(57)【要約】界磁サブアセンブリ(12、14)およびコイルアセンブリ(16)を持つリニアコイルアクチュエータであって、各界磁サブアセンブリは界磁バンク有し、少なくとも１つの界磁サブアセンブリは複数の磁石群を含む。磁石の各群は、同一又は異なるサイズを持つ複数の磁石であって、１磁気極性を与え、かつ、バネ定数Kを持つバネのような特定の負荷特性に相応して空隙に磁束密度分布を与えるように配置された磁石を使う。２つの界磁サブアセンブリ(12、14)、即ち、上記複数の磁石群を含む界磁サブアセンブリと、他の界磁サブアセンブリは間に空隙を形成するように互いに関して配置され、コイルアセンブリ(16)はその空隙の中で可動である。
2006504271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷特性を持つロードに作用するアクチュエータであって：
負荷特性の関数として選定された磁束密度分布を空隙内に与えるように構成された第１の複数の磁石を含む界磁アセンブリと;
コイルアセンブリと；
を含んでなるアクチュエータ。
【請求項２】
請求項1のアクチュエータであって、前記第１の複数の磁石の寸法は、選択された磁束密度分布を前記空隙に与えるように選択されているアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２のアクチュエータであって、前記第１の複数の磁石は交代群として一列に並べられ、該交代群の１つの群の磁石は第１極性を有し、前記１つの群に隣接する他の交代群の磁石は前記第１極性と反対の第２極性を持つアクチュエータ。
【請求項４】
請求項２のアクチュエータであって、前記第１の複数の磁石は、１つの界磁バンクにおいて第１セットの群として一列に並べられ、該第１セットの群の少なくとも１つの群は同じ極性を持つ1組の磁石を含んでなるアクチュエータ。
【請求項５】
請求項２のアクチュエータであって、前記負荷特性はバネ定数Kを持つバネに相当するアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１のアクチュエータであって、前記界磁アセンブリは第２界磁バンクに対向して配設された第１界磁バンクを含み、前記第１及び第２界磁バンクはそれぞれ、前記コイルアセンブリの運動方向に垂直な磁束路を与える平面部と付加部を含み、前記第１の複数の磁石が前記運動方向に沿って前記第１界磁バンクの前記平面部上に配設されているアクチュエータ。
【請求項７】
請求項６のアクチュエータであって、前記第１の複数の磁石に対向して前記第２界磁バンクの前記平面部上に配設された第２の複数の磁石をさらに含み、前記第１の複数の磁石の極性を第１パターンとして設け、前記第２の複数の磁石の極性を前記第１パターンに相補的な第２パターンとしたアクチュエータ。
【請求項８】
請求項４のアクチュエータであって、前記１つの界磁バンクに対向する１つの界磁バンク上に一列に配設された第２セットの群の磁石をさらに含み、前記一列に並べられた第１セットの群は第１パターン極性を有するように配設され、前記一列並べられた第２セットの磁石の群が前記第１パターン極性に相補的な第２パターン極性を有するように配設されたアクチュエータ。
【請求項９】
請求項１のアクチュエータであって、第１の複数の磁石はさらに摩擦特性関数として磁束密度分布を前記空隙に与えるように構成されているアクチュエータ。
【請求項１０】
負荷特性を持つロードに作用するリニアアクチュエータであって：
前記負荷特性に相当する磁束密度分布を空隙内に与えるように配列された界磁源を含む界磁アセンブリと；
コイルアセンブリと；
を含んでなるリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１０のリニアアクチュエータであって、前記界磁源はさらに摩擦特性関数として磁束密度分布を前記空隙に与えるように構成されているリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１１のリニアアクチュエータであって、前記摩擦特性は前記ロードの摩擦特性に相当するリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１０のリニアアクチュエータであって、前記界磁源の大きさは、前記界磁源によって前記空隙内に与えられる前記磁束密度分布が前記リニアアクチュエータの運動方向に関して増大するように選択されるリニアアクチュエータ。
