JP2009268203A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルに巻回された導線の巻数を増加させて、磁石体とコイルとの間に発生する力を大きくすることができるアクチュエータを得る。
【解決手段】円筒形状の第１の磁石１、第１の磁石１の内周側に設けられた第２の磁石２および第１の磁石１の外周側に設けられた第３の磁石３を有した円柱形状の磁石体４と、磁石体４の軸方向の外側で、磁石体４と同心に配置されたリング形状のコイル５とを備え、第１の磁石１、第２の磁石２および第３の磁石３は、磁束が、第１の磁石１と第２の磁石２との間を通過し、第１の磁石１と第３の磁石３との間を通過し、コイル５と鎖交するように着磁され、コイル５が通電されることで、磁石体４とコイル５との相対位置が、磁石体４の中心軸に沿って変化する。
【選択図】図２

Description

この発明は、円筒形状または円柱形状の磁石体と、この磁石体の軸方向の外側で、磁石体と同心に配置されたリング形状のコイルとを備え、コイルが通電されることで磁石体とコイルとの相対位置が変化するアクチュエータに関する。

従来、複数個の磁石を有し、一端面に凹部が周方向に沿って形成された円柱形状の磁石体と、前記磁石体の前記凹部に設けられ、前記磁石体と同心のリング形状のコイルとを備え、前記磁石体は、磁束が前記凹部の間を通過するように着磁され、前記コイルが通電されることで、前記磁石体と前記コイルとの間に力が発生して、前記磁石体と前記コイルとの相対位置が、前記磁石体の中心軸に沿って変化するアクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１８９２７０号公報

しかしながら、このものの場合、コイルが磁石体の凹部に設けられており、コイルの径方向の寸法は凹部の径方向の寸法に制限されるので、コイルの径方向の寸法を大きくすることができず、コイルに巻回された導線の巻数を増加させて、磁石体とコイルとの間に発生する力を大きくすることができないという問題点があった。

この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、コイルに巻回された導線の巻数を増加させて、磁石体とコイルとの間に発生する力を大きくすることができるアクチュエータを提供するものである。

この発明に係るアクチュエータは、円筒形状の第１の磁石、前記第１の磁石の内周側または外周側に設けられた第２の磁石を有した円筒形状または円柱形状の磁石体と、前記磁石体の軸方向の外側で、前記磁石体と同心に配置されたリング形状のコイルとを備え、前記第１の磁石および前記第２の磁石は、磁束が、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間を通過し、前記コイルと鎖交するように着磁され、前記コイルが通電されることで、前記磁石体と前記コイルとの相対位置が、前記磁石体の中心軸に沿って変化する。

この発明に係るアクチュエータによれば、コイルの径方向の寸法を大きくすることができるので、コイルに巻回された導線の巻数を増加させて、磁石体とコイルとの間に発生する力を大きくすることができる。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当の部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの実施の形態に係るアクチュエータの要部を示す斜視図、図２は図１の磁石体４およびコイル５を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータは、望遠鏡の鏡（図示せず）に取り付けられており、動作することで、望遠鏡の鏡の歪みを調節する。
このアクチュエータは、円筒形状の第１の磁石１と、この第１の磁石１の内周側に面接触して設けられた円柱形状の第２の磁石２と、第１の磁石１の外周側に面接触して設けられた円筒形状の第３の磁石３とを有した円柱形状の磁石体４を備えている。
また、このアクチュエータは、磁石体４の軸方向の外側で、磁石体４と同心に配置されたリング形状のコイル５を備えている。
断面が円形の導線から構成されたコイル５はホルダ（図示せず）に保持されており、磁石体４とコイル５との間には、所定の隙間が設けられている。
磁石体４は、土台（図示せず）に接続され、コイル５は、ホルダを介して鏡に接続されている。

コイル５は、内径が第２の磁石２の外径より小さく形成され、外径が、第１の磁石１の外径より大きく、第３の磁石３の外径より小さく形成されている。
また、コイル５は、反磁石体４側からコイル５を視たときに、導線の巻回方向が反時計回りとなっている。

