(57)【要約】全ストロークにおいて実質的に一定の力を発生させるように空隙における磁束密度分布を変更するために１個又は２個以上の別個の補償コイルを使用し、複数の別個の電源と位置フィードバックを用いてストロークに対する補償コイルの電流を調整することが可能なアクチュエータを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を持つコアと、
縦軸を持つ永久磁石であって、該縦軸が前記コア軸にほぼ平行になるように位置される永久磁石と、
前記コア軸に沿って前記永久磁石と影響し合うように置かれる可動コイルと、
前記可動コイルと影響し合うように置かれた補償コイルであって、該補償コイルの起磁力が前記可動コイルの位置の関数として制御される補償コイルとを、
含んでなるボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２】
コアと、
縦軸を持つ永久磁石であって、該縦軸が前記コアの軸にほぼ平行になるように位置される永久磁石と、
前記コア軸に沿って前記永久磁石と影響し合うように置かれる可動コイルと、
前記可動コイルと影響し合うように置かれ前記可動コイルの位置の関数として制御される起磁力を有する補償コイルとを、
含んでなるアクチュエータ。
【請求項３】
前記補償コイルは前記コアの周りに置かれる請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項４】
前記補償コイルは前記コアのほぼ全長に渡って延伸する請求項３のアクチュエータ。
【請求項５】
前記永久磁石は、前記コアと前記永久磁石の一端の間に空洞を形成するためにコアに関して置かれ、前記補償コイルは前記空洞内に置かれる請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項６】
前記補償コイルは前記空洞を満たす請求項５のアクチュエータ。
【請求項７】
前記永久磁石と前記コアの間で前記永久磁石の他端に第２空洞が形成され、別の補償コイルが前記第２空洞内に置かれた請求項５のアクチュエータ。
【請求項８】
前記永久磁石は、前記コアと前記永久磁石の一端の間に空洞を形成するためにコアに関して置かれ、第２補償コイルが前記空洞内に置かれる請求項４のアクチュエータ。
【請求項９】
前記永久磁石と前記コアの間で前記永久磁石の他端に第２空洞が形成され、別の補償コイルが前記第２空洞内に置かれた請求項８のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記コアの周りに置かれるコア補償コイルをさらに含む請求項７のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動コイルの位置に応答する位置センサと、
前記位置センサに応答し前記補償コイルに接続された電源とを、
さらに含む請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項１２】
ハウジングを形成するフィールドブランクと、
コアと、
縦軸を有する永久磁石であって、前記縦軸が前記コアの軸にほぼ平行になるように前記ハウジング内に置かれた永久磁石と、
前記コア軸に沿って前記永久磁石と影響し合うように置かれた可動コイルと、
前記可動コイルと影響し合うように、かつ、前記可動コイルの位置の関数として制御されるように前記コアの周りに置かれた複数の補償コイルであって、前記コアの周りに置かれるコア補償コイルと、前記永久磁石の一端と前記ハウジングの間に形成された空洞に置かれる第一補償コイルを含む補償コイルとを、
含んでなるアクチュエータ。
【請求項１３】
前記永久磁石の他端と前記ハウジングの間に形成された第２空洞に置かれる第２補償コイルをさらに含む請求項１２のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記可動コイルの位置に応答する位置センサと、
前記位置センサに応答する複数の電源であって、それぞれがコア補償コイル、第１補償コイル、第２補償コイルのうちの対応する補償コイルに接続され該補償コイルに前記可動コイルのストロークの関数としての電力を供給するように電源とを、
さらに含む請求項１３のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記アクチュエータは端部が閉じている請求項４のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記アクチュエータは端部が開いている請求項４のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記アクチュエータは端部が閉じている請求項１０のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記アクチュエータは端部が開いている請求項１０のアクチュエータ。
