可動鐵芯型線性運動驅動器的製作方法
2023-12-03 20:15:16 2
專利名稱：可動鐵芯型線性運動驅動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使可動元件往復移動的可動鐵芯型線性運動驅動器，特別是涉及一種在可動元件的偏移位置因作用於可動元件的重力偏移的情況下，使該偏移位置的調節適當化的可動鐵芯型線性運動驅動器。
背景技術：
往復式馬達等可動鐵芯型線性運動驅動器，例如，如專利文獻I所示例的那樣，以通過通電而使可動元件往復移動的磁路為主體。磁路構成為包含鐵芯，其構成可動元件； 定子芯，其具有與該鐵芯相對的相對部；成對的永磁體，其沿著往復運動方向排列在該相對部，並使各自的面對鐵芯的一側的面的磁極反轉；和線圈，其卷繞於定子芯，該磁路通過向線圈通電所產生的磁通量減弱由成對的永磁體中的位於所需的方向上的磁體所產生的磁通量、並增強由另一方的磁體所產生的磁通量而使可動元件相對於定子芯相對往復移動。
而且，在未向線圈通電的狀態下，磁路利用由永磁體所產生的磁通量使自我保持力作用於可動元件。自我保持力並不是由板簧等機械部件作用於可動元件的外力，而是由永磁體的磁通量產生於可動元件的自身的力，且該自我保持力發揮有在可動元件從規定的位置移位的情況下使可動元件返回規定的位置的功能。該自我保持力也被稱為由永磁體的磁通量所產生的偏移力。
但是，使設定了由永磁體所產生的偏移力的線性運動驅動器處於縱置狀態時，在可動範圍的中心由永磁體所產生的偏移力不及作用於可動元件的重力，導致可動元件從可動範圍的中心向下方偏移，其中，上述偏移力在線性運動驅動器橫置狀態下使可動元件返回可動元件的可動範圍的中心。在該情況下，存在有如下缺陷，即，為了避免與收納可動元件和定子的未圖示的殼體等相碰撞，可動元件的能夠進行往復運動的範圍比原本的可動範圍窄，從而無法以範圍需要比能夠進行往復運動的範圍廣的振幅往復移動可動元件。
作為用於應對該問題的一個方案，在專利文獻I和2中公開有如下裝置，即，在未通電的狀態下，以使永磁體的磁通量產生偏移的方式設定永磁體的配置位置、或使各永磁體的強度區別，從而以使由永磁體所產生的偏移力在朝向上方的方向上增大而使作為作用於可動元件的重力與由永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置成為可動範圍的中心的方式調整偏移位置的裝置。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻I :日本特開2008 — 256110號公報
專利文獻2 日本特開2006 - 14464號公報發明內容
發明要解決的問題
但是，若如上述專利文獻I和2那樣，為了使由永磁體所產生的磁通量失衡而變更成對的永磁體的厚度、材質，則會因使用多種永磁體而導致使用零件增加、因永磁體的成本增加而導致製造成本增大。而且，由於對於永磁體的厚度、材質存在有限制，因此難以進行偏移位置的微調節。
另外，為了調節偏移位置，也考慮設置板簧等其他的機構，但是在該情況下，也會因使用零件的增加而導致製造成本增大，從而導致驅動器自身大型化。
本發明就是著眼於這樣的課題而做成的，其目的在於提供一種能夠在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置的可動鐵芯型線性運動驅動器。
用於解決問題的方案
本發明為了達成該目的，採取如下這樣的方案。
S卩，本發明的可動鐵芯型線性運動驅動器是使可動元件往復移動的線性運動驅動器，其特徵在於，具有磁路，該磁路構成為包含鐵芯，其構成上述可動元件；定子芯，其具有與該鐵芯相對的相對部；成對的永磁體，其沿著往復運動方向排列於該相對部，並使各自的面對鐵芯的一側的面的磁極反轉；和線圈，其卷繞於定子芯，該磁路通過向線圈通電所產生的磁通量減弱由上述成對的永磁體中的位於所需的方向上的磁體所產生的磁通量、並增強由另一方的磁體所產生的磁通量從而使可動元件往復移動，並且在未向線圈通電的狀態下，利用由永磁體所產生的磁通量而使偏移力作用於可動元件，通過在作為磁通量路徑的定子芯的相對部的一部分與永磁體之間將相對部的一部分設為缺口的狀態來設置與定子芯相比磁導率較低的空隙部，使作為作用於上述可動元件的重力與由上述永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置與沒有上述空隙部的情況相比不同。
