JP2005151750A - リニア型アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】永久磁石12が固定された第1のヨーク11を有する可動子10に対向して固定子20を配置する。固定子20はコイル26が巻回された第2の鉄心21を有し、第2の鉄心21は永久磁石12に対向した位置に空隙22を有する。第2の鉄心21は、空隙22の一端から他端に向かう磁路28を有しており、第1のヨーク11は第2の鉄心21の磁路28の出口に対向した位置に補助ヨーク13、14を有する。
【選択図】 図1
Description
従って、所定の能力を維持した上で、用いる永久磁石の量を低減することが、低コスト化および軽量化の上でも望ましい。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記補助ヨークを前記永久磁石の両端に設けたことを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を気体空間で構成したことを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を樹脂材で構成したことを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記磁気抵抗領域を前記永久磁石とは磁極の向きが異なる永久磁石で構成したことを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記ティース部の前記永久磁石に対向する面における前記軸方向の長さをht、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.25ht以上としたことを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記狭幅部における前記軸方向の長さをha、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.75ha以上としたことを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記補助ヨークの前記軸に垂直な方向の長さをwy、前記永久磁石の前記軸に垂直な方向の長さをwmとしたとき、wyを0.93wm以上としたことを特徴とする。
請求項9記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記空隙の前記軸方向の長さをsltとしたとき、hmが0.87(ht+slt)以上としたことを特徴とする。
請求項10記載の本発明は、請求項1に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記軸方向の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、htを0.40strk以上1.14strk以下としたことを特徴とする。
請求項11記載の本発明は、請求項2に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhg、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをhtとしたとき、hgを0.85(slt+2ht)以上1.19(slt+2ht)以下としたことを特徴とする。
請求項12記載の本発明は、請求項2に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhgとしたとき、hm=slt+htとし、hg=slt+2htとしたことを特徴とする。
請求項13記載の本発明は、請求項1から請求項12のいずれかに記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記永久磁石と前記他方のヨークとを連結して可動子としたことを特徴とする。
請求項14記載の本発明は、請求項13に記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記他方のヨークをアウターヨークとし、前記一方のヨークをインナーヨークとしたことを特徴とする。
また、永久磁石とアウターヨークとを連結して可動子とすることで、可動子と固定子とのエアギャップを1つにすることにより、アクチュエータを小型化することができる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、補助ヨークを永久磁石の両端に設けたものであり、両端に補助ヨークを設けることで、更に効率が向上する。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を気体空間で構成したものであり、他の材料を設けることなく磁気抵抗領域を形成することで、軽量化を図ることができる。
本発明の第4の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を樹脂材で構成することで、永久磁石から補助ヨークへのもれ磁束を一層小さくすることができる。
本発明の第5の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、磁気抵抗領域を永久磁石とは磁極の向きが異なる永久磁石で構成したことにより、永久磁石から補助ヨークへのもれ磁束を更に小さくすることができる。
