(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を取り付けた移動子と、該移動子の往復運動を駆動力として伝達する駆動部を持った駆動装置と、巻き線コイルを備えた電磁駆動装置であって、前記巻き線コイルから距離を隔てて配置した駆動装置は、前記巻き線コイルに交流電流を与えて交番磁界を発生させることで、前記移動子が、前記巻き線コイルからの交番磁界を受けて往復運動することにより駆動され、
前記永久磁石及び駆動部を２式備え、前記永久磁石の磁極の向きを対極するように配置した駆動装置を、前記巻き線コイルから距離を隔てて配置し、前記巻き線コイルに加える電圧１サイクルのプラスとマイナスの電圧比率を変えることにより磁界を変化させて、前記駆動装置の進行方向および進行速度の制御をしながら駆動することを特徴とする電磁駆動装置。
【請求項２】
前記電磁駆動装置において、前記駆動装置から隔てた空間で前記巻き線コイルは移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁式の駆動装置に関するもので、特には、マイクロマシン等電源供給が困難な場所に用いる微小駆動装置に適した、無配線で駆動エネルギーを与えて進行方向および進行速度の制御が可能な電磁駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代を担う技術としてマイクロマシンの研究が進められている。マイクロマシンは数ｍｍから数μｍの領域で活用する微細で精密な機械で、産業、医療の分野において活用が期待されている新しい技術分野である。
このマイクロマシンの研究の過程において、車体長さ４．８ｍｍ、幅１．８ｍｍ、高さ１．８ｍｍの非常に微細なマイクロカーを試作した。マイクロカーはニッケルメッキの表面に金メッキを施した３０μｍの極薄ボディとシャーシとその内部にコイル直径１．０ｍｍのモータから構成されている。このモータは３Ｖ、２０ｍＡ、１４Ｈｚの電圧を外部よりワイヤー線で供給することで駆動させている。
【０００３】
このためマイクロカーは電源供給のためのワイヤー線が、駆動中にからまったり、移動距離が長くなればワイヤー線の張力が小さなモータの駆動力を上回るなど、常に駆動範囲を制限する事となり、進行を妨げる不都合が生じる結果となる。さらに今後、マイクロマシンの技術が医療、工業等の分野で広く活用されるようになるためには、身体内などの極小領域空間などの駆動において、配線による電源供給が困難な場合が多いことが容易に考えられる。現在の技術において、
４．８ｍｍ×１．８ｍｍ×１．８ｍｍの内部にバッテリを組み込むことや、長時間、安定して電源供給することは非常に困難である。
【０００４】
加えて、マイクロカーは直線駆動のみで方向制御が出来ない。マイクロマシンへの応用を考えた時、入り組んだ配管内を移動する場合など非常に不都合である。このため、無配線で駆動力を与え、かつ方向制御が出来る電磁駆動装置の製作が必要不可欠である。
従来技術として、特開昭６１−７６０５８が開示されているが、この方法では固定ヨークを直線移動ガイドに固定しなければ安定的に駆動させることが出来ないことから、使用範囲がかなり制限されるため、マイクロマシン分野への適応は出来ない。このため、新たな駆動装置が必要とされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の配線による電源供給では、駆動範囲を制限すると共に、ワイヤー線の張力が、小さなモータの駆動力を上回り、進行を妨げる不都合が生じる結果となる。また、内部にバッテリを持つ構造では微小な駆動装置を製作することが困難である。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するもので、従来のワイヤー線による電源供給や、内部にバッテリを持つことなく、自由な駆動を可能とする電磁駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は前記目的を達成するために、
請求項１に記載の構成により、巻き線コイルに交流電圧を与えて交番磁界を発生させ、巻き線コイルから距離を隔てて配置した駆動装置は、永久磁石を取り付けた移動子が巻き線コイルからの交番磁界を受けることで往復運動を起こさせその駆動力を用いて移動させることができ、これにより無配線で複数の巻き線コイルを配置した空間内の平面上を駆動が出来、加えて簡単な構造で微小化が可能となるという効果が得られる。
【０００８】
また、請求項１記載の構成により、巻き線コイルに加える電流１サイクルのプラスとマイナスの電圧比率の変化に伴って磁界を変化させ、２組並行に配置した移動子の右側と左側の往復運動のサイクルを変え、左右のそれぞれの駆動部に伝える力の変化を方向制御及び進行速度に用いることが出来、無配線で複数の巻き線コイルを配置した空間内の平面上を方向、速度を制御しながら駆動ができるという効果が得られる。
【０００９】
また、請求項１に記載の構成では、複数の巻き線コイルを配置した空間のみでしか駆動装置を駆動させることが出来ないが、請求項２に記載の構成では１個の巻き線コイルを移動させることにより、平面上を自由に駆動させることが、無配線で、自由に方向及び速度を制御しながらできるという効果が得られる。
【００１０】
これらの発明によれば、微小な空間でエネルギー供給が不可能なエリアにおいて、無線で任意に駆動させることが可能な電磁駆動装置への展開が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、本発明の第１の実施形態に関するもので、図１は第１の実施形態における電磁駆動装置の全体側面図、図２は第１の実施形態における駆動装置の上面図、図３は第１の実施形態における巻き線コイルに与える駆動信号のグラフ、図４は第１の実施形態における駆動装置駆動部の拡大側面図である。
【００１２】
