JP2004221322A

JP2004221322A - Electromagnetic linear actuator

Info

Publication number: JP2004221322A
Application number: JP2003006908A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Watanabe; 耕輔渡辺; Shozo Tanaka; 章三田中; Kazuhiko Ueda; 和彦上田; Tetsuyuki Okano; 哲之岡野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic linear actuator that can be made compact and be easily assembled with a high degree of accuracy because of the number of parts reduced, and that can use a small and inexpensive permanent magnet with small magnetic flux and improve efficiency so that it can be manufactured in a low cost that much as a result. <P>SOLUTION: The electromagnetic linear actuator is provided with a cylinder 1 having a cylindrical shape, a piston 2 that reciprocates in the axial direction of the cylinder 1, a permanent magnet 3 fixed on the outer circumferential surface of the cylinder 1, an inner yoke 5 provided to the piston 2, a coil 4 surrounding the permanent magnet 3 from its outer circumference opposite to the permanent magnet 3, and an outer yoke 6 provided so as to cover the coil 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニア圧縮機やスターリング機関などに用いられる電磁式リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直線往復運動する物品の駆動には回転式モータにクランク機構又はカム機構等をもちいて該モータの回転運動を、直線運動に変換していた。しかし、回転式モータの回転運動をクランク機構又はカム機構を用いて直線運動に変換する場合、該クランク機構又はカム機構を設置する場所を確保しなくてはならず、大きなスペースを必要とする。また、駆動部が多くなるので不具合が発生しやすい。
【０００３】
そこで近年、電磁式のリニアアクチュエータが多く用いられている。
図９に従来の電磁式リニアアクチュエータの断面図を示す。図９に示すリニアアクチュエータＬＢは、円筒形を有するシリンダ９１と、シリンダ９１内部でシリンダ９１の軸線方向に往復摺動可能に配置されたピストン９２と、シリンダ９１の外周面に固定される内側ヨーク９５と、内側ヨーク９５を外側から取り囲むように設けられる外側ヨーク９６と、外側ヨーク９６の内側で内側ヨーク９５との間にシリンダ９１の軸線方向に往復摺動可能な永久磁石９３と、シリンダ９１の外部に配置され、ピストン９２と永久磁石９３を接続する継ぎ手９７と、を有している。外側ヨーク９６内部に、電磁石を構成するコイル９４が設置されている。
【０００４】
磁気と電流の関係を考える。図１０（Ａ）に電流、磁気及びそのときの力を示すベクトル図を、また、図１０（Ｂ）に磁界及び磁束の概略構成図を示す。また、図１０（Ｃ）は図１０（Ｂ）に示す磁束と電流の状態での任意の線分上の磁束密度分布の１例を示すグラフである。図９に示すリニアアクチュエータＬＢは電磁気学でのフレミングの左手の法則を動作原理としている。すなわち、図１０（Ｂ）に示すように磁束密度Ｂの空間の中に配置した直線の導線Ｌに電流Ｉを流した場合、電流Ｉと磁束密度Ｂのなす角度をθとすると、電流Ｉを流すことで導線Ｌに働く力Ｆは、電流Ｉと磁束密度Ｂの外積で求められる。すなわち、以下の式になる（図１０（Ａ）参照）。
Ｆ＝ＩＢｓｉｎθ＝Ｉ×Ｂ
また導線Ｌに電流Ｉを流すことで、導線の周りには磁場ｂが発生する。つまり、電流Ｉは紙面上下から上に流す場合、前記フレミングの法則より、導線Ｌには図面上左向きの力が発生する。また、電流Ｉを流すことで磁場ｂは平面視（上から見ると）反時計回りの磁場ｂが発生する（図１０（Ｂ）参照）。
【０００５】
電流Ｉによって発生する磁場ｂは、導線Ｌから遠ざかるつれて弱くなっていく。磁束密度Ｂと電流Ｉによる磁場ｂを重ね合わせると、図１０（Ｂ）中の線分９８上での磁束密度分布は、例えば、図１０（Ｃ）に示すようになる。図１０（Ｃ）は図１０（Ｂ）に示す磁束密度Ｂと磁場ｂの図において紙面手前側から奥側に向かう磁束密度を正にとったときのグラフである。導線Ｌ近辺は磁場ｂが強く大きな磁束密度を持っており、導線Ｌより右側は導線Ｌの磁場ｂにより磁束密度が大きくなっており、逆に左側では打ち消されている。その後左右両側とも導線Ｌから遠ざかるにつれて磁場ｂの影響は薄れていき、やがて磁束密度Ｂに収束する。力Ｆは磁束密度の高いほうから、低いほうへ生じる、つまり力Ｆは図１０（Ｃ）内において、左向きに生じる。
【０００６】
次に上述の重ねあわせを考慮してリニアアクチュエータＬＢの動作を説明する。図９に示すリニアアクチュエータＬＢは軸周りに回転した回転体形状を有しており、便宜上、図９中右側のみ考える。図１１に図９に示す従来のリニアアクチュエータＬＢのコイル、永久磁石部を拡大した断面図を示す。
【０００７】
図１１に示すように永久磁石９３は、紙面左から右に向いている磁束を有している。このときコイル９４に紙面垂直に上から下へ電流を流すと、コイル９４の周りに時計回りの方向に磁場が発生する。このとき、発生した磁場は、外側ヨーク９６内に形成される。上述の重ねあわせを考慮し、外側ヨーク９６に発生する磁場と永久磁石の磁束を重ね合わせると、内側ヨーク９５と外側ヨーク９６の間の空間（以下、ギャップＧ２という）の磁束密度の分布は図１１に示すようになる。すなわち、永久磁石９３のある領域では紙面の下にいくにしたがって磁束密度が小さくなっており、電流から生じる磁束は図１１内で下方に移動しようとする。すなわち、コイル９４、外側ヨーク９６及び内側ヨーク９５に図面内下向きの力が生じる。しかしながら、内側ヨーク９５及び外側ヨーク９６は固定されており、コイル９４は外側ヨーク９６に固定されており、永久磁石９３が可動であるために、永久磁石９３が図面内上方に動く。
