JPH07500478A - ２個の逆位相可動部品を有する電磁作動器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ２個の逆位相可動部品を有する電磁作動器本発明は１個の中心部と２個の側面極 から成る電磁作動器に関するものである。

中心部は励起コイルと、ギャップの方向に従って磁化された永久磁石を備えた可 動部を支えている。

先行技術において、この種の振動モーターは知られている。固定子を支える外枠 に伝えられる振動を制限するために出願番号７２１３３４２のフランス特許は回 転子だけでなく固定子も懸架することを提案した。したがって先行技術による振 動作動器は、特性（懸架部材の質量、剛袢）が固有振動数を均衡にするために決 められた２個の懸架されたブロックから成る。しかしこれらの作動器には、二重 懸架システムの複雑さと、特に柔軟な電気的結合を含む固定子の可動性のために 、比較的脆弱である。

さらに先行技術において、ただ１個の回転子から成る電動機を記載した米国特許 ＵＳ４５８３０２７も知られている。この回転子は、反作用によって、固定子と その支えに振動を生じる振動運動によって動かされる。

さらに先行技術において、電流に対する磁場の作用を利用するドイツ特許第２６ ０３６８１号が知られている。回転子はギャップ内に配置された永久磁石で構成 される。この電動機はコイルにかけられた電力あたり充分な力を出すことができ ない、なぜなら、コイルの作動部は磁石によって生じた磁場の中に直接置かれた 部分だからである。銅の厚みを増そうとすると、それだけ磁場が減少する、ある いはそれだけ磁石を厚くしなければならない、したがってそれだけ移動質量が太 き《なる。その上、それぞれの磁石は、それぞれに対する距離に応じて、鉄製の ２つの固定部分によって引きつけられる、しかし所望の運動を妨げることな《こ れらの磁石が一方に《つつきに行《のを防止するための手段はなにも提案されて いない。

本発明の目的は高い周波数の、往復運動が必要な、そして固定子の妨害振動を制 限する用途のための高性能で信頼性の高い作動器を実現することである。

本発明の作動器の可動部材は、反対方向に、ギャップ面と静止した固定部品の中 線面との交差に平行な方向に沿って移動する独立した２個以上の部品から成る。

可動部品のそれぞれが軟質材料製のヨーク（ｃｕｌａｓｓｅ）と一体の、交替方 向に磁化された１対の薄い磁石を備え、前記可動要素の薄い磁石が隣接する可動 要素の対応する薄い磁石と反対方向に磁化され、ヨークが静止した固定部品と共 にギャップ（Ｅ）を形成する。

本発明による作動器は磁束の流れと可動部品に働く応力を最適化する。

可動要素の移動は原則として線形である。本発明による作動器は円筒形とするこ とも可能であり、この場合可動部品の移動はこの実施態様では円筒形のギャップ と同軸の円筒上に描かれた円弧に沿って行われる。

第１の変型例によれば、可動部材はギャップ（Ｅ）をほぼ一定に保ちながら移動 の方向に従って横遊び（ｄＭｂａｔｔｅｍｅｎｔ）を可能にするために変形自在 な手段によってそれぞれ静止した固定部分の連結された、反対方向の同じ質量の ２つの可動要素で構成される。可動要素の一方の運動量は、反対方向の、絶対値 で、他方の可動要素の運動量（質量と速度の積）と等しい。このため、振動部品 の合計運動量はゼロになり、それによって作動器の支えに伝達される妨害振動が 大幅に減らされる。

別の変型例によれば、可動部材は１個の中央部品と２個の側面部品で構成され、 側面部品のそれぞれの質量は中央部品の質量の半分に等しく、一方の側面部品と 他方の中央部品は同じ幅の行程で反対方向に移動自在であり、前記それぞれの可 動部品はギャップ（Ｅ）をほぼ一定に保ちながら移動の方向に従って横遊びを可 能にするために弾性変形自在な手段によって静止した固定子に連結されている。

