JP3894297B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の部材の第２の部材との対向面における磁気的変化の分布をずらして第２の部材の磁極に磁力を作用させることにより、第１の部材と第２の部材とを相対的かつ直線的に移動させるようにしたリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は第１の従来技術を示すもので、固定コイル型３相リニアアクチュエータと呼ばれているものである。
図１７において、可動子６０と固定子７０とは平均的に一定距離を介して対向しており、可動子６０は図示されていない支持具（いわゆるリニアガイド）に沿って移動可能である。
【０００３】
可動子６０は、コア６１と多数の磁極６２とから構成されており、これらの磁極６２はＳ極、Ｎ極が交互に着磁されて固定子７０の突起７３との対向面に配置されている。なお、可動子の構造は、固定子７０の突起７３の配列方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に配置されていれば、図示例に限定されない。
【０００４】
一方、固定子７０は、バックヨーク７１により結合された主極７２が並び、主極７２の上端部にはそれぞれ突起７３が設けられている。また、各主極７２を取り巻くようにコイル７４が集中的に巻回されており、これらのコイル７４は主極間のスロットに配置されている。なお、主極７２、突起７３、コイル７４から成る部分は各相ごとに設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル７４が順番に配置されている。
【０００５】
その動作を説明すると、例えば、図１７において固定子７０のＵ相コイルにＵ相突起がＮ極となるように電流を流せば、このＵ相突起に可動子６０の磁極６２のＳ極が吸引される。次にＵ相コイルの電流をゼロとしてＷ相コイルにＷ相突起がＳ極となるように電流を流せば、Ｗ相突起に磁極６２のＮ極が吸引される力が発生し、可動子６０は水平方向に直線移動する。
このような動作をＵ，Ｖ，Ｗ相について連続的に繰り返すことによって可動子６０には図のｘ方向に沿った連続的な推力が発生し、リニアアクチュエータとして動作する。
【０００６】
次に、図１８は第２の従来技術を示しており、可動コイル型３相リニアアクチュエータまたはハイブリッド型リニアパルスモータと呼ばれている。
図１８において、レール状の固定子９０はバックヨーク９１上に等間隔で並ぶ突起９２を２列備えており、各列の突起９２は側面から見た位置が互いに完全にずれている。
【０００７】
上記突起の上面から平均的に一定距離を介して可動子８０が対向しており、この可動子８０の固定子９０との対向面にも突起８３が設けられている。これらの突起８３は３本の主極８２の先端部にあり、各主極８２はバックヨーク８１によって結合されている。また、バックヨーク８１及び主極８２はそれぞれ形状の等しい２つの部位からなっており、これら２つの部位はバックヨーク８１の部分で両者に密着する磁石８５を介して連結され、各部位の突起８３は固定子９０側の２列の突起９２にそれぞれ対向している。磁石８５の着磁方向は、この磁石８５が連結されているバックヨーク８１の側面に直交する方向である。
なお、３本の主極８２には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイル８４がそれぞれ巻回されている。
【０００８】
上述した第２の従来技術は一般に良く知られており、その動作原理は、例えば「図解・リニアサーボモータとシステム設計」（白木・宮尾共著，総合電子出版），p.115〜118に記載されているため、ここでは説明を省略する。
【０００９】
更に、第３の従来技術として固定コイル型２相リニアアクチュエータと呼ばれるものがある。このアクチュエータは、例えば特許第1495069号「リニアパルスモータ」により公知となっており、固定子に永久磁石を取り付けて可動子の推力を増強している。
また、この従来技術は、可動子の可動方向に沿った長さが、同方向に沿った固定子の長さに対して同程度以上であることや、可動距離が比較的短いと共に位置決め用途向きの小型アクチュエータであることが特徴となっている。
【００１０】
上述した各従来技術では、可動子に取り付けた位置検出器（例えばリニアエンコーダ）によって得られる可動子の位置情報に基づいて固定子または可動子のコイルへ電流を通流することにより、可動子位置を一層正確に制御することができる。
また、電流をパルス的に切り替えるのではなく、例えば多相正弦波交流のような連続的な波形とすることにより、可動子の推力を平滑化することが可能であると共に、第１または第２の従来技術では、相数は３に限られず２以上の任意の整数とすることも可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、リニアアクチュエータとしては種々のものが提供されているが、各従来技術にはそれぞれ次のような問題がある。
まず、第１の従来技術では、固定子７０の全体にコイル７４を配置しなければならない一方、推力発生に寄与するのは可動子６０が対向している部位だけである。このため、固定子７０が長くなるに従ってコイル７４の量が増大し、しかもその内の大部分は推力発生に寄与していない。よって、コスト高、重量増加を招くほか、コイル７４の数だけ冷却や放熱のための機構を設けなくてはならないといった問題がある。
【００１２】
第２の従来技術では、可動子８０のコイル８４に電流を流すためのケーブルを設ける必要があるため、配線等の点で機構が複雑になる。また、比較的小型な可動子にて電流通流による損失が発生するため放熱が難しく、冷却構造が複雑化、大型化するといった問題がある。
【００１３】
更に、第３の従来技術では、コイルを固定子側に集中的に設置できるというメリットがあるものの、可動子長が固定子長よりも長いため、可動範囲が長い用途に向かない。また、相数を推力平滑化に有利な３以上とすることができないという問題もある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、可動範囲を長くできると共に、冷却構造の簡素化やコストの低減が可能なリニアアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基本的な構成としては、請求項１に記載するように、
レール状の磁性体の長手方向端部にコイルを巻回してなる固定子と、
前記固定子のレール部に対向配置され、前記レール部に沿って相対的に移動可能であると共に磁性体を含む可動子と、を備え、
前記コイルに電流を通流して前記レール部の可動子対向部分に集中的に磁束を発生させることにより可動子の電磁的推進力を得るものである。
【００１６】
上述した本発明は、以下のように具体化される。
すなわち、請求項２記載の発明は、
磁性体からなり、かつ互いにほぼ平行に配置された複数の片の長手方向端部にコイルが集中的に巻回され、このコイルに電流を通流することにより前記複数の片の長手方向に沿って周期的な磁気的変化を生じる第１の部材（例えば固定子）と、
前記第１の部材にほぼ一定距離を隔てて対向配置され、かつ前記複数の片の長手方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極が配置された第２の部材（例えば可動子）と、を備え、
第１の部材の複数の片の第２の部材との対向面における磁気的変化の分布を互いに異ならせることにより、第２の部材を第１の部材の長手方向に沿って相対的に移動させるものである。
【００１７】
上記請求項２記載の発明は、以下の請求項３〜１１記載の発明により一層具体化される。
すなわち、請求項３記載の発明は、
レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片２つを、互いに平行に配置し、両固定子片の一端を磁性体からなるブリッジによって磁気的に結合すると共に、両固定子片の突起を互いに逆極性に磁化するコイルを前記ブリッジに巻回して１つの固定子片対を形成し、
この固定子片対Ｋ（Ｋは２以上の整数）個を、互いに平行に配置して構成した固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片を、各固定子片対に対向する２つについてコア部を磁気的に結合して１つの可動子片対を形成し、この可動子片対Ｋ個を一体化して構成した可動子と、
を備え、
前記Ｋ個の固定子片対と、各固定子片対に対向する前記Ｋ個の可動子片対とからなるＫ個の組それぞれにおいて、
固定子片とこれに対向する可動子片からなる２つの組について、固定子の突起と可動子の磁極との位置関係が、固定子の長手方向について互いにＴ／２だけずれるように配置され、
かつ、固定子片対と可動子片対とのＫ個の組について、固定子側の突起と可動子側の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片対のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させるものである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のリニアアクチュエータにおいて、
固定子は、各固定子片対を構成する２つの固定子片の突起同士が対向するように形成され、
可動子は、コアの表裏に各可動子片を配置した可動子片対を備え、
前記可動子を２つの固定子片の相互間に配置したものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片Ｍ（Ｍは３以上の整数）個を、互いに平行に配置し、各固定子片の一端を磁気的に結合すると共に、各固定子片の突起を磁化するコイルをそれぞれ備えてなる固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片Ｍ個を備えると共に、各可動子片のコアを磁気的に結合してなる可動子と、
を備え、
前記固定子片とこれに対向する可動子片とからなるＭ個の組において、固定子片の突起と可動子片の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させるものである。
【００２０】
請求項６記載の発明は、
請求項３〜５の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
可動子片を、強磁性体からなるコアに磁極としての永久磁石を密着接合して構成したものである。
【００２１】
請求項７記載の発明は、
請求項３〜６の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
【００２２】
請求項８記載の発明は、
請求項３〜７の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片の突起間のスロットにセンサコイルを巻回し、このセンサコイル上を可動子が通過するとセンサコイルのインダクタンスが変化することを利用して、可動子の絶対位置を検出するものである。
【００２３】
請求項９記載の発明は、
請求項８に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記センサコイルを、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用コイルの一部により構成したものである。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、
請求項３〜９の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を積層鋼板によって構成したものである。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、
