JPH09512157A - 軸方向に収束されたラジアル磁石のボイスコイルアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ボイスコイルアクチュエータ（１０）は、磁束で作動する材料のコア（１２）と、半径方向に配列され且つ軸方向に収束する磁石構造（１４）と、電流で作動するコイル（１６）とを備えている。上記コアは、第１の面（１８）と、該第１の面に設けられた連続的な溝（２０）とを有している。上記溝は、第１の壁部（２２）と、この第１の壁部に向かい合って凹所（４４）を形成する第２の壁部とを有している。磁石構造は、上記第１の壁部の凹所の中に設けられていて、前記第２の壁部から離れており、これにより、磁石構造と第２の壁部との間には、ギャップ（２６）が形成されている。磁石構造は、半径方向に分極された第１の磁石（２８）と、軸方向に分極された第２の磁石（３０）と、軸方向に分極された第３の磁石（３２）とを備えており、上記第１の磁石は、上縁部（３６）及び下縁部（３８）を形成する軸方向に伸長する面（３４）を有しており、上記第２の磁石は、上記第１の磁石の上縁部から半径方向において内方に伸長する、半径方向に伸長する第２の磁石面（４０）を有しており、上記第３の磁石は、上記第１の磁石の下縁部から半径方向において内方に伸長する、半径方向に伸長する第３の磁石面（４２）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】 軸方向に収束されたラジアル磁石のボイスコイルアクチュエータ 発明の分野 本発明は、一般的に、半径方向に配列された磁石を有するボイスコイルアクチ ュエータに関し、より詳細には、半径方向に配列された環状の磁石構造に関する 。 発明の背景 代表的な公知のボイスコイルアクチュエータは、コアと、軸方向に分極された 円筒形の磁石と、ベースプレートと、ロッドと、２つの磁極片とを有している。 上記ロッド及び磁石は、上記ベースプレート上で同軸状に設けられており、これ により、上記ロッドは、上記磁石の中心を通って伸長している。上記２つの磁極 片は、上記磁石及びロッドに対してそれぞれ同軸状に設けられている。第１の磁 極片は、上記円筒形の磁石の内径よりも小さい内径を有しており、また、上記第 ２の磁極片は、上記ロッドの直径よりも大きな内径を有している。従って、磁極 片の対向する側部の間には、ギャップが形成されている。上記ギャップの内部に は、コイルが同軸状に吊り下げられている。 本件出願の出願人に譲渡されていて本件出願と共に係属中の米国特許出願０７ ／９２５，０８５号（本明細書に参考として含まれている）には、半径方向に配 列された磁石を利用したボイスコイルアクチュエータが開示されている。このボ イスコイルアクチュエータは、磁束を誘導する材料のコアと、磁石と、導電性の コイルとを備えている。コイルは、第１の面と、該第１の面に設けられた連続的 な溝とを有している。上記溝は、対向する一対の壁部を有している。上記磁石は 、第１の壁部に密接して配置されていて、対向する壁部から隔置されており、こ れにより、上記磁石と対向する壁部との間には、ギャップが形成されている。上 記磁石は、上記第１の壁部の方を向いた第１の磁気極性を有する第１の面と、上 記 ギャップの方を向いた反対の第２の磁気極性を有する第２の面とを備えている。 上記磁石は、更に、上記溝の底部から隔置されおり、これにより、磁束は、上記 第２の面から上記ギャップを横断して上記対向する壁部まで、実質的に直交して いる。導電性の上記コイルは、上記ギャップの中で運動可能に配置されており、 これにより、上記コイルの電流は、上記磁束に対して実質的に直交する方向の磁 力を上記コイルに発生し、上記磁束に応答して上記コイルを移動させる。 半径方向に配列された磁石をボイスコイルアクチュエータに用いることにより 、コアからの磁束の漏洩が極めて少なくなり、従って、効率が極めて高くなる。 しかしながら、磁束密度を高いレベルに維持しながら、上記半径方向に配列され た磁石構造の重量及び体積を減少させることも望まれている。また、上記半径方 向に配列された磁石構造の重量及び体積を増大させることなく、磁束密度のレベ ルを増大させることが望ましい。 従って、磁石構造の重量及び体積を増大させることを必要とせずに、高いレベ ルの磁束密度を与える、半径方向に配列された磁石構造が必要とされている。 発明の概要 従って、本発明の目的は、高いレベルの磁束密度を与える、小体積で低重量の 半径方向に配列された磁石構造を提供することである。 本発明によれば、ボイスコイルアクチュエータは、磁束を誘導する材料のコア と、軸方向に収束され且つ半径方向に配列された磁石構造と、導電性のコイルと を備えている。