この実施態様は可動部材の総運動量だけでなく、可動部材の総運動モーメントも ゼロにすることができる、したがって残留振動トルクがなくなる。

残留振動トルクをなくするための別の変型例によれば、固定子はそれぞれが長さ Ｘｃの１個の中心極と長さＸＬの２個の側面極を有するＷ字形の２個の部分から 成り、作動器は中央の脚を囲繞する２個のコイルを含み、可動部材は反対方向に 、ギャップ面と静止固定子の中線面の交差に平行な方向に沿ってそれぞれ移動す る、同じ質量の独立した２個以上の要素から成り、可動部材のそれぞれは軟質材 料製のヨークと一体の、交替方向に磁化された１対の薄い磁石を備え、前記可動 要素の一方の薄い磁石が第２の可動要素の対応する薄い磁石と反対方向に磁化さ れ、可動部品は移動の方向に沿って心出しされている。

それぞれの可動要素と静止した固定部分の間の連結はギャップ面にほぼ垂直に延 びる板バネによって実施するのが有利である。

推奨実施態様によれば、中心固定極（３）の長さＸｃと側面固定極（４，５）の 長さＸＩは可動部材の行程Ｘ＋Ｅにほぼ等しい長さ以上であり％Ｘｌ≧Ｘｃであ る。

作動器の外寸を大きくすることなく銅の体積を増すことを可能にする推奨実施態 様によれば、３個の固定極は、それ自身の断面よりも小さい断面の部分によって 延長している。このようにして形成された部分の断面は飽和することなしに公称 定格において磁束の通過を可能にするように決定され、ヨーク（１１，２１）は 長辺が永久磁石との接合面に対応する、台形の断面を示す。

本発明による作動器は平面対称または軸対称に製作することができる。軸対称の 場合、固定子構造と回転子は円筒型とする。回転子は円筒形の固定子構造と回転 子の曲線の軸に対応する軸Ｙに沿って並進、あるいは前記軸を中心に回転して移 動する。この最後の場合の全体構造は、磁化部分を含む回転部材を逆に磁化され た部分を有する同軸可動部材に代えた、出願人の特許９０１３３５２号に記載の 構造に対応する。

中心極は、Ｅがギャップの幅を表すとき、０，５Ｅ以上の距離ｅだけ側面極から 離れていることが望ましい。

特定の実施態様によれば、可動部材はさらに速度検出器を形成するために電気コ イルと協動し、及び／または位置検出器を形成するためにホールプローブ（ｓｏ ｎｄｅ　ｄｅ　Ｈａｌｌ）と協動する少なくとも１つの補助磁石を備えている。

本発明の特定の実施態様を図面を参照して以下に説明する。

図１は可動部が板バネの上に懸架されている、本発明による作動器の実施態様を 表している。

図２は前記作動器のａａ’　に沿った矢視図である。

図３は前記作動器のｂｂ’　に沿った矢視図である。

図４は本発明による作動器の側面図である。

図５は本発明による作動器の第１の変型例の側面図である。

図６はｃｃ’　に沿った作動器の矢視図である。

図７は本発明による作動器の第２の変型例の１つの側面の正面図である。

図８は第２の変型例による作動器の上面図である。

図９は第２の変型例による作動器の側面図である。

図１に実施例を示した、本発明による作動器は１個の静止固定子（１）と可動部 材（２）とから成る。

固定子（１）は長さＸｃの１個の中心固定極（３）と長さＸＩの２個の側面固定 極（４，５）を有する。中心固定極（３）はコイル（６）に囲繞されている。

固定子は、積層した珪素鉄などの低磁性材料を打抜いた板の積重ねから成る。中 心固定極（３）は固定子の他の部分を構成する板に垂直方向に積層されている。

それぞれ側面磁極（４，５）に対応する脚（７，８）の断面は、コイル（６）の 設置に充分なスペースを残すために、それぞれの対応する側面磁極（４，５）の 表面積より小さい。同様に、中央脚（９）の断面は、図２に示したごとく、中心 極（３）の表面積より小さい。

