線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種即使不利用機(jī)械的彈性體的恢復(fù)力也能夠使動(dòng)子振動(dòng)的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。沿軸線方向被磁化的第一及第二永磁鐵(3a、3b)沿軸線方向排列在動(dòng)子(4)上。包圍第一及第二永磁鐵(3a、3b)的第一及第二線圈(1a、1b)排列在定子(2)上。在第一及第二線圈(1a、1b)中流過(guò)相同相位的交流，且使連結(jié)第一及第二線圈(1a、1b)的軸線方向的中心的線圈中心間距(LC1)與動(dòng)子的磁極間距(LM1)不同，從而使在第一線圈(1a)上產(chǎn)生的推力與在第二線圈(1b)上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年4月5日、申請(qǐng)?zhí)枮?01080016507.6 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/JP2010/056178)、發(fā)明名稱(chēng)為“線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及動(dòng)子相對(duì)于定子向一軸向相對(duì)地移動(dòng)的線性致動(dòng)器，尤其涉及動(dòng)子相對(duì)于定子向軸線方向的一方向相對(duì)地移動(dòng)，之后掉轉(zhuǎn)移動(dòng)方向而向軸線方向的另一方向移動(dòng)的行程式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，作為這種行程式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，已知有具備永磁鐵及線圈的音圈電動(dòng)機(jī)(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。音圈電動(dòng)機(jī)的工作原理利用弗萊明的左手法則，即利用在永磁鐵所形成的磁場(chǎng)中在線圈中流過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生推力這一性質(zhì)。若在線圈流過(guò)交流的電流，則線圈在永磁鐵的磁場(chǎng)的范圍內(nèi)沿一軸向進(jìn)行移動(dòng)。音圈電動(dòng)機(jī)具有能夠高速運(yùn)動(dòng)且廉價(jià)這樣的特征，因此被廣泛用于揚(yáng)聲器、磁盤(pán)的磁頭驅(qū)動(dòng)、伺服閥的滑閥驅(qū)動(dòng)等各種各樣的用途。
[0004]先行技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0006]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-154314號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]然而，音圈電動(dòng)機(jī)存在如下本質(zhì)上的問(wèn)題，即，當(dāng)音圈落在永磁鐵所形成的磁場(chǎng)的范圍外時(shí)，無(wú)法控制音圈。在使音圈相對(duì)于永磁鐵高速地移動(dòng)或增大音圈的行程時(shí)，音圈會(huì)因慣性而落在永磁鐵的磁場(chǎng)的范圍外。若音圈的一半以上落在永磁鐵外，則即使在音圈中流過(guò)使音圈返回原處的電流，也難以控制音圈。
[0008]為了解決該問(wèn)題，在現(xiàn)有的音圈電動(dòng)機(jī)中，在音圈上安裝彈簧或錐形紙等彈性體，利用彈性體的恢復(fù)力來(lái)使音圈返回到永磁鐵的磁場(chǎng)的范圍內(nèi)。
[0009]然而，在利用機(jī)械的彈性體的恢復(fù)力來(lái)使音圈返回的情況下，若音圈的振動(dòng)頻率接近彈性體的固有振動(dòng)數(shù)而發(fā)生共振，則音圈的振動(dòng)變得不穩(wěn)定。因此，需要使音圈以不與彈性體發(fā)生共振的頻率振動(dòng)，存在可使用的頻率受到限制的問(wèn)題。另外，若定子與動(dòng)子通過(guò)彈性體連結(jié)，則彈性體相對(duì)于振動(dòng)方向以外的力也會(huì)發(fā)生撓曲，因此存在結(jié)構(gòu)不可避免地變得脆弱的問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的上述課題而作成的，其目的在于提供一種即使不利用機(jī)械的彈性體的恢復(fù)力也能夠使動(dòng)子移動(dòng)的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。
[0011]以下，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的第一方面涉及的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器具備:具有沿軸線方向被磁化出N極及S極的至少一個(gè)永磁鐵的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；沿軸線方向排列有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的第一及第二線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)，所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于，在所述第一及所述第二線圈中流過(guò)相同相位的交流，且使連結(jié)所述第一及所述第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的磁極間距不同，從而使在所述第一線圈上產(chǎn)生的推力與在所述第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
[0012]本發(fā)明的第二方面涉及的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器具備:具有沿軸線方向被磁化出N極及S極的至少一個(gè)永磁鐵的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；沿軸線方向排列有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的第一及第二線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)，所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于，在所述第一及所述第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，且使連結(jié)所述第一及所述第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的磁極間距一致，從而使在所述第一線圈上產(chǎn)生的推力與在所述第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
[0013]本發(fā)明的第三方面涉及的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器具備:具有沿軸線方向被磁化出N極及S極的至少一個(gè)永磁鐵的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；沿軸線方向排列有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的第一及第二線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)，所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于，在所述第一及所述第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，且使連結(jié)所述第一及所述第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的磁極間距不同，從而使在所述第一線圈上產(chǎn)生的推力與在所述第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
