TWI469475B

TWI469475B - 線性致動器

Info

Publication number: TWI469475B
Application number: TW98139008A
Authority: TW
Inventors: Hidehiko Sugimoto
Original assignee: Komatsu Ind Corp
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2015-01-11
Also published as: WO2010055698A1; JPWO2010055698A1; TW201031083A; JP5396400B2

Description

線性致動器

本發明係有關於一種線性致動器。

目前，於線性致動器，存在有一種以線性馬達為動力源而產生推力者。該採用線性馬達之線性致動器的特徵在於可高速進行直線運動、且加速及減速之性能優異、以及直線運動之等速性優異。又，該線性致動器中，係藉由採用線性馬達而可減低作動時噪音之產生且可抑制生塵。

又，於線性致動器，存在有另一種以線性馬達以外為動力源者，例如於下述專利文獻一，揭示有屬線性致動器之一種之螺線管(solenoid)，其係可動子之動作行程即使增大推力亦不會降低。該螺線管(solenoid)，係由可動子、沿可動子之外周設置之線圈、以及用以收容可動子及線圈之基座及外殼所構成，於線圈與可動子之間，則隔著間隔配置有由可動子側為N極且線圈側為S極之永久磁石所構成的第一圓筒狀固定鐵芯、以及由磁性材所構成之第二圓筒狀固定鐵芯。再者，該螺線管(solenoid)中，藉由上述構成，即使可動子之動作行程擴及較廣範圍，亦可維持可動子之推力。

又，具有與線性致動器類似之構造者而言，於下述專利文獻二，揭示有一種電磁驅動閥，其除了可抑制散熱性惡化外，亦可抑制搭載性之惡化、以及電力消耗之增加及電磁吸引力產生之回應性的惡化。該電磁驅動閥具備由並聯埋設有複數個線圈之矩形鐵芯所構成的電磁石，藉由將線圈並聯埋設於鐵芯，便不會有如將複數個線圈配設成同心狀之情形般，因外側線圈而導致呈受圍繞之狀態之內側線圈之散熱性惡化的情況。

專利文獻一：日本特開2001-145321號公報

專利文獻二：日本特開2002--122264號公報

而，以線性馬達為動力源之線性致動器，係如上述般，具有高速運動性、加減速性、以及等速運動性優異之特徵。然而，該線性致動器中，由於係利用傾斜方向之磁力為動力而非垂直方向之磁力，因此為了產生較大之推力則必須擴大線性馬達本身之規模，或將複數個線性馬達予以組合。因此，以線性馬達為動力源之線性致動器中，若被要求產生較大之推力時，由於必須收容較大之線性馬達或複數個線性馬達，因此其規模無可避免地會變大。又，上述習知螺線管(solenoid)(上述專利文獻一)，為了產生較大之推力亦必須擴大電磁石，因此規模無可避免地會變大。又，上述專利文獻二中，雖使用線圈埋設於鐵芯者作為電磁石，不過因線圈係埋設於鐵芯，致使通過鐵芯之磁力會變多，因此無法有效利用磁力。繼之由於無法有效利用磁力，因此為了使較大之推力產生，則必須超過需要而搭載較大之電磁石。

本發明係有鑑於上述情形而構成，目的係在於提供一種雖小型卻可產生較大推力之線性致動器。

為了達成上述目的，本發明中，作為線性致動器之第一解決方案係採用下述方案：一種線性致動器，其係使具有磁性材之可動子藉由磁力往第一方向及與該第一方向相反側之第二方向來回移動，該線性致動器具備有：固定子，係由將該可動子收容於內部之軟磁性材料所構成；以及電磁石，係在該固定子之內部固定成以第一方向及第二方向為磁極方向且一方之磁極與該可動子之磁性材相對向。

本發明中，作為線性致動器之第二解決方案係採用下述方案：在上述第一解決方案中，藉由磁力使既定之可動軸往第一方向及與該第一方向相反側之第二方向來回移動，該線性致動器具備：框體，係形成為中空狀，用以將該可動軸收納於內部，且由在一面形成有開口供該可動軸之一端可插通的軟磁性材所構成；支承體，係在該框體之內部固定於該可動軸，且由與該框體隔著微小間隙相對向之軟磁性材所構成；永久磁石，係在該框體之內部以該第一方向及該第二方向為磁極方向且以一方之磁極在第一方向側接觸之方式固定於該支承體；以及電磁石，係在該框體之內部以該第一方向及該第二方向為磁極方向且以一方之磁極與該永久磁石之另一方磁極相對向之方式固定於該框體，又該可動軸、該支承體、及該永久磁石係為該可動子，該永久磁石係為該可動子之磁性材，該框體則為該固定子。

