(57)【要約】【課題】信頼性を向上させることができるリニアアクチュエータの提供。【解決手段】コイル１８を設けた固定子１２と、中心軸線に沿って移動可能に設けられた可動子１３とを有するものであって、可動子１３には、固定子１２との間で磁気回路が閉塞するように、中心軸線に対し直交方向に磁極を並べた状態の永久磁石１４〜１６が固定子対向側に設けられている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルを設けた固定子と、少なくとも一部に鉄部材を有し中心軸線に沿って往復動可能に設けられた可動子とを有するリニアアクチュエータにおいて、
前記可動子には、前記固定子との間で磁気回路が閉塞するように、前記中心軸線に対し直交方向に磁極を並べた状態の永久磁石が前記固定子対向側に設けられるとともに該永久磁石の前記固定子対向側に対し反対側に前記鉄部材が設けら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】
前記可動子において、前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが前記中心軸線方向に隣り合うもの同士で相反する配置であることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動子において、前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが前記中心軸線方向に隣り合うもの同士で相反する配置であり、かつ前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが回転方向に隣り合うもの同士で相反する配置であることを特徴とする請求項１記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記固定子は前記コイルの間に前記可動子を挟んだ状態で配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定子は、積層コアに前記コイルを巻回した状態で配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記固定子と前記可動子とをバネによって接続することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の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、リニアアクチュエータに関し、特にその信頼性向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアアクチュエータは、バネを併用し共振させることによって少ない損失で駆動できることから、コンプレッサモータ等として利用されている。そして、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは高効率である等優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫や、冷凍庫、あるいはエアコンディショナ用としての利用が期待されている。
【０００３】
リニアアクチュエータとしては、ボイスコイルモータがある。このボイスコイルモータは、永久磁石により作られた磁界の中でコイルに電流を流すことによりコイルに生じる力で駆動を行うもので、コイルを含む可動子が動く可動コイル型とも呼ばれている。
【０００４】
また、他のリニアアクチュエータとして、上記可動コイル型のものに対して永久磁石とコイルとを入れ替えた構造であって、永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型と呼ばれるものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した可動コイル型のものは、可動子にコイルが含まれることから、可動子に電流を流さなければならず、このための給電線に可動子の移動で断線を生じてしまうことがあり、信頼性に劣るという問題があった。
【０００６】
また、上記した可動磁石型のものには、図９に示すように、固定子１００に対し往復動可能に設けられた可動子１０１に、往復動の方向に直交して磁極を並べた状態の永久磁石１０２，１０３を互いの磁極の並びを逆にした状態で一対設け、これら永久磁石１０２，１０３の両側にそれぞれエアギャップを介して対向するように固定子１００のアウタヨーク１０４およびインナヨーク１０５を配置したものがある。このような構成のものでは、磁気回路構成上固定子のインナヨークが必ず必要になるため、インナヨークの分、ピストンやシリンダ等の他部品を配置するスペースを確保できないという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明は、信頼性を向上させることができ、しかも他部品を配置可能なスペースを確保できるリニアアクチュエータの提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のリニアアクチュエータは、コイルを設けた固定子と、少なくとも一部に鉄部材を有し中心軸線に沿って往復動可能に設けられた可動子とを有するものであって、前記可動子には、前記固定子との間で磁気回路が閉塞するように、前記中心軸線に対し直交方向に磁極を並べた状態の永久磁石が前記固定子対向側に設けられるとともに該永久磁石の前記固定子対向側に対し反対側に前記鉄部材が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