図２に示した固定極の極性は可動部品（２）がＯＸ方向に力を受ける相に対応し ている。可動部品（２）が反対方向Ｘｏに移動する相ではコイルに加えられる電 流が逆転し、そのため固定極の極性は付属図面に記載の極性の逆になる。

脚の断面Ｓ１はφ・・・／ＳＩをおよそ１．５テスラに制限するように決定され る。

φ６１．は次式に従って脚の内部を流れる磁束を表す。

この式で、μｒは磁石の逆手可能な透過性、Ｘは平均位置に対する変位、 Ｅはヨーク（１１）の内面（１５）と固定極（３，４，５）の間に含まれるギャ ップ・ Ｚは移動に対して垂直方向に測定した２個の回転子の合計幅、Ｂ「は磁石の残留 誘導、 Ｌは磁化方向に測定した磁石の厚み、 ｎｉはコイルにかかるアンペア・巻、 μ０は真空の透過性、 をそれぞれ表している。

可動部材（２）は交替方向に軸ＯＸに沿って移動する２個の部品（１０，２０） から成る。

図１に正面図を示し、図２に断面を示した可動部品（１０）は台形の軟質材料製 のヨーク（１１）から成り、その内面に２個の薄い磁石（１２，１３）が張付け られている。この薄い磁石は厚み方向に交互に磁化される。磁石はサマリウム・ コバルトＳｍＣｏ５あるいはネオジウム・鉄・ホウ素ＮｄＦｅＢ磁石などの、希 土タイプとするのが望ましい。

それぞれの磁石（１２，１３）の長さＸ、はＣが可動部品（１０）の行程を示す とき、はぼＣ＋２Ｅに等しい。その厚みＬはｎｌが３００アンペア・巻未満のと き１ミリメートル程度である。

ヨークの長さは２個の磁石（１２，１３）の合計長さ２Ｘ、より大きくすること が可能であり、例示した実施例では２Ｘ、＋Ｅにほぼ等しい。

ヨーク（１１）と磁石（１２，１３）は非磁性材料のブロック（１６）内にカプ セル化されている。ギャップＥの境界を形成するために、有効行程Ｃの全体に渡 って、可動部品（１０）を固定極（３，４，５）の表面から小さな距離に保つの がよい。この作用は変形自在な連結または弾性連結によって実施することができ る。参考に示した実施例では、この作用は、永久磁石（１２，１３）面に垂直に 延長するフィックス（商品名）などのバネ鋼で製作した薄板で構成される、ギャ ップ内の誘導の平均絶対値に関係する牽引力の重畳−によって交互に曲って作用 する板バネ（１７，１８）によって得られる。等応力と呼ばれる板に向って延び るために板バネ（１７，１８，２７，２８）は図４に示したごとく、菱形のくり 抜き（３５）を備えている。

板バネ（１７，１８）の長さと厚みは可動部品（１０，２０）を固定子から適切 な距離に保ち、移動による応力を支え、必要があれば可動部品の共鳴周波数を複 数個の板を平行に配置することもできる。

さらに板バネ（１７，１８）の長さし、は永久磁石（１２，１３）の面に垂直な 軸に沿っての可動部品（１０）の移動が行程Ｃについて無視できるのに充分にな るように決定する。

ギャップの形状は磁的剛性を加減し、固有振動数を代えずに板バネが受ける応力 を減らすために、懸架バネの剛性を修正して得られるような効果を得るために修 正することができる。

板バネが長いとき、行程の端と中心位置の間のギャップの変動が最小になり、そ の結果磁性的剛性が小さくなる。この場合、可動部材の固有周波数は板バネの特 性、とくにその機械的剛性によって決定される。

反対に、バネが短いとき、永久磁石（１２，１３）の表面と第１の固定部分の橋 性表面の間の距離は中心位置と可動部材が行程の終りにある位置の間で太き（変 動する。このギャップの変動は、電流のないとき可動部品を心出しされた位置で 静止させる傾向のある力の現象となって表れる。したがって可動部材（２５）の 固有周波数はこのようにして得られた磁性的剛性によって大幅に増加する。