【請求項１４】
負荷特性を持つロードに作用するリニアアクチュエータであって：
順番に配置された複数の磁石を含む磁石構造を含んでなる界磁アセンブリであって、前記複数のうちの磁石の隣接する少なくとも２つ磁石は第１極性を持ち、前記複数の磁石において、前記第１極性を持つ少なくとも２つ磁石の後に前記第１極性と異なった極性を持つ少なくとも１つの別の磁石が続き、これらの磁石の順番によって空隙内に与えられる磁束分布が前記負荷特性に相当する界磁アセンブリと；
コイルアセンブリと；
を含んでなるリニアアクチュエータ。
【請求項１５】
請求項１４のリニアアクチュエータであって、前記磁石の順番が摩擦特性関数としての磁束密度分布を前記空隙に与えるように構成されているリニアアクチュエータ。
【請求項１６】
請求項１５のリニアアクチュエータであって、前記摩擦特性は前記リニアアクチュエータの摩擦特性に相当するリニアアクチュエータ。
【請求項１７】
請求項１４のリニアアクチュエータであって、前記負荷特性はバネ定数Kを持つバネに相当するリニアアクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１７のリニアアクチュエータであって、前記複数の磁石の寸法は、これらの磁石によって前記空隙に提供される磁束密度分布が前記リニアアクチュエータの運動方向に関して小さくなるように選択されるリニアアクチュエータ。
【請求項１９】
界磁アセンブリを含むリニアアクチュエータであって、
前記界磁アセンブリは、
第１界磁バンクと；
前記リニアアクチュエータの運動方向に沿って前記第１界磁バンク上に配列された第１及び第２の複数の磁石であって、前記第１の複数の磁石は１極性を有し、前記第２の複数の磁石は前記１極性とは異なる極性を有して前記第１の複数の磁石に続く第１及び第２の複数の磁石と；
ほぼ平面状のコイルを含むコイルアセンブリであって、前記コイルは第２力発生部から離間した第１力発生部を有し、前記第２力発生部が前記第２の複数の磁石のうちのいくつかの磁石上に配設されるときはいつでも前記第１力発生部は前記第１の複数の磁石のうちのいくつかの磁石の上に配設されるコイルアセンブリと;
を含んでなるリニアアクチュエータ。
【請求項２０】
請求項１９のリニアアクチュエータであって、前記第１の複数の磁石に対向して空隙を形成する第２界磁バンクの平面部上に配設された第３及び第４の複数の磁石をさらに有し、前記第１及び第２の複数の磁石は第１極性パターンとして配設され、前記第３及び第４の複数の磁石は前記第１極性パターンに相補的な第２極性パターンとして配設され、前記ほぼ平面状のコイルは前記空隙に沿って可動であるリニアアクチュエータ。
【請求項２１】
請求項２０のリニアアクチュエータであって、前記第１及び第２界磁バンクの前記平面部に沿って前記運動方向に延伸する付加部をさらに有し、前記第１及び第２界磁バンクが前記空隙を形成するように配設されるとき、前記付加部は前記運動方向に垂直な磁束路を形成するリニアアクチュエータ。
【請求項２２】
請求項２１のリニアアクチュエータであって、前記垂直な磁束路は、前記第１の複数の磁石の１つの磁石を通って前記空隙を横切り前記第３の複数の磁石の１つの磁石と前記第２界磁バンクの前記平面部を通り、前記付加部の少なくとも１つを通って前記第１界磁バンクの前記平面部を通り、そして、前記第１の複数の磁石の前記１つの磁石に戻るように延伸するアクチュエータ磁束路の１部分であるリニアアクチュエータ。
【請求項２３】
請求項２１のリニアアクチュエータであって、前記垂直な磁束路は、前記運動方向に実質的に垂直な平面内に存在するアクチュエータ磁束路の１部分であるリニアアクチュエータ。
【請求項２４】
１運動方向に作動するリニアアクチュエータであって、
それぞれが１つの界磁バンクを含む複数の界磁サブアセンブリであって、前記複数の界磁サブアセンブリの少なくとも１つは１極性を有する第１系列の磁石と、該第１系列の磁石の後に前記運動方向に続き前記１極性とは異なる極性を有する第２系列の磁石とを含み、前記複数の界磁サブアセンブリは、前記第１及び第２系列の磁石を含む前記少なくとも１つの界磁サブアセンブリと、もう１つの別の界磁サブアセンブリの間に空隙を形成するように、互いに関して置かれている複数の界磁サブアセンブリと；