これにより、コイルが固定子側に設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。また、固定子と可動子との間で磁気回路が閉塞するように可動子に永久磁石を配置していることから、可動子の永久磁石に対し反対側に固定子の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。
【００１０】
そして、前記可動子において、前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが前記中心軸線方向に隣り合うもの同士で相反する配置であることを特徴とする構成にしても良い。
【００１１】
また、前記可動子において、前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが前記中心軸線方向に隣り合うもの同士で相反する配置であり、かつ前記永久磁石は前記鉄部材側の磁極と前記固定子対向側の磁極とが回転方向に隣り合うもの同士で相反する配置であることを特徴とする構成にしても良い。
【００１２】
さらに、前記固定子は前記コイルの間に前記可動子を挟んだ状態で配置されることを特徴とする構成にしても良い。
【００１３】
加えて、前記固定子は、積層コアに前記コイルを巻回した状態で配置されることを特徴とする構成にしても良い。
【００１４】
さらに、前記固定子と前記可動子とをバネによって接続することを特徴とする構成にしても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを図１〜図５を参照して以下に説明する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のリニアアクチュエータ１１は、ヨーク（固定子）１２と、このヨーク１２の内側に軸中心に沿って往復動可能（移動可能）に設けられた可動子１３と、可動子１３の外側すなわちヨーク１２側に固定された永久磁石１４，１５，１６と、ヨーク１２に固定されたコイル１８とを備えている。第１実施形態では、ヨーク１２と可動子１３との間で磁気回路が閉塞するように可動子１３に永久磁石１４，１５，１６が配置されている。
【００１７】
上記ヨーク１２は、全体として円筒形状をなしている。このヨーク１２の軸線方向における中央の所定範囲であって径方向における内周面１９と外周面２０との間の所定範囲には、略円筒状の収納空間部２２が形成されている。さらに、このヨーク１２の軸線方向における中央の所定範囲であって内周面１９と収納空間部２２との間には、軸線方向における中央位置が内周面１９に一致しこの位置から軸線方向外側に位置するほど半径方向外側に広がるように軸線方向両側にテーパ面２３が形成されている。そして、これら一対のテーパ面２３と収納空間部２２との間が軸線方向のエアギャップ（磁気ギャップ）２４とされている。
【００１８】
なお、ヨーク１２は、例えば磁性材料である焼結材で焼結により成形されている。また、このヨーク１２には、可動子１３の内側に延出する形状のバックヨークは設けられていない。ここで、ヨーク１２を積層電気鉄板で形成しても良い。
【００１９】
そして、このヨーク１２の収納空間部２２には、円筒状に巻かれたコイル１８が配設されている。なお、このコイル１８の収納空間部２２への収納のため、ヨーク１２は、コイル軸線方向における中央位置において軸直交方向の分割面で分割された形状をなしている。
【００２０】
可動子１３は、全体として円筒状をなしており、その外径がヨーク１２の内径よりも所定量小径とされている。この可動子１３は、全体が磁化されていない磁性材料である鉄部材からなっており、例えば焼結材からなっている。そして、この可動子１３はヨーク１２の内径側に、同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク１２に対してヨーク１２の軸線方向に往復動可能に設けられる。なお、可動子１３を積層電気鉄板で形成しても良い。
【００２１】
上記永久磁石１４，１５，１６は、同径円筒状のフェライトリング磁石からなるもので、互いに同軸をなし軸線方向に直列に隣接するように並べられた状態で、全体として可動子１３の半径方向における外周面２５の全面を覆うように可動子１３に嵌合固定されている。ここで、永久磁石１４，１５，１６の軸方向長さは等しくされており、これらの軸方向長さの合計が可動子１３の軸方向長さと等しくされている。なお、永久磁石１４，１５，１６の外径はヨーク１２の内径よりもエアギャップを形成する所定量小径とされている。
【００２２】
これら永久磁石１４，１５，１６は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、隣接するもの同士で互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、軸線方向における一側の永久磁石１４は、Ｎ極１４ａが内径側にＳ極１４ｂが外径側に配置されており、中間の永久磁石１５は、Ｎ極１５ａが外径側にＳ極１５ｂが内径側に配置されており、他側の永久磁石１６は、Ｎ極１６ａが内径側にＳ極１６ｂが外径側に配置されている。すなわち、可動子１３において、永久磁石１４，１５，１６は可動子１３側の磁極とヨーク１２対向側の磁極とが軸方向に隣り合うもの同士で相反する配置である。
【００２３】
