(57)【要約】【課題】磁気特性に優れ、しかもコストの低減や実用性の向上を可能にした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、これらを磁化するために集中的に巻回されたコイル１０８〜１１１と、各固定子片を磁気的に結合するブリッジ１１５と、を有し、かつ、互いにほぼ平行に配置された固定子片の内面に突起１０７が形成された固定子１００Ａと、各固定子片の内側空間に配置されて移動可能であり、かつ、突起１０７にほぼ一定距離を隔てて対向する磁極２０１が各固定子片の長手方向に沿って配置された可動子２００とを備え、突起１０７と磁極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ているリニアアクチュエータにおいて、前記ブリッジ１１５を環状に形成する。【選択図】  図１
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【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、各固定子片の端部に配置されて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リニアアクチュエータにおいて、
前記ブリッジを環状に形成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記可動子が、各固定子片によって包囲された空間内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、
環状のブリッジを、テープ状の鋼板を巻いて形成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項４】
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、
環状のブリッジを、鋼板を軸方向に積層して形成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項５】
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、
環状のブリッジを、粉末磁性体を焼結または接着して形成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し、特に、前記固定子片を磁気的に結合するブリッジの構造を改良したリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、本出願人の先願に係る特願２００２−３１４５４７号に記載されたリアアクチュエータを示す斜視図である。
図９において、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（放射状に）配置すると共に、これらを軸方向から見て十字形のブリッジ１０５により連結して構成されている。そして、固定子片１０１，１０２，１０３，１０４の前記ブリッジ１０５近傍には、コイル１０８，１０９，１１０，１１１がそれぞれ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の中心には軸方向に沿って通孔１０６が形成されている。
【０００３】
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を貫通する軸部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。
【０００４】
次に、固定子１００の突起１０７の配置について、図１０、図１１を参照しつつ説明する。なお、図１０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１１は固定子片１０３，１０４だけに着目して図示したものである。
【０００５】
まず、図１０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１１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。
【０００６】
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。
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。
【０００７】
次いで、動作を説明すると、図１０（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１０（ｂ）の状態となる。
この時、図１１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１０（ｃ）の状態となる。
【０００８】
次に、コイル１０８，１０９に、図１０（ａ）とは逆方向に通流することにより、可動子２００は図１０（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。
【０００９】
上記のように、この先願発明は固定子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。更に、可動子を円柱状に形成すれば、可動子の取付角度を厳密に調整する必要がなくなり、可動子を支持する軸部への磁気的吸引力によるモーメントが解消されるという特徴もある。
【００１０】
なお、図９の先願発明と同様に、複数の固定子鉄心を放射状に配置したリニアモータとしては、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３５２７３７号公報（請求項１、図１，図２等）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前述した先願発明では、固定子片１０１〜１０４を磁気的に結合するブリッジ１０５として、軸方向から見て十字形の構造を想定している。この場合、図示したように、ブリッジ１０５の中央部に通孔１０６を貫通する必要があり、可動子２００の軸部２０２が太い場合には通孔１０６の径も大きくなる。このため、ブリッジ１０５の通孔１０６周辺の磁路が狭くなり、磁気抵抗の増加によって磁気特性が劣化するおそれがある。