本發明中，作為線性致動器之第三解決方案，係在上述第二解決方案中，採用在該電磁石與該框體之間進一步具備一個以上之第二電磁石，該第二電磁石係設置成以第一方向及第二方向為磁極方向的方案。

本發明中，作為線性致動器之第四解決方案，係在上述第二或第三解決方案中，採用在框體之內部進一步具備：第二永久磁石，係以該第一方向及該第二方向為磁極方向且以一方之磁極在第二方向側接觸之方式固定於該支承體；以及第三電磁石，係以該第一方向及該第二方向為磁極方向且以一方之磁極與該第二永久磁石之另一方磁極相對向之方式固定於該框體之內部的方案。

本發明中，作為線性致動器之第五解決方案，係在上述第二至第四之任一項解決方案中，採用該電磁石及第二電磁石係具備在該可動軸往該第一方向移動時用以將該永久磁石收容於內部之孔部；第三電磁石係具備在該可動軸往第二方向移動時用以將該第二永久磁石收容於內部之孔部的方案。

本發明中，作為線性致動器之第六解決方案，係在上述第二至第五之任一項解決方案中，採用該框體係殼體的方案。

本發明中，作為線性致動器之第七解決方案，係在上述第一解決方案中，採用該可動子設有來回移動時可供該電磁石進入之槽部的方案。

本發明中，作為線性致動器之第八解決方案，係在上述第七解決方案中，採用在該固定子之內部具備第二電磁石，其係以該第一方向及該第二方向為磁極方向且一方之磁極與該可動子之磁性材相對向，並固定於與該電磁石在第一方向及第二方向相對向之位置；該可動子則設有來回移動時該第二電磁石可進入之第二槽部的方案。

本發明中，作為線性致動器之第九解決方案，係在上述第七或第八解決方案中，採用該可動子係朝向第一方向或/及第二方向呈尖形的方案。

根據本發明，藉由可動子之移動方向與電磁石之磁極方向一致，而使可動子之移動方向與電磁石之磁力線的方向一致。藉此，本發明由於可有效地利用垂直磁力而使可動軸移動，因此雖小型卻可產生較大推力。

根據本發明，係一種藉由磁力使既定之可動軸往第一方向及與該第一方向相反側之第二方向來回移動的線性致動器，其具備：框體，係形成為中空狀，用以將可動軸收納於內部，且由在一面形成有開口供可動軸之一端可插通的軟磁性材所構成；支承體，係在該框體之內部固定於可動軸，且由與該框體隔著微小間隙相對向之軟磁性材所構成；永久磁石，係在框體之內部以第一方向及第二方向為磁極方向且以一方之磁極在第一方向側接觸之方式固定於支承體；以及電磁石，係在框體之內部以第一方向及第二方向為磁極方向且以一方之磁極與該永久磁石之另一方磁極相對向之方式固定於框體。

以此方式，本發明之線性致動器中，由於係將永久磁石與電磁石配置於相對向之位置，以利用該永久磁石與電磁石所產生之垂直磁力，使可動鐵片往第一方向及第二方向來回移動，因此雖小型卻可產生較大推力。又，線性致動器中，由於支承體及框體係成為永久磁石與電磁石之磁力的磁路，而使可動軸不易受到永久磁石與電磁石之磁力的影響，因此例如可動軸即使係藉由磁性材所構成，可動軸亦不易受到磁化更不易產生渦電流。

以下，參照圖式針對本發明之實施形態作說明。本實施形態係有關於一種線性致動器。

[第一實施形態]

第一圖係表示本實施形態之線性致動器A之內部構造的正視截面圖，第二圖則為本實施形態之線性致動器A之沿第一圖之X-X線視的截面圖。

本實施形態之線性致動器A，係如第一圖及第二圖所示，由可動軸1、第一線圈2(電磁石)、第二線圈3(第二電磁石)、輔助線圈4(第三電磁石)、第一永久磁石5(永久磁石)、第二永久磁石6(第二永久磁石)、可動內側軛7(支承體)、固定外側軛8(框體)、以及軸承9所構成。

本實施形態之線性致動器A，係可動內側軛7為固定於可動軸1且第一永久磁石5及第二永久磁石6為固定於可動內側軛7，並利用在第一永久磁石5與第一線圈2之間所產生之吸引力及推斥力、在第一永久磁石5與第二線圈3之間所產生之吸引力及推斥力、以及在輔助線圈4與第二永久磁石6之間所產生之吸引力及推斥力，而使可動軸1往下方向(第一方向)及上方向(第二方向)來回移動。

