JPH0623213U - 磁 気 ア ク チ ュ エ ー タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動距離が数cm で Bode diagram によ
り求められる第２共振周波数が４ＫＨｚ以上という上記
要請に十分答えることの出来、かつ無通電時に安定静止
位置が容易に得られる磁気アクチュエータの提供にあ
る。 【構成】 固定軸の回りに回転可能に設けられた回
転子と、回転軸の近傍で、回転子と非接触に設けられた
少なくとも一つの永久磁石（Ａ）と、回転子の先端近傍
に、回転子と非接触に設けられた少なくとも一つの永久
磁石（Ｂ）もしくは電磁石（Ｃ）と、該永久磁石（Ｂ）
もしくは電磁石（Ｃ）を回転子先端とで挟持し、かつそ
の二つの磁極が回転子の先端を挟持する様に配置された
電磁石（Ｄ）から構成される磁気アクチュエータ。 【効果】 Bode diagram により求められる第２共
振周波数が 4 KHz 以上となり、かつ無通電時に安定静
止位置が容易に得られる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

各種ＯＡ機器用として使用される磁気アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

各種のＯＡ機器に使用される移動距離数ｍｍ〜数ｃｍの磁気アクチュエータに は高速運動が可能で、構造が簡単な回転型、軸受支持のアクチュエータが広く利 用されている。磁気ディスク装置や小型光ディスク装置のヘッド位置決め用アク チュエータはその代表例である。この磁気アクチュエータは、永久磁石が静止し てコイルが連動する運動コイル型とコイルが静止して永久磁石が運動する運動磁 石型のアクチュエータがあが、単位電流当たりトルクが比較的大きいこと、長年 の使用実績による安心感があることから運動コイル型のアクチュエータが主とし て使用されている。

【０００３】 さて近年、磁気ディスクやロボットでのアクチュエータの高速作動時の微小位 置決め精度の向上の要請が強まってきており、Bode diagram により求められる 第２共振周波数が 4 KHz 以上のものが求められている。しかし、従来の移動距 離数mm 〜数 cm の運動コイル型、あるいは運動磁石型磁気アクチュエータの第 ２共振周波数は何れも 1 〜 3 KHz であり、かつ大きな回転角度範囲を動かすた めに、コイル無通電時の安定静止位置が磁気回路だけでは決まらないという欠点 がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、移動距離が数cm で Bode diagram により求められる第２共 振周波数が４ＫＨｚ以上という上記要請に十分答えることの出来、かつ無通電時 に安定静止位置が容易に得られる磁気アクチュエータの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 本考案者等は種々検討した結果、無通電時の安定静止位置が存在するような構 成で、銅製コイルに代えてより軽い回転子を回転可動部に採用した回転型の磁気 アクチュエータを考案した。 すなわち、上記課題を解決する本考案の磁気アクチュエータは、固定軸の回り に回転可能に設けられた回転子と、回転軸の近傍で、回転子と非接触に設けられ た少なくとも一つの永久磁石（Ａ）と、回転子の先端近傍に、回転子と非接触に 設けられた少なくとも一つの永久磁石（Ｂ）もしくは電磁石（Ｃ）と、該永久磁 石（Ｂ）もしくは電磁石（Ｃ）を回転子先端とで挟持し、かつその二つの磁極が 回転子の先端を挟持する様に配置された電磁石（Ｄ）からなり、前記回転子とし て、保磁力が 10 エルステッド未満の強磁性体（Ｅ）及び／または 10 エルステ ッド以上の強磁性体であって永久磁石により印加される磁場の最大値の 10 分の １未満の保磁力を持つもの（Ｆ）、もしくは（Ｅ）及び／または（Ｆ）で構成さ れた回転子の一部を非磁性体で置き換えたものを用い、永久磁石（Ａ）として永 久磁石単独、あるいは永久磁石に前記（Ｅ）及び／または（Ｆ）を用いて作成し たシールドを接合させたものを用いるものである。

【０００６】

【作用】

本考案者らの検討結果によれば、回転型で第２共振周波数が高くならないのは ２つの原因がある。１つは運動体の慣性モーメントである。運動コイル型の磁気 アクチュエータに用いられるコイルの主材は銅であり、その密度は 8.9 g/cm3 で重く、小型になるほど高速作動時の微小位置決め精度（以下単に「位置決め精 度」と示す。）の向上には不利である。もう１つは、高周波磁場が運動体の回転 に使われずに、それを構成する部分の異常共振に使われてしまうことで、運動体 の構造の複雑さや過電流等が根本原因であり、これが主因となっている。

