JP4610884B2 - リニア型アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、固定子と、それに対向して軸方向に直線的に往復移動する可動子との協働作用により発電機や電動機を構成するリニア型アクチュエータに関する。

リニア型アクチュエータの代表的な技術としていわゆるリニア発電機が知られている。このリニア発電機の従来技術として、運動方向に直交する方向に着磁された永久磁石を可動子とし、この可動子を挟んで両側に固定子を備え、可動子を通る磁束の方向を可動子の運動方向に直交するようにした構成が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
実公平７−２７８２５号公報（請求項１および図１）

しかし従来の発電機は、所定の能力を出力するためには、相当量の永久磁石が必要であり、永久磁石として利用されるネオジウム系磁石は、高価であり、また重量にも影響する。
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。

そこで本発明は、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を目的とする。

請求項１記載の本発明のリニア型アクチュエータは、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ティース部を備え、一方の前記ヨークは鉄心に対して一対だけのティース部が形成され、一対の前記ティース部の間には空隙が形成され、前記永久磁石および一方の前記ヨークのいずれか一方が可動子、他方が固定子となり、前記永久磁石と一方の前記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、前記永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、前記永久磁石を一方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、他方の前記ティース部が他方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、一方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、他方の前記ティース部から他方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、前記永久磁石を、他方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、一方の前記ティース部が一方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、他方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、一方の前記ティース部から一方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することを特徴とする。
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樹脂材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、前記ティース部は、前記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、前記ティース部は、前記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、前記ティース部は、前記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、前記ティース部は、前記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１１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、前記ティース部は、前記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１２記載の本発明は、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のリニア型アクチュエータにおいて、前記永久磁石と他方の前記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１３記載の本発明は、請求項１２に記載のリニア型アクチュエータにおいて、他方の前記ヨークをアウターヨークとし、一方の前記ヨークをインナーヨークとしたことを特徴とする。

本発明によれば、補助ヨークによって効率が向上し、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できる。
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１の実施の形態によるリニア型アクチュエータは、永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、永久磁石を一方のティース部と空隙に対向させたときに、他方のティース部が他方の補助ヨークに対向し、永久磁石から放射される磁束が、一方のティース部から鉄心内に進行し、鉄心に沿った磁路を形成し、他方のティース部から他方の補助ヨークに進行し、永久磁石に帰還することで、コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、永久磁石を、他方のティース部と空隙に対向させたときに、一方のティース部が一方の補助ヨークに対向し、永久磁石から放射される磁束が、他方のティース部から鉄心内に進行し、鉄心に沿った磁路を形成し、一方のティース部から一方の補助ヨークに進行し、永久磁石に帰還することで、コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することにより、永久磁石から一方のヨークの磁路を通って放射される磁束を補助ヨークにより確実に捕捉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。従って補助ヨークによって効率が向上するので、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できる。また、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、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、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、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、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、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、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１１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１２の実施の形態は、第１から第１１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１３の実施の形態は、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、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。

以下本発明の実施例について図面とともに詳細に説明する。
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。

なお、本実施例では、ヨーク１１と永久磁石１２とを一体に設けた場合を示したが、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。
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。

つぎに、動作を説明する。図２（ａ）は、可動子１０が最下方に移動した状態を示す。可動子１０が図１の矢印１６に沿って下方に移動すると、可動子１０の永久磁石１２は、固定子２０の鉄心２１に形成された空隙２２および鉄心２１の広幅部（ティース部）２５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２５から鉄心２１内に進行し、鉄心２１に沿った磁路２８を形成して他方の広幅部２４から補助ヨーク１３に進行する。補助ヨーク１３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。
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。

可動子１０を再び下方に移動させると図２（ａ）の状態になり、以下可動子１０を図１の移動方向１６に往復運動させると、図２（ａ）→図２（ｂ）→図２（ｃ）→図２（ｂ）→図２（ａ）→図２（ｂ）→図２（ｃ）→・・・・・・のサイクルを繰り返す。この結果、コイル２６には、図３に示すように、磁束の変化に対して９０ｄｅｇ位相がずれた正弦波の電圧が誘起されるので、正弦波の電力が発電される。図３において、（ａ）は図２（ａ）の状態、（ｂ）は図２（ｂ）の状態、（ｃ）は図２（ｃ）の状態を示す。
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。

図４は、補助ヨーク１３の長さと広幅部２４の長さ、および補助ヨーク１４の長さと広幅部２５の長さの関係と、コイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、広幅部２４、２５の可動子１０に対向する面２４１、２５１での可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｔ、補助ヨーク１３、１４の同移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｙとしたとき、ｈｙ／ｈｔが０．２５以上では、誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。ｈｙ／ｈｔが０．２５以下であると、出力比は急激に減少する。また、ｈｙ／ｈｔが０．３２以上で０．９以下では、出力比は１００％以上となり更に好ましい。

図５は、補助ヨーク１３、１４の長さと狭幅部２３の長さの関係とコイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、狭幅部２３の先端部、すなわち、広幅部２４、２５との連結部の可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈａ、補助ヨーク１３、１４の同移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｙとしたとき、ｈｙ／ｈａが０．７５以上では、誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。ｈｙ／ｈａが０．７５以下であると、出力比は急激に減少する。また、ｈｙ／ｈａが１以上で２．７以下では出力比は１００％以上となり更に好ましい。

図６は、補助ヨーク１３、１４の厚さ、すなわち、固定子２０側への延長方向（軸に垂直な方向）における長さと永久磁石１２の厚さ、すなわち、同延長方向における長さの関係とコイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、補助ヨーク１３、１４の延長方向における長さ（ヨーク１１の表面から見た場合は厚さに相当する）をｗｙ、永久磁石１２の同延長方向における長さ（ヨーク１１の表面から見た場合は厚さに相当する）をｗｍとしたとき、ｗｙ／ｗｍが０．９３以上では、誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。したがって、ｗｙ／ｗｍが０．９３以上であることが好ましい。