可動軸1係以可移動於軸心方向之方式收容於固定外側軛8，於其側面則固定有可動內側軛7。此外，可動軸1其兩端係藉由固定在設於固定外側軛8之上面及下面之開口部8a的軸承9支承，而可一邊插通固定外側軛8之開口部8a，一邊進行往下方向及上方向之直線運動。此外，可動軸1係藉由屬磁性材之鐵合金所構成，且形成為四角柱形狀。

第一線圈2係設置於第二線圈3之上側，而該第二線圈3則固定於固定外側軛8之內部且安裝於固定外側軛8 內部之底面。該第一線圈2係藉由銅線之螺線管線圈(solenoid coil)及線圈架(bobbin)所構成，以線圈架為插入體捲繞螺線管線圈，再藉由樹脂材料將螺線管線圈及線圈架予以一體成形。此外，第一線圈2之線圈架係具有用以將第一永久磁石5收容於內部之孔部。

又，第一線圈2係連接於線性致動器驅動裝置(省略圖示)，根據線性致動器驅動裝置之控制，在使可動軸1往下方向移動時，使其產生上方向為N極而下方向為S極之磁力，在使可動軸1往上方向移動時，則使其產生上方為S極而下方為N極之磁力。

第二線圈3係固定於固定外側軛8內部之底面。該第二線圈3，與第一線圈2同樣地，係藉由銅線之螺線管線圈及線圈架所構成。此外，第二線圈3之線圈架亦具有用以將第一永久磁石5收容於內部之孔部。又，第二線圈3，與第一線圈2同樣地，亦連接於線性致動器驅動裝置，根據線性致動器驅動裝置之控制，在使可動軸1往下方向移動時，使其產生上方向為N極而下方向為S極之磁力，在使可動軸1往上方向移動時，則使其產生上方為S極而下方為N極之磁力。

輔助線圈4係固定於固定外側軛8內部之頂面。該輔助線圈4，係與第一線圈2及第二線圈3同樣地，藉由螺線管線圈及線圈架所構成。此外，輔助線圈4之線圈架具有用以將第二久磁石6收容於內部之孔部。又，輔助線圈4亦連接於線性致動器驅動裝置，根據線性致動器驅動裝置之控制，在使可動軸1往下方向移動時，使其產生上方向為S極而下方向為N極之磁力，在使可動軸1往上方向移動時，則使其產生上方為N極而下方為S極之磁力。

第一永久磁石5係收容於固定外側軛8之內部，且固定於可動內側軛7之下側固定面，亦即以與第一線圈2及第二線圈3相對向之方式，固定於可動內側軛7。該第一永久磁石5係設置成可動內側軛7之下側固定面側為N極且下方向為S極，亦即第一線圈2及第二線圈3側為S極。此外，第一永久磁石5係呈長方體形狀，藉由吸引而進入第一線圈2之線圈架及第二線圈3之線圈架的孔部。

第二永久磁石6係收容於固定外側軛8之內部，且固定於可動內側軛7之上側固定面，亦即以與輔助線圈4相對向之方式，固定於可動內側軛7。該第二永久磁石6係設置成可動內側軛7之上側固定面側為S極且上方向為N極，亦即輔助線圈4側為N極。此外，第二永久磁石6係呈長方體形狀，藉由吸引而進入輔助線圈4之線圈架的孔部。此外，第一永久磁石5與第二永久磁石6中，第一永久磁石5其厚度為較厚。

可動內側軛7係藉由屬軟磁性材之軛鐵(yoke)所構成，以隔著微小間隙相對向之方式收容於固定外側軛8之內部。該可動內側軛7係於下側固定面安裝有第一永久磁石5，於上側固定面則安裝有第二永久磁石6。又，該可動內側軛7具有可動軸固定部7a，藉由該可動軸固定部7a而固定於可動軸1之側面。此外，由於可動內側軛7係藉由軟磁性材所構成，因此成為第一永久磁石5及第二永久磁石6所產生之磁力的磁路。

固定外側軛8係藉由屬軟磁性材之軛鐵(yoke)所構成，為用以收容上述可動軸1、第一線圈2、第二線圈3、輔助線圈4、第一永久磁石5、第二永久磁石6、以及可動內側軛7之四角柱形狀的殼體。該固定外側軛8中，於上面及下面之中央設有用以插通可動軸1之開口部8a，於該開口部8a則固定有用以支承可動軸1之軸承。此外，由於固定外側軛8係藉由軟磁性材所構成，因此與第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4分別形成磁路。此外，由於固定外側軛8前後之側面並不使用於磁路之形成，因此間隙即使存在亦無問題。然而，固定外側軛8必須一體化作為結構物。

