JP2008054374A

JP2008054374A - 磁気駆動機構

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Publication number: JP2008054374A
Application number: JP2006225564A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Kamegawa; 芳人亀川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】永久磁石間に生じる磁気抵抗を軽減すると共に、円滑な駆動を取り出す磁気駆動機構を提供する。
【解決手段】複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構であって、前記回動手段の軸上に設けた回動補助手段と回転磁石と、該回動磁石と対向して設けられた可動磁石とからなり、前記回動補助手段は、円板体の周上に設けられたウエイトからなり、該ウエイトの荷重は前記回動磁石と前記可動磁石による磁気抵抗力と略同等である。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石の駆動を往復運動或いは回転運動に変換する磁気駆動機構に関するものである。

従来より磁気を利用した各種の駆動機構が数多く提案されている。例えば、周方向に交互に磁極を異ならせてリング状に形成した永久磁石を有する可動体と、その可動体を支持する支持手段と、その可動体の各永久磁石を通る回転磁界を発生する回転磁気発生手段によって可動体を軸方向に往復運動させるリニアアクチュエータがある（特許文献１参照。）。

特開平９−１２１５３０号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案されているリニアアクチュエータの場合、リング状に形成した永久磁石に回転磁界を発生させる際に、回転方向と正と逆の磁気抵抗が生じ、この磁気抵抗に対向する回転力が必要となり、回転磁界発生手段であるモーターに多大の負担となっていた。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構において、永久磁石間に生じる磁気抵抗を軽減すると共に、円滑な駆動を取り出す磁気駆動機構を提供することを目的とする。ここで、永久磁石の駆動方法としては、回動手段にかぎらず回転手段や、さらに往復運動手段が使用され、また上記の永久磁石間に生じる磁気抵抗を軽減し円滑な駆動を取り出す手段として、ウエイトによる回動の補助ばかりでなく対向する磁石の磁力による補助や、ウエイトと磁力の組み合わせも使用される。

このため本発明の機構は、回動手段と、該回動手段の軸上に設けた回動補助手段と、回動磁石と、該回動磁石と対向して設けられた可動磁石とからなり、前記回動補助手段は、円板体と該円板体の周上に設けられたウエイトからなり、該ウエイトの荷重は前記回動磁石と前記可動磁石による磁気抵抗力と略同等であることを第１の特徴とする。

また、回動手段と、該回動手段の軸上に設けた回動補助手段と、回動磁石と、該回動磁石と対向して設けられた可動磁石とからなり、前記可動磁石後端側に前記回動磁石と連動して回動し、該回動磁石の磁気と逆磁性を有する磁石をさらに対向して設け、また前記回動手段はロータリソレノイドの往復回動機構による振り子運動であり、該振り子運動によって前記対向する回動磁石を回動し、前記可動磁石を摺動させることを第２の特徴とする。

そして、摺動手段により摺動する筐体と、該筐体の摺動方向の前方部及び後方部に設けられた固定磁石と、前記筐体の前部及び後部に前記固定磁石と対向して設けらたの固定磁石と、前記筐体の摺動方向を挿通する軸を有し、該軸に回転自在に取り付けられた円板と、該円板の両面に設けられた極性の異なる複数の磁石とからなり、前記摺動手段によって前記筐体を摺動させ、前記円板に設けられた磁石と、前記筐体の前部及び後部に前記固定磁石と対向して設けらた固定磁石との吸引と反発によって、前記円板を回動させることを第３の特徴とする。

本発明による磁気駆動機構によれば、以下のような優れた効果を有する。
（１）回動手段の軸上に設けた回動補助手段は、円板体と該円板体の周上に設けられたウエイトからなり、このウエイトと回動磁石と前記可動磁石による磁気抵抗力とが略同等であるため、回動手段に負担がかからない。
（２）回動磁石の磁気と逆磁性を有する磁石を対向して設け、振り子運動によって前記対向する回動磁石を回動し、前記可動磁石を摺動させる磁気駆動機構であるため、対向する磁石間の磁力の均衡と、回動補助手段であるウエイトによって磁気抵抗が軽減されるため、円滑な摺動を取り出すことができる。
（３）摺動手段により筐体を摺動させることによって、筐体内の円板の両面に設けられた磁石と、前記筐体の前部及び後部に前記固定磁石と対向して設けらた固定磁石との吸引と反発を生じ、円板を回動させることができるため、磁石の摺動往復運動を回転駆動として取り出すことができると共に、筐体前後に磁石を配置することによって、筐体の往復運動における磁気抵抗を軽減できる。