[0014]本發(fā)明的第四方面涉及的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器具備:沿軸線方向被磁化出N極及S極的第一及第二永磁鐵以同極彼此相對(duì)的方式空開(kāi)間隔排列的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；具有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)，所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于，所述第一及所述第二永磁鐵的外側(cè)的N極-N極間距或外側(cè)的S極-S極間距比所述線圈的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)，通過(guò)在所述線圈中流過(guò)交流而使所述動(dòng)子相對(duì)于所述定子移動(dòng)，當(dāng)所述動(dòng)子移動(dòng)至行程的一端時(shí)，所述第一永磁鐵進(jìn)入所述線圈中，當(dāng)所述動(dòng)子移動(dòng)至行程的另一端時(shí)，所述第二永磁鐵進(jìn)入所述線圈中。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第一方面及第三方面，由于在第一及第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)，由此能夠使第一線圈輸出例如正弦波的推力，使第二線圈輸出例如余弦波的推力。由于能夠在第一及第二線圈上同時(shí)作用按壓或拉拽動(dòng)子的力，因此能夠提早對(duì)移動(dòng)至行程的端部附近而進(jìn)入減速區(qū)域的動(dòng)子施加制動(dòng)，能夠使動(dòng)子可靠地振動(dòng)。進(jìn)而，在動(dòng)子的移動(dòng)中，第一及第二永磁鐵進(jìn)入第一及第二線圈中的量發(fā)生變化，因此能夠使在第一及第二線圈上產(chǎn)生的推力進(jìn)一步多樣地變化。其結(jié)果是，能夠使動(dòng)子在從低頻率至高頻率的追隨性良好的情況下振動(dòng)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，由于在第一及第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)，因此能夠使第一線圈輸出例如正弦波的推力，使第二線圈輸出例如余弦波的推力。由于能夠在第一及第二線圈上同時(shí)作用按壓或拉拽動(dòng)子的力，因此能夠提早對(duì)移動(dòng)到行程的端部附近而進(jìn)入減速區(qū)域的動(dòng)子施加制動(dòng)，能夠使動(dòng)子可靠地振動(dòng)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，第一及所述第二永磁鐵的外側(cè)的N極-N極間距或外側(cè)的S極-S極間距比線圈的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)，當(dāng)動(dòng)子移動(dòng)至行程的一端時(shí)，第一永磁鐵進(jìn)入所述線圈中，當(dāng)動(dòng)子移動(dòng)至行程的另一端時(shí)，第二永磁鐵進(jìn)入所述線圈中，因此能夠增大行程的端部處的恢復(fù)力。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本發(fā)明的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)的基本結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是動(dòng)子的工作的原理圖(線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2:2)。
[0021]圖3是動(dòng)子的工作的原理圖(線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2:1)。
[0022]圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)的剖視圖。
[0023]圖5是定子的分解圖。
[0024]圖6是表不線圈中心間距與永磁鐵的磁極間距的關(guān)系的不意圖。
[0025]圖7是表示從定子拆下動(dòng)子后的狀態(tài)的剖視圖。
[0026]圖8是線性襯套的立體圖。
[0027]圖9是線性襯套的剖視圖。
[0028]圖10是第一及第二線圈的接線圖(并聯(lián))。
[0029]圖11是第一及第二線圈的接線圖的其它例。
[0030]圖12是第一及第二線圈的接線圖(串聯(lián))。
[0031]圖13是表示在第一及第二線圈上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的圖表。
[0032]圖14是動(dòng)子的動(dòng)作狀態(tài)的推力矢量圖。
[0033]圖15是動(dòng)子的靜止?fàn)顟B(tài)的推力矢量圖。
[0034]圖16是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)的示意圖。
[0035]圖17是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)的示意圖。
[0036]圖18是表示排列有多個(gè)線圈單元的例子的剖視圖。
[0037]圖19是表示將第一及第二線圈的外側(cè)用筒狀的磁軛包圍的例子的剖視圖。
[0038]圖20是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)的示意圖。
[0039]圖21是表示環(huán)狀磁鐵與棒狀磁鐵的位置關(guān)系的立體圖。
[0040]圖22是表示棒狀磁鐵移動(dòng)時(shí)棒狀磁鐵所作用的推力的圖(圖中(a)表示棒狀磁鐵向左方移動(dòng)的狀態(tài)，(b)表示位于中心的狀態(tài)，(C)表示向右方移動(dòng)的狀態(tài))。
[0041]圖23是表示相對(duì)于一對(duì)環(huán)狀磁鐵使第一及第二永磁鐵錯(cuò)開(kāi)的狀態(tài)的示意圖。
[0042]圖24是表示動(dòng)子的位置與在動(dòng)子上產(chǎn)生的恢復(fù)力(產(chǎn)生力)的關(guān)系的圖表。
[0043]圖25是表示形成在第三線圈的兩端部的磁極的變化的圖。
[0044]圖26是表示第一至第三線圈的輸出的圖(圖中(a)表示第一及第二線圈的輸出的合計(jì)，(b)表示第三線圈的輸出，(C)表示第一至第三線圈的輸出的合計(jì))。
[0045]圖27是在定子上設(shè)有一個(gè)線圈的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(單線圈型)的基本結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行說(shuō)明。線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器有在定子上排列有第一及第二線圈的雙線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器、和設(shè)有一個(gè)線圈的單線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。首先，對(duì)雙線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器進(jìn)行說(shuō)明。[0047]如圖1所示，兩個(gè)線圈(第一線圈Ia及第二線圈Ib)以軸線一致的狀態(tài)排列在雙線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的定子2上。第一及第二線圈la、lb的軸線方向上的長(zhǎng)度彼此相等。連結(jié)第一及第二線圈la、lb的軸線方向的中心的線圈中心間距為L(zhǎng)C1，第一及第二線圈la、lb的外部尺寸為L(zhǎng)C3，第一及第二線圈la、lb的內(nèi)部尺寸為L(zhǎng)C2。在第一及第二線圈la、lb之間夾設(shè)有用于空出線圈間的間隔的間隔件7。在由第一及第二線圈la、lb的線圈構(gòu)成的線圈單元的外側(cè)經(jīng)由間隔件11及套管10設(shè)置直動(dòng)軸承8作為引導(dǎo)機(jī)構(gòu)。直動(dòng)軸承8為襯套或花鍵，用于引導(dǎo)動(dòng)子4的直線運(yùn)動(dòng)。第一及第二線圈la、lb、間隔件7、11、套管10收容在定子的圓筒狀的磁軛內(nèi)。
[0048]軸狀的動(dòng)子4貫通第一及第二線圈la、lb內(nèi)。動(dòng)子4根據(jù)永磁鐵的數(shù)目而分成三種4a、4b、4c。即，在管狀的桿內(nèi)配置中央部永磁鐵3c的類(lèi)型4a、在管狀的桿內(nèi)配置第一及第二永磁鐵3a、3b的類(lèi)型4b、在管狀的桿內(nèi)配置中央部永磁鐵3c、第一及第二永磁鐵3a、3b的類(lèi)型4c。線圈的個(gè)數(shù)與永磁鐵的個(gè)數(shù)之比分別為2: 1、2: 2、2: 3。在任一種情況下，都能夠使動(dòng)子4振動(dòng)。
[0049]以線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 2為基礎(chǔ)。在線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 2的基礎(chǔ)上，在永磁鐵的外側(cè)還配置有第三及第四永磁鐵13a、13b的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器是圖4所示的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器。