請求項３〜１０の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を磁気的に結合するブリッジを積層鋼板によって構成したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の請求項１及び請求項２に記載した発明は各実施形態を包括した発明に相当し、これらの発明は請求項３以下の発明によって具体化されるものである。
【００２７】
まず、図１（ａ）は請求項３に記載した発明にかかる第１実施形態を示す斜視図、図１（ｂ）は主要部の説明図であり、この実施形態は２相集中コイル型リニアアクチュエータに関するものである。
図１において、可動子１は、２つの可動子片10A1，10A2を強磁性体からなるブリッジ10A0によって磁気的に結合してなるＡ相可動子片対10Aと、同一構造のＢ相可動子片対10Bとを、図のｘ方向に沿って平行に配置し、両可動子片対10A，10Bをスペーサ11によって一体的に連結することにより構成されている。
【００２８】
両可動子片対10A，10Bは同一構造であるため、以下ではＢ相可動子片対10Bを例に挙げてその構造を詳述する。
まず、Ｂ相可動子片対10Bにおいて、一方の可動子片10B1は、磁性体からなるコア101の下表面に、外側がＮ極となる磁極102NとＳ極になる磁極102Sとが交互に等間隔Ｐで配置されており、他方の可動子片10B2は、同じくコア101の下表面に、前記可動子片10B1の磁極102N，磁極102Sに相対する位置の磁極が逆極性となるように磁極102S，102Nが配置されて構成されている。言い換えれば、可動子片10B1の磁極102Nのｙ方向の延長線上に、可動子片10B2の磁極102Sが存在する関係にある。
これらの可動子片10B1，10B2は、ｘ方向に沿って平行になるように、双方のコア101の間に介在するブリッジ10B0によって磁気的に結合されている。
【００２９】
また、固定子２は、Ａ相固定子片対20AとＢ相固定子片対20Bとがｘ方向に沿って平行になるように配置されている。
Ａ相固定子片対20Aは、ほぼ同一構造の磁性体からなるレール状の２つの固定子片20A1，20A2をｘ方向に沿って平行に配置するともに、これらの固定子片20A1，20A2の端部に一体的に形成された強磁性体のブリッジ20A3によって固定子片20A1，20A2が磁気的に結合されている。また、ブリッジ20A3の中央部には、両固定子片20A1，20A2を異なる極性に磁化するためのコイル20A0が巻回されている。
【００３０】
固定子片20A1，20A2において、対応する可動子片10A1，10A2の下表面に並ぶ磁極のｘ方向全長よりも長い範囲にわたり、図１（ｂ）に示す如く複数の突起201が等間隔Ｔ（Ｐ／２＜Ｔ＜２Ｐ：なお、Ｐは前述の如く可動子１の磁極間隔であり、この実施形態ではＴ＝Ｐ）で形成されている。そして、これらの突起201は、固定子片20A1，20A2双方のｘ方向に沿った同一の位置で揃っている。つまり、固定子片20A1の突起201のｙ方向延長線上に固定子片20A2の突起201が存在する関係にある。
【００３１】
Ｂ相固定子片対20Bもほぼ同様の構成であるが、固定子片20B1，20B2における突起201の位置が全体的に、Ａ相固定子片対20Aの固定子片20A1，20A2における突起201の位置に対してｘ方向に１／４ピッチ（隣り合う突起201の相互の間隔Ｔを１ピッチとする）ずれている。
すなわち、Ａ相固定子片対20Aの固定子片20A1，20A2とＢ相固定子片対20Bの固定子片20B1，20B2との間で突起201がずれている距離を、固定子片対の数（これをＫ（Ｋは２以上の整数）とすると、本実施形態ではＫ＝２）及び上記間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／（２Ｋ）となる。
【００３２】
上記説明から明らかなように、この実施形態では、一つの可動子片対に対して一つの固定子片対が存在し、可動子１の磁極面と固定子２の突起面とが平均的に一定距離を隔てて対向しており、可動子１はｘ方向に移動可能である。可動子１を移動させるためのガイド機構は、固定子２の長手方向に沿ったレール上を移動可能な支持台（図示せず）に可動子１を取り付けることによって実現される。
【００３３】
このリニアアクチュエータの駆動方法を以下に説明する。
本実施形態では、Ａ，Ｂ各相のコイル20A0，20B0の端子に図２（ａ）に示すような電圧パルスｖＡ，ｖＢを印加することにより、可動子１にｘ方向への連続的な推力が発生し、リニアアクチュエータとして動作する。
この連続的な推力発生の原理を、図３の概念図によって説明する。図３は、固定子２及び可動子１の各相各片の断面図を、ｘ方向位置を揃えて縦方向に列挙したものである。なお、コイル20A0，20B0の励磁状態を明示するためにコイル部分の模式図を併記してあるが、この部分の配置方向の表示は可動子部分の表示とは異なっている。
【００３４】
さて、可動子１（Ａ相可動子片10A1，10A2及びＢ相可動子片10B1，10B2）と固定子２（Ａ相固定子片20A1，20A2及びＢ相固定子片20B1，20B2）との位置関係が図３（ａ）の状態においてＡ相コイル20A0に電流ｉＡを通流すると、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃おうとする力が働き、これが可動子１を動かす推力となって可動子１は図３（ｂ）に示す位置に移動する。
【００３５】
なお、図３（ａ）ではＢ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃った位置にあり、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが１／４ピッチずれている。また、図３（ｂ）ではＡ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃った位置にあり、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが１／４ピッチずれている。
【００３６】
図３（ｂ）の状態からＢ相コイル20B0に電流ｉＢを通流すると、今度はＢ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃おうとするため、推力が発生して可動子１が図３（ｃ）に示す位置に移動する。この位置では、（ａ）と同様に、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃っており、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが１／４ピッチずれている。
【００３７】
図３（ｃ）の状態で、Ａ相コイル20A0に（ａ）の場合とは逆方向に電流ｉＡを通流すると、同様な作用で可動子１が（ｄ）の位置に移動する。図３（ｄ）では、（ｂ）と同様にＡ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃い、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが１／４ピッチずれている。
この状態でＢ相コイル20B0に（ｂ）の場合とは逆極性の電流ｉＢを通流すれば、可動子１と固定子２との位置関係が（ａ）から丁度、突起１ピッチ分進んだ状態に戻る。
従って、（ａ）〜（ｄ）の操作を繰り返して固定子２における磁気的変化の分布を互いに異ならせる（各固定子片対の間で突起から交互に磁束を発生させる）ことにより、可動子１は矢印方向の推力によって連続的に移動することになる。
【００３８】
上記（ａ）〜（ｄ）の過程でコイル20A0，20B0に通流される電流ｉＡ，ｉＢは、図２（ａ）に示した電圧パルスｖＡ，ｖＢを印加することにより実現されるが、両コイル20A0，20B0の電流（または電圧）を、図２（ｂ）に示すような連続的で位相の異なる波形、例えば正弦波とすることにより、推力の平滑化を図ることも可能である。
【００３９】
図１では、可動子１の磁極位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、固定子片対20A，20Bにおいては２つの固定子片20A1，20A2及び20B1，20B2における突起が互いに逆極性になるようにし、２つの固定子片対20A，20Bの突起位置をｘ方向に沿って互いに１／４ピッチずらす構成となっている。
しかしながら、基本的には、可動子を移動させたときの可動子磁極に起因するＡ，Ｂ２相のコイル誘起電圧が位相差を持った交流波形となれば、どのような構成としても良い。
【００４０】
例えば、▲１▼すべての固定子片20A1，20A2，20B1，20B2の突起位置をｙ方向に沿って揃え（すなわち、ｘ方向に沿ったピッチのずれを持たせない）、２つの可動子片対10A，10Bの磁極位置をｘ方向に沿って互いに１／４ピッチずらす、▲２▼すべての可動子片10A1，10A2，10B1，10B2のｘ方向に沿った磁極位置及び極性を揃え、各固定子片対20A，20Bの２つの固定子片20A1，20A2及び20B1，20B2の突起位置を互いに１／２ピッチずらし（固定子片20A1の突起位置と固定子片20A2の突起位置とを互いに１／２ピッチずらし、かつ、固定子片20B1の突起位置と固定子片20B2の突起位置とを互いに１／２ピッチずらす）、更に、２つの固定子片対20A，20B同士を互いに１／４ピッチずらす等、様々な構成が可能である。
【００４１】
ここで、図４は、上記の点（固定子片対の突起位置と可動子片対の磁極位置とが相対的にずれていればよいこと）を説明するための概念図である。
すなわち本発明では、Ｋ個の固定子片対と、各固定子片対に対向するＫ個の可動子片対とからなるＫ個の組それぞれにおいて、固定子片とこれに対向する可動子片とからなる２つの組について、固定子の突起と可動子の磁極との位置関係が、固定子の長手方向（ｘ方向）について互いにＴ／２だけずれるように配置され、かつ、固定子片対と可動子片対とのＫ個の組について、固定子側の突起と可動子側の磁極との位置関係が、固定の長手方向に沿って順次等間隔（Ｔ／２Ｋ）ずつずれるように配置されていればよい。
従って、図１に示したようにＫ（図１ではＫ＝２）個の可動子片対の磁極位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、Ｋ個の固定子片対の突起位置をｘ方向に沿って順次ずらすばかりでなく、Ｋ個の固定子片対の突起位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、Ｋ個の可動子片対の磁極位置をｘ方向に沿って順次ずらして配置しても良い。
【００４２】
次に、図５、図６を参照しつつ本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は請求項３の発明の他の実施形態に相当する。
図５は主要部の斜視図であり、図１のリニアアクチュエータを３相構成にしたものである。なお、1Xは可動子、10U，10V，10WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片対、２2Xは固定子、20U，20V，20WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片対、20U0，20V0，20W0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを示す。
【００４３】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相可動子片対10U，10V，10Wの個々の構成は、図１におけるＡ，Ｂ相可動子片対10A，10Bと同一である。また、各相固定子片対20U，20V，20Wについては、これらの相互間で突起のずれがｘ方向に沿って互いに１／３ピッチ（隣り合う突起相互の間隔を１ピッチとする）である点を除けば、ブリッジやコイル等の構造に関して図１のＡ，Ｂ相固定子片対20A，20Bと基本的に同一である。