軸承9係固定於固定外側軛8上面及下面之開口部8a，以支承可動軸1往下方向及上方向直線運動自如。

其次，針對以此方式構成之線性致動器A的動作，參照第三圖及第四圖作說明。第三圖係表示本實施形態之線性致動器A之可動軸1往下方向移動時，第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4所產生之磁力的極性，第四圖則表示本實施形態之線性致動器A之可動軸1往上方向移動時，第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4所產生之磁力的極性。

在初始狀態，可動軸1係位於最上限高度H1。此外，第一線圈2及第二線圈3，係在線性致動器驅動裝置之控制下，如第三圖所示，產生上方為N極之磁力。再者，輔助線圈4，係在線性致動器驅動裝置之控制下，與第一線圈2之磁力的產生同步，如第三圖所示，使其產生下方為N極之磁力。

接著，藉由對第一線圈2及第二線圈3之通電，由於在第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5之間會產生吸引力，因此第一永久磁石5便受到第一線圈2及第二線圈3吸引。又，藉由對輔助線圈4之通電，由於在輔助線圈4與第二永久磁石6之間會產生推斥力，因此第二永久磁石6便離開輔助線圈4。接著，藉由第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5間之吸引力、與輔助線圈4與第二永久磁石6間之推斥力的合力，可動軸1即往下方向移動。此時，於第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5之間，即形成第三圖所示之磁路。又，輔助線圈4係如第三圖所示，即形成封閉之磁路。同樣地，第二永久磁石6係如第三圖所示，亦形成封閉之磁路。

參照第五圖說明藉由上述動作可動軸1所產生之推力。第五圖係表示本實施形態之線性致動器A之推力特性的推力特性圖。此外，第五圖之推力特性圖係於縱軸表示行程位置而於橫軸則表示推力。

線性致動器A中，係根據行程位置顯示第五圖所示之推力特性。

在可動軸1從最上限高度H1往下方向移動後，如第五圖所示，推力係一邊描繪曲線一邊上升。接著，在可動軸1移動至高度H2之位置時，推力即到達推力T1。然後，在可動軸1從高度H2移動至高度H3之期間，推力係一直維持在推力T1，而在越過高度H3後推力便再次從推力T1上升。接著，在到達高度0時推力為最大。此外，推力T1以上之推力係屬過負載區域。

上述高度H2係指第一永久磁石5在如第三圖所示般位於要開始進入第一線圈2之線圈架中之位置時的高度。此外，上述高度H3係指第一永久磁石5在如第四圖所示般大致已進入第二線圈3之線圈架中，而位於離固定外側軛8內部之底面數mm時的高度。此外，上述高度H1雖未圖示，不過係指第二永久磁石6已進入輔助線圈4之線圈架中，而固定外側軛8內部之頂面與第二永久磁石6之間隔為數mm時的高度。

又，線性致動器A中，藉由上述動作，第一線圈2及第二線圈3與固定外側軛8即形成磁路。此外，藉由將可動軸固定部7a設置於可動內側軛7，由於可動軸1與第一線圈2、第二線圈3及第一永久磁石5係分離，因此可動軸1不易受到磁力之影響。藉此，由於可動軸1不易受到磁化亦不易產生渦電流，因此不會產生較大之鐵損。

再者，線性致動器A中，藉由上述動作輔助線圈4與固定外側軛8即形成磁路。此外，藉由將可動軸固定部7a設置於可動內側軛7，由於可動軸1與輔助線圈4及第二永久磁石6係分離，因此可動軸1不易受到磁力之影響。藉此，由於可動軸1不易受到磁化亦不易產生渦電流，因此不會產生較大之鐵損。

然後，線性致動器A中，可動軸1移動至高度H3後，在線性致動器驅動裝置之控制下，根據可動軸1之位置，以第二線圈3、第一線圈2之順序，如第四圖所示，產生上方為S極之磁力。再者，輔助線圈4在線性致動器驅動裝置之控制下，與第一線圈2及第二線圈3之磁力的產生同步，如第四圖所示，使其產生下方為S極之磁力。此外，可動軸1移動至高度H3後，如第四圖所示，第一永久磁石5即進入第二線圈3之線圈架的孔部，而到達固定外側軛8內部之底面的前方。

