(57)【要約】  プリント回路板（ＰＣＢ）コイルリニアアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、コイル構造部と磁石構造部とを含んでいる。コイル構造部は、電気的に直列に接続された複数のＰＣＢコイルを含んでいる。１列に配置されたＰＣＢコイルと隣接するＰＣＢコイルは、隙間によって分離されている。それぞれのＰＣＢコイルは、ボード部材に配置された小型で複数層のコイル部材を含んでいる。アクチュエータ構造部は、１列に配置された複数の磁石ユニットを含んでおり、隣接する磁石ユニットは、隙間によって分離されている。アクチュエータを組み立てるとＰＣＢコイルが磁石ユニットと交互に並ぶように構成されている。ＰＣＢコイルリニアアクチュエータは、従来の溝付ボビンボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡｓ）に代わるものであり、特に高速ステアリングミラー（ＦＳＭ）で利用できる。ＰＣＢコイルリニアアクチュエータは、同等のモータ定数のＶＣＡに勝るいくつかの利点を提供し、向上した性能を含み、軽量で薄型である。【選択図】図４
2010514393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁アクチュエータであって、
電磁界を発生させるように構成されている少なくとも１体のプリント回路板コイルを含んだコイル構造部と、
前記電磁界と互いに影響する磁界を発生させるように構成されている少なくとも１体の磁石ユニットを含んだ磁石構造部と、
を含んでいることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】
少なくとも１体のプリント回路板コイルは、ＰＣボード上に配置された略平坦なコイル部材を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項３】
コイル部材は、重ねられた複数のコイル層を含んでいることを特徴とする請求項２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項４】
複数のコイル層は、８枚のコイル層を含んでおり、
前記８枚のコイル層の最初の４層のそれぞれは、前記８枚のコイル層の続く４層に並列状態で接続された２巻きを有していることを特徴とする請求項３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項５】
少なくとも１体のプリント回路板コイルは、互いに電気的に直列に連結された複数のプリント回路板コイルを含んでおり、
少なくとも１体の磁石ユニットは、複数の磁石ユニットを含んでいることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項６】
少なくとも１体の磁石は、重ねられた第１磁石と第２磁石とを含んでおり、
前記第１磁石と前記第２磁石は、少なくとも１体のコイル部材の表面に対して垂直である磁極軸を有しており、
前記第１磁石と前記第２磁石は、反対の磁極方向性を有していることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項７】
アクチュエータの端部に配置され、本アクチュエータの磁性回路を閉じている非磁極片を含んでいることを特徴とする請求項６記載の電磁アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１記載の電磁アクチュエータであって、
コイル構造部は、
前記コイル構造部を高速ステアリングミラー装置のミラーとベース部の一方に固定させるように構成された第１ベース部材と、
少なくとも１体のプリント回路板コイルを前記第１ベース部材に固定させるように構成された少なくとも１体のコイルクランプと、を含んでおり、
磁石構造部は、
前記磁石構造部を前記高速ステアリングミラー装置の前記ミラーと前記ベース部の他方に固定させるように構成された第２ベース部材と、
少なくとも１体の磁石を前記第２ベース部材に固定させるように構成された少なくとも１体の要素と、
を含んでいることを特徴とする請求項１記載の電磁アクチュエータ。
【請求項９】
電磁アクチュエータであって、
電磁界を発生させるように構成された複数のプリント回路板コイルを含んだコイル構造部を含んでおり、
前記プリント回路板コイルは、隣接する前記プリント回路板コイル間に隙間を提供するように１列に配置されており、