[0050]首先，以線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 2為例進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，棒狀的第一及第二永磁鐵3a、3b沿軸線方向空出間隔而配置在桿14的左右兩側(cè)。上述第一及第二永磁鐵3a、3b與第一及第二線圈la、Ib —對(duì)一對(duì)應(yīng)。第一及第二永磁鐵3a、3b各自的軸線方向的兩端部被磁化成N極及S極。第一及第二永磁鐵3a、3b以同極對(duì)置的方式、在該例中以N極彼此對(duì)置的方式排列在桿14中。在該例中，第一及第二永磁鐵3a、3b的內(nèi)側(cè)的磁極(N極)比外側(cè)的磁極(S極)靠近第一及第二線圈la、lb的中心。并且，接近第一及第二線圈la、lb的中心的磁極(N極)的磁極間距LMl與連結(jié)第一及第二線圈la、lb的軸線方向的中心的中心間距LCl不同。中心間距LCl與磁極間距LMl的差設(shè)定為第一及第二線圈la、lb各自的線圈的軸線方向上的長(zhǎng)度的1/8?3/8倍。這是為了將產(chǎn)生在第一及第二線圈la、lb上的推力的相位錯(cuò)開(kāi)90度左右，詳細(xì)情況在后敘述。各永磁鐵3a、3b的軸線方向上的長(zhǎng)度比各線圈la、lb的軸線方向上的長(zhǎng)度短。
[0051]需要說(shuō)明的是，在第一及第二永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極比內(nèi)側(cè)的磁極接近第一及第二線圈la、lb的中心的情況下(參照?qǐng)D4)，使第一及第二永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極的磁極間距LM2與第一及第二線圈la、lb的中心間距LCl不同即可。
[0052]第一及第二線圈la、lb與第一及第二永磁鐵3a、3b的位置關(guān)系如下所述:當(dāng)動(dòng)子4b移動(dòng)至軸線方向的右端時(shí),第一永磁鐵3a進(jìn)入第一線圈Ia內(nèi)，當(dāng)動(dòng)子4b移動(dòng)至軸線方向的左端時(shí)，第二永磁鐵3b進(jìn)入第二線圈Ib內(nèi)。
[0053]若將第一及第二線圈la、lb與第一及第二永磁鐵3a、3b以這樣的位置關(guān)系排列，并在第一及第一線圈la、lb中流過(guò)相位一致的交流電流，則會(huì)在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生相位偏移了大約90度的推力。即，在第一線圈Ia產(chǎn)生正弦波狀的推力，在第二線圈Ib上產(chǎn)生余弦波狀的推力。由于具有在第一及第二線圈la、Ib上能夠同時(shí)作用按壓或拉拽動(dòng)子4b的力、即在第一及第二線圈la、lb上同時(shí)作用向第一及第二線圈la、lb的軸線方向的相反方向作用的推力(彼此相向或朝向相反方向的推力)的時(shí)機(jī)，因此能夠提早對(duì)移動(dòng)到行程的端部附近而進(jìn)入減速區(qū)域的動(dòng)子4b施加制動(dòng)。并且，由于連結(jié)第一及第二線圈la、Ib的軸線方向的中心的線圈中心間距LCl與第一及第二永磁鐵3a、3b的內(nèi)側(cè)的磁極間距LMl不同，因此在動(dòng)子4b的移動(dòng)中，第一及第二永磁鐵3a、3b進(jìn)入第一及第二線圈la、Ib中的量變化。因此，能夠使在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生的推力進(jìn)一步多樣地變化。
[0054]即使動(dòng)子4b移動(dòng)至行程的端部附近(例如圖1中的左側(cè))，第一永磁鐵3a的N極落在第一線圈Ia外，也能夠增大第二永磁鐵3b進(jìn)入第二線圈Ib內(nèi)的量。因此，能夠確保行程的端部附近處的恢復(fù)力。其結(jié)果是，即使不利用機(jī)械的彈性體的恢復(fù)力，也能夠使動(dòng)子4b振動(dòng)。由于未使用具有共振頻率的機(jī)械的彈性體，因此能夠使動(dòng)子在從低頻率至高頻率的追隨性良好的情況下振動(dòng)。
[0055]接下來(lái)，對(duì)線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 1，且在動(dòng)子4a上配置一個(gè)中央部永磁鐵3c的例子進(jìn)行說(shuō)明。在筒狀的桿14的中央部配置圓柱狀的一個(gè)中央部永磁鐵3c。中央部永磁鐵3c沿軸線方向被磁化，即其兩端部被磁化成N極及S極。中央部永磁鐵3c的軸線方向上的長(zhǎng)度LM3比第一及第二線圈la、lb的外部尺寸LC3短即可，在該例中，中央部永磁鐵3c的軸線方向上的長(zhǎng)度LM3設(shè)定為比內(nèi)部尺寸LC2的長(zhǎng)度短。因此，第一線圈Ia及第二線圈Ib在中央部永磁鐵3c配置于第一及第二線圈la、lb的中心的狀態(tài)下配置在中央部永磁鐵3c的軸線方向的外側(cè)。中央部永磁鐵3c的軸線方向上的長(zhǎng)度設(shè)定為比各線圈la、lb的軸線方向上的長(zhǎng)度短。第一及第二線圈la、lb與中央部永磁鐵3c的位置關(guān)系如下:當(dāng)動(dòng)子4a移動(dòng)至軸線方向的一端時(shí)，中央部永磁鐵3c的一方的磁極進(jìn)入第一及第二線圈la、lb中的一方，當(dāng)動(dòng)子4a移動(dòng)至軸線方向的另一端時(shí)，中央部永磁鐵3c的另一方的磁極進(jìn)入第一及第二線圈la、lb中的另一個(gè)中。
[0056]第一及第二線圈la、Ib與中央部永磁鐵3c以這樣的位置關(guān)系排列，當(dāng)在第一及第一線圈la、lb中流過(guò)相位一致的交流時(shí),動(dòng)子4a發(fā)生振動(dòng)。
[0057]在線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 3，且在動(dòng)子4c上配置三個(gè)永磁鐵這種類(lèi)型的動(dòng)子4c中，在桿14的左右兩側(cè)配置圓柱狀的第一及第二永磁鐵3a、3b，在桿14的中央配置圓柱狀的中央部永磁鐵3c。第一及第二永磁鐵3a、3b的位置、長(zhǎng)度及磁極與上述配置第一及第二永磁鐵3a、3b類(lèi)型的動(dòng)子4b相同。中央部永磁鐵3c的位置、長(zhǎng)度及磁極與上述配置一個(gè)中央部永磁鐵3類(lèi)型的動(dòng)子4a相同。
[0058]圖2表示線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: 2時(shí)的動(dòng)子4b的動(dòng)作原理圖。在該例中，在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)相同相位的交流，在第一及第二線圈la、lb的兩端部從左側(cè)按順序形成例如N、S、N、S的磁極。第一及第二永磁鐵3a、3b以同極對(duì)置的方式從左側(cè)按順序形成例如S、N、N、S。在第一線圈Ia的兩端部按NS — ns — SN — sn — NS的順序形成磁極。在第二線圈Ib的兩端部按NS — ns — SN — sn — NS的順序形成磁極。在此，大寫(xiě)的磁極的磁場(chǎng)意味著比小寫(xiě)的磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)的意思。
[0059]若在第一及第二線圈la、lb的軸線方向的中心與第一及第二永磁鐵3a、3b的軸線方向的中心大致一致的狀態(tài)(動(dòng)子4b配置在行程的中心的狀態(tài))下，在第一及第二線圈IaUb中流過(guò)相同相位的交流，則配置在第一線圈Ia的左側(cè)的第一永磁鐵3a與第一線圈Ia排斥。并且，配置在第二線圈Ib的右側(cè)的第二永磁鐵3b被第二線圈Ib吸引。因此，動(dòng)子4b向圖中左方向移動(dòng)(SI)。若在第二永磁鐵3b進(jìn)入第二線圈Ib內(nèi)的狀態(tài)(S2)下，使在第二線圈Ib中流動(dòng)的電流反向，則從第二線圈Ib向第二永磁鐵3b作用大的排斥力，動(dòng)子4b向圖中右方向移動(dòng)(S3)。動(dòng)子4b通過(guò)行程的中心時(shí)，在動(dòng)子4b上作用圖中右方向的推力。若在第一永磁鐵3a進(jìn)入第一線圈Ia內(nèi)的階段(S4)使在第一線圈Ia中流動(dòng)的電流反向，則從第一線圈Ia向第一永磁鐵3a作用大的排斥力，動(dòng)子4b向圖中左方向移動(dòng)
(S5)。并且，動(dòng)子4b返回到行程的中心。
[0060]由第一永磁鐵3a及第一線圈Ia構(gòu)成的第一電動(dòng)機(jī)、以及由第二永磁鐵3b及第二線圈Ib構(gòu)成的第二電動(dòng)機(jī)在彼此面對(duì)、互相推擠的同時(shí)進(jìn)行動(dòng)作，因此第一及第二電動(dòng)機(jī)彼此獨(dú)立。因此，第一永磁鐵3a及第一線圈Ia的N.S的方向也可以相反，或者第二永磁鐵3b及第二線圈Ib的N.S的方向也可以相反。
[0061]圖3是表示線圈的個(gè)數(shù):永磁鐵的個(gè)數(shù)=2: I時(shí)的動(dòng)子4a的動(dòng)作原理圖。在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)相同相位的交流。在第一及第二線圈la、lb各自的兩端部以同極相對(duì)的方式形成磁極。即，在第一及第二線圈la、Ib中以第一及第二線圈la、Ib的軸線方向的中心為界而對(duì)稱(chēng)地形成N極及S極。在第一線圈Ia的兩端部按SN — sn — NS — ns — SN的順序形成磁極。在第二線圈Ib的兩端部按NS — ns — SN — sn — NS的順序形成磁極。在此，大寫(xiě)的磁極的磁場(chǎng)意味著比小寫(xiě)的磁極的磁場(chǎng)強(qiáng)的意思。
