本發(fā)明涉及第一構(gòu)件能夠相對(duì)于第二構(gòu)件向一方向相對(duì)移動(dòng)的線性致動(dòng)器。

背景技術(shù)：

作為線性致動(dòng)器的一種，存在在磁場(chǎng)中使用磁鐵的同步型線性致動(dòng)器。該線性致動(dòng)器具備多個(gè)磁鐵沿一方向以極性交替地不同的方式排列而成的固定件、以及以與固定件的磁鐵列對(duì)置的方式沿一方向排列多個(gè)線圈而成的可動(dòng)件(參照專利文獻(xiàn)1)。線圈卷繞于與固定件的磁鐵列對(duì)置的鐵芯的突極。而且，當(dāng)在線圈中流通有交流電時(shí)，由于磁鐵中產(chǎn)生的磁通與突極中產(chǎn)生的磁通的相互作用，可動(dòng)件相對(duì)于固定件向一方向移動(dòng)。需要說(shuō)明的是，如專利文獻(xiàn)1所記載那樣線圈移動(dòng)的線性致動(dòng)器被稱作移動(dòng)線圈式的線性致動(dòng)器。也存在代替線圈而使磁鐵移動(dòng)的線性致動(dòng)器，被稱作移動(dòng)磁鐵式的線性致動(dòng)器。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2011-217591號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

以往的線性致動(dòng)器顯然是可動(dòng)件沿與線圈的排列方向相同的方向移動(dòng)的致動(dòng)器。但是，以往的線性致動(dòng)器無(wú)法使可動(dòng)件沿與線圈的排列方向成直角的方向移動(dòng)。若能夠使可動(dòng)件沿與線圈的排列方向成直角的方向移動(dòng)，則能夠得到引人注目的可動(dòng)件的移動(dòng)，線性致動(dòng)器的用途也擴(kuò)大。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠使可動(dòng)件沿與線圈的排列方向成直角的方向移動(dòng)的線性致動(dòng)器。

用于解決課題的手段

為了解決上述課題，本發(fā)明的一方式涉及一種線性致動(dòng)器，其第一構(gòu)件能夠相對(duì)于第二構(gòu)件向一方向相對(duì)移動(dòng)，其中，所述第一構(gòu)件具有沿所述一方向排列的第一磁鐵、第二磁鐵以及第三磁鐵，所述第一磁鐵、所述第二磁鐵以及所述第三磁鐵在與所述一方向成直角的方向上具有n極以及s極，所述第二磁鐵的n極以及s極相對(duì)于所述第一磁鐵的n極以及s極在與所述一方向成直角的方向上偏移，所述第三磁鐵的n極以及s極相對(duì)于所述第二磁鐵的n極以及s極在與所述一方向成直角的方向上偏移，所述第二構(gòu)件具有：沿與所述一方向成直角的方向排列且與所述第一構(gòu)件對(duì)置的至少2個(gè)突極；以及卷繞于所述突極的至少2個(gè)線圈。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠使可動(dòng)件(第一構(gòu)件或第二構(gòu)件)沿與線圈的排列方向成直角的方向(一方向)移動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一實(shí)施方式的線性致動(dòng)器的立體圖。

圖2是圖1的分解立體圖。

圖3是本實(shí)施方式的線性致動(dòng)器的yz平面的剖視圖。

圖4是本實(shí)施方式的線性致動(dòng)器的沿著x軸的剖視圖(圖4的(a)示出可動(dòng)件處于行程的一端的情況，圖4的(b)示出可動(dòng)件處于行程的中央的情況，圖4的(c)示出可動(dòng)件處于行程的另一端的情況)。