【０００８】
その後、電流の流れる方向を切り替えると紙面の上にいくにしたがって磁束密度が小さくなり、それにより、永久磁石９３が、上記の場合と反対に下側に移動してくる。それを、所定の周期で繰り返すことで所定の振幅及び周期で永久磁石９３が振動し、継ぎ手９７を介して接続されたピストン９２が所定の振幅及び周期で振動する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１３９２６３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示すリニアアクチュエータＬＢの場合、ギャップＧ２内を永久磁石９３が往復動することで、アクチュエータＬＢの駆動力を発生しており、ピストン９２に該駆動力を伝えるためにピストン９２と永久磁石９３を連結する必要がある。アクチュエータＬＢにおいてはピストン９２と永久磁石９３とが継ぎ手９７にて連結されているので部品点数が多くなり、永久磁石９３と継ぎ手９７、又は、シリンダ９１と内側ヨーク９５及び外側ヨーク９６の組み付け精度を確保するのは難しい。
【００１１】
また、ギャップＧ２を永久磁石９３が往復動するので、ギャップＧ２は永久磁石９３が往復動するときに内側ヨーク９５及び外側ヨーク９６に干渉しないだけの距離を有していなくてはならない。しかし、ギャップＧ２が大きいとギャップ内に十分に有効なだけの磁束密度が必要、すなわち、強力な永久磁石が必要となってくる。また、コイルについても、ギャップ内に十分な磁場を発生するだけの電流を流さなくてはならない。
【００１２】
そこで本発明は、部品点数を減らすことができ、それだけ小型化できると共に容易に精度よく組み立てることができる電磁式リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１３】
また本発明は、磁束密度の小さい安価な永久磁石を用いることができ、効率を向上できるとともに、装置全体を安価に製作できる電磁式リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、往復動する電磁式リニアアクチュエータにおいて、円筒形状を有するシリンダと、前記シリンダ内部に前記シリンダ軸線方向に往復動可能に設置されるピストンと、前記シリンダの外周面に固定される永久磁石と、前記ピストンに設けられる内側ヨークと、前記永久磁石を外周より取り囲み該永久磁石に対して対向配置される導電コイルと、前記コイルを覆うように設けられる外側ヨークとを有している。
【００１５】
この構成によると、外部に仕事をするためのピストンがリニアアクチュエータの構成要素となっているのでリニアアクチュエータからの駆動力を直接ピストンに伝えることができ、それだけ、効率の高いリニアアクチュエータを提供することができる。また、リニアアクチュエータの駆動部とピストンとを接続する部材が不要となり、部品点数を減らすことができ、それだけ小型、軽量に製作することができる。
【００１６】
また、前記永久磁石を前記シリンダに固定し内側ヨークをピストンに設けることで、内側ヨークと外側ヨークの間のギャップが小さくなり、それだけ、磁束密度の小さい永久磁石で十分な効果を得ることができる。また、磁束密度の小さい永久磁石を用いる場合、組み付け時に磁石の反発等による外乱を減らすことができるので組み立てやすい。
【００１７】
また本発明は、上記構成の永久磁石は分割されており、該永久磁石の分割数は、外側ヨーク及び内側ヨークの分割数と同一であり、なお且つ各部材の各分割部分が１対１に対応している。
【００１８】
この構成によると、前記永久磁石、内側ヨーク及び外側ヨークが１対１で対応しているので磁束密度が安定し、それだけ安定した性能を得ることができる。
【００１９】
また本発明は、上記構成の永久磁石において、該永久磁石は筒状の形状を有しており、前記シリンダの外側に挿入固定するものを挙げることができる。
【００２０】
この構成によると、永久磁石の組み付けが非常に容易であるとともに、該永久磁石がシリンダから脱落するのを防ぐことができる。このとき、シリンダ、及び永久磁石に軸周りに回転しないような例えばキー溝とキー部材を用いたり、接着する等の手段を施してもよい。
【００２１】
また本発明は、上記構成の永久磁石を前記シリンダの外部に設けられた溝部に貼り付け固定されるものを例示できる。
【００２２】
また本発明は、上記構成の内側ヨークとして、積層鉄心を使わずに軟磁性材料を円筒状に成型した焼結品を用いるものを例示できる。これにより、積層する等の手間が省けるとともに、内側ヨークを往復動ピストンの大きさ及び形状等にあわせて作製することができる
【００２３】
また本発明は、前記内側ヨークを前記ピストンの外側又は内側に挿入又は貼り付けて固定されるものを例示できる。これにより、内側ヨークとピストンとの組み付けを簡単容易に行うことができる。
【００２４】
さらに本発明は、前記内側ヨークにおいて、該ヨークの軸方向の長さが、前記永久磁石及び前記外側ヨークの軸方向の長さよりも短いものを例示できる。
【００２５】
また前記ピストンとしてそれには限定されないが、例えば非磁性体で構成されたものを挙げることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るリニアアクチュエータの１例の断面図である。
【００２７】
図１に示すリニアアクチュエータＬＡは中空円筒形状を有するシリンダ１と、シリンダ１内部にシリンダ１の軸Ｓに沿って往復摺動可能に配置されるピストン２と、シリンダ１の側周面に固定された永久磁石３と、永久磁石３の外部から永久磁石３を取り囲むように設けられるコイル４とを有している。ピストン２には、軟磁性材料で形成された内側ヨーク５が取り付けられている。また、コイル４は、内側ヨーク５と同様に軟磁性材料で形成された外側ヨーク６で覆われている。
【００２８】
図２（Ａ）は内側ヨークをピストンに取り付ける方法の１例の平断面図を、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示す図のＸ−Ｘ線断面図を示す。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示す内側ヨーク５は、厚みがｈ１であり、円周方向に６等分、すなわち、第１〜第６の分割部５１から５６に分割されている。ピストン２の外周面には内側ヨーク５を嵌めるための溝２１を有している。溝２１は外周面全周に設けられており、溝２１の深さは内側ヨーク５の厚みｈ１と同じである。溝２１の深さは内側ヨーク５の厚みと異なるものを採用してもよいが、内側ヨーク５を取り付けたときに段差が生じるので溝２１の深さと内側ヨーク５の厚みは同じであるのが好ましい。
【００２９】