[0062]中央部永磁鐵3c配置在第一線圈Ia及第二線圈Ib所產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)。若在動(dòng)子4a的中央部永磁鐵3c位于第一及第二線圈la、lb的軸線方向的中心的狀態(tài)下，在第一及第二線圈la、Ib中流過(guò)相同相位的交流，則中央部永磁鐵3c被第一線圈Ia吸引，且與第二線圈Ib排斥，向圖中左方向移動(dòng)(SI)。向左方向移動(dòng)的中央部永磁鐵3c進(jìn)一步被第一線圈Ia吸引，進(jìn)入第一線圈Ia內(nèi)(S2)。若在中央部永磁鐵3c進(jìn)入第一線圈Ia內(nèi)的階段使在第一線圈Ia中流動(dòng)的電流的方向反向，則從第一線圈Ia向中央部永磁鐵3c作用大的排斥力，動(dòng)子4a向圖中右方向移動(dòng)(S3)。動(dòng)子4a移動(dòng)至行程的中心后，在第二線圈Ib的吸引力作用下進(jìn)入第二線圈Ib內(nèi)(S4)。若使在第二線圈Ib中流動(dòng)的電流的方向反向，則從第二線圈Ib向永磁鐵作用大的排斥力，永磁鐵3c向圖中左方向移動(dòng)(S5)。在如此反復(fù)下動(dòng)子4a發(fā)生振動(dòng)。
[0063]圖4表示本發(fā)明的雙線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的第一實(shí)施方式。線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器具備:具有第一及第二線圈la、Ib的定子2 ;具有第一及第二永磁鐵3a、3b的動(dòng)子4。線圈的個(gè)數(shù)與永磁鐵的個(gè)數(shù)之比為2: 2。
[0064]兩個(gè)環(huán)狀的線圈la、lb以軸線一致的狀態(tài)收納在構(gòu)成定子2的外形的圓筒形狀的殼體5內(nèi)。殼體5可以是磁性體,也可以是非磁性體。當(dāng)殼體5為磁性體時(shí)，由第一及第二永磁鐵3a、3b產(chǎn)生的磁通被導(dǎo)向殼體5內(nèi)，該磁通容易與第一及第二線圈la、Ib正交，因此能夠在動(dòng)子4作用大的推力。各線圈la、lb卷繞在兩端具有凸緣的筒狀的繞線管6上。在繞線管6間夾設(shè)用于在第一及第二線圈la、lb間空出間隔的非磁性體的間隔件7。第一及第二線圈la、lb的軸線方向的線圈長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上相同。
[0065]第一及第二線圈la、lb構(gòu)成線圈單元。在線圈單元的軸線方向的外側(cè)設(shè)有兩個(gè)線性襯套8作為引導(dǎo)動(dòng)子4進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)。各線性襯套8通過(guò)止動(dòng)環(huán)9固定在套管10上。套管10固定在殼體5的軸線方向的兩端部。在一對(duì)線性襯套8的軸線方向的外側(cè)設(shè)有環(huán)狀形狀的一對(duì)排斥磁鐵12a、12b作為復(fù)位用永磁鐵。該排斥磁鐵12a、12b與后述的動(dòng)子4的外側(cè)永磁鐵13a、13b相互排斥。因此，在未從外部施加力時(shí)，動(dòng)子4在行程的中央的原點(diǎn)、即在第一及第二線圈la、lb的軸線方向的中心位置取得平衡。另外，通過(guò)設(shè)置排斥磁鐵12a、12b，由此能夠防止切斷電源時(shí)動(dòng)子4從定子2脫落的情況。尤其在將動(dòng)子4朝向縱向而使用時(shí)有效。在想要將動(dòng)子4停在從原點(diǎn)偏移的規(guī)定位置時(shí)，使左右的排斥磁鐵12a、12b的磁力的大小不同即可。
[0066]圖5是表示收容在殼體5內(nèi)的間隔件7、線圈la、lb、線性襯套8及套管10的分解圖。一對(duì)線圈la、lb、一對(duì)線性襯套8以間隔件7為中心而左右對(duì)稱(chēng)地排列。
[0067]如圖4所示，動(dòng)子4具備管狀的桿14、收容在桿14內(nèi)的兩個(gè)永磁鐵3a、3b。桿14由合成樹(shù)脂等非磁性材料構(gòu)成。桿14支承在線性襯套8中，從而在桿14與繞線管6之間空出環(huán)狀的微小的磁間隙。
[0068]第一及第二永磁鐵3a、3b隔著間隔件15配置在桿14內(nèi)。第一及第二永磁鐵3a、3b的磁極(N極及S極)沿桿14的軸線方向排列成一列。第一及第二永磁鐵3a、3b以同極(在該實(shí)施方式中為S極)對(duì)置的方式配置。第一及第二永磁鐵3a、3b的軸線方向上的長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上相同。各線圈la、lb的軸線方向上的長(zhǎng)度比各永磁鐵3a、3b的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)。優(yōu)選第一及第二永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極間距(N極-N極間距)比第一及第二線圈的線圈中心間距長(zhǎng)線圈長(zhǎng)度的1/8?3/8倍左右。
[0069]如圖6所示，在該實(shí)施方式中，第一及第二線圈la、lb的中心間的距離LCl與兩個(gè)永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極間的距離LM2的差異量L3設(shè)定為線圈長(zhǎng)度L4的1/4(1/4波長(zhǎng))。例如線圈長(zhǎng)度為10mm、永磁鐵長(zhǎng)度為6mm、線圈間的間隔件長(zhǎng)度為6mm時(shí),連結(jié)第一及第二線圈la、lb的中心的距離LCl = 5+6+5 = 16mm。兩個(gè)永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極間的距離LM2需要比第一及第二線圈la、Ib的中心的距離LCl長(zhǎng)線圈長(zhǎng)度L4的1/4，因此LM2=16+10/4 = 18.5。LCl與LM2的差異量并不限定于線圈長(zhǎng)度的1/4，優(yōu)選在線圈長(zhǎng)度的1/8?3/8的范圍內(nèi)即可。當(dāng)動(dòng)子4移動(dòng)至行程的一端時(shí)，第一永磁鐵3a的磁極(在該例中為N極)接近第一線圈Ia的軸線方向的中心，第二永磁鐵3b的磁極(在該例中為N極)遠(yuǎn)離第二線圈Ib的軸線方向的中心。當(dāng)動(dòng)子4移動(dòng)至行程的另一端時(shí)，第二永磁鐵3b的磁極(在該例中為N極)接近第二線圈Ib的軸線方向的中心，第一永磁鐵3a的磁極(在該例中為N極)遠(yuǎn)離第一線圈Ia的軸線方向的中心。
[0070]如圖4所示，在排斥的兩個(gè)永磁鐵3a、3b之間夾設(shè)間隔件15。通過(guò)夾設(shè)間隔件15，由此能夠形成從間隔件15呈放射狀地作用在第一及第二線圈la、lb上的磁力線。間隔件15可以使用樹(shù)脂等非磁性材料、鐵等磁性材料中的任一種。間隔件15使用磁性材料時(shí)，磁阻少，因此能夠形成更多條磁力線。
[0071]在兩個(gè)永磁鐵3a、3b的外側(cè)配置第三及第四永磁鐵13a、13b。第三及第四永磁鐵13a、13b以相對(duì)于第一及第二永磁鐵3a、3b同極對(duì)置的方式配置。在該實(shí)施方式中，第三及第四永磁鐵的N極與第一及第二永磁鐵3a、3b的N極對(duì)置。在第一及第二永磁鐵3a、3b與第三及第四永磁鐵13a、13b之間夾設(shè)用于容易形成排斥型的磁力線的間隔件16。通過(guò)配置第三及第四永磁鐵13a、13b，由此能夠增強(qiáng)第一及第二永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極(N極)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠使動(dòng)子4強(qiáng)力地振動(dòng)。
[0072]第三及第四永磁鐵13a、13b的軸線方向上的長(zhǎng)度比第一及第二永磁鐵3a、3b的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)。越增長(zhǎng)外側(cè)永磁鐵13a、13b的一軸向的長(zhǎng)度，越能夠增強(qiáng)在兩個(gè)永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極(N極)上產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠使動(dòng)子4強(qiáng)力地振動(dòng)。
[0073]動(dòng)子4的桿14的兩端部被兩個(gè)蓋構(gòu)件17閉塞。兩個(gè)蓋構(gòu)件17固定在桿14的兩端部，夾持永磁鐵3a、3b及外側(cè)永磁鐵13a、13b。
[0074]圖7表示從定子2拆下動(dòng)子4后的狀態(tài)。動(dòng)子4與定子2不通過(guò)板簧等彈性體連結(jié)，動(dòng)子4的向一軸向的直線運(yùn)動(dòng)是通過(guò)定子2的線性襯套8來(lái)引導(dǎo)的。當(dāng)將動(dòng)子4向一軸向拉出時(shí)，能夠從定子2完全地分離動(dòng)子4。