ここでは、各固定子片対20U，20V，20Wの間で突起201が順次ずれている距離は、固定子片対の数（すなわちＫ＝３）及び間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／Ｋ、つまりＴ／３となる。
【００４４】
本実施形態において、図６（ａ）に示すような電圧パルスｖＵ，ｖＶ，ｖＷをＵ，Ｖ，Ｗ相コイル20U0，20V0，20W0にそれぞれ印加することにより、図１と同様な原理で可動子1Xに推力が発生する。なお、各相コイル20U0，20V0，20W0の一端を共通接続し、３相３線に電圧供給を行う場合には、各相電圧の和がゼロとなるため、電圧波形は図６（ｂ）のようになる。
また、図６（ｃ）に示すように、各相の電流（あるいは電圧）を連続的で位相差のある波形（図では、平衡３相正弦波）とすることによって、推力の平滑化が可能である。
なお、本発明のリニアアクチュエータは、２相構成や３相構成ばかりでなく、単相を除く任意の相数にて構成可能である。
この実施形態においても、固定子片対の突起位置をすべて揃え、可動子片対の磁極位置を順次ずらしてもよい。
【００４５】
次いで、図７は本発明の第３実施形態を示すもので、請求項４に記載した発明の実施形態に対応する。
図７は主要部の斜視図であり、基本的には図５と同様に３相構成になっている。図７において、1Yは可動子、10UY，10VY，10WYはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片対、2Yは固定子、20UY，20VY，20WYはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片対、20UY0，20VY0，20WY0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを示す。
また、煩雑になるのを避けるために、図７では可動子1YのＷ相可動子片対10WYのみについて可動子片10WY1，10WY2の符号を付し、固定子2YのＷ相固定子片対20WYのみについて固定子片20WY1，20WY2の符号を付してあるが、他のＵ相、Ｖ相の可動子片対、固定子片対についてもＷ相と同様の構造となっている。
【００４６】
可動子1Yにおいて、例えばＷ相可動子片対10WYでは下側の可動子片10WY1と上側の可動子片10WY2とで磁極の配列が逆になっている（Ｕ，Ｖ相可動子片対についても同様）と共に、各可動子片対10UY，10VY，10WYの下側の可動子片同士、上側の可動子片同士の磁極配置はそれぞれ同一である。
また、固定子2Yにおいて、例えばＷ相固定子片対20WYでは対向する固定子片20WY1，20WY2の突起の配列にピッチのずれがなく（Ｕ，Ｖ相固定子片対についても同様）、各固定子片対の間では、突起がｘ方向に沿って互いに１／３ピッチずれている。
【００４７】
本実施形態では、各相固定子片対20UY，20VY，20WYにより形成される側面ほぼコ字型の空間に可動子1Yを配置し、その可動子片対10UY，10VY，10WYの磁極を固定子片対20UY，20VY，20WY側の突起に対向させている。
この実施形態によれば、固定子2Yと可動子1Yとの間に作用する磁気吸引力がキャンセルされるため、可動子1Yの保持が容易になる。
【００４８】
次に、図８は本発明の第４実施形態であり、請求項５に記載した発明の実施形態に対応する。
図８において、３は可動子、30U，30V，30WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片、311，312は強磁性体からなるブリッジ、301はコア、302NはＮ極磁極、302SはＳ極磁極である。なお、磁極の配列は各相可動子片30U，30V，30Wについて同一である。
【００４９】
一方、４は固定子、40U，40V，40WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片、40U0，40V0，40W0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイル、41は強磁性体からなるブリッジである。この実施形態では、各相固定子片40U，40V，40Wの突起は、ｘ方向に沿って互いに１／３ピッチずつずれている。
すなわち、各相固定子片40U，40V，40Wの間で突起が順次ずれている距離は、固定子片の数（これをＭ（Ｍは２以上の整数）とすると、Ｍ＝３）及び間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／Ｍ、すなわちＴ／３となる。
また、ブリッジ41は強磁性体からなり、各相固定子片40U，40V，40Wの端部を磁気的に一体的に結合している。
【００５０】
前述の第１〜第３実施形態では各相の磁気回路がそれぞれ独立していたのに対し、この第４実施形態ではブリッジ41を介して３相が磁気回路を共有する構造となっている。
従って、各相固定子片40U，40V，40Wは対を形成せずそれぞれ１本のみとなり、これに対向する可動子片30U，30V，30Wも各相ごとに１つとなる。
【００５１】
図８における固定子４の各相コイル40U0，40V0，40W0に、図６（ａ），（ｂ）に示した電圧パルスｖＵ，ｖＶ，ｖＷ、あるいは図６（ｃ）に示したような連続的で位相差のある電圧（電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ）を印加（通流）することによって、可動子３に連続的な推力が発生する。この動作を、図９を用いて説明する。なお、図９は図３と同様な表示方法を採っている。
【００５２】
固定子４と可動子３との位置関係が図９（ａ）のようである時にＵ相コイル40U0に電流ｉＵを通流すると、Ｕ相において可動子磁極と固定子突起とが揃おうとする力が発生する。このとき、各相の固定子片40U，40V，40Wの一端（ブリッジ４１）とＵ相可動子片30Uとは磁気的に結合されているため、Ｕ相固定子片40Uの突起からＵ相可動子片30Uの磁極へ抜けた磁束は、Ｖ相，Ｗ相可動子片30V，30Wの磁極とＶ相，Ｗ相固定子片40V，40Wの突起を通り、更にブリッジ41を抜けて貫流する。これにより、Ｖ相、Ｗ相においても可動子３に対する推力が発生する。
【００５３】
以上の原理により、可動子３は図９（ｂ）に示す位置に移動する。そこでＷ相コイル40W0に電流ｉＷを通流すれば、同じように推力が発生する。
以下、図９（ｃ）〜（ｆ）に示すように、コイルの励磁を順次行うことによって、可動子３が図９（ａ）に示す位置から丁度突起１ピッチ分動いた位置まで移動する。従って、図９（ａ）〜（ｆ）の操作を繰り返し行うことにより、可動子３には連続的な推力が発生することになる。
【００５４】
この実施形態によれば、可動子片、固定子片とも各相１つずつで良いため、構造の簡単化と小型化が可能であると共に、３相以上の任意の相数について実現可能である。
【００５５】
なお、上記説明では可動子の各可動子片の磁極位置をｘ方向に関して揃え、かつ固定子の各固定子片の突起の位置をずらす構成を想定しているが、例えば各可動子片の磁極位置をずらし、各固定子片の突起位置をずらしたり、あるいは、可動子、固定子両方にてそれぞれの片の位置をずらす等の方法をとっても、本質的に同様の効果を得ることができる。
【００５６】
次に、図１０は本発明の第５実施形態であり、請求項６に記載した発明の実施形態に相当する。
前記第１〜４実施形態のアクチュエータにおいて、可動子片はｘ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極が交互に現れる構成であれば、どのようなものでも機能する。図１０は上記の観点から形成された可動子の一例であり、コアＣの下表面に永久磁石ＰＭをＮ極、Ｓ極交互に張り付けて構成されている。
【００５７】
図１１は本発明の第６実施形態であり、請求項７に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態は、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
図１１において、２００ＡはＡ相固定子片対であり、図１におけるＡ相固定子片対２０Ａに相当する。このＡ相固定子片対２００Ａは、図１と同様に磁性体からなるＡ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２を有し、これらの一端が強磁性体からなるブリッジ２０Ａ３によって磁気的に結合されているが、本実施形態では更に、Ａ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２の他端も強磁性体からなるブリッジ２０Ａ５によって磁気的に結合されている。
２０Ａ０，２０Ａ４はブリッジ２０Ａ３，２０Ａ５の各中央部に巻回されたコイルであり、各コイル中心軸に白抜き矢印で示すように、コイル２０Ａ０，２０Ａ４の作る起磁力は互いに逆極性となっている。具体的には、コイル２０Ａ０，２０Ａ４の巻数を等しくし、極性を反転させて同じ大きさの電流を流せば良い。
【００５８】
図示されていないが、Ｂ相固定子片対についても、Ａ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２の突起に対してｘ方向に１／４ピッチずれている点を除けば、Ａ相固定子片対２００Ａと同様に構成される。
なお、可動子の構成は図１と同様である。
この実施形態のように各固定子片を磁気的に結合するブリッジ及びコイルを各固定子片の他端にも設ける着想は、図５、図７の実施形態にも適用可能である。
【００５９】
図１、図５等の実施形態のようにブリッジ及びコイルが一方だけにあると、コイルから見た固定子片の磁気抵抗が、可動子がコイルに近いときは小さく、遠いときには大きくなるため、推力と電流との関係、及びコイルのインダクタンスが、可動子の位置によって変わってしまう。このため、固定子が長い場合には安定な動作が得られない場合がある。
そこで本実施形態では、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の両端に配置することにより、コイルに対する可動子位置の影響を相殺し、安定な動作が得られるようにしたものである。
【００６０】
図１２は本発明の第７実施形態であり、第６実施形態と同様に請求項７に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態も、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
図１２において、４００は固定子であり、図８における固定子４に相当する。この固定子４００は、図８と同様に磁性体からなる固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗを有し、これらの一端が強磁性体からなるブリッジ４１によって磁気的に結合されているが、本実施形態では更に、固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの他端も磁性体からなるブリッジ４２によって磁気的に結合されている。
【００６１】
４０Ｕ０，４０Ｖ０，４０Ｗ０，４０Ｕ１，４０Ｖ１，４０Ｗ１はブリッジ４１，４２に巻回されたコイルであり、各コイル中心軸に白抜き矢印で示すように、各固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの両端のコイルが作る起磁力は互いに逆極性となっている。具体的には、それぞれ両端のコイルの巻数を等しくし、極性を反転させて同じ大きさの電流を流せば良い。
なお、可動子の構成は図８と同様である。
【００６２】
この実施形態においても、第６実施形態と同様に、コイルに対する可動子位置の影響を相殺し、安定な動作を得ることができる。
【００６３】