前記空隙内において前記運動方向に実質的に平行な平面上に置かれた複数のコイルを含むコイルアセンブリと；
を含んでなるリニアアクチュエータ。
【請求項２５】
請求項２４のリニアアクチュエータであって、前記第１系列の磁石は異なった幅を有し、前記第２系列の磁石も異なった幅を有するリニアアクチュエータ。
【請求項２６】
請求項２４のリニアアクチュエータであって、前記第１系列の磁石は前記第２系列の相当する磁石とほぼ同じ幅を持つリニアアクチュエータ。
【請求項２７】
請求項24のリニアアクチュエータであって、前記第１系列の磁石の少なくとも１つの磁石は前記第２系列の磁石の少なくとも１つの磁石と同じ幅を持つリニアアクチュエータ。
【請求項２８】
１運動方向に作動するリニアアクチュエータであって、
それぞれが１つの界磁バンクを含む複数の界磁サブアセンブリであって、前記複数の界磁サブアセンブリの第１界磁サブアセンブリは磁石の連続した群を含み、該磁石の連続した群の各群は選択された磁気極性を持ちかつ空隙内に選択された磁束密度分布を発生させるように構成され、前記複数の界磁サブアセンブリの前記第１界磁サブアセンブリは前記複数の界磁サブアセンブリの第２界磁サブアセンブリに対して、前記第１及び第２界磁サブアセンブリの間に空隙を形成するように、配設されている複数の界磁サブアセンブリと；
前記空隙内において前記リニアアクチュエータの前記運動方向に実質的に平行な平面上に置かれた少なくとも１つのコイルを含むコイルアセンブリと；
を含んでなるリニアアクチュエータ。
【請求項２９】
請求項２８のリニアアクチュエータであって、各界磁サブアセンブリの界磁バンクはほぼ平面状の平面部と、該平面部の縁に沿って前記運動方向に延伸する付加部とを有し、前記複数の界磁サブアセンブリの第１及び第２界磁サブアセンブリが前記空隙を形成するように置かれるとき、前記第１及び第２界磁サブアセンブリの前記界磁バンクの相当する付加部が前記第１界磁サブアセンブリの磁石のために前記運動方向に垂直な磁束路を形成するように互いに隣接するリニアアクチュエータ。
【請求項３０】
請求項２９のリニアアクチュエータであって、 前記垂直な磁束路は、前記第１界磁アセンブリの前記磁石から延伸して前記空隙を横断して前記第２界磁サブアセンブリの前記平面部に至り、前記第２界磁サブアセンブリの前記界磁バンクの相当する付加部を通り、相当する隣接付加部を通り、次に前記第１界磁サブアセンブリの平面部を通って、第１界磁サブアセンブリの前記磁石に戻るアクチュエータ磁束路の１部分であるリニアアクチュエータ。
【請求項３１】
請求項２９のリニアアクチュエータであって、前記複数の界磁サブアセンブリの前記第２界磁サブアセンブリに置かれた磁石系列をさらに含み、前記磁石の連続した群は第１極性パターンとして配列され、前記磁石系列は前記第１極性パターンの相補的な第２極性パターンとして配列され、前記アクチュエータ磁束路はまた、前記第１界磁サブアセンブリの前記磁石の極性と反対の極性を持つ前記磁石系列の１つの磁石を含むリニアアクチュエータ。
【請求項３２】
界磁アセンブリとコイルアセンブリを備え、ストロークの変化に伴って変化する負荷特性を持つロードに対して作動するリニアアクチュエータを構成する方法であって；
前記ストロークに伴う前記負荷特性の変化に相当する磁束密度を空隙内に分布させるように前記リニアアクチュエータの運動方向に沿って前記界磁アセンブリの磁石構造を形成するステップと；
前記コイルアセンブリの１コイルを前記分布磁束密度に応答するように構成するステップと；
を含んでなる方法。
【請求項３３】
請求項３２の方法であって、前記形成ステップは：
第１及び第２磁石の寸法を決定し、前記第１磁石は前記コイルの１側が曝される選択された極性の第１平均磁束密度を創成し、前記第２磁石が前記コイルの前記１側が曝される選択された極性の第２平均磁束密度を創成しかつ前記第１磁石に隣接して置かれて第１群を形成するようにするステップと；
第３及び第４磁石の寸法を決定して前記選択された極性と反対の極性を持たせ、かつ、前記空隙内の前記第１及び第２平均磁束密度にそれぞれ相当し前記コイルの他側に曝される平均磁束密度を持たせ、前記第４磁石を前記第３磁石に隣接して置いて第２群を形成し、前記第２群を前記運動方向に沿って前記第１群に続いて置くステップと；