ここで、可動子１３の軸線方向長さ、すなわち永久磁石１４，１５，１６の軸線方向長さの合計は、ヨーク１２の軸線方向における長さよりも長くされている。具体的には、ヨーク１２および可動子１３が互いに軸線方向における中央位置を合わせた状態で、軸線方向における両外側の永久磁石１４，１６がその軸線方向における半分の長さ分、それぞれヨーク１２よりも外側に突出するように設定されている。
【００２４】
中間の永久磁石１５は、これに対向するヨーク１２の永久磁石１５側に形成されたエアギャップ２４によって、軸線方向における中央を境に第１領域２７と第２領域２８とに磁気的に分割されており、その結果、第１領域２７および第２領域２８がそれぞれ別々の永久磁石として作用する。
【００２５】
そして、永久磁石１４と、永久磁石１５のこれに近接する側の第１領域２７とが対をなしており、永久磁石１６と、永久磁石１５のこれに近接する側の第２領域２８とが対をなしている。すなわち、一対の永久磁石１４および永久磁石１５の第１領域２７と、一対の永久磁石１５の第２領域２８および永久磁石１６とは、互いの近接側となる第１領域２７および第２領域２８を一つの永久磁石１５で共用としており、その結果、互いの近接側である永久磁石１５の第１領域２７および第２領域２８同士が磁極を同じ向きに配設している。また、ヨーク１２には、一対の永久磁石１４および永久磁石１５の第１領域２７と、一対の永久磁石１５の第２領域２８および永久磁石１６との間位置に対し、軸直交方向に隣接してエアギャップ２４が形成されている。
【００２６】
以上により、可動子１３には、その往復動の方向に直交して磁極を並べた状態の永久磁石１４，１５，１６がヨーク１２側に固定されており、言い換えれば永久磁石１４，１５，１６のヨーク１２に対し反対側に全体が鉄部材からなる可動子１３が固定されている。また、ヨーク１２の可動子１３側に、可動子１３の往復動の方向の磁気ギャップであるエアギャップ２４を設け、軸線方向における中央の永久磁石１５をエアギャップ２４に対向する位置に設けており、さらに、可動子１３の往復動の方向における永久磁石１５の両側に永久磁石１５と磁極の並びを逆にした状態の第２の永久磁石としての永久磁石１４，１６を設けている。
【００２７】
上記構造のリニアアクチュエータ１１において、コイル１８に電流を流していない状態では、永久磁石１４および永久磁石１５の第１領域２７によって、ヨーク１２、永久磁石１４、可動子１３、永久磁石１５の第１領域２７およびヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成されるとともに、永久磁石１５の第２領域２８および永久磁石１６によって、ヨーク１２、永久磁石１６、可動子１３、永久磁石１５の第２領域２８およびヨーク１２をこの順に結ぶループで磁束が形成される。このとき、可動子１３は停止状態とされる。
【００２８】
そして、コイル１８に交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を流す。
例えば、図２に示すように、コイル１８に一方向（図２における右側から見て時計回り方向）に流れるように電流が流れると、このコイル１８を一方向に周回するように起磁力が生じる。すると、図２に二点鎖線で示すように、永久磁石１４〜１６およびエアギャップ２４によって、ヨーク１２と、永久磁石１６と、可動子１３と、永久磁石１５の第１領域２７と、ヨーク１２とを、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。
【００２９】
以上によって、軸線方向における一側（図２における右側）となる永久磁石１６と、軸線方向における一側（図２における左側）となる永久磁石１５の第１領域２７とに磁束が導かれることで、永久磁石１６および永久磁石１５の第１領域２７がヨーク１２に対し軸線方向における位置を合わせることで、可動子１３が軸線方向における一方向（図２における左方向）に移動する。
【００３０】
次に、図３に示すように、コイル１８に逆方向（図３における右側から見て反時計回り方向）に流れるように電流が流れると、このコイル１８を上記に対し逆方向に周回するように起磁力が生じる。すると、図３に二点鎖線で示すように、永久磁石１４〜１６およびエアギャップ２４によって、ヨーク１２と、一対の永久磁石１４と、可動子１３と、永久磁石１５の第２領域２８と、ヨーク１２とを、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。
【００３１】
以上によって、軸線方向における逆側（図３における左側）となる永久磁石１４と、軸線方向における逆側（図３における右側）となる永久磁石１５の第２領域２８とに磁束が導かれることで、永久磁石１４および永久磁石１５の第２領域２８がヨーク１２に対し軸線方向における位置を合わせることで、可動子１３が軸線方向における逆方向（図３における右方向）に移動する。
【００３２】
そして、交流電流によってコイル１８への電流の流れの方向が交互に変化することにより、以上の作動を繰り返して、可動子１３はヨーク１２に対して軸線方向に所定のストロークで往復動することになる。
【００３３】
以上に述べた本実施形態のリニアアクチュエータ１１によれば、コイル１８が可動子１３ではなくヨーク１２に設けられるため、可動子１３側に給電する必要がなくなって、移動する可動子１３がコイル１８への給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。したがって、連続運転等に対する信頼性を向上させることができる。
【００３４】
