수는 많은 편이 좋다. 이들 복수의 요소를 고려했을 때, 외부요크를 6개 내지 8개로 하면, 각 요소의 균형이 잡혀지므로 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 외부요크는 복수의 요크편으로서 분할 가능하게 구성되고, 또한 상기 외부요크는 별개로 감긴 코일을 상기 복수의 요크편에 의해 끼운 구조를 가지고 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 외부요크 및 상기 내부요크 중 적어도 한쪽은, 예컨대 복수의 자성박판의 적층체이다. 이와 같이 구성하면, 와전류 손실을 억제할 수 있으므로 고주파 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 외부요크 및 상기 내부요크 중 적어도 한쪽은, 소결 연자성 부품으로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 소결 연자성 부품으로서 소결 분말이 수지 코팅되어 있는 것을 사용하면, 와전류 손실을 억제할 수 있으므로 고주파 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 액추에이터는 각종 유체를 공급하기 위한 펌프장치 또는 컴프레서 장치로서 이용할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 리니어 액추에이터를 설명한다.

도 1의 (A), (B)는 각각 본 발명에 따른 리니어 액추에이터의 주요부 평면도, 및 그 일부를 절단하여 나타낸 설명도이다. 도 2의 (A), (B), (C), (D)는 각각 이 리니어 액추에이터의 스테이터(stator)의 A-A' 단면도, 그 일부를 절단하여 나타낸 설명도, 내부요크를 유지하는 내부요크 유지부의 평면도, 및 내부요크의 구성예를 나타낸 설명도이다. 도 3의 (A), (B), (C), (D), (E)는 각각 이 리니어 액추에이터의 가동체측의 평면도, 종단면도, 저면도, 마그네트에 자화된 극(pole)의 설명도, 및 마그네트 유지부의 확대 평면도이다.

도 1의 (A), (B)에 있어서, 이 실시형태의 리니어 액추에이터(1)는 각종 유체를 공급하기 위한 펌프장치 또는 컴프레서 장치에 사용되는 것으로서, 스테이터측을 유지하는 프레임(11)과 이 프레임(11)에 대해 축선(L)을 따라서 직선이동 가능한 가동체(5)로 구성되어 있다. 여기서, 프레임(11)은 예컨대, 펌프케이스나 각종 기기에 탑재된다.

도 2의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 스테이터측에 있어서, 프레임(11)에는 플랜지부(21)를 구비한 원통형상의 실리더 본체(2)가 유지되어 있다. 실리더 본체(2)의 원통부(22)의 외주면에 대해서는, 도 2의 (C)에 나타내는 원판형상의 내부요크 유지부(23)가 부착되어 있다.

내부요크 유지부(23)는 직선형상으로 연장되는 8개의 슬릿(231)이 둘레방향으로 등각도간격으로 형성되며, 내부요크 유지부(23)상에는 슬릿(231)에 대응하는 각각의 위치에 자성판으로 이루어진 내부요크(3)가 고정되어 있다. 이 때문에, 내부요크(3)는 둘레방향으로 등각도간격으로 8매 배치된 상태로 된다.

내부요크(3)는 평판형상을 가지고 있으며, 이하에 설명하는 외부요크(4)와의 대향면(외면) 및 그 이면(내면) 모두가 평면으로 되어 있다. 여기서 말하는 대향면이 평면이라는 것은, 내부요크(3)의 외면 전체가 동일 평면에 포함되는 구성 이외에, 도 2의 (D)에 나타낸 바와 같이, 자기특성을 개선하는 것을 목적으로, 내부요크(3)의 외면에 오목부(36)를 형성하고, 이 오목부(36)의 저면이 외부요크(4)와의 대향면(37)으로서 평면으로 되어 있는 경우도 포함한다.

프레임(11)에 대해서는, 내부요크(3)의 대향면과 축선방향으로 이간하는 위치에 2개의 간극(9A, 9B)을 형성하도록 배치된 블록형상의 외부요크(4)가 둘레방향으로 등각도간격으로 8개 설치되어 있다. 이 실시형태에 있어서, 외부요크(4)는 내부요크(3)와의 대향면이 평면으로 되어 있다.