第１の磁石１は、磁束が、径方向外側に向かって、内部を通過するように着磁されている。
第２の磁石２は、磁束が、磁石体４の中心軸に沿って、コイル５から離れる方向に、内部を通過するように着磁されている。
第３の磁石３は、磁束が、磁石体４の中心軸に沿って、コイル５に近づく方向に、内部を通過するように着磁されている。
これにより、図２に示す点線イのように、第２の磁石２を通過した磁束は、第１の磁石１と第２の磁石２との間を通過して、第１の磁石１を通過し、さらに、第１の磁石１と第３の磁石３との間を通過して第３の磁石３を通過している。

第１の磁石１、第２の磁石２および第３の磁石３を通過した磁束は、コイル５に鎖交しており、コイル５が通電されることで、磁石体４とコイル５との間には、磁石体４の中心軸に沿って、互いに離間する方向の力が発生する。
これにより、コイル５が、磁石体４の中心軸に沿って、磁石体４から離間する方向に移動して、望遠鏡の鏡が変形する。
なお、コイル５の巻線の方向を逆方向にし、かつ、第１の磁石１、第２の磁石２および第３の磁石３の内部を通過する磁束の方向を反対方向にしてもよい。
また、コイル５の巻線の方向を逆方向にし、または、第１の磁石１、第２の磁石２および第３の磁石３の内部を通過する磁束の方向を逆方向にして、コイル５が通電されることで、磁石体４とコイル５との間には、磁石体４の中心軸に沿って、互いに接近する方向の力を発生させてもよい。
この場合、コイル５が、磁石体４の中心軸に沿って、磁石体４に接近する方向に移動して、望遠鏡の鏡が変形する。

以上説明したように、この実施の形態に係るアクチュエータによれば、コイル５が磁石体４の軸方向の外側に設けられているので、コイル５の寸法を大きくすることができ、コイル５に巻回された導線の巻数を増加させて、磁石体４とコイル５との間に発生する力を大きくすることができる。
その結果、アクチュエータの駆動力を大きくすることができる。

また、磁石体４は、円筒形状の第１の磁石１と、この第１の磁石１の内周側に接触して設けられた円柱形状の第２の磁石２と、第１の磁石１の外周側に接触して設けられた円筒形状の第３の磁石３とを有し、磁束が、第１の磁石１と第２の磁石２との間を通過し、さらに、第１の磁石１と第３の磁石３との間を通過しているので、磁石体４が第１の磁石１および第２の磁石２を有し、第３の磁石３を有さない場合と比較して、磁束をコイル５に効果的に鎖交させることができる。

また、第１の磁石１は、磁束が径方向外側に向かって内部を通過するように着磁され、第２の磁石２は、磁束が磁石体４の中心軸に沿ってコイル５から離れる方向に内部を通過するように着磁され、第３の磁石３は、磁束が磁石体４の中心軸に沿ってコイル５に近づく方向に内部を通過するように着磁されているので、コイル５と鎖交する磁束の内、コイル５の径方向に沿った成分が増大して、磁石体４とコイル５との間に発生する力をさらに大きくすることができる。

実施の形態２．
図３はこの実施の形態に係るアクチュエータの磁石体４、コイル５およびホルダ６を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータのコイル５は、内径が第１の磁石１の内径より大きく、外径が第１の磁石１の外径より小さく形成されている。
これにより、コイル５に鎖交する磁束の内、コイル５の径方向に沿った成分がさらに増大するので、磁石体４とコイル５との間に効果的に力を発生させることができる。

コイル５を保持したホルダ６は、コイル５の全面である四面の内、コイル５の内周面、外周面および反磁石体４側の面の三面に面接触している。
ホルダ６は、図示しない冷却機構によって冷却される。
これにより、通電されることでコイル５に発生したジュール熱が、コイル５の三面からホルダ６へ伝達され、コイル５の温度上昇が抑制される。
なお、ホルダ６は、コイル５の内周面、外周面および反磁石体４側の面の内、何れか二面に面接触してもよい。
この場合、ホルダ６がコイル５の三面に面接触した場合より、コイル５の温度上昇を抑制する効果が小さいものの、ホルダ６がコイル５の一面に面接触した場合より、コイル５の温度上昇を抑制することができる。