加えて、上述したようなループの磁束で可動子１３を移動させることから、可動子１３の永久磁石１４〜１６に対し反対側すなわち内径側にヨーク１２の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。したがって、可動子１３の永久磁石１４〜１６に対し反対側すなわち内径側の貫通する空間３０を有効利用できる。具体的には、別途のシリンダやそのピストン等を配置することができる。同様に、バックヨークが不要となったことで可動子１３の両端支持が可能となり、モーメントの発生しない非常に安定した軸受け構造にできる。さらに、バックヨークが不要となったことで機器組み込み時の設計自由度が大幅に改善される。
【００３５】
加えて、鉄部材からなる可動子１３で永久磁石１４〜１６を保持することで、極めて過酷な運転条件で使用されるコンプレッサ等への適用であっても、非常に硬く脆い性質をもっている永久磁石１４〜１６の機械強度が上がり、信頼性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、ヨーク１２の可動子１３側に往復動の方向の磁気ギャップであるエアギャップ２４を設けているため、可動子１３の往復動方向における永久磁石１５の一側の第１領域２７で磁束を導くこと、および可動子１３の往復動方向における永久磁石１５の逆側の第２領域２８で磁束を導くことが確実にできる。
【００３７】
また、磁束ループ上に永久磁石１５に加えて第２の永久磁石としての永久磁石１４，１６が設けられるため、駆動力を増大させることができる。
【００３８】
ここで、第１実施形態のリニアアクチュエータ１１は、例えば、図４に示すように、可動子１３をヨーク１２に直線移動可能に支持する支持機構３２を設けることでリニアモータとして使用される。この支持機構３２は、可動子１３の軸線方向における各端部をヨーク１２の軸線方向における近接する各端部に連結させる一対の板バネ３３を有しており、板バネ３３は、コイル１８に電流が流れていないときにヨーク１２の軸線方向における中央に可動子１３を配置する。なお、可動子１３をヨーク１２に直線移動可能に支持する支持機構として、ボールブッシュや空気軸受け（気体軸受け）、滑り軸受け等を用いることが可能である。
【００３９】
加えて、第１実施形態のリニアアクチュエータ１１は、例えば、図５に示すように、可動子１３の軸線方向における中央の外周側に凹部３５を形成し、軸線方向の中央の永久磁石１５のみをこの凹部３５に嵌め入れるように配置しても良い（図５はこのようなリニアアクチュエータに一対の板バネ３３からなる支持機構３２を設けた例を図示している）。
【００４０】
さらに、上述したリニアアクチュエータ１１について、中心軸線側と外径側とで構成を反転させるようにしても良い。すなわち、図示は略すが、コイル１８を含むヨーク１２の外径側に、内径側に永久磁石１４〜１６が固定された状態の円筒状の可動子１３を設けるのである。
【００４１】
ここで、永久磁石１４〜１６としては、上記したフェライトリング磁石以外にも、ネオジウム、サマリウムコバルト等の希土類系のものを用いたり、プラスチック磁石を用いることも可能であるが、フェライト磁石を用いるのがコスト低減の観点からより好ましい。
【００４２】
また、上記リニアアクチュエータ１１に位置、速度等を検出するセンサを設け、閉ループ制御を行うことで速度や位置の制御が可能なリニアサーボアクチュエータとして利用できる。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータを図６および図７を参照して以下に説明する。
【００４４】
図６に示すように、第２実施形態のリニアアクチュエータ４１は、ヨーク（固定子）４２と、このヨーク４２の内側に往復動可能に設けられた可動子４３と、可動子４３の外側すなわちヨーク４２側に固定された一対の永久磁石４４，４５と、可動子４３の外側すなわちヨーク４２側に固定された一対の永久磁石４６，４７と、ヨーク４２に固定された二つのコイル４８とを備えている。
【００４５】
上記ヨーク４２は、その中心位置に貫通穴５１が形成されることにより全体として角筒形状をなしている。貫通穴５１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし互いに離間状態で対向する二カ所の円筒面部５２と、各円筒面部５２のそれぞれの両端縁部から円筒面部５２同士を結ぶ方向に沿って外側に延出する平面部５３と、各平面部５３のそれぞれの円筒面部５２に対し反対側の端縁部から平面部５３と直交して外側に延出する平面部５４と、円筒面部５２同士を結ぶ方向に延在して各平面部５４の対応するもの同士をそれぞれ連結させる平面状の内面部５５とを有している。ここで、二カ所の円筒面部５２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。また、平面部５３、平面部５４および内面部５５で、各円筒面部５２の円周方向における両側に半径方向に凹む凹部５６がそれぞれ形成されている。
【００４６】
なお、このヨーク４２は、図示は略すが、上記二カ所の円筒面部５２と四カ所の平面部５３と四カ所の平面部５４と二カ所の内面部５５とを有する形状に薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴５１の貫通方向に複数、位置を合わせながら積層しつつ接合させた積層電気鉄板からなっている。また、このヨーク４２には、可動子４３の内側に延出する形状のバックヨークは設けられていない。ここで、ヨーク４２を焼結材で形成しても良い。
