JPH0549226A - リニアアクチユエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型，軽量であると共に，高推力であり，リ
ニアリティおよび信頼性の高いリニアアクチュエータを
提供する。 【構成】 強磁性材料により有底中空円筒状に形成した
サイドヨークの内周面に中空円筒状に形成した永久磁石
を固着すると共に，サイドヨークの底部に強磁性材料か
らなる円柱状のセンターヨークをサイドヨークと同軸的
に突設して磁気回路を形成し，永久磁石とセンターヨー
クとの間に形成される磁気空隙内に軸方向移動自在に可
動子を設けてなるリニアアクチュエータにおいて，永久
磁石を，サイドヨークの底部から開口部近傍に至る間に
設けた第１の永久磁石と，この第１の永久磁石と逆極性
に着磁しサイドヨークの開口部近傍に設けた第２の永久
磁石とによって構成し，可動子に前記第１の永久磁石お
よび第２の永久磁石に各々臨ませて駆動コイルおよび検
出コイルを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はロボット，磁気ディスク
装置，光ディスク装置等の位置決めやペンプロッタの筆
圧調整等に使用されるリニアアクチュエータに関するも
のであり，特に小型，高推力のリニアアクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のリニアアクチュエータとし
ては，例えば図４に示す構造のものが公知である。図４
において，１はサイドヨークであり，例えば軟鉄のよう
な強磁性材料により有底中空円筒状に形成する。２は永
久磁石であり，中空円筒状に形成すると共に，ラジアル
方向に着磁し，前記サイドヨーク１の内周面に同軸的に
固着する。次に３はセンターヨークであり，前記サイド
ヨーク１と同様な強磁性材料により円柱状に形成し，サ
イドヨーク１の底部中央に同軸的に突設する。上記の構
成により磁気回路を形成することができる。次に４は可
動子であり，非磁性材料により中空円筒状に形成したボ
ビン５の端部に駆動コイル６を巻装して形成すると共
に，コイル６を前記永久磁石２とセンターヨーク３との
間に形成される円環状の磁気空隙７内に配設し，軸方向
移動自在に介装させる。

【０００３】上記の構成により，可動子４を構成する駆
動コイル６に正逆方向の通電を行なえば，フレミングの
左手の法則に従って駆動コイル６すなわち可動子４を軸
方向に移動させることができる。従って可動子４に装着
したアーム等の機能部材（図示せず）の位置決め等を遂
行することができるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のリニアアク
チュエータにおいては，可動子４に装着した前記機能部
材の時々刻々の位置を認識する必要があるため位置セン
サーが必要であると共に，可動子４の移動速度を一定に
制御する必要があるため速度センサーが必要である。従
ってリニアアクチュエータを使用する場合には，速度セ
ンサーを装着するためのスペースが必要となる。このた
め装置全体の構成が複雑となると共に，小型化を阻害す
るという問題点がある。

【０００５】上記問題点を解決するために，これまでに
種々の提案がなされており，駆動コイル６の近傍に速度
検出用の検出コイルを一体に設ける等の手段が講じられ
ている（例えば実開昭60− 44478号，特開昭61−258661
号公報等参照）。しかしながら前者は検出コイルに電気
信号を発生させるべき永久磁石を別個に設ける必要があ
るため，検出手段の占めるスペースが必要となる欠点が
ある。一方後者は永久磁石が共用である利点はあるもの
の，検出コイルを２個必要とし，装置全体の小型化を阻
害するという問題点がある。

【０００６】一方近年のこの種のリニアアクチュエータ
に対する要求は次第に厳しくなってきており，スペース
および重量の面からの制約によりアクチュエータの大き
さが限定されるのみならず，更に高推力，長ストロー
ク，高リニアリティが要求される。従って図４に示す構
成のものにおいては磁気空隙７の寸法を極限まで縮減し
なければならない。また可動子４の両端部に検出コイル
を設けることは，推力，ストローク特性，リニアリティ
に影響があること，およびスペース的な余裕がないため
殆ど実現が困難である。なお検出コイルを駆動コイル６
に近接して設けると，駆動コイル６に誘起される磁界に
よって感度が影響され，検出信号と同時にノイズを抽出
する機会が多く，誤動作の発生，信頼性の低下等を招来
するという問題点がある。

【０００７】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し，小型，軽量であると共に，高速，高推力を発揮
し得ることはもとより，リニアリティおよび信頼性を更
に向上させ得るリニアアクチュエータを提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明においては，強磁性材料により有底中空円筒
状に形成したサイドヨークの内周面に中空円筒状に形成
した永久磁石を固着すると共に，サイドヨークの底部に
強磁性材料からなる円柱状のセンターヨークをサイドヨ
ークと同軸的に突設して磁気回路を形成し，永久磁石と
センターヨークとの間に形成される磁気空隙内に軸方向
移動自在に可動子を設けてなるリニアアクチュエータに
おいて，永久磁石を，サイドヨークの底部から開口部近
傍に至る間に設けた第１の永久磁石と，この第１の永久
磁石と逆極性に着磁しサイドヨークの開口部近傍に設け
た第２の永久磁石とによって構成し，可動子に前記第１
の永久磁石および第２の永久磁石に各々臨ませて駆動コ
イルおよび検出コイルを設ける，という技術的手段を採
用した。