圖5是示出第一至第三磁鐵的外周的磁極的可動(dòng)件的立體圖。

圖6是示出線圈的勵(lì)磁方式的時(shí)序圖。

圖7是示出可動(dòng)件的振動(dòng)原理的圖。

圖8是示出可動(dòng)件的其他例子的立體圖。

具體實(shí)施方式

以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的線性致動(dòng)器進(jìn)行說(shuō)明。但是，本發(fā)明的線性致動(dòng)器能夠以各種方式具體化，不限定于本說(shuō)明書(shū)所記載的實(shí)施方式。本實(shí)施方式是為了通過(guò)說(shuō)明書(shū)的充分公開(kāi)而使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠充分理解發(fā)明的范圍而提供的。

圖1示出本發(fā)明的一實(shí)施方式的線性致動(dòng)器的立體圖，圖2示出圖1的分解立體圖。在附圖以及以下說(shuō)明書(shū)中對(duì)相同的結(jié)構(gòu)標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。

如圖1所示，線性致動(dòng)器具有作為第一構(gòu)件的可動(dòng)件1、以及作為第二構(gòu)件的固定件2。可動(dòng)件1呈筒形。固定件2呈包圍可動(dòng)件1的環(huán)形。線性致動(dòng)器構(gòu)成為，在對(duì)固定件2的線圈4a～4d進(jìn)行勵(lì)磁時(shí)，可動(dòng)件1向一方向(即軸向)移動(dòng)。需要說(shuō)明的是，以下，將可動(dòng)件1的軸向設(shè)為x方向，將與x方向正交的平面設(shè)為yz平面，將yz平面的圓周方向設(shè)為θ方向。

在環(huán)形的固定件2沿θ方向排列有多個(gè)線圈4a～4d。在一般的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)中，當(dāng)沿θ方向排列線圈時(shí)，可動(dòng)件1沿θ方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的線性致動(dòng)器的特征在于，即便沿θ方向排列線圈4a～4d，可動(dòng)件1也沿x方向移動(dòng)。以下，依次對(duì)可動(dòng)件1、固定件2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

如圖2所示，可動(dòng)件1具有筒形的磁軛5、以及配置于磁軛5的外周的環(huán)形的第一磁鐵6a、第二磁鐵6b及第三磁鐵6c。第一磁鐵6a、第二磁鐵6b以及第三磁鐵6c由粘著于磁軛5的外周等的結(jié)合機(jī)構(gòu)結(jié)合。第一磁鐵6a、第二磁鐵6b以及第三磁鐵6c的大小相等，它們沿x方向鄰接地排列。磁軛5由磁通能夠通過(guò)的磁性材料構(gòu)成。

第一磁鐵6a沿θ方向交替地具有n極以及s極，由沿θ方向以極性交替不同的方式排列的多個(gè)圓弧形的扇形磁鐵7構(gòu)成。磁極的個(gè)數(shù)(扇形磁鐵7的個(gè)數(shù))并不特別限定，例如為6個(gè)。扇形磁鐵7的外周被磁化為n極以及s極的任一方，扇形磁鐵7的內(nèi)周被磁化為n極以及s極的另一方。第一磁鐵6a也可以由沿θ方向被交替磁化為n極以及s極的未分割成扇形磁鐵7的環(huán)形的磁鐵構(gòu)成。

第二磁鐵6b以及第三磁鐵6c也與第一磁鐵6a同樣地沿θ方向交替地具有n極以及s極，由沿θ方向以極性交替不同的方式排列的多個(gè)圓弧形的扇形磁鐵7構(gòu)成。第一磁鐵6a、第二磁鐵6b以及第三磁鐵6c的磁極的個(gè)數(shù)全部相等，例如為6個(gè)。

第二磁鐵6b的n極以及s極相對(duì)于第一磁鐵6a的n極以及s極向θ方向的一方向(順時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1(θ方向上的距離)的1/2。而且，第三磁鐵6c的n極以及s極相對(duì)于第二磁鐵6b的n極以及s極向θ方向的一方向(順時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1的1/2。但是，第三磁鐵6c不是相對(duì)于第二磁鐵6b向θ方向的另一方向(逆時(shí)針?lè)较?偏移的結(jié)構(gòu)。第三磁鐵6c的n極以及s極相對(duì)于第一磁鐵6a的n極以及s極向θ方向的一方向(順時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1，第三磁鐵6c與第一磁鐵6a處于磁極相反的關(guān)系。