【００４７】
ヨーク４２においては、各内面部５５と各内面部５５に平行をなしてそれぞれ近接する外面部５７との間の部分がコイル巻回部５８とされており、その結果、このようなコイル巻回部５８が二カ所互いに平行に設けられている。コイル巻回部５８には内面部５５の全幅にわたってコイル４８が巻き付けられ、その結果、各コイル４８はリング状をなしてヨーク４２に固定されている。ヨーク４２はコイル４８の間に可動子４３を挟んだ状態で配置されている。
【００４８】
可動子４３は、全体として円筒状をなしており、その外径がヨーク４２の内径よりも所定量小径とされている。この可動子４３は、全体が磁化されていない磁性材料である鉄部材からなっており、例えば焼結材からなっている。そして、この可動子４３はヨーク４２の内径側に、同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク４２に対してヨーク４２の軸線方向に往復動可能に設けられる。なお、可動子４３を積層電気鉄板で形成しても良い。
【００４９】
上記永久磁石４４，４５は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に直列に隣接するように並べられた状態で、可動子４３の半径方向の外周面６２に接合固定されている。ここで、永久磁石４４，４５の軸方向長さは等しくされており、これらの軸方向長さの合計が可動子４３の軸方向長さと等しくされている。なお、可動子４３は、永久磁石４４，４５をヨーク４２の一方の円筒面部５２に常に対向させており、永久磁石４４，４５の外径は対向するヨーク４２の一方の円筒面部５２の内径よりもエアギャップを形成する所定量小径とされている。
【００５０】
これら永久磁石４４，４５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、可動子４３の軸線方向における一側の永久磁石４４は、Ｎ極４４ａが内径側にＳ極４４ｂが外径側に配置されており、他側の永久磁石４５は、Ｎ極４５ａが外径側にＳ極４５ｂが内径側に配置されている。
【００５１】
上記永久磁石４６，４７は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に直列に隣接するように並べられた状態で、しかも永久磁石４４，４５に対し１８０度位置を異ならせて、可動子４３の外周面６２に接合固定されている。ここで、永久磁石４６，４７の軸方向長さは等しくされており、これらの軸方向長さの合計が可動子４３の軸方向長さと等しくされている。なお、可動子４３は、永久磁石４６，４７をヨーク４２の他方の円筒面部５２に常に対向させており、永久磁石４６，４７の外径は対向するヨーク４２の他方の円筒面部５２の内径よりもエアギャップを形成する所定量小径とされている。
【００５２】
これら永久磁石４６，４７は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、可動子４３の軸線方向における一側の永久磁石４６は、Ｎ極４６ａが外径側にＳ極４６ｂが内径側に配置されており、他側の永久磁石４７は、Ｎ極４７ａが内径側にＳ極４７ｂが外径側に配置されている。
【００５３】
よって、可動子４３の往復動の方向に位置が合う永久磁石４４および永久磁石４６は互いにヨーク４２側すなわち外径側の磁極を逆にしており、可動子４３の往復動の方向に位置が合う永久磁石４５および永久磁石４７も互いにヨーク４２側すなわち外径側の磁極を逆にしている。すなわち、可動子４３において、永久磁石４４〜４７は可動子４３側の磁極とヨーク４２対向側の磁極とが、軸方向に隣り合うもの同士で相反する配置でありかつ回転方向に隣り合うもの同士で相反する配置である。
【００５４】
以上により、可動子４３に、その往復動の方向に直交して磁極を並べた状態の永久磁石４４〜４７をそのヨーク４２側すなわち外側に設けることになり、言い換えれば、永久磁石４４〜４７のヨーク４２に対し反対側に全体として鉄部材からなる可動子４３が設けられている。
【００５５】
また、永久磁石４４，４５が互いに可動子４３の往復動の方向に隣り合いかつ互いの磁極の並びを逆にした状態で一対設けられてなる、一つの第１永久磁石組６５と、永久磁石４６，４７が互いに可動子４３の往復動の方向に隣り合いかつ互いの磁極の並びを逆にした状態で一対設けられてなる、一つの第２永久磁石組６６とを有していて、これら第１永久磁石組６５および第２永久磁石組６６は、可動子４３の往復動の方向に位置が合う永久磁石同士がヨーク４２側の磁極を逆にしている。なお、永久磁石４４，４５を可動子４３の移動方向に複数対設けて第１永久磁石組６５とし、かつ永久磁石４６，４７を可動子４３の移動方向に複数対設けて第２永久磁石組６６としても良い。また、第１永久磁石組６５および第２永久磁石組６６をそれぞれ円周方向に複数設けても良い（第３実施形態参照）。
【００５６】
ここで、可動子４３の軸線方向長さ、すなわち永久磁石４４，４５の軸線方向長さの合計および永久磁石４６，４７の軸線方向長さの合計は、ヨーク４２の軸線方向における長さよりも長くされている。具体的には、ヨーク４２および可動子４３が互いに軸線方向における中央位置を合わせた状態で、永久磁石４４，４５がその軸線方向における半分の長さ分、それぞれヨーク４２よりも外側に突出するように設定されており、同様に、永久磁石４６，４７がその軸線方向における半分の長さ分、それぞれヨーク４２よりも外側に突出するように設定されている。
【００５７】