また、製造上、十字形のブリッジ１０５を形成する場合にはコスト的、技術的に問題点も多く、実用性に欠けるきらいもあった。
【００１３】
そこで本発明は、磁気特性に優れ、しかもコストの低減や実用性の向上を可能にしたリニアアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１４】
【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、各固定子片の端部に配置されて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リニアアクチュエータにおいて、
前記ブリッジを環状に形成したものである。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したリニアアクチュエータにおいて、前記可動子が、各固定子片によって包囲された空間内に配置されていることを特徴とする。
これにより、可動子の軸部を支持する軸受を環状のブリッジの通孔内に配置することができ、リニアアクチュエータの軸方向寸法を短くすることができる。
【００１６】
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、環状のブリッジを、テープ状の鋼板を巻いて形成したものである。
【００１７】
請求項４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、環状のブリッジを、鋼板を軸方向に積層して形成したものである。
【００１８】
請求項５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、環状のブリッジを、粉末磁性体を焼結または接着して形成したものである。
【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は本発明の第１実施形態を示す斜視図である。図９と同一の構成要素には同一の参照符号を付してあり、以下では、異なる部分を中心に説明する。
【００２０】
図１において、１００Ａは固定子であり、２００は図９と同様に構成された可動子である。
固定子１００Ａにおいて、固定子片１０１〜１０４の長手方向片側の端面には、磁性体からなる環状のブリッジ１１５が密着して接合されている。このブリッジ１１５は、軸方向から見て四隅が丸く形成され、半径方向に沿った幅は固定子片１０１〜１０４の幅に等しいと共に、ブリッジ１１５の外周面は固定子片１０１〜１０４の外面と面一状になっている。また、１１６はブリッジ１１５の中心に形成された通孔であり、可動子２００の軸部２０２の直径よりも十分に大きい内径を有している。
なお、コイル１０８〜１１１は固定子片１０１〜１０４のブリッジ１１５近傍にそれぞれ集中的に巻回されている。
【００２１】
また、固定子片１０１〜１０４の内面の突起１０７の配置や可動子２００の構造、並びにリニアアクチュエータとしての動作原理は図９と同様であるため、詳述を省略する。
【００２２】
この実施形態によれば、環状のブリッジ１１５の周方向に直交する断面の面積をほぼ均一にすることができ、各固定子片１０１〜１０４からブリッジ１１５を経由する磁路の磁気抵抗を均一化することができる。従って、リニアアクチュエータとしての磁気特性の向上が可能である。
更に、通孔１１６の径を大きくし、この通孔１１６の内部に軸部２０２を支持する軸受（図示せず）を収納すれば、リニアアクチュエータの軸方向寸法を短縮して装置全体の小型化に寄与することができる。
【００２３】
次に、図２は本発明の第２実施形態におけるブリッジ１２０を示している。ブリッジの形状としては、図１に示したようなものばかりでなく、図２に示す如く単純な円環状（トロイダル状）であってもよい。
図３は、本発明の第３実施形態におけるブリッジ１２２を示すものである。
すなわち、図示するように、テープ状鋼板１２１を巻き上げることで、円環状のブリッジ１２２を簡単かつ安価に製造することができる。
なお、図示されていないが、これらの各実施形態における固定子片、コイル、可動子等の構成は第１実施形態と同一である。
【００２４】
ここで、図４は前記各実施形態における固定子片とブリッジとの接合部を示す図である。なお、ブリッジとしては図３に示した円環状のブリッジ１２２を想定しており、固定子片に巻回されるコイルは図示を省略してある。
図４において、１３０は固定子片１０１〜１０４の内部を通過する磁束を示し、１４０はブリッジ１２２の内部を通過する磁束を示している。固定子片１０１〜１０４の内部を通る磁束１３０はブリッジ１２２との接合面を介してブリッジ１２２に達し、ブリッジ１２２の内部では円周方向に沿って通過する。
従って、仮にブリッジが無垢の金属材料であったり、あるいはブリッジの固定子片接合面が平板状の金属によって形成されている場合には、磁束による渦電流が過大になり、渦電流損による効率の低下や発熱量の増大等の問題を生じる。
【００２５】
しかし、上述した渦電流の問題は、図３に示したようにテープ状鋼板１２１を巻き上げてブリッジ１２２を形成することで解決する。すなわち、このブリッジ１２２において、固定子片１０１〜１０４との接合面では、磁束は積層された鋼板に沿って通過するため、一般に知られているように渦電流損は極めて小さい値に制限される。また、ブリッジ１２２の内部においても磁束は積層された鋼板に沿って通過することが明らかである。
なお、各実施形態において、固定子片１０１〜１０４を積層鋼板により形成したり、後述する第７実施形態のブリッジのように粉末磁性体によって形成しても良い。
【００２６】