외부요크(4)는 종단면이 ㄷ자 형상을 구비한 상하 2개의 요크편(41, 42)으로 구성되며, 각각의 요크편(41, 42)에 있어서 그 내측에서 축선방향으로 구부러진 부분이 내부요크(3)에 간극을 사이에 두고 대향하는 자극(43, 44)으로 되어 있다. 2개의 요크편(41, 42)은 모두, 복수매의 자성박판을 단면(端面)이 내부요크(3)쪽으로 향하도록 세워진 것을 면 바깥방향으로 적층하여 블록체로 한 것이다. 이 때문에, 외부요크(4)에서는 와전류 손실이 비교적 작다는 이점이 있다.

외부요크(4)에 있어서, 2개의 요크편(41, 42)의 사이에 구성되는 공간내에는, 링형상의 평면형상을 구비한 보빈(80)에 감긴 코일(8)이 배치되어 있다. 코일(8)은 8개의 외부요크(4) 전체를 둘러싸도록 감긴 공통의 코일이다. 외부요크(4)는 코일(8)의 내주측에서 둘레방향으로 직선적으로 연장된 제1 외부요크 부분(401)과 코일(8)의 외주측에서 둘레방향으로 직선적으로 연장된 제2 외부요크 부분(402)을 구비한 구조로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 스테이터에 대하여, 이 실시형태에서는 도 3의 (A), (B), (C)에 나타내는 컵형상의 가동체(5)가 배치되어 있다. 이 가동체(5)는 수지 성형품이며, 정팔각형의 저부(51)와 이 저부(51)의 모서리 부분으로부터 축선방향으로 기립하는 가늘고 긴 마그네트 유지부(52)를 구비하고 있다.

마그네트 유지부(52)의 측면에는 평판형상의 마그네트(6)의 양측이 삽입 고정되는 홈(520)이 형성되어 있고, 거기에 판형상의 마그네트(6)의 양단을 삽입하도록 되어 있다. 가동체(5)에는 마그네트 유지부(52)가 총 8개 형성되고, 8매의 판형상 마그네트(6)를 둘레방향으로 등각도간격으로 유지하고 있다.

여기서, 마그네트(6)는 Nd-Fe-B계 희토류 자석 또는 수지 마그네트이고, 도 3의 (D)에 나타낸 바와 같이, 표리가 각각 반대의 극으로 자화되어 있다.

도 3의 (E)에 나타낸 바와 같이, 마그네트 유지부(52)는 축선방향에서 봤을 때에 대략 삼각형 평면형상을 하고 있으며, 삼각형의 정점에 상당하는 부분은 인접하는 내부요크(3) 사이에 설형(楔形)으로 들어가 있다. 이에 반해, 마그네트 유지부(52)의 삼각형의 저변에 상당하는 부분은 인접하는 외부요크(4)의 사이로 들어가 있다.

이와 같이 구성된 가동체(5)를 도 1의 (A), (B)에 나타낸 바와 같이, 프레임(11)상에 배치된 상태에 있어서 8매의 마그네트(6)는 각각 내부요크(3)와 외부요크(4)와의 간극(9A, 9B)에 위치한다. 또한, 가동체(5)의 저부(51)는 환봉형상 또는 원통형상의 피스톤(50)의 베이스의 고정부로 되어 있고, 피스톤(50)은 실리더 본체(2)의 원통부(22)의 내측에 장착된 상태로 있다.

이와 같이 구성된 리니어 액추에이터(1)에 있어서, 마그네트(6)의 내측면이 S극으로 자화되고 외측면이 N극으로 자화되어 있는 경우, 도 1의 (B)에 점선 화살표(B1, B2)로 나타내는 자계가 발생된다. 이 상태에서 코일(8)에 교류전류를 흘렸을 때, 도면을 향해 앞쪽으로부터 반대쪽으로 전류가 흐르고 있는 기간에는, 실선 화살표(B3)로 나타내는 자계가 발생되고, 간극(9A)측에는 마그네트(6)로부터의 자계와 코일(8)로부터의 자력선의 방향이 동일한 반면에, 간극(9B)측에서는 마그네트(6)으로부터의 자계와 코일(8)로부터의 자력선의 방향이 반대이다. 그 결과, 마그네트(6)에는 하방으로 향하는 힘이 작용한다.