這樣，由於僅將定子芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，就能夠將作為作用於可動元件的重力與由永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置調節為希望的位置，因此與使用多種永磁體的情況、導入其他機構的情況等相比，能夠在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置。而且，由於僅將固定芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，因此無需追加新的零件、大幅變更製造工序，能夠謀求製造成本的降低。
為了將可動元件的往復動作的振幅設為最大，優選的是，以使上述偏移位置成為上述可動元件的可動範圍的中心的方式形成上述空隙部。
為了將作為作用於可動元件的重力與由永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置向反重力方向變更，期望的是，僅在與上述成對的永磁體中的重力方向側的永磁體相對的相對部上形成上述空隙部。
為了一邊抑制對可動元件的影響一邊提高永磁體的安裝強度，有效果的是，在與上述定子芯之間形成有上述空隙部的上述永磁體，在上述可動元件的可動範圍外被支承於形成在上述相對部的柱部。
即使是在為了增大通過通電使可動元件往復運動的電磁驅動力而將永磁體構成為呈多對的情況下，為了能夠調節偏移位置，可列舉有如下設置，上述永磁體呈多對，且在各成對的永磁體中的一方和與該永磁體相對的上述相對部之間形成有上述空隙部。
發明的效果
如以上說明的那樣，由於本發明僅將定子芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，就能夠將作為作用於可動元件的重力與由永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置調節為希望的位置，因此與使用多種永磁體的情況、導入其他機構的情況等相比，能夠在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置。而且，由於僅將固定芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，因此無需追加新的零件、大幅變更製造工序，從而能夠謀求製造成本的降低。因而，能夠提供一種適用於低成本化和小型化的可動鐵芯型線性運動驅動器。
圖I是局部剖切地表示本發明的一實施方式的可動鐵芯型線性運動驅動器的立體圖。
圖2是表示該線性運動驅動器的縱剖視圖。
圖3是關於通過向線圈通電而使可動元件往復移動的動作的說明圖。
圖4是關於由永磁體的磁通量所產生的偏移力的說明圖。
圖5是關於作用於可動元件的偏移力的說明圖。
圖6是比較表示形成空隙部的情況下的偏移位置與沒有空隙部的情況下的偏移位置的說明圖。
圖7是比較表示形成空隙部的情況下的偏移力與沒有空隙部的情況下的偏移力的說明圖。
圖8是表示本發明的其他實施方式的線性運動驅動器的縱剖視圖。
圖9是局部剖切地表示本發明的上述以外的實施方式的線性運動驅動器的立體圖。
圖10是表示與圖9相對應的線性運動驅動器的縱剖視圖。
具體實施方式
以下，參照
本發明的一實施方式。
如作為通過軸線的縱剖視圖的圖I和圖2所示，本實施方式的可動鐵芯型線性運動驅動器是在定子I的徑向外側配置可動元件2的外轉子型的線性運動驅動器，具有可動元件2，其呈大致筒狀，能夠沿著軸線方向(X方向)往復移動；定子1，其配置在該可動元件 2的內部；和磁路mc，其使該可動元件2沿著軸線方向(往復運動方向)往復移動。另外，徑向外側是指遠離軸線的方向，徑向內側是指靠近軸線的方向，可動元件2、定子I的形狀並不如附圖所示地那樣僅限於圓柱、圓筒。
如在圖I所局部詳細地表示的那樣，可動元件2構成為以鐵芯20為主體，且可動元件2形成有從鐵芯20的內壁20a向徑向內側延伸出的一對極部20b、20b，該鐵芯20通過層疊並固定多個可動元件芯板2s而呈大致筒狀。另外，可動元件2通過使其軸線方向兩側支承於未圖示的板簧等機械彈簧部，能夠進行沿著軸線方向的往復移動。