内側ヨーク５の各分割部５１から５６は、ピストン２の外側から溝２１に嵌められて取り付けられる。このとき、内側ヨーク５の内面側（ピストン２の溝２１と接触する部分）に接着剤を塗布しておき、ピストン２に内側ヨーク５を取り付けることで、内側ヨーク５をピストン２に接着固定する。接着剤はピストン２の溝２１に塗布してもよく、溝２１及び内側ヨーク５の内面側の両方に塗布してもよい。また、接着剤に替わるものとして両面テープ等、溝２１に内側ヨーク５とを接着固定できるものを広く採用することができる。
【００３０】
図３（Ａ）は永久磁石をシリンダに取り付ける方法の一例の平断面図を、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示す図のＹ−Ｙ線断面図を示す。
図３（Ａ）、（Ｂ）に示す永久磁石３は、厚みがｈ２であり、円周方向に６等分、すなわち、第１から第６の分割部３１から３６に分割されている。シリンダ１の外周面は永久磁石３が嵌まる溝１１を有している。溝１１は外周面全周に設けられており、溝１１の深さは永久磁石３の厚みｈ２と同じである。溝１１の深さは永久磁石３の厚みと異なるものを採用してもよいが、永久磁石３を取り付けたときに段差が生じるので溝１１の深さと永久磁石３の厚みは同じであるのが好ましい。
【００３１】
永久磁石３の各分割部３１から３６は、シリンダ１の外側から溝１１に嵌められて取り付けられる。このとき、永久磁石３の内面側（シリンダ１の溝１１と接触する部分）に接着剤を塗布しておき、シリンダ１に永久磁石３を取り付けることで、永久磁石３の各分割部３１から３６をシリンダ１の溝１１を接着固定する。永久磁石３の各分割部３１から３６をシリンダ１の外周面の溝１１に配置するとき、永久磁石３の各分割部３１から３６の互いの磁力の斥力及び引力によって並べにくい。このとき、シリンダ１の空洞部１２に鉄心１３を挿入し、永久磁石３の各分割部３１から３６と鉄心１３との磁力による引力を利用して永久磁石３の各分割部３１から３６をシリンダ１の溝部１１に固定する。そのとき永久磁石３とシリンダ１の接触部（すなわち、とシリンダ１の外周面の溝部１１と永久磁石３の各分割部３１から３６の溝部１１と接触する部分）に接着剤を塗布しておき、完全に接着した後に、シリンダ１の空洞部１２に挿入していた鉄心１３を抜くことで、シリンダ１の溝１１に永久磁石３を固定することができる。接着剤はシリンダ１の溝１１に塗布してもよく、溝１１及び永久磁石３の内面側の両方に塗布してもよい。また、接着剤に替わるものとして両面テープ等、溝１１に永久磁石３を接着固定できるものを広く採用することができる。
【００３２】
図４は永久磁石、内側ヨーク及び外側ヨークをそれぞれ所定の位置に配置した状態の平断面図を示す。
外側ヨーク６も円周方向に６等分されており、第１の分割部６１から第６の分割部６６を有している。
永久磁石３、内側ヨーク５及び外側ヨーク６は上述のように、それぞれ６個に分割されており、永久磁石３の第１から第６の各分割部３１から３６及び内側ヨーク５の第１から第６の各分割部５１から５６が１対１で対応している。また、永久磁石３の第１から第６の各分割部３１から３６及び外側ヨーク６の第１から第６の各分割部６１から６６は１対１で対応している。例えば、永久磁石の第３の分割部３３と内側ヨーク第３の分割部５３、永久磁石の第２の分割部３２と外側ヨークの第２の分割部６２が対応している（図４参照）。同様に永久磁石の第１から第６の分割部３１から３６と内側ヨークの第１から第６の分割部５１から５６がそれぞれ１対１で対面しており、永久磁石３の第１から第６の分割部３１から３６と外部ヨーク６の第１から第６の分割部６１から６６がそれぞれ１対１で対面している（図４参照）。
【００３３】
図５に図１に示す電磁式リニアアクチュエータの内側ヨーク、永久磁石、外側ヨーク及びコイル部分の拡大図を示す。
図５に示す電磁式リニアアクチュエータＬＡのコイル４に図面の手前側から奥側に電流を流す。電流を流すことによってコイル周りに磁場Ｊが発生する。磁場ＺＪによってコイル４の外部を取り囲んでいる外側ヨーク６内部に磁束が形成される。内側ヨーク５と外側ヨーク６の間のギャップＧ１での、永久磁石３による磁束とコイル４に通電することで発生する磁場Ｊを重ね合わせると、図５に矢線で示すような磁束密度分布を示す。
磁束密度分布は内側ヨーク５がある領域Ｐ１では図面内上部が大きく下方に行くにしたがって磁束密度が小さくなっており、電流から生じる磁束が下方に移動しようとする。永久磁石３及び外側ヨーク６が固定されており、電流から生じる磁束が下方に移動しようとする結果、内側ヨーク５及び内側ヨーク５が取り付けられたピストン２が下向きの力を受けて移動することでリニアアクチュエータＬＡを駆動することができる。尚、内側ヨーク５の軸方向の長さＰ１は内側ヨーク５が最大に移動したとき永久磁石３及び外側ヨーク６と軸方向の両端が揃うように設定すると効率的で小型化に寄与できる。
また、磁束密度分布を逆に下部が大きく上方に向かって小さくなるようにしてやる（コイル４に流す電流の向きを逆にする）ことで、すなわち、磁束密度分布が上述の分布状態の反対になるようにすることで、ピストン２及び内側ヨーク５に上向きの力が加わり、上方向に向けて移動する。
【００３４】
以下に内側ヨーク、永久磁石の上述以外の設置方法を示す。
図６にピストンに内側ヨークを取り付ける方法の他の例の断面図を示す。
図６に示すピストン２ａは外径Ｄ１の第１円筒２１ａと、第１円筒２１ａの外径Ｄ１より小さい外径ｄ１を有する第２円筒２２ａとを組み合わせた形状を有している。第１円筒２１ａと第２円筒２２ａは同一軸上に並んで配置されている。内側ヨーク５ａは中空の円筒形状を有しており、その図面内上部に内側ヨーク５ａが抜けないように固定する内側ヨーク固定用リング５１ａが備えられている。
【００３５】
内側ヨーク５ａの外径は第１円筒２１ａの外径Ｄ１と同じ径を有しており、内径は第２円筒２２ａの外径ｄ１と同じ径を有している。内側ヨーク固定用リング５１ａも同様に外径は第１円筒２１ａの外径Ｄ１と同じであり、内径は第２円筒２２ａの外径ｄ１と同じである。
【００３６】
取り付け方法は以下のとおりである。まず、内側ヨーク５ａを第２円筒２２ａの第１円筒２１ａと連接している側とは反対側の自由端側２２１ａから第２円筒２２ａに外嵌するように嵌め合わせ第１円筒２１ａに接触するまで押し込む。その後、内側ヨーク５ａを嵌め合わせたのと同じ自由端側２２１ａから内側ヨーク固定用リング５１ａを嵌め合わせる。
【００３７】
内側ヨーク固定用リング５１ａはそれには限定されないがここでは図示を省略した接着剤を用いて固定されている。また、内側ヨーク５ａの内周壁にも接着剤を塗布しておいて内側ヨーク５ａとピストン２ａとを接着してもよい。
【００３８】
また、第２円筒２２ａの外周面に雄ねじを形成しておき、内側ヨーク５ａの内周壁及び内側ヨーク固定用リング５１ａの内周壁に雌ねじを形成しておいて、内側ヨーク５ａ及び内側ヨーク固定用リング５１ａを第２円筒２２ａと螺合するものを用いてもよい。この場合、内側ヨーク固定用リングを省略してもよい。ピストン２ａは、中実のもの、中空のものいずれも採用することができる。この取り付け方法によるとピストン２ａからの内側ヨーク５ａの脱落が起こりにくく、それだけ安定した動作が可能である。
