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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5792847
(24)【登録日】2015年8月14日
(45)【発行日】2015年10月14日
(54)【発明の名称】リニアモータアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02K 33/18 20060101AFI20150928BHJP
H02K 33/16 20060101ALI20150928BHJP
H02K 41/03 20060101ALI20150928BHJP
【ＦＩ】
H02K33/18 B
H02K33/16 A
H02K41/03 A
【請求項の数】3
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2014-24978(P2014-24978)
(22)【出願日】2014年2月13日
(62)【分割の表示】特願2009-293915(P2009-293915)の分割
【原出願日】2009年12月25日
(65)【公開番号】特開2014-82934(P2014-82934A)
(43)【公開日】2014年5月8日
【審査請求日】2014年2月13日
(31)【優先権主張番号】特願2009-98601(P2009-98601)
(32)【優先日】2009年4月15日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】390029805
【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100112140
【弁理士】
【氏名又は名称】塩島 利之
(72)【発明者】
【氏名】岩城 純一郎
【審査官】
服部 俊樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０６−３１５２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平１１−１６８８６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−３４７２２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００６−１７４６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
実開平０７−００９０８１（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０２Ｋ ３３／１８
Ｈ０２Ｋ ３３／１６
Ｈ０２Ｋ ４１／０３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される少なくとも一つの永久磁石を有する可動子及び固定子の一方と、
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを一致させることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを一致させることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項2】
軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される少なくとも一つの永久磁石を有する可動子及び固定子の一方と、
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを異ならせることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを異ならせることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【請求項3】
軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される第一及び第二の永久磁石が同極同士が向かい合うように間隔を空けて配列される可動子及び固定子の一方と、
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む一つのコイルを有する前記可動子及び前記固定子の他方と、
を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一及び前記第二の永久磁石の内側のＳ極−Ｓ極間ピッチ又は内側のＮ極−Ｎ極間ピッチを前記一つのコイルの軸線方向の長さよりも長くし、
前記一つのコイルに交流を流すことによって、前記可動子が前記固定子に対して移動し、
前記可動子がストロークの一方の端まで移動するとき、前記第一の永久磁石が前記一つのコイルの中に入り、前記可動子がストロークの他方の端まで移動するとき、前記第二の永久磁石が前記一つのコイルの中に入ることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
前記可動子及び前記固定子の一方を囲む一つのコイルを有する前記可動子及び前記固定子の他方と、
を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、
前記第一及び前記第二の永久磁石の内側のＳ極−Ｓ極間ピッチ又は内側のＮ極−Ｎ極間ピッチを前記一つのコイルの軸線方向の長さよりも長くし、
前記一つのコイルに交流を流すことによって、前記可動子が前記固定子に対して移動し、
