JPH0670529A - 誘導アクチュエータおよびその駆動方法 - Google Patents

誘導アクチュエータおよびその駆動方法

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JPH0670529A
JPH0670529A JP22115392A JP22115392A JPH0670529A JP H0670529 A JPH0670529 A JP H0670529A JP 22115392 A JP22115392 A JP 22115392A JP 22115392 A JP22115392 A JP 22115392A JP H0670529 A JPH0670529 A JP H0670529A
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JP
Japan
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induction
winding
armature conductor
magnetic
actuator according
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JP22115392A
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English (en)
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Tsutomu Kaido
力 開道
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、磁石を有せずに低コストで、単純
な構造でメンテナンスが容易であり、かつ、可動子が高
剛性で、制御性が比較的優れたアクチュエータとその制
御方法を提供する。 【構成】 誘導アクチュエータは励磁巻線1、界磁巻線
2と電機子導体3および、電機子導体3を共に貫き、励
磁巻線1と界磁巻線2を別々に貫通する2つの磁心4,
5で構成されている。励磁巻線1との電磁誘導により電
機子導体3を流れる誘導電流と、界磁巻線1の電流によ
り生じる界磁により、駆動力が生じる。誘導アクチュエ
ータにおいて、励磁巻線1と界磁巻線2のどちらか一方
の電流の方向を切り替えることで、駆動方向を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リニアアクチュエータ
やこれに類するものに関するものである。
【0002】
【従来の技術】リニアアクチュエータとして、ブラシ付
きの直流リニアモータ、ブラシレスリニアモータ、誘導
リニアモータ等をはじめ、電磁弁等のアクチュエータ等
があり、それぞれ長所と短所がある。ブラシ付きの直流
リニアモータは、制御性等優れた特徴を持つがブラシ等
の寿命等の問題がある。ブラシレスリニアモータは、高
推力が得られるものの、コギングトルクが大きく、また
永久磁石に要する費用が大きい。一方、電磁弁等のアク
チュエータは、構造もシンプルであり、比較的大きい推
力を得られるが、一方向の推力しか得られない場合が多
い。
【0003】誘導リニアモータは、磁石を使用せず、ブ
ラシ等もなく、構造も比較的シンプルであるが、しかし
まだ、可動側には磁心と導体を含み、固定側には、多く
の巻線、ティースを有する磁心等を有している。
【0004】最近、制御性のよいアクチュエータとし
て、ボイスコイルモータがHDDの磁気ヘッド駆動用ア
クチュエータとして使用されている。このアクチュエー
タは、推力むらがなく、高精度制御用に適している。し
かし、永久磁石を有し、費用が高いこと、可動部へリー
ド線がつながっていることや、可動部の剛性が得られに
くい等、問題も多い。リード線を有せず、高剛性の可動
子を有するボイスコイルモータとして、誘導ボイスコイ
ルモータ(電気学会回転機研究会資料RM−90−11
5)も考案されているが、このモータはやはり磁石を必
要とし、連続した推力が得られにくい。
【0005】従来のアクチュエータでは、磁石を有せず
に低コストで、単純な構造でメンテナンスが容易であ
り、かつ、可動子が高剛性であるアクチュエータとして
は、半閉磁路形単相交流リニアアクチュエータ(電学論
D,108巻 8号 昭63)が報告されているが、
一方向駆動であることより、制御が難しい場合が多い。
また、特願平02−93125では、誘導ボイスコイル
モータの界磁に電磁石を用いたものがあるが、効率よく
界磁磁束を発生させるためには、界磁巻線を電機子導体
の近くに配置しないといけない等、構造面で問題があ
る。
【0006】このように、従来のアクチュエータでは、
磁石を有せずに低コストで、単純な構造でメンテナンス
が容易であり、かつ、可動子が高剛性で、制御性が比較
的優れたアクチュエータが殆どない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、磁石を有せ
ずに低コストで、単純な構造でメンテナンスが容易であ
り、かつ、可動子が高剛性で、制御性が比較的優れたア
クチュエータとその駆動方法を提供することを目的とし
てなされた。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のアクチュエータ
は、界磁巻線、励磁巻線と電機子導体および、電機子導
体を共に貫き、界磁巻線と励磁巻線を別々に貫通する2
つの磁心で構成され、界磁巻線は、界磁を発生させ、励
磁巻線は、電機子導体に電磁誘導で誘導電流を流し、こ