固定件2的結(jié)構(gòu)如下所述。如圖2所示，固定件2具備鐵芯8、以及卷繞于鐵芯8的突極8a的多個(gè)線圈4a～4d。鐵芯8具有包圍可動(dòng)件1的環(huán)形的鐵芯主體8b、以及從鐵芯主體8b朝向徑向內(nèi)側(cè)突出的多個(gè)突極8a(也參照?qǐng)D3)。突極8a的個(gè)數(shù)是可動(dòng)件1的第一至第三磁鐵6a～6c的磁極的個(gè)數(shù)的2倍。磁極的個(gè)數(shù)為6個(gè)，因此突極8a的個(gè)數(shù)為12個(gè)。突極8a的前端隔開(kāi)磁隙而與可動(dòng)件1對(duì)置。鐵芯8由硅鋼等磁性材料構(gòu)成。

該鐵芯8例如通過(guò)將由yz平面分割的多個(gè)層疊鋼板在x方向上重疊而制造。另外，也可以通過(guò)如下方式制造鐵芯8，將鐵芯8沿著徑向的分割線分割為12個(gè)分割鐵芯，向分割鐵芯的突極8a卷繞線圈4a～4d，將卷繞有線圈4a～4d的分割鐵芯沿θ方向連接。

圖4示出線性致動(dòng)器的沿x軸的剖視圖。如圖4的(b)所示，鐵芯8的突極8a的x方向上的長(zhǎng)度t2比第一至第三磁鐵6a～6c的長(zhǎng)度t1短。第一至第三磁鐵6a～6c的x方向上的長(zhǎng)度為t1，相互相等。在突極8a的前端的、x方向的兩端部施加有倒角9(也參照?qǐng)D2)。

如圖2所示，線圈4a～4d具有剖面呈四邊形的筒形的內(nèi)側(cè)線圈11、以及配置于內(nèi)側(cè)線圈11的外側(cè)的剖面呈四邊形的筒形的外側(cè)線圈12。內(nèi)側(cè)線圈11遍及突極8a的全長(zhǎng)而配置。外側(cè)線圈12的長(zhǎng)度比內(nèi)側(cè)線圈11的長(zhǎng)度短，僅配置于突極8a的徑向的外周側(cè)。內(nèi)側(cè)線圈11的繞線與外側(cè)線圈12的繞線電連接。

如圖3的yz平面的剖視圖所示，鄰接的突極8a間的間隙呈外周側(cè)比內(nèi)周側(cè)寬的扇形。通過(guò)將線圈4a～4d分為內(nèi)側(cè)線圈11與外側(cè)線圈12，能夠在扇形的間隙高效地配置線圈4a～4d。需要說(shuō)明的是，也可以不將線圈4a～4d分為內(nèi)側(cè)線圈11與外側(cè)線圈12，而是形成為梯形。

圖1所示的可動(dòng)件1經(jīng)由支承機(jī)構(gòu)以能夠沿x方向移動(dòng)的方式支承于固定件2。支承機(jī)構(gòu)能夠使用滾珠花鍵、滾珠襯套、滑動(dòng)軸承等公知的軸承。也可以代替軸承，使用架設(shè)于可動(dòng)件1與固定件2的板簧、夾設(shè)于可動(dòng)件1與固定件2之間的筒形的橡膠等。

圖4示出線性致動(dòng)器的沿x軸的剖視圖。圖4的(b)示出可動(dòng)件1處于行程的中央的情況，圖4的(a)示出可動(dòng)件1處于行程的一端的情況，圖4的(c)示出可動(dòng)件1處于行程的另一端的情況。本實(shí)施方式的線性致動(dòng)器是可動(dòng)件1從行程的一端至另一端然后從另一端至一端交替移動(dòng)的振動(dòng)致動(dòng)器。但是，本發(fā)明的線性致動(dòng)器的用途不限定于振動(dòng)致動(dòng)器。