図７は、永久磁石１２の長さと空隙２２の長さおよび広幅部２４、２５の長さの関係とコイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、永久磁石１２の可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｍ、広幅部２４、２５の可動子１０に対向する面２４１、２５１における可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｔ、鉄心２１の空隙２２の間隔（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｓｌｔとしたとき、ｈｍ／（ｈｔ＋ｓｌｔ）が０．８７以上では、誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。したがって、ｈｍ／（ｈｔ＋ｓｌｔ）が０．８７以上であることが好ましい。
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。

図８は、広幅部２４、２５の長さおよび可動子１０の移動ストロークの関係とコイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、広幅部２４、２５の可動子１０に対向する面２４１、２５１における可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｔ、可動子１０の移動ストロークの長さをｓｔｒｋとしたとき、ｈｔ／ｓｔｒｋが０．４０以上で１．１４以下であるとき誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。ｈｔ／ｓｔｒｋがこの範囲を外れると、出力比は急激に減少する。したがって、ｈｔ／ｓｔｒｋは、０．４０以上で１．１４以下であることが好ましい。更には、ｈｔ／ｓｔｒｋが０．５０以上で１以下であることが好ましく、更には、ｈｔ／ｓｔｒｋが０．６４以上で０．８５以下であることが好ましい。

図９は、補助ヨーク１３、１４間の間隙と空隙２２の長さおよび広幅部２４、２５の長さの関係とコイル２６に誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図である。図１に示したように、補助ヨーク１３の永久磁石１２に面した内壁面と補助ヨーク１４の永久磁石１２に面した内壁面との距離をｈｇ、広幅部２４、２５の可動子１０に対向する面２４１、２５１での可動子１０の移動方向１６における長さ（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｈｔ、鉄心２１の空隙２２の間隔（移動方向が上下方向である場合は高さに相当する）をｓｌｔとしたとき、ｈｇ／（２ｈｔ＋ｓｌｔ）が０．８５以上で１．１９以下であるとき、誘起される電圧の出力比は９０％以上になる。したがって、ｈｇ／（２ｈｔ＋ｓｌｔ）が０．８５以上で１．１９以下であることが好ましい。更には、ｈｇ／（２ｈｔ＋ｓｌｔ）が１．００以上で１．０５以下であることが好ましい。特に、ｈｇ＝２ｈｔ＋ｓｌｔ近辺で出力比が最大になるので、実際のリニア型アクチュエータとしてはｈｇ＝２ｈｔ＋ｓｌｔとすることが好適である。

前述したように、永久磁石１２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く、一方、小さい永久磁石１２で出力を大きくする必要がある。したがって、永久磁石１２の最適な寸法は、図７および図９からｈｍ＝ｓｌｔ+ｈｔおよびｈｇ＝ｓｌｔ+２ｈｔ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。

本発明によるリニア型アクチュエータは、各種の小型発電機や電動機、特にスターリングエンジンの発電部として有用である。

本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータの要部断面構成図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータの動作を説明する断面図で、（ａ）は可動子が最下方に移動した状態を示す図、（ｂ）は可動子の永久磁石の中心と固定子の空隙の中心が一致した状態を示す図、（ｃ）は可動子が最上方に移動した状態を示す図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータのコイルに誘起される電圧波形図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける補助ヨークの長さおよび広幅部の長さとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける補助ヨークの長さおよび狭幅部の長さとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける補助ヨークの厚さおよび永久磁石の厚さとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける永久磁石の長さとヨークの空隙の長さおよび広幅部の長さとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける広幅部の長さおよび可動子の移動ストロークとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図 本発明の実施例におけるリニア型アクチュエータにおける補助ヨーク間の間隙とヨークの空隙の長さおよび広幅部の長さとコイルに誘起される電圧の大きさとの関係を示す特性図

１０ 可動子
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 (13)

1. 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ティース部を備え、一方の前記ヨークは鉄心に対して一対だけのティース部が形成され、一対の前記ティース部の間には空隙が形成され、前記永久磁石および一方の前記ヨークのいずれか一方が可動子、他方が固定子となり、前記永久磁石と一方の前記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、
   前記永久磁石の両端部には、磁気抵抗領域を介してそれぞれ補助ヨークを設け、
   前記永久磁石を一方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、他方の前記ティース部が他方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、一方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、他方の前記ティース部から他方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起し、
   前記永久磁石を、他方の前記ティース部と前記空隙に対向させたときに、一方の前記ティース部が一方の前記補助ヨークに対向し、前記永久磁石から放射される磁束が、他方の前記ティース部から前記鉄心内に進行し、前記鉄心に沿った磁路を形成し、一方の前記ティース部から一方の前記補助ヨークに進行し、前記永久磁石に帰還することで、前記コイルに鎖交する磁束の変化で電圧を誘起することを特徴とするリニア型アクチュエータ。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 前記ティース部は、前記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。
7. 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。
8. 前記ティース部は、前記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。
9. 前記ティース部は、前記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。
10. 前記ティース部は、前記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１に記載のリニア型アクチュエータ。
11. 前記ティース部は、前記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１に記載のリニア型アクチュエータ。
12. 前記永久磁石と他方の前記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１１のいずれかに記載のリニア型アクチュエータ。
13. 他方の前記ヨークをアウターヨークとし、一方の前記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１２に記載のリニア型アクチュエータ。

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