【０００７】 本考案のアクチュエータの様な構成を採ることにより構造が単純化されるため 、構造上の要因による寄生振動の発生を防止でき、加えて、回転子内での渦電流 の発生を可能な限り小さくするため、渦電流による寄生振動も起こり難い。この 結果、位置決め精度の向上が可能となるのである。

【０００８】 本考案の回転子は、回転子として磁気アクチュエータに組込まれ、電流がコイ ルに流された時に十分なトルクが得られるものであることが必要であり、このた め、永久磁石から発生した磁力線が貫流可能であり、飽和磁化が大きなものであ ることが必要であり、かつコイルに電流が流されていても磁化があまり変化しな いものでなければならない。このことから、本考案の回転子は、保磁力が 10 エ ルステッド未満の強磁性体（Ｅ）及び／または 10 エルステッド以上の強磁性体 であって永久磁石により印加される磁場の最大値の 10 分の１未満の保磁力を持 つもの（Ｆ）で製造することが必要である。

【０００９】 本考案に用いる永久磁石（Ａ）としては、回転トルクを高めるためにはより強 力なものを用いることが望ましく、例えば NdFeB 焼結磁石等が好ましい。また 、永久磁石に上記材質（Ｅ）及び／または（Ｆ）を用いて作成したシールドを取 付けても良い。このようにすれば磁束の系外への漏れを防止できるからである。

【００１０】 以下考案例を用いて本考案をさらに説明する。 図１は本考案の１例であり、回転軸１にベアリング軸受け２により回転可能に 取り付けられた回転子３と、回転軸１の近傍で、回転子３と非接触で、回転子３ 側がＮ極となるように設けられた永久磁石（Ａ）４と、回転子３の先端部５近傍 に、回転子３側がＳ極となるように設けられた永久磁石（Ｂ）６と、永久磁石（ Ｂ）６を包み込み、その両極７，７’が回転子３の両側に配置されるように設け られた電磁石８からなる磁気アクチュエータであり、回転子３にはアルミ等の非 磁性体のボルト・ナット９によりアルミ製のアーム１０が取付けられている。そ して、アーム１０の先端には光センサー素子や磁気ヘッド等の軽い機能部品（図 示せず。）を固定して各種の応用に供する。

【００１１】 本例では、永久磁石（Ａ）４はエネルギー積が約 45 MGOe の NdFeB 焼結磁石 、永久磁石（Ｂ）６はエネルギー積が約 10 MGOe のボンド磁石で作られている 。ベアリング軸受２の素材はおおよそ鉄系合金の部品からなる安価な市販品であ るが、素材の選定により回転子３と同じ材質とすることも可能である。回転子３ の主部は保磁力が全方向につき最大 0.6 Oe のケイ素鋼を用いて作成しているが 、これを炭素鋼などを含む保磁力が 10 Oe 以上の材料に変えても特性に目立っ た劣化は見られない。

【００１２】 無通電状態では、永久磁石（Ａ）４，（Ｂ）６より発する磁束が回転子３を貫 いて結ばれる位置がエネルギー安定位置（図１に示された位置）で、この位置か ら作為的に回転子３をずらしても、あたかも伸縮したバネが元の安定位置に戻る ように、元の位置に戻ってしまう。よって、図１に示された回転子の位置が、本 アクチュエータの入力電流＝ 0 （アンペア）に対応する回転の中央位置となる 。本例では、永久磁石（Ａ）４のＮ極から発する磁束の一部は電磁石８の鉄芯１ １を貫いて左右に分散するが、この磁束は左右対称であるので、無通電時に回転 子３を振らせる作用はない。電磁石８のコイル１２に通電することによりその鉄 芯から発する磁束は左右非対称になり、回転子３はコイル１２に流れる電流の向 きと大きさによって決定する新たな安定位置まで回転する。

【００１３】 図２はケイ素鋼製の回転子３にジェラルミン製の固定挿入部品１３を取付けた 磁気アクチュエータであり、それ以外は図１の物と変らない。回転子３の構造が 固定挿入部品１３を取付けた分複雑化したが、本例では固定挿入部品１３が軸受 ２から回転子３内を通過する磁力線と平行に近い形で回転子先端方向に伸びた構 造となっているので、回転時にボイスコイル型の場合のような寄生振動を伴いに くい。

【００１４】 図３は図２の実施例の磁気アクチュエータの永久磁石（Ａ）４にケイ素鋼製の シールド１４を配置し、磁束の大部分をシールド１４内にとじ込めた物である。 この様な構造を採用することにより磁気アクチュエータを含む装置全体を小型化 でき、また、磁気ディスク装置などの洩れ磁束を嫌う装置にも使用できる。 図４の実施例は永久磁石を４個使用することにより、回転子３の回転可能角度 範囲を広げた物であり、軸受に接近して２個の永久磁石（Ａ）１５，（Ａ）’１ ５´を設け、回転子先端部近傍に２個の永久磁石（Ｂ）１６，（Ｂ）’１６´ を配した構造で、１４は磁束の発散を防ぐためのケイ素鋼板である。