[0075]圖8是表示引導(dǎo)動(dòng)子4的線性襯套8的立體圖，圖9是表示線性襯套8的剖視圖。線性襯套8具備金屬制的外筒21、在外筒21的內(nèi)周面上滾動(dòng)的多個(gè)滾珠22、將多個(gè)滾珠22以一定的間隔保持的保持架23。隨著動(dòng)子4相對(duì)于定子2的移動(dòng)，多個(gè)滾珠22在外筒21的內(nèi)周面與動(dòng)子4的外周面之間滾動(dòng)。保持架23形成為圓筒形狀，且具有從其內(nèi)周貫通至外周的多個(gè)孔23a。多個(gè)滾珠22能夠旋轉(zhuǎn)地保持在這多個(gè)孔23a中。保持架23的軸線方向上的長(zhǎng)度比外筒21的軸線方向上的長(zhǎng)度短。保持架23與多個(gè)滾珠22 —起在外筒21內(nèi)進(jìn)行有限移動(dòng)。
[0076]通過(guò)使用線性襯套8，由此能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)子4相對(duì)于定子2的一軸向的順暢的直線運(yùn)動(dòng)，在一軸向以外能夠?qū)崿F(xiàn)高剛性的結(jié)構(gòu)體。由于不需要像現(xiàn)有的音圈電動(dòng)機(jī)那樣將動(dòng)子4與定子2通過(guò)板簧等彈性體連結(jié)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)整、維護(hù)的容易化。
[0077]另外，通過(guò)設(shè)置將多個(gè)滾珠22的間隔保持為一定的保持架23，由此能夠解決滾珠22彼此在線圈la、lb或永磁鐵3a、3b的磁力作用下吸引的問(wèn)題。滾珠22可以是磁性體，也可以是非磁性體。在滾珠22使用磁性體的情況下，若使用沒(méi)有保持架23的線性襯套8，則滾珠22彼此會(huì)在磁力下相互吸引，因此引起壽命降低、精度降低、發(fā)熱等問(wèn)題。若滾珠22使用樹(shù)脂、陶瓷等非磁性體，則能夠防止?jié)L珠22彼此吸引的情況。
[0078]若取代線性襯套而使用滾珠花鍵，則還能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)子4的止轉(zhuǎn)。滾珠花鍵的滾珠可以是磁性體也可以是非磁性體。
[0079]圖10至圖12是表示第一及第二線圈la、lb的接線圖。圖10及圖11是表示將第一及第二線圈la、lb并聯(lián)連接的例子，圖12表示將第一及第二線圈la、lb串聯(lián)連接的例子。圖10表示第一及第二線圈la、lb的相對(duì)側(cè)接線成相同極的排斥型，圖11表示第一及第二線圈la、lb的相對(duì)側(cè)接線成相反極的吸引型。無(wú)論是排斥型的配線還是吸引型的配線都能夠使動(dòng)子4發(fā)生振動(dòng)。
[0080]如圖10所示，在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)來(lái)自交流電源19的用圖中實(shí)線表示的單相交流。通過(guò)在第一及第二線圈la、Ib中流過(guò)單相交流，由此動(dòng)子4沿軸線方向移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)子4移動(dòng)時(shí)，第一永磁鐵3a所產(chǎn)生的磁力線以規(guī)定的速度橫穿第一線圈la，第二永磁鐵3b所產(chǎn)生的磁力線以規(guī)定的速度橫穿第二線圈lb。因此，在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。例如，當(dāng)動(dòng)子4向圖中右方向移動(dòng)時(shí)，在第一及第二線圈la、lb的兩端部產(chǎn)生妨礙動(dòng)子4向右方向的移動(dòng)這樣的磁極。通過(guò)該電磁感應(yīng)，在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生用圖中虛線表示的反電動(dòng)勢(shì)。
[0081]圖13表示使動(dòng)子4移動(dòng)時(shí)在各線圈la、lb上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。如上所述，第一及第二線圈la、lb的中心間的間距與第一及第二永磁鐵3a、3b的外側(cè)的磁極間的間距相差線圈長(zhǎng)度的1/4。因此，當(dāng)使動(dòng)子4移動(dòng)時(shí)，在第一及第二線圈la、Ib產(chǎn)生相位錯(cuò)開(kāi)90度的正弦波狀的反電動(dòng)勢(shì)。在第一及第二線圈la、lb的整體上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)為將在各線圈la、Ib上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)合計(jì)而得到的值，因此相位錯(cuò)開(kāi)90度使得各線圈la、lb所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)互相抵消。反電動(dòng)勢(shì)的合計(jì)值小于在各線圈上產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)的2倍(相位錯(cuò)開(kāi)90度時(shí)為V 2倍)。若反電動(dòng)勢(shì)變大，則在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)的電流減少，因此無(wú)法使動(dòng)子高速振動(dòng)。像本實(shí)施方式那樣，通過(guò)降低反電動(dòng)勢(shì)，能夠使動(dòng)子4高速地振動(dòng)。
[0082]圖14表示在動(dòng)作中的動(dòng)子4上作用的推力矢量、即考慮了滯后角的推力矢量。若在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)相位一致的交流,則在流過(guò)第一線圈Ia的電流和第一永磁鐵3a的外側(cè)的磁極的磁場(chǎng)的相互作用下，動(dòng)子4的軸線方向的推力起作用。另外，在第二線圈Ib與第二永磁鐵3b的外側(cè)的磁極之間，在流過(guò)第二線圈Ib的電流和第二永磁鐵3b的外側(cè)的磁極的磁場(chǎng)的相互作用下，動(dòng)子4的軸線方向的推力也起作用。上述的推力為在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生的推力。在為電動(dòng)機(jī)的情況下，推力因滯后角(=指令角-輸出角)而產(chǎn)生。即，向第一及第二線圈la、lb輸入指令sincot時(shí)，動(dòng)子4的輸出像sin(on+0)那樣延遲角度Θ的量，該滯后角轉(zhuǎn)換成推力。
[0083]如圖14所示，圖中NS的文字的大小表示在線圈上產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小。當(dāng)在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)規(guī)定的頻率的交流時(shí)，動(dòng)子也以相同頻率發(fā)生振動(dòng)。雖然驅(qū)動(dòng)頻率靠近，但計(jì)測(cè)并確認(rèn)到如下情況，即，動(dòng)子的相位與靜止?fàn)顟B(tài)的相位(參照?qǐng)D15)相比，以相位角計(jì)延遲30~60度。圖14表示將動(dòng)子的位置分成八個(gè)狀態(tài)(每45度)的狀態(tài)。圖14的動(dòng)作狀態(tài)下的動(dòng)子的相位比圖15所示的靜止?fàn)顟B(tài)下的動(dòng)子的相位延遲一階段。
[0084]如圖14所示，當(dāng)動(dòng)子4位于原點(diǎn)時(shí),從第一及第二線圈la、Ib向第一及第二永磁鐵3a、3b產(chǎn)生左方向的推力(SI)。因此，動(dòng)子4向左方向移動(dòng)。在動(dòng)子4向左方向移動(dòng)期間，第一永磁鐵3a進(jìn)入第一線圈Ia內(nèi)的量、第二永磁鐵3b進(jìn)入第二線圈Ib內(nèi)的量發(fā)生變化，施加到動(dòng)子4上的推力的大小也發(fā)生變化(S2)。當(dāng)動(dòng)子4移動(dòng)至行程的左端時(shí)，在動(dòng)子4上施加右方向的推力。不僅從第一及第二線圈la、lb向動(dòng)子4施加推力，還從排斥磁鐵12a向動(dòng)子4施加右方向的推力。由此，動(dòng)子4掉轉(zhuǎn)移動(dòng)方向，開(kāi)始向右方向移動(dòng)(S3)。動(dòng)子4開(kāi)始向右方向移動(dòng)后，在第一及第二線圈la、lb中流動(dòng)的電流瞬間變成零(S4)。之后，在第一及第二線圈la、lb中流動(dòng)的電流反向，從第一及第二線圈Ib向第一及第二永磁鐵3a、3b施加右方向的推力(S5)。施加到S5的動(dòng)子4上的推力的大小與SI時(shí)的推力相同。之后，動(dòng)子4向右方向移動(dòng)。在動(dòng)子4向右方向移動(dòng)期間，第一及第二永磁鐵3a、3b進(jìn)入第一及第二線圈la、lb內(nèi)的量發(fā)生變化，施加到動(dòng)子4上的推力的大小也發(fā)生變化(S6)。當(dāng)動(dòng)子4移動(dòng)至行程的右端時(shí)，在動(dòng)子4上施加左方向的推力(S7)。動(dòng)子4掉轉(zhuǎn)移動(dòng)方向后從第一及第二線圈la、lb施加到動(dòng)子4上的推力變成零(S8)。只要在第一及第二線圈la、lb中持續(xù)流過(guò)交流，動(dòng)子4也以相同的周期持續(xù)振動(dòng)。