図１３は本発明の第８実施形態であり、請求項８及び請求項９に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態は、固定子片の突起間のスロットにセンサコイル５を巻回し、このセンサコイル５の上方を可動子が通過するとセンサコイル５のインダクタンスが変化することを利用して可動子の絶対位置を検出するものである。また、上記センサコイル５は、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用コイルの一部によって構成することができる。
【００６４】
図１３において、２０Ａは図１と同様にＡ相固定子片対であり、この実施形態ではＡ相固定子片２０Ａ１の突起間のスロットにセンサコイル５が巻回されている。センサコイル５の位置は図示例に限定されず、また、他方のＡ相固定子片２０Ａ２のスロットに巻回しても良い。
【００６５】
可動子がセンサコイル５の上方に移動すると、突起間の磁気抵抗が下がり、センサコイル５のインダクタンスが増加する。センサコイル５のインダクタンスの変化は、例えばセンサコイル５に微弱な交流電流を通流（あるいは、交流電圧を印加）したときの端子電圧（同じく電流）を観測することで容易に検出可能である。
これにより、センサコイル５をいわゆる「位置決めの原点」として用いることができるため、追加的な位置センサ無しで可動子を簡易に位置決めすることができる。また、例えば固定子片の両端にセンサコイル５をそれぞれ配置することにより、可動子のオーバーランを防ぐ、いわゆるリミットスイッチとして使用することも可能である。
【００６６】
なお、図１３に５１として示した結線を行うことにより、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用のコイル、例えば２０Ａ０の一部を、上記センサコイル５として流用することもできる。
この実施形態のように可動子の絶対位置を検出するセンサコイルを固定子に設ける着想は、図５，図７，図８，図１１，図１２の各実施形態にも適用可能である。
【００６７】
次に、図１４は本発明の第９実施形態であり、請求項１０に記載した発明の実施形態に相当する。
固定子片のｘ方向には磁束が交番して渦電流損が発生するため、図１４に示す如く固定子片をｙ軸方向に積層する鋼板によって構成することにより、渦電流損を低減することができる。
【００６８】
また、図１５は本発明の第１０実施形態であり、請求項１１に記載した発明の実施形態に相当する。
この実施形態は、固定子ブリッジにおける渦電流損を低減するため、ブリッジを積層鋼板によって構成したものである。その場合の積層方向としては、ｚ軸方向が最も製作容易である。
なお、図１５の例では、前記第９実施形態に従って固定子片についても鋼板をｙ方向に積層してある。
【００６９】
図１４や図１５のように、固定子片やそのブリッジを積層鋼板によって構成する着想は、図５，図７，図８，図１１〜図１３の各実施形態にも適用可能である。
【００７０】
以上、本発明の種々の実施形態について説明した。
各実施形態では、磁極を有する側を可動子、コイル及び突起を有する側を固定子としたが、可動子と固定子との関係は相対的なものであり、コイルの配線や重量等の点で支障がなければ、磁極を有する側を固定子、コイル及び突起を有する側を可動子としても良い。その場合でも、可動子側のコイルを可動子片の端部に集中的に巻回することにより、可動子の長手方向に沿って多数のコイルを配置する必要がなくなり、冷却構造の容易化、可動範囲の拡大が可能である。
【００７１】
前述した各実施形態では、可動子片においてＮ極とＳ極とが交互に配置されている構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、可動子片の磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良いので、以下に述べるような各種の構造が考えられる。
【００７２】
これを図１６に基づいて説明する。まず、図１６（ａ）は前述した各実施形態のように可動子片にＮ極とＳ極とが交互に配置されている例である。この図１６（ａ）においてＮ極、Ｓ極のうち幾つかを除去し、例えば図１６（ｂ）のような構成にした場合、Ｎ極群は固定子片の突起に対向して偏在し、Ｓ極群は突起相互間の溝部に対向して偏在するため、可動子片の推力は図１６（ａ）の場合に比べて減少するものの、動作上、特に支障はない。
更に、図１６（ｃ）のように可動子片のコアの中央部に永久磁石を嵌め込み、コアの歯部を磁極として用いることもできる。このように複数の磁極をコアの歯部によって置き換え、１つまたは少数の永久磁石をコアに嵌め込んで元の複数の永久磁石と同等の機能を持たせる構成は、いわゆるハイブリッド形ステッピングモータにおいて広く実用化されている。
【００７３】
また、前述した各実施形態では、図１６（ａ）のように固定子側の突起の間隔Ｔと可動子側の磁極のピッチＰとが等しい場合（Ｐ＝Ｔ）について説明したが、これらは原理的にはＰ／２＜Ｔ＜２Ｐの範囲で設定可能である。すなわち、Ｔ≠Ｐの場合でも、Ｎ極及びＳ極のうち一方に固定子片の突起に正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良い。
図１６（ｄ）はＰ＞Ｔの場合であって、可動子片のほぼ中央のＮ極が固定子片の突起に正対し、当該Ｎ極に隣接するＳ極の固定子片対向面の大部分が突起相互間の溝部に対向している例である。この場合、個々の磁極が突起と揃おうとする力が分散するので、可動子片の推力は若干低下するが、コギングトルクを大幅に低減させることができる。
【００７４】
更に各実施形態では、突起及び磁極とも、各々の長手方向が可動子の移動方向（ｘ方向）に対して垂直である場合につき説明したが、突起及び磁極の一方または両方をわずかにスキューさせることによっても、コギングトルクを低減することができる。
また、各実施形態では示されていないが、可動子位置を検出するセンサを設け、これによって得られる可動子の位置情報を用いてフィードバック制御系を構成すれば、可動子位置を高精度に制御することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、可動子や固定子の全範囲にコイルを配置する必要がなく、一方の部材、例えば固定子の長手方向の端部に集中的にコイルを巻回することにより、冷却を容易にして冷却、放熱構造の簡素化を達成することができる。また、可動子側にコイルを設けない構造にできるため、可動子の可動範囲を長くすることができ、安価で実用的なリニアアクチュエータを構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態におけるコイルへの印加電圧、電流の説明図である。
【図３】第１実施形態の動作説明図である。
【図４】請求項３に記載した発明の概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】第２実施形態におけるコイルへの印加電圧、電流の説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す図である。
【図９】第４実施形態の動作説明図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の第８実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の第９実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の第１０実施形態を示す図である。
【図１６】本発明における可動子片の磁極と固定子片の突起との位置関係を示す模式図である。
【図１７】第１の従来技術を示す図である。
【図１８】第２の従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ｘ，１Ｙ 可動子
10A Ａ相可動子片対
10B Ｂ相可動子片対
10U，10UY Ｕ相可動子片対
10V，10VY Ｖ相可動子片対
10W，10WY Ｗ相可動子片対
11 可動子スペーサ
10A0 Ａ相可動子片ブリッジ
10A1，10A2 Ａ相可動子片
10B0 Ｂ相可動子片ブリッジ
10B1，10B2 Ｂ相可動子片
10WY1，10WY2 Ｗ相可動子片
101 固定子片コア
102N Ｎ極磁極
102S Ｓ極磁極
２，２Ｘ，２Ｙ 固定子
20A，200A Ａ相固定子片対
20B Ｂ相固定子片対
20U，20UY Ｕ相固定子片対
20V，20VY Ｖ相固定子片対
20W，20WY Ｗ相固定子片対
20A0，20A4 Ａ相コイル
20A1，20A2 Ａ相固定子片
20A3，20A5 Ａ相固定子片ブリッジ
20B0 Ｂ相コイル
20B1，20B2 Ｂ相固定子片
20B3 Ｂ相固定子片ブリッジ
20U0，20UY0 Ｕ相コイル
20V0，20VY0 Ｖ相コイル
20W0，20WY0 Ｗ相コイル
201 固定子突起
３ 可動子
301 可動子片コア
302N Ｎ極磁極
302S Ｓ極磁極
30U Ｕ相可動子片
30V Ｖ相可動子片
30W Ｗ相可動子片
311，312 可動子ブリッジ
４，400 固定子
40U0，40U1 Ｕ相コイル
40V0，40V1 Ｖ相コイル
40W0，40W1 Ｗ相コイル
40U Ｕ相固定子片
40V Ｖ相固定子片
40W Ｗ相固定子片
41，42 固定子ブリッジ
５ センサコイル
５１ 結線
Ｃ コア
ＰＭ 永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の部材の第２の部材との対向面における磁気的変化の分布をずらして第２の部材の磁極に磁力を作用させることにより、第１の部材と第２の部材とを相対的かつ直線的に移動させるようにしたリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７は第１の従来技術を示すもので、固定コイル型３相リニアアクチュエータと呼ばれているものである。
図１７において、可動子６０と固定子７０とは平均的に一定距離を介して対向しており、可動子６０は図示されていない支持具（いわゆるリニアガイド）に沿って移動可能である。
【０００３】
可動子６０は、コア６１と多数の磁極６２とから構成されており、これらの磁極６２はＳ極、Ｎ極が交互に着磁されて固定子７０の突起７３との対向面に配置されている。なお、可動子の構造は、固定子７０の突起７３の配列方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に配置されていれば、図示例に限定されない。
【０００４】
一方、固定子７０は、バックヨーク７１により結合された主極７２が並び、主極７２の上端部にはそれぞれ突起７３が設けられている。また、各主極７２を取り巻くようにコイル７４が集中的に巻回されており、これらのコイル７４は主極間のスロットに配置されている。なお、主極７２、突起７３、コイル７４から成る部分は各相ごとに設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル７４が順番に配置されている。
【０００５】
その動作を説明すると、例えば、図１７において固定子７０のＵ相コイルにＵ相突起がＮ極となるように電流を流せば、このＵ相突起に可動子６０の磁極６２のＳ極が吸引される。次にＵ相コイルの電流をゼロとしてＷ相コイルにＷ相突起がＳ極となるように電流を流せば、Ｗ相突起に磁極６２のＮ極が吸引される力が発生し、可動子６０は水平方向に直線移動する。
このような動作をＵ，Ｖ，Ｗ相について連続的に繰り返すことによって可動子６０には図のｘ方向に沿った連続的な推力が発生し、リニアアクチュエータとして動作する。
【０００６】
次に、図１８は第２の従来技術を示しており、可動コイル型３相リニアアクチュエータまたはハイブリッド型リニアパルスモータと呼ばれている。
図１８において、レール状の固定子９０はバックヨーク９１上に等間隔で並ぶ突起９２を２列備えており、各列の突起９２は側面から見た位置が互いに完全にずれている。
【０００７】
