(57)【要約】  【課題】可動子の組立精度を向上させ、しかも所望の磁気特性を得ることができるリニア電磁アクチュエータを提供する。  【解決手段】固定子のコイルに通電して前記固定子と可動子との間に磁力を作用させ、この可動子に軸方向に沿った推力を発生させるリニア電磁アクチュエータであって、可動子が、磁極を構成する可動子コアと永久磁石とを軸方向に交互に積層配置して構成されるリニア電磁アクチュエータに関する。可動子２００の軸部２０２に同心状に固定され、かつ軸方向一端部に支持部としてのフランジ２１０ａを有する円筒部材２１０と、その軸方向他端部に固定される固定部材２１１と、を備え、円筒部材の外周面に交互に積層配置された可動子コア２０１及び永久磁石２０３を、前記フランジ２１０ａ及び固定部材２１１により圧接、挟持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子のコイルに通電して前記固定子と可動子との間に磁力を作用させ、この可動子に軸方向に沿った推力を発生させるリニア電磁アクチュエータであって、前記可動子が、磁極を構成する可動子コアと永久磁石とを軸方向に交互に積層配置して構成されるリニア電磁アクチュエータにおいて、
可動子の軸部に同心状に固定され、かつ軸方向一端部に支持部を有する筒部材と、
この筒部材の軸方向他端部に固定可能な固定部材と、を備え、
前記筒部材の外周面に交互に積層配置された前記可動子コア及び永久磁石を、前記支持部及び固定部材により圧接、挟持することを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記可動子コアが、磁極の凸部を構成する第１の鋼板と磁極の凹部を構成する第２の鋼板とを所定枚数ずつ積層したものを単位として形成されると共に、前記永久磁石が軸方向に沿って着磁され、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の可動子コアとＭ−１個の永久磁石とを交互に積層配置したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記筒部材がほぼ円筒状に形成され、前記可動子コアを構成する第１，第２の鋼板及び前記永久磁石に、前記筒部材の外径以上の内径を有する通孔を形成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記固定部材を、前記筒部材の端部に圧入または接着して固定したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記可動子コア及び永久磁石を交互に積層した部材が、ほぼ円筒状に形成されていることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記筒部材及び固定部材を、非磁性体により形成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記固定子は、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複数の固定子片と、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環状のブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されていると共に、
これらの固定子片によって包囲される内部空間に前記可動子が配置され、前記固定子の突起と前記可動子の磁極とがギャップを隔てて対向していることを特徴とするリニア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、固定子との間に作用する磁気力によって直線状に駆動される可動子の構造を改良したリニア電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、この種のリニア電磁アクチュエータの従来技術を示す斜視図であり、その主要部は、本出願人の先願である特願２００３−３５６２３１号に記載されているものである。
図６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レール状（長尺状）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、これらの固定子片１０１〜１０４の長手方向片側の端面に、磁性体からなる環状のブリッジ１２０が密着して接合されている。このブリッジ１２０は、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されており、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１２０の外周面は固定子片１０１〜１０４の外面と面一状になっている。
【０００３】
また、固定子片１０１，１０２，１０３，１０４の前記ブリッジ１２０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。
更に、１１６はブリッジ１２０の中心に形成された通孔である。
【０００４】
図７に詳しく示すように、ブリッジ１２０の固定子片１０１〜１０４と当接する側の面には、固定子片１０１〜１０４と対応してこれらの端部を受容する凹状溝部１２１〜１２４がそれぞれ形成されている。これらの凹状溝部１２１〜１２４の幅Ｂは、固定子片１０１〜１０４の端部を受容（当接）し易くするために、固定子片１０１〜１０４の端部の幅ｂよりも若干長く（Ｂ＞ｂ）形成されている。また、凹状溝部１２１，１２２の中心軸線ｘと、凹状溝部１２３，１２４の中心軸線ｙとは、ブリッジ１２０のほぼ中心付近で交差（図示例では直交）している。
