TW201507327A - 線性致動器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種線性致動器，其可維持在將推力設為較大狀態下，將全長加以縮短。 本發明之線性致動器係具備有：中空之驅動用磁鐵11；配置在驅動用磁鐵11之外側及內側中之任一方之線圈4；及配置在驅動用磁鐵11之外側及內側中之另一方，並且連結於線圈4，使驅動用磁鐵11回歸至原點之回歸用磁鐵8。藉由對線圈4進行通電，驅動用磁鐵11或者線圈4及回歸用磁鐵8於驅動用磁鐵11之軸線方向產生移動。

Description

線性致動器

本發明係關於一種線性致動器，其具備有線圈、及生成與線圈產生交鏈之磁束之驅動用磁鐵，藉由對線圈進行通電，使線圈及驅動用磁鐵中之任一方於軸線方向產生移動。

線性致動器係具備有線圈、及生成與線圈產生交鏈之磁束之驅動用磁鐵。本案申請人係作為此種線性致動器而揭示於專利文獻1所記載之線性振動致動器。

該線性振動致動器係具備有：圓柱形之驅動用磁鐵，其沿著軸線方向被加以磁化；線圈，其配置在與驅動用磁鐵呈同心之同心圓上，且將驅動用磁鐵之周圍加以包圍。驅動用磁鐵所產生之磁束係與線圈產生交鏈。若於線圈使電流產生流通，則藉由驅動用磁鐵之磁束與於線圈產生流通之電流之交互作用，線圈及驅動用磁鐵中之一方係於軸線方向產生移動。若轉換於線圈之電流所產生流通之方向，即，若於線圈使交流產生流通，則驅動用磁鐵係於軸線方向產生振動。

於線圈之軸線方向之兩端部，設置有使可動子回歸至原點之一對回歸用磁鐵。一對回歸用磁鐵係與可動子之驅動用磁鐵產生互斥，藉由互斥力使可動子回歸至原點。藉由利用磁鐵之互斥力，即便不使用彈簧等之彈性物體，亦可使可動子回歸至原點。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-268672號公報

但是，於專利文獻1所記載之線性致動器，其線圈及回歸用磁鐵為於固定子之軸線方向以串聯之方式加以排列，因此，存在有線性致動器之軸線方向之全長為變長之問題。而安裝著線性致動器之機器，則有將線性致動器之全長加以縮短之需求。假如將線圈、驅動用磁鐵、回歸用磁鐵之軸線方向之長度加以縮短，則可將線性致動器之全長加以縮短，但會使線性致動器之推力產生降低。

因此，本發明之目的在於提供一種線性致動器，其可在維持將推力設為較大狀態下，將全長加以縮短。

為了解決上述問題，本發明之線性致動器係具備有：中空之驅動用磁鐵；配置在上述驅動用磁鐵之外側及內側中之任一方之線圈；及配置在上述驅動用磁鐵之外側及內側中之另一方，並且連結於上述線圈，使上述驅動用磁鐵回歸至原點之回歸用磁鐵；藉由對上述線圈進行通電，上述驅動用磁鐵或者上述線圈及上述回歸用磁鐵於上述驅動用磁鐵之軸線方向產生移動。

根據本發明，在中空之驅動用磁鐵之外側及內側中之任一方配置線圈，且在中空之驅動用磁鐵之外側及內側中之另一方配置回歸用磁鐵，因此，可在維持將推力設為較大狀態下，將線性致動器 之軸線方向之全長加以縮短。又，因為將中空之驅動用磁鐵加以配置在線圈與回歸用磁鐵之間，所以自線圈也自回歸用磁鐵也變成容易對驅動用磁鐵施加力。此內容也為可使推力變大之一因素。