図５は、本発明の第４実施形態におけるブリッジ１２４を示している。このブリッジ１２４は、複数の円環状鋼板１２３を軸方向に積層して形成されている。この実施形態においては、図６に示すように、ブリッジの外周面を切除して平坦面１２５ａとすることによりブリッジ１２５を形成し、これらの平坦面１２５ａに固定子片１０１〜１０４の端部を接合すると良い。
【００２７】
このように構成すれば、固定子片１０１〜１０４とブリッジ１２５との接合面及びブリッジ１２５の内部において、磁束がブリッジ１２５の積層鋼板に沿って通過するため、渦電流を低減することができる。
図６のように固定子片１０１〜１０４をブリッジ１２５の外側に配置する構造は、ブリッジ１２５の半径方向に沿った空間に余裕がある場合に適している。
【００２８】
図７は、本発明の第５実施形態における主要部の正面図である。図７に示すように、固定子片１０１〜１０４を円環状のブリッジ１２６の内側に接合、配置しても良い。１２６ａは、ブリッジ１２６の内周面に形成されて固定子片１０１〜１０４との接合面になる平坦面である。なお、この実施形態でも、ブリッジ１２６は図５のように円環状鋼板１２３を軸方向に複数積層して形成されている。
【００２９】
更に、図８は、本発明の第６実施形態における主要部の正面図である。この実施形態では、嵌合孔１２９を４ヶ所に形成した円環状鋼板を軸方向に複数積層してブリッジ１２７が形成される。これら４ヶ所の嵌合孔１２９に固定子片１０１〜１０４の端部を嵌合することにより、ブリッジ１２７と固定子片１０１〜１０４とが接合され、一体化される。
【００３０】
なお、固定子片１０１〜１０４を積層鋼板により形成する場合には、この積層鋼板を貫通して磁束が通過するのを防止するため、嵌合孔１２９の幅を各固定子片１０１〜１０４の積層鋼板の積層方向に広くして、嵌合孔１２９内に隙間１２８が形成されるようにすると良い。この場合、隙間１２８の磁気抵抗は高いため、固定子片１０１〜１０４の鋼板の面からブリッジ１２７方向へ磁束が通過するのを抑制することができ、渦電流損の低減に効果的である。
【００３１】
また、図示されていないが、本発明の第７実施形態として、環状のブリッジをフェライト等の粉末磁性体を焼結あるいは接着して構成することも可能である。このような方法で製造された磁性体コアは、粉末磁性体が数μｍ程度の粒径を有する微小粒子であり、かつ、粉末同士が電気的に絶縁されるため、渦電流損が抑制されることが一般的に知られている。
更に、ブリッジを積層鋼板によって形成する場合と異なり、磁束がどの方向に通過しても同様な渦電流損低減効果があるため、前述した何れの構成にも適用可能である。
特に、製造上、環状のブリッジを粉末磁性体により形成する際には形状の自由度が高く、例えば図１や図６〜図８に示した各種形状のブリッジを容易に実現することができる。
【００３２】
なお、上記各実施形態では、固定子片の数が４個であり、可動子の断面形状が四角形の場合について説明した。しかしながら、本発明はこれらに限定されるものではなく、固定子片の数については一般にＫ（Ｋは３以上の整数）個の場合に適用可能であり、また、可動子の形状としては円筒状または円柱状であっても良い。
更に、固定子片に関しては、その長手方向に沿って鋼板を積層する構造としたり、あるいは粉末磁性体を焼結または接着して固めた構造としても良い。
【００３３】
また、上記各実施形態では、可動子を各固定子片によって包囲される空間内に配置する場合を説明したが、本発明は、例えば各固定子片の外面に突起をそれぞれ形成すると共に、これらの突起に対向する磁極を内周面に配置した円筒状の可動子を形成し、各固定子片の外側に可動子を同心的に配置する構造も含むものである。この場合、可動子の軸受をブリッジの通孔内に配置することは困難になるが、ブリッジを環状に形成することにより、少なくとも、本発明の課題の一つである磁気特性の向上は可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の固定子片を磁気的に結合するブリッジを環状に形成することにより、磁気特性を良好に保ったままで可動子の軸部やその軸受の配置の自由度を高めることができ、例えばブリッジの通孔に前記軸受を収納すれば、リニアアクチュエータの軸方向寸法を短くして全体の小型化を達成することができる。
更に、従来よりも簡単にブリッジを形成することができ、実用性の向上やコストの低減も期待できる。
【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】本発明の第２実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施形態の主要部を示す説明図である。
【図４】本発明の各実施形態における固定子片とブリッジとの接合部を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態の主要部を示す説明図である。
【図６】本発明の第４実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図７】本発明の第５実施形態の主要部を示す正面図である。
【図８】本発明の第６実施形態の主要部を示す正面図である。
【図９】先願に係るリニアアクチュエータの斜視図である。
【図１０】図９の動作説明図である。
【図１１】図９の動作説明図である。
【符号の説明】
１００Ａ：固定子
１０１〜１０４：固定子片
１０８〜１１１：コイル
１１５，１２０，１２２，１２４，１２５，１２６，１２７：ブリッジ
１１６：通孔
１２１：テープ状鋼板
１２３：円環状鋼板
１２５ａ，１２６ａ：平坦面
１２８：隙間
１２９：嵌合孔
１３０，１４０：磁束
２００：可動子
２０１：磁極
２０２：軸部
【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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