ホルダ６は、高抵抗率、高熱伝導率、非磁性体材料であるステンレス（ＳＵＳ３０４）から構成されている。
なお、ホルダ６の材料はこのものに限らない。
ホルダ６の熱伝導率が高いので、コイル５の熱は効率的にホルダ６に伝達され、加熱されたホルダ６は効果的に冷却機構によって冷却される。
ホルダ６の抵抗率が高いので、コイル５を流れる電流が交流である場合に、渦電流がホルダ６に発生することが抑制されるので、この渦電流による熱の発生が抑制される。
その結果、実施の形態１に係るアクチュエータと比較して、コイル５の冷却効率を向上させることができる。
ホルダ６が非磁性体材料であるので、ホルダ６の磁化が抑制される。
その結果、ホルダ６が磁化した場合のホルダ６を通過する磁束の飽和によって生じる、磁石体４とコイル５との間に発生する力の変化が低減するので、アクチュエータの動作の精度を向上させることができる。
なお、アクチュエータの動作の精度よりも、アクチュエータのエネルギー効率を高める場合には、ホルダ６に磁性体材料を用いてもよい。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態に係るアクチュエータによれば、ホルダ６は、コイル５の内周面、外周面および反磁石体４側の面に面接触しているので、通電されてジュール熱が発生したコイル５の温度の上昇を抑制することができる。
また、コイル５の温度の上昇を抑制することができるので、コイル５に流れる電流量を大きくすることができ、磁石体４とコイル５との間に発生する力を大きくすることができる。

また、ホルダ６は、非磁性体材料であるステンレスから構成されているので、アクチュエータの動作の精度を向上させることができる。

実施の形態３．
図４はこの実施の形態に係るアクチュエータの磁石体４、コイル５およびホルダ６を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータの磁石体４は、円筒形状の第１の磁石１と、この第１の磁石１の内周側に接触して設けられた円柱形状の第２の磁石２とを有し、第３の磁石３を有していない。
これにより、例えば、磁石体４の径方向の寸法を大きくすることができない場合であっても、第１の磁石１および第２の磁石２の寸法を製造可能な大きさにすることができる。
また、磁石体４は、第３の磁石３を有していないので、部品点数が削減され、また、製造工程を簡略化することができる。
なお、磁石体４は、円筒形状の第１の磁石１と、この第１の磁石１の外周側に接触して設けられた円柱形状の第２の磁石２とを有してもよい。
その他の構成は、実施の形態２と同様である。

この実施の形態に係るアクチュエータによれば、磁石体４は、第１の磁石１および第２の磁石２を有し、第３の磁石３を有していないので、部品点数が削減され、また、製造工程を簡略化することができる。

実施の形態４．
図５はこの実施の形態に係るアクチュエータの磁石体４、コイル５、ホルダ６およびシャフト７を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータの磁石体４は、円筒形状の第１の磁石１と、この第１の磁石１の内周側に接触して設けられた円筒形状の第２の磁石２と、第１の磁石１の外周側に接触して設けられた円筒形状の第３の磁石３とを有し、円筒形状となっている。
コイル５を保持したホルダ６も円筒形状に形成されており、このホルダ６の内周および第２の磁石２の内周には、非磁性体材料であるステンレス（ＳＵＳ３０４）から構成されたシャフト７が貫通して設けられている。
このシャフト７は、磁石体４に嵌合されて固定されている。
シャフト７が非磁性体材料であるので、シャフト７の磁化が抑制される。
その結果、第２の磁石２を通過した磁束がシャフト７を通過するのを抑制することができるので、コイル５に鎖交する磁束が減少することを抑制することができる。