1‧‧‧固定子

1a‧‧‧凸緣

2‧‧‧可動子

2a‧‧‧凸緣

4‧‧‧線圈

4a‧‧‧第1線圈

4b‧‧‧第2線圈

5‧‧‧軛

6‧‧‧外殼

7‧‧‧管

8‧‧‧回歸用磁鐵

8a、11a‧‧‧扇形磁鐵

9a、9b‧‧‧磁鐵支持部

11‧‧‧驅動用磁鐵

12a‧‧‧第1軛

12b‧‧‧第2軛

14‧‧‧滑動軸承

f1、f2‧‧‧推力

L1、L2‧‧‧長度

m1‧‧‧第1磁性回路

m2‧‧‧第2磁性回路

N‧‧‧電極

P1、P2‧‧‧中心間間距

R1‧‧‧負方向之交鏈磁束

R2‧‧‧正方向之交鏈磁束

S‧‧‧電極

圖1係為本發明之一實施形態之線性致動器之外觀立體圖。

圖2係為沿著本實施形態之線性致動器之軸線之剖面圖。

圖3係為圖2之線性致動器之示意圖(顯示藉由驅動用磁鐵及回歸用磁鐵而所形成之第1及第2磁性回路)。

圖4係為顯示可動子自原點位置而移動至行程之右端為止時之第1及第2線圈之交鏈磁束之變遷之圖。

圖5係為顯示驅動用磁鐵及回歸用磁鐵之其他實例之立體圖。

圖6係為顯示由扇形磁鐵加以構成驅動用磁鐵及回歸用磁鐵之實例之立體圖。

以下，參照添附圖式而加以說明本發明之一實施形態之線性致動器。圖1係用於顯示線性致動器之外觀立體圖。線性致動器係具備有：圓筒形的固定子1、及配置於固定子1之內側之圓筒形的可動子2。圓筒形的固定子1與圓筒形的可動子2，係其軸線為一致。於固定子1，設置有線圈。於可動子2，設置有驅動用磁鐵。若於固定子1之線圈使電流產生流通時，可動子2係於軸線方向產生移動。於固定子1之一端部，設置有用以將固定子1安裝於機器之凸緣1a。於可動子2之一端部，亦設置有用以將可動子2安裝於機器之凸緣2a。

圖2係用於顯示線性致動器之剖面圖。在固定子1，作 為線圈4之第1及第2線圈4a、4b係在使相互之軸線為呈一致之狀態下，排列於軸線方向。於第1及第2線圈4a、4b之外側，設置有圓筒形之軛5。軛5係包含有鐵、鋼、矽鋼、及高磁導合金等之軟質磁性材料。於軛5之外側，設置有圓筒形之樹脂製的外殼6。軛5及外殼6之軸線方向之一端部係安裝於凸緣1a。此外，假如於軛5進行防鏽處理的話，則不需要樹脂製外殼6。線圈4係被未圖示之筒管等所支撐，而與軛5及外殼6呈一體化。

於凸緣1a固定有通過第1及第2線圈4a、4b之內側之中空的管7。管7係包含有樹脂等之非磁性材料。於管7之外周面，安裝有圓筒形的回歸用磁鐵8。即，回歸用磁鐵8係經由管7、凸緣1a、及軛5而連結於第1及第2線圈4a、4b。

回歸用磁鐵8係以軸線方向之一端部為S極而另一端部為N極之方式於軸線方向被加以磁化。回歸用磁鐵8係配置在由第1及第2線圈4a、4b所構成之線圈4之軸線方向之中心。回歸用磁鐵8之軸線方向的長度係較短於由第1及第2線圈4a、4b所構成之線圈4之軸線方向之長度。於回歸用磁鐵8之軸方向之兩端部，設置有由樹脂等之非磁性材料所構成之圓筒形的磁鐵支持部9a、9b。

可動子2之構成係如以下所述。可動子2係具備有圓筒形之驅動用磁鐵11。驅動用磁鐵11係以軸線方向之一端部為N極而另一端部為S極之方式於軸線方向被加以磁化。驅動用磁鐵11係配置在回歸用磁鐵8之軸線方向之中心。回歸用磁鐵8之軸線方向之長度L1係為驅動用磁鐵11之軸線方向之長度L2以上，較佳為1倍以上1.2倍以下。

於驅動用磁鐵11之軸線方向之兩端部，設置有包含鐵、 鋼、矽鋼、及高磁導合金等之軟質磁性材料之第1及第2軛12a、12b。第1及第2軛12a、12b皆形成為圓筒形。於驅動用磁鐵11、第1及第2軛12a、12b之內側，設置有非磁性材料(例如樹脂製)之圓筒形的滑動軸承14。滑動軸承14係由軸襯(bush)或栓槽(spline)所形成。滑動軸承14之內周面係與固定子1之磁鐵支持部9a、9b之外周面產生接觸。相對於固定子1，可動子2之軸線方向的直線運動係藉由滑動軸承14來加以導引。此外，亦可將滑動軸承14設為磁性材料。

