(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ストロークの全域において、その推力及び変位を安定に保持でき、十分な推力を持ちながらも小型で高応答性であり、外部の制御回路により精度や動作及び推力を任意に設定できるリニアアクチュエータを得る。【解決手段】第１ヨークと第２ヨークを組み合わせた内側に、互いに対向して設けられた第１センターヨークと第２センターヨークと、第１センターヨークに巻線し、固定された第１コイルと、第２センターヨークに巻線し、固定された第２コイルと、第２センターヨークの先端に固定された第１永久磁石と、この第１永久磁石と第１センターヨークの間に変位可能、かつ第１永久磁石と磁気的に同極が向き合うように設けられた第２永久磁石と、第１永久磁石と第２永久磁石の間及び第２永久磁石と第１センターヨークの間に発生する磁力の相互作用により、第２永久磁石に発生する変位及び推力を伝達する出力軸から成る電磁制御型リニアアクチュエータ。【選択図】　　図１
2004015997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ヨークと第２ヨークを組み合わせた内側に、互いに対向して設けられた第１センターヨークと第２センターヨークと、第１センターヨークに巻線し、固定された第１コイルと、第２センターヨークに巻線し、固定された第２コイルと、第２センターヨークの先端に固定された第１永久磁石と、この第１永久磁石と第１センターヨークの間に変位可能、かつ第１永久磁石と磁気的に同極が向き合うように設けられた第２永久磁石と、この第２永久磁石に片端が固定され、他端が第１センターヨークもしくは第２センターヨーク内を貫通し、かつ第１コイル及び第２コイルに流す電流を制御することにより、第１永久磁石と第２永久磁石の間及び第２永久磁石と第１センターヨークの間に発生する磁力の相互作用により、第２永久磁石に発生する変位及び推力を伝達する出力軸から成る電磁制御型リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力を有する気体，液体などの流体の量を制御する直動式バルブにおいて、安定かつ正確に、高い応答性でアナログ的にリニアな制御ができるようにするための、電磁制御型リニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁力を利用したアクチュエータとしては、直線的変位と推力を得る、電磁ソレノイドやリニアモーター、角度変位と回転力を得る、ステッピングモーターやサーボモーターなどがあるが、本発明である電磁制御型リニアアクチュエータに分類されるものは電磁ソレノイドとリニアモーターが該当する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁力を利用したアクチュエータの課題として、一般の電磁ソレノイドではＯＮかＯＦＦかのふたつの状態にしか制御できない。
言い換えれば、その構造においては、ＯＮもしくはＯＦＦのときがもっとも安定した状態になる構造であることにほかならないため、動作の途中で外乱要素が加わった時には、目的の制御が阻害されることになる。
【０００４】
よって、流体の量を制御するとき、アナログ的に滑らかな制御を行うことは構造的に不可能であるので、単位時間におけるＯＮとＯＦＦの時間を、任意に設定してやらなければならない。
【０００５】
また、このような構造においては、流量が多く、かつ圧力が高い場合や逆流の恐れがある場合には、ＯＮに必要な推力とＯＦＦに必要な強いレートのスプリングを使用しなければならないので、その分、可動鉄心及びそれらを引き上げるための電磁石を大きくしなければならない。
【０００６】
よって、可動鉄心の慣性力を考えた場合、ソレノイドの可動部分が大きくなるに従いＯＮからＯＦＦ、もしくはＯＦＦからＯＮへの時間は長くなるので、ソレノイドが制御できる最大流量と最小流量は構造により限定されてしまうことになる。
【０００７】
変わって、リニアモーターの場合は、推力や変位量は安定しているので外乱要素が加わっても制御が阻害されることは極めて少ないが、電磁力を発生する部位のピッチによって変位量における制御の最小単位が決ってしまう。