【００３９】
図７にピストンに内側ヨークを取り付ける方法のさらに他の例の断面図を示す。
図７に示すピストン２ｂは内部に円筒形状の空洞部２１ｂを有しており、内側ヨーク５ｂは中空の円筒形状を有している。また、内側ヨーク５ｂの抜け止めをする内側ヨーク固定用リング５１ｂが備えられている。
【００４０】
内側ヨーク５ｂの外径はピストン２ｂの空洞部２１ｂの内径ｄ２と同一の外径を有している。さらに、内側ヨーク固定用リング５１ｂの外径もピストン２ｂの空洞部２１ｂの内径ｄ２と等しい。
【００４１】
取り付け方法は以下のとおりである。すなわち、ピストン２ｂの開口部２２ｂより内側ヨーク５ｂを挿入しその後、開口部２２ｂより内側ヨーク固定用リング５１ｂを挿入する。内側ヨーク固定用リング５１ｂのピストン２ｂへの固定は、それには限定されないがここでは、外周面をピストン２ｂの空洞部２１ｂの内周面に接着するものを採用する。内側ヨーク５ｂも同様に接着してもよい。
【００４２】
また、空洞部２１ｂの内周面に雌ねじを形成しておき、内側ヨーク５ｂの側周壁及び内側ヨーク固定用リング５１ｂの外周壁に雄ねじを形成しておいて、内側ヨーク５ｂ及び内側ヨーク固定用リング５１ｂと空洞部２１ｂとを螺合してもよい。この場合、内側ヨーク固定用リング５１ｂを省略してもよい。この方法によると、ピストン２ｂのシリンダと接触する部分（ピストン２ｂの外周面２０ｂ）が、ヨーク５ｂではなくピストン外周面２０ｂなので内側ヨーク５ｂの摩擦によって磨耗が生じにくく、したがって内側ヨーク５ｂと外側ヨークの距離にばらつきが生じにくくなり、それだけ、安定した動作が期待できる。
【００４３】
図８にシリンダに永久磁石を取り付ける方法の他の例の断面図を示す。
図８に示す永久磁石３ｃは内径ｄ３、肉厚ｈ３の中空円筒形状を有しており、内周面側がＳ極、外周面側がＮ極となっている。シリンダ１ｃには、永久磁石３ｃが収まるための溝部１１ｃが形成されている。溝部１１ｃの外径は永久磁石３ｃの内径ｄ３と同一である。溝部１１ｃの深さはそれには限定されないが、ここでは、永久磁石３ｃの肉厚ｈ３と同じ深さを有している。また、永久磁石３ｃがずれないよう固定するための永久磁石固定用リング３１ｃが備えられている。固定用リング３１ｃも永久磁石３ｃと同じ内径ｄ３を有しているとともに同じ肉厚ｈ３である。固定用リング３１ｃに関しては、永久磁石３ｃと同じ肉厚でなくてもよいが、肉厚が異なると、段差ができるので同じ肉厚とするものが好ましい。
【００４４】
シリンダ１ｃの溝部１１ｃはシリンダ１ｃの継ぎ目等の自由端部まで続いており、該自由端部から溝部１１ｃに永久磁石３ｃをはめ込む。永久磁石３ｃを嵌めこんだ後に同じ自由端部から永久磁石固定用リング３１ｃをはめ込み、固定用リング３ｃの内周面を接着剤で固定し、永久磁石３ｃを固定する。永久磁石３ｃ自体をシリンダ１ｃに接着してもよい。また、シリンダ１ｃの外周面に雄ねじを、また、永久磁石３ｃ及び永久磁石固定用リング３１ｃの内周面に雌ねじを形成しておいて、シリンダ１ｃと永久磁石３ｃ及び永久磁石固定用リング３１ｃを螺合するものとしてもよい。このとき固定用リング３１ｃを省略することもできる。
【００４５】
上述の、内側ヨーク及び外側ヨークはそれには限定されないが軟磁性体で形成されているものを挙げることができる。また、内側ヨーク、外側ヨーク、永久磁石及びコイル以外は非磁性体で構成されているものを例示できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によると、部品点数を減らすことができ、それだけ小型化できると共に容易に精度よく組み立てることができる電磁式リニアアクチュエータを提供することができる。
【００４７】
また本発明は、磁束密度の小さい安価な永久磁石を用いることができ、効率を向上できそれだけ安価に製作できる電磁式リニアアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁式リニアアクチュエータの側断面図である。
【図２】図（Ａ）は内側ヨークをピストンに取り付ける方法の一例を示す平断面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す図のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図（Ａ）は永久磁石をシリンダに取り付ける方法の一例を示す平断面図であり、図（Ｂ）は図（Ａ）に示す図のＹ−Ｙ線断面図である。
【図４】永久磁石、内側ヨーク及び外側ヨークをそれぞれ所定の位置に配置した状態の平断面図である。
【図５】図１の内側ヨーク、永久磁石、外側ヨーク及びコイル部分の拡大図である。
【図６】ピストンに内側ヨークを取り付ける方法の他の例を示す断面図である。
【図７】にピストンに内側ヨークを取り付ける方法のさらに他の例の断面図である。
【図８】シリンダに永久磁石を取り付ける方法の他の例を示す断面図である。
【図９】従来の電磁式リニアアクチュエータの断面図である。
【図１０】図（Ａ）は電流、磁気及び力の関係を示すベクトル図であり、図（Ｂ）は電流による磁界、磁束及び力の関係を示す図であり、図（Ｃ）は図（Ｂ）に示す関係における磁束密度分布を示すグラフである。
【図１１】図９のコイル、永久磁石部を拡大した断面図である。
【符号の説明】
ＬＡ、ＬＢ電磁式リニアアクチュエータ
１シリンダ
２ピストン
３永久磁石
４コイル
５内側ヨーク
６外側ヨーク[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electromagnetic linear actuator used for a linear compressor, a Stirling engine, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to drive an article that reciprocates linearly, a rotary motor is used to convert a rotary motion of the motor into a linear motion by using a crank mechanism or a cam mechanism. However, when converting the rotary motion of the rotary motor into linear motion using a crank mechanism or a cam mechanism, a place for installing the crank mechanism or the cam mechanism must be secured, and a large space is required. In addition, since the number of driving units increases, a problem is likely to occur.