上記突起の上面から平均的に一定距離を介して可動子８０が対向しており、この可動子８０の固定子９０との対向面にも突起８３が設けられている。これらの突起８３は３本の主極８２の先端部にあり、各主極８２はバックヨーク８１によって結合されている。また、バックヨーク８１及び主極８２はそれぞれ形状の等しい２つの部位からなっており、これら２つの部位はバックヨーク８１の部分で両者に密着する磁石８５を介して連結され、各部位の突起８３は固定子９０側の２列の突起９２にそれぞれ対向している。磁石８５の着磁方向は、この磁石８５が連結されているバックヨーク８１の側面に直交する方向である。
なお、３本の主極８２には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイル８４がそれぞれ巻回されている。
【０００８】
上述した第２の従来技術は一般に良く知られており、その動作原理は、例えば「図解・リニアサーボモータとシステム設計」（白木・宮尾共著，総合電子出版），p.115〜118に記載されているため、ここでは説明を省略する。
【０００９】
更に、第３の従来技術として固定コイル型２相リニアアクチュエータと呼ばれるものがある。このアクチュエータは、例えば特許第1495069号「リニアパルスモータ」により公知となっており、固定子に永久磁石を取り付けて可動子の推力を増強している。
また、この従来技術は、可動子の可動方向に沿った長さが、同方向に沿った固定子の長さに対して同程度以上であることや、可動距離が比較的短いと共に位置決め用途向きの小型アクチュエータであることが特徴となっている。
【００１０】
上述した各従来技術では、可動子に取り付けた位置検出器（例えばリニアエンコーダ）によって得られる可動子の位置情報に基づいて固定子または可動子のコイルへ電流を通流することにより、可動子位置を一層正確に制御することができる。
また、電流をパルス的に切り替えるのではなく、例えば多相正弦波交流のような連続的な波形とすることにより、可動子の推力を平滑化することが可能であると共に、第１または第２の従来技術では、相数は３に限られず２以上の任意の整数とすることも可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、リニアアクチュエータとしては種々のものが提供されているが、各従来技術にはそれぞれ次のような問題がある。
まず、第１の従来技術では、固定子７０の全体にコイル７４を配置しなければならない一方、推力発生に寄与するのは可動子６０が対向している部位だけである。このため、固定子７０が長くなるに従ってコイル７４の量が増大し、しかもその内の大部分は推力発生に寄与していない。よって、コスト高、重量増加を招くほか、コイル７４の数だけ冷却や放熱のための機構を設けなくてはならないといった問題がある。
【００１２】
第２の従来技術では、可動子８０のコイル８４に電流を流すためのケーブルを設ける必要があるため、配線等の点で機構が複雑になる。また、比較的小型な可動子にて電流通流による損失が発生するため放熱が難しく、冷却構造が複雑化、大型化するといった問題がある。
【００１３】
更に、第３の従来技術では、コイルを固定子側に集中的に設置できるというメリットがあるものの、可動子長が固定子長よりも長いため、可動範囲が長い用途に向かない。また、相数を推力平滑化に有利な３以上とすることができないという問題もある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、可動範囲を長くできると共に、冷却構造の簡素化やコストの低減が可能なリニアアクチュエータを提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の基本的な構成としては、請求項１に記載するように、
レール状の磁性体の長手方向端部にコイルを巻回してなる固定子と、
前記固定子のレール部に対向配置され、前記レール部に沿って相対的に移動可能であると共に磁性体を含む可動子と、を備え、
前記コイルに電流を通流して前記レール部の可動子対向部分に集中的に磁束を発生させることにより可動子の電磁的推進力を得るものである。
【００１６】
上述した本発明は、以下のように具体化される。
すなわち、請求項２記載の発明は、
磁性体からなり、かつ互いにほぼ平行に配置された複数の片の長手方向端部にコイルが集中的に巻回され、このコイルに電流を通流することにより前記複数の片の長手方向に沿って周期的な磁気的変化を生じる第１の部材（例えば固定子）と、
前記第１の部材にほぼ一定距離を隔てて対向配置され、かつ前記複数の片の長手方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極が配置された第２の部材（例えば可動子）と、を備え、
第１の部材の複数の片の第２の部材との対向面における磁気的変化の分布を互いに異ならせることにより、第２の部材を第１の部材の長手方向に沿って相対的に移動させるものである。
【００１７】
上記請求項２記載の発明は、以下の請求項３〜１１記載の発明により一層具体化される。
すなわち、請求項３記載の発明は、
レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片２つを、互いに平行に配置し、両固定子片の一端を磁性体からなるブリッジによって磁気的に結合すると共に、両固定子片の突起を互いに逆極性に磁化するコイルを前記ブリッジに巻回して１つの固定子片対を形成し、
この固定子片対Ｋ（Ｋは２以上の整数）個を、互いに平行に配置して構成した固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片を、各固定子片対に対向する２つについてコア部を磁気的に結合して１つの可動子片対を形成し、この可動子片対Ｋ個を一体化して構成した可動子と、
を備え、
前記Ｋ個の固定子片対と、各固定子片対に対向する前記Ｋ個の可動子片対とからなるＫ個の組それぞれにおいて、
固定子片とこれに対向する可動子片からなる２つの組について、固定子の突起と可動子の磁極との位置関係が、固定子の長手方向について互いにＴ／２だけずれるように配置され、
かつ、固定子片対と可動子片対とのＫ個の組について、固定子側の突起と可動子側の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片対のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させるものである。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のリニアアクチュエータにおいて、
固定子は、各固定子片対を構成する２つの固定子片の突起同士が対向するように形成され、
可動子は、コアの表裏に各可動子片を配置した可動子片対を備え、
前記可動子を２つの固定子片の相互間に配置したものである。
【００１９】
請求項５記載の発明は、レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片Ｍ（Ｍは３以上の整数）個を、互いに平行に配置し、各固定子片の一端を磁気的に結合すると共に、各固定子片の突起を磁化するコイルをそれぞれ備えてなる固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片Ｍ個を備えると共に、各可動子片のコアを磁気的に結合してなる可動子と、
を備え、
前記固定子片とこれに対向する可動子片とからなるＭ個の組において、固定子片の突起と可動子片の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させるものである。
【００２０】
請求項６記載の発明は、
請求項３〜５の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
可動子片を、強磁性体からなるコアに磁極としての永久磁石を密着接合して構成したものである。
【００２１】
請求項７記載の発明は、
請求項３〜６の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
【００２２】
請求項８記載の発明は、
請求項３〜７の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片の突起間のスロットにセンサコイルを巻回し、このセンサコイル上を可動子が通過するとセンサコイルのインダクタンスが変化することを利用して、可動子の絶対位置を検出するものである。
【００２３】
請求項９記載の発明は、
請求項８に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記センサコイルを、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用コイルの一部により構成したものである。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、
請求項３〜９の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を積層鋼板によって構成したものである。
【００２５】
請求項１１記載の発明は、
請求項３〜１０の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を磁気的に結合するブリッジを積層鋼板によって構成したものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の請求項１及び請求項２に記載した発明は各実施形態を包括した発明に相当し、これらの発明は請求項３以下の発明によって具体化されるものである。
【００２７】
まず、図１（ａ）は請求項３に記載した発明にかかる第１実施形態を示す斜視図、図１（ｂ）は主要部の説明図であり、この実施形態は２相集中コイル型リニアアクチュエータに関するものである。
図１において、可動子１は、２つの可動子片10A1，10A2を強磁性体からなるブリッジ10A0によって磁気的に結合してなるＡ相可動子片対10Aと、同一構造のＢ相可動子片対10Bとを、図のｘ方向に沿って平行に配置し、両可動子片対10A，10Bをスペーサ11によって一体的に連結することにより構成されている。
【００２８】
両可動子片対10A，10Bは同一構造であるため、以下ではＢ相可動子片対10Bを例に挙げてその構造を詳述する。
まず、Ｂ相可動子片対10Bにおいて、一方の可動子片10B1は、磁性体からなるコア101の下表面に、外側がＮ極となる磁極102NとＳ極になる磁極102Sとが交互に等間隔Ｐで配置されており、他方の可動子片10B2は、同じくコア101の下表面に、前記可動子片10B1の磁極102N，磁極102Sに相対する位置の磁極が逆極性となるように磁極102S，102Nが配置されて構成されている。言い換えれば、可動子片10B1の磁極102Nのｙ方向の延長線上に、可動子片10B2の磁極102Sが存在する関係にある。
これらの可動子片10B1，10B2は、ｘ方向に沿って平行になるように、双方のコア101の間に介在するブリッジ10B0によって磁気的に結合されている。
【００２９】
また、固定子２は、Ａ相固定子片対20AとＢ相固定子片対20Bとがｘ方向に沿って平行になるように配置されている。
Ａ相固定子片対20Aは、ほぼ同一構造の磁性体からなるレール状の２つの固定子片20A1，20A2をｘ方向に沿って平行に配置するともに、これらの固定子片20A1，20A2の端部に一体的に形成された強磁性体のブリッジ20A3によって固定子片20A1，20A2が磁気的に結合されている。また、ブリッジ20A3の中央部には、両固定子片20A1，20A2を異なる極性に磁化するためのコイル20A0が巻回されている。
【００３０】
固定子片20A1，20A2において、対応する可動子片10A1，10A2の下表面に並ぶ磁極のｘ方向全長よりも長い範囲にわたり、図１（ｂ）に示す如く複数の突起201が等間隔Ｔ（Ｐ／２＜Ｔ＜２Ｐ：なお、Ｐは前述の如く可動子１の磁極間隔であり、この実施形態ではＴ＝Ｐ）で形成されている。そして、これらの突起201は、固定子片20A1，20A2双方のｘ方向に沿った同一の位置で揃っている。つまり、固定子片20A1の突起201のｙ方向延長線上に固定子片20A2の突起201が存在する関係にある。
