(57)【要約】【課題】可動子の可動範囲を長くし、冷却構造の簡素化や小型化、コストの低減が可能なリニアアクチュエータを提供する。【解決手段】レール状で長手方向に所定間隔にて並ぶ複数の突起１０７を有する固定子片１０１〜１０４と、各固定子片にそれぞれ集中的に巻回されたコイル１０８〜１１１と、ブリッジ１０５とを有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されてそれらの内面に突起１０７が形成された固定子１００と、各固定子片によって包囲される空間内に配置されて各固定子片の長手方向に沿って移動可能であり、かつ、前記突起１０７にほぼ一定距離を隔てて対向するＮ極、Ｓ極の磁極２０１が各固定子片の長手方向に沿って交互に着磁されている可動子２００と、を備える。各固定子片の突起１０７と、これに対向する磁極２０１との位置関係が、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置する。【選択図】  図１
2004153896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レール状で長手方向に所定間隔にて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなるＫ（Ｋは３以上の整数）個の固定子片と、これらの固定子片を磁化するために各固定子片にそれぞれ集中的に巻回されたコイルと、各固定子片を磁気的に結合するブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されて各固定子片の内面に前記突起が形成された固定子と、
各固定子片によって包囲される空間内に配置されて各固定子片の長手方向に沿って移動可能であり、かつ、前記突起にほぼ一定距離を隔てて対向するＮ極、Ｓ極の磁極が各固定子片の長手方向に沿って配置されている可動子と、
を備え、
各固定子片の前記突起と、これに対向する前記可動子の磁極との位置関係が、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
レール状で長手方向に所定間隔にて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなるＫ（Ｋは３以上の整数）個の固定子片と、これらの固定子片を磁化するために各固定子片にそれぞれ集中的に巻回されたコイルと、各固定子片を磁気的に結合するブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されて各固定子片の外面に前記突起が形成された固定子と、
各固定子片を包囲するように配置されて各固定子片の長手方向に沿って移動可能であり、かつ、前記突起にほぼ一定距離を隔てて対向するＮ極、Ｓ極の磁極が各固定子片の長手方向に沿って配置されている可動子と、
を備え、
各固定子片の前記突起と、これに対向する前記可動子の磁極との位置関係が、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記突起及び磁極の相互の対向面を円筒面上に配置したことを特徴とする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、長手方向に複数の突起が形成され、かつ、コイルが集中的に巻回された複数の固定子片からなる固定子と、前記突起に対向する複数の磁極を有する可動子とを備え、前記コイルに通流することにより可動子を固定子片の長手方向に沿って直線的に移動させるようにしたリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は第１の従来技術を示すもので、固定コイル型３相リニアアクチュエータと呼ばれているものである。
図１２において、可動子６０と固定子７０とは平均的に一定距離を介して対向しており、可動子６０は図示されていない支持具（いわゆるリニアガイド）に沿って移動可能である。
【０００３】
可動子６０は、コア６１と多数の磁極６２とから構成されており、これらの磁極６２はＳ極、Ｎ極が交互に着磁されて固定子７０の突起７３との対向面に配置されている。なお、可動子の構造は、固定子７０の突起７３の配列方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に配置されていれば、図示例に限定されない。
【０００４】
一方、固定子７０は、バックヨーク７１により結合された主極７２が並び、主極７２の上端部にはそれぞれ突起７３が設けられている。また、各主極７２を取り巻くようにコイル７４が集中的に巻回されており、これらのコイル７４は主極間のスロットに配置されている。なお、主極７２、突起７３、コイル７４から成る部分は各相ごとに設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル７４が順番に配置されている。