本アクチュエータは、隣接する磁石ユニット間に隙間を提供するように１列に配置された複数の磁石ユニットを含んだ磁石構造部をさらに含んでおり、それぞれの前記磁石ユニットは、磁界を創出するように構成された少なくとも１体の磁石を含んでおり、
前記磁石ユニットと前記プリント回路板コイルは、該磁石ユニットの内側磁石ユニットが隣接する前記プリント回路板コイル間の前記隙間に配置されるように、本アクチュエータに沿って交互に並ぶように構成されており、
前記回路板コイルは、隣接する前記磁石ユニット間の前記隙間に配置されており、
前記磁石ユニットの外側磁石ユニットは、前記プリント回路板コイルの最外側の該プリント回路板コイルの外側で本アクチュエータの端部に配置されていることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項９記載の電磁アクチュエータであって、
コイル構造部は、
前記コイル構造部を高速ステアリングミラー装置のミラーとベース部の一方に固定させるように構成された第１ベース部材と、
プリント回路板コイルを前記第１ベース部材に固定させるように構成されたコイルクランプと、を含んでおり、
磁石構造部は、
前記磁石構造部を前記高速ステアリングミラー装置の前記ミラーと前記ベース部の他方に固定させるように構成された第２ベース部材と、
磁石ユニットを前記第２ベース部材に固定させるように構成された要素と、
を含んでいることを特徴とする請求項９記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１１】
アクチュエータの端部に配置され、本アクチュエータの磁性回路を閉じている非磁極片を含んでいることを特徴とする請求項９記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１２】
それぞれのプリント回路板コイルは、ＰＣボード上に配置された略平坦なコイル部材を含んでいることを特徴とする請求項９記載の電磁アクチュエータ
【請求項１３】
コイル部材は、重ねられた複数のコイル層を含んでいることを特徴とする請求項１２記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１４】
複数のコイル層は、８枚のコイル層を含んでおり、
前記８枚のコイル層の最初の４層のそれぞれは、前記８枚のコイル層の続く４層に並列状態で接続された２巻きを有していることを特徴とする請求項１３記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１５】
プリント回路板コイルは、互いに電気的に直列に連結されていることを特徴とする請求項９記載の電磁アクチュエータ。
【請求項１６】
少なくとも１体の磁石は、重ねられた第１磁石と第２磁石とを含んでおり、
前記第１磁石と前記第２磁石は、少なくとも１体のコイル部材の表面に対して垂直である磁極軸を有しており、
前記第１磁石と前記第２磁石は、反対の磁極方向性を有していることを特徴とする請求項９記載の電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＦＲＬ/ＰＫ８ＶＶ  ＤＥＴ８空軍研究所により授与された契約ＦＡ９４５３−０５−Ｍ−００７０による政府財政支援のもとに為された。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、ボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡ）は、高速ステアリングミラー（ＦＳＭ）でアクチュエータとして利用されている。
【０００３】
典型的には、ＶＣＡは、溝付ボビンの周囲に巻かれたコイルを含む。図１と図２に示されるように、ＶＣＡ１０は、ハウジング部２０、ハウジング２０部の内部に配置された磁石構造部４０およびハウジング部２０の内部に配置されたコイル構造部６０を含む。このコイル構造部６０は、溝付ボビン６４の周囲に巻き付けられたコイル部材６２を含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のボイスコイルアクチュエータと比較して改善された性能、軽量および薄型であるアクチュエータを提供することは望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここでは、ＰＣＢコイルリニアアクチュエータが開示されている。このアクチュエータは、高速ステアリングミラー（ＦＳＭ）のごとき装置のベース部側に取り付けられるコイル構造部と、ＦＳＭのミラー側のごとき装置の可動側に取り付けられる磁石構造部とを含む。場合によっては、コイル構造部をミラー側に取り付け、磁石構造部をベース部側に取り付けることも可能である。