一方で推力は、ピッチ毎の電磁力により決定されることから、大きな推力を得るにはあまりピッチを細かく設定できない。
よって、電磁ソレノイド同様に、推力の強さと変位の細かさは両立しないことになる。
【０００８】
本発明では、電磁ソレノイドの様な形状をとりながらも、ＯＮとＯＦＦの制御にとどまらずストロークの全域において、その推力及び変位を安定に保持でき、しかもリニアモーターのように、構造により精度や推力が限定されることなく、外部の制御回路により精度や動作及び推力を、任意に設定できる電磁制御型リニアアクチュエータの提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電磁制御型リニアアクチュエータは、第１ヨークと第２ヨークを組み合わせた内側に、互いに対向して設けられた第１センターヨークと第２センターヨークと、第１センターヨークに巻線し、固定された第１コイルと、第２センターヨークに巻線し、固定された第２コイルと、第２センターヨークの先端に固定された第１永久磁石と、この第１永久磁石と第１センターヨークの間に変位可能、かつ第１永久磁石と磁気的に同極が向き合うように設けられた第２永久磁石と、この第２永久磁石に片端が固定され、他端が第１センターヨークもしくは第２センターヨーク内を貫通し、かつ第１コイル及び第２コイルに流す電流を制御することにより、第１永久磁石と第２永久磁石の間及び第２永久磁石と第１センターヨークの間に発生する磁力の相互作用により、第２永久磁石に発生する変位及び推力を伝達する出力軸から成る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて、詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の電磁制御型リニアアクチュエータの実施例の概略構造図を示す。
図において、電磁制御型リニアアクチュエータは、主として電磁石ユニット１と電磁石ユニット２と可動ユニット３から構成されている。
【００１２】
電磁石ユニット１は、第１ヨーク４ａと、この内部に設けられた第１センターヨーク５ａと、この第１センターヨーク５ａに巻線し固定された第１コイル６ａと、第１コイル６ａへの第１通電用配線７ａにより構成される。
【００１３】
電磁石ユニット２は、第２ヨーク４ｂと、この内部に設けられた筒形の第２センターヨーク５ｂと、この第２センターヨーク５ｂに巻線し固定された第２コイル６ｂと、第２コイル６ｂへの第２通電用配線７ｂと、非磁性体スペーサー９を介して、第２センターヨーク５ｂの先端、かつ第２ヨーク４ｂの内側に固定される筒形の第１永久磁石８ａと、この第１永久磁石８ａに貼付けられた保護プレート１０により構成される。
【００１４】
可動ユニット３は、片端に第２永久磁石８ｂが固定され、前記電磁石ユニット２の第２センターヨーク５ｂを貫通し、変位可能に設けられた出力軸１１により構成される。
【００１５】
全体の構造として、電磁石ユニット２と、可動ユニット３は、可動ユニット３の出力軸１１が電磁石ユニット２の第２センターヨーク５ｂを貫通し、可動ユニット３の第２永久磁石８ｂと電磁石ユニット２の第１永久磁石８ａが対向するように組み合わせる。この時、対向する第２永久磁石８ｂ、第１永久磁石８ａは磁気的に同極が向き合うものとする。
また、電磁石ユニット１、２同士は、第１センターヨーク５ａ、第２センターヨーク５ｂが、可動ユニット３の第２永久磁石８ｂを挟んで対向するように組み合わせ、非磁性体スペーサー９を介して結合することで、本発明の電磁制御型リニアアクチュエータが形成される。
【００１６】
このような構造により、第１コイル６ａ、第２コイル６ｂに電流が流れていない時は、第２永久磁石８ｂと第１永久磁石８ａが磁気的に同極で向き合っているので、反発力が発生すると共に、第２永久磁石８ｂは、第１ヨーク４ａと第１センターヨーク５ａで形成される磁気回路を通して、安定するように第１センターヨーク５ａ側に吸引力が発生するので、可動ユニット３は引く方向に推力を得ることになる。
【００１７】
この時、第２コイル６ｂに、第１永久磁石８ａの第２センターヨーク５ｂ側と、そこに接する第２センターヨーク５ｂの先端が、磁気的に異極となるように電流を流すことで、第１永久磁石８ａの磁力が強化されることになり、結果として第２永久磁石８ｂと第１永久磁石８ａ間の反発力が増加するので、可動ユニット３は引く方向により強い推力を得ることになる。加えて、第１コイル６ａに、第２永久磁石８ｂとそれに向き合う第１センターヨーク５ａの先端が磁気的に異極となるように、電流を流すことで、この間の吸引力が増加することになり、可動ユニット３は引く方向にさらに強い推力を得ることになる。