上記コアは、第１の面と、該第１の面に設けられた連続的な溝と を備えている。この溝は、第１の壁部と対向する第２の壁部とを有しており、上 記第１の壁部は、凹所を形成している。本磁石構造は、上記第１の壁部の凹所の 中に設けられていて、上記第２の壁部から隔置されており、これにより、上記磁 石構造と上記第２の壁部との間には、ギャップが形成される。磁石構造は、上縁 部及び下縁部を形成する軸方向に伸長する面を有する半径方向に分極された第１ の磁石と、上記第１の磁石の上縁部から半径方向において内方に伸長する半径方 向に伸長する第２の磁石面を有する軸方向に分極された第２の磁石と、上記第１ の磁石の下縁部から半径方向において内方に伸長する半径方向に伸長する第３の 磁石面を有する、軸方向に分極された第３の磁石とを備えている。上記導電性の コイルは、上記ギャップの中で運動可能に吊り下げられており、これにより、上 記コイルの電流は、磁束に対して実質的に直交する方向の磁力を上記コイルに発 生し、上記磁力に応答して上記コイルを移動させる。 本発明の特徴は、上記軸方向及び半径方向に配列された磁石が発生する磁束ベ クトルが組み合わされて、半径方向に配列された磁束経路に収束されることであ る。 本発明の特徴は、上記ボイスコイルアクチュエータの磁石構造が半径方向に配 列されていて、当該磁石構造の効率を最大限に高くすることである。 本発明の別の特徴は、上記磁石構造が、低重量及び小体積を有することである 。 本発明の他の特徴は、上記磁石構造が、高いレベルの磁束密度を発生すること である。 本発明の上述の並びに他の目的、利点及び特徴は、添付の図面及び添付の請求 の範囲と組み合わせて、以下の代表的な好適実施例の説明を読むことにより、当 業者には容易に理解されよう。 図面の簡単な説明 図１は、半径方向に配列され且つ軸方向に収束する本発明の磁石構造ボイスコ イルアクチュエータの部分断面図であり、 図２は、半径方向に配列された磁石を有するボイスコイルアクチュエータの別 の実施例の断面図であり、 図３は、拡声器に使用されるようになされた図２のボイスコイルアクチュエー タの断面図である。 代表的な好適実施例の説明 最初に、図１を参照すると、本発明の原理に従って構成された新規なボイスコ イルアクチュエータ１０の一部が示されている。アクチュエータ１０は、コア１ ２と、磁石構造１４と、導電コイル（図１には示されていない）とを備えている 。後に詳細に説明する理由により、本発明の特徴は、磁石構造１４が、大きな体 積の磁石を必要とすることなく、高い磁束密度を提供するということである。ま た、磁石構造１４の磁極は、その中でコイル１６が吊り下げられているギャップ に隣接しており、これにより、磁界の不均一性及びフリンジング（ｆｒｉｎｇｉ ｎｇ）が極めて少なくなる。 次に、図１乃至図３を参照すると、ボイスコイルアクチュエータ１０の構造が 示されている。コア１２は、磁束を導通する材料から構成されていて、第１の面 １８と、この第１の面１８に設けられた連続的な溝２０とを有している。この溝 は、第１の壁部２２と、該第１の壁部２４に対向する第２の壁部２４とを有して いる。図１に示す実施例においては、第１の壁部２２は、外側壁であり、対向す る第２の壁部２４は、内側壁である。しかしながら、図２及び図３に示す実施例 においては、第１の壁部２２は、内側壁であり、対向する第２の壁部２４は外側 壁である。説明の便宜上、以下の記載においては、第１の壁部は、第１の外側壁 と呼び、第２の壁部は、第２の内側壁と呼ぶことにする。しかしながら、第１の 壁部を内側壁とし、対向する第２の壁部を外側壁にすることができる。 図１に示す磁石構造１４は、第１の外側壁２２に密接して配置されており、こ れにより、磁石構造１４と対向する内側壁２４との間には、ギャップ２６が維持 されている。これとは反対に、図２及び図３に示すように、磁石５４を内側壁２ ２に取り付けて、外側壁２４から離すこともできる。 再度図１を参照して、本発明の磁石構造１４を詳細に説明する。磁石構造１４ は、第１の外側壁２２の凹所４４の中に設けられていて、第２の内側壁２４から 離れており、これにより、磁石構造１４と第２の内側壁２４との間には、ギャッ プ２６が形成されている。上記磁石構造は、半径方向に分極（偏極）された磁石 ２８と、軸方向に分極された第２の磁石３０と、軸方向に分極された第３の磁石 ３２とを備えている。半怪方向に分極された第１の磁石２８は、軸方向に伸長す る面３４を有しており、この面は、上縁部３６及び下縁部３８を形成している。 上縁部３６及び下縁部３８は、軸方向に伸長する面３４から約１３５°の角度で 面取りされいて、下縁部３８は、軸方向に伸長する面３４から下方に伸長し、ま た、上縁部３６は、軸方向に伸長する面３４から上方に伸長している。