【０００５】
図８に示す如く、固定子片１０１〜１０４の端面を凹状溝部１２１〜１２４の底面に当接させると、凹状溝部１２１〜１２４の各内側面にそれぞれ対峙する固定子片１０１〜１０４の端部の外側面により、前記中心軸線ｘ，ｙ方向に沿ったブリッジ１２０及び固定子片１０１〜１０４の相対的な動きが所定範囲（前記Ｂ−ｂで表される隙間に相当）内で規制される。すなわち、ブリッジ１２０の当接面内の位置が拘束されることになる。
更に、後述する可動子２００Ａの磁極による磁気回路が、凹状溝部１２１〜１２４と固定子片１０１〜１０４との当接面を介して形成されるので、ブリッジ１２０と固定子片１０１〜１０４との間に磁気的吸引力が発生し、ブリッジ１２０が固定子片１０１〜１０４に吸着されて一体的に保持固定される。
【０００６】
このため、接着やネジ止め等の手段を用いなくても、固定子片１０１〜１０４の長手方向及びこれに直交する方向（図７，図８のｘ，ｙ方向）に固定子片１０１〜１０４の位置を規制しつつ、ブリッジ１２０と固定子片１０１〜１０４とを一体的に固定できるようになっている。
よって、組立工程の大幅な簡素化が可能になり、接着剤も不要としてコストの低減を図ることができる。また、固定子片１０１〜１０４とブリッジ１２０とを固定するためのネジ部を設ける必要がなく、磁路が損なわれないため磁気特性の悪化を招くおそれもないと共に、ブリッジ１２０及び固定子片１０１〜１０４に対する加工は、凹状溝部１２１〜１２４を含む両者の当接面を除けば高い寸法精度が要求されることもない。
【０００７】
一方、可動子２００Ａは、図６、図９に示すように、磁極の凸部を構成する正面ほぼ正方形の第１の鋼板２０１ａと、磁極の凹部を構成する正面ほぼ正方形の第２の鋼板２０１ｂとを所定枚数ずつ（この例では２枚ずつ）積層したものを単位とし、これらを軸方向に沿って交互に積層した例えば４個の可動子コア２０１と、これらの可動子コア２０１の間に配置され、かつ、それぞれが軸方向に沿って着磁された３個の永久磁石２０３と、可動子コア２０１及び永久磁石２０３が固定される軸部２０２とから構成されている。
なお、可動子コア２０１及び永久磁石２０３は、交互に積層されて軸部２０２に圧入、接着等の手段により固定されている。
上記可動子２００Ａは、軸部２０２が固定子１００の通孔１１６を貫通するように固定子１００の内部空間に配置され、その際、可動子２００Ａの磁極は固定子１００の突起１０７にギャップを隔てて対向するものである。
【０００８】
図１０は、従来技術における他の可動子２００Ｂを示す縦断面図である。
この例では、軸部２０２に非磁性体からなる円筒部材２０４が固定され、この円筒部材２０４に、図９とほぼ同一構成の可動子コア２０１及び永久磁石２０３（なお、これらの中心を貫通する通孔の内径は、言うまでもなく図９と異なる）が交互に積層配置されている。これらの可動子コア２０１等も、円筒部材２０４に圧入または接着して固定される。
このような構成にすることにより、軸部２０２として鉄などの磁性体を用いた場合でも、可動子コア２０１と軸部２０２との直接的な磁気的結合が回避されて軸部２０２の中を通る漏れ磁束が低減されるため、可動子２００Ｂの推力低下を抑制することができる。
【０００９】
ここで、図６に示したリニア電磁アクチュエータの動作を略述する。
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おり、例えばコイル１０８，１０９に電流を通流して固定子片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２００ＡのＳ極は固定子片１０１の突起１０７に、可動子２００Ａ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は軸方向に沿って移動する。
この時、他の組の固定子片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２００ＡのＳ極は固定子片１０３の突起１０７に、可動子２００Ａ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は同一方向に更に移動する。
【００１０】
次に、コイル１０８，１０９に前記とは逆方向に電流を通流することにより、可動子２００Ａは同一方向に更に移動し、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２００Ａに連続的に推力を発生させてこれを一方向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。
【００１１】
上記のように、この従来技術は固定子１００によって可動子２００Ａを包囲する立体的な構造であるから、リニア電磁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２００Ａの上下左右からの磁気的吸引力の相殺により、可動子２００Ａを支持する軸部２０２及びその軸受け（図示せず）等の機構部に対する負担も小さくなる。
更に、可動子２００Ａを円柱状に形成すれば、可動子２００Ａの軸周りの取付角度を厳密に調整する必要がなくなり、軸部２０２への磁気的吸引力によるモーメントが解消される。また、環状のブリッジ１２０は十分な磁路の確保に効果的であり、その内部に形成された通孔１１６に可動子２００Ａの軸部２０２の軸受けを配置すれば、リニア電磁アクチュエータの小型軽量化に寄与することができる。
【００１２】