【００１８】
また、可動ユニット３が押す方向に推力を得るには、第１コイル６ａに、第２永久磁石８ｂとそれに向き合う第１センターヨーク５ａの先端が磁気的に同極となるように、電流を流すことで反発力を発生させる必要がある。しかし、第２コイル６ｂに電流が流れていない時でも、第２永久磁石８ｂと第１永久磁石８ａが磁気的に同極で向き合っていることにより反発力が発生しているので、この反発力を第２永久磁石８ｂと第１センターヨーク５ａ間の反発力の増加に応じて減少させなければならない。
このためには、第２コイル６ｂに、第１永久磁石８ａの第２センターヨーク５ｂ側と、そこに接する第２センターヨーク５ｂの先端が磁気的に同極となるように、電流を流す必要がある。これにより、第１永久磁石８ａと第２センターヨーク５ｂは固定されているので、この間には反発力を生じる代わりに磁力を打ち消しあう作用が生じる。よって、第１コイル６ａに流す電流の増加に比例して、第１センターヨーク５ａと第２永久磁石８ｂ間の反発力も増加するので、この反発力の増加に比例して第２コイル６ｂに流す電流を増加させ、第２永久磁石８ｂと第１永久磁石８ａ間の反発力を減少させることにより、可動ユニット３は押す方向に推力を得ることができる。
【００１９】
可動ユニット３の変位に関しては、第１コイル６ａと第２コイル６ｂに流す電流を適切に制御することにより、可動ユニット３のストロークの全域において安定した変位を確保することができるうえ、推力においては引く方向と押す方向で均衡した状態で変位しているので、動作の途中で外乱要素が加わったとしても、目的の制御が阻害されることはなくなる。また、前記のような制御ができることにより、アナログ的に滑らかな制御を行うことが可能となるので、構造的に制御の最小単位が限定されてしまうことはなくなる。
【００２０】
なお本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、可動ユニット３の出力軸１１が電磁石ユニット１の第１センターヨークを貫通するように変更し、電磁石ユニット２の第１永久磁石８ａと可動ユニット３の第２永久磁石８ｂが磁気的に同極で向き合うようにすることで、第１コイル６ａ、第２コイル６ｂに電流を流さない状態での推力の方向を変更することができる。
【００２１】
【発明の効果】
電磁ソレノイドのような、比較的簡単な構造をとりながらも、リニアアクチュエータとして要求されるＯＮ及びＯＦＦ状態の安定性は当然ながら、ストロークの全域においても安定した変位と推力が確保されるので、アナログ的でリニアな制御が可能となる。しかも、リニアモーターのように構造によって精度や推力が限定されることはなく、外部の制御回路により精度や動作及び推力を任意に設定できる。
【００２２】
また、コイルにより発生する電磁力が出力軸等における永久磁石の磁力と有効に作用する構造であるため、可動部重量に比して推力を大きくすることができ、高い応答性と強い推力が両立できるので、出力軸に大きな外乱要素が加わった場合でも、目的の制御が阻害されることはない。また、小型であっても必要な推力と保持力が得られるので、一般の電磁ソレノイドのように、制御できる流量や圧力が構造により限定されてしまうことはなくなる。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における概略構成図で、コイルに電流が流されて制御がなされている状態を示す。
【図２】本発明の一実施例における概略構成図で、コイルに電流が流されず制御がなされていない状態を示す。
【符号の説明】
４ａ　　　　第１ヨーク
４ｂ　　　　第２ヨーク
５ａ　　　　第１センターヨーク
５ｂ　　　　第２センターヨーク
６ａ　　　　第１コイル
６ｂ　　　　第２コイル
７ａ　　　　第１通電用配線
７ｂ　　　　第２通電用配線
９　　　　非磁性体スペーサー
１０　　　　保護プレート
１１　　　　出力軸
【図１】
2004015997.tif 000003
【図２】
2004015997.tif 000004