[0003]
Therefore, in recent years, electromagnetic linear actuators have been widely used.
FIG. 9 shows a sectional view of a conventional electromagnetic linear actuator. A linear actuator LB shown in FIG. 9 includes a cylinder 91 having a cylindrical shape, a piston 92 disposed inside the cylinder 91 so as to be able to reciprocate in the axial direction of the cylinder 91, and an inner yoke fixed to the outer peripheral surface of the cylinder 91. 95, an outer yoke 96 provided to surround the inner yoke 95 from the outside, a permanent magnet 93 reciprocally slidable in the axial direction of the cylinder 91 between the inner yoke 95 inside the outer yoke 96, and a cylinder 91 And a joint 97 that connects the piston 92 and the permanent magnet 93 to the outside. A coil 94 constituting an electromagnet is provided inside the outer yoke 96.
[0004]
Consider the relationship between magnetism and current. FIG. 10A is a vector diagram showing current, magnetism, and the force at that time, and FIG. 10B is a schematic configuration diagram of a magnetic field and magnetic flux. FIG. 10C is a graph showing an example of the magnetic flux density distribution on an arbitrary line segment in the state of the magnetic flux and the current shown in FIG. 10B. The operation principle of the linear actuator LB shown in FIG. 9 is based on Fleming's left-hand rule in electromagnetics. That is, as shown in FIG. 10 (B), when a current I flows through a straight conducting wire L disposed in a space of a magnetic flux density B, when an angle between the current I and the magnetic flux density B is θ, the current I is The force F acting on the conducting wire L by flowing is obtained by the cross product of the current I and the magnetic flux density B. That is, the following equation is obtained (see FIG. 10A).
F = IB sin θ = I × B
Further, by passing the current I through the conductor L, a magnetic field b is generated around the conductor. That is, when the current I flows upward from above and below the plane of the paper, a leftward force in the drawing is generated in the conductive wire L according to Fleming's law. When the current I is passed, the magnetic field b generates a counterclockwise magnetic field b when viewed from above (when viewed from above) (see FIG. 10B).
[0005]
The magnetic field b generated by the current I becomes weaker away from the conductor L. When the magnetic flux density B and the magnetic field b due to the current I are superimposed, the magnetic flux density distribution on the line segment 98 in FIG. 10B becomes, for example, as shown in FIG. FIG. 10C is a graph of the magnetic flux density B and the magnetic field b shown in FIG. 10B when the magnetic flux density from the near side to the far side in the drawing is positive. The magnetic field b is strong near the conducting wire L and has a large magnetic flux density. The magnetic flux density of the conducting wire L on the right side of the conducting wire L is large due to the magnetic field b of the conducting wire L, and conversely on the left side. After that, the influence of the magnetic field b becomes weaker as both the left and right sides move away from the conducting wire L, and eventually converges to the magnetic flux density B. The force F is generated from a higher magnetic flux density to a lower magnetic flux density, that is, the force F is generated leftward in FIG. 10C.
[0006]
Next, the operation of the linear actuator LB will be described in consideration of the above-described superposition. The linear actuator LB shown in FIG. 9 has a rotating body shape rotated around an axis, and only the right side in FIG. 9 is considered for convenience. FIG. 11 is an enlarged sectional view of a coil and a permanent magnet portion of the conventional linear actuator LB shown in FIG.
[0007]
As shown in FIG. 11, the permanent magnet 93 has a magnetic flux directed from left to right on the paper. At this time, when a current is applied to the coil 94 from above to below in a direction perpendicular to the plane of the drawing, a magnetic field is generated around the coil 94 in a clockwise direction. At this time, the generated magnetic field is formed in the outer yoke 96. When the magnetic field generated in the outer yoke 96 and the magnetic flux of the permanent magnet are superposed in consideration of the above-described superposition, the distribution of the magnetic flux density in the space between the inner yoke 95 and the outer yoke 96 (hereinafter referred to as gap G2) is shown in FIG. As shown in FIG. That is, in a certain region of the permanent magnet 93, the magnetic flux density becomes lower toward the bottom of the paper, and the magnetic flux generated by the current tends to move downward in FIG. That is, a downward force in the drawing is generated in the coil 94, the outer yoke 96, and the inner yoke 95. However, since the inner yoke 95 and the outer yoke 96 are fixed, and the coil 94 is fixed to the outer yoke 96 and the permanent magnet 93 is movable, the permanent magnet 93 moves upward in the drawing.
[0008]
Thereafter, when the direction in which the current flows is switched, the magnetic flux density becomes smaller as going up the paper surface, whereby the permanent magnet 93 moves downward, contrary to the above case. By repeating this at a predetermined cycle, the permanent magnet 93 vibrates at a predetermined amplitude and cycle, and the piston 92 connected via the joint 97 vibrates at a predetermined amplitude and cycle.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2002-139263 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the linear actuator LB shown in FIG. 9, the driving force of the actuator LB is generated by the permanent magnet 93 reciprocating in the gap G2. It is necessary to connect the permanent magnet 93. In the actuator LB, since the piston 92 and the permanent magnet 93 are connected by the joint 97, the number of parts increases, and the assembling accuracy of the permanent magnet 93 and the joint 97 or the cylinder 91 and the inner yoke 95 and the outer yoke 96 is improved. It is difficult to secure.
[0011]
Since the permanent magnet 93 reciprocates in the gap G2, the gap G2 must have a distance that does not interfere with the inner yoke 95 and the outer yoke 96 when the permanent magnet 93 reciprocates. However, if the gap G2 is large, a sufficiently effective magnetic flux density is required in the gap, that is, a strong permanent magnet is required. Also for the coil, it is necessary to pass a current sufficient to generate a sufficient magnetic field in the gap.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electromagnetic linear actuator that can reduce the number of parts, can be reduced in size accordingly, and can be easily and accurately assembled.
[0013]
Another object of the present invention is to provide an electromagnetic linear actuator that can use an inexpensive permanent magnet with a small magnetic flux density, can improve the efficiency, and can manufacture the entire device at low cost.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an electromagnetic linear actuator that reciprocates, a cylinder having a cylindrical shape, a piston installed inside the cylinder so as to reciprocate in the cylinder axis direction, and an outer periphery of the cylinder. A permanent magnet fixed to the surface, an inner yoke provided on the piston, a conductive coil surrounding the permanent magnet from the outer periphery and disposed facing the permanent magnet, and an outer yoke provided so as to cover the coil. have.
[0015]
According to this configuration, the piston for working outside is a component of the linear actuator, so that the driving force from the linear actuator can be directly transmitted to the piston, thereby providing a highly efficient linear actuator. Can be. In addition, a member for connecting the drive unit of the linear actuator and the piston is not required, so that the number of parts can be reduced, and the device can be made smaller and lighter.