【０００５】
その動作を説明すると、例えば、図１２において固定子７０のＵ相コイルにＵ相突起がＮ極となるように電流を流せば、このＵ相突起に可動子６０の磁極６２のＳ極が吸引される。次にＵ相コイルの電流をゼロとしてＷ相コイルにＷ相突起がＳ極となるように電流を流せば、Ｗ相突起に磁極６２のＮ極が吸引される力が発生し、可動子６０は水平方向に直線移動する。
このような動作をＵ，Ｖ，Ｗ相について連続的に繰り返すことによって可動子６０には図のｘ方向に沿った連続的な推力が発生し、リニアアクチュエータとして動作する。
【０００６】
次に、図１３は第２の従来技術を示しており、可動コイル型３相リニアアクチュエータまたはハイブリッド型リニアパルスモータと呼ばれている。
図１３において、レール状の固定子９０はバックヨーク９１上に等間隔で並ぶ突起９２を２列備えており、各列の突起９２は側面から見た位置が互いに完全にずれている。
【０００７】
上記突起の上面から平均的に一定距離を介して可動子８０が対向しており、この可動子８０の固定子９０との対向面にも突起８３が設けられている。これらの突起８３は３本の主極８２の先端部にあり、各主極８２はバックヨーク８１によって結合されている。また、バックヨーク８１及び主極８２はそれぞれ形状の等しい２つの部位からなっており、これら２つの部位はバックヨーク８１の部分で両者に密着する磁石８５を介して連結され、各部位の突起８３は固定子９０側の２列の突起９２にそれぞれ対向している。磁石８５の着磁方向は、この磁石８５が連結されているバックヨーク８１の側面に直交する方向である。
なお、３本の主極８２には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイル８４がそれぞれ巻回されている。
【０００８】
上述した第２の従来技術は一般に良く知られており、その動作原理は、例えば後述する非特許文献１に記載されているため、ここでは説明を省略する。
【０００９】
更に、第３の従来技術として固定コイル型２相リニアアクチュエータと呼ばれるものがある。このアクチュエータは、後述する特許文献１により公知となっており、固定子に永久磁石を取り付けて可動子の推力を増強している。
また、この従来技術は、可動子の可動方向に沿った長さが、同方向に沿った固定子の長さに対して同程度以上であることや、可動距離が比較的短いと共に位置決め用途向きの小型アクチュエータであることが特徴となっている。
【００１０】
上述した各従来技術では、可動子に取り付けた位置検出器（例えばリニアエンコーダ）によって得られる可動子の位置情報に基づいて固定子または可動子のコイルへ電流を通流することにより、可動子位置を一層正確に制御することができる。
また、電流をパルス的に切り替えるのではなく、例えば多相正弦波交流のような連続的な波形とすることにより、可動子の推力を平滑化することが可能であると共に、第１または第２の従来技術では、相数は３に限られず２以上の任意の整数とすることも可能である。
【００１１】
【非特許文献１】
白木・宮尾共著，「図解・リニアサーボモータとシステム設計」，総合電子出版，ｐ．１１５−１１８
【特許文献１】
特許第１４９５０６９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、リニアアクチュエータとしては種々のものが提供されているが、各従来技術にはそれぞれ次のような問題がある。
まず、第１の従来技術では、固定子７０の全体にコイル７４を配置しなければならない一方、推力発生に寄与するのは可動子６０が対向している部位だけである。このため、固定子７０が長くなるに従ってコイル７４の量が増大し、しかもその内の大部分は推力発生に寄与していない。よって、コスト高、重量増加を招くほか、コイル７４の数だけ冷却や放熱のための機構を設けなくてはならないといった問題がある。
【００１３】
第２の従来技術では、可動子８０のコイル８４に電流を流すためのケーブルを設ける必要があるため、配線等の点で機構が複雑になる。また、比較的小型な可動子にて電流通流による損失が発生するため放熱が難しく、冷却構造が複雑化、大型化するといった問題がある。
【００１４】
更に、第３の従来技術では、コイルを固定子側に集中的に設置できるというメリットがあるものの、可動子長が固定子長よりも長いため、可動範囲が長い用途に向かない。また、相数を推力平滑化に有利な３以上とすることができないという問題もある。
【００１５】
そこで本発明は、可動範囲を長くできると共に、冷却構造の簡素化や小型化、コストの低減が可能なリニアアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、レール状で長手方向に所定間隔にて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなるＫ（Ｋは３以上の整数）個の固定子片と、これらの固定子片を磁化するために各固定子片にそれぞれ集中的に巻回されたコイルと、各固定子片を磁気的に結合するブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されて各固定子片の内面に前記突起が形成された固定子と、