【請求項１９】
前記アクチュエータは端部が閉じている請求項１４のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記アクチュエータは端部が開いている請求項１４のアクチュエータ。
【請求項２１】
前記アクチュエータは長方形断面を持つ請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項２２】
前記アクチュエータは円柱形である請求項１又は２のアクチュエータ。
【請求項２３】
ハウジングを形成するフィールドブランクと、
コアと、
縦軸を持つ永久磁石あって、該縦軸が前記コアの軸にほぼ平行になるように置かれる永久磁石と、
前記コア軸に沿って移動可能に、かつ、前記コア軸に沿って前記永久磁石と影響し合うように前記コアの周りに置かれたコイルであって、該可動コイルと前記永久磁石の間の空隙に磁束を生じさせるコイルと、
前記可動コイルと影響し合うように置かれた補償コイルと、
前記空隙における前記磁束を変化させるために前記コアに沿った可動コイルの位置の関数である、ある大きさの起磁力を前記補償コイルに生じさせるように前記補償コイルに接続された電源とを、
含んでなるボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２４】
前記補償コイルは前記コアの周りに置かれている請求項２３のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２５】
前記コア、前記永久磁石、前記可動コイル及び前記補償コイルは前記フィールドブランクによって形成された前記ハウジング内に置かれ、前記補償コイルが前記永久磁石の前記縦軸に沿って前記永久磁石の一端において、かつ、前記永久磁石と前記フィールドブランクの間の空洞内にさらに位置されている請求項２３のボイスコイルアクチュエータ。
【請求項２６】
前記ボイスコイルアクチュエータは長方形断面を持つ請求項２５のボイスコイルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本願は、米国法（Ｕ．Ｓ．Ｃ．）３５の§１１９（ｅ）に基づき、２０００年３月２８日に出願された仮出願Ｎｏ．６０／１９２，９９９の優先権を主張する。
【０００２】
【技術分野】
本発明は、一般に、リニアアクチュエータに関し、特に、ボイスコイルアクチュエータの可動コイル（移動コイル）内の電流によって発生する磁束を補償することに関する。
【０００３】
【背景技術】
ボイスコイルアクチュエータはコイルに印加された電流に比例する力を与える電磁装置である。本願の譲受人に譲渡された米国特許番号５，６７７，９６３はそのようなボイスコイルアクチュエータに関する例であり、その特許の全内容は参照のためにここに組み入れられる。
【０００４】
リニアボイスコイルアクチュエータを異なる構成とすることで異なる形の「力−ストローク曲線」を与えることができる。しかしながら、可動コイルの電力レベルを増加させないで、これらの形を変えることができない。しかし、この手段は主磁場の所定の分布と電機子反作用による限られた結果だけを獲得する。
【０００５】
サーボ系では、あるストロークにおいて一定の力又は一定の速度を維持する必要があるかもしれない。米国特許第５，１７７，３８３号（発明の名称「ボイスコイルモータ」）は、そのような特性を獲得する試みで使用する一巻の長さを短くしたコイルを開示している。しかしながら、コイルの巻き長さが短くされるので、可動コイルが１つの位置から別の位置まで動くとき、コイルの電流を調整することができない。
【０００６】
【発明の開示】
本発明によれば、できるかぎり全ストロークにおいて一定の力を発生させるように空隙（エアギャップ）における磁束密度分布を変えるために１つ、または、２以上の別々の補償コイルが使われる。別々の補償コイルの電流は、別々の電源と位置フィードバックを使用して、ストロークに対して調整される。
【０００７】
【発明の実施形態】
本発明のこれら及び他の特徴は、さらに以下の詳細な説明及び添付図面を参照することにより容易に理解されるであろう。
【０００８】
図１を参照すると、本発明に従い、コア１２の回りに補償コイル（例えば、１０−Ａ）を直接巻き上げることができ、磁石１８と、アクチュエータのフィールドブランク２２の内面２０の間の空洞（例えば、空洞１４，１６）内に補償コイル（例えば、１０−Ｂと１０−Ｃ）を位置させることができる。補償コイル１０−Ａ、１０−Ｂ、および１０−Ｃを、図１で示すように、端部が閉じたアクチュエータ内で使用することができるし、図２で示すように端部が開いたアクチュエータ内で使用することもできる。