[0016]
Further, by fixing the permanent magnet to the cylinder and providing the inner yoke to the piston, the gap between the inner yoke and the outer yoke is reduced, and a sufficient effect can be obtained with a permanent magnet having a small magnetic flux density. . Further, when a permanent magnet having a small magnetic flux density is used, disturbance due to repulsion of the magnet can be reduced at the time of assembling, so that it is easy to assemble.
[0017]
Further, in the present invention, the permanent magnet having the above configuration is divided, the number of divisions of the permanent magnet is the same as the number of divisions of the outer yoke and the inner yoke, and each divided portion of each member is in a one-to-one relation. Yes, it is.
[0018]
According to this configuration, since the permanent magnet, the inner yoke, and the outer yoke correspond one-to-one, the magnetic flux density is stabilized, and a more stable performance can be obtained.
[0019]
According to the present invention, there is provided a permanent magnet having the above-described configuration, wherein the permanent magnet has a cylindrical shape and is inserted and fixed to the outside of the cylinder.
[0020]
According to this configuration, it is very easy to assemble the permanent magnet, and it is possible to prevent the permanent magnet from falling off the cylinder. At this time, the cylinder and the permanent magnet may be provided with a means such as using a key groove and a key member that does not rotate around the axis, or by bonding.
[0021]
Further, the present invention can exemplify a structure in which the permanent magnet having the above configuration is attached and fixed to a groove provided outside the cylinder.
[0022]
Further, the present invention can exemplify a case in which a sintered product obtained by molding a soft magnetic material into a cylindrical shape without using a laminated core is used as the inner yoke having the above configuration. This saves labor such as lamination and allows the inner yoke to be manufactured according to the size and shape of the reciprocating piston.
Further, the present invention can exemplify one in which the inner yoke is inserted or attached to the outside or inside of the piston and fixed. Thus, the inner yoke and the piston can be easily and easily assembled.
[0024]
Further, the present invention can exemplify the inner yoke in which the axial length of the yoke is shorter than the axial length of the permanent magnet and the outer yoke.
[0025]
Further, the piston is not limited thereto, but may be, for example, a piston made of a non-magnetic material.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of an example of a linear actuator according to the present invention.
[0027]
The linear actuator LA shown in FIG. 1 is fixed to a cylinder 1 having a hollow cylindrical shape, a piston 2 disposed inside the cylinder 1 so as to be able to reciprocate along the axis S of the cylinder 1, and a side peripheral surface of the cylinder 1. And a coil 4 provided to surround the permanent magnet 3 from outside the permanent magnet 3. An inner yoke 5 made of a soft magnetic material is attached to the piston 2. The coil 4 is covered with an outer yoke 6 made of a soft magnetic material like the inner yoke 5.
[0028]
FIG. 2A is a plan sectional view of one example of a method of attaching the inner yoke to the piston, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX of FIG. 2A.
The inner yoke 5 shown in FIGS. 2A and 2B has a thickness h1 and is divided into six equal parts in the circumferential direction, that is, divided into first to sixth divided portions 51 to 56. The outer peripheral surface of the piston 2 has a groove 21 for fitting the inner yoke 5. The groove 21 is provided on the entire outer peripheral surface, and the depth of the groove 21 is the same as the thickness h1 of the inner yoke 5. The depth of the groove 21 may be different from the thickness of the inner yoke 5. However, when the inner yoke 5 is attached, a step occurs, so that the depth of the groove 21 and the thickness of the inner yoke 5 are the same. preferable.
[0029]
Each of the divided portions 51 to 56 of the inner yoke 5 is fitted and attached to the groove 21 from outside the piston 2. At this time, an adhesive is applied to the inner surface side of the inner yoke 5 (the portion in contact with the groove 21 of the piston 2), and the inner yoke 5 is attached to the piston 2 by attaching the inner yoke 5 to the piston 2. . The adhesive may be applied to the groove 21 of the piston 2, or may be applied to both the groove 21 and the inner surface of the inner yoke 5. As a substitute for the adhesive, a double-sided tape or the like that can adhere and fix the inner yoke 5 to the groove 21 can be widely used.
[0030]
FIG. 3A is a plan sectional view of an example of a method for attaching a permanent magnet to a cylinder, and FIG. 3B is a sectional view taken along line YY of FIG. 3A.
The permanent magnet 3 shown in FIGS. 3A and 3B has a thickness h2 and is divided into six equal parts in the circumferential direction, that is, divided into first to sixth divided portions 31 to 36. The outer peripheral surface of the cylinder 1 has a groove 11 into which the permanent magnet 3 fits. The groove 11 is provided on the entire outer peripheral surface, and the depth of the groove 11 is the same as the thickness h2 of the permanent magnet 3. The depth of the groove 11 may be different from the thickness of the permanent magnet 3, but a step occurs when the permanent magnet 3 is attached, so that the depth of the groove 11 and the thickness of the permanent magnet 3 are the same. preferable.
[0031]
Each of the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 is fitted and attached to the groove 11 from outside the cylinder 1. At this time, an adhesive is applied to the inner surface side of the permanent magnet 3 (the portion that comes into contact with the groove 11 of the cylinder 1), and the permanent magnet 3 is attached to the cylinder 1, so that each of the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 Is fixedly bonded to the groove 11 of the cylinder 1. When the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 are arranged in the groove 11 on the outer peripheral surface of the cylinder 1, it is difficult to arrange the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 due to the repulsive force and the attractive force of each other. At this time, the iron core 13 is inserted into the hollow portion 12 of the cylinder 1, and each of the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 is moved into the cylinder 1 by utilizing the attraction by the magnetic force between the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 and the iron core 13. 1 is fixed to the groove 11. At this time, an adhesive is applied to a contact portion between the permanent magnet 3 and the cylinder 1 (that is, a portion that contacts the groove 11 on the outer peripheral surface of the cylinder 1 and the groove 11 of each of the divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3). After completely bonding, the permanent magnet 3 can be fixed to the groove 11 of the cylinder 1 by removing the iron core 13 inserted into the hollow portion 12 of the cylinder 1. The adhesive may be applied to the groove 11 of the cylinder 1, or may be applied to both the groove 11 and the inner surface of the permanent magnet 3. Further, as a substitute for the adhesive, a double-sided tape or the like that can adhere and fix the permanent magnet 3 to the groove 11 can be widely used.
[0032]
FIG. 4 is a plan sectional view showing a state where the permanent magnet, the inner yoke, and the outer yoke are arranged at predetermined positions.