を含んでなる方法。
【請求項３４】
請求項３２の方法であって、前記負荷特性はバネ定数Kを持つバネに相当し、前記磁石構造形成ステップは、前記バネ定数Kを持つバネに相当するように前記運動方向に沿って前記空隙内の磁束密度に変化を与えるために前記磁石構造に磁束密度を分布させるステップを含む方法。
【請求項３５】
請求項３２の方法であって、磁石構造形成ステップは、前記空隙内に磁束密度の分布を与えるために前記磁石構造の物理的特性を選択するステップを含む方法。
【請求項３６】
請求項３５の方法であって、前記選択ステップは、前記磁石構造の前記運動方向の幅寸法を決めることを含む方法。
【請求項３７】
請求項３５の方法であって、前記選択ステップは、コイルの１側が曝される異なった平均磁束密度をそれぞれが前記空隙内に与える複数の離間した磁石を与えるステップを含む方法。
【請求項３８】
請求項３４の方法であって、前記磁石構造に磁束密度を分布させるステップは：
第１及び第２磁石を選択し、前記第１磁石は第１幅と選択された極性とを有し、前記第２磁石は前記第１幅よりも狭い第２幅と前記選択された極性とを有して前記第１磁石に隣接して置かれて第１群を形成するステップと;
前記極性と反対の極性を有し、かつ、前記第１及び第２幅にそれぞれ相当する幅を有する第３及び第４磁石を選択し、前記第４磁石を前記第３磁石の隣接させて配設して第２群を形成し、前記第２群を前記運動方向に沿って前記第１群に続いて配設するステップと；
を含む方法。
【請求項３９】
請求項３２の方法であって、前記形成ステップは、前記空隙内に必要な磁束密度分布を創成するときに摩擦特性を補償するステップを含む方法。
【請求項４０】
請求項３２の方法であって、前記形成ステップは：
ほぼ平面状の平面部を有する第１界磁バンクに前記磁石構造を置くステップと；
前記平面部に沿って前記運動方向に付加部を延伸させ、前記第１界磁バンクが前記第２界磁バンクに対向して置かれて空隙を形成するとき、相当する付加部が前記磁石構造のために前記運動方向に垂直な磁束路を形成するステップと；
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、リニアボイスコイルアクチュエータに関し、特に、平面コイル構成を使用し、バネタイプ特性のような負荷特性に合った力対ストローク特性を供給するリニアボイスコイルアクチュエータに関する。
【０００２】
関連出願
本願は、U. S. C. 35（米国特許法）セクション119(e)に基づき、2002年10月21日出願の米国仮出願No.60/420,483の優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
平面コイルを持つ新規なリニアボイスコイルアクチュエータがU.S.仮特許出願No.60/343,488(「'488仮出願」)で開示されている。この仮出願は参照のためにここに組み入れられる。また、この仮出願はU.S.仮出願10/327,316(2002年12月20日出願され本願の譲受人に譲渡されている)に既に組み込まれている。'488仮出願において、それぞれの界磁サブアセンブリの互いに隣接した磁石は交互に異なる極性の極、即ち、北−南−北又は南−北−南を形成する方法で界磁バンクに取り付けられている。上記'488仮出願によれば、該仮出願の図５及びこの出願の図５に示すように、空隙26によって切り離される反対の極性の各組の磁石22A/22Bに対して追加磁束路24が与えられている。
【０００４】
伝統的に、アクチュエータコイルに供給する電流を制御することによって、リニアアクチュエータの必要な力対ストローク特性を得ている。したがって、ストロークの様々な位置における必要な大きさの力を生産するためにストローク位置の関数としてコイルに適用される電流を制御するために開閉ループ制御機能が必要とされる。そのような制御機能を与えることはアクチュエータ自体の設計を超える多大な費用と複雑さを伴う。
【０００５】
したがって、従来よりも低コストかつ低複雑性の選択された力対ストローク特性を与えることができるリニアアクチュエータを備えることが望ましい。また、アクチュエータコイル電流の開閉ループ制御の必要性を減少しまたは排除できるようなリニアアクチュエータを備えることも望ましい。