第1及第2線圈4a、4b、驅動用磁鐵11、第1及第2軛12a、12b、回歸用磁鐵8之配置係如以下所述。於中空之驅動用磁鐵11之外側，配置有第1及第2線圈4a、4b。第1及第2線圈4a、4b與驅動用磁鐵11係配置在同心圓上，且第1及第2線圈4a、4b之軸線與驅動用磁鐵11之軸線係為一致。

於中空之驅動用磁鐵11之內側，配置有回歸用磁鐵8。回歸用磁鐵8與驅動用磁鐵11係配置在同心圓上，且回歸用磁鐵8之軸線與驅動用磁鐵11之軸線係為一致。

第1及第2線圈4a、4b各者係對向於第1及第2軛12a、12b各者。第1及第2線圈4a、4b之中心之間的間距P1(自第1線圈4a之軸線方向之中心至第2線圈4b之軸線方向之中心為止之長度)與第1及第2軛12a、12b之中心之間的間距P2(自第1軛12a之軸線方向之中心至第2軛12b之軸線方向之中心為止之長度)係為相等。第1線圈4a之軸線方向之長度與第2線圈4b之軸線方向之長度係為相等，且第1軛12a之軸線方向之長度與第2軛12b之軸線方向之長度係為相等。第1及第2軛12a、12b之軸線方向之長度為第1及第2線圈4a、4b之軸線方向之長度以下。

當不對第1及第2線圈4a、4b進行通電時，可動子2係藉由回歸用磁鐵8而回歸至如圖2所示之原點。當可動子2回歸至原點時，驅動用磁鐵11之軸線方向之中心與回歸用磁鐵8之軸線方向之中心係為一致。

圖3係用於顯示藉由驅動用磁鐵11及回歸用磁鐵8而所形成之第1及第2磁性回路。於驅動用磁鐵11之N極所產生之磁束係通過第1軛12a，並轉彎90°而與第1線圈4a產生交鏈，且通過第1線圈4a之外側的軛5。接著，在於軸線方向通過軛5之後，轉彎90°而與第2線圈4b產生交鏈，且通過第2軛12b，並自第2軛12b而回到驅動用磁鐵11之S極。如上所述，藉由驅動用磁鐵11而形成與第1及第2線圈4a、4b產生交鏈之第1磁性回路m1。若對第1及第2線圈4a、4b進行通電，則藉由利用驅動用磁鐵11所產生之磁束與於第1及第2線圈4a、4b所流通之電流之間的相互作用而產生推力，可動子2係於軸線方向產生移動。

若於第1及第2線圈4a、4b使交流產生流通時，則作用於可動子2之推力方向係交互地切換，而使可動子2產生振動。在使可動子2產生振動時，為了使推力較大，較佳為：將流通於第1及第2線圈4a、4b之交流的相位加以偏移90度。例如，當於第1線圈4a使正弦波之交流產生流通時，較佳為：於第2線圈4b使餘弦波之交流產生流通。亦可為其他情形，即使用步進馬達之驅動器，於第1線圈4a使A相位電流產生流通，而於第2線圈4b使相對於A相位電流呈90度相位偏移之B相位電流產生流通。

可動子2回歸至原點之原理係如以下所述。於驅動用磁鐵11之N極所產生之磁束之一部分，係方向變換180°而進入至回歸 用磁鐵8之S極。於回歸用磁鐵8之N極所產生之磁束，係方向變換180°而進入至驅動用磁鐵11之S極。藉由驅動用磁鐵11及回歸用磁鐵8而形成第2磁性回路m2。由於驅動用磁鐵11之N極與回歸用磁鐵8之S極為互相吸引，驅動用磁鐵11之S極與回歸用磁鐵8之N極為互相吸引，因此可動子2回歸至原點。

圖4係為顯示當可動子2自原點位置而移動至行程之右端為止時之第1及第2線圈4a、4b之交鏈磁束之變遷之圖。圖4中之左欄係顯示可動子2之位置，圖4中之右欄係顯示第1及第2線圈4a、4b之交鏈磁束。S1係顯示可動子2位於原點之狀態，S2至S4係顯示可動子2漸漸地朝向圖4中之右方向產生移動之狀態，S5係顯示可動子2位於行程之右端之狀態。