定子I具有定子芯10，其形成有從軸心部IOa向徑向外側突出的一對突極部 IObUOb ;線圈11，其卷繞於該定子芯10的突極部10b、10b ;和一對永磁體12 (12a、12b)， 其沿著軸線方向(往復運動方向)配置在突極部IOb中的與上述鐵芯20的極部20b相對的相對部IOc (相對面)，並使各自的面對鐵芯20的一側的面的磁極反轉(相反)。如圖I中局部詳細地表示的那樣，定子芯10是與構成上述可動元件2的鐵芯20同樣地通過層疊配置並固定多個定子芯板IOs而構成的。
磁路me構成為包含上述的鐵芯20、定子芯10、成對的永磁體12 (12a、12b)以及線圈11,通過向線圈11通電而使可動元件2往復移動。在本實施方式中，將構成磁路me 的多個部件零件中的構成可動元件2的部件零件設為鐵芯20，從而構成可動鐵芯型的驅動器。具體地說，如圖3的(a)所示，在未向線圈11通電的情況下，利用成對的永磁體12a、 12b形成經過一方的永磁體12a、鐵芯20、另一方的永磁體12b、定子芯10並返回一方的永磁體12a的環狀的磁通量路徑rt，在可動元件2的往復運動方向兩側出現朝向不同的磁通量mfl、mf2。在該情況下，如圖2和圖3的(b)所示，當向線圈11進行正向地通電時，因向線圈11的通電而產生磁通量mf，從而使由永磁體12所產生的兩個磁通量mfl、mf2中的與由線圈11所產生的磁通量mf同方向的磁通量mf I增強而使另一方的磁通量mf2減弱，電磁驅動力Fl作用於可動元件2 (鐵芯20)，使可動元件2向磁通量增強的方向(XI方向)移動。另一方面，如圖3的(c)所示，在向線圈11進行反向地通電的情況下，在反方向(X2方向)上作用有電磁驅動力F2，使可動元件2向X2方向移動。即，磁路me是如下裝置，S卩，其因向線圈11的通電所產生的磁通量mf減弱由成對的永磁體12a、12b中的位於所需的方向上的磁體12a (12b)所產生的磁通量mf2 (mfl)並增強由另一方的磁體12b (12a)所產生的磁通量mfl，從而使電磁驅動力Fl (F2)作用於可動元件2，使可動元件2往復移動。
進而，磁路me利用由永磁體12所產生的磁通量使偏移力作用於可動元件2。偏移力是在可動元件2從規定的位置移位了的情況下使可動元件2返回到規定的位置的力。 即，如在圖4的(a)中以線的間隔示意性地表示磁通量密度的那樣，在可動元件2位於可動元件2的往復運動方向兩側的磁通量密度相等的位置P Si的情況下，如圖4的(b)所示， 例如，越使可動元件2向X2方向移位，X2方向側的磁通量路徑越寬，相反，Xl方向側的磁通量路徑越窄，因此X2方向側的磁通量密度減弱，Xl方向側的磁通量密度增強。在該情況下，作用有使可動元件2向Xl方向移動的偏移力F3，以使可動元件2返回到可動元件2的往復運動方向兩側的磁通量密度相等的位置P Si。如圖5所示，本實施方式中的偏移力設定為可動元件2越遠離可動元件2的可動範圍的中心(位移量O)該偏移力越大，並取決於磁通量密度、磁通量分布、鐵芯與永磁體之間的磁極間距等。另外，偏移力並不受限於可動元件的移位，也可以設定為恆定。
但是，如圖5所示，當在往復運動方向為水平的橫置狀態下，以使可動元件2返回到可動元件2的可動範圍的中心的方式設定由永磁體12所產生的偏移力時，如圖6的(a) 和圖5所示，若將線性運動驅動器設為往復運動方向與水平方向相交叉的縱置狀態，則可動元件的可動範圍的中心P s2 (位移量O)的偏移力(推力O)不及作用於可動元件2的重力mg，可動元件2從可動範圍的中心P s2向下方偏移距離D1，可動元件2下降至作為重力 mg與偏移力F4間的平衡點的偏移位置P s4。在該情況下，存在有如下缺陷，即，為了避免與收納可動元件和定子的未圖示的外殼等相碰撞，可動元件2的能夠進行往復運動的範圍變得比原本的可動範圍窄，無法使可動元件2以範圍需要比能夠進行往復運動的範圍廣的振幅往復移動。
於是，在本實施方式中，如圖I和圖2所示，通過在作為磁通量路徑的定子芯10的相對部IOc的一部分與永磁體12之間將相對部IOc的一部分設為缺口的狀態，來形成與定子芯10相比磁導率較低的空隙部30，從而變更磁通量分布。該空隙部30被設定為僅形成於與成對的永磁體12a、12b中的重力方向側的永磁體12b相對的相對部10c，為了消除重力方向側的永磁體12b與相對部IOc間的接點，遍及軸線方向整個區域地使永磁體12b與相對部IOc之間的深度恆定。