以下、本発明のを実施例に基づいて説明するが、本発明が本実施例に限定されないことは言うまでもない。図１は本発明の第１の実施例に係る磁気駆動機構を示す側断面説明図、図２は円板体の拡大説明図、図３はウエイトと磁気抵抗の均衡を説明する説明図、図４は第２の実施例に係る磁気駆動機構の斜視図、図５は図４の動作説明図、図６は第３の実施例に係る磁気駆動機構を説明する動作説明図、図７は図６の磁石配置説明図である。

図１、図２に示すように、本発明に係る磁気駆動機構１は、回動手段であるモーター２の回転軸３上に回転軸受け４を介して円板体５と回転磁石６と可動磁石７とが順に設けられ、この可動磁石７はガイド８を介して軌道９上を摺動自在に保持される。

回転磁石６及び可動磁石７はそれぞれ上下方向に着磁され、着磁方向が同一で反発し、逆方向で吸引する。円板体５の周上にはウエイト１０が設けられ、後述する磁気抵抗に抗してモーター２の回転を補助する。そして、ガイド８の摺動はストッパー１１によって規制される。

図１の状態から、モーター２を右回転させて回転磁石６を０〜１８０度回転させると、回転磁石６と可動磁石７のそれぞれの磁性方向が同一となり、可動磁石７は軌道９上を摺動して図面右方向へ移動する。この際、回転磁石６と可動磁石７との間には磁気抵抗が生じ、モーター２の回転と逆方向の負荷が生じ、回転軸３に大きな負荷が掛かる。そこで、回転板５の周上にこの磁気抵抗に抗するウエイト１０を取付け、図３に示すように磁気抵抗（逆方向）１２と、ウエイト抵抗（順方向）１４とが均衡し、回転軸３に対する負荷が軽減される。

同様に、モーター２の右回転によって回転磁石６を１８０〜３６０度回転させると、回転磁石６の磁性方向が可動磁石７の磁性方向と逆となり、可動磁石７を吸引すると共に、磁気抵抗（順方向）１３及びウエイト抵抗（逆方向）１５が生じ、この抵抗同士の均衡によって回転軸３の負荷が軽減される。その結果モーター２の回転がスムーズに伝達されて、可動磁石７の摺動もスムーズとなる。ここで、円板体５の径やウエイト１０の重量は回転軸３回りに生じる磁気抵抗値によって適宜選択され決定される。

上記の構成による本発明の磁気駆動機構によれば、回転磁石と可動磁石との間に生じる磁気抵抗を、回転板に設けたウエイトによって打ち消し合い軽減することができるため、モーターの回転軸に係る負荷を軽減すると共に、可動磁石のスムーズな摺動を可能とする。

次に図４、図５により実施例２について説明する。図４は本発明に係る磁気駆動機構の斜視図、図５はその動作説明図である。

図４、に示すように、本発明に係る磁気駆動機構１ａは、回動機構としてロータリーソレノイド１６を使用し、回動軸１７上に軸受１８を介して、振り子体１９、回動磁石Ａ２０、可動磁石７ａ、回動磁石Ｂ２１が順に設けられ、この可動磁石７Ａはガイド８ａを介して軌道９ａ上を摺動自在に保持され、ロータリーソレノイド１６による往復振り子駆動によって回動磁石Ａ２０及び回動磁石Ｂ２１が連動して回動し、回動磁石Ａ２０と回動磁石Ｂ２１間に挟持された可動磁石７ａは後述する磁極の変位によって吸引及び反発が同時に発生して、軌道９ａ上を摺動し、この摺動による往復駆動は出力軸２２によって出力される。

軸受１８に挟まれて設けられた振り子体１９にはその先端部にウエイト１０ａが設けられ、このウエイト１０ａは、上記の二つの回動磁石２０、２１と可動磁石７ａ間の磁気抵抗による回動軸１７に掛かる負荷を軽減し、ロータリーソレノイド１６による回動を補助する。また、可動磁石７ａのガイド８ａは軌道９ａの両端部に設けたストッパー１１ａによって摺動位置を規制される。

次に、図５により本発明に係る磁気駆動機構１ａの動作を説明する。図５（ａ）は振り子体１９を半時計回りに４５度回動させた状態を示し、図５（ｂ）は同じく時計回りに４５度回動させた状態を示す。図において回動磁石Ａ２０、回動磁石Ｂ２１、可動磁石７ａにはＮ極２３、Ｓ極２４がそれぞれ周に沿って所定間隔で着磁され、回動磁石Ａ２０及び回動磁石Ｂ２１の着磁位置は異なる位置とされている。尚、本動作の説明においては磁気の配置はＮ極、Ｓ極それぞれ２ヵ所として説明する。