【００３１】
Ｂ相固定子片対20Bもほぼ同様の構成であるが、固定子片20B1，20B2における突起201の位置が全体的に、Ａ相固定子片対20Aの固定子片20A1，20A2における突起201の位置に対してｘ方向に１／４ピッチ（隣り合う突起201の相互の間隔Ｔを１ピッチとする）ずれている。
すなわち、Ａ相固定子片対20Aの固定子片20A1，20A2とＢ相固定子片対20Bの固定子片20B1，20B2との間で突起201がずれている距離を、固定子片対の数（これをＫ（Ｋは２以上の整数）とすると、本実施形態ではＫ＝２）及び上記間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／（２Ｋ）となる。
【００３２】
上記説明から明らかなように、この実施形態では、一つの可動子片対に対して一つの固定子片対が存在し、可動子１の磁極面と固定子２の突起面とが平均的に一定距離を隔てて対向しており、可動子１はｘ方向に移動可能である。可動子１を移動させるためのガイド機構は、固定子２の長手方向に沿ったレール上を移動可能な支持台（図示せず）に可動子１を取り付けることによって実現される。
【００３３】
このリニアアクチュエータの駆動方法を以下に説明する。
本実施形態では、Ａ，Ｂ各相のコイル20A0，20B0の端子に図２（ａ）に示すような電圧パルスｖＡ，ｖＢを印加することにより、可動子１にｘ方向への連続的な推力が発生し、リニアアクチュエータとして動作する。
この連続的な推力発生の原理を、図３の概念図によって説明する。図３は、固定子２及び可動子１の各相各片の断面図を、ｘ方向位置を揃えて縦方向に列挙したものである。なお、コイル20A0，20B0の励磁状態を明示するためにコイル部分の模式図を併記してあるが、この部分の配置方向の表示は可動子部分の表示とは異なっている。
【００３４】
さて、可動子１（Ａ相可動子片10A1，10A2及びＢ相可動子片10B1，10B2）と固定子２（Ａ相固定子片20A1，20A2及びＢ相固定子片20B1，20B2）との位置関係が図３（ａ）の状態においてＡ相コイル20A0に電流ｉＡを通流すると、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃おうとする力が働き、これが可動子１を動かす推力となって可動子１は図３（ｂ）に示す位置に移動する。
【００３５】
なお、図３（ａ）ではＢ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃った位置にあり、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが１／４ピッチずれている。また、図３（ｂ）ではＡ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃った位置にあり、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが１／４ピッチずれている。
【００３６】
図３（ｂ）の状態からＢ相コイル20B0に電流ｉＢを通流すると、今度はＢ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃おうとするため、推力が発生して可動子１が図３（ｃ）に示す位置に移動する。この位置では、（ａ）と同様に、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが揃っており、Ａ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが１／４ピッチずれている。
【００３７】
図３（ｃ）の状態で、Ａ相コイル20A0に（ａ）の場合とは逆方向に電流ｉＡを通流すると、同様な作用で可動子１が（ｄ）の位置に移動する。図３（ｄ）では、（ｂ）と同様にＡ相固定子片20A1，20A2の突起とＡ相可動子片10A1，10A2の磁極とが揃い、Ｂ相固定子片20B1，20B2の突起とＢ相可動子片10B1，10B2の磁極とが１／４ピッチずれている。
この状態でＢ相コイル20B0に（ｂ）の場合とは逆極性の電流ｉＢを通流すれば、可動子１と固定子２との位置関係が（ａ）から丁度、突起１ピッチ分進んだ状態に戻る。
従って、（ａ）〜（ｄ）の操作を繰り返して固定子２における磁気的変化の分布を互いに異ならせる（各固定子片対の間で突起から交互に磁束を発生させる）ことにより、可動子１は矢印方向の推力によって連続的に移動することになる。
【００３８】
上記（ａ）〜（ｄ）の過程でコイル20A0，20B0に通流される電流ｉＡ，ｉＢは、図２（ａ）に示した電圧パルスｖＡ，ｖＢを印加することにより実現されるが、両コイル20A0，20B0の電流（または電圧）を、図２（ｂ）に示すような連続的で位相の異なる波形、例えば正弦波とすることにより、推力の平滑化を図ることも可能である。
【００３９】
図１では、可動子１の磁極位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、固定子片対20A，20Bにおいては２つの固定子片20A1，20A2及び20B1，20B2における突起が互いに逆極性になるようにし、２つの固定子片対20A，20Bの突起位置をｘ方向に沿って互いに１／４ピッチずらす構成となっている。
しかしながら、基本的には、可動子を移動させたときの可動子磁極に起因するＡ，Ｂ２相のコイル誘起電圧が位相差を持った交流波形となれば、どのような構成としても良い。
【００４０】
例えば、▲１▼すべての固定子片20A1，20A2，20B1，20B2の突起位置をｙ方向に沿って揃え（すなわち、ｘ方向に沿ったピッチのずれを持たせない）、２つの可動子片対10A，10Bの磁極位置をｘ方向に沿って互いに１／４ピッチずらす、▲２▼すべての可動子片10A1，10A2，10B1，10B2のｘ方向に沿った磁極位置及び極性を揃え、各固定子片対20A，20Bの２つの固定子片20A1，20A2及び20B1，20B2の突起位置を互いに１／２ピッチずらし（固定子片20A1の突起位置と固定子片20A2の突起位置とを互いに１／２ピッチずらし、かつ、固定子片20B1の突起位置と固定子片20B2の突起位置とを互いに１／２ピッチずらす）、更に、２つの固定子片対20A，20B同士を互いに１／４ピッチずらす等、様々な構成が可能である。
【００４１】
ここで、図４は、上記の点（固定子片対の突起位置と可動子片対の磁極位置とが相対的にずれていればよいこと）を説明するための概念図である。
すなわち本発明では、Ｋ個の固定子片対と、各固定子片対に対向するＫ個の可動子片対とからなるＫ個の組それぞれにおいて、固定子片とこれに対向する可動子片とからなる２つの組について、固定子の突起と可動子の磁極との位置関係が、固定子の長手方向（ｘ方向）について互いにＴ／２だけずれるように配置され、かつ、固定子片対と可動子片対とのＫ個の組について、固定子側の突起と可動子側の磁極との位置関係が、固定の長手方向に沿って順次等間隔（Ｔ／２Ｋ）ずつずれるように配置されていればよい。
従って、図１に示したようにＫ（図１ではＫ＝２）個の可動子片対の磁極位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、Ｋ個の固定子片対の突起位置をｘ方向に沿って順次ずらすばかりでなく、Ｋ個の固定子片対の突起位置をｙ方向に沿って揃え、かつ、Ｋ個の可動子片対の磁極位置をｘ方向に沿って順次ずらして配置しても良い。
【００４２】
次に、図５、図６を参照しつつ本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は請求項３の発明の他の実施形態に相当する。
図５は主要部の斜視図であり、図１のリニアアクチュエータを３相構成にしたものである。なお、1Xは可動子、10U，10V，10WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片対、２2Xは固定子、20U，20V，20WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片対、20U0，20V0，20W0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを示す。
【００４３】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相可動子片対10U，10V，10Wの個々の構成は、図１におけるＡ，Ｂ相可動子片対10A，10Bと同一である。また、各相固定子片対20U，20V，20Wについては、これらの相互間で突起のずれがｘ方向に沿って互いに１／３ピッチ（隣り合う突起相互の間隔を１ピッチとする）である点を除けば、ブリッジやコイル等の構造に関して図１のＡ，Ｂ相固定子片対20A，20Bと基本的に同一である。
ここでは、各固定子片対20U，20V，20Wの間で突起201が順次ずれている距離は、固定子片対の数（すなわちＫ＝３）及び間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／Ｋ、つまりＴ／３となる。
【００４４】
本実施形態において、図６（ａ）に示すような電圧パルスｖＵ，ｖＶ，ｖＷをＵ，Ｖ，Ｗ相コイル20U0，20V0，20W0にそれぞれ印加することにより、図１と同様な原理で可動子1Xに推力が発生する。なお、各相コイル20U0，20V0，20W0の一端を共通接続し、３相３線に電圧供給を行う場合には、各相電圧の和がゼロとなるため、電圧波形は図６（ｂ）のようになる。
また、図６（ｃ）に示すように、各相の電流（あるいは電圧）を連続的で位相差のある波形（図では、平衡３相正弦波）とすることによって、推力の平滑化が可能である。
なお、本発明のリニアアクチュエータは、２相構成や３相構成ばかりでなく、単相を除く任意の相数にて構成可能である。
この実施形態においても、固定子片対の突起位置をすべて揃え、可動子片対の磁極位置を順次ずらしてもよい。
【００４５】
次いで、図７は本発明の第３実施形態を示すもので、請求項４に記載した発明の実施形態に対応する。
図７は主要部の斜視図であり、基本的には図５と同様に３相構成になっている。図７において、1Yは可動子、10UY，10VY，10WYはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片対、2Yは固定子、20UY，20VY，20WYはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片対、20UY0，20VY0，20WY0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイルを示す。
また、煩雑になるのを避けるために、図７では可動子1YのＷ相可動子片対10WYのみについて可動子片10WY1，10WY2の符号を付し、固定子2YのＷ相固定子片対20WYのみについて固定子片20WY1，20WY2の符号を付してあるが、他のＵ相、Ｖ相の可動子片対、固定子片対についてもＷ相と同様の構造となっている。
【００４６】
可動子1Yにおいて、例えばＷ相可動子片対10WYでは下側の可動子片10WY1と上側の可動子片10WY2とで磁極の配列が逆になっている（Ｕ，Ｖ相可動子片対についても同様）と共に、各可動子片対10UY，10VY，10WYの下側の可動子片同士、上側の可動子片同士の磁極配置はそれぞれ同一である。
また、固定子2Yにおいて、例えばＷ相固定子片対20WYでは対向する固定子片20WY1，20WY2の突起の配列にピッチのずれがなく（Ｕ，Ｖ相固定子片対についても同様）、各固定子片対の間では、突起がｘ方向に沿って互いに１／３ピッチずれている。
【００４７】
本実施形態では、各相固定子片対20UY，20VY，20WYにより形成される側面ほぼコ字型の空間に可動子1Yを配置し、その可動子片対10UY，10VY，10WYの磁極を固定子片対20UY，20VY，20WY側の突起に対向させている。