上記構造の第２実施形態のリニアアクチュエータ４１においては、両側のコイル４８に交流電流（正弦波電流、矩形波電流）を同期して流す。ここで、両側のコイル４８には、それぞれのコイル巻回部５８よりも可動子４３側の部分に、可動子４３の軸線方向に沿って逆向きの電流を流すことになる。
【００５８】
なお、両側のコイル４８に電流を流していない状態では、一対の永久磁石４４，４５によって、ヨーク４２、永久磁石４４、可動子４３、永久磁石４５およびヨーク４２をこの順に結ぶループで磁束が形成されるとともに、一対の永久磁石４６，４７によって、ヨーク４２、永久磁石４７、可動子４３、永久磁石４６およびヨーク４２をこの順に結ぶループで磁束が形成される。このとき、可動子４３は停止状態とされる。
【００５９】
そして、例えば、図６に示すように、一方（図６（ａ）における左側）のコイル４８に一方向に電流を流すと、その内側のコイル巻回部５８に一方向（図６（ａ）における上方向）に起磁力が生じる。すると、一対の永久磁石４４，４５および一対の永久磁石４６，４７によって、この一方のコイル４８側には、図６に二点鎖線で示すように、ヨーク４２、一方の永久磁石４４、可動子４３、可動子４３の軸線方向において上記一方の永久磁石４４と位置が合う一方の永久磁石４６およびヨーク４２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。これと同時に、他方（図６（ａ）における右側）のコイル４８に一方向に流れるように電流を流すと、コイル巻回部５８に一方向（図６（ａ）における上方向）に起磁力が生じる。すると、図６に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石４４，４５および一対の永久磁石４６，４７によって、この他方のコイル４８側にも、ヨーク４２、一方の永久磁石４４、可動子４３、可動子４３の軸線方向において上記一方の永久磁石４４と位置が合う一方の永久磁石４６およびヨーク４２をこの順に結ぶループで磁束が形成されることになる。
【００６０】
以上によって、可動子４３が軸線方向における永久磁石４４，４６の位置をヨーク４２に合わせるように、その軸線方向における一方向（図６（ｂ）における右方向）に移動する。
【００６１】
次に、図７に示すように、一方（図７（ａ）における左側）のコイル４８に逆方向に電流を流すと、その内側のコイル巻回部５８に逆方向（図７（ａ）における下方向）に起磁力が生じる。すると、図７に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石４４，４５および一対の永久磁石４６，４７によって、この一方のコイル４８側に、ヨーク４２、他方の永久磁石４７、可動子４３、可動子４３の軸線方向において上記他方の永久磁石４７と位置が合う他方の永久磁石４５およびヨーク４２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。これと同時に、他方（図７（ａ）における右側）のコイル４８に逆方向に電流を流すと、コイル巻回部５８に逆方向（図７（ａ）における下方向）に起磁力が生じる。すると、図７に二点鎖線で示すように、一対の永久磁石４４，４５および一対の永久磁石４６，４７によって、この他方のコイル４８側に、ヨーク４２、他方の永久磁石４７、可動子４３、可動子４３の軸線方向において上記他方の永久磁石４７と位置が合う他方の永久磁石４５およびヨーク４２を、この順に結ぶループで磁束が形成されることになる。
【００６２】
以上によって、可動子４３が軸線方向における永久磁石４５，４７の位置をヨーク４２に合わせるように、その軸線方向における逆方向（図７（ｂ）における左方向）に移動する。
【００６３】
そして、交流電流によって両コイル４８への電流の流れの方向が交互に変化することにより、以上の作動を繰り返して、可動子４３はヨーク４２に対してその軸線方向に所定のストロークで往復動することになる。
【００６４】
以上に述べた第２実施形態のリニアアクチュエータ４１によれば、コイル４８が可動子４３ではなくヨーク４２に設けられるとともに、可動子４３の永久磁石４４〜４７に対し反対側すなわち内径側にヨーク４２の一部をバックヨークとして配置しない構成にできるため、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００６５】
加えて、ヨーク４２は可動子４３の往復動の方向に積層された積層電気鉄板からなるため、ムク材から削り出されて形成される場合に比して渦電流損失を低減することができる一方、焼結で形成される場合に比してヒステリシス損を低減することができる。したがって、性能を向上させることができる。また、特にヨーク４２を大型化する場合に、ムク材からの削り出しおよび焼結に比して製造が容易となる。したがって、全体の大型化に伴うヨーク４２の大型化に容易に対応することができる。
【００６６】
なお、第２実施形態においても、永久磁石４４〜４７としては、上記したフェライト磁石以外にも、ネオジウム、サマリウムコバルト等の希土類系のものを用いたり、プラスチック磁石を用いることも可能であるが、フェライト磁石を用いるのがコスト低減の観点からより好ましい。
【００６７】
また、このリニアアクチュエータ１１は、可動子４３にバネを組み込んだり、外部に置かれたバネとの併用で共振させて使用されるのが一般的であるが、勿論、このまま使用することも可能である。
【００６８】
さらに、このリニアアクチュエータ１１に位置、速度等を検出するセンサを設け、閉ループ制御を行うことで速度や位置の制御が可能なリニアサーボアクチュエータとして利用できる。
【００６９】