【０００６】
コイル構造部は、直列に連結された複数のＰＣＢコイルを含む。それぞれのＰＣＢコイルは、複数のコイル層を有した小型の楕円形コイル部材を含む。コイル部材は、コイル構造部のベース部に固定されたボード部材の上に配置されている。
【０００７】
アクチュエータは、さらに、そのベース部に固定され、ＰＣＢコイルと磁石ユニットがアクチュエータに沿って交互に並ぶようにＰＣＢコイルと１列に配置された複数の磁石ユニットを有した磁石構造部も含む。これら磁石ユニットは、それぞれ反対磁極を有した下方磁石と上方磁石とを含む。それらの磁極軸は、コイル部材の面に対して垂直である。アクチュエータ内で磁性回路を閉じるために磁極片またはシャントが最外側に存在する磁石ユニットの磁石の外側に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のＰＣＢコイルアクチュエータは、従来のボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡＳ）に勝るいくつかの利点を提供する。
【０００９】
・コイル巻不要の高品質製品
・迅速アプリケーション適合を可能にするモジュール設計
・製造時間短縮
・単純機構電気機械インターフェース
・並列/直列巻き組み合わせのＰＣＢコイルへの直接ジャンパ可能
・コイル構造部の搭載ベース部への優れた熱伝導性
・超高衝撃耐久性および超高振動耐久性
・超高周波数性能をもたらす高剛性
本発明は、添付図面を参照に付した以下の発明の詳細な説明により理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来型ボイスコイルアクチュエータの斜視図である。
【図２】図２は、図１で示すボイスコイルアクチュエータのボビンとボイスコイルの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の１実施例によるＰＣＢコイルリニアアクチュエータの側面断面図である。
【図４】図４は、図３で示すＰＣＢコイルリニアアクチュエータのコイル構造部の斜視図である。
【図５】図５は、図４で示すコイル構造部のＰＣＢコイルの平面図である。
【図６】図６は、図５で示すＰＣＢコイルのコイル部材の積層部を示す切り欠き側面図である。
【図７】図７は、図６で示すコイル部材の積層部の電気接続状態を示す概略図である。
【図８Ａ】図８Ａは、図４で示すコイル構造部のコイルベース部の平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図４で示すコイル構造部のコイルベース部の側面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図４で示すコイル構造部のコイルベース部の端面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図４で示すコイル構造部のコイルクランプの平面図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図４で示すコイル構造部のコイルクランプの側面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図４で示すコイル構造部のコイルスタンドオフの平面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図４で示すコイル構造部のコイルスタンドオフの側面図である。
【図１１】図１１は、図３で示すＰＣＢコイルリニアアクチュエータの磁石構造部の斜視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１１で示す磁石構造部の面を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１１で示す磁石構造部の面を示す斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、図１１で示す磁石構造部の磁石ベース部の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、図１１で示す磁石構造部の磁石ベース部の側面図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