前記可動子がストロークの一方の端まで移動するとき、前記第一の永久磁石が前記一つのコイルの中に入り、前記可動子がストロークの他方の端まで移動するとき、前記第二の永久磁石が前記一つのコイルの中に入ることを特徴とするリニアモータアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、固定子に対して可動子が一軸方向に相対的に移動するリニアアクチュエータに関し、特に、固定子に対して軸線方向の一方向に相対的に移動し、その後、移動方向を反転させて軸線方向の他方向に移動するストローク式のリニアモータアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のストローク式のリニアモータアクチュエータとして、永久磁石及びコイルを備えるボイスコイルモータが知られている（例えば特許文献１参照）。ボイスコイルモータの作動原理は、フレミングの左手の法則、すなわち、永久磁石が作る磁界の中でコイルに電流を流したときに推力が発生する性質を利用している。コイルに交流の電流を流せば、永久磁石の磁界の範囲内でコイルが一軸方向にストロークする。ボイスコイルモータは、高速運動できかつ安価であるという特徴を有するために、スピーカ、磁気ディスクのヘッド駆動、サーボ弁のスプール駆動等様々な用途に応用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００３−１５４３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、ボイスコイルモータには、永久磁石が作る磁界の範囲からボイスコイルが飛び出したとき、ボイスコイルを制御できなくなるという本質的な問題がある。永久磁石に対してボイスコイルを高速で移動させたときや、ボイスコイルのストロークを大きくとったとき、慣性によってボイスコイルが永久磁石の磁界の範囲から飛び出すことがある。ボイスコイルが永久磁石から半分以上飛び出すと、ボイスコイルに元に戻るような電流を流しても、ボイスコイルを制御することが困難になる。
【0005】
この問題を解決するために、従来のボイスコイルモータにおいては、ボイスコイルにばねやコーン紙等の弾性体を取り付け、弾性体の復元力を利用してボイスコイルが永久磁石の磁界の範囲に戻るようにしていた。
【0006】
しかし、機械的な弾性体の復元力を利用して戻す場合、ボイスコイルの振動周波数が弾性体の固有振動数に近づき、共振すると、ボイスコイルの振動が不安定になる。このため、弾性体が共振しない周波数で振動させる必要があり、使用できる周波数が限られるという問題がある。また、固定子と可動子を弾性体で連結すると、振動方向以外の力に対しても弾性体がたわむので脆弱な構造にならざるをえないという問題もある。
【0007】
本発明は、従来のリニアモータアクチュエータの上記の課題を解決するためになされたものであり、機械的な弾性体の復元力を利用しなくても、可動子をストロークさせることができるリニアモータアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第一の態様は、軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される少なくとも一つの永久磁石を有する可動子及び固定子の一方と、前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを一致させることを特徴とする。
【0009】
本発明の第二の態様は、軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される少なくとも一つの永久磁石を有する可動子及び固定子の一方と、前記可動子及び前記固定子の一方を囲む第一及び第二のコイルが軸線方向に配列される前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、前記第一のコイルに発生する推力と前記第二のコイルに発生する推力の位相がずれるように、かつ前記第一及び前記第二のコイルに互いに向かい合い、互いに反対方向を向く推力が発生するタイミングがあるように、前記第一及び前記第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、かつ前記第一及び前記第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと前記可動子及び前記固定子の一方の磁極間ピッチとを異ならせることを特徴とする。
【0010】
本発明の第三の態様は、軸線方向にＮ極及びＳ極が着磁される第一及び第二の永久磁石が同極同士が向かい合うように間隔を空けて配列される可動子及び固定子の一方と、前記可動子及び前記固定子の一方を囲む一つのコイルを有する前記可動子及び前記固定子の他方と、を備えるリニアモータアクチュエータにおいて、前記第一及び前記第二の永久磁石の内側のＳ極−Ｓ極間ピッチ又は内側のＮ極−Ｎ極間ピッチを前記一つのコイルの軸線方向の長さよりも長くし、前記一つのコイルに交流を流すことによって、前記可動子が前記固定子に対して移動し、前記可動子がストロークの一方の端まで移動するとき、前記第一の永久磁石が前記一つのコイルの中に入り、前記可動子がストロークの他方の端まで移動するとき、前記第二の永久磁石が前記一つのコイルの中に入ることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明の第一の態様によれば、第一及びの第二のコイルに発生する推力の位相がずれるので、第一のコイルに例えば正弦波の推力を出力させ、第二のコイルに例えば余弦波の推力を出力させることができる。第一及び第二のコイルに可動子を押し引きする力を同時に作用させることができるので、ストロークの端部付近に移動して減速域に入った可動子に早めにブレーキをかけることができ、可動子を確実に振動させることができる。
【0012】