【００１５】 図５の実施例は図４の実施例の回転子３先端部近傍の永久磁石（Ｂ）１６，（ Ｂ）’１６’の代りに電磁石（Ｃ）１７を用いた物であり、電磁石１７のコイル １８に流す電流の大きさを変えることで、回転子３の安定位置と最大回転振れ角 度とを制御するものである。

【００１６】 なお、以上の本発明各種実施例において振動特性を実測した結果では、第２共 振周波数が 4 KHz 以上 7KHz 以下であり、本発明の目的を達成する磁気アクチ ュエータであることがわかった。

【００１７】 以上述べたように、本考案の磁気アクチュエータは永久磁石（Ａ）として NdF eB 焼結磁石等の強力な永久磁石を用い、記材料で作成した回転子を飽和磁化あ るいはその近くまで磁化し、永久磁石と同程度までの磁気モーメントを持たせて 、大きなトルクを発生させることを可能としている。そして、回転子の設計は容 易であり、回転子の軸受から回転最大径部分まで、非磁性材部分を除いてトルク 発生に無駄なく寄与させることができ、さらに無通電時の安定位置が存在するの で制御しやすい。その上、全体を小型化するほど、永久磁石からの磁束の外への 漏れは少なくなり、軟磁性体全部が容易に最大限度まで磁化され、設計がますま す容易になる。

【００１８】

【考案の効果】

本考案の磁気アクチュエータでは、構造が簡単で、軽量な回転子を回転体とし 、駆動用の電磁石に無通電時に回転子を挟む永久磁石、あるいは永久磁石と電磁 石により回転子を磁気的に保持するため、Bode diagram により求められる第２ 共振周波数が 4 KHz 以上となり、かつ無通電時に安定静止位置が容易に得られ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の磁気アクチュエータの構成を示した
図である。

【図２】 図１の磁気アクチュエータの回転子にジェラ
ルミン製の固定挿入部品を取付けた磁気アクチュエータ
の概念図である。

【図３】 図２の磁気アクチュエータの永久磁石にシー
ルドを配置した磁気アクチュエータの概念図である。

【図４】 永久磁石を４個使用することにより、回転子
の回転可能角度範囲を広げた磁気アクチュエータの概念
図である。

【図５】 図４の磁気アクチュエータの回転子先端部近
傍の永久磁石の代りに電磁石を用いた磁気アクチュエー
タの概念図である。

【符号の説明】

１−−−回転軸、２−−−軸受、３−−−回転子、４−
−−永久磁石（Ａ）、５−−−先端部、６−−−永久磁
石（Ｂ）、７，７’−−−極、８−−−電磁石、９−−
−ボルト・ナット、１０−−−アーム、１１−−−鉄
芯、１２−−−コイル、１３−−−固定挿入部品、１４
−−−シールド、１５−−−永久磁石（Ａ）、１５’−
−−永久磁石（Ａ）、１６−−−永久磁石（Ｂ）、１
６’−−−永久磁石（Ｂ）’、１７−−−電磁石
（Ｃ）、１８−−−コイル

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定軸の回りに回転可能に設けられた
   回転子と、回転軸の近傍で、回転子と非接触に設けられ
   た少なくとも一つの永久磁石（Ａ）と、回転子の先端近
   傍に、回転子と非接触に設けられた少なくとも一つの永
   久磁石（Ｂ）もしくは電磁石（Ｃ）と、該永久磁石
   （Ｂ）もしくは電磁石（Ｃ）を回転子先端とで挟持し、
   かつその二つの磁極が回転子の先端を挟持する様に配置
   された電磁石（Ｄ）から構成される磁気アクチュエー
   タ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の磁気アクチュエータに
   おいて、回転子として、保磁力が 10 エルステッド未満
   の強磁性体（Ｅ）及び／または 10 エルステッド以上の
   強磁性体であって永久磁石により印加される磁場の最大
   値の 10 分の１未満の保磁力を持つもの（Ｆ）、もしく
   は（Ｅ）及び／または（Ｆ）で構成された回転子の一部
   を非磁性体で置き換えたものを用いることを特徴とする
   磁気アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項１〜２記載の磁気アクチュエー
   タにおいて、永久磁石（Ａ）として永久磁石に前記
   （Ｅ）及び／または（Ｆ）を用いて作成したシールドを
   接合させたものを用いるものである。