、図１１で示す磁石構造部の磁石ベース部の端面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、図１１で示す磁石構造部の内側下方磁石クランプの平面図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１１で示す磁石構造部の内側下方磁石クランプの側面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、図１１で示す磁石構造部の内側磁石ホルダの平面図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１１で示す磁石構造部の内側磁石ホルダの側面図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、図１１で示す磁石構造部の内側上方磁石クランプの平面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、図１１で示す磁石構造部の内側上方磁石クランプの側面図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１１で示す磁石構造部の外側下方磁石クランプの平面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１１で示す磁石構造部の外側下方磁石クランプの側面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図１１で示す磁石構造部の外側磁石ホルダの平面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１１で示す磁石構造部の外側磁石ホルダの側面図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、図１１で示す磁石構造部の外側上方磁石クランプの平面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、図１１で示す磁石構造部の外側上方磁石クランプの側面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図１１で示す磁極片を形成する磁石シャントの平面図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、図１１で示す磁極片を形成する磁石シャントの側面図である。
【図２１】図２１は、ＰＣＢコイルリニアアクチュエータの強度反応を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の１実施例によるＰＣＢコイルリニアアクチュエータは、図１から図２１を利用した以下の詳細な解説にて説明されている。このようなアクチュエータは、高速ステアリングミラー（ＦＳＭ）アプリケーションにおいて特に有効であるが、他の利用形態も想定内である。
【００１２】
図３は、ＰＣＢコイルリニアアクチュエータ１００を示す。このアクチュエータ１００は、コイル構造部１１０と磁石構造部１５０とを含んでおり、以下で詳細に解説されている。
【００１３】
図３と図４で示すコイル構造部１１０は、コイル構造部のベース部１２０で１列に並べられて配置された複数のＰＣＢコイル１１２を含む。隙間１１４が隣接するＰＣＢコイル１１２間に形成されている。これらＰＣＢコイル１１２は、電気的に直列に接続されている。図３、図４および図８Ａから図８Ｃにかけて図示するようにコイル構造部のベース部１２０は、搭載穴１２２を利用してＦＳＭ装置３００のベース部３０２に搭載できる。図３、図８Ａおよび図８Ｃで図示するようにベース部材１２０は、ＰＣＢコイル１１２の底端を保持するための保持スロット１２４を含む。コイル構造部１１０は、さらにコイルスタンドオフ１２６（図４、図１０Ａおよび図１０Ｂで図示）を含む。これらは、ベース部材１２０の両側に沿って２列に固定穴１３０と１３２を介してベース部材１２０に取り付けられており、ＰＣＢコイル１１２の端部を保持するための保持スロット１３４を含む。１対のコイルクランプ１３６（図９Ａと図９Ｂで図示）は、ベース部材１２０の両側に沿って２列に配列され、固定穴１３０と１３８および整合ネジ（図示せず）を介してコイルスタンドオフ１２６ａと１２６ｂの上端に固定されている。ネジ（図示せず）がコイルスタンドオフ１２６ａと１２６ｂをベース部材１２０に固定するために使用される。コイルクランプは、保持スロット１４０内でＰＣＢコイル１１２の上縁部を固定するために配置される。