各固定子片によって包囲される空間内に配置されて各固定子片の長手方向に沿って移動可能であり、かつ、前記突起にほぼ一定距離を隔てて対向するＮ極、Ｓ極の磁極が各固定子片の長手方向に沿って配置されている可動子と、を備え、
各固定子片の前記突起と、これに対向する前記可動子の磁極との位置関係が、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、レール状で長手方向に所定間隔にて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなるＫ個の固定子片と、これらの固定子片を磁化するために各固定子片にそれぞれ集中的に巻回されたコイルと、各固定子片を磁気的に結合するブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されて各固定子片の外面に前記突起が形成された固定子と、
各固定子片を包囲するように配置されて各固定子片の長手方向に沿って移動可能であり、かつ、前記突起にほぼ一定距離を隔てて対向するＮ極、Ｓ極の磁極が各固定子片の長手方向に沿って配置されている可動子と、を備え、
各固定子片の前記突起と、これに対向する前記可動子の磁極との位置関係が、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記突起及び磁極の相互の対向面を円筒面上に配置したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は請求項１に係る本発明の第１実施形態を示す斜視図であり、１００は固定子、２００は可動子である。
【００２０】
固定子１００は、長手方向に沿って複数の突起１０７が内面にそれぞれ形成された磁性体からなる長尺の固定子片１０１，１０２，１０３，１０４を互いに平行にして四方に配置すると共に、これらをブリッジ１０５により連結して構成され、固定子片１０１，１０２，１０３，１０４のブリッジ１０５近傍には、それぞれコイル１０８，１０９，１１０，１１１が集中的に巻回されている。
固定子片１０１，１０２，１０３，１０４の内側には可動子２００が直線的に移動するための空間が保有されており、前記ブリッジ１０５の中心には可動子２００の移動方向に沿って通孔１０６が形成されている。
【００２１】
一方、可動子２００は軸方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に着磁された複数の磁極２０１と、固定子１００の通孔１０６に貫通する軸部２０２とから構成されており、前記磁極２０１は、固定子１００の内部空間において突起１０７に対しほぼ一定距離を隔てて対向するようになっている。
ここで、磁極２０１は可動子２００の表面のみに着磁されたものであっても良い。
【００２２】
次に、固定子１００の突起１０７の配置について、図２、図３を参照しつつ説明する。なお、図２は固定子１００の固定子片１０１，１０２だけに着目して図示したものであり、図３は固定子片１０３，１０４だけに着目して図示したものである。
【００２３】
まず、図２に示す固定子片１０１，１０２において、固定子片１０１の突起１０７と固定子片１０２の突起１０７とは、突起１０７のピッチをＴとすると固定子片１０１，１０２の長手方向に沿ってＴ／２ずれている。なお、突起１０７の幅はＴ／２である。
また、図３に示す固定子片１０３，１０４においても、固定子片１０３の突起１０７と固定子片１０４の突起１０７とは固定子片１０１，１０２の長手方向に沿ってＴ／２ずれているが、固定子片１０３の突起１０７は固定子片１０１の突起１０７に対してＴ／４ずれ、固定子片１０４の突起１０７は固定子片１０２の突起１０７に対してＴ／４ずれている。
ここで、可動子２００の磁極２０１の幅は、突起１０７の幅に等しくＴ／２であり、同一極性の磁極２０１のピッチは突起１０７のピッチＴに等しい。
【００２４】
このため、すべての固定子片１０１〜１０４について見ると、各固定子片１０１〜１０４の突起１０７は、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されている。
【００２５】
次いで、この実施形態の動作を説明する。
図２（ａ）の状態において、コイル１０８，１０９に通流して固定子片１０１がＮ極、固定子片１０２がＳ極となるように励磁すると、可動子２００のＳ極は固定子片１０１の突起１０７に、可動子２００のＮ極は固定子片１０２の突起１０７にそれぞれ吸引されるため、可動子２００は図の左方向に移動して図２（ｂ）の状態となる。
【００２６】