なお、前述した図６，図９，図１０のように複数の固定子コア２０１を軸方向に沿って積層した可動子、及びこの可動子を有するリニアパルスモータが、下記の特許文献１，２にも記載されている。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−１７０７１９号公報（図１〜図４等）
【特許文献２】実開平６−６０２８４号公報（図１，図５等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術の可動子２００Ａ，２００Ｂにおいて、可動子コア２０１を軸部２０２や円筒部材２０４に圧入して固定する場合、例えば図１１に示すように、第１の鋼板２０１ａ等に圧入に伴う変形（反り）が発生し、鋼板２０１ａの内部や鋼板２０１ａ，２０１ｂの相互間、更にはこれらと永久磁石２０３との間に隙間が発生することがある。これにより、所定の組立精度が得られなくなると共に、磁気抵抗の増加により、磁路を通る磁束が減少して推力が低下するという問題を生じていた。
また、鋼板２０１ａ，２０１ｂには圧入に伴う応力が残留して磁気特性が劣化し、上記同様に推力が低下する原因となっていた。
【００１５】
更に、可動子コア２０１を圧入ではなく軸部２０２や円筒部材２０４に接着して固定する場合には、多数枚の鋼板２０１ａ，２０１ｂ及び永久磁石２０３を一枚ずつ接着する手間がかかるため、生産性が悪くコスト高になると共に、余分な接着剤が鋼板２０１ａ，２０１ｂや永久磁石２０３の相互間に入り込み、結果的に所定の組立精度や磁気特性が得られなくなるおそれがあった。
【００１６】
そこで本発明は、上記問題点を解消し、可動子の組立精度を向上させ、しかも所望の磁気特性を得ることができるリニア電磁アクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、固定子のコイルに通電して前記固定子と可動子との間に磁力を作用させ、この可動子に軸方向に沿った推力を発生させるリニア電磁アクチュエータであって、前記可動子が、磁極を構成する可動子コアと永久磁石とを軸方向に交互に積層配置して構成されるリニア電磁アクチュエータにおいて、
可動子の軸部に同心状に固定され、かつ軸方向一端部に支持部を有する筒部材と、この筒部材の軸方向他端部に固定可能な固定部材と、を備え、前記筒部材の外周面に交互に積層配置された前記可動子コア及び永久磁石を、前記支持部及び固定部材により圧接、挟持するものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記可動子コアが、磁極の凸部を構成する第１の鋼板と磁極の凹部を構成する第２の鋼板とを所定枚数ずつ積層したものを単位として形成されると共に、前記永久磁石が軸方向に沿って着磁され、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の可動子コアとＭ−１個の永久磁石とを交互に積層配置したものである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、前記筒部材がほぼ円筒状に形成され、前記可動子コアを構成する第１，第２の鋼板及び前記永久磁石に、前記筒部材の外径以上の内径を有する通孔を形成したものである。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記固定部材を、前記筒部材の端部に圧入または接着して固定したものである。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記可動子コア及び永久磁石を交互に積層した部材が、ほぼ円筒状に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記筒部材及び固定部材を、非磁性体により形成したものである。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記固定子は、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複数の固定子片と、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環状のブリッジと、を有し、かつ、各固定子片が互いにほぼ平行に配置されていると共に、
これらの固定子片によって包囲される内部空間に前記可動子が配置され、前記固定子の突起と前記可動子の磁極とがギャップを隔てて対向していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、可動子コアを圧入したり接着する方法によらず、可動子コア及び永久磁石を筒部材の軸方向に沿って積層したものを筒部材の支持部と固定部材とにより圧接、挟持する構造であるため、可動子コアを構成する鋼板の変形や接着剤の入り込みを防ぎ、組立精度や磁気特性の向上、生産性の向上、コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す斜視図である。図６及び図１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００２６】
図１において、１００は固定子であり、その構造は図６と全く同一である。
２００は可動子であり、その構造を図２を参照しつつ以下に説明する。図２において、２１０は軸部２０２に固定される円筒部材であり、この円筒部材２１０の軸方向一端部には支持部としてのフランジ２１０ａが形成されている。また、２１１は前記円筒部材２１０の軸方向他端部に嵌合される円環状の固定部材である。
【００２７】