軸方向に 分極された第２の磁石３０は、半径方向に伸長する第２の磁石面４０を有してお り、この第２の磁石面は、第１の磁石の上縁部３６から半径方向において内方に 伸長している。軸方向に分極された第３の磁石３２は、半径方向に伸長する第３ の磁石面４２を有しており、この第３の磁石面は、第１の磁石の下縁部３８から 半径方向において内方に伸長している。軸方向に伸長する第１の磁石面３４は、 半径方向に伸長する第２の磁石面４０及び半径方向に伸長する第３の磁石面４２ の各々の長さよりも大きな長さを有するのが好ましい。 磁石構造１４は、更に、収束板（ｆｏｃｕｓｅｒ ｐｌａｔｅ）４６を備えて いる。この収束板は、内側面４８と、外側面５０と、上側面５２と、下側面５４ とを形成している。収束板の外側面５０は、軸方向に伸長する第１の磁石面３４ に隣接して配置されている。収束板３４は、第１の磁石の上縁部から第１の磁石 の下縁部まで、軸方向に伸長している。また、収束板４６は、半径方向に伸長す る第２の及び第３の磁石面が第１の磁石の上縁部から半径方向において内方に伸 長している長さとほぼ同じ長さにわたって、軸方向に伸長する第１の磁石面から 半径方向において内方に伸長するのが好ましい。収束板の上側面５２は、半径方 向に伸長する第２の磁石面４０に隣接するのが好ましく、収束板の下側面５４は 、半径方向に伸長する第３の磁石面４２に隣接するのが好ましい。収束板は、軟 磁性材料から構成されるのが好ましい。図１に示すボイスコイルアクチュエータ の実施例においては、磁石構造１４及び収束板４６は、環状の断面を有している 。 半径方向に分極された第１の磁石２８は、収束板４６及びギャップ２６の方を 向いた第１の極性と、第１の外側壁２２の方を向いた反対の第２の極性とを有し ている。軸方向に分極された第２の及び第３の磁石３０、３２は、収束板４６の 方を向いた第１の磁石の極性と同じ極性を有しており、これにより、３つの磁石 ２８、３０、３２の各々の同じ磁化極性が、収束板４６に隣接している。従って 、第１の、第２の及び第３の磁石２８、３０、３２は各々、同じ極性が収束板４ ６に隣接するように、分極され且つ配列されている。 軸方向に配列された磁石３０、３２が発生する磁束は、半径方向に配列された 磁石２８が発生する磁束を収束させ、これにより、非半径方向の磁束のフリンジ ングを防止する役割を果たす。より詳細に言えば、軸方向に分極された第２の及 び第３の磁石３０、３２の目的は、ギャップの中で半径方向に配列された第１の 磁石が発生する磁界を収束させ、これにより、より効率的な磁石構造を形成する ことである。第１の磁石の上縁部及び下縁部の面取り角度は、磁石構造の接合コ ーナー部に磁束ベクトルを発生させて追加し、そのような磁束ベクトルを半径方 向に収束させる。 図１に示す実施例においては、磁石構造１４は、第１の外側壁２２に隣接して いて第１の磁気極性を有している第１の面５６と、ギャップ２６と面する第２の 、第１の磁極とは反対の磁極を有している第２の面５８とを備えている。磁石構 造１４は、溝２０の底部壁６２から隔置された下縁部６０を有しており、これに より、磁束は、磁石構造１４の第２の面５８から、ギャップ２６を横断して、第 ２の内側壁２４に対してほぼ垂直に閉じ込められる。より詳細に言えば、溝２０ の底部壁６２からの磁石構造１４の下縁部６０の間隔は、磁束の経路の望ましく ないフリンジングを防止するために、磁石構造１４と第２の内側壁２４との間の ギャップ２６の幅よりも大きくなるように、選択されている。 コイル１６は、図２及び図３に示すように、ギャップの中で運動可能に吊り下 げられており、これにより、コイル１６の電流は、半径方向の磁束に対して実質 的に直角な方向のローレンツ力をコイル１６に発生し、そのような磁力に応答し てコイル１６を移動させる。勿論、コイル１６がギャップの中で同軸状に吊り下 げられている場合には、周知のように、上述の力は、上記電流に対して軸方向に おいて直線的に比例する。種々の手段でコイル１６を吊り下げることが知られて いる。 この新規なボイスコイルアクチュエータ１０の用途は、図３に示すように、拡 声器（ラウドスピーカー）である。拡声器は、キャリアによってコイルに機械的 に接続されたスピーカーの円錐体と、スパイダ（ｓｐｉｄｅｒ）として知られて いる可撓性を有する膨張可能な部材とを備えており、この膨張可能な部材は、そ のゼロ電流バイアス位置において、コア及びコイルの各々に取り付けることがで きる。上記円錐体及び可撓性の部材の構造は周知である。上記円錐体は、環状の 取り付けフランジを備えることができ、この取り付けフランジに通常のバスケッ トを取り付けることができる。