(57)【要約】  【課題】ブリッジと固定子片とを固定するための加工、組立作業を容易化し、低コストで磁気特性に優れたリニア電磁アクチュエータを提供する。  【解決手段】固定子片１０１〜１０４、コイル１０８〜１１１、及び環状のブリッジ１２０を有する固定子１００Ａと、Ｎ極、Ｓ極の磁極２０１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２００と、を備え、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ているリニア電磁アクチュエータにおいて、ブリッジ１２０の各固定子片との当接面に、各固定子片の端部を受容する凹状の溝部１２１〜１２４をそれぞれ形成し、これらの溝部により記当接面内の各固定子片の位置を規制すると共に、磁極２０１により当接面に発生する磁気的吸引力により、ブリッジ１２０を各固定子片１０１〜１０４に吸着固定する。【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電磁アクチュエータにおいて、
前記ブリッジの各固定子片との当接面に、各固定子片の端部を受容する凹状の溝部をそれぞれ形成し、これらの溝部により前記当接面内の各固定子片の位置を規制すると共に、
前記可動子の磁極により前記当接面に発生する磁気的吸引力により、前記ブリッジを各固定子片に吸着固定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、
前記ブリッジに形成された複数の凹状の溝部のうち、少なくとも二つの溝部の中心軸線が交差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、
ばねにより付勢された前記ブリッジを、長手方向の移動が規制されている各固定子片に前記溝部を介して押圧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４】
請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記ばねが圧縮ばねであ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、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電磁アクチュエータに関し、特に、複数の固定子片を磁気的に結合するための環状ブリッジと固定子片との固定手段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、後述の非特許文献１に記載されたリニア電磁アクチュエータとほぼ同一の構造を有する従来技術を示している。
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。
【０００３】
また、固定子片１０１，１０２，１０３，１０４の前記ブリッジ１１５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１１５の中心に形成された通孔である。
【０００４】
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している。
【０００５】
次に、固定子１００の突起１０７の配置について、図７、図８を参照しつつ説明する。
なお、図７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８は固定子片１０３，１０４だけに着目して図示したものである。
【０００６】
まず、図７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８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。
【０００７】
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。
【０００８】
次いで、動作を説明すると、図７（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７（ｂ）の状態となる。
この時、図８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７（ｃ）の状態となる。
【０００９】
次に、コイル１０８，１０９に、図７（ａ）とは逆方向に通流することにより、可動子２００は図７（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。
【００１０】
上記のように、この従来技術は固定子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２００の上下左右からの磁気的吸引力の相殺により、可動子２００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２００を円柱状に形成すれば、可動子２００の軸周りの取付角度を厳密に調整する必要がなくなり、可動子２００を支持する軸部２０２への磁気的吸引力によるモーメントが解消されるという特徴もある。
【００１１】
また、環状のブリッジ１１５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２００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】
【非特許文献１】富士電機情報サービス株式会社内「富士時報」編集室，「集中コイル型リニアモータ」，富士時報，富士電機株式会社，平成１５年１月，第７６巻，第１号，ｐ．８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記従来技術において、ブリッジを固定子片１０１〜１０４に固定する方法としては、図９に示すように、ブリッジ１１５Ａに長方形の通孔１１５ａを形成してこれらの通孔１１５ａに固定子片１０１〜１０４の端部を嵌合する方法が知られている。
また、他の方法として、図１０や図１１に示すように、ブリッジ１１５Ｂ，１１５Ｃの外周面や内周面に平坦面１１５ｂ，１１５ｃを形成し、これらの平坦面１１５ｂ，１１５ｃに固定子片１０１〜１０４の端部側面を当接させて固定する方法も知られている。
【００１４】
しかし、図９〜図１１に示した固定方法では、固定子片１０１〜１０４の長手方向に沿った位置決めを行うために、高い組立精度が要求される。
また、固定子片１０１〜１０４とブリッジ１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃとを接着して固定する場合には、接着作業の手間や費用が必要になる。比較的容易な固定方法として、ネジによる締結方法もあるが、固定子片１０１〜１０４やブリッジ１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃに設けられるネジ部によって磁路が狭くなり、磁気抵抗の増加によって磁気特性の悪化を招くおそれがあった。
更に、図９に示した通孔１１５ａ等の形成には高い寸法精度が要求されることとなる。
すなわち、従来の各種の固定方法では、高い組立精度や寸法精度が要求され、コストが高くなると共に、所望の磁気特性が得られない場合も生じていた。
【００１５】
そこで本発明は、環状のブリッジと固定子片との固定手段を改良することにより、コストの低減や加工、組立作業の容易化を可能にし、しかも磁気特性に優れた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】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１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電磁アクチュエータにおいて、
前記ブリッジの各固定子片との当接面に、各固定子片の端部を受容する凹状の溝部をそれぞれ形成し、これらの溝部により前記当接面内の各固定子片の位置を規制すると共に、