接著，藉由對第一線圈2及第二線圈3之通電，由於在第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5之間會產生推斥力，因此第一永久磁石5即離開第一線圈2及第二線圈3。又，藉由對輔助線圈4之通電，由於在輔助線圈4與第二永久磁石6之間會產生吸引力，因此第二永久磁石6便受到輔助線圈4吸引。接著，藉由第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5間之推斥力、與輔助線圈4與第二永久磁石6間之吸引力的合力，可動軸1即往上方向移動。此時，於輔助線圈4與第二永久磁石6之間，即形成第四圖所示之磁路。又，第一永久磁石5在位於固定外側軛8內部之底面的前方附近時，第一線圈2不通電而僅第二線圈3通電以產生磁力，此時第二線圈3，如第四圖所示，即形成封閉之磁路。

再者，線性致動器A中，與第一線圈2及第二線圈3之情形同樣地，藉由設置於可動內側軛7之可動軸固定部7a，由於可動軸與輔助線圈4、及第二永久磁石6係分離，因此可動軸1不易受到磁力之影響。藉此，由於可動軸1不易受到磁化亦不易產生渦電流，因此不會產生較大之鐵損。

接著，線性致動器A，係在線性致動器驅動裝置之控制下，藉由反覆上述第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4之磁力的產生，而使可動軸1往下方向及上方向來回移動。

如以上所述，本實施形態之線性致動器A中，係如第一圖至第二圖所示，將第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4固定於固定外側軛8之內部，將可動內側軛7設置於可動軸1之側面，再以與第一線圈2及第二線圈3相對向之方式將第一永久磁石5固定於可動內側軛7，且以與輔助線圈4相對向之方式將第二永久磁石6固定於可動內側軛7。

接著，藉由第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5間之吸引力、與輔助線圈4與第二永久磁石6間之推斥力的合力，可動軸1即往下方向移動。又，藉由第一線圈2及第二線圈3與第一永久磁石5間之推斥力、與輔助線圈4與第二永久磁石6間之吸引力的合力，可動軸1即往上方向移動。

以此方式，線性致動器A中，藉由將第一線圈2與第一永久磁石5、第二線圈3與第一永久磁石5、輔助線圈4與第二永久磁石6配置於相對向之位置，由於可有效地利用基於垂直磁力所產生之吸引力及推斥力，而使可動軸1往下方向及上方向移動，因此雖小型卻可產生較大推力。

又，線性致動器A中，藉由將可動軸固定部7a設置於可動內側軛7，由於第一線圈2、第二線圈3、輔助線圈4、第一永久磁石5、以及第二永久磁石6與可動軸1係分離，因此可動軸1不易受到磁力之影響。藉此，由於可動軸1不易受到磁化亦不易產生渦電流，因此不會產生較大之鐵損。

以上，雖針對本發明之一實施形態作了說明，不過本發明並不限制於上述實施形態，亦可考量例如以下之變形。

(1)上述實施形態，雖為將固定外側軛8內部之頂面及底面成形為平坦之平坦型線性致動器，不過本發明並不限制於此。

平坦型線性致動器之特徵係可在較短之行程使其產生較大之推力。異於該平坦型線性致動器，另存在有一種中行程以上且持續性產生中等程度之推力的圓錐型(conical type)致動器。例如，亦可將本實施形態設置成第六圖所示之圓錐型(conical type)之螺線管型(solenoid type)致動器。此外，第六圖中，係對與本實施形態之線性致動器A相同的構成元件賦予相同符號。

(2)上述實施形態，雖於可動內側軛7設置可動軸固定部7a，且使可動軸1與第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4分離，不過本發明並不限制於此。

本實施形態中，亦可設置成不設可動軸固定部7a。於可動內側軛7未設置可動軸固定部7a之情況下，可動軸1與第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4便會接近。

(3)上述實施形態，如第一圖及第二圖所示，係以可動軸1之軸心為中心，藉由於其左右配置第一線圈2、第二線圈3、輔助線圈4、第一永久磁石5、以及第二永久磁石6，而產生了可動軸1之推力，不過本發明並不限制於此。例如，除了左右以外，若於前後亦配置第一線圈2、第二線圈3、輔助線圈4、第一永久磁石5、以及第二永久磁石6，則可使可動軸1之推力增加。

(4)上述實施形態，係藉由將安裝第一永久磁石5之可動內側軛7的下側固定部分往下延伸，而設置成第一永久磁石5可充分進入第一線圈2及第二線圈3之線圈架的孔部，不過本發明並不限制於此。亦可採非將可動內側軛7之下側固定部分往下延伸，而是藉由增加第一永久磁石5之厚度，以進入第一線圈2及第二線圈3之線圈架的孔部。