【発明の開示】
【０００６】
従来のリニアアクチュエータの上記問題点と難点は、負荷特性を持つロードに作用する本発明のアクチュエータによって取り組まれる。本発明のアクチュエータは、 負荷特性の関数として選定される磁束密度分布を与えるように構成された複数の磁石を含む界磁アセンブリを含んでいる。複数の磁石の構成は、必要な磁束密度分布を与える大きさにされた磁石構造に一般化できる。
【０００７】
複数の磁石は、第１極性を持つ少なくとも2つの隣接する磁石と、それらの磁石に続く第１極性と異なった極性を持つ別の少なくとも1つの磁石として配置できる。そして、その配置によって与えられる磁束分布は負荷特性に対応する。
【０００８】
本発明のリニアアクチュエータの1つの実施形態では、１極性の第１の複数の磁石に続いて、異なる極性の複数の第２の複数の磁石が第１界磁バンク上にリニアアクチュエータの運動方向に配列される。第２力発生部から離間する第１力発生部を備えるほぼ平面状のコイルを含むコイルアセンブリが与えられて、第２力発生部が第２の複数の磁石のいくつかの磁石の上に位置されるときはいつでも、第１力発生部は第１の複数の磁石のいくつかの磁石の上に位置される。
【０００９】
特に、本発明の実施形態は、それぞれが１界磁バンクを含む複数の界磁サブアセンブリを含んでおり、そこでは、複数の界磁サブアセンブリの第１界磁サブアセンブリが磁石の連続した群を含んでいる。磁石の連続した群の各群は、選択された磁気極性を持ちかつ選択された磁束密度分布を持つように構成された複数の磁石を含む。複数の界磁サブアセンブリの第１界磁サブアセンブリと第２界磁サブアセンブリは、それらのサブアセンブリの間に空隙を形成するように互いに関して位置される。空隙内において、リニアコイルアクチュエータの運動方向に実質的に平行な平面上に置かれた少なくとも1個のコイルを含むコイルアセンブリを与える。
【００１０】
リニアアクチュエータのこの実施形態において、複数の界磁サブアセンブリのそれぞれの界磁サブアセンブリの界磁バンクはほぼ平面状の平面部と、その平面部の縁に沿って運動方向に延伸する付加部を含む。複数の界磁サブアセンブリの第１及び第２界磁サブアセンブリが空隙を形成するために置かれるとき、第１と第２界磁サブアセンブリの界磁バンクの相当する付加部は互いに隣接し、第１界磁サブアセンブリの磁石のために運動方向に垂直な磁束路を形成する。
【００１１】
例えば、コイルが曝される異なった平均磁束密度を創成する複数の磁石を使用して予想された負荷特性に相当する磁束密度を空隙内に分布させることによって、アクチュエータコイルに供給する電流の大きさとタイミングを制御するために必要ないかなる制御機能を減少させ、あるいは、なくすことができる。
【００１２】
本発明はまた、ストローク位置に伴い変化する負荷特性を持つロードに作用する界磁アセンブリとコイルアセンブリを持つリニアアクチュエータを構成するための方法を含む。方法は、ストローク変化に伴う負荷特性の変化に相当する磁束密度を分布させるためにリニアアクチュエータの運動方向に沿って界磁アセンブリの磁石構造を形成するステップと、コイルアセンブリのコイルを分布された磁束密度に応答するように構成するステップとを含む。
【００１３】
平面コイルを備える平坦なリニアボイスコイルアクチュエータにこれらの概念を使用して、バネ定数Kを持つバネの特性ような選択された力対ストローク特性を備えるコンパクトかつ低コストのアクチュエータを製造することができる。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、界磁アセンブリの磁石構造が必要な負荷特性に相当するアクチュエータのストローク変化に応じて分布された磁束密度を与えるアクチュエータを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、ほぼ平面状のコイルを使うリニアアクチュエータであって、必要な負荷特性に相当するストローク変化に伴う分布磁束密度を与えるように順番に配置されかつ極性パターンとされた複数の所定の大きさの磁石を使用するリニアアクチュエータを提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、バネ特性のような必要な負荷特性に相当する力対ストロークを与えるリニアアクチュエータを提供し、コイル電流制御機構のための要件を下げることである。
