JP4924914B2 - アウタ可動型リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、アウタ可動型のリニアアクチュエータに関するものである。

固定子と可動子から成り、直進駆動するリニアアクチュエータは、エネルギー損失が少ないことより、コンプレッサー用のモータ等に広く利用されている。また、このリニアアクチュエータを用いたコンプレッサは、高効率である等の優れた性能を発揮できることから、冷蔵庫、冷凍庫あるいは各種空調機器用としての利用が期待されている。

また、リニアアクチュエータは、使用する永久磁石の配置により可動コイル型と可動磁石型に分類され、本発明のリニアアクチュエータは永久磁石を用いた可動鉄心型である。従来より種々の提案がなされており、アウタ可動型アクチュエータの磁気回路構成は、特開２００３−３３９１４７号の実施例に開示されており、インナ可動型アクチュエータの全体構成は、特開２００４−３４３９６４号の実施例に開示されており、インナ可動型用の磁石止めの機械的構造は、特開２００５−１３０６４６号に開示されている。
特開２００３−３３９１４７号公報 特開２００４−３４３９６４号公報 特開２００５−１３０６４６号公報

しかし従来のリニアアクチュエータでは、以下のような問題が存在した。
１）従来のリニアアクチュエータにおいて、アウタ可動型の全体構成は開示されていない。
２）また、アウタ可動型の場合、従来のインナ可動型で使用している機械的な磁石止めの方法は使用できない。そこで、接着剤のみによる固定も考えられるが、高温環境やコンプレッサ等に使用した場合の圧縮熱や往復運動による振動環境下では、磁石が剥離する虞があり、信頼性の面から機械的な磁石止め機構が必要である。更に、可動子と固定子（永久磁石の面）とのギャップが小さいため、構造、組み立て方法に工夫が必要である。
３）具体的には、永久磁石の外周をバンド等で固定することができない。ギャップが狭く、接触する可能性があるからである。また、ギャップを拡大すると性能の低下につながるので不可能である。更に、組み立ての際に干渉する部分が出てきて可動子に固定子を挿入できない。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、固定子を構成するインシュレータに永久磁石を機械的に保持する機能を備え、可動子との間の小さなギャップを保ったまま信頼性を向上するとともに、性能を向上することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明はインナコア、その外側に配設された永久磁石、前記インナコアの周囲に巻回されるコイルを有する固定子と、前記固定子の周囲に配置され、アウタコアを有する可動子と、前記固定子と可動子を同軸同芯状でかつ往復動可能に弾性支持する板バネとを備え、前記アウタコアは、円筒状に一体形成されるとともに、内径の大きい部位と小さい部位とを有し、前記固定子は、最外側に前記永久磁石を固定する固定機構を配設したものであり、前記固定機構は、前記可動子の大きい内径部のみを通過可能であることを特徴としている。

また、本発明において前記固定子は、前記永久磁石の固定機構を有することを特徴とする。また、本発明において前記可動子のアウタコアは、円筒状に一体形成されるとともに、内径の大きい部位と小さい部位とを有し、前記固定子の最外側に配設された固定機構は、前記可動子の大きい内径部のみを通過可能であることを特徴とする。

また、前記アウタコアの内径の大きい部位は、円筒の中心に対して点対称に対向配置さ
れ、前記固定機構は、インナコアの軸芯に対して点対称に配置されたことを特徴とする。また、前記固定機構は、可動子のストローク幅を規制するストッパ機能を有することを特徴とする。

この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。

本発明では、インナコア、その外側に配設された永久磁石、前記インナコアの周囲に巻回されるコイルを有する固定子と、前記固定子の周囲に配置され、アウタコアを有する可動子と、前記固定子と可動子を同軸同芯状でかつ往復動可能に弾性支持する板バネとを備えたので、アウタ可動型リニアアクチュエータを実現することができる。