【０００９】

【作用】上記の構成により，サイドヨークの開口部にお
ける磁束の漏洩を防止し，この結果第１の永久磁石とセ
ンターヨーク間に形成される円環状の磁気空隙内の磁束
密度を，軸方向に亘って均一化するという作用を期待で
きるのみならず，第２の永久磁石による磁界を速度検出
用に積極的に利用できるのである。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部縦断面図で
あり，同一部分は前記図４と同一の参照符号で示す。図
１において，２ａ，２ｂは各々第１の永久磁石および第
２の永久磁石であり，例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類永
久磁石材料（日立金属製ＨＳ２５ＣＲ）によりリング状
に形成すると共に，ラジアル方向に着磁し，サイドヨー
ク１の内周面に同軸的に固着する。なお第１の永久磁石
２ａはサイドヨーク１の底部から開口部近傍に至る間に
設け，第２の永久磁石２ｂは第１の永久磁石２ａと逆極
性に着磁してサイドヨーク１の開口部近傍に設ける。

【００１１】第１の永久磁石２ａおよび第２の永久磁石
２ｂは何れも軸方向長さを短寸法に形成した複数個のリ
ング片を軸方向に積層して形成してもよく，また扇形に
形成した複数個のセグメントを円周方向に配設して形成
してもよい。次に８は検出コイルであり，可動子４の外
周面に，前記駆動コイル６と若干の間隔を介し，かつ前
記第２の永久磁石２ｂに臨ませて設ける。なお駆動コイ
ル６および検出コイル８は各々第１の永久磁石２ａおよ
び第２の永久磁石２ｂから発生する磁束を横切るように
設ける。

【００１２】図２は図１における磁気空隙７の空隙磁束
密度分布を示す図であり，横軸にサイドヨーク１の底面
からの位置と，検出コイル８のストロークの位置を併記
してある。この場合，図１におけるサイドヨーク１はＳ
Ｓ４１により，外径２８mm，内径２０mm，長さ２８mm
に，センターヨーク３はＳＳ４１により直径１２mm，長
さ２８mmに形成した。また第１の永久磁石２ａおよび第
２の永久磁石２ｂは外径２０mm，内径１８mm，軸方向長
さ１８mmおよび６mmに形成したものについて測定したも
のである。図２から明らかなように，第１の永久磁石２
ａによる空隙磁石密度分布ａはピーク値が5000Ｇ弱の比
較的平坦な分布を示し，第２の永久磁石２ｂによる空隙
磁束密度分布ｂは，ストロークの略中間部にピーク値50
00Ｇ弱を有する分布を示している。

【００１３】上記の構成により図１に示す駆動コイル６
に正逆方向の通電を行なえば，前記図４に示すものと同
様に可動子４を軸方向に移動させることができる。そし
て可動子４の移動により，検出コイル８が第２の永久磁
石２ｂによる磁束を横切るから，検出コイル８に移動速
度の大小に対応する信号電流が流れる。従って可動子４
の移動速度を検出することができ，制御系（図示せず）
を介して可動子４の位置決めその他の制御を行なうこと
ができる。この場合，速度検出はストロークの中間部近
傍で特に必要であるが，図２に示すように第２の永久磁
石２ｂ（図１参照）による空隙磁束密度分布のピーク値
がストロークの中間部近傍に存在するため，検出精度を
向上させることができるのである。

【００１４】図３はストロークと推力との関係を示す図
である。この場合駆動コイル６（図１参照）は，線径
0.2mmの銅線を３４４ターン（８層×４３列）して形成
した。図３から明らかなように，ストローク９mmにおい
ても推力は５５０gfあり，リニアリティ１０％以内を保
持している。これは前記図１に示すように，サイドヨー
ク１の開口端近傍に，第１の永久磁石２ａと逆極性に着
磁した第２の永久磁石２ｂを設けたため，開口部からの
漏洩磁束を防止し，磁気空隙７内における有効磁束密度
が確保される結果，軸方向位置における推力の差が大幅
に縮少されたものと認められる。

【００１５】本実施例においては，永久磁石をＮｄ−Ｆ
ｅ−Ｂ系希土類永久磁石材料によって形成した例につい
て説明したが，他の永久磁石材料若しくは他の希土類永
久磁石材料によって形成してもよい。またこの種のリニ
アアクチュエータにおいては，可動子を構成するコイル
の電流の立上りや反転を高速化するために，センターヨ
ークの表面に例えばＣｕ等の導電材料からなるショート
リングを設けることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから，開口部における磁束の漏洩を防止するた
めに設けた，第２の永久磁石による磁気空隙の軸方向位
置における推力の均一化の効果に加えて，この磁束を積
極的に速度検出用として兼用したことにより，装置全体
の小型，軽量化が達成できる。また検出コイルは駆動コ
イルに誘起される磁界による影響は全く受けないため，
検出精度および信頼性を大幅に向上させ得るという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部縦断面図である。

【図２】図１における磁気空隙の空隙磁束密度分布を示
す図である。

【図３】ストロークと推力との関係を示す図である。

【図４】従来のリニアアクチュエータの例を示す要部縦
断面図である。

【符号の説明】

１ サイドヨーク ２ａ 第１の永久磁石 ２ｂ 第２の永久磁石 ６ 駆動コイル ８ 検出コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性材料により有底中空円筒状に形成
   したサイドヨークの内周面に中空円筒状に形成した永久
   磁石を固着すると共に，サイドヨークの底部に強磁性材
   料からなる円柱状のセンターヨークをサイドヨークと同
   軸的に突設して磁気回路を形成し，永久磁石とセンター
   ヨークとの間に形成される磁気空隙内に軸方向移動自在
   に可動子を設けてなるリニアアクチュエータにおいて， 永久磁石を，サイドヨークの底部から開口部近傍に至る
   間に設けた第１の永久磁石と，この第１の永久磁石と逆
   極性に着磁しサイドヨークの開口部近傍に設けた第２の
   永久磁石とによって構成し，可動子に前記第１の永久磁
   石および第２の永久磁石に各々臨ませて駆動コイルおよ
   び検出コイルを設けたことを特徴とするリニアアクチュ
   エータ。