[0085]圖15是表示動(dòng)子的靜止?fàn)顟B(tài)的推力矢量圖。假定在第一及第二線圈la、lb中流過(guò)大小一定的直流，則動(dòng)子4靜止于在第一及第二線圈la、lb上產(chǎn)生的推力平衡的點(diǎn)。并且，若改變流過(guò)第一及第二線圈la、Ib的電流，則動(dòng)子4靜止于在第一及第二線圈la、Ib上產(chǎn)生的推力平衡的點(diǎn)。由此可知，本實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器不僅可以用作振動(dòng)致動(dòng)器，還能夠用作控制向一軸向移動(dòng)動(dòng)子4的位置的致動(dòng)器。通過(guò)使第一及第二線圈la、lb的中心間距與第一及第二永磁鐵3a、3b的磁極的間距不同，在動(dòng)子4上作用兩個(gè)推力矢量，由此能夠進(jìn)行動(dòng)子4的位置控制。需要說(shuō)明的是，排斥磁鐵12a、12b也影響動(dòng)子4的靜止位置。
[0086]圖16及圖17表示本發(fā)明的雙線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的第二實(shí)施方式。在第一及第二線圈31a、31b之間配置有排斥磁鐵38這一點(diǎn)、及第一及第二永磁鐵39a、39b的磁極間距L2比第一及第二線圈31a、31b的中心間距LI長(zhǎng)這一點(diǎn)(參照?qǐng)D17)與上述第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器不同。其它結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器相同。
[0087]第一及第二線圈31a、31b以軸線一致的狀態(tài)排列在定子32上。在第一及第二線圈31a、31b之間設(shè)置環(huán)狀的排斥磁鐵38，該排斥磁鐵38與動(dòng)子34的永磁鐵39a、39b排斥，而使動(dòng)子34返回到行程的大致中央。排斥磁鐵38的軸線方向的兩端部被磁化成N極及S極。該排斥磁鐵38還帶有用于空出線圈31a、31b之間的間隔的間隔件的作用。在由第一及第二線圈31a、31b構(gòu)成的線圈單元的外側(cè)經(jīng)由間隔件35及套管36來(lái)設(shè)置直動(dòng)軸承37。直動(dòng)軸承37為襯套或花鍵，引導(dǎo)動(dòng)子34進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。
[0088]通過(guò)在第一及第二線圈31a、31b之間設(shè)置一個(gè)排斥磁鐵38，由此能夠減小排斥磁鐵38的個(gè)數(shù)。另外，如圖18所示，在為了提高推力而排列有多個(gè)線圈單元的情況下，將模塊化后的第一線圈31a、排斥磁鐵38及第二線圈31b沿軸線方向按順序排列即可，因此變得有利。進(jìn)而，由于在線圈單元的外側(cè)沒(méi)有配置排斥磁鐵，因此消除排斥磁鐵被外部的鐵部品吸引的可能性。
[0089]如圖17所示，第一及第二永磁鐵39a、39b沿軸線方向空開(kāi)間隔排列在動(dòng)子34上。第一及第二永磁鐵39a、39b以相對(duì)側(cè)成為異極的方式排列，例如從左側(cè)開(kāi)始排列成S極、N極、S極、N極。由第一及第二永磁鐵39a、39b構(gòu)成的永磁鐵單元的軸線方向的兩端部落在由第一及第二線圈31a、31b構(gòu)成的線圈單元的軸線方向的兩端部外。
[0090]如圖17的下段所示，可以在動(dòng)子34上配置一個(gè)中央部永磁鐵41。該中央部永磁鐵41的軸線方向上的長(zhǎng)度設(shè)定為比第一及第二線圈31a、31b的內(nèi)側(cè)的距離長(zhǎng)，且比外側(cè)的距離短。也可以在中央部永磁鐵41的兩端部配置圓錐形的鐵等磁性材料42。這樣，由于中央部永磁鐵41的兩端部的磁力線順暢地減少，因此能夠增長(zhǎng)動(dòng)子34的行程，或使動(dòng)子34的動(dòng)作順暢。
[0091]圖19表示將第一及第二線圈31a、31b的外側(cè)用鐵等磁性材料構(gòu)成的筒狀的磁軛43包圍而成的例子。在磁軛43上設(shè)置覆蓋線圈單元的軸線方向的兩端部的端部壁43a。在該磁軛43的作用下，形成從磁鐵單元的軸線方向的兩端部通過(guò)磁軛43而朝向排斥磁鐵38的磁路44，因此吸引力進(jìn)一步增強(qiáng)，能夠使動(dòng)子34強(qiáng)力地振動(dòng)。
[0092]圖20表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器(雙線圈型)。定子50具有第一及第二線圈51a、51b這一點(diǎn)、及動(dòng)子56具有第一至第四永磁鐵53a、53b、54a、54b這一點(diǎn)與第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器相同。在定子50的第一及第二線圈51a、51b之間配置有一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b作為排斥磁鐵這一點(diǎn)、及在定子50的第一及第二線圈51a、51b之間還配置有第三線圈52這一點(diǎn)與第一實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器不同。
[0093]一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b分別包圍第一永磁鐵53a或第二永磁鐵53b。一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b各自的軸線方向上的長(zhǎng)度比第一及第二永磁鐵53a、53b的軸線方向上的長(zhǎng)度短。當(dāng)動(dòng)子56位于行程的中心時(shí)，一方的環(huán)狀磁鐵55a位于第一永磁鐵53a的軸線方向上的長(zhǎng)度的范圍內(nèi)，另一方的環(huán)狀磁鐵55b位于第二永磁鐵53b的軸線方向上的長(zhǎng)度的范圍內(nèi)。其中，一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b各自的中心從第一及第二永磁鐵53a、53b各自的中心偏移規(guī)定的偏移量(參照?qǐng)D23)。
[0094]在定子50的第一及第二線圈的51a、51b外側(cè)經(jīng)由間隔件57、套管58來(lái)安裝花鍵螺母59及滾珠襯套60。在動(dòng)子56的桿61的一方的端部安裝形成花鍵槽的花鍵軸62，在另一方的端部安裝截面為圓形狀的襯套用軸63?；ㄦI軸62及花鍵螺母59帶有使動(dòng)子56止轉(zhuǎn)的功能。為了防止?jié)L珠彼此的接觸，在花鍵螺母59及滾珠襯套60上裝入隔離環(huán)。
[0095]圖21是表示一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b與第一及第二永磁鐵53a、53b的位置關(guān)系的立體圖。在圓盤(pán)狀的環(huán)狀磁鐵55a、55b上沿軸線方向磁化出S極及N極。在第一及第二永磁鐵53a、53b上也沿軸線方向磁化出S極及N極。若使環(huán)狀磁鐵55a、55b的N極S極與第一及第二永磁鐵53a、53b的N極S極的方向相反,貝U第一及第二永磁鐵53a、53b的軸線方向的中心位于環(huán)狀磁鐵55a、55b的軸線方向的中心。
[0096]如圖22(a)所示，當(dāng)使第一及第二永磁鐵53a、53b從環(huán)狀磁鐵55a、55b的中心向左側(cè)移動(dòng)時(shí)，在第一及第二永磁鐵53a、53b上朝向右方向作用恢復(fù)力。如圖22(b)所示，當(dāng)?shù)谝患暗诙来盆F53a、53b的中心與環(huán)狀磁鐵55a、55b的中心一致時(shí),成為平衡狀態(tài),第一及第二永磁鐵53a、53b將要保持在該位置。如圖22 (c)所示，當(dāng)使第一及第二永磁鐵53a、53b從環(huán)狀磁鐵55a、55b的中心向右側(cè)移動(dòng)時(shí)，在第一及第二永磁鐵53a、53b上朝向左方向作用恢復(fù)力。由于利用環(huán)狀磁鐵55a、55b的軸線方向的兩方的磁極來(lái)產(chǎn)生復(fù)位的力，因此能夠提高體積效率(恢復(fù)力/體積)。
[0097]如圖23所示，通過(guò)將一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b各自的中心從第一及第二永磁鐵53a、53b各自的中心錯(cuò)開(kāi)，由此能夠成為當(dāng)動(dòng)子56位于行程的中心時(shí)施加預(yù)壓的狀態(tài)。圖24表示動(dòng)子56的位置與在動(dòng)子56上產(chǎn)生的恢復(fù)力(產(chǎn)生力)的關(guān)系。作用在動(dòng)子56上的恢復(fù)力為將作用在第一永磁鐵53a上的恢復(fù)力與作用在第二永磁鐵53b上的恢復(fù)力合計(jì)而得到的值。通過(guò)合計(jì)可知，由于能夠在原點(diǎn)附近也作用與位移成比例的恢復(fù)力，因此能夠使動(dòng)子56容易地返回到原點(diǎn)。另外，如圖23所示，通過(guò)將一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b配置在定子50的第一及第二線圈51a、51b的內(nèi)側(cè)，由此能夠降低從一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b向外部漏磁而吸附異物的危險(xiǎn)性。
