リニア駆動装置
【課題】リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができるリニア駆動装置に関する技術を提供すること。
【解決手段】リニア駆動装置１００の固定子コア１１は、コイル１３及び１４がそれぞれ装着された固定子ティース部材１１４と、これら固定子ティース部材１１４を連結するヨーク部材１１３とを有する。ヨーク部材１１３は、凸部１１３ｂを有する。凸部１１３ｂがそれら固定子ティース部材１１４の間に配置されるように、凸部１１３ｂにより、所望の磁路断面積を確保することができる。その結果、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【解決手段】リニア駆動装置１００の固定子コア１１は、コイル１３及び１４がそれぞれ装着された固定子ティース部材１１４と、これら固定子ティース部材１１４を連結するヨーク部材１１３とを有する。ヨーク部材１１３は、凸部１１３ｂを有する。凸部１１３ｂがそれら固定子ティース部材１１４の間に配置されるように、凸部１１３ｂにより、所望の磁路断面積を確保することができる。その結果、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な作用によりリニア駆動を行うリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のリニアモータでは、正８角形の有底の固定子収納ケース内に、１次側となる固定子が収納されている。固定子が、外周ヨーク、内周ヨーク、底ヨーク及び前ヨークに分割されており、これらがケース内に収容されている。そして固定子の外周ヨークと内周ヨークとの間に固定子コイルが配置され、この固定子コイルと内周ヨークとの間に、永久磁石及び可動軸を保持する可動保持体が配置されている（例えば、特許文献１の明細書段落[００１４]、図１参照）。
【０００３】
このように固定子が、外周ヨーク、内周ヨーク、底ヨーク及び前ヨークに分割されていることにより、様々な形状のヨークをケース内に効率良く収容することができる。
【０００４】
一方、特許文献２に記載のリニアアクチュエータは、円周方向に複数に分割され永久磁石がそれぞれ取り付けられたＴ字状の固定子構成部材と、それらの固定子構成部材が配列されることにより形成される中央部の空間内に配置された円筒状の可動子とを備える（例えば、特許文献２の段落[００１９]、図１参照）。
【０００５】
特許文献１及び２の装置、また、その他一般的なリニア駆動を行う装置では、このように可動子の軸を中心としてその可動子のコアの周囲全体に固定子のコアが配置されている。かかる構造では、可動子の周囲全体にコイル（特許文献２では多数のコイル）が配置されるため、可動子の推力を高めることはできる。しかし、その１次側機構（ここではコイルを有する側の機構）に使用されるコアの体積が大きくなり、装置が大型化するという問題がある。したがって、それほど高い推力が必要とされない環境では、装置全体を小型化するために、例えばその１次側機構のコアの体積を減らすことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３６６５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単純にコアの体積を減らしたのでは、そのコアを通る磁束密度が高くなりすぎ、すぐに飽和してしまうおそれがある。つまりこれでは、磁気エネルギーを効率的に利用できない。したがって、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、発生する磁束に見合った磁路断面積の設計が必要であり、磁気エネルギーを無駄なく有効に利用することが望まれる。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができるリニア駆動装置に関する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリニア駆動装置は、
可動子コアと、前記可動子コアに設けられた永久磁石とを有する可動子と、
前記可動子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記可動子コアに対向する前記面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このリニア駆動装置が、駆動力を得るための装置として用いられる場合、リニア駆動装置は次のように動作する。各コイルに電流が印加されることにより、固定子を構成するティース部材及びヨーク部材に磁束が発生する。可動子コアに設けられた永久磁石の磁極が発生する磁束と、上記固定子に発生する磁束との相互作用により、可動子が移動する。
【００１１】
このリニア駆動装置が発電機として用いられる場合、外部から可動子が駆動され、可動子が移動することにより、固定子を構成するティース部材及びヨーク部材に磁束が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【００１２】
本発明では、複数のティース部材のうち、可動子コアに対向する面とは反対側に設けられた面に、凸部を有するヨーク部材が接続されることにより、それらティース部材同士が連結される。このように凸部がヨーク部材に設けられることにより、ヨーク部材における磁路断面積を大きくすることができる。例えば設計者は、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、固定子のコアの、可動子コアが配置される側とは反対側、つまり、このリニア駆動装置の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである凸部が、配列されたティース部材の間に嵌り込むように設計する。これにより、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【００１３】
前記ヨーク部材は、前記複数のティース部材に接続される面を有し、
前記凸部は、前記ヨーク部材の前記面から突起するように設けられ、前記面上で前記複数のティース部材に接し、前記面から離れた位置では前記複数のティース部材との間に隙間が設けられるように形成されてもよい。
【００１４】
本発明では、凸部が複数のティース部材にヨーク部材の面上で接する。また、凸部は面から離れた位置では、凸部とそれらのティース部材との間には隙間が形成されているため、ティース部材から発生する磁束が直接その凸部に磁束が通らず、凸部における渦電流の発生を抑えることができる。
【００１５】
前記リニア駆動装置は、開口と、前記開口を形成するために前記開口の周囲に設けられた開口端面と、前記開口端面から突出した位置決め突起とを有するハウジングをさらに具備してもよい。そして、前記複数のティース部材は、当接突起部を有し、前記当接突起部が前記ハウジングの前記開口端面及び前記位置決め突起に当接して、前記開口を介して前記ハウジング内に挿入されることで、前記複数のコイルが前記ハウジング内で配列されるように、前記複数のティース部材が前記ハウジングに支持されてもよい。
【００１６】
このように、ハウジングに位置決め突起が設けられ、ティース部材に設けられた当接突起部がその位置決め突起に当接して、前記ハウジング内に挿入されることで、ティース部材がハウジングに位置決めされて支持される。つまり、リニア駆動装置の組み立て時において、作業者は、位置決め突起及び当接突起部があることにより、簡単な構成で容易に複数のティース部材をハウジングに対して位置決めすることができる。
【００１７】