圖4中之右欄係顯示第1及第2線圈4a、4b之交鏈磁束之曲線圖。在曲線圖中，在自0mm至10mm之間，存在有第1線圈，在自10mm至20mm之間，存在有第2線圈。第1線圈之軸線方向之中心係在5mm之位置，第2線圈之軸線方向之中心係在15mm之位置。於第1及第2線圈4a、4b所交鏈之磁束中之徑向的成分係對第1及第2線圈4a、4b產生推力。因此，於圖4之曲線圖係顯示交鏈磁束之徑向的成分。

當可動子2位在原點時(S1)，第1軛12a係位在第1線圈4a的中心，第2軛12b係位在第2線圈4b的中心。接著，第1線圈4a之交鏈磁束及第2線圈4b之交鏈磁束皆成為最大。若於第1及第2線圈4a、4b使相互相反方向之電流產生流通時，則於第1及第2線圈4a、4b係產生以圖4之曲線圖之箭頭所示之同方向之推力f1、f2。此外，第1線圈4a之交鏈磁束係以正號來加以表示朝向半徑方向之外 側之交鏈磁束，第2線圈4b之交鏈磁束係以正號來加以表示朝向半徑方向之內側之交鏈磁束。

如S2至S5所示，可動子2越接近至行程之右端，則越在第2線圈4b產生負方向之交鏈磁束。在S5中，以R1來加以表示負方向之交鏈磁束，以R2來加以表示正方向之交鏈磁束。於交鏈磁束係具有起因於驅動用磁鐵11者，及起因於回歸用磁鐵8者。並加以推測：藉由該等之磁鐵之相互作用，可動子2越接近至行程之右端，則越產生負方向之交鏈磁束。該負方向之交鏈磁束係對欲移動至行程端之可動子2施加制動力。藉由對可動子2施加制動力，即使以高速之方式進行振動，也可防止可動子2自固定子1飛出。又，可動子2越接近行程之右端，則第1及第2線圈4a、4b之交鏈磁束之總量也越小。此內容也亦可被推測為可防止可動子2自固定子1飛出之一因素。

藉由本實施形態之線性致動器，可達到以下之效果。由於將線圈4配置在中空之驅動用磁鐵11之外側，且將回歸用磁鐵8配置在中空之驅動用磁鐵11之內側，因此可在維持將推力設為較大之狀態下，將線性致動器之軸線方向之全長加以縮短。又，由於中空之驅動用磁鐵11係配置在線圈與回歸用磁鐵8之間，自線圈4也自回歸用磁鐵8也變成容易對驅動用磁鐵11施加力。此內容也為可使線性致動器之推力變大之一因素。

藉由將驅動用磁鐵11於軸線方向加以磁化，並且於驅動用磁鐵11之兩端部，設置軟質磁性材料之第1及第2軛12a、12b，藉此可增加第1及第2線圈4a、4b與第1及第2軛12a、12b之對向面積，而能夠使驅動用磁鐵11所發出之磁束以有效率之方式交鏈於第1及第2線圈4a、4b。

又，藉由將驅動用磁鐵11於軸線方向加以磁化，並且在驅動用磁鐵11之軸線方向之兩端部，配置第1及第2軛12a、12b，藉此可在驅動用磁鐵11之內側，配置滑動軸承14。因此，可抑制線性致動器之徑向之尺寸。

藉由將回歸用磁鐵8之軸線方向之長度L1設定為驅動用磁鐵11之軸線方向之長度L2之1倍以上1.2倍以下，藉此可對欲朝向行程之端產生移動之可動子2施加上述之制動力。

藉由在回歸用磁鐵8與驅動用磁鐵11之間，配置滑動軸承14，藉此可導引驅動用磁鐵11相對於回歸用磁鐵8於軸線方向所產生之移動。又，若於驅動用磁鐵11與線圈4之間，配置滑動軸承14，則有對驅動用磁鐵11所發出之磁束交鏈於線圈4而產生妨礙之可能性，但藉由於回歸用磁鐵8與驅動用磁鐵11之間，配置滑動軸承14，藉此可防止對驅動用磁鐵11所發出之磁束產生不良之影響。進而，藉由將滑動軸承14設為非磁性材料，可更進一步防止對驅動用磁鐵11所發出之磁束產生不良之影響。