[0098]對(duì)夾設(shè)在第一及第二線圈51a、51b間的第三線圈52進(jìn)行說(shuō)明。如圖20所示，在第一及第二線圈51a、51b之間，且在一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b之間配置第三線圈52。一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b以同極彼此相對(duì)的方式排列在定子50上。
[0099]圖25表示在第三線圈52的兩端部形成的磁極的變化。如該圖所示，在第三線圈52中流過(guò)與第一及第二線圈51a、51b相同相位的交流。第三線圈52的卷繞方向與第一及第二線圈51a、51b的卷繞方向相反，在第三線圈52的軸線方向的兩端部形成與第一及第二線圈51a、51b相反的磁極。第三線圈52的卷繞方向也可以與第一及第二線圈51a、51b的卷繞方向相同，通過(guò)從反向通電也能夠在第三線圈52上形成相反的磁極。當(dāng)在第一至第三線圈51a、51b、52中流過(guò)相同相位的交流時(shí)，在各線圈的軸線方向的兩端部形成用圖中各繞線管內(nèi)磁場(chǎng)分布表示的N極及S極。以定子整體觀察時(shí)，用水平線的陰影表示的部分的磁場(chǎng)相互抵消，用斜線的陰影表示的部分的磁場(chǎng)相互增強(qiáng)。因此，假定線圈51a、51b、52與環(huán)狀磁鐵55a、55b的輸出相同時(shí),定子50整體的磁場(chǎng)的強(qiáng)度成為圖中定子內(nèi)磁場(chǎng)分布所不的狀態(tài)。在該定子內(nèi)磁場(chǎng)分布的作用下，如圖25中(a)所示，動(dòng)子56移動(dòng)到左端時(shí)，在動(dòng)子56上朝向右方向作用恢復(fù)力，如圖中(c)所示，當(dāng)動(dòng)子56移動(dòng)到右端時(shí)，在動(dòng)子56上作用使動(dòng)子56朝向左方向移動(dòng)的恢復(fù)力?？芍?，通過(guò)在第一及第二線圈51a、51b之間夾設(shè)第三線圈52，由此能夠使動(dòng)子56更強(qiáng)力且以更大的振幅振動(dòng)。[0100]圖26表示第一至第三線圈的輸出。圖中(a)表示第一及第二線圈51a、51b的輸出。在該例中，第一及第二線圈51a、51b的輸出的相位彼此錯(cuò)開(kāi)π/4。因此，將第一及第二線圈51a、51b的輸出合計(jì)而得到的值成為第一線圈51a單獨(dú)的輸出的1.8倍。圖中(b)表示第三線圈52的輸出。通過(guò)將第三線圈52的輸出設(shè)為第一線圈51a的輸出的1.8倍，由此能夠使第一及第二線圈51a、51b的合計(jì)的輸出的大小與第三線圈52的輸出的大小一致。通過(guò)使大小一致，由此如圖中(c)所示，能夠使第一至第三線圈的合計(jì)輸出接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。因此，能夠使動(dòng)子56的時(shí)間-位移曲線也接近標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。需要說(shuō)明的是，若使用立體聲放大器，設(shè)置第三線圈52的輸出相對(duì)于第一及第二線圈51a、51b的輸出的相位差，使輸出的峰值一致，則能夠?qū)崿F(xiàn)更加效率良好的輸出。
[0101]在此，為了將第三線圈52的輸出設(shè)為第一線圈51a的輸出的1.8倍，將第三線圈52的安培匝數(shù)設(shè)為第一線圈51a的1.8倍即可。即，流過(guò)第三線圈52的電流X卷繞數(shù)=流過(guò)第一線圈51a的電流X卷繞數(shù)X 1.8即可。
[0102]例如在線圈上施加IOV的電壓 的情況下的輸出為，
[0103]第三線圈=1500[T]Xlll[mA] = 166.5[AT]
[0104]第一線圈=第二線圈=2400[T] X45[mA] = 108.0 [AT]
[0105]若以輸出比(=安培匝數(shù)比)考慮，則166.5/108.0 = 1.54 ^ 1.8
[0106]1.54與1.8的差產(chǎn)生的原因在于在計(jì)算上沒(méi)有考慮到第一及第二線圈51a、51b的電感。實(shí)際的第一及第二線圈51a、51b的輸出比108.0[AT]低。能夠確認(rèn)的是，將第三線圈52反向接線時(shí)，在上述的輸出比下動(dòng)子56不移動(dòng)，因此第三線圈52的輸出變得與第一及第二線圈5la、5Ib的合計(jì)輸出大致相等。
[0107]在使動(dòng)子56振動(dòng)的原理上，需要第一及第二線圈51a、51b的中心間距與磁極間距不同。其原因在于，在第一及第二線圈51a、51b之間容易空出空隙。通過(guò)在第一及第二線圈51a、51b之間配置第三線圈52，能夠減少無(wú)用的空間，且能夠提高體積效率(輸出/堆積)。進(jìn)而，通過(guò)將第三線圈52的輸出設(shè)為比第一及第二線圈51a、51b的輸出大，由此能夠如上述那樣使第一至第三線圈51a、51b、52的合計(jì)輸出接近于正弦波。
[0108]圖27表示在定子61上僅設(shè)有一個(gè)線圈63的單線圈型的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)。動(dòng)子4貫通線圈63內(nèi)的空間。一個(gè)線圈63的軸線與動(dòng)子62的振動(dòng)一致。在線圈63的軸線方向的兩側(cè)經(jīng)由間隔件64及套管65來(lái)設(shè)置直動(dòng)軸承66。直動(dòng)軸承66為襯套或花鍵，引導(dǎo)動(dòng)子62進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。線圈63、間隔件64、套管65、直動(dòng)軸承66收容在定子61的圓筒狀的磁軛內(nèi)。
[0109]動(dòng)子62具備管狀的桿68和在桿68內(nèi)空出間隔配置的第一及第二永磁鐵67a、67b。線圈63的個(gè)數(shù)與永磁鐵67a、67b的個(gè)數(shù)之比為1: 2。第一及第二永磁鐵67a、67b各自的軸線方向的兩端部被磁化成N極及S極，以同極彼此(N極彼此或S極彼此)對(duì)置的方式排列。第一及第二永磁鐵67a、67b的內(nèi)側(cè)的距離L4比線圈63的軸線方向上的長(zhǎng)度L3長(zhǎng)。因此，在線圈63的軸線方向的外側(cè)配置第一及第二永磁鐵67a、67b。需要說(shuō)明的是，由第一及第二永磁鐵67a、67b構(gòu)成的永磁鐵單元的軸線方向上的從一端部至另一端部的長(zhǎng)度L5比線圈63的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)即可，第一及第二永磁鐵67a、67b的內(nèi)側(cè)可以進(jìn)入線圈63的軸線方向的兩端部?jī)?nèi)。各永磁鐵67a、67b的軸線方向上的長(zhǎng)度比線圈63的軸線方向上的長(zhǎng)度短。線圈63與第一及第二永磁鐵67a、67b的位置關(guān)系如下:當(dāng)動(dòng)子62移動(dòng)至軸線方向的一端時(shí)，第一及第二永磁鐵67a、67b中的一個(gè)進(jìn)入線圈63內(nèi)，當(dāng)動(dòng)子62移動(dòng)至軸線方向的另一端時(shí)，第一及第二永磁鐵67a、67b中的另一個(gè)進(jìn)入線圈63內(nèi)。
[0110]當(dāng)在線圈63中流過(guò)單相交流時(shí)，在線圈63的兩端部按SN — Sn — NS — ns — SN的順序形成磁極。例如在線圈63的左端部形成S極且在右端部形成N極的情況下,線圈63與第一永磁鐵67a相互吸引，線圈63與第二永磁鐵67b相互排斥。因此，動(dòng)子62向圖中右方向移動(dòng)。隨著動(dòng)子62向圖中右方向的移動(dòng),第一永磁鐵67a進(jìn)入線圈63中。若在第一永磁鐵67a進(jìn)入線圈63內(nèi)的階段,使流過(guò)線圈63的電流的方向反向，貝U第一永磁鐵67a與線圈63以大的力相互排斥。因此，動(dòng)子62掉轉(zhuǎn)移動(dòng)方向，向圖中左方向移動(dòng)。動(dòng)子62超過(guò)行程的中心時(shí)，線圈63與第二永磁鐵67b相互吸引，第二永磁鐵67b進(jìn)入線圈63中。若在該狀態(tài)下，再次使流過(guò)線圈63的電流的方向反向，則第二永磁鐵67b與線圈63以大的力相互排斥，因此動(dòng)子62再次掉轉(zhuǎn)移動(dòng)方向。通過(guò)如此反復(fù)，動(dòng)子62發(fā)生振動(dòng)。