また、本発明において前記固定子は、前記固定機構を有するので、永久磁石が機械的で確実に固定され装置の信頼性を向上することができる。

また、本発明では前記アウタコアの内径の大きい部位は、円筒の中心に対して点対称に対向配置され、前記固定機構は、シャフトの軸芯に対して点対称に配置されたので、組み立ての際に固定子の固定機構の部分をアウタコアおよびスペーサの内径の大きい部位から挿入し、可動子を９０度回転させることにより容易に組み立てることができる。また、本発明では、前記固定機構は、可動子のストローク幅を規制するストッパ機能を有するので、可動子の抜け止めとすることができる。また、可動子の往復運動を板バネの許容振幅内に抑えることができるので、板バネの破損を防止することができる。

以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るアウタ可動型リニアアクチュエータの一例を示す分解斜視図、図２はアウタ可動型リニアアクチュエータの全体斜視図、図３はアウタ可動型リニアアクチュエータの断面図、図４はアウタ可動型リニアアクチュエータの要部拡大断面図である。ここで、アウタ可動型リニアアクチュエータ１０は、固定子１１と、固定子１１の周囲に配置され、アウタコア１２、スペーサ１３、カバー１４を有する可動子１５と、この固定子１１と可動子１５を同軸同芯でかつ往復動可能に弾性支持する板バネ１６とを備えている。

可動子１５は、アウタコア１２とスペーサ１３とカバー１４とから構成されている。アウタコア１２は、全体が略円筒形をしており鋼板をスラスト方向に積層結合している。アウタコア１２は、固定子１１の外周に固定された永久磁石と対向する部分１２ａの内周面が、所定の間隙を保持し磁束が通り易いように、小さい内径となっている。永久磁石と対向しない部分１２ｂの内径は、磁束の漏れを低減するために大きな内径となっている。また、永久磁石と対向する部分１２ａおよび永久磁石と対向しない部分１２ｂは、円筒の中心に対してそれぞれ点対称に対向配置されている。

可動子１５のスペーサ１３は、スラスト方向に積層された複数の鋼板が使用されている。また、内径は磁束の漏れを低減させるためにアウタコア１２のギャップ面内径より大きく形成されている。更に、スペーサ１３は、アウタコア１２の軸線方向の両端に配設されて、板バネ１６のスラスト方向の取り付け位置の基準とされる。

アウタコア１２とスペーサ１３は、カシメ等によりほぼ円筒状に一体化されて構成される。

カバー１４は、アウタコア１２、スペーサ１３、板バネ１６をスラスト方向の両端から挟み込み固定する。カバー１４は、図２，３に示すように段部１４ａでスペーサ１３と板バネ１６の外円１６ｂを固定し、固定子１１と可動子１５とを同軸同芯状態で保持する。また、可動子１５の質量分（錘）の役目も果たしている。

図５は、固定子の全体斜視図、図６は固定子の分解斜視図、図７はインシュレータを示す斜視図、図８はインシュレータを示す背面図、図９はインシュレータを示す縦断面図である。固定子１１は、インナコア１７の外側に配設された永久磁石１８と永久磁石１８を固定保持するとともにインナコア１７を囲蔽するインシュレータ１９とインシュレータの外周に巻回されたコイル２０と中心部に貫通して配設されたシャフト２１から構成されている。

インナコア１７はスラスト（往復動）方向に積層された積層鋼板から構成されている。また、形状は図６等に示すようにアウタコアへ磁束を通す外周部１７ａは円弧状で、コイルを巻回するための凹部１７ｂとシャフト取り付け用の貫通孔１７ｃを有している。更に、外周部１７ａには、永久磁石１８が配設される。外周部１７ａは、シャフト２１の軸芯（貫通孔１７ｃ）に対して点対称に配置されている。

永久磁石１８は、半径方向に着磁され、スラスト方向に表面Ｎ−Ｓ対とした一体型であり、インナコア１７の積層厚さよりも長く形成されている。また、永久磁石１８は、インナコア１７の外周部１７ａと同一の曲率で湾曲している。なお、インナコア１７よりもはみ出した部分の着磁は不要である。

インシュレータ（ボビン）１９は、スラスト方向に２分割されており、インナコア１７、永久磁石１８を挟み込んで取り付ける。また、インシュレータ１９には、永久磁石１８のインナコア１７よりはみ出した部分を差し込むための湾曲した凹溝１９ａを有している。この凹溝１９ａは、永久磁石１８の固定機構である。この凹溝１９ａに永久磁石１８の端部を差し込むことにより、永久磁石の半径方向、スラスト方向のずれを規制できる。このため、インシュレータ１９の凹溝１９ａの形成されたフランジ部２２は、永久磁石の配置される固定子１１の外径より大きく形成されている。更に、インシュレータ１９は、コイル２０を巻回するための凹部１９ｂをシャフト２１の挿通される中心孔１９ｃの上下に有している。