【０００９】
図１に示す端部の閉じている発明の実施の形態に見られるように、コア補償コイル１０−Ａが提供される。永久磁石１８は、その縦軸がコア１２の軸に対して実質的に平行となるようにコア１２に対して置かれる。軟質磁性材料からなるフィールドブランク２２は、コア１２の端部間の永久磁石１８の周りで磁気回路を形成するために使用される。
【００１０】
本発明に従ったボイスコイルアクチュエータは長方形や円柱形を含むさまざまな形を持つことができる。長方形の例が以下に説明されるが、他の形も本発明思想内で可能であることが理解される。図示は省略するが、当業者にとって明らかであるように、複数のブラケットその他のリンク機構を用いて、移動するコイルをアクチュエータのロードに連結することができる。これらのブラケットその他のリンク機構は、アクチュエータのフィールドブランク２２に形成した縦軸方向のスロットの全長に渡って延伸することができる。
図１の実施の形態において、永久磁石１８は角胴形である。フィールドブランク２２は両端の閉じた角胴形である。永久磁石１８はフィールドブランクの内面上に置かれ、永久磁石１８の長さは、フィールドブランク２２の両端の内面２０と永久磁石１８との間に空洞１４，１６が形成されるように選択される。永久磁石１８の内寸法とコア１２の外寸法は、それらの間にギャップが形成されるように選択される。可動コイル２４はこのギャップの中に位置されるように、そして、このギャップに沿って可動できるように構成される。図示を省略するが、従来の方法であるフィールドブランク２２の外部へ延伸する連結手段を介して可動コイル２４を制御することができることを当業者は理解できるであろう。
【００１１】
本発明の端部の閉じた実施の形態においては、補償コイル１０−Ｂ又は１０−Ｃを永久磁石１８とフィールドブランク２２の内面２０の間に形成された空洞１４， １６の一方又は両方に置くことができる。代わりに、コアの周りに巻かれるコア補償コイル１０−Ａを使うことができる。コア補償コイル１０−Ａはほぼコア１２の全長に渡って延伸するように設けられる。
【００１２】
図１に示す構造はギャップ内の磁束密度分布を変えることを可能にする。順番に、これは磁束密度をストロークの関数として制御することを可能にする。したがって、補償コイルの起磁力（ＭＭＦ）を制御することによって、例えば、ストロークを横切る一定の力を持つようなアクチュエータの特性、または他の必要な動作特性を制御することができる。
【００１３】
図２の実施の形態は図１のものと同様であるが、フィールドブランクの一端が開いている点で異なる。
【００１４】
静補償コイル１０−Ａ、１０−Ｂ、および１０−Ｃを可動コイル２４に直列に接続して、それらのコイルの磁束を可動コイル２４の電流によって引き起こされた磁束に反するように働かせて、電機子反作用と、合成インダクタンスを減少させ、アクチュエータのより速い応答を導くようにすることができる。この場合、新しい力−ストローク曲線は、一般に、全ストロークを通して増加した力の出力を表すであろう。
【００１５】
しかしながら、ストロークの大部分中において「よく管理された」力が必要とされるならば、図７に示すように複数の補償コイルを複数の別個の電源２６に接続するべきである。補償電流値をストロークの関数としての有効に制御するために位置フィードバック装置２８が使用される。そのような補償電流に関する例は、図３と図４に示す、与えられた一定値の力出力のための起磁力（単位はアンペア回数）−ストロークの関係を表す曲線によって与えられる。
【００１６】
図３は、補償コイル１０−Ｂと１０−Ｃに関する補償コイル起磁力（単位はアンペア回数）を一定の力６８８ＬＢ／Ｍ（ポンド／ｍ）でのストロークの関数として示すものである。したがって、例えば図３から、−０．９２のストローク位置において、アクチュエータがそのストローク位置において６８８ＬＢ／Ｍの力を与えるように補償コイル１０−Ｃの起磁力が１０００アンペア回数になるように制御できることがわかる。補償コイル１０−Ｃと１０−Ｂに与えられる起磁力は、可動コイルの別の位置に関しても図３から同じように得ることができる。
【００１７】
図４はコア補償コイル１０−Ａのコア補償コイル起磁力（単位はアンペア回数）を６８４ＬＢ／Ｍの一定力でのストロークの関数として示すものである。例えば、図４から、０．３７のストローク位置では、アクチュエータがそのストローク位置で６８４ＬＢ／Ｍの力を供給するようにコア補償コイル１０−Ａの起磁力を１５００アンペア回数になるように制御できることがわかる。コア補償コイル１０−Ａに与えられる起磁力は、可動コイルの別の位置に関しても図４から同じように得ることができる。