磁石体４は、シャフト７を介して、コイル５およびホルダ６側に接続可能となっている。
これにより、土台および鏡がコイル５およびホルダ６側に設けられた場合であっても、このアクチュエータを土台および鏡に取り付けることができる。
その他の構成は、実施の形態２と同様である。

この実施の形態に係るアクチュエータによれば、磁石体４には、コイル５およびホルダ６側に延びたシャフト７が固定されているので、土台および鏡がコイル５およびホルダ６側に設けられた場合であっても、土台および鏡に取り付けることができる。

実施の形態５．
図６はこの実施の形態に係るアクチュエータのコイル５を示す断面図である。
この実施の形態に係るアクチュエータのコイル５は、断面が長方形である平角線８から構成されている。
コイル５の平角線８は、銅から構成された導体９と、この導体９の周囲を覆った絶縁膜１０とを有している。
なお、導体９は、銅に限らず、例えば、アルミであってもよい。
コイル５は、平角線８が、径方向に１０列並べられ、軸線方向に沿って３段並べられており、巻数が３０ターンとなっている。
平角線８は、断面が長方形であるので整列させやすく、さらに、断面が円形の導線の場合と比べて、隣接した平角線８の間の余分なスペースを小さくすることができる。
その結果、コイル５の断面における導体９の断面積の占有率（導体９の総断面積／コイル５の総断面積）が高くなるので、コイル５の通電により生じるジュール損を低減させることができる。
また、隣接した平角線８の間の余分なスペースが小さくなるので、隣接した平角線８の間の熱伝達が向上して、コイル５の放熱の効率を向上させることができる。
その他の構成は、実施の形態１と同様である。

この実施の形態に係るアクチュエータによれば、コイル５は、平角線８から構成されているので、隣接した平角線８の間の余分なスペースが小さくなるので、隣接した平角線８の間の熱伝達が向上して、コイル５の放熱の効率を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態では、望遠鏡の鏡に取り付けられ、動作することで、望遠鏡の鏡の歪みを調節するアクチュエータについて説明したが、勿論このものに限らず、その他のものに取り付けられるアクチュエータであってもよい。

この発明の実施の形態１に係るアクチュエータの要部を示す斜視図である。 図１の磁石体およびコイルを示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係るアクチュエータの磁石体、コイルおよびホルダを示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係るアクチュエータの磁石体、コイルおよびホルダを示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係るアクチュエータの磁石体、コイル、ホルダおよびシャフトを示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係るアクチュエータのコイルを示す断面図である。

符号の説明

１ 第１の磁石、２ 第２の磁石、３ 第３の磁石、４ 磁石体、５ コイル、６ ホルダ、７ シャフト、８ 平角線、９ 導体、１０ 絶縁膜。

Claims (6)

1. 円筒形状の第１の磁石、前記第１の磁石の内周側または外周側に設けられた第２の磁石を有した円筒形状または円柱形状の磁石体と、
   前記磁石体の軸方向の外側で、前記磁石体と同心に配置されたリング形状のコイルとを備え、
   前記第１の磁石および前記第２の磁石は、磁束が、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間を通過し、前記コイルと鎖交するように着磁され、
   前記コイルが通電されることで、前記磁石体と前記コイルとの相対位置が、前記磁石体の中心軸に沿って変化することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記コイルを支持するホルダをさらに備え、
   前記ホルダは、前記コイルの全面である四面の内、内周面、外周面および反前記磁石体側の面の少なくとも二面に面接触していることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記磁石体は、前記第１の磁石の反前記第２の磁石側に、第３の磁石をさらに有し、
   前記第３の磁石は、前記磁束が、前記第１の磁石と前記第３の磁石との間を通過するように着磁されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記第１の磁石は、前記磁束が径方向に沿って内部を通過するように着磁され、
   前記第２の磁石および前記第３の磁石は、前記磁束が前記磁石体の前記中心軸に沿って内部を通過するように着磁されていることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記ホルダは、非磁性材料から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記コイルは、平角線から構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載のアクチュエータ。

Images