本発明の別の形態に係るリニア駆動装置は、
前記固定子は、
固定子コアと、
前記固定子コアに設けられた永久磁石とを有し、
前記可動子は、
前記固定子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記固定子コアに対向する面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、複数のティース部材の、固定子コアに対向する対向面とは反対側に設けられた面に、凸部を有するヨーク部材が接続されることにより、それらティース部材同士が連結される。このように凸部がヨーク部材に設けられることにより、ヨーク部材における磁路断面積を大きくすることができる。例えば設計者は、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、可動子コアの、固定子コアが配置される側とは反対側、つまり、このリニア駆動装置の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである凸部が、配列されたティース部材の間に嵌り込むように設計する。これにより、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、本発明によれば、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、このリニア駆動装置の平面図（図２においてＹ軸方向で見た図）である。
【図４】図４は、リニア駆動装置の一部の分解斜視図である。
【図５】図５は、固定子コアを実線で示す側面図である。
【図６】図６Ａ及びＢは、リニア駆動装置の動作を順に示す図である。
【図７】図７は、図６Ａで示した固定子コアを示しており、磁路を説明するための図である。
【図８】図８は、ヨーク部材の他の実施形態を説明するための図である。
【図９】図９は、ヨーク部材のさらに別の実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
[リニア駆動装置の構成]
図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、このリニア駆動装置の平面図（図２においてＹ軸方向で見た図）である。
【００２３】
リニア駆動装置１００は、固定子１及び概略円柱状の可動子３を備える。固定子１及び可動子３は、互いに位置決めされてハウジング２に支持されている。図１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）で見た図である。固定子１は、固定子コア１１及び１２を有する。
【００２４】
図４は、リニア駆動装置１００の一部の分解斜視図である。ここでは、固定子コア１１及び１２のうち、固定子コア１１を示し、これと実質的に同様の構成を備えた固定子コア１２の図示を省略している。固定子コア１１は、複数の固定子ティース部材１１４と、これら固定子ティース部材１１４を連結するヨーク部材１１３とを有する。
【００２５】
図１及び２に示すように、固定子ティース部材１１４は、例えばＺ軸方向に沿って２つ配列され、また、Ｙ軸方向に沿って２つ配列されており、合計４つ設けられている。
【００２６】
図５は、固定子コア１１及び１２を実線で示す側面図である。図５において、固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３以外の部材を鎖線で図示している。図１、２、４及び５に示すように、固定子ティース部材１１４は、可動子３の後述する可動子コア３１に所定のギャップを保って対向する対向面１１４ａと、対向面１１４ａとはＹ軸方向で反対側に設けられた、ヨーク部材１１３と磁気的に接続される接続面１１４ｂとを有する。固定子ティース部材１１４の外側表面の一部が接続面１１４ｂとなり、この接続面１１４ｂを、図４では斜線（ハッチング）で示している。本実施形態では、ヨーク部材１１３及び固定子ティース部材１１４は強磁性体でなり、これらが機械的（物理的）に接続されることにより磁気的に接続されることになる。
上記所定のギャップは、例えば0.1〜1mmである。しかし、この範囲は、可動子及び固定子のサイズや、望まれる推力特性等に応じて、適宜設計の変更が可能である。
ヨーク部材１１３と、固定子ティース部材の接続面１１４ｂとは、直接接続されていなくても、それらの間に他の磁性体等を挟む等、磁気的に接続されていればよい。
【００２７】
対向面１１４ａは、湾曲した形状を有している。典型的には、対向面１１４ａの形状は、可動子コア３１の側面に応じた形状であって、円柱の側面の一部の形状に形成されている。
【００２８】
また、固定子ティース部材１１４は、Ｘ軸に沿って両方向にそれぞれ突出するように設けられた、ハウジング２に当接する当接突起部１１２を有する。これらの当接突起部１１２の上面は、上述の接続面１１４ｂと実質的に同一面とされている。
【００２９】
固定子ティース部材１１４には、図示しないコイルボビン等の電気絶縁体を介してコイル１３（１４〜１６）が装着されている。具体的には、コイル１３（１４〜１６）（が巻回されたその電気絶縁体）は、上記当接突起部１１２に当接するようにして、固定子ティース部材１１４に装着されている。
【００３０】
ヨーク部材１１３は、平板部１１３ａと、この平板部１１３ａから可動子コア３１側に向かって突出するように形成された凸部１１３ｂを有する。図２及び４に示すように、凸部１１３ｂは、Ｚ軸方向に配列された固定子ティース部材１１４の間の領域に配置される。本実施形態では、凸部１１３ｂの、Ｚ軸方向で対向する前面及び後面が、各固定子ティース部材１１４に磁気的（機械的）に接触しており、凸部１１３ｂにおいても磁路が形成可能とされている。
【００３１】
固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３は、それぞれ強磁性体でなる。これらの部材は、例えば磁性材板が積層されて構成されていてもよい。また、固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３は、溶接や接着剤等により接続される。
【００３２】
ハウジング２は、例えばステンレス、アルミニウム等の非磁性体でなる。図４に示すように、ハウジング２は、Ｙ軸方向で対向する開口２３を有し、筒状であって直方体形状のモノコック型の形状を備えている。ハウジング２は、開口２３を形成するために開口２３の周囲に設けられた開口端面２５と、この開口端面２５からＹ軸方向へ突出した位置決め突起２６とを有する。位置決め突起２６は、固定子コア１１及び１２を位置決めするための突起であり、壁部２６２とこの壁部２６２のほぼ中央位置に設けられた突出部２６１とを有する。位置決め突起２６は、Ｘ軸方向で対向するように２つ設けられている。上記のように、開口２３はＹ軸方向で２つ対向して設けられているので、これらの開口２３ごとに、位置決め突起２６が設けられている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、固定子ティース部材１１４のＸ軸方向に突出した当接突起部１１２が、ハウジング２の開口端面２５に当接している。それら当接突起部１１２が開口端面２５に当接した状態で、図１及び２に示すように、固定子ティース部材１１４が開口２３を介してその対向面１１４ａ側からハウジング２内に挿入されることで、各コイル１３（１４〜１６）がハウジング２内で配列される。また、図３及び４に示すように、それら当接突起部１１２が開口端面２５に当接した状態で、ハウジング２の位置決め突起２６に位置決めされる。より詳細には、位置決め突起２６の壁部２６２及び突出部２６１により形成された直角の部分に、当接突起部１１２の直角の部分が当接して位置決めされる。