(5)上述實施形態中，雖藉由屬磁性材之鐵合金來構成可動軸1，不過只要是具有必要強度者，亦可設置成藉由不是磁性材之非磁性材的材料來構成。又，可動軸固定部7a作為可動內側軛7之一部分，雖藉由屬軟磁性材之軛鐵(yoke)所構成，不過與可動軸1同樣地，只要是具有必要強度者，亦可設置成藉由磁性材以外之材料來構成。例如，藉由可動軸固定部7a為以導磁率較低之非磁性材來構成，可動軸1便更不易受到磁力之影響。

(6)上述實施形態中，雖於固定外側軛8內部之底面設置一個第二線圈3，不過本發明並不限制於此。例如，亦可設置成將兩個以上之第二線圈3積層於第一線圈2之下。以此方式，藉由設置兩個以上之第二線圈3，相較於設置一個第二線圈3之情形，可配合可動軸1之行程位置進行更細微的推力控制且可具有更長行程。

[第二實施形態]

其次，針對本發明之第二實施形態作說明。

第二實施形態之線性致動器B，係如第七A圖及第七B圖所示，由可動軛11、可動軸12、第一線圈13(電磁石)、第二線圈14(第二電磁石)、固定外側軛15(固定子)、以及軸承16所構成。此外，可動軛11及可動軸12係本實施形態中之可動子。

本實施形態之線性致動器B，係利用在可動軛11與第一線圈13間所產生之吸引力、以及在可動軛11與第二線圈14間所產生之吸引力，使可動軛11與可動軸12往下方向(第一方向)及上方向(第二方向)來回移動。

可動軛11係藉由屬軟磁性材之軛鐵(yoke)所構成，以可往上下方向移動之方式收容於固定外側軛15。此外，可動軛11係如第七A圖及第七B圖所示，配置成其下部為與第一線圈13一方之磁極相對向，而其上部則與第二線圈14一方之磁極相對向。該可動軛11係於下面設有在往下移動時第一線圈13可進入之第一槽部11a。又，可動軛11，係如第七A圖及第七B圖所示，形成為其上部為連接於橫方向之兩個尖形11c，且於兩個尖形11c之頂點設有在往上移動時第二線圈14可進入的第二槽部11b。再者，可動軛11係於其下面之中央安裝有可動軸12。

可動軸12係用以將藉由可動軛11之移動所產生之推力傳動至外部。該可動軸12在固定外側軛15之內部係一方之端為安裝於可動軛11之下面，且藉由固定在設於固定外側軛15下側之開口部15a的軸承16支承另一端之附近。此外，可動軸12係藉由可動軛11之移動一邊插通固定外側軛15之開口部15a，一邊往下方向及上方向進行直線運動。

第一線圈13係固定於固定外側軛15內部之底面。該第一線圈13係藉由銅線之螺線管線圈及線圈架所構成，以線圈架為插入體捲繞螺線管線圈，再藉由樹脂材料將螺線管線圈及線圈架予以一體成形。第一線圈13之磁極方向係與可動軛11之移動方向一致。此外，第一線圈13係連接於線性致動器驅動裝置(省略圖示)，根據線性致動器驅動裝置之控制，產生用以使可動軛11往下方向移動之磁力。此外，可動軛11往下移動時，第一線圈13即進入可動軛11之第一槽部11a。此時，可動軛11下部之中央部分即進入第一線圈13之線圈架之孔。

第二線圈14係固定於固定外側軛15內部之頂面。該第二線圈14係與第一線圈13同樣地，藉由螺線管線圈及線圈架所構成。第二線圈14之磁極方向係與可動軛11之移動方向一致。此外，第二線圈14係連接於線性致動器驅動裝置(省略圖示)，根據線性致動器驅動裝置之控制，產生用以使可動軛11往上方向移動之磁力。此外，可動軛11往上移動時，第二線圈14即進入可動軛11之第二槽部11b。此時，可動軛11上部之中央部分即進入第二線圈14之線圈架之孔。

固定外側軛15係藉由屬軟磁性材之軛鐵(yoke)所構成，用以收容上述可動軛11、可動軸12、第一線圈13、以及第二線圈14。該固定外側軛15係於下面中央設有用以可動軸12可插通之開口部15a。此外，固定外側軛15之開口部15a係固定有用以支承可動軸12之軸承。