【００１４】
図５から図７にかけて図示されているように、それぞれのＰＣＢコイル１１２は、ボード部材または、ＰＣＢボード１１８に搭載される薄型で平坦なコイル部材１１６を含む。コイル部材１１６は、ボード部材１１８の表面上に楕円形状に巻き付けられ、上下に重ねられ、直列に連結された複数のコイル層１１６ａから１１６ｈを含む。コイル層１１６ａから１１６ｈは、膜層（図示せず）によって互いに絶縁されている。
【００１５】
図７は、コイル層１１６ａから１１６ｈの電気接続の詳細を概略的に示す。図７で図示するように個別のコイル層は、直列に接続されており、対コイル間は、架橋されている。この例では、それぞれのコイル部材１１６は、ボードあたり８巻きを提供するように設計された８枚のコイル層を含む。最上層１１６ａから第５中間層１１６ｆまで、第２中間層１１６ｂから第６中間層１１６ｇまで、等々の相互接続は、ボード部材１１８を通る導電バイアで提供される。最初の４層である１１６ａから１１６ｄでは、層あたり２巻きが存在する。それらは、並列状態で続く４層１１６ｅから１１６ｈに接続されている。上述の構造を有するＰＣＢコイルは、約０．０４インチの厚みである。ＰＣＢコイルの１特殊実施例を上述したが、他の実施形態であっても可能である。例えば、異なる層数とコイル巻数、層間の異なる接続形態、および異なる形状およびサイズも可能である。
【００１６】
図３と図１１で図示するように、磁石構造部１５０は、磁石構造部１５０の内側領域に内側磁石ユニット１６０を含み、磁石構造部１５０の端部には、外側磁石ユニット１８０を含む。これら磁石ユニット１６０と１８０は、１列に配置され、磁石構造部のベース部２００に固定されており、ＰＣＢコイル１１２を収容するために隣接する磁石ユニット１６０と１８０を隙間１５２にて分離させている。図１１と図１３Ａから図１３Ｃにかけて図示するように、ベース部材２００は、ＦＳＭ装置３００のミラー３０４に搭載穴１９２により搭載されている。コイル構造部１１０のベース部材１２０をＦＳＭミラー３０４に搭載し、磁石構造部のベース部材２００をＦＳＭ装置のベース部３０２に搭載することも可能であり、場合によっては望ましい。
【００１７】
図３と図１２で図示するように、それぞれの内側磁石ユニット１６０は、第１下方磁石１６２と第２上方磁石１６４を含む。下方磁石１６２と上方磁石１６４は、反対の磁極方向性（“Ｎ”と“Ｓ”）となるように配置される。それらの磁極軸は、コイル部材１１６の平面に対して垂直となる。図３および図１４Ａと図１６Ｂで図示するように内側磁石ユニット１６０は、内側下方磁石クランプ１６６（図１４Ａと図１４Ｂ）と、内側中央磁石ホルダ１６８（図１５Ａと図１５Ｂ）と、内側上方磁石クランプ１７０（図１６Ａと図１６Ｂ）とをさらに含む。これら内側下方磁石クランプ１６６と内側上方磁石クランプ１７０は、実質的に棒状である。内側中央磁石ホルダ１６８は、本質的には、Ｈ形状であり、水平部１６８ａと、水平部１６８ａの両端の垂直部１６８ｂとを有している。内側下方磁石クランプ１６６と内側上方磁石クランプ１７０は、固定穴１６６ａ、１６８ｃおよび１７０ａと整合固定具（図示せず）を介して内側中央磁石ホルダ１６８の垂直部１６８ｂのそれぞれ下端と上端に取り付けられている。従って下方磁石１６２は、内側下方磁石クランプ１６６と内側中央磁石ホルダ１６８の間に固定され、上方磁石１６４は、内側上方磁石クランプ１７０と内側中央磁石ホルダ１６８の間に固定されている。内側下方磁石クランプ１６６は、固定穴１６６ｂとベース部２００の整合穴（図示せず）に挿入された固定具（図示せず）によって磁石構造部のベース部２００に取り付けられている。
【００１８】
図３、図１２Ａおよび図１２Ｂで図示するように、それぞれの外側磁石ユニット１８０は、磁極軸がコイル部材１１６の平面に対して垂直である反対磁性（“Ｎ”と“Ｓ”）を有するように第１下方磁石１６２と第２上方磁石１６４を含む。外側磁石ユニット１８０は、磁極片またはシャント１８２（図２０Ａと図２０Ｂ）をさらに含む。
【００１９】