れらの界磁と誘導電流との間で、推力を生じさせるもの
である。
【0009】この発明の誘導アクチュエータの磁心は、
2つ必要であり、その一つは、電機子導体に、界磁の磁
束を集中させるものであり、他方は、励磁巻線と電機子
導体の間の電磁誘導を効率よく行うため、励磁巻線によ
り発生した磁束を電機子導体に導き交鎖させる為のもの
で、前記の励磁巻線や電機子導体を貫通している。
【0010】アクチュエータの可動側は、主に電機子導
体であるが、電機子導体を固定して、励磁巻線或いは励
磁巻線を固定した磁心を可動側としてもよい。界磁用の
磁心は、電磁誘導を効率よく行うためには、閉磁路であ
るとよい。磁心は透磁率が高い磁性材料を使用すること
が必要であり、ケイ素鋼、鉄ニッケルや鉄コバルト等の
合金、ソフトフェライトそれにアモルファス磁性材料等
のように高透磁率の磁性材料でつくられたものであるこ
とが好ましく、できれば、厚さが1mm以下の板状磁性材
料、直径が1mm以下の線状磁性材料、或は電気抵抗率が
50μΩcm以上である磁性材料や磁区細分化処理された
磁性材料等のような低鉄損磁性材料であると、電磁駆動
方式および電磁発電方式の効率や高周波性能がよくなる
ので好ましい。50μΩcm以上の電気抵抗率の磁性材料
は、ソフトフェライトや4%以上のSiを含む珪素鋼板
等である。厚さ1mm以上の板状磁性材料、直径が1mm以
上の線状磁性材料、或は電気抵抗率が50μΩcm以下で
ある磁性材料や磁区細分化処理されてない磁性材料で
は、高周波で駆動すると材料内に渦電流が生じ、電力損
失である鉄損が増すだけでなく、制御性にも悪い影響を
与える。
【0011】磁心は、これら等の磁性材料で、積み重ね
てつくられたもの、巻いてつくられたもの、寸法の異な
る磁心材を交互に重ねる等したラップ磁心等でつくると
よい。
【0012】電機子導体は、誘導電流を効率よく流すた
めに、電気抵抗が低いほどよく、銅、アルミニウムやこ
れらの合金であることが好ましく、形状としては、金属
環等の一体ものや、2片以上の金属片をボルト止め等で
組み合わせたもので閉電路を形成したものでもよく、さ
らには、導線を巻いたものやボビンに導線を巻いたもの
でもよい。この電機子導体は、動かそうとする負荷と一
体化したもので、同時に加工したもの等でもよいことは
言うまでもない。2片のアルミニウム片を組み合わせる
場合に、その接触抵抗が、酸化膜等で大きくなり、問題
となる場合には、その接触面に、ニッケルメッキや銅メ
ッキを施す等の表面処理を行い、接触抵抗を低くすると
よい。
【0013】本発明の誘導アクチュエータを駆動し、制
御するには、界磁巻線と励磁巻線とのどちらか一方の電
流の方向を切り替えることで、駆動方向を制御するとよ
い。あるいは、界磁巻線と励磁巻線とのどちらか一方の
電流値を固定し、他の巻線で駆動力や方向を制御してい
てもよい。励磁巻線に流される電流は、電磁誘導を効率
よく生じせしめるためには一般に交流がよく、交流の周
波数を、励磁巻線と電機子導体との間の電磁誘導を効率
よく行える低周波数側限界周波数以上にするとよい。
【0014】交流は、正弦波、矩形波、三角波、パルス
波等どのような波形のものでもよい。
【0015】
【実施例】〔実施例I〕図1に、本発明の誘導アクチュ
エータの一例を示す。図2は、図1のa−a断面図を示
す。固定側は、励磁巻線1、界磁巻線2、励磁巻線1を
貫通する磁心4と界磁巻線2を貫通する磁心5、可動側
は、電機子導体3より構成される。
【0016】励磁巻線1と界磁巻線2は絶縁皮膜が施さ
れた導線を磁心4と5に巻いてつくられた巻線である。
磁心4は方向性電磁鋼板を積層したもので、閉磁路を形
成するもので、この磁心4を通る励磁巻線1による磁束
が、切断部無しに流れることができる。方向性電磁鋼板
の圧延方向は4aの方向である。
【0017】磁心4の4bの部分は、励磁巻線1による
界磁磁束が多く流れ、駆動力が大きくなるようにするた
めのものである。
【0018】電機子導体3は、2個の銅片3a,3bよ
りできており、それらの接触面3cは、半田付けされて
いる。電機子導体3の銅片3aは、負荷側と同一片にな
っている。この誘導アクチュエータの励磁巻線1に交流
電流を流すと電機子導体3に誘導電流が流れ、界磁巻線
2に流される電流により同時に生じる界磁とで、電機子
導体3は6,7の方向に駆動力が生じる。ここで、励磁
巻線1と界磁巻線2の一方の電流の方向を逆にすると、
電機子導体3の駆動方向は反対になる。
【0019】図3は、この誘導アクチュエータを駆動す
る制御回路である。交流電源8は周波数50Hzで界磁巻
線2は直接励磁されているが、励磁巻線1は電流の方向
と大きさを変えることが可能な増幅器9で電流の大きさ
と方向を調整できるようになっている。この増幅器9の
電流の大きさと方向で、電機子導体3に発生する駆動力
を制御する。
【0020】〔実施例II〕図4は、励磁巻線の磁心も開
磁路にした誘導アクチュエータである。巻線10と11
は、どちらが界磁巻線でも励磁巻線でもよい。磁心は巻
線10を貫通している磁心13と、巻線11を貫通して
いる磁心14は同じ形であり、かつ開磁路になっている
ので、電機子導体12を磁心13,14に挿入すること
が容易であり、組立が簡単である。電機子導体12は、
アルミニウム製金属環で負荷側と一体化しており、同時
加工したものである。
【0021】
【発明の効果】本発明の誘導アクチュエータは、励磁巻
線、界磁巻線、電機子導体と2つ磁心のみで駆動できる
ものであり、構造がシンプルであり、直流リニアモータ
等のような、ブラシの寿命等の問題もなく、メンテナン
ス等が簡単である。