軸承16係固定於固定外側軛15之開口部15a，以支承可動軸12往下方向及上方向直線運動自如。

其次，針對以此方式構成之線性致動器B的動作作說明。

在初始狀態，可動軛11係藉由線性致動器驅動裝置使第一線圈13停止磁力且使第二線圈14產生磁力，而位於最上限高度。

接著，線性致動器驅動裝置，為了使可動軛11往下方向移動，係藉由對第一線圈13通電而使第一線圈13產生磁力，藉由停止對第二線圈14之通電而使第二線圈14停止磁力。

如此一來，由於在第一線圈13與可動軛11之間即產生吸引力，且第二線圈14與可動軛11間之吸引力即停止，因此可動軛11便往第一線圈之方向移動，亦即往下方向移動。此時，可動軛11便將第一線圈13收容於第一槽部11a。

此外，可以下式(1)來表示藉由可動軛11往下方向移動所產生之推力f。

推力f=L2i2/ugn2S…(1)

(L：第一線圈13之電感、ug：可動軛11與固定外側軛15間之空隙部的導磁率、n：第一線圈13之線圈圈數、S：第一線圈13之磁力線所通過之磁路的截面積)

又，可以下式(2)來表示上述電感L。

電感L=n2S/{(x+a/ug)+(li/ui)}…(2)

(x+a：可動軛11與固定外側軛15間之空隙部的間隔、li：磁力線所通過之磁路之可動軛11與固定外側軛15的長度、ui：li之導磁率)

由此可知，推力f係隨著電流i變小而變小，隨著電流i變大而變大。又，推力f係隨著空隙部之間隔x+a變小而變大，隨著空隙部之間隔x+a變大而變小。

然後，線性致動器驅動裝置，在可動軛11到達最下限高度後，為了使可動軛11往上方向移動，係藉由停止對第一線圈13之通電而使第一線圈13停止磁力，藉由對第二線圈14通電而使第二線圈14產生磁力。

如此一來，由於在第一線圈13與可動軛11之間吸引力即停止，且產生第二線圈14與可動軛11間之吸引力，因此可動軛11便往第二線圈14之方向移動，亦即往上方向移動。此時，可動軛便將第二線圈14收容於第二槽部11b。

接著，線性致動器B，在線性致動器驅動裝置之控制下，係藉由反覆進行上述之動作而使可動軛11往下方向及上方向來回移動。

如以上所述，本實施形態之線性致動器B中，如第七A圖及第七B圖所示，於固定外側軛15內部之底面係固定有第一線圈13，於內部之頂面則固定有第二線圈14。又，可動軛11係具備往下方向移動時用以收容第一線圈13之第一槽部11a、以及往上方向移動時用以收容第二線圈14之第二槽部11b。此外，可動軛11係在與第一線圈13之間產生吸引力時一邊將第一線圈13收容於第一槽部11a一邊往下方向移動，在與第二線圈14之間產生吸引力時則一邊將第二線圈14收容於第二槽部11b一邊往上方向移動。

線性致動器B中，以此方式由於在固定外側軛15內部之表面配置第一線圈13及第二線圈14，在可動軛11移動時使第一線圈13進入可動軛11之第一槽部11a，使第二線圈14進入可動軛11之第二槽部11b，因此相較於在固定外側軛15埋設有線圈者，由於可使更多之磁力線通過可動軛11，因此可有效地利用吸引力，而使可動軛11往上下方向移動。如此，線性致動器B中，藉由有效地利用吸引力雖小型卻可產生較大推力。

又，線性致動器B中，係藉由使第一線圈13及第二線圈14之磁極方向與可動軛11之移動方向一致，而使可動軛11之移動方向與第一線圈13及第二線圈14之垂直磁力的方向一致。藉此，由於線性致動器B可有效地利用垂直磁力而使可動軸1往下方向及上方向移動，因此雖小型卻可產生較大推力。

又，線性致動器B中，由於第一線圈13及第二線圈14係固定成露出於固定外側軛15內部之表面，因此相較於埋設有線圈之構造的線性致動器散熱性優異。

再者，藉由將線性致動器B設置成此種構造，即可降低線性致動器驅動裝置之成本。以下針對其理由作說明。

從上述式(2)可知，第一線圈13之電感L係(x+a/ug)或(li/ui)愈大而愈小。

此外，由於空隙部之導磁率ug與真空之導磁率U0係大致相同，因此上述式(2)中軛之導磁率ui與空隙部之導磁率ug的關係係呈軛之導磁率ui≫空隙部之導磁率ug。如此一來，相較於(x+a/ug)由於(li/ui)係非常小之值，因此在上述式(2)中即可忽略。