この時、図３に示す固定子片１０３，１０４のコイル１１０，１１１に通流して固定子片１０３がＮ極、固定子片１０４がＳ極となるように励磁すると、可動子２００のＳ極は固定子片１０３の突起１０７に、可動子２００のＮ極は固定子片１０４の突起１０７にそれぞれ吸引されるため、可動子２００は図の左方向に移動して図２（ｃ）の状態となる。
【００２７】
次に、コイル１０８，１０９に、図２（ａ）とは逆方向に通流することにより、可動子２００は図２（ｄ）の位置に移動し、その後、コイル１１０，１１１及びコイル１０８，１０９を交互に励磁すれば可動子２００を図の左方向に連続的に移動させることができる。
なお、コイル１０８〜１１１に流す電流は、パルス状あるいは正弦波状の電流である。
【００２８】
上記のように、本実施形態によれば、固定子の全体にコイルを配置したり可動子にコイルを配置する必要がないため、従来のようにコイル量の増大によるコスト高や重量増加、冷却機構の複雑化、配線の煩雑化を招くおそれがない。
また、可動子長が固定子長よりも短くて済むため、可動範囲を長く確保することができる。
更に、固定子１００によって可動子２００を包囲するような立体的な構造であるから、リニアアクチュエータの空間利用率が向上して小型化が図れると共に、可動子２００の上下左右からの磁気的吸引力の相殺により、軸受け等の機構部に対する負担も小さくなる。
【００２９】
次に、図４、図５は請求項１に係る本発明の第２実施形態の主要部を示している。
図４において、１１２は固定子、１１３，１１４，１１５は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成された固定子片、１１６は固定子片１１３，１１４，１１５の内面にその長手方向に沿って所定のピッチで複数配置された突起、２０３は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成されたほぼ三角柱状の可動子、２０４は前記突起１１６に対しほぼ一定距離を隔てて対向するように配置された磁極、２０５は可動子２０３の軸部である。
図示されていないが、固定子片１１３，１１４，１１５は紙面の表裏方向に沿った一端で磁性体からなるブリッジにより連結され、かつ、このブリッジ近傍において、固定子片１１３，１１４，１１５にはコイルがそれぞれ集中的に巻回されている。
【００３０】
図５は固定子片１１３，１１４，１１５の突起１１６及び可動子２０３の磁極２０４の位置関係を示した図であり、突起１１６のピッチをＴ（突起１１６の幅をＴ／２）とすると、固定子片１１３，１１４，１１５の突起１１６は、それぞれ隣接する固定子片に対し長手方向に沿って順次、Ｔ／３ずつずれており、各磁極２０４の幅はＴ／２に等しくなっている。なお、同一極性の磁極２０４のピッチは突起１１６のピッチＴに等しい。
【００３１】
このような構成において、例えば固定子片１１３のコイルに通流すると固定子片１１３が所定の極性に磁化されて可動子２０３に対する磁気的吸引力が働き、可動子２０３は固定子片１１３の長手方向に移動する。このとき、他の固定子片１１４，１１５はブリッジを介して固定子片１１３と磁気的に結合されているので、固定子片１１４，１１５と可動子２０３との間にも可動子２０３を移動させる推力が発生する。
以後、固定子片１１４，１１５のコイルに順次、通流することにより、可動子２０３を図４における紙面の表裏方向（図５の左右方向）に連続的に移動させることができる。
【００３２】
この実施形態においても、第１実施形態と同様にコストの低減や軽量化、冷却機構及び配線の簡素化が可能であると共に、可動子２０３の可動範囲を長く確保することができる。
また、リニアアクチュエータの空間利用率向上による小型化や、可動子２０３に対する磁気的吸引力の相殺により、機構部の負担軽減が可能である。
【００３３】
次に、図６、図７は請求項１に係る本発明の第３実施形態の主要部を示す正面図である。
図６において、１１７は固定子、１１８〜１２２は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成された固定子片、１２３は固定子片１１８〜１２２の内面にその長手方向に沿って所定のピッチで複数配置された突起、２０６は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成されたほぼ五角柱状の可動子、２０７は前記突起１２３に対しほぼ一定距離を隔てて対向するように配置された磁極、２０８は可動子２０６の軸部である。
図示されていないが、固定子片１１８〜１２２は紙面の表裏方向に沿った一端で磁性体からなるブリッジにより連結され、かつ、このブリッジ近傍において、固定子片１１８〜１２２にはコイルがそれぞれ集中的に巻回されている。
【００３４】
図７に示すように、この実施形態における固定子片１１８〜１２２の突起１２３は、それぞれ隣接する固定子片に対し長手方向に沿って順次、Ｔ／５（Ｔは突起１２３のピッチ）ずつずれており（突起１２３の幅はＴ／２）、可動子２０６の磁極２０７の幅はＴ／２となっている。