【００１７】
発明のさらに別の目的は、リニアアクチュエータの界磁アセンブリの磁石構造が必要な負荷特性に相当するストローク変化に伴う分布磁束密度を空隙内に与えるようにリニアアクチュエータを構成する方法を提供することである。
【００１８】
これら及び他の目的、特徴、および本発明の利点は以下の詳細な説明と添付図面を考慮することにより理解される。
【発明の実施するための最良の形態】
【００１９】
図１にリニアボイスコイルアクチュエータ10として示す本発明の実施形態のリニアコイルアクチュエータは2個の界磁サブアセンブリ12、14、およびコイルアセンブリ16を含む。図2Aは界磁サブアセンブリ12，14を示し、図3はコイルアセンブリ16をより完全に示す。図1に示された実施形態は、上の'488仮出願で説明されたアクチュエータに類似しているが、少なくとも以下の態様において異なる。
【００２０】
上記'488仮出願では、それぞれの界磁サブアセンブリの互いに隣接した磁石は、交替極性のポール、即ち、N−S-N又はS-N-Sを形成するように界磁バンクに取り付けられている。対照的に、図１と２Aの実施形態によると、それぞれの界磁サブアセンブリにおいて、同じ極性の少なくとも2個の磁石が互いに離間して設けられており、これらの少なくとも2個の磁石は反対の極性の磁石の別の群からまた離間され、少なくとも2個の磁石の群と、別の群は交互の極性（交替極性）のポールを形成する。このパターンの実施形態を図2Aに与える。図2Aに示されたパターンを運動方向19に沿って繰り返すこともできる。アクチュエータの力を増加させるためにこのパターンを繰り返すことができる。例えば、１セットの4個の磁石に代えて、２セットの4個の磁石を使用するならば、アクチュエータで発生する力は2倍となり、この場合、2個のコイルが必要であるだろう。
【００２１】
図4は本発明の1コイル構成を示している。図5は図2Aの線5-5に沿って見たアクチュエータの断面を示すものである。アクチュエータのコイルは簡便のために省略している。この1コイルアレンジメントは、反対極性を持ち空隙26によって離間された磁石の各組、例えば磁石22Aおよび22Bからの磁束のための別の経路24を提供することに注意されたい。図5に示すアクチュエータの断面は、運動方向１９(図2A参照、図５の紙面に垂直な方向である)に垂直である。この実施形態における界磁バンクは付加部30を含むことができ、この付加部は、空隙によって離間され反対極性を持つそれぞれの組の磁石のための、運動方向に垂直な磁束路を与える。言い換えれば、本発明のこの実施形態において提供しているのは、運動方向19にほぼ垂直な平面に位置する磁束路である。
【００２２】
本発明によるリニアアクチュエータの上記構成は、機械バネの特性(図6参照)と同様の特性、または他の必要な負荷特性を持つ構造をもたらすことができる。
【００２３】
図に開示された実施形態で実施される本発明の方法論は、アクチュエータによって扱われる負荷の特性により合った磁場分布を空隙内に与えるために、界磁サブアセンブリのストローク領域を横切る磁場源を分布させることである。この様に磁場源分布を合わせることによって、アクチュエータの構造を簡素化することができ、そして、必要な力特性を得るためにコイルに与える電流を制御する必要性を実質的に減少させまたは排除することができる。この磁場源分布は、界磁アセンブリに沿ったストローク位置の関数として磁石の幅を変えるなど、それぞれの磁石のサイズを変えることで、空隙内の磁束密度をストローク位置の関数機能として変化させることによりなすことができる。
【００２４】
例えば、図2Aに示す本発明の実施形態において、磁石22A/22B、32A/32B、34A/34B、および36A/36Bの大きさおよび分布は、特定のロード、すなわち、バネ定数Kを持つバネ、およびアクチュエータに存在すると予想される摩擦力に合うように選択される。磁石22Bと32Bの群はＳ極を持つ磁場分布を与え、磁石22Aと32Aの群はＮ極を持つ磁場分布を与える。それぞれの群において、磁石22Aと22Bは磁石32Aと32Bよりサイズが小さい (この実施形態では、幅が小さい)。