前記可動子の磁極により前記当接面に発生する磁気的吸引力により、前記ブリッジを各固定子片に吸着固定するものである。
【００１７】
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、前記ブリッジに形成された複数の凹状の溝部のうち、少なくとも二つの溝部の中心軸線が交差することを特徴とする。
【００１８】
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、ばねにより付勢された前記ブリッジを、長手方向の移動が規制されている各固定子片に前記溝部を介して押圧するものである。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、前記ばねを圧縮ばねとしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、環状のブリッジに形成した凹状の溝部と磁気的吸引力を利用し、更には必要に応じてばねを併用することにより、接着やネジ止め等の手段によらなくてもブリッジと固定子片とを確実に固定することができる。これによって、組立作業の容易化を図り、また、組立精度や寸法精度を緩和してコストの低減を可能にすると共に、磁気特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１において、１００Ａは固定子であり、２００は図６と同様に構成された可動子である。
固定子１００Ａは、図６と同一構成の固定子片１０１〜１０４及びコイル１０８〜１１１を備えており、固定子片１０１〜１０４の長手方向片側の端部には、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。本実施形態では、このブリッジ１２０と固定子片１０１〜１０４の端部との固定手段に特徴を有する。
【００２３】
図２に詳しく示されているように、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。
【００２４】
図３に示すように、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、可動子２００の磁極２０１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。
【００２５】
このため、本実施形態によれば、従来のように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２，図３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と一体的に固定することが可能である。
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、磁路に影響するようなネジ部を設ける必要もなく、磁気特性の悪化を招くおそれもない。更に、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から、この点でも製造コストの低減に寄与することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
前記第１実施形態によれば、接着やネジ止め等の手段を用いることなく、ブリッジ１２０と固定子片１０１〜１０４とを一体的に吸着固定することが可能であるが、リニア電磁アクチュエータやこのアクチュエータを備えたモータを誤って床に落としたりぶつけたりして過大な衝撃（加速度）が加わった場合、磁気的吸引力だけではブリッジ１２０が固定子片１０１〜１０４から外れてしまい、動作不良や最悪の場合には動作不能になるおそれがある。
そこで第２実施形態は、ブリッジ１２０と固定子片１０１〜１０４とを一層確実に固定するべくなされたものである。
【００２７】
図４は本実施形態を示す斜視図、図５は側面図であり、図１と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
この第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、ブリッジ１２０の凹状溝部１２１〜１２４とは反対側の端面１２０ａと、このアクチュエータを備えたモータの筐体４００との間に、圧縮ばね３００を介在させ、この圧縮ばね３００の復原力によってブリッジ１２０を固定子片１０１〜１０４方向（図５における右方向）に押し付けるようにした点である。図示されていないが、固定子片１０１〜１０４の反対側（非ブリッジ側）の端部は、モータの筐体４００の他の部分によって拘束されており、これによって固定子片１０１〜１０４の右方向への移動が規制されている。
なお、圧縮ばね３００の一端は筐体４００に固定されており、他端はブリッジ１２０の端面１２０ａに単に接触した状態（または端面１２０ａに固定しても良い）でブリッジ１２０を押圧している。
【００２８】
上記のように構成することにより、モータの落下等によりアクチュエータに過大な衝撃が加わり、図５の左方向に大きな力が加わったとしても、これと反対方向の力が圧縮ばね３００によりブリッジ１２０から固定子片１０１〜１０４に作用しているので、ブリッジ１２０が固定子片１０１〜１０４から脱落する心配はない。
また、仮に圧縮ばね３００による押圧力を上回る外力が固定子片１０１〜１０４から加わり、ブリッジ１２０が固定子片１０１〜１０４から外れてしまったとしても、この外力がなくなったときに圧縮ばね３００が復帰するため、ブリッジ１２０は再び固定子片１０１〜１０４に押圧されて両者の確実強固な固定状態が再現されることになる。
【００２９】
以上のように、この実施形態によれば、比較的安価な圧縮ばね３００を付加するだけで、リニア電磁アクチュエータの耐衝撃性を飛躍的に高めることができる。
【００３０】
なお、環状のブリッジ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すると良い。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ので、磁束がどの方向に通過しても渦電流損を抑制できることが一般的に知られている。また、製造上、形状の自由度が高いため、ブリッジ１２０の四隅の丸みや凹状溝部１２１〜１２４の形成も容易である。
【００３１】
また、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。
【００３２】
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、凹状溝部によりブリッジと固定子片とを接合して固定する構造を採用できることに変わりはない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図３】第１実施形態の主要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の側面図である。
【図６】従来技術を示す斜視図である。
【図７】図６における主要部の説明図である。
【図８】図６における主要部の説明図である。
【図９】従来技術におけるブリッジの固定方法の説明図である。
【図１０】従来技術におけるブリッジの固定方法の説明図である。
【図１１】従来技術におけるブリッジの固定方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００Ａ，１００Ｂ：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
１２０ａ：端面
１２１〜１２４：凹状溝部
２００：可動子
２０１：磁極
２０２：軸部
３００：圧縮ばね
４００：筐体
【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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