【００３４】
このように、ハウジング２に予め位置決め突起２６が固定子ティース部材１１４の位置決めのために形成されているので、簡易な構成で固定子コア１１（及び１２）をハウジング２に位置決めすることができる。
【００３５】
図１及び４に示すように、固定子ティース部材１１４の当接突起部１１２には、Ｚ軸方向に形成されたスクリュー穴１１４ｄが形成され、また、位置決め突起２６の突出部２６１にもスクリュー穴２６１ａが形成されている。固定子ティース部材１１４が上述のように位置決めされた状態で、ボルトＢ（図３参照）がそのスクリュー穴１１４ｄ及び２６１ａに螺着されて固定子ティース部材１１４及び位置決め突起２６を締結することで、固定子コア１１がハウジング２に支持されて固定される。このように固定子コア１１及び１２がハウジング２に支持されることにより、隣接する固定子ティース部材１１４同士がＺ軸方向で所定の間隔を保って配置され、Ｙ軸方向では、固定子コア１１及び１２が可動子３を挟んで対向するように配置される。
【００３６】
このようにボルトＢの長手方向が、可動子３の移動方向に沿うように設けられているので、可動子３の移動方向におけるハウジング２及び固定子１の剛性を高めることができる。したがって、所期の可動子３の動きを確保でき、推力特性を向上させることができる。
【００３７】
ハウジング２の、Ｚ軸方向である可動子３の移動方向で対向する一対の側壁２１には、後述する可動子３のシャフト３３が出没する円形の穴２１ａがそれぞれ形成されている。また、この穴２１ａは、このリニア駆動装置１００の組み立て時に、可動子３の可動子コア３１が挿入される穴である。
【００３８】
図１〜３に示すように、可動子３は、可動子コア３１と、図２に示すように可動子コア３１に埋め込まれた永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３とを有する。上記のように、可動子コア３１は、固定子ティース部材１１４の対向面１１４ａに対向して配置される。可動子コア３１は、渦電流の抑制のため、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）に積層された複数の磁性材板（例えば積層鋼板）で構成されていてもよい。
【００３９】
図２に示すように、可動子３の中央には、Ｚ軸方向に沿って貫通した、シャフト３３の挿通穴３１ｃが形成されている。シャフト３３は、図示しない軸受やバネ等の支持部材によってシャフト３３がＺ軸方向に沿って移動可能となるように支持される。
【００４０】
なお、リニア駆動装置１００がリニアクチュエータとして用いられる場合、シャフト３３を支持する支持部材としてバネ部材が用いられる。典型的にはバネ部材としては、スパイラル状の板バネが用いられる。このような板バネは、シャフト３３とハウジング２とを弾性的に連結する。支持部材の他の例として、８の字形状の板バネ、リニアブッシュ、ボールスプライン、エアベアリング、リニアガイド等が挙げられる。
【００４１】
可動子３は図示しない治具によりハウジング２に対して位置決めされた後、支持部材によりシャフト３３が支持される。可動子３がハウジング２に対して位置決めされ、支持された後、その治具がハウジング２から取り外される。その後、固定子コア１１及び１２が上述のように位置決めされ、ハウジング２に固定される。
【００４２】
あるいは、固定子コア１１及び１２がハウジング２に固定された後、可動子３がハウジング２の穴２１ａから挿入されて位置決めされ支持されてもよい。
【００４３】
可動子コア３１は、図１に示すように、永久磁石３２１等を埋め込むためのＺ軸方向に長く形成された埋設穴３１ａが、シャフト３３の周りで円周状に複数設けられている。埋設穴３１ａは、固定子コア１１に近い側で４つ設けられ、固定子コア１２に近い側で同じく４つ設けられている。図２に示すように、１つの埋設穴３１ａ内に上記３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３（以下、永久磁石セット３２という。）が配設されている。
【００４４】
図２に示すように、永久磁石セット３２は、それらの永久磁石の表面側（固定子コア１１あるいは１２側）に現れる磁極がＺ軸方向で交互に異なるように着磁されている。すなわち、各永久磁石３２１等は、図１で見てＺ軸方向を中心として可動子コア３１の径方向に着磁されている。
【００４５】
なお、図２において、固定子コア１１側の永久磁石セット３２の磁極（Ｎ、Ｓ、Ｎ）は、固定子コア１１側に現れる磁極を示している。また同様に、固定子コア１２側の永久磁石セット３２の磁極（Ｓ、Ｎ、Ｓ）は、固定子コア１２側に現れる磁極を示している。各永久磁石３２１等のＺ軸方向の長さ（及びＺ軸方向に沿って並ぶ永久磁石の個数等）や配置は、固定子ティース部材１１４等のＺ軸方向の長さ、個数、配置、あるいは、可動子３のストローク長等によって適宜設定される。
【００４６】
可動子コア３１の外周面の一部には平面部３１９が設けられている。平面部３４は、固定子ティース部材１１４と対面しない位置に配置されている。このような平面部３４が可動子コア３１に形成されることにより、可動子コア３１の外形がＺ軸方向で見て円形の場合に比べ、平面部３４においてその円形が切り欠かれた状態となっているので、可動子３の軽量化を実現することができる。また、この平面部３４が設けられることにより、後述するように、リニア駆動装置１００の組み立て時において、可動子３の位置決めを高精度に行うことができるようになる。
【００４７】
[リニア駆動装置の動作]
次に、以上のように構成されたリニア駆動装置１００の動作を説明する。図６Ａ及びＢは、その動作を説明するための図である。なお、図６Ａ及びＢで表された、可動子３の永久磁石セット３２の極性は、固定子コア１１及び１２側に向く磁極を示している。
【００４８】
図６Ａに示すように、固定子コア１１側の２つのコイル１３及び１４に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられ、かつ、固定子コア１２側の２つのコイル１５及び１６に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられる。Ｙ軸方向で同じ位置に配置されたコイル１３（１４）及び１５（１６）にも互いに逆向きの電流が加えられる。そうすると、固定子ティース部材１１４に磁束が発生し、図示するように磁極が生成される。各固定子ティース部材１１４に発生した磁束と、可動子３に設けられた永久磁石３２１等により生成される磁束との相互作用により、可動子３は図６Ａ中、右へ移動する。
【００４９】
図６Ｂに示すように、図６Ａで示した各電流の向きとは逆向きの電流がコイル１３〜１６にそれぞれ同じタイミングで加えられる。そうすると、図６Ａで示した磁極とは反対の磁極が、固定子ティース部材１１４にそれぞれ生成される。これにより、可動子３は図６Ｂ中、左へ移動する。
【００５０】
図７は図６Ａで示した固定子コア１１を示しており、磁路を説明するための図である。この図に示すように、磁束は、ヨーク部材１１３の凸部１１３ｂにも形成されている。すなわちこの凸部１１３ｂも磁路の一部となっており、このような凸部１１３ｂが設けられない場合に比べ、ヨーク部材１１３における磁路断面積を大きくすることができる。
【００５１】
ここで、このリニア駆動装置１００は、例えば図示しない円筒形の外部ハウジングに収容される。図５中、リニア駆動装置１００の外接円Ｃは、この外部ハウジングの内径を示している。リニア駆動装置１００のサイズが小さいほど、この外接円Ｃの半径Ｒが小さくなり、リニア駆動装置１００が適用される装置を小型化することができる。