【００２５】
したがって、図2Aに示す実施形態では、アクチュエータのストロークの始めに、コイル18の力発生部は、より小さいサイズ、したがって、より低い平均磁束密度を持つ磁石の組22A/22Bと34A/34Bの間に置かれ、コイルがそのより低い平均磁束密度に露出されている。ストロークの終わりでは、コイル18の力発生部はより大きいサイズの磁石の組36A/36Bと32A/32Bの間に置かれ、したがってより高い平均磁束密度を与える。その結果、コイル18はストロークの始まりと比べてストロークの終わりで、より大きい力を発生させる。図2Bはストロークの始めのコイル18位置を(破線で)示し、図2 Cはストロークの終わりのコイル18位置を(破線で)示す。
【００２６】
図2B及び2Cにおいて、コイル18が第２力発生部から離間する第１力発生部を有することがわかる。図2Bでは、第１力発生部がＮ極のより小さい磁石上に位置される、第２力発生部がＳ極のより小さい磁石上に位置されるように、第１と第２力発生部の間隔が設定されることがわかる。この間隔はストロークの終わりでは、図2 Cで示すように、第１力発生部はＮ極のより大きい磁石上に位置され、第２力発生部はＳ極のより大きい磁石上に位置、る。したがって、この構成では、第２力発生部がＳ極の磁石上に位置されるときは、第１力発生部はＮ極の磁石上に位置される。
【００２７】
この結果はバネの負荷特性に極めて合致するストローク対力パターンであることが当業者であれば理解しうる。
【００２８】
永久磁石によって空隙内に提供された磁場分布は望ましくは、予想された負荷及び摩擦特性にできるだけ合致する。このように、必要なストローク対力特性与えるためにコイルに供給される電流を制御する必要性を最小にするか、または排除できる。負荷の変化が予想されるなら、磁場の大きさは望ましくは、設計負荷特性を与えるのに必要であるもの以上に増加するようにされる。
【００２９】
本発明の実施形態、例えば図2Aに示すもので図6の力対ストロークの特性を供給できる実施形態では、それぞれの極性群におけるより小さい磁石22A/22Bと34A/34Bの幅は、より大きい磁石32A/32Bと36A/36Bの幅のおよそ40パーセントである。
【００３０】
発明の別の実施形態では、界磁サブアセンブリの一方のみ (界磁サブアセンブリ12又は14)が磁石も必要とする。この実施形態では、永久磁石は１つ又は複数のコイル18の１側のみに置かれる。
【００３１】
したがって、発明の1つの実施形態は複数の界磁サブアセンブリおよび１つのコイルアセンブリを含むリニアコイルアクチュエータにかかわる。複数の界磁サブアセンブリはそれぞれ１つの界磁バンクを含み、複数の界磁サブアセンブリの少なくとも1つは運動方向に同じ又は異なった幅の複数の磁石であって同じ及び交互極性の磁石を含んでいる。複数の界磁サブアセンブリは、その中の少なくとも１つの界磁サブアセンブリであって前記複数の磁石を含む界磁アセンブリと、別のもう１つの界磁アセンブリとの間に空隙を形成するように互いに関して置かれる。この実施形態のコイルアセンブリは、リニアコイルアクチュエータの運動方向に実質的に平行な空隙内の同一平面上に置かれる複数のコイルを含む。
【００３２】
本発明の別の実施形態は付加部を備える複数の界磁サブアセンブリと、１つのコイルアセンブリを含むリニアコイルアクチュエータである。複数の界磁サブアセンブリはそれぞれ１つの界磁バンクを含み、また、複数の界磁サブアセンブリの少なくとも１つの界磁サブアセンブリは運動方向に同じ及び交互極性の、同じ又は異なった幅の複数の磁石を含み、これらの磁石は互い離間している。複数の界磁サブアセンブは、そのうちの前記複数の磁石を含む少なくとも１つの界磁サブアセンブが別の界磁サブアセンブリとの間に空隙を形成するようにに互いに関して置かれる。この実施形態における界磁バンクは、空隙によって離間され反対極性を持つそれぞれの組の磁石のために運動方向に垂直な磁束路を与える付加部をさらに含んでいる。
【００３３】