[0111]可以在線圈63的軸線方向的兩端部配置一對(duì)環(huán)狀磁鐵，這一對(duì)環(huán)狀磁鐵包圍第一及第二永磁鐵67a、67b，在線圈63不流過(guò)電流時(shí)，使動(dòng)子62復(fù)位到行程的中心。一對(duì)環(huán)狀磁鐵的配置及磁極的方向與圖23及圖25的配置在第三線圈52的兩端部的一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b相同即可。若配置一對(duì)環(huán)狀磁鐵55a、55b，則不僅能夠使動(dòng)子62復(fù)位到原點(diǎn)，還能夠使動(dòng)子62強(qiáng)力地振動(dòng)。
[0112]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，可以在不改變本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。
[0113]為了錯(cuò)開(kāi)在定子的第一及第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位，可以在定子的第一及第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，使連結(jié)第一及第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與動(dòng)子的磁極間距一致。只要在動(dòng)子上設(shè)置一個(gè)以上的永磁鐵即可，可以與上述第一實(shí)施方式同樣地設(shè)置第一至第四永磁鐵。
[0114]另外，為了錯(cuò)開(kāi)在定子的第一及第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位，可以在定子的第一及第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，使連結(jié)第一及第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與動(dòng)子的磁極間距不同。只要在動(dòng)子上設(shè)置一個(gè)以上的永磁鐵即可，可以與上述第一實(shí)施方式同樣地設(shè)置第一至第四永磁鐵。
[0115]動(dòng)子并不局限于沿水平方向配置，還可以沿垂直方向配置。只要能夠從第一及第二線圈向第一及第二永磁鐵作用力即可，即使在動(dòng)子上作用有重力，也能夠使動(dòng)子移動(dòng)。
[0116]當(dāng)動(dòng)子的慣性小時(shí)，即使省略?xún)蓚€(gè)外側(cè)永磁鐵或排斥磁鐵，也能夠使動(dòng)子移動(dòng)。當(dāng)動(dòng)子的慣性大時(shí)，可以在定子與動(dòng)子之間附設(shè)彈簧。
[0117]在使動(dòng)子振動(dòng)的情況下，在第一及第二線圈中流過(guò)的電流為每一定的周期交替地反向流動(dòng)的交流即可?？梢栽诘谝患暗诙€圈上施加正弦波以外的鋸齒波、三角波、矩形波等電壓。
[0118]進(jìn)而，可以在動(dòng)子上設(shè)置第一及第二線圈，在定子上設(shè)置第一及第二永磁鐵，使線圈側(cè)移動(dòng)。
[0119]本說(shuō)明書(shū)基于2009年4月15日申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2009-098601及2009年12月25日申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2009-293915而主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容全部包含在內(nèi)。
[0120]工業(yè)實(shí)用性
[0121]本發(fā)明的線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器剛性高，且能夠驅(qū)動(dòng)至高速域，因此能夠利用在面向計(jì)測(cè)設(shè)備、技工設(shè)備、機(jī)動(dòng)車(chē)、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、工業(yè)設(shè)備、民生設(shè)備的致動(dòng)器等各樣的【技術(shù)領(lǐng)域】。尤其適用于驅(qū)動(dòng)基板檢測(cè)器的測(cè)量端子、芯片焊接機(jī)、泵、手工工具、相機(jī)的對(duì)焦等。若制成大型化，還能夠用作減振裝置。
[0122]本發(fā)明的線性電動(dòng)機(jī)適合用作在振動(dòng)頻率為O~200Hz的范圍內(nèi)振幅大的振動(dòng)致動(dòng)器。若使用編碼器來(lái)控制流過(guò)第一及第二線圈的電流，則還能夠控制動(dòng)子的位置。
[0123]符號(hào)說(shuō)明
[0124]la、31a、51a …第一線圈
[0125]lb、31b、51b …第二線圈
[0126]52…第三線圈
[0127]2、32、50、61 …定子
[0128]3a、53a、67a …第一永磁鐵
[0129]3b、53b、67b …第二永磁鐵
[0130]3c、41…中央部永磁鐵[0131 ] 4、34、56、62 …動(dòng)子
[0132]12a、12b-- --對(duì)排斥磁鐵(復(fù)位用永磁鐵)
[0133]13a…第三永磁鐵
[0134]13b…第四永磁鐵
[0135]38…環(huán)狀磁鐵(復(fù)位用永磁鐵)
[0136]55a、55b…一對(duì)環(huán)狀磁鐵(復(fù)位用永磁鐵)
[0137]61…線圈。
【權(quán)利要求】
1.一種線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，其具備: 具有沿軸線方向被磁化出N極及S極的至少一個(gè)永磁鐵的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；沿軸線方向排列有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的第一及第二線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)， 所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于， 在所述第一及所述第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，且使連結(jié)所述第一及所述第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的磁極間距一致，從而使在所述第一線圈上產(chǎn)生的推力與在所述第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
2.一種線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，其具備: 具有沿軸線方向被磁化出N極及S極的至少一個(gè)永磁鐵的動(dòng)子及定子中的一個(gè)；沿軸線方向排列有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的第一及第二線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)， 所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于， 在所述第一及所述第二線圈中流過(guò)相位不同的交流，且使連結(jié)所述第一及所述第二線圈的軸線方向的中心的線圈中心間距與所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的磁極間距不同，從而使在所述第一線圈上產(chǎn)生的推力與在所述第二線圈上產(chǎn)生的推力的相位錯(cuò)開(kāi)。
3.—種線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器，其具備: 沿軸線方向被磁化出N極及S極的第一及第二永磁鐵以同極彼此相對(duì)的方式空開(kāi)間隔排列的動(dòng)子及定子中的一個(gè)； 具有包圍所述動(dòng)子及所述定子中的一個(gè)的一個(gè)線圈的所述動(dòng)子及所述定子中的另一個(gè)， 所述線性電動(dòng)機(jī)致動(dòng)器的特征在于， 所述第一及所述第二永磁鐵的外側(cè)的N極-N極間距或外側(cè)的S極-S極間距比所述一個(gè)線圈的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)， 所述第一及所述第二永磁鐵的內(nèi)側(cè)的距離比所述一個(gè)線圈的軸線方向上的長(zhǎng)度長(zhǎng)， 通過(guò)在所述一個(gè)線圈中流過(guò)交流而使所述動(dòng)子相對(duì)于所述定子移動(dòng)， 當(dāng)所述動(dòng)子移動(dòng)至行程的一端時(shí)，所述第一永磁鐵進(jìn)入所述一個(gè)線圈中，當(dāng)所述動(dòng)子移動(dòng)至行程的另一端時(shí)，所述第二永磁鐵進(jìn)入所述一個(gè)線圈中。
【文檔編號(hào)】H02K33/16GK104022614SQ201410219379
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2010年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2009年4月15日
【發(fā)明者】巖城純一郎 申請(qǐng)人:Thk株式會(huì)社