本発明の第二の態様によれば、第一及びの第二のコイルに発生する推力の位相がずれるので、第一のコイルに例えば正弦波の推力を出力させ、第二のコイルに例えば余弦波の推力を出力させることができる。第一及び第二のコイルに可動子を押し引きする力を同時に作用させることができるので、ストロークの端部付近に移動して減速域に入った可動子に早めにブレーキをかけることができ、可動子を確実に振動させることができる。さらに、可動子の移動中に、第一及び第二の永久磁石が第一及び第二のコイルの中に入っている量が変化するので、第一及び第二のコイルに発生する推力をさらに多様に変化させることができる。この結果、低い周波数から高い周波数まで追従性よく、可動子を振動させることができる。
【0013】
本発明の第三の態様によれば、第一及び前記第二の永久磁石の外側のＮ極−Ｎ極間ピッチ又は外側のＳ極−Ｓ極間ピッチをコイルの軸線方向の長さよりも長くし、可動子がストロークの一方の端まで移動するとき、第一の永久磁石が前記コイルの中に入り、可動子がストロークの他方の端まで移動するとき、第二の永久磁石が前記コイルの中に入るようにするので、ストロークの端での復元力を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明のリニアモータアクチュエータ（ダブルコイルタイプ）の基本構成図
【図2】可動子の作動の原理図（コイルの個数：永久磁石の個数＝２：２）
【図3】可動子の作動の原理図（コイルの個数：永久磁石の個数＝２：１）
【図4】本発明の第一の実施形態のリニアモータアクチュエータ（ダブルコイルタイプ）の断面図
【図5】固定子の分解図
【図6】コイル中心間ピッチと永久磁石の磁極間ピッチの関係を示す模式図
【図7】固定子から可動子を引き抜いた状態を示す断面図
【図8】リニアブッシュの斜視図
【図9】リニアブッシュの断面図
【図10】第一及び第二のコイルの結線図（並列）
【図11】第一及び第二のコイルの結線図の他の例
【図12】第一及び第二のコイルの結線図（直列）
【図13】第一及び第二のコイルに発生する逆起電力を示すグラフ
【図14】可動子の動作状態の推力ベクトル図
【図15】可動子の静止状態の推力ベクトル図
【図16】本発明の第二の実施形態のリニアモータアクチュエータ（ダブルコイルタイプ）の模式図
【図17】本発明の第二の実施形態のリニアモータアクチュエータ（ダブルコイルタイプ）の模式図
【図18】複数のコイルユニットを並べた例を示す断面図
【図19】第一及び第二のコイルの外側を筒状のヨークで囲んだ例を示す断面図
【図20】本発明の第三の実施形態のリニアモータアクチュエータ（トリプルコイルタイプ）の模式図
【図21】リング磁石と棒状磁石との位置関係を示す斜視図
【図22】棒状磁石が移動したときに棒状磁石の働く推力を示す図（図中（ａ）は棒状磁石が左方向に移動した状態を示す、（ｂ）は中心に位置した状態を示し、（ｃ）は右方向に移動した状態を示す）
【図23】一対のリング磁石に対して第一及び第二の永久磁石をずらした状態を示す模式図
【図24】可動子の位置と可動子に発生する復元力（発生力）との関係を示すグラフ
【図25】第三のコイルの両端部に形成される磁極の変化を示す図
【図26】第一ないし第三のコイルの出力を示すグラフ（図中（ａ）は第一及び第二のコイルの出力の合算を示し、（ｂ）は第三のコイルの出力を示し、（ｃ）は第一ないし第三のコイルの出力の合算を示す）
【図27】固定子に一つのコイルを設けたリニアモータアクチュエータ（シングルコイルタイプ）の基本構成図
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面に基づいて本発明のリニアモータアクチュエータの実施形態を説明する。リニアモータアクチュエータの基本構成、及び作動原理を説明する。リニアモータアクチュエータには、固定子に第一及び第二のコイルを配列したダブルコイルタイプのリニアモータアクチュエータと、一つのコイルを設けたシングルコイルタイプのリニアモータアクチュエータとがある。まず、ダブルコイルタイプのリニアモータアクチュエータについて説明する。
【0016】
図１に示すように、ダブルコイルタイプのリニアモータアクチュエータの固定子２には、軸線を一致させた状態で二つのコイル（第一のコイル１ａ及び第二のコイル１ｂ）が配列される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の長さは互いに等しい。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチはＬＣ１であり、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの外法はＬＣ３であり、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの内法はＬＣ２である。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂ間には、コイル間の間隔を空けるためのスペーサ７が介在される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂのコイルから構成されるコイルユニットの外側には、スペーサ１１及びカラー１０を介して案内手段として直動軸受８が設けられる。直動軸受８はブッシュやスプラインであり、可動子４が直線運動するのを案内する。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂ、スペーサ７，１１、カラー１０は固定子の円筒状のヨーク内に収容される。
【0017】