圖5是示出第一至第三磁鐵6a～6c的外周的磁極的可動(dòng)件1的立體圖。圖5的四周示出與可動(dòng)件1對(duì)置的線圈4a～4d，四周內(nèi)的文字a、b、/a、/b表示線圈4a～4d的勵(lì)磁方式。在圖5中，在第一至第三磁鐵6a～6c的1個(gè)扇形磁鐵7中示出2個(gè)磁極nn或ss。這是因?yàn)樵?個(gè)扇形磁鐵7中2個(gè)線圈4d、4a或4b、4c等對(duì)置，為了明確線圈4d、4a或4b、4c等對(duì)置的扇形磁鐵7的磁極。實(shí)際上，1個(gè)扇形磁鐵7具有1個(gè)磁極。

從圖5的縱深側(cè)起nns的磁極依次與a相的線圈4a對(duì)置。snn的磁極與b相的線圈4b對(duì)置。ssn的磁極與/a相的線圈4c對(duì)置。nss的磁極與/b相的線圈4d對(duì)置。a相的線圈4a沿θ方向每隔4個(gè)設(shè)置。與每隔4個(gè)設(shè)置的線圈4a對(duì)置的可動(dòng)件1的磁極相等。其他相的線圈4b～4d也是同樣的。

12個(gè)線圈4a～4d以4個(gè)為1組。1組的4個(gè)線圈4a～4d與兩相步進(jìn)馬達(dá)的線圈同樣，按照a相、b相、/a相、/b相勵(lì)磁。需要說(shuō)明的是，也可以將線圈以6個(gè)為1組，在1組中將6個(gè)線圈與三相步進(jìn)馬達(dá)的線圈同樣按照6相勵(lì)磁。

圖6是示出線圈4a～4d的勵(lì)磁方式的時(shí)序圖。a相與b相的相位偏移90度。a相與/a相的相位偏移180度。a相與/b相的相位偏移270度。需要說(shuō)明的是，線圈的勵(lì)磁方式不限定于此。例如，也可以將對(duì)線圈施加的電壓波形設(shè)為正弦波而代替矩形波。

圖7是示出可動(dòng)件1的振動(dòng)原理的示意圖。在圖7中僅抽出圖5的a相的線圈4a和與其相鄰的/b相的線圈4d而進(jìn)行圖示。與a相的線圈4a對(duì)置的可動(dòng)件1的磁極從圖5的縱深側(cè)起依次為nns。與/b相的線圈4d對(duì)置的可動(dòng)件1的磁極從圖5的縱深側(cè)依次為nss。當(dāng)以圖6所示的勵(lì)磁方式對(duì)a相的線圈4a進(jìn)行勵(lì)磁時(shí)，a相的線圈4a的突極8a的極性以在s1時(shí)為n極、在s2時(shí)為n極、在s3時(shí)為s極、在s4時(shí)為s極的方式變化。當(dāng)以圖6所示的勵(lì)磁方式對(duì)/b相的線圈4d進(jìn)行勵(lì)磁時(shí)，/b相的線圈4d的突極8a的極性以在s1時(shí)為n極、在s2時(shí)為s極、在s3時(shí)為s極、在s4時(shí)為n極的方式變化。隨著這些線圈4a、4d的突極8a的極性的變化，可動(dòng)件1使其位置以左端位置(s1)、中央位置(s2)、右端位置(s3)、中央位置(s4)的方式變化。因此，可動(dòng)件1振動(dòng)。需要說(shuō)明的是，在圖7中僅示出a相的線圈4a與/b相的線圈4d的組合，但a相的線圈4a與b相的線圈4b的組合、/a相的線圈4c與b相的線圈4b的組合、/a相的線圈4c與/b相的線圈4d的組合也能夠同樣地使可動(dòng)件1振動(dòng)。總之，只要為以正弦波被勵(lì)磁的線圈4a、4c與以余弦波被勵(lì)磁的線圈4b、4d的組合，則能夠使可動(dòng)件1振動(dòng)。