図３と図１７Ａと図１９Ｂで図示するように、外側磁石ユニット１６０は、外側下方磁石クランプ１８６（図１７Ａと図１７Ｂ）と、外側中央磁石ホルダ１８８（図１８Ａと図１８Ｂ）と、上方磁石クランプ１９０（図１９Ａと図１９Ｂ）とをさらに含む。外側下方磁石クランプ１８６と外側上方磁石クランプ１９０は、実質的に棒状である。外側中央磁石ホルダ１８８は、本質的にＨ形状であり、水平部１８８ａと、水平部１８８ａの両端の垂直部１８８ｂとを有している。外側下方磁石クランプ１８６と外側上方磁石クランプ１９０は、固定穴１８６ａ、１８８ｃおよび１９０ａを介して外側中央磁石ホルダ１８８の垂直部１８８ｂの下端と上端とにそれぞれ取り付けられている。よって下方磁石１６２は、外側下方磁石クランプ１８６と外側中央磁石ホルダ１８８の間に固定され、上方磁石１６４は、外側上方磁石クランプ１９０と外側中央磁石ホルダ１８８の間に固定される。磁極片１８２は、外側磁石ユニット１８０の上方磁石１６２と下方磁石１６４の外側に配置され、外側下方磁石クランプ１８６と外側上方磁石クランプ１９０の間で固定される。外側下方磁石クランプ１８６は、搭載穴１８７と１９４によって磁石構造部のベース部２００に取り付けられる。
【００２０】
磁石１６２と１６４は、例えば３５ＭＧＯｅネオジミウムボロン鉄（ＮｄＢＦｅ）エネルギー製品磁石である。さらに高性能化するため磁石１６２と１６４を５０ＭＧＯｅＮｄＢＦｅ永久磁石とすることもできる。高温利用のためには、高エネルギー製品サマリウムコバルト磁石１６２と１６４が使用できる。他のタイプの磁石でも同様に利用できる。磁極片は、入手容易な炭素鋼である、例えばＣ１００８で製造することができる。これは、約１８０００ガウスの飽和磁束密度を有する。しかし、磁極片１８２をヒパーコ５０Ａ（バナジウムパーメンジュールとしても知られる）で製造することでも高性能は達成される。これは、２３０００ガウスまでの飽和磁束密度を有する。この高磁束密度のために磁束密度比においてＣ１００８よりも小さい比のヒパーコ５０Ａがアクチュエータの重量を減少させるために必要となろう。
【００２１】
磁石構造部（すなわち磁石構造部のベース部２００）のその他の非磁性部材である下方磁石クランプ１６６と１８６、中央磁石ホルダ１６８と１８８、および上方磁石クランプ１７０と１９０並びにコイルベース部材１２０、コイルスタンドオフ１２８ａと１２８ｂ、およびコイルクランプ１３６は、アルミニウムまたは別の適した材料で製造できる。１つの他の可能な材料は、トルロン（ポリイミドアミド、ＰＩＡ）である。この材質は、強靭であり、高温耐熱性があり、Ｃ１００８やネオジミウム磁石に匹敵する熱膨張係数を示す。アルミニウムは、トルロンよりも強度が高いが、２倍の重さである。これらおよび他の材料は、重量、構造的剛性および費用のごとき設計考察要因に基づいて使用できる。
【００２２】
図示の実施例では、５体の内側磁石ユニット１６０と２体の外側磁石ユニット１８０とを含んだ７体の磁石ユニットを提供することによって全部で１４体の磁石を提供している。磁石構造部１５０は、コイル構造部１１０を考慮して設計されている。アクチュエータ１００が組み立てられたとき（図３）、コイル構造部１１０と磁石構造部１５０は、コイル構造部のベース部１２０と磁石構造部のベース部２００とが両側に配置されるようにインターフェースし、ＰＣＢコイルは、隣接する磁石ユニット１６０と１８０との間の隙間１５２に挿入され、内側磁石ユニット１６０は、隣接する内側ＰＣＢコイル１１２間の隙間１１４に挿入され、外側磁石ユニット１８０は、外側ＰＣＢコイル１１２の外側に配置される。このようにしてＰＣＢコイル１１２と磁石ユニット１６０、１８０は、アクチュエータ１００に沿って交互に並ぶように構成されている。アクチュエータ１００は、様々な数のＰＣＢコイルと磁石ユニット１６０、１８０を有する類似の形態で規模を拡大または縮小することができる。
【００２３】
操作時に、ＰＣＢコイル１１２に電流が適用されると、コイル１１２は、磁石構造部１６０、１８０によって創出される磁界と互いに影響する磁界を創出することで、適用された電流に比例させてＦＳＭ３００のミラー側３０４の動作を提供する。アクチュエータによって適用される力は、以下の式によって求められる。
Ｆ（ニュートン）＝Ｎ・Ｉ・Ｌ・Ｂ
式中、
Ｎ＝有効巻数、
Ｉ＝ＰＣＢコイルに流入する電流（アンペア）、
Ｌ＝磁界に垂直な１巻の有効長（メートル）、
Ｂ＝ＰＣＢコイルを通じて垂直に適用される平均磁界磁束密度（テスラ）
【００２４】
本発明のアクチュエータの性能特性と利点は、次の実施例で理解できるであろう。
【実施例】
【００２５】
ＦＳＭ利用のため、試作品のＰＣＢコイルリニアアクチュエータを評価した。アクチュエータのためのいくつかの重要パラメータは、±０．０３２インチ（０．８ｍｍ）の必要往復運動距離、０．０２０インチ（０．５ｍｍ）のコイル構造部と磁石構造部との間の隙間、および５０ニュートン以上の最大力であった。試作品のための別パラメータを以下に示す。