上記リニアのコイルアクチュエータのさらなる実施形態では、各界磁サブアセンブリの界磁バンクはほぼ平面状の平面部と、該平面部上を運動方向に沿って延伸する付加部を含む。複数の界磁サブアセンブリの第１界磁サブアセンブリと第２界磁サブアセンブリが空隙を形成するように置かれると、第１及び第２界磁サブアセンブリの付加部は互いに接触するように、あるいは、互いに隣接するように置かれる。提供された垂直な磁束路は、第１界磁サブアセンブリの磁石を通り、空隙を横切り、第２界磁サブアセンブリの反対極性の磁石(もしあれば)へに達し、第２界磁サブアセンブリの界磁バンクの平面部、次に付加部の１つを通り、次に第１界磁サブアセンブリの隣接している付加部と平面部を通って、第１界磁サブアセンブリの磁石に戻るように形成される。(界磁アセンブリの1つだけが磁石を含んでいる実施形態では、垂直な磁束路は１界磁アセンブリの磁石から空隙を横切り、反対側の界磁アセンブリの平面部へと延伸する)。
【００３４】
上の説明された実施形態において、磁石によって空隙に提供される磁束密度分布は、例えば各極群を提供するために使用される磁石のサイズと数を操作することにより磁束源を操作することにより、磁石によって空隙に提供される磁束密度分布を変えることができる。したがって、Ｓ極磁石群は同じであるか異なったサイズの2個の磁石を持つことができ、そうすれば、コイル位置の関数として与えられるＳ極磁束密度の大きさがこれらの配列された磁石の順番と位置に依存することになる。
【００３５】
本発明によると、リニアボイスコイルアクチュエータは複数の界磁サブアセンブリと、１つのコイルアセンブリを含んでいる。複数の界磁サブアセンブリがそれぞれ１界磁バンクを含み、そして、また、複数の界磁サブアセンブリの少なくとも１つは複数群の磁石を有し、各群は同じであるか異なったサイズの、１磁気極性と磁束密度分布を与えるように配置された複数の磁石を含む。複数の界磁サブアセンブリは、そのうちの少なくとも１つの界磁サブアセンブリであって前記複数群の磁石を有するものと、別の界磁サブアセンブリがそれらの間に空隙を形成するようにお互いに関して置かれる。この実施形態のコイルアセンブリは、空隙内においてリニアコイルアクチュエータの運動方向に実質的に平行である同一平面上に置かれた少なくとも1個のコイルを含んでいる。
【００３６】
本発明を単一コイルに制限されず、複数のコイルを使うことができることが理解される。また、特定の磁気極性を与える磁石の群を含む磁石の数は2個に制限されず、２個以上とすることができることが理解される。また、本発明では、求める特定の力特性に従って様々な磁石のサイズを変えることができることが理解される。これは、磁石の長さ、幅、および/または厚さを変えること、または、ストローク長さに伴い空隙内に必要な磁束密度分布を与える磁石の他の特性変化も変えることを含む。コイルサイズは必要とされる力によって決定される。１極性群の中の小さい磁石と大きい磁石の間(例えば、22Bと32Bの間)の設定された間隔は必要とされる磁束密度分布によって決定される。１極性群の１つのサイズの磁石(例えば、22B)と別の極性群における同じサイズの磁石(例えば、34B)の間の間隔はストロークによって決定される。
【００３７】
本明細書で使用されている用語と表現は説明のためのものであり、制限的なものではなく、図示及び説明される特徴の均等物を除外する意図ではなく、特許請求の範囲に属する変形例が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるリニアボイスコイルアクチュエータの実施の形態の概略斜視図である。
【図２】図2Aは本発明の実施の形態の2つの界磁サブアセンブリの概略斜視図である。図2Bと2Cは、本発明の実施の形態のコイルサブアセンブリのコイルと界磁サブアセンブリの磁石の可能な向きの示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態のコイルサブアセンブリの概略図である。
【図４】図1のリニアボイスコイルアクチュエータの実施の形態の分解斜視図である。
【図５】図2Aの５−５線に沿って見た図1のリニアアクチュエータの概略断面図である。
【図６】図2Aに示す発明の実施の形態に関する力(Force、単位はポンド)対ストローク（stroke, 単位はmm）を示すグラフである。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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