【0022】また、高価な永久磁石等を用いないので、
比較的安価である。特願平02−93125の誘導ボイ
スコイルモータでの入力巻線と、電磁石用の巻線即ち界
磁巻線を本発明では、励磁磁束を流す磁心と分離するこ
とに限定することで、磁心共有した場合に生じやすい磁
気飽和を抑制でき、また界磁巻線を別の部分に設けてい
るので、巻き数を多くすることも可能であり、界磁磁束
を大きくでき、発明の効果が大きい。また、本発明の誘
導アクチュエータでは、界磁用の磁心を開磁路で独立さ
せているので、界磁磁束分布が、電機子導体の駆動域
で、均一にでき、駆動力の大きさの場所による変動が小
さく、制御性がよい。
【0023】本発明のひとつとして、閉磁路の磁心を使
用した誘導アクチュエータがあるが、閉磁路にしたため
に、半閉磁路の磁心を使用するよりも、電機子導体に効
率よく誘導電流を流し、駆動力を発生できるので、効率
面で改善でき、効果がある。本発明の誘導アクチュエー
タの可動部が電機子導体である場合、可動子が金属環で
あるので、剛性が高いこと、温度上昇による絶縁破壊、
機械強度低下がないこと、負荷等と兼ねることができ、
同時加工ができること等利点が多い。
【0024】制御性においても、磁石等によるコギング
トルクがないこと、励磁巻線を切り替えることで容易に
方向が変えられること等の長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の誘導アクチュエータの一例を示す側面
図である。
【図2】図1のa−a線に沿う断面図である。
【図3】誘導アクチュエータを駆動する制御回路のブロ
ック図である。
【図4】本発明の誘導アクチュエータの他の例を示す側
面図である。
【符号の説明】
1 励磁巻線 2 界磁巻線 3 電機子導体 4 磁心 5 磁心 6 電機子導体の駆動方向 7 電機子導体の駆動方向 8 交流電源 9 増幅器 10 界磁巻線あるいは励磁巻線 11 界磁巻線あるいは励磁巻線 12 電機子導体 13 磁心 14 磁心 15 巻線 16 電機子導体の駆動方向 17 電機子導体の駆動方向

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界磁巻線、励磁巻線、電機子導体およ
    び、電機子導体を共に貫き、界磁巻線と励磁巻線を別々
    に貫通する2つの磁心で構成され、励磁巻線との電磁誘
    導により電機子導体に流れる誘導電流と、界磁巻線の電
    流により生じる界磁により、駆動力が生じることを特徴
    とするアクチュエータ。
  2. 【請求項2】 可動部が電機子導体である請求項1記載
    の誘導アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 電機子導体が銅、アルミニウムやこれら
    の合金である請求項1または2記載の誘導アクチュエー
    タ。
  4. 【請求項4】 電機子導体が2個以上である請求項1,
    2または3記載の誘導アクチュエータ。
  5. 【請求項5】 励磁巻線と電機子導体を貫通する磁心が
    閉磁路である請求項1,2,3または4記載の誘導アク
    チュエータ。
  6. 【請求項6】 磁心に使用される材料を次のうち何れか
    一つ以上とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれ
    かに記載の誘導アクチュエータ。 a)厚さが1mm以下の板状磁性材料 b)直径が1mm以下の線状磁性材料 c)電気抵抗が50μΩcm以上の磁性材料 d)磁区細分化処理された磁性材料
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の誘導ア
    クチュエータにおいて、励磁巻線と界磁巻線の一方の電
    流の方向を切り替えることで、駆動方向を制御する誘導
    アクチュエータの駆動方法。
  8. 【請求項8】 流す電流を交流で行う請求項7記載の誘
    導アクチュエータの駆動方法。
  9. 【請求項9】 交流の周波数を、励磁巻線と電機子導体
    との間の電磁誘導を効率よく行える低周波数側限界周波
    数以上とする請求項8記載の誘導アクチュエータの駆動
    方法。
JP22115392A 1992-08-20 1992-08-20 誘導アクチュエータおよびその駆動方法 Withdrawn JPH0670529A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535360B1 (en) 1999-06-02 2003-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Disk drive head suspension assembly with microactuator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6535360B1 (en) 1999-06-02 2003-03-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Disk drive head suspension assembly with microactuator

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A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 19991102