コイル２０は、合成樹脂等から形成されたインシュレータ１９の外周に巻回される。インナコア１７と絶縁するためである。コイルは、上部、下部の同方向に電流が流れるように結線し、電流の流れる方向を切り替えることにより、可動子を往復運動させることができる。

シャフト２１は、図３〜図５に示すように円筒状をしておりインナコア１７、インシュレータ１９の中心部をスラスト方向に貫通して取り付ける。また、シャフト２１の両端部は、板バネ１６のスラスト方向の取り付け位置の基準として用いる。つまり、固定子１１と可動子１５を同軸同芯状に支持する軸受として板バネ１６を使用する。板バネ１６は、図１から明らかなようにバネ押さえ２３とシャフト２１の端部との間で狭持され、固定子１１側に固定される内円１６ａと、カバー１４の段部１４ａとスペーサ１３の端部で狭持される外円１６ｂと、内円１６ａと外円１６ｂとを連結し可動子１５を往復動可能に弾性変形するアーム部１６ｃとから構成されている。リード線２４の引き出しは、シャフト２１、バネ押さえ２３の中空部を利用する。

図１０は、固定子の第２の実施例を示す分解斜視図である。図１１は、同固定子の縦断面図、図１２は、第２の実施例における永久磁石の取り付け手順を示す説明図である。本実施例では、固定子１００は、インナコア１０１の外側に配設された永久磁石１０２と永久磁石１０２を固定保持するとともにインナコア１０１に装着される絶縁性材料から形成されたボビン１０３とボビンに巻回されるコイル１０６と中心部に貫通して配設されるシャフト１０７等から構成されている。インナコア１０１は、短腕と長腕が十字形に形成された鋼板がスラスト方向に積層されており、アウタコアへ磁束を通す長腕の外周部１０１ａは円弧状となっている。ボビン１０３は、インナコア１０１の長腕に装着可能な装着孔１０５を有しており、永久磁石１０２の曲率とほぼ同一に形成されたフランジ部１０４が形成されている。また、ボビン１０３は、装着孔１０５より幅の広い磁石装着孔１０８がフランジ部１０４近傍まで形成されている。

このように構成された固定子１００は、図１２に示すように組み立てられる。先ず、ボビン１０３の磁石装着孔１０８のスラスト方向長さとほぼ等しい永久磁石１０２の一端を斜めにして挿入した後、他端を挿入する。次に、下からインナコア１０１を装着して押圧する。永久磁石１０２は、磁石装着孔１０８とインナコア１０１によって固定保持される。なお、上下のボビン１０３同士あるいは、ボビンとインナコアは周知の固定手段によって固定される。

図１３は、固定子の第３の実施例を示す縦断面図、図１４は、同固定子の分解斜視図である。固定子３００は、インナコア３０１の外側に配設された永久磁石３０２と永久磁石３０２を固定保持するとともにインナコア３０１のスラスト方向の両端に配設された端板３０３と、インナコアを囲蔽するインシュレータ３０４とインシュレータの外周に巻回されたコイル３０５と中心部に貫通して配設されたシャフト３０６等から構成されている。端板３０３は、インナコア３０１とほぼ同一形状に形成されているが、半径方向に長く永久磁石３０２の端部を固定する長穴３０７が形成されている。長穴３０７は、湾曲した永久磁石３０２の端部が嵌合可能な形状となっている。また、端板３０３は、漏れ磁束を低減するために非磁性体で構成されている。なお、磁性体であってもよい。

このように構成された固定子３００は、インナコア３０１の両端に配設された端板３０３に形成された長穴３０７で永久磁石３０２を固定保持するとともにインシュレータ３０４で周囲を囲蔽する。更に、インシュレータ３０４の上からコイル３０５を巻回する。