軸状の可動子４は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂ内を貫通する。可動子４は、永久磁石の数に応じて三種類４ａ，４ｂ，４ｃに分けられる。すなわち、パイプ状のロッド内に中央部永久磁石３ｃが配置されるタイプ４ａと、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが配置されるタイプ４ｂと、中央部永久磁石３ｃ、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが配置されるタイプ４ｃである。コイルの個数と永久磁石の個数との比は、それぞれ２：１、２：２、２：３になる。いずれの場合でも可動子４を振動させることができる。
【0018】
コイルの個数：永久磁石の個数＝２：２とするのが基本である。コイルの個数：永久磁石の個数＝２：２とした上で、永久磁石の外側に更に第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂを配置したのが図４に示す本発明の第一の実施形態のリニアモータアクチュエータである。
【0019】
まず、コイルの個数：永久磁石の個数＝２：２とする例について説明する。図１に示すように、ロッド１４の左右両側には、棒状の第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが軸線方向に間隔を空けて配置される。これら第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂは、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに一対一対応する。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂそれぞれの軸線方向の両端部は、Ｎ極及びＳ極に着磁されている。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂは、同極が対向するように、この例ではＮ極同士が対向するようにロッド１４に配列される。この例では、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの内側の磁極（Ｎ極）が、外側の磁極（Ｓ極）よりも第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心に近い。そして、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心に近い磁極（Ｎ極）の磁極間ピッチＬＭ１を、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心を結んだ中心間ピッチＬＣ１と異ならせている。中心間ピッチＬＣ１と磁極間ピッチＬＭ１との差は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂそれぞれのコイルの軸線方向の長さの１／８〜３／８倍に設定される。詳しくは後述するが、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに発生する推力の位相を９０度程度ずらすためである。各永久磁石３ａ，３ｂの軸線方向の長さは各コイル１ａ，１ｂの軸線方向の長さよりも短い。
【0020】
なお、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極が内側の磁極よりも第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心に近い場合（図４参照）、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極の磁極間ピッチＬＭ２を、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心間ピッチＬＣ１と異ならせればよい。
【0021】
第一及び第二のコイル１ａ，１ｂと第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂとの位置関係は、可動子４ｂが軸線方向の右端まで移動すると、第一の永久磁石３ａが第一のコイル１ａ内に入り、可動子４ｂが軸線方向の左端まで移動すると、第二の永久磁石３ｂが第二のコイル１ｂ内に入る関係にある。
【0022】
第一及び第二のコイル１ａ，１ｂと第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂをこのような位置関係で配列し、第一及び第一のコイル１ａ，１ｂに位相を一致させた交流を流すと、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに約９０度位相がずれた推力が発生する。すなわち、第一のコイル１ａに正弦波状の推力が発生し、第二のコイル１ｂに余弦波状の推力が発生する。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに可動子４ｂを押し引きする力を同時に作用させることができ、すなわち第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の反対方向に作用する推力(互いに向かい合ったり、反対方向を向いたりする推力)を同時に作用させるタイミングがあるので、ストロークの端部付近に移動して減速域に入った可動子４ｂに早めにブレーキをかけることができる。しかも、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチＬＣ１と第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの内側の磁極間ピッチＬＭ１とが異なるので、可動子４ｂの移動中に、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中に入っている量が変化する。このため、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに発生する推力をさらに多様に変化させることができる。