上記可撓性の部材は、通常、キャリア及びバスケ ットに取り付けられる。 ボイスコイルアクチュエータ用の磁石構造の代表的な好適実施例を上に説明し た。当業者は、本明細書に開示した本発明の概念から逸脱することなく、上述の 本発明の概念を種々の形態で使用しまた変更することができる。従って、本発明 は、以下の請求の範囲によってのみ限定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ら半径方向において内方に伸長する、半径方向に伸長す る第３の磁石面（４２）を有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 中心軸線を画定するボイスコイルアクチュエータのための磁石構造であ って、 半径方向に分極されていると共に、上縁部及び下縁部を形成する軸方向に伸長 する面を有している第１の磁石と、 軸方向に分極されていると共に、前記第１の磁石の上縁部から半径方向におい て内方に伸長している半径方向に伸長する第２の磁石面を有している第２の磁石 と、 軸方向に分極されていると共に、前記第１の磁石の下縁部から半径方向におい て内方に伸長している半径方向に伸長する第３の磁石面を有している第３の軸と を備えることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 ２． 請求項１のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、更に、収 束板を備えており、該収束板は、前記軸方向に伸長する第１の磁石面に隣接して 配置されていることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 ３． 請求項２のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記収束 板は、前記第１の磁石の上縁部から前記第１の磁石の下縁部まで、軸方向に伸長 していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 ４． 請求項３のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記収束 板は、前記半径方向に伸長する第２の磁石面が前記第１の磁石の上縁部から半径 方向において内方に伸長している長さとほぼ同じ長さにわたって、前記軸方向に 伸長する第１の磁石面から半径方向において内方に伸長していることを特徴とす るボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 ５． 請求項１のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記磁石 は、環状の形状を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁 石構造。 ６． 請求項２のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記収束 板は、環状の形状を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用 磁石構造。 ７． 請求項１のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記軸方 向に伸長する第１の磁石面は、前記半径方向に伸長する第２の磁石面、及び、前 記半径方向に伸長する第３の磁石面の長さよりも大きい長さを有していることを 特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 ８． 請求項１のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記第１ の磁石は、更に、上側面及び下側面を有しており、前記上側面及び下側面は、前 記軸方向に伸長する面から面取りされており、前記第２の磁石は、更に、前記半 径方向に伸長する第２の磁石面から面取りされていて前記第１の磁石の上側面に 対応する第２の外側磁石面を有しており、前記第３の磁石は、前記半径方向に伸 長する第３の磁石面から面取りされていて前記第１の磁石の下側面に対応する第 ３の外側磁石面を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁 石構造。 ９． 請求項８のボイスコイルアクチュエータ用磁石構造において、前記上側 面及び前記下側面は、前記軸方向に伸長する面から約１３５°の角度で面取りさ れていることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ用磁石構造。 １０． ボイスコイルアクチュエータであって、 第１の面と、該第１の面に設けられた連続的な溝とを有しており、該溝が、凹 所を形成する第１の壁部と、対向する第２の壁部とを有している、磁束誘導材料 のコアと、 前記第１の壁部に設けられている磁石構造であって、当該磁石構造は、前記第 ２の壁部から隔置されており、これにより、当該磁石構造と前記第２の壁部との 間にはギャップが形成されており、当該磁石構造は、更に、上縁部及び下縁部を 形成する軸方向に伸長する面を有する、半径方向に分極された第１の磁石と、前 記第１の磁石の上縁部から半径方向において内方に伸長する半径方向に伸長する 第２の磁石面を有する、軸方向に分極された第２の磁石と、前記第１の磁石の下 縁部から半径方向において内方に伸長する半径方向に伸長する第３の磁石面を有 する、軸方向に分極された第３の磁石とを有している、磁石構造と、 前記ギャップの中で運動可能に吊り下げられている導電性のコイルであって、 当該コイルの電流が、前記磁束に対して実質的に直交する方向の磁力を当該コイ ルに発生し、これにより、前記磁力に応答して移動するようになされている、導 電性のコイルとを備えていることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １１． 請求項１０のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記磁石構造が、 前記溝の底部から隔置されていることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ 。 １２． 請求項１０のボイスコイルアクチュエータにおいて、更に、収束板を備 えており、該収束板は、前記軸方向に伸長する第１の磁石面に隣接して配置され ていることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １３． 請求項１２のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記収束板が、前 記第１の磁石の上縁部から前記第１の磁石の下縁部まで、軸方向に伸長している ことを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １４． 請求項１３のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記収束板が、前 記半径方向に伸長する第２の磁石面が前記第１の磁石の上縁部から半径方向にお いて内方に伸長している長さと実質的に同じ長さだけ、前記軸方向に伸長する第 １の磁石面から半径方向において内方に伸長していることを特徴とするボイスコ イルアクチュエータ。 １５． 請求項１０のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記磁石構造が、 環状の形状を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １６． 請求項１２のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記収束板が、環 状の形状を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １７． 請求項１０のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記軸方向に伸長 する第１の磁石面が、前記半径方向に伸長する第２の磁石面、及び、前記半径方 向に伸長する第３の磁石面の長さよりも大きな長さを有していることを特徴とす るボイスコイルアクチュエータ。 １８．請求項１０のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記第１の磁石は、 更に、上側面及び下側面を有しており、前記上側面及び下側面は、前記軸方向に 伸長する面から面取りされており、前記第２の磁石は、更に、前記半径方向に伸 長する第２の磁石面から面取りされていて前記第１の磁石の上側面に対応する第 ２の外側磁石面を有しており、前記第３の磁石は、前記半径方向に伸長する第３ の磁石面から面取りされていて前記第１の磁石の下側面に対応する第３の外側磁 石面を有していることを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。 １９． 請求項１８のボイスコイルアクチュエータにおいて、前記上側面及び前 記下側面は、前記軸方向に伸長する面から約１３５°の角度で面取りされている ことを特徴とするボイスコイルアクチュエータ。