【００５２】
本発明者は、この外接円Ｃの半径Ｒを小さくして小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、固定子コア１１（及び１２）の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである、ヨーク部材１１３の凸部１１３ｂを、配列された固定子ティース部材１１４の間に形成された領域に配置することを考えた。これにより、リニア駆動装置１００の小型化を実現するにあたり、単に固定子コアの体積を減らすのではなく、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子コア１１（及び１２）のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置１００の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【００５３】
[ヨーク部材の他の実施形態]
図８は、ヨーク部材の他の実施形態を説明するための図である。
【００５４】
図８に示すように、ヨーク部材５３の凸部５３ｂは、平板部５３ａの裏面５３１（ヨーク部材５３の、固定子ティース部材１１４の接続面１１４ｂに接続される面）から突起するように設けられ、その裏面５３１上でそれら固定子ティース部材１１４に接し、その裏面５３１から離れた位置ではそれら固定子ティース部材１１４との間に隙間ｕが設けられるように形成されている。典型的には、凸部５３ｂは、Ｘ軸方向で見て台形に形成されている。
【００５５】
このような凸部５３ｂが形成されることにより、磁路断面積が広がるので、磁束の飽和を抑制することができる。
【００５６】
また、隙間ｕが設けられることにより、固定子ティース部材１１４から発生する磁束が直接凸部５３ｂに磁束が通らず、凸部５３ｂにおける渦電流の発生を抑えることができる。固定子ティース部材１１４がソリッドに形成されているか、または、Ｚ軸方向に積層された磁性体板で形成されている場合に、その渦電流の発生を抑えることができ、非常に有効である。
【００５７】
[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【００５８】
上記実施形態では、コイルを有する１次側機構が固定子とされ、２次側機構が可動子とされた。しかし、コイルを有する１次側機構が可動子とされ、２次側機構が固定子とされてもよい。その場合、２次側機構である固定子がハウジングに固定され、１次側機構である可動子が、そのハウジングに対して軸受やバネ等により移動可能に設けられる。
【００５９】
凸部の形状は、各図のＸ軸方向で見て、長方形や台形に限られず、円の一部、楕円の一部等の形状であってもよい。
【００６０】
ヨーク部材１１３を固定子ティース部材１１４に装着する工程は、典型的には、固定子ティース部材１１４をハウジング２に固定する工程の後である。しかし、固定子ティース部材１１４をハウジング２に固定する工程の前に、ヨーク部材１１３が固定子ティース部材１１４に固定されてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、ハウジング２は直方体筒形状を有していた。しかし、ハウジングは、固定子コアを位置決めして支持するための、開口、開口端面及び位置決め突起を有していれば、円筒形状、楕円筒形状、または四角形以外の角筒形状であってもよい。
【００６２】
固定子ティース部材１１４、永久磁石３２１等、永久磁石セット３２の数は適宜変更可能である。永久磁石、固定子コア、可動子コアの各形状等も適宜変更可能である。可動子３の移動方向における磁極数あるいは永久磁石の数は、上記実施形態では３つであったが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００６３】
例えば図９Ａに示すように、ヨーク２１３の外周部のできるだけ多くの部分が、上記の外接円Ｃ（図５も参照）に接するように、当該外周部が階段状に形成されていてもよい。
あるいは、図９Ｂに示すように、図９Ａに示したヨーク２１３に比べ、Ｘ軸方向でのヨーク３１３の幅を大きくし、同様にヨーク３１３を階段状に形成してもよい。
あるいは、ヨークは、図９Ａ及びＢで示したそれぞれのヨーク２１３及び３１３の組み合わせの形状も実現可能である。
さらに、図９Ｃに示すように、ヨーク４１３は、その外接円Ｃの内側の隙間を埋めるような、例えば円柱側面の一部の形状を有していてもよい。
あるいは、これら図９Ｃに示したヨーク４１３と、図９Ａに示したヨーク２１３（またはヨーク３１３）との組み合わせの形状も実現可能である。
これらの形状を有するヨーク２１３、３１３、４１３が設けられることにより、Ｚ軸方向でのヨークの面積、つまり磁路断面積を最大限確保しつつ、磁気飽和を緩和することができる。
本実施形態では、ヨークと固定子ティース部材１１４とが別個の部材であることにより、このような磁気飽和を抑制した様々なヨークの形状を実現することができる。
【００６４】
固定子ティース部材の形状は、可動子コア及びヨーク部材のそれぞれに対向あるいは対面する面を有している限り、どのような形状であってもよい。例えば、それらの面は、平面または曲面に形成されていてもよい。それらが曲面の場合、例えばＲ形状、楕円弧形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
ｕ…隙間
１…固定子
２…ハウジング
３…可動子
１１、１２…固定子コア
１３〜１６…コイル
２３…開口
２５…開口端面
２６…突起
３１…可動子コア
３１ｃ…挿通穴
３１ａ…埋設穴
５３、１１３…ヨーク部材
５３ｂ、１１３ｂ…凸部
５３ａ、１１３ａ…平板部
１００…リニア駆動装置
１１２…当接突起部
１１４…固定子ティース部材（ティース部材に相当）
１１４ａ…対向面
１１４ｂ…接続面
１１４ｄ…スクリュー穴
３２１〜３２３…永久磁石
５３１…裏面（ヨーク部材の面に相当）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な作用によりリニア駆動を行うリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のリニアモータでは、正８角形の有底の固定子収納ケース内に、１次側となる固定子が収納されている。固定子が、外周ヨーク、内周ヨーク、底ヨーク及び前ヨークに分割されており、これらがケース内に収容されている。そして固定子の外周ヨークと内周ヨークとの間に固定子コイルが配置され、この固定子コイルと内周ヨークとの間に、永久磁石及び可動軸を保持する可動保持体が配置されている（例えば、特許文献１の明細書段落[００１４]、図１参照）。
【０００３】
このように固定子が、外周ヨーク、内周ヨーク、底ヨーク及び前ヨークに分割されていることにより、様々な形状のヨークをケース内に効率良く収容することができる。
【０００４】
一方、特許文献２に記載のリニアアクチュエータは、円周方向に複数に分割され永久磁石がそれぞれ取り付けられたＴ字状の固定子構成部材と、それらの固定子構成部材が配列されることにより形成される中央部の空間内に配置された円筒状の可動子とを備える（例えば、特許文献２の段落[００１９]、図１参照）。
【０００５】