図５（ａ）において、可動磁石７ａと回動磁石Ａ２０とはそれぞれ異なる磁極Ｎ、Ｓが対向しており、吸引状態である。それに対し回動磁石Ｂは可動磁石７ａとそれぞれ同じ磁極が対向しており、反発した状態となっている。次に図６（ｂ）に示すように回動磁石Ａ２０、Ｂ２１を時計回りに９０度回動させると、上記した回動磁石Ａ２０、Ｂ２１の磁極が可動磁石７Ａの磁極に対してそれぞれ逆となり、可動磁石７ａは回動磁石Ｂ２１の方へ移動する。同様に回動磁石Ａ、Ｂを半時計回りに９０度回動させると、可動磁石７ａは回動磁石Ａ２１の方へ移動する。

ここで、回動磁石Ａ２０を図５（ａ）から図５（ｂ）へと時計回りに回動させると、可動磁石７ａと回動磁石Ａ２０間には回動軸１７に磁気抵抗が反時計回りに生じ、また回動磁石Ｂ２１と可動磁石７ａの間には時計回りに磁気抵抗が生じる。そして、振り子体１９の先端部に設けたウエイト１０ａによって上記の磁気抵抗同士の差を補完することによって、磁気抵抗の均衡を図り、ロータリーソレノイド１６による回動を補助する。尚、振り子体１９の大きさとウエイト１０ａの重量は、回動磁石と可動磁石の磁気力と、配置される位置によって適宜選択されて決定される。

上記の構成による本発明の磁気駆動機構によれば、回動磁石と可動磁石との間に生じる磁気抵抗を、回動磁石間の磁気同士のバランスと、振り子体に設けたウエイトによって軽減することができるため、ロータリーソレノイドの回動軸に係る負荷を軽減すると共に、可動磁石のスムーズな摺動を可能とする。

本発明の磁気駆動機構の実施例３を、図６及び図７に従って説明する。図６(ａ)、図６(ｂ)はそれぞれ本実施例の磁気駆動機構の動作説明図であり、磁気駆動機構１ｂは中心部に回転軸３ｂを挿通し摺動可能な筐体２５と、筐体２５の前後に所定の位置で配置された固定磁石２６と、筐体２５の前部及び後部に設けられた固定磁石２７と、筐体２５内に配置され前記回転軸３ｂにて軸着された円板である回転体５ｂと、その両面に設けられた回転磁石６ｂ、６ｃと、筐体２５を回転軸３ｂの軸方向に摺動させるソレノイド２８からなる摺動機構から構成され、ソレノイド２８による筐体２５の摺動に伴って摺動する固定磁石２６と回転磁石６ｂ、６ｃの磁極間において吸引及び反発が生じ、回転体５ｂが回転し回転軸３ｂに回転出力される。この際回転体５ｂは後述する回転方向決定用磁石２９によって常に一定方向へ回転する。尚、固定磁石２６は図示しない固定装置によってそれぞれ固定されており、また筐体２５は図示しない摺動ガイドによって摺動自在に保持される。そして、固定磁石２６と筐体２５に設けられた固定磁石２７とはそれぞれ同じ磁極が対向して設けられている。

筐体２５は、アルミ等の軽量金属からなる枠体で構成され、対抗する面の中央位置に回転軸３ｂを回転及び摺動可能に挿通し、また回転軸３ｂを挿通する枠体面に固定磁石２６がそれぞれ対向して設けられている。そして、回転軸３ｂの略中央部には回転磁石６ｂ、６ｃが両面に取り付けられたアルミ製の回転体５ｂが軸着され、後述する回転体５ｂの回転によって回転軸３ｂを回転させる。

次に、図６及び図７により本発明に係る磁気駆動機構１ｂの動作を説明する。図７は図６(ａ)の磁気駆動機構１ｂの矢印方向の磁石配置を示しており、固定磁石２６はそれぞれＮ極２３を示し、筐体２５の前部及び後部に設けられた固定磁石２７はそれぞれＳ極２４を示している。そして、中央部の回転磁石６ｂ、６ＣはそれぞれＳ極２４とＮ極２３が着磁されている。そして、このＮ極２３の着磁によって回転方向決定用磁石２９が形成されている。