以上のように構成された各部品は、以下のようにして組み立てる。先ず、一体化された固定子１１を固定子１２とスペーサ１３の結合体に挿入する。この際、アウタコア１２のギャップ面１２ａの内径は、固定子１１のフランジ部２２の内径よりも小さいので挿入できない。そこで図１５、図１８に示すようにスラスト軸（中心軸）周りに９０度回転させて、固定子１１の永久磁石１８部分とアウタコア１２の永久磁石と対向しない部分１２ｂを一致させてから挿入する。
次にスラスト方向の位置を調整した後、図１６、１７、２０に示すように矢印Ａ方向に９０度回転する。この時、図３、４、２０に示すようにアウタコア１２の永久磁石と対向する部分１２ａは、永久磁石１８と対向するとともに、インシュレータ１９のフランジ部２２、２２の間に位置する。
次に、板バネ１６をバネ押さえ２３を用いて固定子側に取り付け、最後にカバー１４にて一体化されたアウタコア１２、スペーサ１３と板バネ１６をスラスト方向から挟み込んで組み立てる。この時、固定子１１と可動子１５の同軸同芯状が得られる。更に、両端のカバー１４をボルト２５で固定する。

また、図４から明らかな様にインシュレータ１９のフランジ部２２の外径がアウタコアの永久磁石と対向する部分１２ａの内径より大きいので、可動子１５のスラスト方向の移動量が物理的に制限され、ストッパ機能を有する。したがって、可動子１５の抜け止め効果を得ることができる。

なお、以上の実施例ではスペーサが積層鋼板である場合について説明したが、中空管であってもよい。その場合、アウタコアとスペーサを結合する別の手段が必要である。結合手段としては、ボルトや他端の結合機構を利用することができる。例えば、最外周を規制する中空管にアウタコア、スペーサを挿入・固定してもよい。更に、中空管に板バネを圧入して嵌め込めば、スペーサを省略することもできる。

図１は、本発明に係るアウタ可動型リニアアクチュエータの一例を示す分解斜視図である。 図２は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの全体斜視図である。 図３は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの断面図である。 図４は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの要部拡大断面図である。 図５は、固定子の全体斜視図である。 図６は、同固定子の分解斜視図である。 図７は、インシュレータを示す斜視図である。 図８は、同インシュレータを示す背面図である。 図９は、同インシュレータを示す縦断面図である。 図１０は、固定子の第２の実施例を示す分解斜視図である。 図１１は、同固定子の縦断面図である。 図１２は、第２の実施例における永久磁石の取り付け手順を示す説明図である。 図１３は、固定子の第３の実施例を示す縦断面図である。 図１４は、同固定子の分解斜視図である。 図１５は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１６は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１７は、同アウタ可動型リニアアクチュエータの組み立て手順を示す説明図である。 図１８は、図１６の正面図である。 図１９は、図１８のＢ−Ｂ線断面図である。 図２０は、図１７の正面図である。

符号の説明

１０…アウタ可動型リニアアクチュエータ
１１…固定子
１２…アウタコア
１３…スペーサ
１４…カバー
１５…可動子
１６…板バネ
１７…インナコア
１８…永久磁石
１９…インシュレータ
２０…コイル
２１…シャフト
２２…フランジ部
２３…バネ押さえ
２４…リード線
２５…ボルト

Claims (3)

1. インナコア、その外側に配設された永久磁石、前記インナコアの周囲に巻回されるコイルを有する固定子と、
   前記固定子の周囲に配置され、アウタコアを有する可動子と、
   前記固定子と前記可動子を同軸同芯状でかつ往復動可能に弾性支持する板バネとを備え、
   前記アウタコアは、円筒状に一体形成されるとともに、内径の大きい部位と小さい部位とを有し、
   前記固定子は、最外側に前記永久磁石を固定する固定機構を配設したものであり、
   前記固定機構は、前記可動子の大きい内径部のみを通過可能であることを特徴とするアウタ可動型リニアアクチュエータ。
2. 前記アウタコアの内径の大きい部位は、円筒の中心に対して点対称に対向配置され、前記固定機構は、インナコアの軸芯に対して点対称に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のアウタ可動型リニアアクチュエータ。
3. 前記固定機構は、前記可動子のストローク幅を規制するストッパ機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアウタ可動型リニアアクチュエータ。

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