特許文献１及び２の装置、また、その他一般的なリニア駆動を行う装置では、このように可動子の軸を中心としてその可動子のコアの周囲全体に固定子のコアが配置されている。かかる構造では、可動子の周囲全体にコイル（特許文献２では多数のコイル）が配置されるため、可動子の推力を高めることはできる。しかし、その１次側機構（ここではコイルを有する側の機構）に使用されるコアの体積が大きくなり、装置が大型化するという問題がある。したがって、それほど高い推力が必要とされない環境では、装置全体を小型化するために、例えばその１次側機構のコアの体積を減らすことが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３６６５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、単純にコアの体積を減らしたのでは、そのコアを通る磁束密度が高くなりすぎ、すぐに飽和してしまうおそれがある。つまりこれでは、磁気エネルギーを効率的に利用できない。したがって、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、発生する磁束に見合った磁路断面積の設計が必要であり、磁気エネルギーを無駄なく有効に利用することが望まれる。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができるリニア駆動装置に関する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリニア駆動装置は、
可動子コアと、前記可動子コアに設けられた永久磁石とを有する可動子と、
前記可動子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記可動子コアに対向する前記面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
このリニア駆動装置が、駆動力を得るための装置として用いられる場合、リニア駆動装置は次のように動作する。各コイルに電流が印加されることにより、固定子を構成するティース部材及びヨーク部材に磁束が発生する。可動子コアに設けられた永久磁石の磁極が発生する磁束と、上記固定子に発生する磁束との相互作用により、可動子が移動する。
【００１１】
このリニア駆動装置が発電機として用いられる場合、外部から可動子が駆動され、可動子が移動することにより、固定子を構成するティース部材及びヨーク部材に磁束が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【００１２】
本発明では、複数のティース部材のうち、可動子コアに対向する面とは反対側に設けられた面に、凸部を有するヨーク部材が接続されることにより、それらティース部材同士が連結される。このように凸部がヨーク部材に設けられることにより、ヨーク部材における磁路断面積を大きくすることができる。例えば設計者は、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、固定子のコアの、可動子コアが配置される側とは反対側、つまり、このリニア駆動装置の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである凸部が、配列されたティース部材の間に嵌り込むように設計する。これにより、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【００１３】
前記ヨーク部材は、前記複数のティース部材に接続される面を有し、
前記凸部は、前記ヨーク部材の前記面から突起するように設けられ、前記面上で前記複数のティース部材に接し、前記面から離れた位置では前記複数のティース部材との間に隙間が設けられるように形成されてもよい。
【００１４】
本発明では、凸部が複数のティース部材にヨーク部材の面上で接する。また、凸部は面から離れた位置では、凸部とそれらのティース部材との間には隙間が形成されているため、ティース部材から発生する磁束が直接その凸部に磁束が通らず、凸部における渦電流の発生を抑えることができる。
【００１５】
前記リニア駆動装置は、開口と、前記開口を形成するために前記開口の周囲に設けられた開口端面と、前記開口端面から突出した位置決め突起とを有するハウジングをさらに具備してもよい。そして、前記複数のティース部材は、当接突起部を有し、前記当接突起部が前記ハウジングの前記開口端面及び前記位置決め突起に当接して、前記開口を介して前記ハウジング内に挿入されることで、前記複数のコイルが前記ハウジング内で配列されるように、前記複数のティース部材が前記ハウジングに支持されてもよい。
【００１６】
このように、ハウジングに位置決め突起が設けられ、ティース部材に設けられた当接突起部がその位置決め突起に当接して、前記ハウジング内に挿入されることで、ティース部材がハウジングに位置決めされて支持される。つまり、リニア駆動装置の組み立て時において、作業者は、位置決め突起及び当接突起部があることにより、簡単な構成で容易に複数のティース部材をハウジングに対して位置決めすることができる。
【００１７】
本発明の別の形態に係るリニア駆動装置は、
前記固定子は、
固定子コアと、
前記固定子コアに設けられた永久磁石とを有し、
前記可動子は、
前記固定子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記固定子コアに対向する面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明では、複数のティース部材の、固定子コアに対向する対向面とは反対側に設けられた面に、凸部を有するヨーク部材が接続されることにより、それらティース部材同士が連結される。このように凸部がヨーク部材に設けられることにより、ヨーク部材における磁路断面積を大きくすることができる。例えば設計者は、小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、可動子コアの、固定子コアが配置される側とは反対側、つまり、このリニア駆動装置の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである凸部が、配列されたティース部材の間に嵌り込むように設計する。これにより、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、本発明によれば、リニア駆動装置の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、このリニア駆動装置の平面図（図２においてＹ軸方向で見た図）である。
【図４】図４は、リニア駆動装置の一部の分解斜視図である。
【図５】図５は、固定子コアを実線で示す側面図である。
【図６】図６Ａ及びＢは、リニア駆動装置の動作を順に示す図である。
【図７】図７は、図６Ａで示した固定子コアを示しており、磁路を説明するための図である。
【図８】図８は、ヨーク部材の他の実施形態を説明するための図である。
【図９】図９は、ヨーク部材のさらに別の実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２２】
[リニア駆動装置の構成]
図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図３は、このリニア駆動装置の平面図（図２においてＹ軸方向で見た図）である。
【００２３】
リニア駆動装置１００は、固定子１及び概略円柱状の可動子３を備える。固定子１及び可動子３は、互いに位置決めされてハウジング２に支持されている。図１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）で見た図である。固定子１は、固定子コア１１及び１２を有する。
【００２４】