當形成這樣的空隙部30時，重力方向側的磁通量被空隙部30減弱，相反，反重力方向的磁通量增強，如圖7所示，由永磁體12的磁通量所產生的偏移力朝向磁通量較強的反重力方向的方向增大。然後，如圖6和圖7所示，雖然在沒有空隙部30的情況下，作為作用於可動元件2的重力mg與由永磁體12所產生的偏移力F4間的平衡點的偏移位置成為從可動元件2的可動範圍的中心P s2向下方偏移了距離Dl的位置P s4，但是通過形成空隙部30，將偏移位置變更為可動元件2的可動範圍的中心P s2。
這樣，通過形成空隙部30，構成用於變更磁通量分布的偏移調節部3，利用該偏移調節部3，使作為作用於可動元件2的重力mg與由永磁體12所產生的偏移力F4間的平衡點的偏移位置從沒有空隙部30的情況下的位置P s4變更(變化)為位置P s2 (參照圖6)。 偏移力能夠通過對空隙部30的軸線方向的尺寸、與軸線方向相正交的尺寸、深度等形狀、 配置位置、形成的個數等進行各種變更來進行調節。例如，例舉有以使空隙部30的底面相對於軸線傾斜、使尺寸、深度沿著軸線變化的方式形成偏移力。
如上所述，本實施方式的可動鐵芯型線性運動驅動器是使可動元件2往復移動的線性運動驅動器，其具有磁路mc，該磁路me構成為包含鐵芯20，其構成可動元件2 ;定子芯10，其具有與該鐵芯20相對的相對部IOc ;成對的永磁體12( 12a、12b)，其沿著往復運動方向排列於該相對部10c，並使各自的面對鐵芯的一側的面的磁極反轉；和線圈11，其卷繞於定子芯10,該磁路me通過向線圈11通電所產生的磁通量mf減弱由成對的永磁體12a、 12b中的位於所需的方向上的磁體12a (12b)所產生的磁通量mf2 (mfl)並增強由另一方的磁體12b (12a)所產生的磁通量mfl (mf2),從而使可動元件2往復移動，並且在未向線圈11通電的狀態下，利用由永磁體12所產生的磁通量使偏移力F4作用於可動元件，通過在作為磁通量路徑的定子芯10的相對部IOc的一部分與永磁體12之間將相對部IOc的一部分設為缺口的狀態來設置與定子芯10相比磁導率較低的空隙部30，使作為作用於可動元件2的重力mg與由永磁體12所產生的偏移力F4間的平衡點的偏移位置與沒有空隙部 30的情況相比不同。
這樣，由於僅將定子芯10的相對部IOc設為缺口的狀態來形成空隙部30，就能夠將作用於可動元件2的重力mg與由永磁體12所產生的偏移力F4間的平衡點的偏移位置調節為希望的位置，因此與使用多種永磁體的情況、導入其他機構的情況等相比，能夠在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置。而且，由於僅將固定芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，因此無需追加新的零件、大幅變更製造工序，能夠謀求製造成本的降低。
特別是在本實施方式中，由於以使偏移位置成為可動元件2的可動範圍的中心P s2的方式形成有空隙部30，因此能夠將可動元件2的往復動作的振幅設為最大，能夠有效地利用可動元件2的可動範圍。
此外，在本實施方式中，由於僅在與成對的永磁體12a、12b中的重力方向側的永磁體12b相對的相對部IOc形成有空隙部30，因此重力方向側的磁通量被空隙部30減弱， 相反，反重力方向的磁通量增強，由永磁體12的磁通量所產生的偏移力朝向磁通量較強的反重力方向的方向增大，因此能夠使作為作用於可動元件2的重力mg與由永磁體12所產生的偏移力F4間的平衡點的偏移位置向反重力方向側變更。
以上，說明了本發明的一實施方式，但是各部分的具體的結構並不僅限定於上述的實施方式。
例如，如圖8所示，列舉有如下構成在構成定子101的定子芯110的相對部IlOc 中的軸線方向端部形成柱部liod，且柱部IlOd在可動元件2的可動範圍外支承在與定子芯 110的相對部IlOc之間形成有空隙部130的永磁體112b。通過如此構成，雖然在與定子芯 110的相對部IlOc之間形成空隙部130的永磁體12b相對於定子芯110的安裝強度較弱， 但是，由於永磁體12b在可動元件2的可動範圍外被形成於相對部IlOc的柱部IlOd所支承，因此能夠一邊抑制對可動元件2的影響一邊提高永磁體12b的安裝強度。
另外，如圖9和圖10所示，列舉有以將構成可動元件202的鐵芯220、定子芯210 的相對部210c以及成對的永磁體212a、212b作為一個單元，並沿著軸線方向設置多個該單元，使永磁體212a、212b呈多對的方式構成，在構成各單元的成對的永磁體212a、212b中的一方的永磁體212b和與該永磁體212b相對的相對部210c之間形成有空隙部230。通過如此構成，即使是在為了增大因通電而使可動元件2往復運動的電磁驅動力而將永磁體 212a、212b構成為呈多對的情況下，也能夠調節偏移位置。