이에 반해, 도면을 향해 반대쪽으로부터 앞쪽으로 전류가 흐르고 있는 기간에는 그것과는 반대로, 마그네트(6)에는 상방으로 향하는 힘이 작용한다.

이와 같이 하여 마그네트(6)에는 축선방향에 있어서 방향이 교체되는 힘이 작용하므로, 그것과 일체인 가동체(5)가 축선방향으로 진동하고, 가동체(5)에 설치된 피스톤(50)으로부터 왕복직선운동을 출력하게 된다.

여기서, 외부요크(4) 및 내부요크(3)는 각각 평면적인 대향면을 가지고 있지만, 둘레방향에 있어서 등각도간격으로 8개 배치되어 있기 때문에, 실질적으로는 외부요크(4) 및 내부요크(3)의 대향면을 원호형상으로 구성한 것과 동등한 자기효율을 가지며 구동력을 발생시킬 수 있고, 또한 이와 같은 형상의 내부요크(3)나 외부요크(4)라면 양산이 용이하다. 또한, 외부요크(4) 및 내부요크(3)의 대향면이 평면이라면, 평면형상의 마그네트(6)를 사용할 수 있고, 이와 같은 마그네트(6)도 양산이 용이하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 양산가능한 저가의 리니어 액추에이터(1)를 제공할 수 있다.

또한, 가동체(5)는 저부(51)의 모서리 부분으로부터 축선방향으로 기립하는 가늘고 긴 마그네트 유지부(52)를 구비하며, 이들 마그네트 유지부(52)는 축선방향에서 봤을 때에 대략 삼각형 평면형상을 가지며, 인접하는 내부요크(3)의 사이 및 인접하는 외부요크(4)의 사이에 들어가 있다. 따라서, 마그네트(6)로서 강력한 평판형상의 마그네트(6)를 사용하여도, 인접하는 마그네트(6)의 자력에 의해 마그네트(6)의 자세나 형상 등이 변해버리는 것을 방지할 수 있고, 조립하기 쉽다는 이점이 있다.

(변형예 1)

상기 실시형태에서는 외부요크(4) 및 내부요크(3)로서 복수매의 자성박판을 적층하여 블록체로 한 것을 사용하였지만, 순수 철 분말 또는 철에 미량의 첨가물을 부가한 분말의 표면에 수지가 코팅된 것을 성형, 소결한 소결 연자성 부품으로 외부요크(4)나 내부요크(3)를 형성하여도 좋다. 이와 같은 소결 연자성 부품은 스미토모 덴키 산교 가부시키가이샤로부터 상표명 FM-CM 등으로서 상품화되어 있고, 3차원적으로 각종 형상의 것을 높은 가공정밀도로 용이하게 형성할 수 있고, 또한 자성박판과 다르게 등방성이라는 이점이 있다. 또한, 분말의 표면이 수지로 코팅되어 있기 때문에, 내부저항이 크고, 와전류 손실이 현저하게 작으므로, 고주파 특성이 우수하다는 이점도 있다. 또한, 소결 연자성 부품은 용이하게 파쇄(破碎)할 수 있으므로, 재활용(recycle)이라는 면에서도 우수하다.

(변형예 2)

상기 실시형태에서는 원형상으로 감긴 코일(8)을 사용하였지만, 도 4의 (B), 도 5의 (B), 도 6의 (B)에 각각 외부요크(4)가 6개, 8개, 12개인 경우를 나타낸 바와 같이, 코일(8)은 대략 다각형으로 감겨져 제1 외부요크 부분(401)과 제2 외부요크 부분(402)의 사이에서 직선적으로 되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성하면, 도 4의 (A), 도 5의 (A), 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 원형상으로 감았을 경우와 다르게, 코일(8)과 제1 외부요크 부분(401)과의 사이에 간극(88)이 발생하지 않는다. 따라서, 좁은 공간내에서 코일(8)의 감는 횟수를 증가시킬 수 있어, 리니어 액추에이터(1)의 성능을 향상시킬 수 있다. 역으로 말하면, 코일(8)의 감는 횟수를 동일하게 했을 때, 외부요크(4)의 반경방향의 폭을 좁게 할 수 있어, 소형화를 도모할 수 있다.