更に、図１０と同様に、磁極の凸部を構成する正面ほぼ正方形の第１の鋼板２０１ａと、磁極の凹部を構成する正面ほぼ正方形の第２の鋼板２０１ｂとを所定枚数ずつ（この実施形態では２枚ずつ）積層したものを単位とし、これらを軸方向に沿って交互に積層した例えば４個の可動子コア２０１と、これらの可動子コア２０１の間に配置された３個の永久磁石２０３とが、前記円筒部材２１０の胴部の外周面に配置されている。
図３は可動子コア２０１を、図４は永久磁石２０３を示す正面図であり、鋼板２０１ａ，２０１ｂ及び永久磁石２０３には、円筒部材２１０の胴部の外径以上の内径を有する通孔２０１ｃ，２０３ａが形成されている。
【００２８】
この可動子２００の組立方法を説明すると、まず、円筒部材２１０に軸部２０２を挿入して両者を一体的に固定する。次に、可動子コア２０１及び永久磁石２０３を所定枚数、交互に円筒部材２１０の非フランジ側端部から胴部に被装し、最後に固定部材２１１を前記胴部の端部に圧入または接着する。これにより、可動子コア２０１及び永久磁石２０３は、前記フランジ２１０ａと固定部材２１１とにより圧接、挟持されて可動子２００が一体的に形成される。
【００２９】
この実施形態では、鋼板２０１ａ，２０１ｂ（可動子コア２０１）及び永久磁石２０３に、円筒部材２１０の胴部の外径と等しいか若干大きい通孔２０１ｃ，２０３ａが形成されているため、これらを円筒部材２１０の胴部に容易に被装することができ、圧入する必要がない。よって可動子コア２０１や永久磁石２０３に無理な力が加わらず、変形（反り）や歪みを生じることがないから、鋼板２０１ａ，２０１ｂや永久磁石２０３の相互間に隙間が発生せず、組立精度の低下や磁気抵抗の増加、推力の低下を招くおそれがない。
また、鋼板２０１ａ，２０１ｂに、圧入に伴う応力が残留する心配もなく、安定した磁気特性を有するアクチュエータを得ることができる。
【００３０】
更に、円筒部材２１０の周囲に可動子コア２０１及び永久磁石２０３を積層して固定部材２１１を圧入または接着するだけで可動子２００を形成できるため、生産性が良好となり、コストの低減にも寄与することができる。
加えて、固定部材２１１を接着する場合にもその使用箇所が限られるので、余分な接着剤が鋼板２０１ａ，２０１ｂ等の相互間に入り込んで磁気特性を悪化させる心配もない。
【００３１】
なお、円筒部材２１０及び固定部材２１１を非磁性体にて形成することにより、軸部２０２に鉄などの磁性体を使用した場合でも、可動子コア２０１と軸部２０２との直接的な磁気的結合を回避して軸部２０２の中を通る漏れ磁束を低減することができる。
【００３２】
次いで、図５は、本発明の他の実施形態における可動子２００’の斜視図である。
この例では、可動子２００’が全体としてほぼ円柱状に形成されている。言い換えれば、可動子コア２０１’及び永久磁石２０３’を交互に積層した部材が、ほぼ円筒状に形成されているものである。
【００３３】
図５において、可動子コア２０１’は、円環状の第１，第２の鋼板を複数積層して構成され、この可動子コア２０１’及び円環状の永久磁石２０３’が、円筒部材２１０の胴部の周囲に交互に積層されている。なお、円筒部材２１０のフランジ２１０ａ及び固定部材２１１による可動子コア２０１’及び永久磁石２０３’の圧接、挟持構造は、図２と同様である。
この場合、可動子２００’の磁極に対向する固定子片の突起の対向面も、前記磁極の外周面に適合した曲面とすることが望ましい。
この実施形態によれば、可動子コア２０１’を構成する第１，第２の鋼板及び永久磁石２０３’の軸周りの位置（角度）合わせを考慮する必要なくこれらを積層できるので、生産性が一層向上する。
【００３４】
上記各実施形態では、固定子片の数が４個の場合について説明したが、本発明はこれ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る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態を示す斜視図である。
【図２】実施形態における可動子の縦断面図である。
【図３】実施形態における可動子コアの正面図である。
【図４】実施形態における永久磁石の正面図である。
【図５】本発明の他の実施形態における可動子の斜視図である。
【図６】従来技術の斜視図である。
【図７】従来技術における主要部の説明図である。
【図８】従来技術における主要部の説明図である。
【図９】従来技術における可動子の縦断面図である。
【図１０】従来技術における可動子の縦断面図である。
【図１１】従来技術における可動子の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００：固定子
１０１〜１０４：固定子片
１０７：突起
１０８〜１１１：コイル
１１６：通孔
１２０：ブリッジ
２００，２００’：可動子
２０１，２０１’：可動子コア
２０１ａ，２０１ｂ：鋼板
２０１ｃ：通孔
２０２：軸部
２０３，２０３’：永久磁石
２０３ａ：通孔
２１０：円筒部材
２１０ａ：フランジ（支持部）
２１１：固定部材
【図１】
2005130603.tif 000003
【図２】
2005130603.tif 000004
【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】
2005130603.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005130603.tif 000011
【図１０】
2005130603.tif 000012
【図１１】
2005130603.tif 000013