此外，在本實施方式中，以外轉子型的線性運動驅動器為例進行了說明，但是，本發明當然也能夠應用於在定子I的徑向內側配置可動元件2的內轉子型的線性運動驅動器。
另外，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變形。
產業上的可利用件
採用以上所詳細敘述的本發明，由於僅將定子芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，就能夠將作為作用於可動元件的重力與由永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置調節為希望的位置，因此與使用多種永磁體的情況、導入其他機構的情況等相比，能夠在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置。而且，由於僅將固定芯的相對部設為缺口的狀態來形成空隙部，因此無需追加新的零件、大幅變更製造工序，從而能夠謀求製造成本的降低。因而，能夠提供一種適用於低成本化和小型化的可動鐵芯型線性運動驅動器。
權利要求
1.一種可動鐵芯型線性運動驅動器，其使可動元件往復移動，其特徵在於， 具有磁路，該磁路構成為包含鐵芯，其構成上述可動元件；定子芯，其具有與該鐵芯相對的相對部；成對的永磁體，其沿著往復運動方向排列於該相對部，並使各自的面對鐵芯的一側的面的磁極反轉；和線圈，其卷繞於定子芯，該磁路通過向線圈通電所產生的磁通量減弱由上述成對的永磁體中的位於所需的方向上的磁體所產生的磁通量並增強由另一方的磁體所產生的磁通量從而使可動元件往復移動，並且在未向線圈通電的狀態下，利用由永磁體所產生的磁通量使偏移力作用於可動元件， 通過在作為磁通量路徑的定子芯的相對部的一部分與永磁體之間將相對部的一部分設為缺口的狀態來設置與定子芯相比磁導率較低的空隙部，使作為作用於上述可動元件的重力與由上述永磁體所產生的偏移力間的平衡點的偏移位置與沒有上述空隙部的情況相比不同。
2.根據權利要求I所述的可動鐵芯型線性運動驅動器，其中， 以使上述偏移位置成為上述可動元件的可動範圍的中心的方式形成上述空隙部。
3.根據權利要求I或2所述的可動鐵芯型線性運動驅動器，其中， 僅在與上述成對的永磁體中的重力方向側的永磁體相對的相對部形成上述空隙部。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的可動鐵芯型線性運動驅動器，其中， 在與上述定子芯的相對部之間形成有上述空隙部的上述永磁體，在上述可動元件的可動範圍外被支承於形成在上述相對部的柱部。
5.根據權利要求I 4中任一項所述的可動鐵芯型線性運動驅動器，其中， 上述永磁體呈多對,且在各成對的永磁體中的一方的永磁體和與該永磁體相對的上述相對部之間形成有上述空隙部。
全文摘要
提供一種能在不導致製造成本增大、裝置大型化的同時恰當地調節偏移位置的可動鐵芯型線性運動驅動器，其具有使可動元件(2)往復移動的磁路(mc)。磁路(mc)構成為包含鐵芯(20)，其構成可動元件(2)；定子芯(10)，其具有與該鐵芯(20)相對的相對部(10c)；成對的永磁體(12a、12b)，其沿著往復運動方向排列於該相對部(10c)，並使各自的面對鐵芯的一側的面的磁極反轉；和線圈(11)，其卷繞於定子芯(10)，磁路(mc)通過向線圈(11)通電而使可動元件(2)往復移動，並且在未向線圈(11)通電的狀態下，利用永磁體(12a、12b)所產生的磁通量使偏移力(F4)作用於可動元件(2)。通過在作為磁通量路徑的定子芯(10)的相對部(10c)的一部分與永磁體(12b)之間將相對部(10c)的一部分設為缺口的狀態來設置與定子芯(10)相比磁導率較低的空隙部(30)，使作為作用於可動元件(2)的重力(mg)與由永磁體(12)所產生的偏移力(F4)間的平衡點的偏移位置從沒有空隙部(30)的情況的位置(ps4)變更至(ps2)。
文檔編號H02K33/00GK102986124SQ201180034490
公開日2013年3月20日 申請日期2011年7月11日 優先權日2010年7月12日
發明者中川洋, 藤井隆良, 福永崇 申請人:昕芙旎雅有限公司