次に、本発明の第３実施形態のリニアアクチュエータを図８を参照して以下に説明する。
【００７０】
第３実施形態のリニアアクチュエータ７１は、ヨーク（固定子）７２と、このヨーク７２の内側に往復動可能に設けられた可動子７３と、可動子７３のヨーク７２側に固定された四組の永久磁石７４，７５と、可動子７３のヨーク７２側に固定された四組の永久磁石７６，７７と、ヨーク７２に固定された八つのコイル７８とを備えている。
【００７１】
上記ヨーク７２は、その中心位置に貫通穴８１が形成されることにより全体として円筒形状をなしている。貫通穴８１は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなし円周方向に等間隔で配置される八カ所の円筒面部８２を有している。ここで、円周方向に隣り合う円筒面部８２同士の間は、半径方向外方に凹む凹部８３とされており、その結果、円周方向に隣り合う凹部８３同士の間には、円筒面部８２を有する凸部８４が形成されている。ここで、八カ所の円筒面部８２は、同径同長同幅をなしており同軸に配置されている。なお、このヨーク７２は、図示は略すが、第１実施形態と同様に、上記八カ所の凹部８３および凸部８４を有する形状に薄板状の鋼板をプレスで打ち抜いて基部材を形成し、この基部材を貫通穴８１の貫通方向に複数、位置を合わせながらを積層させつつ接合させた積層電気鉄板からなっている。
また、このヨーク７２には、可動子７３の内側に延出する形状のバックヨークは設けられていない。ここで、ヨーク７２を焼結材で形成しても良い。
【００７２】
第３実施形態において、ヨーク７２の各凸部８４には、軸線方向と円周方向とに交互に延在するようにコイル７８が巻き付けられ、その結果、各コイル７８はリング状をなしてヨーク７２に固定されている。ヨーク７２は、コイル７８の間に可動子７３を挟んだ状態で配置されている。
【００７３】
可動子７３は、全体として円筒状をなしており、その外径がヨーク７２の内径よりも所定量小径とされている。この可動子７３は、全体が磁化されていない磁性材料である鉄部材からなっており、例えば焼結材からなっている。そして、この可動子７３はヨーク７２の内径側に、同軸をなすように挿入されることによって、ヨーク７２に対してヨーク７２の軸線方向に往復動可能に設けられる。なお、可動子７３を積層電気鉄板で形成しても良い。
【００７４】
上記永久磁石７４，７５は、円筒を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅のフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられ、共通の円筒面部８２に所定のエアギャップをあけて対向するように可動子７３の半径方向における外周面８６に接合固定されている。ここで、これら永久磁石７４，７５は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、可動子７３の軸線方向における一側の永久磁石７４は、Ｎ極７４ａが内径側にＳ極７４ｂが外径側に配置されており、他側の永久磁石７５は、Ｎ極７５ａが外径側にＳ極７５ｂが内径側に配置されている。そして、このような一対の永久磁石７４，７５からなる第１永久磁石組８８が四つ、円周方向に一つおきに配置された各円筒面部８２にそれぞれ所定のエアギャップをあけて対向するように固定されている。
【００７５】
上記永久磁石７６，７７は、円筒の内周面を所定の間隔をあけて二カ所その軸線に平行に切断した形状をなす同径同長同幅をなすフェライト磁石からなるもので、互いに同軸をなし円周方向の位置を合わせ軸線方向に隣り合った状態で並べられて共通の円筒面部８２に所定のエアギャップをあけて対向するように可動子７３の外周面８６に接合固定されている。ここで、これら永久磁石７６，７７は、軸線方向に直交する方向に磁極を並べたラジアル異方性のもので、互いの磁極の並びを逆にしている。具体的には、可動子７３の軸線方向における一側の永久磁石７６は、Ｎ極７６ａが外径側にＳ極７６ｂが内径側に配置されており、他側の永久磁石７７は、Ｎ極７７ａが内径側にＳ極７７ｂが外径側に配置されている。そして、このような一対の永久磁石７６，７７からなる第２永久磁石組８９が四つ、円周方向に一つおきに配置された残りの各円筒面部８２にそれぞれ所定のエアギャップをあけて対向するように可動子７３の外周面８６に固定されている。
【００７６】
一対の永久磁石７４，７５および一対の永久磁石７６，７７は、可動子７３の軸線方向に位置が合う永久磁石同士で外径側すなわちヨーク７２の磁極を逆にしている。すなわち、可動子７３の軸線方向に位置が合う永久磁石７４および永久磁石７６は互いに外径側の磁極を逆にしており、可動子７３の軸線方向に位置が合う永久磁石７５および永久磁石７７も互いに外径側の磁極を逆にしている。
【００７７】
以上により、可動子７３に、その往復動の方向に直交して磁極を並べた状態の永久磁石７４〜７７をそのヨーク７２側すなわち外側に設けることになり、言い換えれば、永久磁石７４〜７７のヨーク７２に対し反対側に全体として鉄部材からなる可動子７３が設けられている。
【００７８】
また、互いに可動子７３の往復動の方向に隣り合いかつ互いの磁極の並びを逆にした状態の永久磁石７４，７５が一対設けられてなる第１永久磁石組８８を四つ有するとともに、互いに可動子７３の往復動の方向に隣り合いかつ互いの磁極の並びを逆にした状態の永久磁石７６，７７が一対設けられてなる第２永久磁石組８９を四つ有していて、これら第１永久磁石組８８および第２永久磁石組８９は、可動子７３の往復動の方向に位置が合う永久磁石同士がヨーク７２側の磁極を逆にしている。なお、永久磁石７４，７５を可動子７３の移動方向に複数対設けて第１永久磁石組８８とし、かつ永久磁石７６，７７を可動子７３の移動方向に複数対設けて第２永久磁石組８９としても良い。