【００１８】
図３と４の両曲線を比較することにより、磁石１８と磁性構造の内壁２０との間の空間１４，１６に位置する補償コイル１０−Ｂと１０Ｃは、ストロークの始めにおいて、より効果的である傾向があるが、一方、コア補償コイル１０−Ａは、それの左から右への運動を考慮すれば、ストロークの終わりに向かって一定力領域を広くするように思える。
【００１９】
２つの異なったタイプの補償コイルに対する力対ストローク（力−ストローク）特性を図５と図６に示す。図５は１０−Ｂと１０−Ｃなどの補償コイルを使用した力−ストローク特性を示し、図６は、１０−Ａなどのコア補償コイルを使用した力−ストローク特性を示す。図５と６において、菱形シンボルによって示す点を結ぶ曲線は、印加された０アンペア回数（Ａ−Ｔ）と等しい状態を示すものである。四角形のシンボルの曲線は、供給された起磁力（ＩｃｃＮｃｃ）が１２００Ａ−Ｔのものを表し、ｘ印のシンボルの曲線は供給された起磁力（ＩｃｃＮｃｃ）が３６００Ａ−Ｔのものを表し、垂直線にｘ印を重ねたシンボルの曲線は供給された起磁力（ＩｃｃＮｃｃ）が４８００Ａ−Ｔのものを表す。
【００２０】
増加する起磁力が補償コイル１０−Ｂか１０−Ｃに提供されるにつれ、ストロークの終端近くの力はストロークの残りの部分よりも比例して大きくなるように補償コイルによって増大されることが図５からわかる。逆に、図６から、アクチュエータで発生した力に対するコア補償コイル１０−Ａの効果は、補償コイル１０−Ｃか１０−Ｂの効果と比較して、ストロークの中心に向かってずれていることがわかる。
【００２１】
特殊用途によって、補償コイル１０−Ａと１０−Ｂ、１０Ｃの両方のタイプを多分利用することができる。
【００２２】
そのような補償コイルの利用によりアクチュエータへの入力電力を増加させることができることに留意すべきである。しかしながら、比較的大きなヒートシンクを持っていない可動コイルと対照的に、比較的大きいヒートシンクに取り付けられた固定コイルにおいてエネルギの散逸が増加する。さらに、可動コイルに発生した熱は変化しない。
【００２３】
補償コイルの構成を、単に例として、リニアボイスコイルアクチュエータに適用することを説明した。回転式ボイスコイルアクチュエータにも同じアプローチを使用することができる。
【００２４】
本明細書において使われている用語と表現は説明のためだけのものであり、それに制限する意図はなく、そして、そのような用語と表現は図示及び説明される特徴又はその一部に等しいものを除外することを意図するものではない。特許請求の範囲内において、様々な変更が可能であることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の閉じたリニアボイスコイルアクチュエータの概略断面図である。
【図２】
本発明の実施の形態の端部が開いているリニアボイスコイルアクチュエータの概略断面図である。
【図３】
本発明に従って、磁石の端部に位置された補償コイルの所定の力出力値に必要な起磁力（アンペア回数）−ストロークを示すグラフである。
【図４】
本発明に従って、コアの周りに位置された補償コイルの所定の力出力値に必要な起磁力（アンペア回数）−ストロークを示すグラフである。
【図５】
本発明に従って、２つの異なるタイプの補償コイルに関する力−ストローク特性を示すグラフである。
【図６】
本発明に従って、２つの異なるタイプの補償コイルに関する力−ストローク特性を示すグラフである。
【図７】
本発明に従って、補償コイルに対する補償電流値がストロークの機能として制御されるように、複数の別個の電源に補償コイルを接続した状態を示す概略機能ブロック線図である。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004515994.tif 000022
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2004515994.tif 000024
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2004515994.tif 000026
2004515994.tif 000027
2004515994.tif 000028
2004515994.tif 000029
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004515994.tif 000032
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