예컨대, 외부요크(4)의 외경치수를 Φ99로 억제했을 때, 외부요크(4)가 6개인 경우, 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 원형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 6.138mm인 것에 비해, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 다각형 형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 7.87mm로 된다.

외부요크(4)가 8개인 경우, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 원형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 7.35mm인 것에 비해, 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 다각형 형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 8.4mm로 된다.

외부요크(4)가 12개인 경우, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 원형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 7.868mm인 것에 비해, 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이, 코일(8)을 다각형 형상으로 감으면 코일(8)의 감는 폭은 8.4mm로 된다.

여기서, 추력(推力)(성능)은 하기 식

요크의 폭 ×요크의 개수 ×코일 공간

으로 구해지는 값에 정비례한다. 따라서, 요크의 개수는 6개, 8개, 12개로 했을 때, 상기 식으로 구해지는 값은 이하,

요크가 6개이고 코일이 원형상일 때

21.5 ×6 ×6.138 = 791.8

요크가 6개이고 코일이 다각형 형상일 때

21.5 ×6 ×7.87 = 1015.2

요크가 8개이고 코일이 원형상일 때

16 ×8 ×7.35 = 940.8

요크가 8개이고 코일이 다각형 형상일 때

16 ×8 ×8.4 = 1075.2

요크가 12개이고 코일이 원형상일 때

10 ×12 ×7.868 = 944.2

요크가 12개이고 코일이 다각형 형상일 때

10 ×12 ×8.4 = 1008

으로 구해지는 값으로 된다.

(그외 실시형태)

또한, 상기 실시형태에서는 외부요크(4)나 내부요크(3)를 각각 수지로 제작된 유지체로 유지하는 구성이었지만, 인서트성형 등을 이용하여 유지체와 일체로 형성하여도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는 자기효율이라는 관점에서 내부요크(3) 및 외부요크(4)를 각각 8개로 하였지만, 6개 이상이면(예컨대, 12개) 무방하다.

그러나, 내부요크(3) 및 외부요크(4)의 수에 대해서는, 이하의 이유에서 6개 내지 8개인 것이 바람직하다(도 4 및 도 5 참조).

외부요크(4)를 6개 내지 8개로 하면, 마그네트 유지부(52)의 수도 6개 내지 8개로 된다. 여기서, 외부요크(4)나 내부요크(3)의 수가 많으면 많을수록 마그네트(6)의 수가 증가하기 때문에, 마그네트 유지부(52)의 수도 증가하고, 마그네트 유지부(52)가 차지하는 공간이 커져 버린다. 그렇다고 해서, 마그네트 유지부(52)를 작게 하면, 마그네트(6)로서 강력한 것을 사용하기 때문에, 인접하는 마그네트(6) 상호간에 작용하는 자력에 마그네트 유지부(52)가 견디지 못하게 되어 버린다. 따라서, 마그네트 유지부(52)가 차지하는 공간 및 그 강도를 고려하면, 외부요크(4)나 내부요크(3)의 수는 적은 편이 좋다.

이에 반해, 외부요크(4)의 둘레방향에 있어서의 치수는 외부요크(4)를 배치하는 수에 따라 규정되기 때문에, 둘레방향으로 외부요크가 배치되어 있는 전체 길이도 외부요크(4)의 수에 따라서 규정된다. 예컨대, 도 4에 나타낸 바와 같이, 외부요크(4)를 6개로 하면, 둘레방향의 치수는 21.5mm이고, 둘레방향 전체로 외부요크(4)가 배치되어 있는 전체 길이는 129mm로 된다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 외부요크(4)를 8개로 하면, 둘레방향의 치수는 16mm이고, 둘레방향 전체에서 외부요크(4)가 배치되어 있는 전체 길이는 128mm로 된다. 이에 비해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 외부요크(4)를 12개로 하면, 둘레방향의 치수는 10mm이고, 둘레방향 전체에서 외부요크(4)가 배치되어 있는 전체 길이는 120mm로 되어 버린다.