【００２６】
試作品ＰＣＢコイルリニアアクチュエータは、６体の０．０４０インチ厚の８層ＰＣＢコイルとボードあたり有効巻数８巻を利用した。ＰＣＢコイルを直列に連結して有効巻数４８巻とした。各ＰＣＢコイルの設置場所は、３．００インチｘ０．６７５インチであった。この試作品は、１４体のＭＧ  ＮｄＢＦｅ磁石（２インチ長、約３/８インチ幅）とＣ１００８磁極片をさらに利用した。アクチュエータの非磁性構造部材は、アルミニウムで形成された。従来型のボイスコイルアクチュエータ（ＶＣＡ）と比較した第１試作品の予測および実際の試験結果を次の表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表1に関連して、試験されたアクチュエータは、次の特性を示した。
力定数                  ‐２．５４ニュートン/アンペア
モータ定数              ‐４．３３ニュートン/ワット１/２
巻抵抗                  ‐０．３４３オーム
巻インダクタンス        ‐＜０．０４４ミリ‐ヘンリー
名目アクチュエータ長    ‐０．８８７インチ（２２．４ｎｍ）
コイル重量（ベース部側）‐６７．０ｇ
磁石重量（ミラー側）    ‐１４２．０ｇ
アクチュエータ総重量    ‐２０９ｇ
電気時間定数（Ｌ/Ｒ）   ‐１２８μ秒
図２０は、アクチュエータの強度反応を示すグラフであり、試作品試験の結果を示している。
【００２９】
比較の結果、典型的実施例のＶＣＡは、以下のパラメータを有している。
力定数                  ‐５．８ニュートン/アンペア
モータ定数              ‐２．８ニュートン/ワット１/２
巻抵抗                  ‐４．４オーム
巻インダクタンス        ‐＜１．４ミリ‐ヘンリー
名目アクチュエータ長    ‐１．５６インチ（３９．６２ｎｍ）
コイル重量              ‐  ２５ｇ
磁石重量                ‐１９６ｇ
アクチュエータ総重量    ‐２２１ｇ
電気時間定数（Ｌ/Ｒ）   ‐３１８μ秒
【００３０】
上記の結果から試作品は、本発明のアクチュエータは、優れた性能を提供し、効率性の臨界的領域内での予測性能以上の実際の性能を示すことを証明した。例えば実際のモータ定数は、４．３３ニュートン/ワット１/２と計算されたが、これは、およそ同じアクチュエータ総重量を有する典型的なＶＣＡよりも５４％高い。モータ定数は、アクチュエータの全体的効率性を示している。本例のＶＣＡは、さらに多くの有効巻きを有しており、結果として力定数は、高いが効率性が低い。有効巻数を増加させることでさらに高い力定数のＰＣＢコイルアクチュエータを設計することもできるが、この場合の設計は、超低抵抗アクチュエータ（本例のＶＣＡでは、０．３４３オーム対４．４オーム）用であった。モータ定数は、力定数の１関数であり、その抵抗は、次の通りである。
ＫＭ＝ＫＦ/Ｒ１/２
【００３１】
ＰＣＢコイルアクチュエータ試作品は、２１ニュートンの力を発生させるように設計された。例えば試験された試作品は、２１ニュートンの力を発生させるために、ＶＣＡが５７．６８ワットを必要としたのに対して、２３．５ワットの力を必要とするだけであった。このように試作品は、同じ力を発生させるためにＶＣＡが必要とした力の４１％の力を必要とするだけであった。さらに、試験された試作品は、１２８μ秒の時間定数を有していたのに対して、ＶＣＡの時間定数は、３１８μ秒であった。試作品の試験時間定数は、現在１ｋＨｚループで使用されているものの４０％であり、本発明のアクチュエータを２ｋＨｚループのクローズに使用できないことは考えられない。
【００３２】
ＰＣＢコイルアクチュエータの性能を、バナジウムパーメンジュールや５０ＭＧＯｅ磁石等のさらに高性能の材料を使用することで向上させることができる。
【００３３】
前述の実施例は、本発明の最良実施態様を説明するためのものであり、当業者であれば本発明を特定の利用形態に応じて多様に変形させて利用することができる。従って前述の説明は、本発明をここに開示した形態に限定するものではない。また添付の「請求の範囲」は、詳細な説明で明確に定義されていない別実施例も含むものと解釈されるべきである。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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