第２の可動部品（２０）は第１の可動部品（１０）と同じであるが、ただし両者 ともに中心固定極（３）に対して心出しされた静止位置にあるとき、磁石（２２ ，２３）は第１の可動部品（１０）の隣接する磁石と反対方向に磁化されている 。

２つの可動部品は、磁石（１２，１３）と（２２，２３）の極性逆転のために、 反対方向に移動する。

ここで注意するのは、位相が反対の２個の振動可動部品を使用することにより、 側面脚を通る磁束を減らすことができることである。これによって磁力損失を減 らし、それによって固定子の占有空間及び質量を減らすことができる。

図５は可動部材を構成する２個の可動要素（２１０，２２０）の運動モーメント の補償によって妨害振動トルクをなくすことができる変型例による作動器の側面 図を示している。

作動器は６個の磁極（２１１から２１７）を形成する６個の脚を有する部品によ って構成されている固定子を含んでいる。この変型例による固定子の全体構造は 図１から４に参考として記載した実施態様による２個の固定子の直線的組合わせ に対応している。

中心脚（２１３，２１４）のそれぞれはコイル（２１８，２１９）に囲繞されて いる。これらのコイルは反対方向に対応する可動要素（２１０，２２０）の移動 をそれぞれの相において駆動するために給電されている。図５に参考として記載 した実施例において、コイルは同位相で給電されている。

図６は中心脚（２１３）と磁石の一方（１２）を通る横断面ＣＣ°の図を示して いる。可動要素（２１０，２２０）は可動要素の移動軸に沿って整列した薄い磁 石（１２，１３）を１対だけ備えている。

図７と図９は第２の変型例のそれぞれ正面図、上面図と側面図である。

図１から４に参考として記載した第１の変型例と同じく固定子はそれぞれ固定極 （２３４，２３６，２３５）を形成する２個の側面脚（２３１，２３３）と１個 の中心脚（２３２）を有するＷ字形の軟質材料製の部品（２３０）を持っている 。

コイル（２３７）は中心脚を囲繞している。中心脚（２３２）の横断面は、一方 では可動要素の速度に比例した信号を検出することを可能にする線を数回巻くこ とを可能にし、他方では、側面脚（２３０，２３１）の設計との組合わせによっ て、高い誘導でノツチに生じる漏洩磁束を減らすために中心極（２３５）の断面 より小さくなっている。

可動部材（２３８）は台形断面のヨーク（２３９）と薄い永久磁石（２４０，２ ４１）によって構成されている。

可動部材（２３８）は薄板（２４２，２４３）によって懸架されている。バネ（ ２４４から２４５）は所望の周波数で反対位相で２個の回転子が振動するのに必 要な剛性の大半を生み出す。

可動部材は図８に上半分が示されている。これは１個の中心可動要素（２５０） と２個の側面可動要素（２５１，２５２）とから成る。それぞれの可動要素（２ ５０から２５２）は台形のヨークを備え、その上に２個の薄い磁石が張付けられ ている。中心可動要素（２５０）の幅はそれぞれの側面要素（２５１，２５２） の幅の２倍に等しく、中心可動要素（２５０）の体積、即ち質量は側面要素（２ ５１，２５２）の体積、即ち質量の２倍に等しい。２個の側面要素（２５１，２ ５２）は連結パー（２６０）によって結合されている。

図９は作動器の側面を表している。固定子（２３０）はそれぞれの端に逆り字形 の支え（２６０）を備え、その上に中心可動要素（２５２）と側面可動要素（２ ５０，２５１）を位置づけるための懸架板（２６２から２６５）が固定されてい る。