図４は、リニア駆動装置１００の一部の分解斜視図である。ここでは、固定子コア１１及び１２のうち、固定子コア１１を示し、これと実質的に同様の構成を備えた固定子コア１２の図示を省略している。固定子コア１１は、複数の固定子ティース部材１１４と、これら固定子ティース部材１１４を連結するヨーク部材１１３とを有する。
【００２５】
図１及び２に示すように、固定子ティース部材１１４は、例えばＺ軸方向に沿って２つ配列され、また、Ｙ軸方向に沿って２つ配列されており、合計４つ設けられている。
【００２６】
図５は、固定子コア１１及び１２を実線で示す側面図である。図５において、固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３以外の部材を鎖線で図示している。図１、２、４及び５に示すように、固定子ティース部材１１４は、可動子３の後述する可動子コア３１に所定のギャップを保って対向する対向面１１４ａと、対向面１１４ａとはＹ軸方向で反対側に設けられた、ヨーク部材１１３と磁気的に接続される接続面１１４ｂとを有する。固定子ティース部材１１４の外側表面の一部が接続面１１４ｂとなり、この接続面１１４ｂを、図４では斜線（ハッチング）で示している。本実施形態では、ヨーク部材１１３及び固定子ティース部材１１４は強磁性体でなり、これらが機械的（物理的）に接続されることにより磁気的に接続されることになる。
上記所定のギャップは、例えば0.1〜1mmである。しかし、この範囲は、可動子及び固定子のサイズや、望まれる推力特性等に応じて、適宜設計の変更が可能である。
ヨーク部材１１３と、固定子ティース部材の接続面１１４ｂとは、直接接続されていなくても、それらの間に他の磁性体等を挟む等、磁気的に接続されていればよい。
【００２７】
対向面１１４ａは、湾曲した形状を有している。典型的には、対向面１１４ａの形状は、可動子コア３１の側面に応じた形状であって、円柱の側面の一部の形状に形成されている。
【００２８】
また、固定子ティース部材１１４は、Ｘ軸に沿って両方向にそれぞれ突出するように設けられた、ハウジング２に当接する当接突起部１１２を有する。これらの当接突起部１１２の上面は、上述の接続面１１４ｂと実質的に同一面とされている。
【００２９】
固定子ティース部材１１４には、図示しないコイルボビン等の電気絶縁体を介してコイル１３（１４〜１６）が装着されている。具体的には、コイル１３（１４〜１６）（が巻回されたその電気絶縁体）は、上記当接突起部１１２に当接するようにして、固定子ティース部材１１４に装着されている。
【００３０】
ヨーク部材１１３は、平板部１１３ａと、この平板部１１３ａから可動子コア３１側に向かって突出するように形成された凸部１１３ｂを有する。図２及び４に示すように、凸部１１３ｂは、Ｚ軸方向に配列された固定子ティース部材１１４の間の領域に配置される。本実施形態では、凸部１１３ｂの、Ｚ軸方向で対向する前面及び後面が、各固定子ティース部材１１４に磁気的（機械的）に接触しており、凸部１１３ｂにおいても磁路が形成可能とされている。
【００３１】
固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３は、それぞれ強磁性体でなる。これらの部材は、例えば磁性材板が積層されて構成されていてもよい。また、固定子ティース部材１１４及びヨーク部材１１３は、溶接や接着剤等により接続される。
【００３２】
ハウジング２は、例えばステンレス、アルミニウム等の非磁性体でなる。図４に示すように、ハウジング２は、Ｙ軸方向で対向する開口２３を有し、筒状であって直方体形状のモノコック型の形状を備えている。ハウジング２は、開口２３を形成するために開口２３の周囲に設けられた開口端面２５と、この開口端面２５からＹ軸方向へ突出した位置決め突起２６とを有する。位置決め突起２６は、固定子コア１１及び１２を位置決めするための突起であり、壁部２６２とこの壁部２６２のほぼ中央位置に設けられた突出部２６１とを有する。位置決め突起２６は、Ｘ軸方向で対向するように２つ設けられている。上記のように、開口２３はＹ軸方向で２つ対向して設けられているので、これらの開口２３ごとに、位置決め突起２６が設けられている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、固定子ティース部材１１４のＸ軸方向に突出した当接突起部１１２が、ハウジング２の開口端面２５に当接している。それら当接突起部１１２が開口端面２５に当接した状態で、図１及び２に示すように、固定子ティース部材１１４が開口２３を介してその対向面１１４ａ側からハウジング２内に挿入されることで、各コイル１３（１４〜１６）がハウジング２内で配列される。また、図３及び４に示すように、それら当接突起部１１２が開口端面２５に当接した状態で、ハウジング２の位置決め突起２６に位置決めされる。より詳細には、位置決め突起２６の壁部２６２及び突出部２６１により形成された直角の部分に、当接突起部１１２の直角の部分が当接して位置決めされる。
【００３４】
このように、ハウジング２に予め位置決め突起２６が固定子ティース部材１１４の位置決めのために形成されているので、簡易な構成で固定子コア１１（及び１２）をハウジング２に位置決めすることができる。
【００３５】
図１及び４に示すように、固定子ティース部材１１４の当接突起部１１２には、Ｚ軸方向に形成されたスクリュー穴１１４ｄが形成され、また、位置決め突起２６の突出部２６１にもスクリュー穴２６１ａが形成されている。固定子ティース部材１１４が上述のように位置決めされた状態で、ボルトＢ（図３参照）がそのスクリュー穴１１４ｄ及び２６１ａに螺着されて固定子ティース部材１１４及び位置決め突起２６を締結することで、固定子コア１１がハウジング２に支持されて固定される。このように固定子コア１１及び１２がハウジング２に支持されることにより、隣接する固定子ティース部材１１４同士がＺ軸方向で所定の間隔を保って配置され、Ｙ軸方向では、固定子コア１１及び１２が可動子３を挟んで対向するように配置される。
【００３６】
このようにボルトＢの長手方向が、可動子３の移動方向に沿うように設けられているので、可動子３の移動方向におけるハウジング２及び固定子１の剛性を高めることができる。したがって、所期の可動子３の動きを確保でき、推力特性を向上させることができる。
【００３７】
ハウジング２の、Ｚ軸方向である可動子３の移動方向で対向する一対の側壁２１には、後述する可動子３のシャフト３３が出没する円形の穴２１ａがそれぞれ形成されている。また、この穴２１ａは、このリニア駆動装置１００の組み立て時に、可動子３の可動子コア３１が挿入される穴である。
【００３８】
図１〜３に示すように、可動子３は、可動子コア３１と、図２に示すように可動子コア３１に埋め込まれた永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３とを有する。上記のように、可動子コア３１は、固定子ティース部材１１４の対向面１１４ａに対向して配置される。可動子コア３１は、渦電流の抑制のため、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）に積層された複数の磁性材板（例えば積層鋼板）で構成されていてもよい。
【００３９】
図２に示すように、可動子３の中央には、Ｚ軸方向に沿って貫通した、シャフト３３の挿通穴３１ｃが形成されている。シャフト３３は、図示しない軸受やバネ等の支持部材によってシャフト３３がＺ軸方向に沿って移動可能となるように支持される。
【００４０】