【0023】
可動子４ｂがストロークの端部付近（例えば図１中左側）に移動し、第一の永久磁石３ａのＮ極が第一のコイル１ａから飛び出そうとしても、第二の永久磁石３ｂが第二のコイル１ｂに入っている量を大きくすることができる。このため、ストロークの端部付近での復元力を確保することができる。この結果、機械的な弾性体の復元力を利用しなくても、可動子４ｂを振動させることが可能になる。共振周波数を持つ機械的な弾性体を使用しないので、低い周波数から高い周波数まで追従性よく、可動子を振動させることができる。
【0024】
次に、コイルの個数：永久磁石の個数＝２：１とし、可動子４ａに一つの中央部永久磁石３ｃを配置する例について説明する。筒状のロッド１４の中央部には円柱状の一つの中央部永久磁石３ｃが配置される。中央部永久磁石３ｃは軸線方向に着磁され、すなわちその両端部がＮ極及びＳ極に着磁されている。中央部永久磁石３ｃの軸線方向の長さＬＭ３は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの外法ＬＣ３よりも短ければよく、この例では内法ＬＣ２の長さよりも短く設定される。このため、中央部永久磁石３ｃを第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心に配置した状態で、中央部永久磁石３ｃの軸線方向の外側に第一のコイル１ａ及び第二のコイル１ｂが配置される。中央部永久磁石３ｃの軸線方向の長さは各コイル１ａ，１ｂの軸線方向の長さよりも短く設定される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂと中央部永久磁石３ｃとの位置関係は、可動子４ａが軸線方向の一端まで移動すると、中央部永久磁石３ｃの一方の磁極が第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの一方に入り、可動子４ａが軸線方向の他端まで移動すると、中央部永久磁石３ｃの他方の磁極が第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの他方に入る関係にある。
【0025】
第一及び第二のコイル１ａ，１ｂと中央部永久磁石３ｃをこのような位置関係で配列し、第一及び第一のコイル１ａ，１ｂに位相を一致させた交流を流すと、可動子４ａが振動する。
【0026】
コイルの個数：永久磁石の個数＝２：３とし、可動子４ｃに三つの永久磁石が配置されるタイプの可動子４ｃにおいて、ロッド１４の左右両側には円柱状の第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが配置され、ロッド１４の中央には円柱状の中央部永久磁石３ｃが配置される。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの位置、長さ及び磁極は、上記第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが配置されるタイプの可動子４ｂと同一である。中央部永久磁石３ｃの位置、長さ及び磁極は、上記一つの中央部永久磁石３が配置されるタイプの可動子４ａと同一である。
【0027】
図２は、コイルの個数：永久磁石の個数＝２：２にしたときの、可動子４ｂの動作原理図を示す。この例では、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、同一の位相の交流が流され、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの両端部には、左側から順番に例えばＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓの磁極が形成される。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂは、同極が対向するように、左側から順番に例えばＳ，Ｎ，Ｎ，Ｓが形成される。第一のコイル１ａの両端部には、ＮＳ→ｎｓ→ＳＮ→ｓｎ→ＮＳの順番に磁極が形成される。第二のコイル１ｂの両端部には、ＮＳ→ｎｓ→ＳＮ→ｓｎ→ＮＳの順番に磁極が形成される。ここで、大文字の磁極の磁場は小文字の磁極の磁場よりも強いことを表す。
【0028】
第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心と第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの軸線方向の中心とをほぼ一致させた状態（可動子４ｂをストロークの中心に配置した状態）で、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに同一の位相の交流を流すと、第一のコイル１ａの左側に配置される第一の永久磁石３ａが第一のコイル１ａに反発する。そして、第二のコイル１ｂの右側に配置される第二の永久磁石３ｂが第二のコイル１ｂに吸引される。このため、可動子４ｂが図中左方向に移動する（Ｓ１）。第二の永久磁石３ｂが第二のコイル１ｂ内に入った状態（Ｓ２）で、第二のコイル１ｂに流れる電流を反転させると、第二の永久磁石３ｂには第二のコイル１ｂから大きな反発力が作用し、可動子４ｂが図中右方向に移動する（Ｓ３）。可動子４ｂがストロークの中心を通過するとき、可動子４ｂには図中右方向の推力が作用する。第一の永久磁石３ａが第一のコイル１ａ内に入った段階（Ｓ４）で第一のコイル１ａに流れる電流を反転させると、第一の永久磁石３ａには第一のコイル１ａから大きな反発力が作用し、可動子４ｂが図中左方向に移動する（Ｓ５）。そして、可動子４ｂはストロークの中心に戻る。
【0029】