本発明は上記に記載した実施態様に限定されるものではない。多数の変型例を考 えることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １−少なくとも１個の励起コイル（６）を含む固定子（１）を備え、さらにギャ ップ方向に磁化された薄い永久磁石を備えた可動部（２）から成る作動器におい て、固定子の少なくとも一部がＷ字形であり、固定子が長さＸｃの１個の中心極 （３）と長さＸＬの２個の側面極（４、５）を有し、コイルが中心脚を囲繞し、 可動部材（２）が、反対方向に、ギャップ面と静止固定子（１）の中線面との交 差に平行な方向に沿ってそれぞれ移動する独立した２個以上の要素（１０、２０ ）から成り、可動部品（１０、２０）のそれぞれが軟質材料製のヨーク（１１） 、（２１）と一体の、交替方向に磁化された１対の薄い磁石（１２、１３）、（ ２２、２３）を備え、前記可動要素の一方（２０）の薄い磁石（２２、２３）が 隣接する可動要素（１０）の対応する薄い磁石（１２、１３）と反対方向に磁化 され、ヨーク（１１、２１）が静止した固定部品と共にギャップ（Ｅ）を形成す ることを特徴とする電磁作動器。 ２−可動部材（２）が反対方向に移動自在な２個の部品（１０、２０）から成り 、前記それぞれの可動部品（１０、２０）がギャップ（Ｅ）をほぼ一定に保ちな がら移動の方向に従って横遊びを可能にするために弾性変形自在な手段によって 静止した固定子（１）に連結され、２個の部品（１０、２０）の質量が同じで、 行程が同じ幅であることを特徴とする請求項１に記載の電磁作動器。 ３−可動部材が１個の中心部品（２５０）と２個の側面部品（２５１、２５２） とから成り、側面部品（２５１、２５２）のそれぞれの質量が中心部品（２５０ ）の質量の半分に等しく、一方の側面部品（２５１、２５２）と他方の中心部品 （２５０）が同じ振幅で反対方向に移動自在であり、前記それぞれの可動部品（ ２５０、２５１、２５２）がギャップ（Ｅ）をほぼ一定に保ちながら移動の方向 に従って横遊びを可能にするために弾性変形自在な手段によって静止した固定子 （１）に連結されていることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電 磁作動器。 ４−固定子がそれぞれが長さＸｃの１個の中心極（２１３、２１４）と長さＸＬ の２個の側面極（２１１、２１２、２１６、２１７）を有するＷ字形の２個の部 分から成り、作動器が中央の脚（２１３、２１４）を囲繞する２個のコイル（２ １８、２１９）を備え、可動部材（２）が反対方向に、ギャップ面と静止固定子 （２０１）の中線面との交差に平行な方向に沿ってそれぞれ移動する、同じ質量 の独立した２個以上の要素（２１０、２２０）から成り、可動部材（２１０、２ ２０）のそれぞれは軟質材料製のヨーク（２１１）と一体の、交替方向に磁化さ れた１対の薄い磁石（２１２、２１３）、（２２２、２２３）を備え、前記可動 要素（２２０）の一方の薄い磁石（２２２、２２３）が第２の可動要素（２１０ ）の対応する薄い磁石（２１２、２１３）と反対方向に磁化され、可動部品（２ １０、２２０）が移動の方向に沿って心出しされていることを特徴とする請求項 １から２のいずれか一つに記載の電磁作動器。 ５−それぞれの可動部品（１０、２０）と静止した固定子（１）の間の連結がギ ャップの面にほぼ垂直に延長している板バネ（１７、１８、２７、２８）によっ て保証されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電磁作動器。 ６−中心固定極（３）の長さＸｃと側面固定極（４、５）の長さＸ１が可動部材 の行程ＸにＥにほぼ等しい長さを加えたもの以上であり、Ｘ１がＸｃ以上である ことを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電磁作動器。 ７−コイル（６）を支える中央の鉄心（９）の断面と側面脚（７、８）の断面が 対応する固定極の断面より小さいことを特徴とする前記請求項のいずれか一つに 記載の電磁作動器。 ８−中心極と夫々の側面極との間の距離ｅが、Ｅがギャップの幅を表すとき、０ ．５Ｅ以上であることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電磁作動 器。 ９−ヨーク（１１、２１）が、長辺が永久磁石との接合面に対応する台形の断面 を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電磁作動器。 １０−可動部材がさらに速度検出器を形成するために電気コイルと協動し、及び ／または位置検出器を形成するためにホールプローブと協動する少なくとも１つ の補助磁石を備えていることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電 磁作動器。