本発明の第6の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、ティース部の永久磁石に対向する面における軸方向の長さをht、補助ヨークの軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.25ht以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第7の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、狭幅部における軸方向の長さをha、補助ヨークの軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.75ha以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第8の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、補助ヨークの軸に垂直な方向の長さをwy、永久磁石の軸に垂直な方向の長さをwmとしたとき、wyを0.93wm以上としたものである。本実施の形態によれば、エアギャップでの距離を短くすることで、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第9の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、永久磁石の軸方向の長さをhm、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、空隙の軸方向の長さをsltとしたとき、hmが0.87(ht+slt)以上としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を大きくすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第10の実施の形態は、第1の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、軸方向の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、htを0.40strk以上1.14strk以下としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を極大にすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第11の実施の形態は、第2の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、一対の補助ヨークの永久磁石に面した面同士の間隔をhg、空隙の軸方向の長さをslt、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをhtとしたとき、hgを0.85(slt+2ht)以上1.19(slt+2ht)以下としたものである。本実施の形態によれば、補助ヨークで捕獲する磁束量を極大にすることができるので、アクチュエータとして取り出される出力を大きくすることができる。
本発明の第12の実施の形態は、第2の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と広幅部と連接した狭幅部とからなり、永久磁石の軸方向の長さをhm、空隙の軸方向の長さをslt、広幅部の永久磁石に対向する面の軸方向の長さをht、一対の補助ヨークの永久磁石に面した面同士の間隔をhgとしたとき、hm=slt+htとし、hg=slt+2htとしたものである。本実施の形態によれば、高価な永久磁石を小さくし、かつ、大きな出力を得る最適な条件を与えることができる。
本発明の第13の実施の形態は、第1から第12の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、永久磁石と他方のヨークとを連結して可動子としたものである。本実施の形態によれば、可動子と他方のヨークとのエアギャップをなくすことができるので、小型化できるとともに、安定した動作を確保することができる。
本発明の第14の実施の形態は、第13の実施の形態によるリニア型アクチュエータにおいて、他方のヨークをアウターヨークとし、一方のヨークをインナーヨークとしたものである。本実施の形態によれば、コイルをインナーヨーク側とすることで、軽量化を図ることができる。
図1は、本発明によるリニア型アクチュエータの実施例における片側の断面構成図である。本実施例のリニア型アクチュエータでは、円筒状に形成されたヨーク(アウターヨーク)11の一主面(内周面)の中央部に、円筒状に配置された永久磁石12が貼着されている。ヨーク11の両端部には、永久磁石12と空間(磁気抵抗領域)15を介して円筒状の補助ヨーク13、14が設けられている。なお、補助ヨーク13、14はいずれか一方を省略しても良い。ヨーク11、永久磁石12および補助ヨーク13、14により可動子10を構成しており、矢印で示した移動方向(軸方向)16に往復運動する。
可動子10に対向して円筒状に形成された固定子(インナーヨーク)20が同心円上に配置される。固定子20は、平面がコ字型あるいは環状の鉄片を筒状に配置した鉄心21に、コイル26が巻回されて構成されている。鉄心21はコ字型あるいは環状の狭幅部23と、狭幅部23の両端部に形成され広幅部24、25を有しており、広幅部24、25の間に空隙22が形成されている。なお、広幅部24、25と狭幅部23の一部によってティース部が構成される。広幅部24の表面241、広幅部25の表面251、および空隙22からなる面は、可動子10の永久磁石12の表面121、補助ヨーク13の表面131、および補助ヨーク14の表面141からなる面と対向している。
可動子10の磁気抵抗領域15は、永久磁石12からの磁束が補助ヨーク13、14に漏れるのを防ぐために高い磁気抵抗を有することが好ましい。具体的には気体による空間でよいが、所定の磁気抵抗を得るために永久磁石12と補助ヨーク13、14との空間長さをある程度確保する必要がある。なお、空間の代わりに樹脂材や永久磁石12とは磁極の向きが異なる永久磁石を介在させてもよい。
また、固定子20をアウターヨークとし、ヨーク11をインナーヨークとして構成してもよい。この場合においても、ヨーク11と永久磁石12との間にギャップを設け、永久磁石12だけを可動子として構成してもよい。また、固定子20側を可動子とし、ヨーク11および永久磁石12を固定子として構成することもできる。
図2(a)の状態から可動子10を上方に移動させ、図2(b)のように、可動子10の永久磁石12の中心と固定子20の空隙22の中心が一致した状態になると、永久磁石12から放射される磁束は固定子20の広幅部24、25に均等に入射する。したがって、固定子20の磁路28には正方向および逆方向に均等に磁束が流れるので、両者は打ち消し合うこととなる。