第一の永久磁石３ａ及び第一のコイル１ａから構成される第一のモータ、並びに第二の永久磁石３ｂ及び第二のコイル１ｂから構成される第二のモータを、互いに向かい合わせ、押し合いながら動作するようにしているので、第一及び第二のモータはそれぞれが自己完結している。このため、第一の永久磁石３ａ及び第一のコイル１ａのＮ・Ｓの向きが反対であってもよく、また第二の永久磁石３ｂ及び第二のコイル１ｂのＮ・Ｓの向きも反対であってもよい。
【0030】
図３は、コイルの個数：永久磁石の個数＝２：１のときの、可動子４ａの動作原理図を示す。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、同一の位相の交流が流される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂそれぞれの両端部には、同極が向かい合うように磁極が形成される。すなわち、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心を境にしてＮ極及びＳ極が対称に形成される。第一のコイル１ａの両端部には、ＳＮ→ｓｎ→ＮＳ→ｎｓ→ＳＮの順番に磁極が形成される。第二のコイル１ｂの両端部には、ＮＳ→ｎｓ→ＳＮ→ｓｎ→ＮＳの順番に磁極が形成される。ここで、大文字の磁極の磁場は小文字の磁極の磁場よりも強いことを表す。
【0031】
中央部永久磁石３ｃは、第一のコイル１ａ及び第二のコイル１ｂが発する磁場内に配置されている。可動子４ａの中央部永久磁石３ｃを第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心に位置させた状態で、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに同一の位相の交流を流すと、中央部永久磁石３ｃは第一のコイル１ａに吸引され、かつ第二のコイル１ｂに反発し、図中左方向に移動する（Ｓ１）。左方向に移動した中央部永久磁石３ｃは、さらに第一のコイル１ａに吸引され、第一のコイル１ａ内に入る（Ｓ２）。中央部永久磁石３ｃが第一のコイル１ａに入った段階で第一のコイル１ａに流れる電流の方向を反転させると、第一のコイル１ａから中央部永久磁石３ｃに大きな反発力が作用し、可動子４ａは図中右方向に移動する（Ｓ３）。ストロークの中心まで移動した後、第二のコイル１ｂの吸引力によって第二のコイル１ｂ内に入る（Ｓ４）。第二のコイル１ｂに流れる電流の方向を反転させると、第二のコイル１ｂから永久磁石に大きな反発力が作用し、永久磁石３ｃは図中左方向に移動する（Ｓ５）。この繰り返しにより可動子４ａが振動する。
【0032】
図４は、本発明のダブルコイルタイプのリニアモータアクチュエータの第一の実施形態を示す。リニアモータアクチュエータは、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂを有する固定子２と、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂを有する可動子４と、を備える。コイルの個数と永久磁石の個数との比は２：２である。
【0033】
固定子２の外形をなす円筒形状のケース５内には、二つの環状のコイル１ａ，１ｂが軸線を一致した状態で収納される。ケース５は磁性体であっても非磁性体であってもよい。ケース５を磁性体にすると、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂから発生する磁束がケース５に導かれ、当該磁束が第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに直交し易くなるので、可動子４に大きな推力を働かせることができる。各コイル１ａ，１ｂは両端にフランジを有する筒状のボビン６に巻かれる。ボビン６間には、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂ間に間隔を空けるための非磁性体のスペーサ７が介在される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向のコイル長さは実質的に同一である。
【0034】
第一及び第二のコイル１ａ，１ｂがコイルユニットを構成する。コイルユニットの軸線方向の外側には、可動子４が直線運動するのを案内する案内手段として二つのリニアブッシュ８が設けられる。各リニアブッシュ８は、止め輪９によってカラー１０に固定される。カラー１０はケース５の軸線方向の両端部に固定される。一対のリニアブッシュ８の軸線方向の外側には、復帰用永久磁石として、リング形状の一対の反発磁石１２ａ，１２ｂが設けられる。この反発磁石１２ａ，１２ｂは、後述する可動子４の外側永久磁石１３ａ，１３ｂと反発し合う。このため、外部からの力がかかっていないとき、可動子４がストロークの中央の原点で、すなわち可動子４が第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの軸線方向の中心位置でバランスがとれるようになる。また、反発磁石１２ａ，１２ｂを設けることで、電源をオフにしたときに可動子４が固定子２から抜け落ちるのを防止することができる。特に可動子４を縦に向けて使用するときに有効である。可動子４を原点からずれた所定位置で止めたいときには、左右の反発磁石１２ａ，１２ｂの磁力の大きさを異ならせればよい。
【0035】
図５は、ケース５内に収容されるスペーサ７、コイル１ａ，１ｂ、リニアブッシュ８及びカラー１０の分解図を示す。一対のコイル１ａ，１ｂ、一対のリニアブッシュ８は、スペーサ７を中心として左右対称に配列される。
【0036】
図４に示すように、可動子４は、パイプ状のロッド１４と、ロッド１４内に収容される二つの永久磁石３ａ，３ｂと、を備える。ロッド１４は合成樹脂等の非磁性材料からなる。ロッド１４はリニアブッシュ８に支持されていて、ロッド１４とボビン６との間には環状の僅かな磁気的なすきまが空く。