圖8示出可動(dòng)件的其他例子。該例子的可動(dòng)件21具有圓柱形的磁軛22、以及在磁軛22的外周沿x方向排列的第一磁鐵24a、第二磁鐵24b及第三磁鐵24c。第一磁鐵24a、第二磁鐵24b以及第三磁鐵24c分別具備沿θ方向排列的多個(gè)磁鐵25。磁鐵25的個(gè)數(shù)與線圈4a～4d的個(gè)數(shù)相同，均為12個(gè)。磁鐵25是沿高度方向(換言之徑向)被磁化的板狀的方型磁鐵。也可以將磁鐵25設(shè)為圓柱型磁鐵。

在θ方向上鄰接的磁鐵25構(gòu)成以2個(gè)為1組的磁鐵25a或25b。各組25a或25b的磁鐵25的磁極相同。1個(gè)組25a的磁鐵25的磁極與相鄰的組25b的磁鐵25的磁極相反。這樣，當(dāng)以組為單位觀察磁鐵25時(shí)，構(gòu)成與圖5所示的扇形磁鐵7同樣的磁極。但是，在該例子中，第二磁鐵24b的n極以及s極相對(duì)于第一磁鐵24a的n極以及s極向θ方向的一方向(逆時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1的1/2。第三磁鐵24c的n極以及s極相對(duì)于第二磁鐵24b的n極以及s極向θ方向的一方向(逆時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1的1/2。而且，第三磁鐵24c的n極以及s極相對(duì)于第一磁鐵24a的n極以及s極向θ方向的一方向(逆時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距p1(θ方向的距離)，第三磁鐵24c與第一磁鐵24a處于磁極相反的關(guān)系。在該例子的可動(dòng)件21中，使用以正弦波被勵(lì)磁的線圈4a、4c與以余弦波被勵(lì)磁的線圈4b、4d，能夠使可動(dòng)件21振動(dòng)。

根據(jù)本實(shí)施方式的線性致動(dòng)器，起到以下的效果。在可動(dòng)件1中沿x方向排列有第一磁鐵6a、第二磁鐵6b以及第三磁鐵6c，通過(guò)使第二磁鐵6b的磁極相對(duì)于第一磁鐵6a的磁極在θ方向上偏移，使第三磁鐵6c的磁極相對(duì)于第二磁鐵6b的磁極在θ方向上偏移，能夠使可動(dòng)件1沿與線圈4a～4d的排列方向(θ方向)成直角的方向(x方向)移動(dòng)。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)線性致動(dòng)器的x方向的小型化、高推力化。

通過(guò)在可動(dòng)件1中沿x方向排列有第一至第三磁鐵6a～6c，能夠得到適于振動(dòng)致動(dòng)器的線性馬達(dá)，能夠使可動(dòng)件1以長(zhǎng)行程振動(dòng)。

通過(guò)使第二磁鐵6b的磁極相對(duì)于第一磁鐵6a的磁極在θ方向上偏移n極-s極間間距的1/2、使第三磁鐵6c的磁極相對(duì)于第二磁鐵6b的磁極在θ方向上偏移n極-s極間間距的1/2，從而能夠使可動(dòng)件1在整個(gè)行程內(nèi)以高推力振動(dòng)。

通過(guò)使線圈4a～4d沿θ方向排列，使第一至第三磁鐵6a～6c的磁極沿θ方向排列，從而實(shí)現(xiàn)線性致動(dòng)器的小型化。

通過(guò)使突極8a與環(huán)形的鐵芯主體8b結(jié)合，能夠提高突極8a的磁通的流通。

通過(guò)由扇形磁鐵7構(gòu)成第一至第三磁鐵6a～6c，能夠從扇形磁鐵7的θ方向的一端至另一端得到大致恒定的徑向磁通密度。第一至第三磁鐵6a～6c的徑向磁通密度的大小與推力具有相關(guān)關(guān)系，因此能夠得到高推力。