The outer yoke 6 is also equally divided into six parts in the circumferential direction, and has a first divided part 61 to a sixth divided part 66.
The permanent magnet 3, the inner yoke 5, and the outer yoke 6 are each divided into six, as described above, and the first to sixth divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 and the first to sixth inner yokes 5 are formed. The sixth divisions 51 to 56 correspond one-to-one. The first to sixth divided portions 31 to 36 of the permanent magnet 3 and the first to sixth divided portions 61 to 66 of the outer yoke 6 correspond one-to-one. For example, the third divided portion 33 of the permanent magnet corresponds to the third divided portion 53 of the inner yoke, and the second divided portion 32 of the permanent magnet corresponds to the second divided portion 62 of the outer yoke (see FIG. 4). . Similarly, the first to sixth divisions 31 to 36 of the permanent magnet and the first to sixth divisions 51 to 56 of the inner yoke face each other in a one-to-one correspondence. The six divided portions 31 to 36 and the first to sixth divided portions 61 to 66 of the outer yoke 6 face each other one by one (see FIG. 4).
[0033]
FIG. 5 is an enlarged view of the inner yoke, the permanent magnet, the outer yoke, and the coil portion of the electromagnetic linear actuator shown in FIG.
An electric current is applied to the coil 4 of the electromagnetic linear actuator LA shown in FIG. 5 from the near side to the far side in the drawing. When a current flows, a magnetic field J is generated around the coil. A magnetic flux is formed inside the outer yoke 6 surrounding the outside of the coil 4 by the magnetic field ZJ. When the magnetic flux by the permanent magnet 3 and the magnetic field J generated by energizing the coil 4 in the gap G1 between the inner yoke 5 and the outer yoke 6 are superimposed, the magnetic flux density distribution shown by the arrow in FIG. Show.
In the magnetic flux density distribution, in the region P1 where the inner yoke 5 is located, the magnetic flux density decreases as the upper part in the drawing becomes larger and lower, and the magnetic flux generated from the current tends to move downward. Since the permanent magnet 3 and the outer yoke 6 are fixed, and the magnetic flux generated from the current tends to move downward, the inner yoke 5 and the piston 2 to which the inner yoke 5 is attached move by receiving a downward force. The linear actuator LA can be driven. If the axial length P1 of the inner yoke 5 is set so that both ends in the axial direction are aligned with the permanent magnet 3 and the outer yoke 6 when the inner yoke 5 moves to the maximum, it is efficient and can contribute to downsizing.
Conversely, the magnetic flux density distribution is made smaller at the lower part and smaller at the upper part (the direction of the current flowing through the coil 4 is reversed), that is, the magnetic flux density distribution becomes opposite to the above-mentioned distribution state. By doing so, an upward force is applied to the piston 2 and the inner yoke 5, and the piston 2 and the inner yoke 5 move upward.
[0034]
The following describes other methods of installing the inner yoke and the permanent magnet.
FIG. 6 shows a sectional view of another example of a method of attaching the inner yoke to the piston.
The piston 2a shown in FIG. 6 has a shape combining a first cylinder 21a having an outer diameter D1 and a second cylinder 22a having an outer diameter d1 smaller than the outer diameter D1 of the first cylinder 21a. The first cylinder 21a and the second cylinder 22a are arranged side by side on the same axis. The inner yoke 5a has a hollow cylindrical shape, and is provided with an inner yoke fixing ring 51a for fixing the inner yoke 5a so that the inner yoke 5a does not come off in the upper part of the drawing.
[0035]
The outer diameter of the inner yoke 5a has the same diameter as the outer diameter D1 of the first cylinder 21a, and the inner diameter has the same diameter as the outer diameter d1 of the second cylinder 22a. Similarly, the outer diameter of the inner yoke fixing ring 51a is the same as the outer diameter D1 of the first cylinder 21a, and the inner diameter is the same as the outer diameter d1 of the second cylinder 22a.
[0036]
The mounting method is as follows. First, the inner yoke 5a is fitted to the second cylinder 22a from the free end side 221a of the second cylinder 22a opposite to the side connected to the first cylinder 21a so as to be fitted to the second cylinder 22a and comes into contact with the first cylinder 21a. Press it in until Thereafter, the inner yoke fixing ring 51a is fitted from the same free end side 221a as the fitting of the inner yoke 5a.
[0037]
The inner yoke fixing ring 51a is fixed using an adhesive not shown in the drawings, although not limited thereto. Alternatively, an adhesive may be applied to the inner peripheral wall of the inner yoke 5a to bond the inner yoke 5a to the piston 2a.
[0038]
A male screw is formed on the outer peripheral surface of the second cylinder 22a, and a female screw is formed on the inner peripheral wall of the inner yoke 5a and the inner peripheral wall of the inner yoke fixing ring 51a. A ring in which the ring 51a is screwed with the second cylinder 22a may be used. In this case, the inner yoke fixing ring may be omitted. The piston 2a may be either solid or hollow. According to this mounting method, the inner yoke 5a does not easily fall off from the piston 2a, so that a stable operation is possible.
[0039]
FIG. 7 shows a sectional view of still another example of the method of attaching the inner yoke to the piston.
The piston 2b shown in FIG. 7 has a cylindrical hollow portion 21b inside, and the inner yoke 5b has a hollow cylindrical shape. Further, an inner yoke fixing ring 51b for preventing the inner yoke 5b from coming off is provided.
[0040]
The outer diameter of the inner yoke 5b has the same outer diameter as the inner diameter d2 of the hollow portion 21b of the piston 2b. Further, the outer diameter of the inner yoke fixing ring 51b is equal to the inner diameter d2 of the hollow portion 21b of the piston 2b.
[0041]
The mounting method is as follows. That is, the inner yoke 5b is inserted through the opening 22b of the piston 2b, and then the inner yoke fixing ring 51b is inserted through the opening 22b. The fixing of the inner yoke fixing ring 51b to the piston 2b is not limited to this, but here, one that adheres the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the hollow portion 21b of the piston 2b is employed. The inner yoke 5b may be similarly bonded.
[0042]
A female screw is formed on the inner peripheral surface of the hollow portion 21b, and a male screw is formed on the side peripheral wall of the inner yoke 5b and the outer peripheral wall of the inner yoke fixing ring 51b. The ring 51b and the cavity 21b may be screwed together. In this case, the inner yoke fixing ring 51b may be omitted. According to this method, since the portion of the piston 2b that contacts the cylinder (the outer peripheral surface 20b of the piston 2b) is not the yoke 5b but the outer peripheral surface 20b of the piston, wear is less likely to occur due to friction of the inner yoke 5b. Are less likely to vary, so that a stable operation can be expected.