또한, 코일을 배치하는 공간의 크기를 고려하면, 도 4, 도 5, 도 6을 참조하여 앞서 기술한 바와 같이, 외부요크(4)의 수는 많은 편이 좋다.

따라서, 이들 복수의 요소를 고려했을 때, 외부요크(4)를 6개 내지 8개로 하면, 각 요소의 균형이 잡혀 바람직하다.

또한, 상기 실시형태에서는 마그네트(6)로서 평판형상의 것을 8매 사용하였지만, 8각 기둥형상의 마그네트(6)를 사용하여도 무방하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 리니어 액추에이터에 있어서, 외부요크 및 내부요크는 각각 평면적인 대향면을 가지며, 축선방향과 직교하는 간극을 통해사이에 두고 대향하고 있지만, 둘레방향에 있어서 등각도간격으로 복수개 배치되어 있기 때문에, 실질적으로는 외부요크 및 내부요크의 대향면을 원호형상으로 구성한 것과 거의 동등한 자기효율을 가지며 구동력을 발생시킬 수 있다. 또한, 가동체는 인접하는 내부요크의 사이 및 인접하는 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어간 상태로 마그네트의 양측을 유지하는 마그네트 유지부를 구비하고 있기 때문에, 마그네트 끼리가 흡인 또는 반발하려고 하여도 마그네트 유지부에 의해 자세나 위치가 정확하게 규정되어 있어 조립이 용이하다. 따라서, 본 발명에 의하면, 양산가능한 저가의 리니어 액추에이터를 제공할 수 있다.

Claims (13)

1. 내부요크와, 상기 내부요크와의 사이에 축선방향과 직교하는 간극을 형성하는 외부요크와, 상기 외부요크에 대해 감긴 코일과, 상기 간극 내에 마그네트를 구비하며, 축선방향으로 이동가능한 가동체를 가지는 리니어 액추에이터로서,

   상기 외부요크 및 상기 내부요크는 각각 평면적인 대향면을 가지며 둘레방향으로 등각도간격으로 복수개 배치되며,

   상기 가동체는 상기 외부요크와 상기 내부요크가 형성하는 상기 간극의 각각에 상기 마그네트를 구비하며, 또한 인접하는 상기 마그네트의 사이에는, 인접하는 상기 내부요크의 사이 및 인접하는 상기 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어간 상태로 상기 마그네트의 양측을 유지하는 마그네트 유지부를 구비하고 있는 리니어 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 가동체는 상기 마그네트로서 평판형상 마그네트를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네트 유지부는 축선방향에서 봤을 때 대략 삼각형 형상을 가지며, 인접하는 상기 내부요크의 사이 및 인접하는 상기 외부요크의 사이에 적어도 일부가 들어가 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부요크와 상기 외부요크는 축선방향으로 이간하는 2곳에 상기 간극을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 외부요크 및 상기 내부요크는 둘레방향으로 등각도간격으로 6개 이상 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 코일은 둘레방향으로 배치된 상기 6개 이상의 외부요크 전체를 둘러싸도록 감긴 공통의 코일로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 복수의 외부요크는 각각 상기 코일의 내주측에서 원주방향으로 직선적으로 연장된 제1 외부요크 부분과 상기 코일의 외주측에서 원주방향으로 직선적으로 연장된 제2 외부요크 부분을 구비하며,

   상기 코일은 상기 제1 외부요크 부분과 상기 제2 외부요크 부분의 사이에서 직선적으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 외부요크는 6개 내지 8개가 등각도간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 외부요크는 복수의 요크편으로서 분할가능하게 구성되며,

   상기 외부요크는 개별적으로 감긴 코일을 상기 복수의 요크편에 의해 끼운 구조를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 외부요크 및 상기 내부요크 중 적어도 한쪽은 복수의 자성박판의 적층체인 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 외부요크 및 상기 내부요크 중 적어도 한쪽은 소결 연자성 부품으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 리니어 액추에이터를 사용하는 펌프장치.
13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 리니어 액추에이터를 사용하는 컴프레서 장치.