図2(b)の状態から可動子10をさらに上方に移動させ、最上方に移動すると図2(c)の状態になる。図2(c)の状態では、可動子10の永久磁石12は、固定子20に形成された空隙22および広幅部24に対向する。このとき、永久磁石12から放射された磁束は、広幅部24から鉄心21内に進行し、鉄心21に沿った磁路28を形成して鉄心21の他方の広幅部25から補助ヨーク14に進行する。すなわち、図2(a)とは逆方向に進行する。補助ヨーク14に侵入した磁束は、ヨーク11内で磁路28を形成して永久磁石12に帰還する。このとき、固定子20に巻回されたコイル26に鎖交する磁束の変化が電圧を誘起して発電する。このときの電圧は、図2(a)で誘起される電圧とは極性が逆になる。
永久磁石12、補助ヨーク13、14、ティース部、および空隙22の寸法は、コイル26に誘起される電圧の大きさに影響を与える。そこで、以下これら永久磁石12、補助ヨーク13、14、ティース部、および空隙22の寸法関係について詳細に説明する。
なお、図7によれば、永久磁石12の長さhmは、大きいほど大きな出力比が取れるが、リニア型アクチュエータを実現する上で、永久磁石12の長さを大きくするとその分だけ可動子10の移動ストロークを大きくしなければならず、また、永久磁石12に使用される材料はネオジウムなどの高価な材料が使用されるので、小さいほうが好ましい。したがって、実用的にはhm=ht+slt程度とすることが好ましい。
なお、図4から図9の出力特性は、図1における固定子20をアウターヨーク、ヨーク11をインナーヨークとし、軸心からヨーク11の内周面までを53mm、軸心から固定子20の内周面までを67.5mm、軸心から固定子20の外周面までを90mm、ヨーク11の厚さを8mm、固定子20の空隙深さを3mm、固定子20の鉄心21の外周側厚さを5mmとして固定値とし、以下基準値として、htを18mm、hyを6mm、haを6mm、wyを6mm、wmを6mm、hmを28mm、sltを10mm、strkを18mm、hgを46mmとした時の特性を100とした場合の比率である。この場合出力比が90%でおよそ1kwの出力を得ることができた。
11 ヨーク
12 永久磁石
13、14 補助ヨーク
15 磁気抵抗領域
18 磁路
20 固定子
21 鉄心
22 空隙
23 狭幅部
24、25 広幅部
26 コイル
28 磁路
121 永久磁石の表面
131、141 補助ヨークの表面
241、251 広幅部の表面
Claims (14)
- 円筒状に形成されたインナーヨークと円筒状に形成されたアウターヨークからなるヨーク部と、前記インナーヨークと前記アウターヨークの間に同心円上に配置される永久磁石とを有し、前記インナーヨーク又は前記アウターヨークにコイルが巻回され、前記コイルが巻回された一方のヨークには他方のヨークとの間で磁路を形成する一対のティース部を備え、前記永久磁石および前記一方のヨークのいずれか一方が可動子、他方が固定子となり、前記永久磁石と前記一方のヨークとが相対的に円筒の軸方向に移動するリニア型アクチュエータであって、前記永久磁石の端部には、磁気抵抗領域を介して補助ヨークを設けたことを特徴とするリニア型アクチュエータ。
- 前記補助ヨークを前記永久磁石の両端に設けたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記磁気抵抗領域を気体空間で構成したことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記磁気抵抗領域を樹脂材で構成したことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記磁気抵抗領域を前記永久磁石とは磁極の向きが異なる永久磁石で構成したことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記ティース部の前記永久磁石に対向する面における前記軸方向の長さをht、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.25ht以上としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記狭幅部における前記軸方向の長さをha、前記補助ヨークの前記軸方向の長さをhyとしたとき、hyを0.75ha以上としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記補助ヨークの前記軸に垂直な方向の長さをwy、前記永久磁石の前記軸に垂直な方向の長さをwmとしたとき、wyを0.93wm以上としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記空隙の前記軸方向の長さをsltとしたとき、hmが0.87(ht+slt)以上としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、前記軸方向の移動ストロークの長さをstrkとしたとき、htを0.40strk以上1.14strk以下としたことを特徴とする請求項1に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhg、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをhtとしたとき、hgを0.85(slt+2ht)以上1.19(slt+2ht)以下としたことを特徴とする請求項2に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記一方のヨークのティース部は、空隙を挟んで形成される広幅部と前記広幅部と連接した狭幅部とからなり、前記永久磁石の前記軸方向の長さをhm、前記空隙の前記軸方向の長さをslt、前記広幅部の前記永久磁石に対向する面の前記軸方向の長さをht、一対の前記補助ヨークの前記永久磁石に面した面同士の間隔をhgとしたとき、hm=slt+htとし、hg=slt+2htとしたことを特徴とする請求項2に記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記永久磁石と前記他方のヨークとを連結して可動子としたことを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載のリニア型アクチュエータ。
- 前記他方のヨークをアウターヨークとし、前記一方のヨークをインナーヨークとしたことを特徴とする請求項13に記載のリニア型アクチュエータ。
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