なお、リニア駆動装置１００がリニアクチュエータとして用いられる場合、シャフト３３を支持する支持部材としてバネ部材が用いられる。典型的にはバネ部材としては、スパイラル状の板バネが用いられる。このような板バネは、シャフト３３とハウジング２とを弾性的に連結する。支持部材の他の例として、８の字形状の板バネ、リニアブッシュ、ボールスプライン、エアベアリング、リニアガイド等が挙げられる。
【００４１】
可動子３は図示しない治具によりハウジング２に対して位置決めされた後、支持部材によりシャフト３３が支持される。可動子３がハウジング２に対して位置決めされ、支持された後、その治具がハウジング２から取り外される。その後、固定子コア１１及び１２が上述のように位置決めされ、ハウジング２に固定される。
【００４２】
あるいは、固定子コア１１及び１２がハウジング２に固定された後、可動子３がハウジング２の穴２１ａから挿入されて位置決めされ支持されてもよい。
【００４３】
可動子コア３１は、図１に示すように、永久磁石３２１等を埋め込むためのＺ軸方向に長く形成された埋設穴３１ａが、シャフト３３の周りで円周状に複数設けられている。埋設穴３１ａは、固定子コア１１に近い側で４つ設けられ、固定子コア１２に近い側で同じく４つ設けられている。図２に示すように、１つの埋設穴３１ａ内に上記３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３（以下、永久磁石セット３２という。）が配設されている。
【００４４】
図２に示すように、永久磁石セット３２は、それらの永久磁石の表面側（固定子コア１１あるいは１２側）に現れる磁極がＺ軸方向で交互に異なるように着磁されている。すなわち、各永久磁石３２１等は、図１で見てＺ軸方向を中心として可動子コア３１の径方向に着磁されている。
【００４５】
なお、図２において、固定子コア１１側の永久磁石セット３２の磁極（Ｎ、Ｓ、Ｎ）は、固定子コア１１側に現れる磁極を示している。また同様に、固定子コア１２側の永久磁石セット３２の磁極（Ｓ、Ｎ、Ｓ）は、固定子コア１２側に現れる磁極を示している。各永久磁石３２１等のＺ軸方向の長さ（及びＺ軸方向に沿って並ぶ永久磁石の個数等）や配置は、固定子ティース部材１１４等のＺ軸方向の長さ、個数、配置、あるいは、可動子３のストローク長等によって適宜設定される。
【００４６】
可動子コア３１の外周面の一部には平面部３１９が設けられている。平面部３４は、固定子ティース部材１１４と対面しない位置に配置されている。このような平面部３４が可動子コア３１に形成されることにより、可動子コア３１の外形がＺ軸方向で見て円形の場合に比べ、平面部３４においてその円形が切り欠かれた状態となっているので、可動子３の軽量化を実現することができる。また、この平面部３４が設けられることにより、後述するように、リニア駆動装置１００の組み立て時において、可動子３の位置決めを高精度に行うことができるようになる。
【００４７】
[リニア駆動装置の動作]
次に、以上のように構成されたリニア駆動装置１００の動作を説明する。図６Ａ及びＢは、その動作を説明するための図である。なお、図６Ａ及びＢで表された、可動子３の永久磁石セット３２の極性は、固定子コア１１及び１２側に向く磁極を示している。
【００４８】
図６Ａに示すように、固定子コア１１側の２つのコイル１３及び１４に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられ、かつ、固定子コア１２側の２つのコイル１５及び１６に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられる。Ｙ軸方向で同じ位置に配置されたコイル１３（１４）及び１５（１６）にも互いに逆向きの電流が加えられる。そうすると、固定子ティース部材１１４に磁束が発生し、図示するように磁極が生成される。各固定子ティース部材１１４に発生した磁束と、可動子３に設けられた永久磁石３２１等により生成される磁束との相互作用により、可動子３は図６Ａ中、右へ移動する。
【００４９】
図６Ｂに示すように、図６Ａで示した各電流の向きとは逆向きの電流がコイル１３〜１６にそれぞれ同じタイミングで加えられる。そうすると、図６Ａで示した磁極とは反対の磁極が、固定子ティース部材１１４にそれぞれ生成される。これにより、可動子３は図６Ｂ中、左へ移動する。
【００５０】
図７は図６Ａで示した固定子コア１１を示しており、磁路を説明するための図である。この図に示すように、磁束は、ヨーク部材１１３の凸部１１３ｂにも形成されている。すなわちこの凸部１１３ｂも磁路の一部となっており、このような凸部１１３ｂが設けられない場合に比べ、ヨーク部材１１３における磁路断面積を大きくすることができる。
【００５１】
ここで、このリニア駆動装置１００は、例えば図示しない円筒形の外部ハウジングに収容される。図５中、リニア駆動装置１００の外接円Ｃは、この外部ハウジングの内径を示している。リニア駆動装置１００のサイズが小さいほど、この外接円Ｃの半径Ｒが小さくなり、リニア駆動装置１００が適用される装置を小型化することができる。
【００５２】
本発明者は、この外接円Ｃの半径Ｒを小さくして小型のリニア駆動装置を設計するにあたり、固定子コア１１（及び１２）の外周側の体積を減らし、その減らした分の体積のコアである、ヨーク部材１１３の凸部１１３ｂを、配列された固定子ティース部材１１４の間に形成された領域に配置することを考えた。これにより、リニア駆動装置１００の小型化を実現するにあたり、単に固定子コアの体積を減らすのではなく、所望の磁路断面積を確保しながら、その固定子コア１１（及び１２）のサイズを小さくすることができる。すなわち、リニア駆動装置１００の小型化を実現しながら、磁束密度の飽和を抑制して磁気エネルギーを効率良く使用することができる。
【００５３】
[ヨーク部材の他の実施形態]
図８は、ヨーク部材の他の実施形態を説明するための図である。
【００５４】
図８に示すように、ヨーク部材５３の凸部５３ｂは、平板部５３ａの裏面５３１（ヨーク部材５３の、固定子ティース部材１１４の接続面１１４ｂに接続される面）から突起するように設けられ、その裏面５３１上でそれら固定子ティース部材１１４に接し、その裏面５３１から離れた位置ではそれら固定子ティース部材１１４との間に隙間ｕが設けられるように形成されている。典型的には、凸部５３ｂは、Ｘ軸方向で見て台形に形成されている。
【００５５】
このような凸部５３ｂが形成されることにより、磁路断面積が広がるので、磁束の飽和を抑制することができる。
【００５６】
また、隙間ｕが設けられることにより、固定子ティース部材１１４から発生する磁束が直接凸部５３ｂに磁束が通らず、凸部５３ｂにおける渦電流の発生を抑えることができる。固定子ティース部材１１４がソリッドに形成されているか、または、Ｚ軸方向に積層された磁性体板で形成されている場合に、その渦電流の発生を抑えることができ、非常に有効である。
【００５７】
[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
【００５８】
上記実施形態では、コイルを有する１次側機構が固定子とされ、２次側機構が可動子とされた。しかし、コイルを有する１次側機構が可動子とされ、２次側機構が固定子とされてもよい。その場合、２次側機構である固定子がハウジングに固定され、１次側機構である可動子が、そのハウジングに対して軸受やバネ等により移動可能に設けられる。
【００５９】
凸部の形状は、各図のＸ軸方向で見て、長方形や台形に限られず、円の一部、楕円の一部等の形状であってもよい。
【００６０】