【００７９】
以上に述べた第３実施形態のリニアアクチュエータ７１によれば、第２実施形態のリニアアクチュエータ１１と同様の効果を発揮することができ、その上で、一対の永久磁石７４，７５からなる第１永久磁石組８８と一対の永久磁石７６，７７からなる第２永久磁石組８９とがそれぞれ複数具体的には四組に分けられていることから、ヨーク厚さを薄くでき、軽量化が図れる。
【００８０】
なお、第３実施形態においても第２実施形態と同様の変更等が可能である。
加えて、上述した第３実施形態のリニアアクチュエータ７１について、中心軸線側と外径側とで構成を反転させるようにしても良い。例えば、コイル７８を含むヨーク７２の外径側に往復動可能に円筒状の可動子７３を設けるとともに可動子７３のヨーク７２側すなわち内径側に永久磁石７４〜７７を固定するのである。このように構成すれば、全体として同じ大きさとした場合に、コイル７８が小さくなるので、銅損失が少なくなり、力を発生させる面積を大きくすることができて、効率を向上させることができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のリニアアクチュエータによれば、コイルが固定子側に設けられるため、可動子側に給電する必要がなくなって、移動する可動子がコイルへの給電線に断線を生じさせてしまうことがなくなる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【００８２】
また、固定子と可動子との間で磁気回路が閉塞するように可動子に永久磁石を配置していることから、可動子の永久磁石に対し反対側に固定子の一部をバックヨークとして配置しない構成にできる。したがって、このバックヨークが不要となる部分に他部品を配置可能なスペースを確保できるため、このリニアアクチュエータが組み込まれる装置を小型化することができる。加えて、バックヨークが不要となったことで可動子の両端支持が可能となり、モーメントの発生しない非常に安定した軸受け構造にできる。さらに、バックヨークが不要となったことで機器組み込み時の設計自由度が大幅に改善される。
【００８３】
加えて、可動子で永久磁石を保持することになるため、極めて過酷な運転条件で使用されるコンプレッサ等への適用であっても、非常に硬く脆い性質をもっている永久磁石の機械強度が上がり、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示すもので、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す側断面図であって、コイルに電流が一方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。
【図３】本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを示す側断面図であって、コイルに電流が逆方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すものである。
【図４】本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータを含むリニアモータを示すものであって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は正面図である。
【図５】本発明の第１実施形態のリニアアクチュエータの変形例を含むリニアモータを示すものであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータのコイルに電流が一方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態のリニアアクチュエータのコイルに電流が逆方向に流れているときの磁束の状態を二点鎖線で示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態のリニアアクチュエータを示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図９】リニアアクチュエータの一例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１１，４１，７１　リニアアクチュエータ
１２，４２，７２　ヨーク（固定子）
１３，４３，７３　可動子
１４〜１６，４４〜４７，７４〜７７　永久磁石
１４ａ，１５ａ，１６ａ，４４ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，７４ａ，７５ａ，７６ａ，７７ａ　Ｎ極（磁極）
１４ｂ，１５ｂ，１６ｂ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ，４７ｂ，７４ｂ，７５ｂ，７６ｂ，７７ｂ　Ｓ極（磁極）
１８，４８，７８　コイル
２４　エアギャップ（磁気ギャップ）
６５，８８　第１永久磁石組
６６，８９　第２永久磁石組
【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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