まず、図６(a)に示す筐体２５をソレノイド２８を駆動させることにより、図６(ｂ)に示す位置まで摺動させると、固定磁石２６に対向する回転磁石６ｃは固定磁石２６のＮ極２３によって吸引と反発を生じ、回転方向決定磁石２９によって回転体５ｂを時計回りに９０度回転させる。次にソレノイド２８を駆動させて筐体２５を図６(a)の位置まで摺動させると、回転磁石６ｂと対向する固定磁石２６のＮ極２３によって吸引と反発を生じて、回転体５ｂをさらに時計回りに９０度回転させる。このソレノイド２８の摺動による繰り返しによって、回転体５ｂが回転し回転軸３ｂも常に一定方向へ回転可能となる。

また、回転体５ｂ回転の際に生じる磁気抵抗は、筐体２５の前後に配置された固定磁石２６と筐体２５の前部及び後部に設けられた固定磁石２７との反発と、回転磁石６ｂ又は６ｃと筐体２５の固定磁石２７との吸引とで均衡が図られ、ソレノイド２８の駆動に掛かる負荷が軽減される。

上記の構成による本発明の磁気駆動機構によれば、回転磁石と固定磁石との間に生じる磁気抵抗を、固定磁石同士の磁力の反発と、回転磁石と固定磁石との吸引力とのバランスによって軽減することができるため、ソレノイドに掛かる負荷を軽減すると共に、回転体及び回転軸のスムーズな回転を可能とする。

以上、本発明による磁気駆動機構は、複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構において、永久磁石間に生じる磁気抵抗を軽減すると共に、円滑な駆動を取り出す磁気駆動機構を提供するできる。

本発明による磁気駆動機構は、従来のリニアアクチュエータに限らず各種の発電機やモーターとしても有効に活用できる。

本発明の第１の実施例に係る磁気駆動機構を示す側断面説明図である。円板体の拡大説明図である。ウエイトと磁気抵抗の均衡を説明する説明図である。本発明の第１の実施例に係る磁気駆動機構の斜視図である。図４、の動作説明図である。本発明の第３の実施例を示す動作説明図である。図６の磁石配置説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ磁気駆動機構
２モーター
３、３ｂ回転軸
４、４ｂ回転軸受
５、５ｂ円板体
６、６ｂ、６ｃ回転磁石
７、７ｂ可動磁石
８、８ａガイド
９、９ａ軌道
１０、１０ａウエイト
１１ストッパー
１２磁気抵抗（逆方法）
１３、１３ｂ磁気抵抗（順方法）
１４、１４ａウエイト抵抗（逆方向）
１５、１５ｂウエイト抵抗（順方向）
１６ロータリーソレノイド
１７、１７ａ回動軸
１８、１８ａ回動軸受
１９振り子体
２０回動磁石Ａ
２１回動磁石Ｂ
２２出力軸
２３Ｎ極
２４Ｓ極
２５筐体
２６固定磁石
２７固定磁石
２８ソレノイド
２９回転方向決定用磁石

Claims

複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構であって、前記回動手段の軸上に設けた回動補助手段と、回動磁石と、該回動磁石と対向して設けられた可動磁石とからなり、前記回動補助手段は、円板体と該円板体の周上に設けられたウエイトからなり、該ウエイトの荷重は前記回動磁石と前記可動磁石による磁気抵抗力と略同等であることを特徴とする磁気駆動機構。
複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構であって、前記回動手段の軸上に設けた回動補助手段と回動磁石と、該回動磁石と対向して設けられた可動磁石とからなり、前記可動磁石後端側に前記回動磁石と連動して回動し、該回動磁石の磁気と逆磁性を有する磁石をさらに対向して設け、また前記回動手段はロータリソレノイドの往復回動機構による振り子運動であり、該振り子運動によって前記対向する回動磁石を回動し、前記可動磁石を摺動させることを特徴とする磁気駆動機構。
複数の永久磁石を用い、該複数の永久磁石を回動手段若しくは摺動手段によって、他の永久磁石からなる可動体との位置を変位させ、前記複数の永久磁石と可動体の永久磁石の磁極を交互に変化させて該可動体を摺動若しくは回動させる磁気駆動機構であって、前記摺動手段により摺動する筐体と、該筐体の摺動方向の前方部及び後方部に設けられた固定磁石と、前記筐体の前部及び後部に前記固定磁石と対向して設けらた固定磁石と、前記筐体の摺動方向を挿通する軸を有し、該軸に回転自在に取り付けられた円板と、該円板の両面に設けられた極性の異なる複数の磁石とからなり、前記摺動手段によって前記筐体を摺動させ、前記円板に設けられた磁石と、前記筐体の前部及び後部に前記固定磁石と対向して設けらた固定磁石との吸引と反発によって、前記円板を回動させることを特徴とする磁気駆動機構。