【００３５】
上記構成において、例えば固定子片１１８のコイルに通流すると固定子片１１８が所定の極性に磁化されて可動子２０６に対する磁気的吸引力が働き、可動子２０６は固定子片１１８の長手方向に移動する。このとき、他の固定子片１１９〜１２２はブリッジを介して固定子片１１８と磁気的に結合されているので、これらの固定子片１１９〜１２２と可動子２０６との間にも可動子２０６を移動させる推力が発生する。
以後、固定子片１１９〜１２２のコイルに順次、通流することにより、可動子２０６を図６における紙面の表裏方向（図７の左右方向）に連続的に移動させることができる。
【００３６】
この実施形態においても、第１，第２実施形態と同様の効果を得ることができ、特に固定子片の数の増加によって可動子２０６を一層円滑に直線移動させることができる。
【００３７】
次いで、図８は請求項２に係る本発明の第４実施形態を示している。この実施形態は、第１実施形態における固定子と可動子との位置関係を逆転させ、固定子を内側に配置し、その外側に可動子を配置した構造に相当する。
【００３８】
すなわち、図８において、固定子１２４は、長手方向に沿って複数の突起１２９が外面にそれぞれ形成された磁性体からなる長尺の固定子片１２５，１２６，１２７，１２８を互いに平行にして四方に配置すると共にこれらをブリッジ１３０により連結して構成され、固定子片１２５，１２６，１２７，１２８のブリッジ１３０近傍には、それぞれコイル１３１，１３２，１３３，１３４が集中的に巻回されている。
また、固定子片１２５，１２６，１２７，１２８の外側には、ほぼ四角筒状の可動子２０９が配置されており、この可動子２０９を構成する可動子片２１０，２１１，２１２，２１３の前記突起１２９に対向する面には、Ｎ極、Ｓ極を軸方向に沿って交互に着磁してなる複数の磁極２１４が突起１２９に対しほぼ一定の距離を隔てて配置されている。
【００３９】
図８（ｂ）に示すように、固定子片１２５の突起１２９と固定子片１２６の突起１２９とは、突起１２９のピッチをＴとすると長手方向に沿ってＴ／２ずれている。なお、突起１２９の幅はＴ／２である。
また、図示されていないが、他の固定子片１２７，１２８においても、固定子片１２７の突起１２９と固定子片１２８の突起１２９とは長手方向に沿ってＴ／２ずれており、固定子片１２７の突起１２９は固定子片１２５の突起１２９に対してＴ／４ずれ、固定子片１２８の突起１２９は固定子片１２６の突起１２９に対してＴ／４ずれている。
すなわち、この実施形態でも、各固定子片１２５〜１２８の突起１２９は、隣接する固定子片に対しその長手方向に沿って順次ずれるように配置されている。
【００４０】
ここで、可動子２０９の磁極２１４の幅は、突起１２９の幅に等しくＴ／２である。なお、可動子片２１０，２１１，２１２，２１３の磁極２１４の配列は何れも同一であり、例えば図８（ｂ）に示す磁極２１４の左端からＮ極，Ｓ極，Ｎ極，……と交互に着磁されている。
【００４１】
この実施形態の動作は、基本的に第１実施形態と同一であり、コイル１３１，１３２の組、コイル１３３，１３４の組に交互に通流することによって、図２と同様の原理で可動子２０９を固定子片１２５〜１２８の長手方向に沿って連続的に移動させることができる。
本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、図示されていないが、固定子片の数は４つに限られず、３以上の任意の整数であれば良く、固定子片の数に対応させて可動子も多角筒状に形成すればよい。
【００４３】
次に、図９は請求項３に係る本発明の第５実施形態を示している。この実施形態は、請求項１に記載した発明の他の実施形態に相当する。
通常、この種のリニアアクチュエータでは、可動子がその長手方向の両端部で支持具により支持されているが、支持具のガタに起因して可動子が軸周りに僅かに回動するようなガタ（以下、回動ガタという）を生じる場合がある。
【００４４】
このような場合、図１，図４，図６のように可動子と固定子片との対向面が平面であると、可動子の軸周りの回動によって可動子の磁極と固定子片の突起との間の空隙長が変化するため、磁気特性が安定しないという不都合がある。  また、回動ガタが大きい場合には、可動子の磁極と固定子片の突起とが接触してしまうこともある。
本実施形態は、これらの問題を解決するものである。
【００４５】
図９において、１３５は固定子、１３６〜１３９は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成された固定子片、１４０は固定子片１３６〜１３９の内面にその長手方向に沿って所定のピッチで複数配置された突起、２１５は紙面の表裏方向に沿って長尺に形成された円柱状または円筒状の可動子、２１６は前記突起１４０に対しほぼ一定距離を隔てて対向するように配置された磁極、２１７は可動子２１５の軸部である。