此外，第一線圈13之電感L係空隙部之間隔(x+a)愈大而愈小。亦即，相較於線圈為埋設於固定外側軛15而在線圈周圍無空隙部者，如第二實施形態之線性致動器B般於固定外側軛15之表面配置有第一線圈13而有空隙部者，電感L係較小。

又，可以下述(3)來表示第一線圈13之電感電壓v、第一線圈13之電流i、以及第一線圈13之電感L的關係。

第一線圈13之電感電壓v=L(d/dt)i…(3)

此外，若將上述(3)加以變形則可以下述(4)來表示。

第一線圈13之電流i=(1/L)∫ vdt…(4)

此外，從上述式(4)可知，在相同電流i之情況下，1/L愈大亦即電感L愈小，則電感電壓v之時間積分值會愈小。

此外，由於功率p=iv，因此在施加相同電流i時電感電壓v若較低，則電流i變化時之線性致動器驅動裝置的暫態功率容量會變小。

如以上所述，線性致動器B中，藉由於第一線圈13之周圍具有空隙部，而使第一線圈13之電感L變小(第二線圈14亦相同)。此外，藉由第一線圈13之電感L變小，而使線性致動器驅動裝置的暫態功率容量變小。藉此，由於在構成線性致動器驅動裝置之功率轉換部的功率半導體即可使用容許電壓及容許電流較低者，因此可降低線性致動器驅動裝置之成本。

然而，由於線性致動器B係藉由可動軛11之上下方向的移動而使空隙部之間隔變動，因此電感L亦會變化。然而，即使如此由於電感電壓v之時間積分值會變小，因此線性致動器驅動裝置的暫態功率容量亦會變小。

以上，雖針對本發明之第二實施形態作了說明，不過本發明並不限制於上述實施形態，亦可考量例如以下之變形。

(1)上述實施形態，雖為將固定外側軛15內部之頂面及可動軛11之上部成形於兩個相連接之尖形11c，不過本發明並不限制於此。

例如，亦可將本實施形態設置成如第八圖所示之線性致動器B般，將可動軛11之上部形成為平坦之面而非尖形，並於該面設置第二槽部11b。

再者，如第九圖及第十圖所示般亦可藉由縮小本實施形態之可動軛11，亦即將可動軛予以輕量化，即可快速來回運動。

此外，第八圖、第九圖及第十圖中，係對與第二實施形態之線性致動器B相同的構成元件賦予相同符號。

又，亦可與第七A圖及第七B圖之線性致動器B相反地，將可動軛11之下部成形為兩個相連接之尖形。

A‧‧‧線性致動器

1‧‧‧可動軸

2‧‧‧第一線圈

3‧‧‧第二線圈

4‧‧‧輔助線圈

5‧‧‧第一永久磁石

6‧‧‧第二永久磁石

7‧‧‧可動內側軛

7a‧‧‧可動軸固定部

8‧‧‧固定外側軛

8a‧‧‧開口部

9‧‧‧軸承

B‧‧‧線性致動器

11‧‧‧可動軛

11a‧‧‧第一槽部

11b‧‧‧第二槽部

11c‧‧‧尖形

12‧‧‧可動軸

13‧‧‧第一線圈

14‧‧‧第二線圈

15‧‧‧固定外側軛

15a‧‧‧開口部

16‧‧‧軸承

第一圖係表示本發明之第一實施形態之線性致動器A之內部構造的正視截面圖。

第二圖係本發明之第一實施形態之線性致動器A之第一圖之X-X線箭示圖。

第三圖係表示本發明之第一實施形態之線性致動器A之可動軸1往下方向移動時，第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4所產生之磁力的極性。

第四圖係表示本發明之第一實施形態之線性致動器A之可動軸1往上方向移動時，第一線圈2、第二線圈3、以及輔助線圈4所產生之磁力的極性。

第五圖係表示本發明之第一實施形態之線性致動器A之推力特性的推力特性圖。

第六圖係表示本發明之第一實施形態之圓錐型線性致動器A之內部構造的正視截面圖。

第七A圖係表示本發明之第二實施形態之線性致動器B之內部構造的正視截面圖。

第七B圖係表示本發明之第二實施形態之線性致動器 B之內部構造的立體圖。

第八圖係表示本發明之第二實施形態之線性致動器B之第一變形例之內部構造的正視截面圖。

第九圖係表示本發明之第二實施形態之線性致動器B之第二變形例之內部構造的正視截面圖。

第十圖係表示本發明之第二實施形態之線性致動器B之第三變形例之內部構造的正視截面圖。