ヨーク部材１１３を固定子ティース部材１１４に装着する工程は、典型的には、固定子ティース部材１１４をハウジング２に固定する工程の後である。しかし、固定子ティース部材１１４をハウジング２に固定する工程の前に、ヨーク部材１１３が固定子ティース部材１１４に固定されてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、ハウジング２は直方体筒形状を有していた。しかし、ハウジングは、固定子コアを位置決めして支持するための、開口、開口端面及び位置決め突起を有していれば、円筒形状、楕円筒形状、または四角形以外の角筒形状であってもよい。
【００６２】
固定子ティース部材１１４、永久磁石３２１等、永久磁石セット３２の数は適宜変更可能である。永久磁石、固定子コア、可動子コアの各形状等も適宜変更可能である。可動子３の移動方向における磁極数あるいは永久磁石の数は、上記実施形態では３つであったが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００６３】
例えば図９Ａに示すように、ヨーク２１３の外周部のできるだけ多くの部分が、上記の外接円Ｃ（図５も参照）に接するように、当該外周部が階段状に形成されていてもよい。
あるいは、図９Ｂに示すように、図９Ａに示したヨーク２１３に比べ、Ｘ軸方向でのヨーク３１３の幅を大きくし、同様にヨーク３１３を階段状に形成してもよい。
あるいは、ヨークは、図９Ａ及びＢで示したそれぞれのヨーク２１３及び３１３の組み合わせの形状も実現可能である。
さらに、図９Ｃに示すように、ヨーク４１３は、その外接円Ｃの内側の隙間を埋めるような、例えば円柱側面の一部の形状を有していてもよい。
あるいは、これら図９Ｃに示したヨーク４１３と、図９Ａに示したヨーク２１３（またはヨーク３１３）との組み合わせの形状も実現可能である。
これらの形状を有するヨーク２１３、３１３、４１３が設けられることにより、Ｚ軸方向でのヨークの面積、つまり磁路断面積を最大限確保しつつ、磁気飽和を緩和することができる。
本実施形態では、ヨークと固定子ティース部材１１４とが別個の部材であることにより、このような磁気飽和を抑制した様々なヨークの形状を実現することができる。
【００６４】
固定子ティース部材の形状は、可動子コア及びヨーク部材のそれぞれに対向あるいは対面する面を有している限り、どのような形状であってもよい。例えば、それらの面は、平面または曲面に形成されていてもよい。それらが曲面の場合、例えばＲ形状、楕円弧形状であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
ｕ…隙間
１…固定子
２…ハウジング
３…可動子
１１、１２…固定子コア
１３〜１６…コイル
２３…開口
２５…開口端面
２６…突起
３１…可動子コア
３１ｃ…挿通穴
３１ａ…埋設穴
５３、１１３…ヨーク部材
５３ｂ、１１３ｂ…凸部
５３ａ、１１３ａ…平板部
１００…リニア駆動装置
１１２…当接突起部
１１４…固定子ティース部材（ティース部材に相当）
１１４ａ…対向面
１１４ｂ…接続面
１１４ｄ…スクリュー穴
３２１〜３２３…永久磁石
５３１…裏面（ヨーク部材の面に相当）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動子コアと、前記可動子コアに設けられた永久磁石とを有する可動子と、
前記可動子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記可動子コアに対向する前記面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記ヨーク部材は、前記複数のティース部材と接続される面を有し、
前記凸部は、前記ヨーク部材の前記面から突起するように設けられ、前記面上で前記複数のティース部材に接し、前記面から離れた位置では前記複数のティース部材との間に隙間が設けられるように形成されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニア駆動装置であって、
開口と、前記開口を形成するために前記開口の周囲に設けられた開口端面と、前記開口端面から突出した位置決め突起とを有するハウジングをさらに具備し、
前記複数のティース部材は、当接突起部を有し、前記当接突起部が前記ハウジングの前記開口端面及び前記位置決め突起に当接して、前記開口を介して前記ハウジング内に挿入されることで、前記複数のコイルが前記ハウジング内で配列されるように、前記複数のティース部材が前記ハウジングに支持される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項４】
固定子と、前記固定子に対して移動可能な可動子とを備えたリニア駆動装置であって、
前記固定子は、
固定子コアと、
前記固定子コアに設けられた永久磁石とを有し、
前記可動子は、
前記固定子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記固定子コアに対向する面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項１】
可動子コアと、前記可動子コアに設けられた永久磁石とを有する可動子と、
前記可動子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記可動子コアに対向する前記面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記ヨーク部材は、前記複数のティース部材と接続される面を有し、
前記凸部は、前記ヨーク部材の前記面から突起するように設けられ、前記面上で前記複数のティース部材に接し、前記面から離れた位置では前記複数のティース部材との間に隙間が設けられるように形成されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニア駆動装置であって、
開口と、前記開口を形成するために前記開口の周囲に設けられた開口端面と、前記開口端面から突出した位置決め突起とを有するハウジングをさらに具備し、
前記複数のティース部材は、当接突起部を有し、前記当接突起部が前記ハウジングの前記開口端面及び前記位置決め突起に当接して、前記開口を介して前記ハウジング内に挿入されることで、前記複数のコイルが前記ハウジング内で配列されるように、前記複数のティース部材が前記ハウジングに支持される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項４】
固定子と、前記固定子に対して移動可能な可動子とを備えたリニア駆動装置であって、
前記固定子は、
固定子コアと、
前記固定子コアに設けられた永久磁石とを有し、
前記可動子は、
前記固定子コアに所定のギャップを保って対向する面を有し、複数のコイルがそれぞれ装着可能であり、前記可動子の移動方向に所定の間隔をもって配列された複数のティース部材と、
凸部を有し、前記複数のティース部材同士を連結するヨーク部材とを具備し、
前記複数のティース部材のうち、前記固定子コアに対向する面とは反対側の面と、前記ヨーク部材の面とが対面し、かつ、前記凸部が前記複数のティース部材の間に配置されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−５１８１２（Ｐ２０１３−５１８１２Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８１９０（Ｐ２０１１−１８８１９０）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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