通過(guò)使突極8a的x方向上的長(zhǎng)度t1比第一至第三磁鐵6a～6c的x方向上的長(zhǎng)度t2短，能夠減少齒槽力。齒槽力是由突極8a與第一至第三磁鐵6a～6c的吸引力引起的力。齒槽力在線圈4a～4d中未流通有電流時(shí)也作用于可動(dòng)件1，成為推力的妨礙。通過(guò)減少齒槽力，能夠提高推力。需要說(shuō)明的是，當(dāng)t2≥t1時(shí)，與t2＜t1的情況相比齒槽力增大。

通過(guò)在突極8a的前端的x方向的端部實(shí)施倒角9，與未實(shí)施倒角9的情況相比能夠減少齒槽力。另外，通過(guò)實(shí)施倒角9，能夠增大可動(dòng)件1的行程。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明不限定于具體化為上述實(shí)施方式，在不變更本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)能夠具體化為各種實(shí)施方式。

在上述實(shí)施方式中，使固定件的線圈沿θ方向排列，使可動(dòng)件的磁鐵的磁極沿θ方向排列，但也可以以當(dāng)將旋轉(zhuǎn)馬達(dá)展開(kāi)為平面時(shí)得到扁平形的線性馬達(dá)的方式，將固定件以及可動(dòng)件展開(kāi)為平面而得到扁平形的線性馬達(dá)。

上述實(shí)施方式采用移動(dòng)磁鐵式的線性致動(dòng)器，但也可以采用移動(dòng)線圈式的線性致動(dòng)器。

在上述實(shí)施方式中，將第一至第三磁鐵配置在沿θ方向排列的線圈的內(nèi)側(cè)，但也可以將第一至第三磁鐵配置在沿θ方向排列的線圈的外側(cè)。

在上述實(shí)施方式中，在可動(dòng)件配置有第一至第三磁鐵，但也可以配置有第一至第四磁鐵、第一至第五磁鐵或更多的磁鐵。在該情況下，各磁鐵相對(duì)于相鄰的磁鐵向θ方向的一方向(例如順時(shí)針?lè)较?偏移n極-s極間間距的1/2。即，第三磁鐵的磁極處于與第一磁鐵的磁極相反的關(guān)系，第五磁鐵的磁極處于與第一磁鐵的磁極一致的關(guān)系。

在上述實(shí)施方式中，在固定件配置有1個(gè)鐵芯，但也可以配置2個(gè)以上的鐵芯。

在上述實(shí)施方式中，使可動(dòng)件僅沿x方向移動(dòng)，但也可以使可動(dòng)件沿x方向移動(dòng)并且沿θ方向旋轉(zhuǎn)。

在上述實(shí)施方式中，可動(dòng)件的第一至第三磁鐵在圓周方向上交替地具有n極以及s極，具有合計(jì)6個(gè)磁極，突極以及線圈的個(gè)數(shù)為12個(gè)，但磁極、突極以及線圈的個(gè)數(shù)不限定于此。例如，第一至第三磁鐵可以具有n極以及s極的合計(jì)共2個(gè)或4個(gè)磁極。另外，突極以及鐵芯的個(gè)數(shù)也可以為2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)。

本說(shuō)明書(shū)以2014年12月26日申請(qǐng)的日本特愿2014-264117為基礎(chǔ)。其內(nèi)容全部包含于此。

符號(hào)說(shuō)明

1、可動(dòng)件(第一構(gòu)件)，2、固定件(第二構(gòu)件)，4a～4d、線圈，6a、第一磁鐵，6b、第二磁鐵，6c、第三磁鐵，5、磁軛，7、扇形磁鐵，8、鐵芯，8a、突極，8b、鐵芯主體，11、內(nèi)側(cè)線圈，12、外側(cè)線圈，p1、n極-s極間間距。