図示されていないが、固定子片１３６〜１３９は紙面の表裏方向に沿った一端で磁性体からなるブリッジにより連結され、かつ、このブリッジ近傍において、固定子片１３６〜１３９にはコイルがそれぞれ集中的に巻回されている。
【００４６】
図示するように、この実施形態では、可動子２１５の軸に直交する磁極２１６の断面外形が円形であり、磁極２１６の外周面の曲率に合致するように固定子片１３６〜１３９の内面（突起１４０の磁極対向面）も湾曲している。言い換えれば、固定子１３５及び可動子２１５相互の対向面（突起１４０及び磁極２１６の対向面）が円筒面上に配置されている。
このため、可動子２１５がその軸周りに回動したとしても、磁極２１６と突起１４０との間の空隙長は変化せず、また、両者が接触しない構造となっている。
これにより、可動子２１５の支持具に回動ガタがある場合にも突起１４０との間の空隙長を一定に保ち、可動子２１５と固定子１３５との接触を防止することができる。
【００４７】
なお、本実施形態において、固定子片１３６〜１３９の突起１４０の構造や可動子２１５の着磁状態、並びにリニアアクチュエータとしての動作原理は、前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
また、図９では固定子１３５が４相の場合について示してあるが、第２，第３実施形態のように３以上の任意の相数とすることができ、何れにしても、固定子及び可動子相互の対向面を円筒面上に配置すればよい。
【００４８】
次いで、図１０は請求項３に係る本発明の第６実施形態を示しており、この実施形態は、請求項２に記載した発明の他の実施形態に相当する。
本実施形態も、第５実施形態と同様の観点から、固定子の突起及び可動子の磁極の対向面を円筒面上に配置したものである。
【００４９】
図１０において、２１８は円筒状の可動子、２１９〜２２２は可動子２１８の周方向４カ所において紙面の表裏方向に長尺に形成された可動子片、２２３は可動子片２１９〜２２２の内面に形成された磁極、１４１は可動子２１８の内側に配置された固定子、１４２〜１４５は固定子１４１の周方向４カ所において紙面の表裏方向に長尺に形成された固定子片、１４６は固定子片１４２〜１４５の外面にその長手方向に沿って配置された突起である。固定子片１４２〜１４５の突起１４６と可動子片２１９〜２２２の磁極２２３とは、ほぼ一定距離を隔てて対向している。
図示されていないが、固定子片１４２〜１４５は紙面の表裏方向に沿った一端で磁性体からなるブリッジにより連結され、かつ、このブリッジ近傍において、固定子片１４２〜１４５にはコイルがそれぞれ集中的に巻回されている。
【００５０】
この実施形態においても、固定子１４１及び可動子２１８相互の対向面（突起１４６及び磁極２２３の対向面）が円筒面上に配置されており、可動子２１８がその軸周りに回動したとしても、磁極２２３と突起１４６との間の空隙長は変化せず、両者が接触することはない。
従って、可動子２１８の支持具に回動ガタがある場合にも突起１４６との間の空隙長を一定に保ち、可動子２１８と固定子片１４１との接触を防止することができる。
【００５１】
本実施形態において、固定子片１４２〜１４５の突起１４６の構造や可動子片２１９〜２２２の着磁状態、リニアアクチュエータとしての動作原理は、前述した第４実施形態と同様であるため説明を省略する。
また、固定子１４１及び可動子２１８は、４相に限らず３以上の任意の相数であればよい。
【００５２】
なお、上記各実施形態において、可動子を支持してこれを直線的に移動させるための機構としては、周知のリニアガイド等を利用することができる。
【００５３】
更に各実施形態では、固定子側の突起及び可動子側の磁極とも、各々の長手方向が可動子の移動方向に対して垂直である場合につき説明したが、突起及び磁極の一方または両方を僅かにスキューさせることによってコギングトルクを低減することができる。
また、各実施形態では示されていないが、可動子位置を検出するセンサを設け、これによって得られる可動子の位置情報を用いてフィードバック制御系を構成すれば、可動子位置を高精度に制御することができる。
【００５４】
なお、上記各実施形態では、可動子の磁極位置に対して各固定子片の突起位置を長手方向に沿って順次ずらす構成を想定しているが、例えば各可動子片の磁極位置をずらして各固定子片の突起位置を揃えたり、あるいは、可動子、固定子両方にてそれぞれの片の位置をずらす等の方法をとっても、本質的に同様の効果を得ることができる。
【００５５】
前述した各実施形態では、可動子にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている例を説明したが、本発明における可動子の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明では、可動子の磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに固定子片の突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良いので、以下に述べるような各種の構造が考えられる。