この実施形態によれば、固定子2Yと可動子1Yとの間に作用する磁気吸引力がキャンセルされるため、可動子1Yの保持が容易になる。
【００４８】
次に、図８は本発明の第４実施形態であり、請求項５に記載した発明の実施形態に対応する。
図８において、３は可動子、30U，30V，30WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相可動子片、311，312は強磁性体からなるブリッジ、301はコア、302NはＮ極磁極、302SはＳ極磁極である。なお、磁極の配列は各相可動子片30U，30V，30Wについて同一である。
【００４９】
一方、４は固定子、40U，40V，40WはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相固定子片、40U0，40V0，40W0はそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ相コイル、41は強磁性体からなるブリッジである。この実施形態では、各相固定子片40U，40V，40Wの突起は、ｘ方向に沿って互いに１／３ピッチずつずれている。
すなわち、各相固定子片40U，40V，40Wの間で突起が順次ずれている距離は、固定子片の数（これをＭ（Ｍは２以上の整数）とすると、Ｍ＝３）及び間隔Ｔを用いて表すと、Ｔ／Ｍ、すなわちＴ／３となる。
また、ブリッジ41は強磁性体からなり、各相固定子片40U，40V，40Wの端部を磁気的に一体的に結合している。
【００５０】
前述の第１〜第３実施形態では各相の磁気回路がそれぞれ独立していたのに対し、この第４実施形態ではブリッジ41を介して３相が磁気回路を共有する構造となっている。
従って、各相固定子片40U，40V，40Wは対を形成せずそれぞれ１本のみとなり、これに対向する可動子片30U，30V，30Wも各相ごとに１つとなる。
【００５１】
図８における固定子４の各相コイル40U0，40V0，40W0に、図６（ａ），（ｂ）に示した電圧パルスｖＵ，ｖＶ，ｖＷ、あるいは図６（ｃ）に示したような連続的で位相差のある電圧（電流ｉＵ，ｉＶ，ｉＷ）を印加（通流）することによって、可動子３に連続的な推力が発生する。この動作を、図９を用いて説明する。なお、図９は図３と同様な表示方法を採っている。
【００５２】
固定子４と可動子３との位置関係が図９（ａ）のようである時にＵ相コイル40U0に電流ｉＵを通流すると、Ｕ相において可動子磁極と固定子突起とが揃おうとする力が発生する。このとき、各相の固定子片40U，40V，40Wの一端（ブリッジ４１）とＵ相可動子片30Uとは磁気的に結合されているため、Ｕ相固定子片40Uの突起からＵ相可動子片30Uの磁極へ抜けた磁束は、Ｖ相，Ｗ相可動子片30V，30Wの磁極とＶ相，Ｗ相固定子片40V，40Wの突起を通り、更にブリッジ41を抜けて貫流する。これにより、Ｖ相、Ｗ相においても可動子３に対する推力が発生する。
【００５３】
以上の原理により、可動子３は図９（ｂ）に示す位置に移動する。そこでＷ相コイル40W0に電流ｉＷを通流すれば、同じように推力が発生する。
以下、図９（ｃ）〜（ｆ）に示すように、コイルの励磁を順次行うことによって、可動子３が図９（ａ）に示す位置から丁度突起１ピッチ分動いた位置まで移動する。従って、図９（ａ）〜（ｆ）の操作を繰り返し行うことにより、可動子３には連続的な推力が発生することになる。
【００５４】
この実施形態によれば、可動子片、固定子片とも各相１つずつで良いため、構造の簡単化と小型化が可能であると共に、３相以上の任意の相数について実現可能である。
【００５５】
なお、上記説明では可動子の各可動子片の磁極位置をｘ方向に関して揃え、かつ固定子の各固定子片の突起の位置をずらす構成を想定しているが、例えば各可動子片の磁極位置をずらし、各固定子片の突起位置をずらしたり、あるいは、可動子、固定子両方にてそれぞれの片の位置をずらす等の方法をとっても、本質的に同様の効果を得ることができる。
【００５６】
次に、図１０は本発明の第５実施形態であり、請求項６に記載した発明の実施形態に相当する。
前記第１〜４実施形態のアクチュエータにおいて、可動子片はｘ方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極が交互に現れる構成であれば、どのようなものでも機能する。図１０は上記の観点から形成された可動子の一例であり、コアＣの下表面に永久磁石ＰＭをＮ極、Ｓ極交互に張り付けて構成されている。
【００５７】
図１１は本発明の第６実施形態であり、請求項７に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態は、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
図１１において、２００ＡはＡ相固定子片対であり、図１におけるＡ相固定子片対２０Ａに相当する。このＡ相固定子片対２００Ａは、図１と同様に磁性体からなるＡ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２を有し、これらの一端が強磁性体からなるブリッジ２０Ａ３によって磁気的に結合されているが、本実施形態では更に、Ａ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２の他端も強磁性体からなるブリッジ２０Ａ５によって磁気的に結合されている。
２０Ａ０，２０Ａ４はブリッジ２０Ａ３，２０Ａ５の各中央部に巻回されたコイルであり、各コイル中心軸に白抜き矢印で示すように、コイル２０Ａ０，２０Ａ４の作る起磁力は互いに逆極性となっている。具体的には、コイル２０Ａ０，２０Ａ４の巻数を等しくし、極性を反転させて同じ大きさの電流を流せば良い。
【００５８】
図示されていないが、Ｂ相固定子片対についても、Ａ相固定子片２０Ａ１，２０Ａ２の突起に対してｘ方向に１／４ピッチずれている点を除けば、Ａ相固定子片対２００Ａと同様に構成される。
なお、可動子の構成は図１と同様である。
この実施形態のように各固定子片を磁気的に結合するブリッジ及びコイルを各固定子片の他端にも設ける着想は、図５、図７の実施形態にも適用可能である。
【００５９】
図１、図５等の実施形態のようにブリッジ及びコイルが一方だけにあると、コイルから見た固定子片の磁気抵抗が、可動子がコイルに近いときは小さく、遠いときには大きくなるため、推力と電流との関係、及びコイルのインダクタンスが、可動子の位置によって変わってしまう。このため、固定子が長い場合には安定な動作が得られない場合がある。
そこで本実施形態では、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の両端に配置することにより、コイルに対する可動子位置の影響を相殺し、安定な動作が得られるようにしたものである。
【００６０】
図１２は本発明の第７実施形態であり、第６実施形態と同様に請求項７に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態も、各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたものである。
図１２において、４００は固定子であり、図８における固定子４に相当する。この固定子４００は、図８と同様に磁性体からなる固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗを有し、これらの一端が強磁性体からなるブリッジ４１によって磁気的に結合されているが、本実施形態では更に、固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの他端も磁性体からなるブリッジ４２によって磁気的に結合されている。
【００６１】
４０Ｕ０，４０Ｖ０，４０Ｗ０，４０Ｕ１，４０Ｖ１，４０Ｗ１はブリッジ４１，４２に巻回されたコイルであり、各コイル中心軸に白抜き矢印で示すように、各固定子片４０Ｕ，４０Ｖ，４０Ｗの両端のコイルが作る起磁力は互いに逆極性となっている。具体的には、それぞれ両端のコイルの巻数を等しくし、極性を反転させて同じ大きさの電流を流せば良い。
なお、可動子の構成は図８と同様である。
【００６２】
この実施形態においても、第６実施形態と同様に、コイルに対する可動子位置の影響を相殺し、安定な動作を得ることができる。
【００６３】
図１３は本発明の第８実施形態であり、請求項８及び請求項９に記載した発明の実施形態に相当する。この実施形態は、固定子片の突起間のスロットにセンサコイル５を巻回し、このセンサコイル５の上方を可動子が通過するとセンサコイル５のインダクタンスが変化することを利用して可動子の絶対位置を検出するものである。また、上記センサコイル５は、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用コイルの一部によって構成することができる。
【００６４】
図１３において、２０Ａは図１と同様にＡ相固定子片対であり、この実施形態ではＡ相固定子片２０Ａ１の突起間のスロットにセンサコイル５が巻回されている。センサコイル５の位置は図示例に限定されず、また、他方のＡ相固定子片２０Ａ２のスロットに巻回しても良い。
【００６５】
可動子がセンサコイル５の上方に移動すると、突起間の磁気抵抗が下がり、センサコイル５のインダクタンスが増加する。センサコイル５のインダクタンスの変化は、例えばセンサコイル５に微弱な交流電流を通流（あるいは、交流電圧を印加）したときの端子電圧（同じく電流）を観測することで容易に検出可能である。
これにより、センサコイル５をいわゆる「位置決めの原点」として用いることができるため、追加的な位置センサ無しで可動子を簡易に位置決めすることができる。また、例えば固定子片の両端にセンサコイル５をそれぞれ配置することにより、可動子のオーバーランを防ぐ、いわゆるリミットスイッチとして使用することも可能である。
【００６６】
なお、図１３に５１として示した結線を行うことにより、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用のコイル、例えば２０Ａ０の一部を、上記センサコイル５として流用することもできる。
この実施形態のように可動子の絶対位置を検出するセンサコイルを固定子に設ける着想は、図５，図７，図８，図１１，図１２の各実施形態にも適用可能である。
【００６７】
次に、図１４は本発明の第９実施形態であり、請求項１０に記載した発明の実施形態に相当する。
固定子片のｘ方向には磁束が交番して渦電流損が発生するため、図１４に示す如く固定子片をｙ軸方向に積層する鋼板によって構成することにより、渦電流損を低減することができる。
【００６８】
また、図１５は本発明の第１０実施形態であり、請求項１１に記載した発明の実施形態に相当する。
この実施形態は、固定子ブリッジにおける渦電流損を低減するため、ブリッジを積層鋼板によって構成したものである。その場合の積層方向としては、ｚ軸方向が最も製作容易である。
なお、図１５の例では、前記第９実施形態に従って固定子片についても鋼板をｙ方向に積層してある。
【００６９】
図１４や図１５のように、固定子片やそのブリッジを積層鋼板によって構成する着想は、図５，図７，図８，図１１〜図１３の各実施形態にも適用可能である。
【００７０】
以上、本発明の種々の実施形態について説明した。
各実施形態では、磁極を有する側を可動子、コイル及び突起を有する側を固定子としたが、可動子と固定子との関係は相対的なものであり、コイルの配線や重量等の点で支障がなければ、磁極を有する側を固定子、コイル及び突起を有する側を可動子としても良い。その場合でも、可動子側のコイルを可動子片の端部に集中的に巻回することにより、可動子の長手方向に沿って多数のコイルを配置する必要がなくなり、冷却構造の容易化、可動範囲の拡大が可能である。
【００７１】