第１の実施形態において、駆動装置１は図１および図２に示すように長さ４．８ｍｍ、幅２．３ｍｍ、高さ１．８ｍｍとなっている。駆動装置１を構成する部品は永久磁石２とボディ８を除いて、磁性作用を受けにくいステンレスであるＳＵＳ３１０Ｓをマシニングセンタ、ワイヤ放電加工機などで加工した部品である。これは電磁力を受けて駆動する際の効率を高めるためであり、これ以外の材料を用いても駆動は可能である。なお、ボディ８は２０μｍの磁性作用を受けにくい組成のニッケルメッキに１μｍの金メッキを施して製作したものを被せている。  駆動装置１の構成は、図４の拡大詳細図に示す通り約０．５ｍｍ角の永久磁石２のＮ極、Ｓ極が移動子３に平行となるように固定されており、移動子３はシャーシ４の中央部に前後往復運動が出来るようにピン１００により回動自在に支持されている。この移動子３がピン１００を中心にして図中反時計方向に回動して、傾斜しながら前に動くことで、移動子３の前方にピン１０１ａを中心に回動自在に取り付けられた爪５ａを押し出し、その力でラチェット６ａの歯１枚分を押し出すように回転させ、ラチェット６ａと連結した車輪７ａを回すことで駆動装置１を微動させる。また、移動子３が傾斜しながら後ろに動くことで、前に動くと同様に爪５ｂ、ラチェット６ｂを押し、車輪７ｂを反時計方向に回すことで、駆動装置１を前進微動させる。この動きを繰り返して連続させることで駆動装置１は進行する。この機構において移動子３が前（または後ろ）に移動した時、ラチェット６ａ（またはラチェット６ｂ）は押し出すと共にラチェット６ｂ（またはラチェット６ａ）の歯の１枚分後退し、次の前進運動に備える位置に移動する歯数、この場合は１６枚を設定している。
【００１３】
駆動装置１はこれらの駆動部を駆動装置の進行方向に対して左右平行に２式備えている。この時、２組の永久磁石２も平行に置かれ、駆動部の作動が左右で互い違いになるように向かい合う互いの磁極が相反するよう固定する。
この駆動装置１を磁界を通し易い素材、例えばアクリル樹脂性のベース３０の上に置き、このベース３０の下部に巻き線コイル１０を配置する。この巻き線コイル１０は直径１２ｍｍ、長さ２７ｍｍの円筒状で、その外周上に直径０．１ｍｍのワイヤー線が７００回巻かれており、制御回路１１により１００Ｖ、０．３Ａ、８Ｈｚの交流電圧を与えることで、巻き線コイル１０には交番磁界が発生する。なお、巻き線コイル１０の間隔は駆動装置１の進行方向に、コイル中心間距離３０ｍｍで複数配置し、巻き線コイル１０上部から移動子３に取り付けた永久磁石２への距離も約３０ｍｍにおいた。
【００１４】
永久磁石２は巻き線コイル１０から交番磁界による電磁力を受けることで、移動子３を前後に往復運動を連続して起こさせ、駆動装置１は直進する。この時の進行速度は５ｍｍ／秒程度である。なお、巻き線コイル１０に与える交流電圧の周期を変えることで、進行速度を可変とすることが可能である。
加えて、図３に示すように、１サイクルのプラスとマイナスの電圧比率を変化させることで、巻き線コイル１０に発生する磁界を変化させ、２組の移動子３の右側と左側の往復運動のサイクルを変え、左右のそれぞれの駆動部に伝える力の変化を方向制御及び進行速度に用いる。この機構において２組の永久磁石２は移動子３の前後バランスの中央に置かず、前または後ろのいずれかにずらして固定するのが良い。巻き線コイル１０に加える電流１サイクルのプラスとマイナスの電圧比率を変えることで一方が停止状態、もう一方が動き続けることにより方向変更が可能になる。
【００１５】
図５は本発明の第２の実施形態における電磁駆動装置の全体側面図である。第１実施例では、複数の巻き線コイル１０を配置した範囲内でしか駆動装置を駆動させることが出来ないが、第２の実施形態では、１個の巻き線コイル１０を手で持つなどして、駆動装置から空間を隔てて近づけると駆動し始めるので、巻き線コイル１０を駆動速度に合わせた速さで移動させると、連続して平面上を自由に駆動させることが可能となった。この時も制御回路１１の１サイクルのプラスとマイナスの電圧比率を変化させながら、巻き線コイル１０を移動させることで方向制御及び進行速度制御が出来る。
【００１６】
第２の実施形態の発明によれば、マイクロマシンをはじめとして、微小な空間で、エネルギー供給が不可能なエリアにおいて、無線で自由に駆動させることが可能な駆動装置への活用が可能となる。
図６は本発明の第３の実施形態における駆動装置の上面図である。図６に示す第３の実施形態は第１の実施形態及び第２の実施形態で説明した駆動装置１の駆動部を１式とした構造を持つもので、左右への進行方向変更の必要が無く、直線的な駆動のみが必要とされる場合に適した、コンパクトな構成で無線駆動が可能な駆動装置であり、長さ４．８ｍｍ、幅１．８ｍｍ、高さ１．８ｍｍとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における電磁駆動装置の全体側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における駆動装置の上面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における巻き線コイルに与える駆動信号のグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態における駆動装置駆動部の拡大側面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における電磁駆動装置の全体側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における駆動装置の上面図である。
【符号の説明】
１  駆動装置
２  永久磁石
３  移動子
４  シャーシ
５  爪
６  ラチェット
７  車輪
８  ボディ
１０  巻き線コイル
１１  制御回路
３０  ベース
【図１】
0003663708.tif 000002
【図２】
0003663708.tif 000003
【図３】
0003663708.tif 000004
【図４】
0003663708.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003663708.tif 000007