【００５６】
これを図１１に基づいて説明する。まず、図１１（ａ）は前述した各実施形態のように可動子にＮ極とＳ極とが交互に配置されている例である。この図１１（ａ）においてＮ極、Ｓ極のうち幾つかを除去し、例えば図１１（ｂ）のような構成にした場合、Ｎ極群は固定子片の突起に対向して偏在し、Ｓ極群は突起相互間の溝部に対向して偏在するため、可動子の推力は図１１（ａ）の場合に比べて減少するものの、動作上、特に支障はない。
更に、図１１（ｃ）のように可動子のコアの中央部に永久磁石を嵌め込み、コアの歯部を磁極として用いることもできる。このように複数の磁極をコアの歯部によって置き換え、１つまたは少数の永久磁石をコアに嵌め込んで元の複数の永久磁石と同等の機能を持たせる構成は、いわゆるハイブリッド形ステッピングモータにおいて広く実用化されている。
【００５７】
また、前述した各実施形態では、図１１（ａ）のように固定子片の突起のピッチＴと可動子側の磁極のピッチＰとが等しい場合（Ｐ＝Ｔ）について説明したが、これらは原理的にはＰ／２＜Ｔ＜２Ｐの範囲で設定可能である。すなわち、Ｔ≠Ｐの場合でも、Ｎ極及びＳ極のうち一方に固定子片の突起に正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良い。
図１１（ｄ）はＰ＞Ｔの場合であって、可動子のほぼ中央のＮ極が固定子片の突起に正対し、当該Ｎ極に隣接するＳ極の固定子片対向面の大部分が突起相互間の溝部に対向している例である。この場合、個々の磁極が突起と揃おうとする力が分散するので、可動子の推力は若干低下するが、コギングトルクを大幅に低減させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、可動子や固定子の全範囲にコイルを配置する必要がなく、固定子に集中的にコイルを巻回することにより、冷却を容易にして冷却、放熱構造の簡素化を達成することができる。また、可動子側にコイルを設けない構造にできるため、可動子の可動範囲を長くすることができ、安価で実用的なリニアアクチュエータを構成することが可能である。
更に、固定子及び可動子の一方が他方を包囲するような立体的な構造であるから、空間利用率が向上して小型化が図れると共に、可動子に対する磁気的吸引力の相殺により、軸受け等の機構部に対する負担を小さくして装置全体の長寿命化、信頼性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の動作を説明するための固定子及び可動子の側面図である。
【図３】第１実施形態の動作を説明するための固定子及び可動子の側面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の主要部を示す正面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における固定子片の突起及び可動子の磁極の位置関係を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態の主要部を示す正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態における固定子片の突起及び可動子の磁極の位置関係を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態の主要部を示す正面図及び側面図である。
【図９】本発明の第５実施形態の模式的な正面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の模式的な正面図である。
【図１１】本発明における可動子の磁極と固定子片の突起との位置関係を示す模式図である。
【図１２】第１の従来技術を示す図である。
【図１３】第２の従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１００，１１２，１１７，１２４，１３５，１４１：固定子
１０１〜１０４，１１３〜１１５，１１８〜１２２，１２５〜１２８，１３６〜１３９，１４２〜１４５：固定子片
１０５，１３０：ブリッジ
１０６：通孔
１０７，１１６，１２３，１４０，１４６：突起
１０８〜１１１，１３１〜１３４：コイル
２００，２０３，２０６，２０９，２１５，２１８：可動子
２０１，２０４，２０７，２１４，２１６，２２３：磁極
２０２，２０５，２０８，２１７：軸部
２１０〜２１３，２１９〜２２２：可動子片
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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