藉由在驅動用磁鐵11之外側，配置線圈4，藉此可使線圈4之半徑變大，並且可使線性致動器之推力變大。

藉由將可動子2之行程，設為未達於將驅動用磁鐵11之軸線方向之長度與回歸用磁鐵8之軸線方向之長度加以合計之後之長度，藉此使驅動用磁鐵11成為不會自回歸用磁鐵8飛出，且可自回歸用磁鐵8使驅動用磁鐵11回歸至原點之復原力確實地產生作用。

藉由將回歸用磁鐵8形成為中空，而可將回歸用磁鐵8之內側作為使配線通過之空間等而加以有效地利用。

此外，本發明並不限於上述實施形態而所加以具體實施 者，在不變更本發明之要旨之範圍內，可對各種之實施形態加以具體實施。

於上述實施形態，以將線性致動器作為振動致動器使用，對線圈進行通電而使驅動用磁鐵於軸線方向產生振動為例而加以進行說明，但亦可不使驅動用磁鐵產生振動，而控制驅動用磁鐵之軸線方向之位置。藉此，可將線性致動器作為驅動相機之快門機構等之線性致動器而加以使用。

於上述實施形態，在中空之驅動用磁鐵之外側，配置線圈，而在中空之驅動用磁鐵之內側，配置回歸用磁鐵，但亦可在中空之驅動用磁鐵之外側，配置回歸用磁鐵，而在中空之驅動用磁鐵之內側，配置線圈。

於上述實施形態，將驅動用磁鐵及回歸用磁鐵於軸線方向加以磁化，但也可於半徑方向加以磁化。在此情形下，如圖5所示，驅動用磁鐵11及回歸用磁鐵8之外周面之軸線方向之一半係形成為N極，剩餘之一半係形成為S極。又，如圖6所示，驅動用磁鐵11及回歸用磁鐵8係亦可藉由將分割為圓弧狀之複數個扇形磁鐵11a、8a加以組合而構成。但是在將驅動用磁鐵11於半徑方向加以磁化之情形下，由於有需要於驅動用磁鐵11之內側加以配置軟質磁性材料之軛，故有徑向之尺寸會變大之問題。

本說明書係基於2013年6月5日所申請之日本專利特願2013-118492。其內容係全部包含於此。

1‧‧‧固定子

2‧‧‧可動子

4‧‧‧線圈

4a‧‧‧第1線圈

4b‧‧‧第2線圈

5‧‧‧軛

8‧‧‧回歸用磁鐵

11‧‧‧驅動用磁鐵

12a‧‧‧第1軛

12b‧‧‧第2軛

14‧‧‧滑動軸承

m1‧‧‧第1磁性回路

m2‧‧‧第2磁性回路

N‧‧‧電極

S‧‧‧電極

Claims (6)

1. 一種線性致動器，其具備有：中空之驅動用磁鐵；線圈，其配置在上述驅動用磁鐵之外側及內側中之任一方；及回歸用磁鐵，其配置在上述驅動用磁鐵之外側及內側中之另一方，並且連結於上述線圈，使上述驅動用磁鐵回歸至原點；藉由對上述線圈進行通電，上述驅動用磁鐵或者上述線圈及上述回歸用磁鐵於上述驅動用磁鐵之軸線方向產生移動。
2. 如申請專利範圍第1項之線性致動器，其中，上述驅動用磁鐵係以上述驅動用磁鐵之上述軸線方向之一端部為N極、另一端部為S極之方式於上述軸線方向被磁化；於上述驅動用磁鐵之軸線方向之兩端部，設置有軟質磁性材料之第1及第2軛；上述線圈係具有：與上述第1軛呈對向之第1線圈、及與上述第2軛呈對向之第2線圈。
3. 如申請專利範圍第1或2項之線性致動器，其中，上述回歸用磁鐵之上述軸線方向之長度係上述驅動用磁鐵之上述軸線方向之長度以上。
4. 如申請專利範圍第2項之線性致動器，其中，於上述回歸用磁鐵與上述驅動用磁鐵之間，配置有滑動軸承，該滑動軸承係引導上述驅動用磁鐵相對於上述回歸用磁鐵於上述軸線方向相對移動。
5. 如申請專利範圍第1或2項之線性致動器，其中，於上述驅動用磁鐵之外側配置有上述線圈，而於上述驅動用磁鐵之內側配置有上述回歸用磁鐵。
6. 如申請專利範圍第5項之線性致動器，其中，上述回歸用磁鐵係形成為中空。