[0043]
FIG. 8 is a cross-sectional view of another example of a method of attaching a permanent magnet to a cylinder.
The permanent magnet 3c shown in FIG. 8 has a hollow cylindrical shape with an inner diameter d3 and a thickness h3, and has an S pole on the inner peripheral surface side and an N pole on the outer peripheral surface side. A groove 11c for accommodating the permanent magnet 3c is formed in the cylinder 1c. The outer diameter of the groove 11c is the same as the inner diameter d3 of the permanent magnet 3c. The depth of the groove 11c is not limited to this, but here, it has the same depth as the thickness h3 of the permanent magnet 3c. Further, a permanent magnet fixing ring 31c for fixing the permanent magnet 3c so as not to shift is provided. The fixing ring 31c also has the same inner diameter d3 as the permanent magnet 3c and has the same thickness h3. The fixing ring 31c does not have to be the same thickness as the permanent magnet 3c. However, if the thickness is different, a step is formed.
[0044]
The groove 11c of the cylinder 1c extends to a free end such as a joint of the cylinder 1c, and the permanent magnet 3c is fitted into the groove 11c from the free end. After the permanent magnet 3c is fitted, the permanent magnet fixing ring 31c is fitted from the same free end, and the inner peripheral surface of the fixing ring 3c is fixed with an adhesive to fix the permanent magnet 3c. The permanent magnet 3c itself may be bonded to the cylinder 1c. A male screw is formed on the outer peripheral surface of the cylinder 1c, and a female screw is formed on the inner peripheral surface of the permanent magnet 3c and the permanent magnet fixing ring 31c. It may be screwed. At this time, the fixing ring 31c can be omitted.
[0045]
The above-mentioned inner yoke and outer yoke include, but are not limited to, those formed of a soft magnetic material. In addition, other than the inner yoke, the outer yoke, the permanent magnet, and the coil, a nonmagnetic material may be used.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to provide an electromagnetic linear actuator that can reduce the number of parts, can be reduced in size accordingly, and can be easily and accurately assembled.
[0047]
Further, the present invention can provide an electromagnetic linear actuator that can use an inexpensive permanent magnet with a small magnetic flux density, improve efficiency, and can be manufactured at a lower cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of an electromagnetic linear actuator according to the present invention.
FIG. 2A is a plan sectional view showing an example of a method of attaching an inner yoke to a piston, and FIG. 2B is a sectional view taken along line XX of FIG. 2A.
3A is a plan sectional view showing an example of a method of attaching a permanent magnet to a cylinder, and FIG. 3B is a sectional view taken along line YY of FIG.
FIG. 4 is a plan sectional view showing a state in which a permanent magnet, an inner yoke, and an outer yoke are respectively arranged at predetermined positions.
FIG. 5 is an enlarged view of an inner yoke, a permanent magnet, an outer yoke, and a coil portion of FIG. 1;
FIG. 6 is a sectional view showing another example of a method of attaching an inner yoke to a piston.
FIG. 7 is a sectional view of still another example of a method of attaching an inner yoke to a piston.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of a method of attaching a permanent magnet to a cylinder.
FIG. 9 is a sectional view of a conventional electromagnetic linear actuator.
10A is a vector diagram showing a relationship between current, magnetism and force, FIG. 10B is a diagram showing a relationship between magnetic field, magnetic flux and force by current, and FIG. It is a graph which shows the magnetic flux density distribution in the relationship shown to B).
FIG. 11 is an enlarged sectional view of the coil and the permanent magnet section of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
LA, LB Electromagnetic linear actuator 1 Cylinder 2 Piston 3 Permanent magnet 4 Coil 5 Inner yoke 6 Outer yoke

Claims

円筒形状を有するシリンダと、
前記シリンダ内部に前記シリンダ軸線方向に往復動可能に設置されるピストンと、
前記シリンダの外周面に固定される永久磁石と、
前記ピストンに設けられる内側ヨークと、
前記永久磁石を外周よりとり囲み該永久磁石に対して対向配置されるコイルと、
前記コイルを覆うように設けられる外側ヨークとを有していることを特徴とする電磁式リニアアクチュエータ。A cylinder having a cylindrical shape;
A piston installed inside the cylinder so as to be able to reciprocate in the cylinder axis direction,
A permanent magnet fixed to the outer peripheral surface of the cylinder,
An inner yoke provided on the piston,
A coil surrounding the permanent magnet from the outer periphery and disposed opposite to the permanent magnet;
An electromagnetic linear actuator, comprising: an outer yoke provided to cover the coil.

前記永久磁石、前記内側ヨーク及び前記外側ヨークは分割されており、各部材の分割数が同数であり、各部材の各分割部が１対１で対応している請求項１記載の電磁式リニアアクチュエータ。2. The electromagnetic linear device according to claim 1, wherein the permanent magnet, the inner yoke, and the outer yoke are divided, the number of divisions of each member is the same, and each division of each member corresponds one-to-one. Actuator.

前記シリンダの外周に円筒状の永久磁石を挿入固定する請求項１記載の電磁式リニアアクチュエータ。2. The electromagnetic linear actuator according to claim 1, wherein a cylindrical permanent magnet is inserted and fixed around the outer periphery of the cylinder.

前記シリンダの外周に永久磁石を該シリンダの外周に設けた溝部に貼り付けて固定する請求項１及び２いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。3. The electromagnetic linear actuator according to claim 1, wherein a permanent magnet is attached to and fixed to a groove provided on an outer periphery of the cylinder.

前記内側ヨークは軟磁性材料の焼結にて製作される請求項１から４いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。5. The electromagnetic linear actuator according to claim 1, wherein the inner yoke is manufactured by sintering a soft magnetic material.

前記内側ヨークを前記ピストンの外周に挿入又は貼り付けて固定する請求項１から５いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。The electromagnetic linear actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the inner yoke is inserted or attached to an outer periphery of the piston and fixed.

前記内側ヨークを前記ピストンの内周に挿入又は貼り付けて固定する請求項１から６いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。The electromagnetic linear actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the inner yoke is fixed by being inserted or attached to an inner periphery of the piston.

前記内側ヨークの軸方向の長さが、前記永久磁石及び前記外側ヨークの軸方向の長さよりも短い請求項１から６いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。The electromagnetic linear actuator according to claim 1, wherein an axial length of the inner yoke is shorter than an axial length of the permanent magnet and the outer yoke.

前記ピストンが非磁性体で構成されている請求項６、請求項７及び請求項８いずれかに記載の電磁式リニアアクチュエータ。9. The electromagnetic linear actuator according to claim 6, wherein the piston is made of a non-magnetic material.