前述した各実施形態では、可動子片においてＮ極とＳ極とが交互に配置されている構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、可動子片の磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良いので、以下に述べるような各種の構造が考えられる。
【００７２】
これを図１６に基づいて説明する。まず、図１６（ａ）は前述した各実施形態のように可動子片にＮ極とＳ極とが交互に配置されている例である。この図１６（ａ）においてＮ極、Ｓ極のうち幾つかを除去し、例えば図１６（ｂ）のような構成にした場合、Ｎ極群は固定子片の突起に対向して偏在し、Ｓ極群は突起相互間の溝部に対向して偏在するため、可動子片の推力は図１６（ａ）の場合に比べて減少するものの、動作上、特に支障はない。
更に、図１６（ｃ）のように可動子片のコアの中央部に永久磁石を嵌め込み、コアの歯部を磁極として用いることもできる。このように複数の磁極をコアの歯部によって置き換え、１つまたは少数の永久磁石をコアに嵌め込んで元の複数の永久磁石と同等の機能を持たせる構成は、いわゆるハイブリッド形ステッピングモータにおいて広く実用化されている。
【００７３】
また、前述した各実施形態では、図１６（ａ）のように固定子側の突起の間隔Ｔと可動子側の磁極のピッチＰとが等しい場合（Ｐ＝Ｔ）について説明したが、これらは原理的にはＰ／２＜Ｔ＜２Ｐの範囲で設定可能である。すなわち、Ｔ≠Ｐの場合でも、Ｎ極及びＳ極のうち一方に固定子片の突起に正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されていれば良い。
図１６（ｄ）はＰ＞Ｔの場合であって、可動子片のほぼ中央のＮ極が固定子片の突起に正対し、当該Ｎ極に隣接するＳ極の固定子片対向面の大部分が突起相互間の溝部に対向している例である。この場合、個々の磁極が突起と揃おうとする力が分散するので、可動子片の推力は若干低下するが、コギングトルクを大幅に低減させることができる。
【００７４】
更に各実施形態では、突起及び磁極とも、各々の長手方向が可動子の移動方向（ｘ方向）に対して垂直である場合につき説明したが、突起及び磁極の一方または両方をわずかにスキューさせることによっても、コギングトルクを低減することができる。
また、各実施形態では示されていないが、可動子位置を検出するセンサを設け、これによって得られる可動子の位置情報を用いてフィードバック制御系を構成すれば、可動子位置を高精度に制御することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、可動子や固定子の全範囲にコイルを配置する必要がなく、一方の部材、例えば固定子の長手方向の端部に集中的にコイルを巻回することにより、冷却を容易にして冷却、放熱構造の簡素化を達成することができる。また、可動子側にコイルを設けない構造にできるため、可動子の可動範囲を長くすることができ、安価で実用的なリニアアクチュエータを構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】第１実施形態におけるコイルへの印加電圧、電流の説明図である。
【図３】第１実施形態の動作説明図である。
【図４】請求項３に記載した発明の概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す図である。
【図６】第２実施形態におけるコイルへの印加電圧、電流の説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す図である。
【図９】第４実施形態の動作説明図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態を示す図である。
【図１２】本発明の第７実施形態を示す図である。
【図１３】本発明の第８実施形態を示す図である。
【図１４】本発明の第９実施形態を示す図である。
【図１５】本発明の第１０実施形態を示す図である。
【図１６】本発明における可動子片の磁極と固定子片の突起との位置関係を示す模式図である。
【図１７】第１の従来技術を示す図である。
【図１８】第２の従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ｘ，１Ｙ 可動子
10A Ａ相可動子片対
10B Ｂ相可動子片対
10U，10UY Ｕ相可動子片対
10V，10VY Ｖ相可動子片対
10W，10WY Ｗ相可動子片対
11 可動子スペーサ
10A0 Ａ相可動子片ブリッジ
10A1，10A2 Ａ相可動子片
10B0 Ｂ相可動子片ブリッジ
10B1，10B2 Ｂ相可動子片
10WY1，10WY2 Ｗ相可動子片
101 固定子片コア
102N Ｎ極磁極
102S Ｓ極磁極
２，２Ｘ，２Ｙ 固定子
20A，200A Ａ相固定子片対
20B Ｂ相固定子片対
20U，20UY Ｕ相固定子片対
20V，20VY Ｖ相固定子片対
20W，20WY Ｗ相固定子片対
20A0，20A4 Ａ相コイル
20A1，20A2 Ａ相固定子片
20A3，20A5 Ａ相固定子片ブリッジ
20B0 Ｂ相コイル
20B1，20B2 Ｂ相固定子片
20B3 Ｂ相固定子片ブリッジ
20U0，20UY0 Ｕ相コイル
20V0，20VY0 Ｖ相コイル
20W0，20WY0 Ｗ相コイル
201 固定子突起
３ 可動子
301 可動子片コア
302N Ｎ極磁極
302S Ｓ極磁極
30U Ｕ相可動子片
30V Ｖ相可動子片
30W Ｗ相可動子片
311，312 可動子ブリッジ
４，400 固定子
40U0，40U1 Ｕ相コイル
40V0，40V1 Ｖ相コイル
40W0，40W1 Ｗ相コイル
40U Ｕ相固定子片
40V Ｖ相固定子片
40W Ｗ相固定子片
41，42 固定子ブリッジ
５ センサコイル
５１ 結線
Ｃ コア
ＰＭ 永久磁石
Claims (11)
- レール状の磁性体の長手方向端部にコイルを巻回してなる固定子と、
前記固定子のレール部に対向配置され、前記レール部に沿って相対的に移動可能であると共に磁性体を含む可動子と、を備え、
前記コイルに電流を通流して前記レール部の可動子対向部分に集中的に磁束を発生させることにより可動子の電磁的推進力を得ることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 磁性体からなり、かつ互いにほぼ平行に配置された複数の片の長手方向端部にコイルが集中的に巻回され、このコイルに電流を通流することにより前記複数の片の長手方向に沿って周期的な磁気的変化を生じる第１の部材と、
前記第１の部材にほぼ一定距離を隔てて対向配置され、かつ前記複数の片の長手方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極が配置された第２の部材と、を備え、
第１の部材の複数の片の第２の部材との対向面における磁気的変化の分布を互いに異ならせることにより、第２の部材を第１の部材の長手方向に沿って相対的に移動させることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片２つを、互いに平行に配置し、両固定子片の一端を磁性体からなるブリッジによって磁気的に結合すると共に、両固定子片の突起を互いに逆極性に磁化するコイルを前記ブリッジに巻回して１つの固定子片対を形成し、
この固定子片対Ｋ（Ｋは２以上の整数）個を、互いに平行に配置して構成した固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片を、各固定子片対に対向する２つについてコア部を磁気的に結合して１つの可動子片対を形成し、
この可動子片対Ｋ個を一体化して構成した可動子と、
を備え、
前記Ｋ個の固定子片対と、各固定子片対に対向する前記Ｋ個の可動子片対とからなるＫ個の組それぞれにおいて、
固定子片とこれに対向する可動子片からなる２つの組について、固定子の突起と可動子の磁極との位置関係が、固定子の長手方向について互いにＴ／２だけずれるように配置され、
かつ、固定子片対と可動子片対とのＫ個の組について、固定子側の突起と可動子側の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片対のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３記載のリニアアクチュエータにおいて、
固定子は、各固定子片対を構成する２つの固定子片の突起同士が対向するように形成され、
可動子は、コアの表裏に各可動子片を配置した可動子片対を備え、
前記可動子を２つの固定子片の相互間に配置したことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - レール状で長手方向に等間隔Ｔにて並ぶ複数の突起を有する磁性体からなる固定子片Ｍ（Ｍは３以上の整数）個を、互いに平行に配置し、各固定子片の一端を磁気的に結合すると共に、各固定子片の突起を磁化するコイルをそれぞれ備えてなる固定子と、
各固定子片の突起にほぼ一定距離を隔てて対向すると共に、磁性体からなるコアと、このコアの前記固定子片に対向する部位に形成されて前記固定子片の長手方向に沿って配置される磁極と、から構成され、前記磁極が１つ以上のＮ極及びＳ極からなり、かつ、前記Ｎ極及びＳ極の何れかに前記突起と正対する磁極があるときに、当該磁極に隣接する他極性の磁極の固定子片対向面の全部または一部が突起相互間の溝部に対向するように配置されている可動子片Ｍ個を備えると共に、各可動子片のコアを磁気的に結合してなる可動子と、
を備え、
前記固定子片とこれに対向する可動子片とからなるＭ個の組において、固定子片の突起と可動子片の磁極との位置関係が、固定子の長手方向に沿って順次等間隔ずつずれるように配置されており、
前記各固定子片のコイルに電流を時系列的に順次通流することにより、固定子の長手方向に沿った推力を可動子に発生させることを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３〜５の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
可動子片を、強磁性体からなるコアに磁極としての永久磁石を密着接合して構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３〜６の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
各固定子片を磁気結合するブリッジ及びコイルを、各固定子片の他端にも設けたことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３〜７の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片の突起間のスロットにセンサコイルを巻回し、このセンサコイル上を可動子が通過するとセンサコイルのインダクタンスが変化することを利用して、可動子の絶対位置を検出することを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項８に記載したリニアアクチュエータにおいて、
前記センサコイルを、固定子のブリッジに巻回された可動子駆動用コイルの一部により構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３〜９の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を積層鋼板によって構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。 - 請求項３〜１０の何れか１項に記載したリニアアクチュエータにおいて、
固定子片を磁気的に結合するブリッジを積層鋼板によって構成したことを特徴とするリニアアクチュエータ。
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