【0037】
ロッド１４内には、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂがスペーサ１５を介して配置される。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの磁極（Ｎ極及びＳ極）は、ロッド１４の軸線方向に一列に配列される。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂは、同極（この実施形態ではＳ極）が対向するように配置される。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの軸線方向の長さは実質的に同一である。各コイル１ａ，１ｂの軸線方向の長さは各永久磁石３ａ，３ｂの軸線方向の長さよりも長い。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極間ピッチ（Ｎ極−Ｎ極間ピッチ）は、好ましくは第一及び第二のコイルのコイル中心間ピッチよりもコイル長の１／８〜３／８倍程度長い。
【0038】
図６に示すように、この実施形態では、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心間の距離ＬＣ１と二つの永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極間の距離ＬＭ２とのずれ量Ｌ３は、コイル長さＬ４の１／４（１／４波長）に設定される。例えばコイル長さが１０ｍｍ、永久磁石長さが６ｍｍ、コイル間のスペーサ長さが６ｍｍのとき、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心を結んだ距離Ｌ１は、ＬＣ１＝５＋６＋５＝１６ｍｍになる。二つの永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極間の距離ＬＭ２は、コイル長さＬ４の１／４だけ長い必要があるので、ＬＭ２＝１６＋１０／４＝１８．５になる。ＬＣ１とＬＭ２のずれ量はコイル長さの１／４に限られることはなく、好ましくはコイル長さの１／８〜３／８の範囲にあればよい。可動子４がストロークの一端に移動するとき、第一の永久磁石３ａの磁極（この例ではＮ極）が第一のコイル１ａの軸線方向の中心に近付き、第二の永久磁石３ｂの磁極（この例ではＮ極）が第二のコイル１ｂの軸線方向の中心から遠ざかる。可動子４がストロークの他端に移動するとき、第二の永久磁石３ｂの磁極（この例ではＮ極）が第二のコイル１ｂの軸線方向の中心に近付き、第一の永久磁石３ａの磁極（この例ではＮ極）が第一のコイル１ａの軸線方向の中心から遠ざかる。
【0039】
図４に示すように、反発する二つの永久磁石３ａ，３ｂ間には、スペーサ１５が介在される。スペーサ１５を介在させることで、スペーサ１５から放射状に第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに作用する磁力線を形成することができる。スペーサ１５には、樹脂等の非磁性材料、鉄等の磁性材料のいずれが用いられてもよい。スペーサ１５に磁性材料を使用すれば、磁気抵抗が少なくなるのでより多数の磁力線を形成することが可能になる。
【0040】
二つの永久磁石３ａ，３ｂの外側には、第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂが配置される。第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂは、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂに対して同極が対向するように配置される。この実施形態では、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂのＮ極に第三及び第四の永久磁石のＮ極が対向している。第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂと第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂとの間には、反発系の磁力線を形成し易くするためのスペーサ１６が介在される。第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂを配置することにより、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極（Ｎ極）が発する磁界を強めることができ、可動子４を力強く振動させることができる。
【0041】
第三及び第四の永久磁石１３ａ，１３ｂの軸線方向の長さは、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの軸線方向の長さよりも長い。外側永久磁石１３ａ，１３ｂの一軸方向の長さを長くすればするほど、二つの永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極（Ｎ極）に発生する磁界を強めることができ、可動子４を力強く振動させることができる。
【0042】
可動子４のロッド１４の両端部は二つの蓋部材１７によって塞がれる。二つの蓋部材１７は、ロッド１４の両端部に固定され、永久磁石３ａ，３ｂ及び外側永久磁石１３ａ，１３ｂを挟む。
【0043】
図７は、固定子２から可動子４を引き抜いた状態を示す。可動子４と固定子２とは板ばね等の弾性体で連結されておらず、可動子４の一軸方向への直線運動は固定子２のリニアブッシュ８によって案内されるだけである。可動子４を一軸方向へ引き出すと、固定子２から可動子４を完全に分離することが可能になる。
【0044】
図８は可動子４を案内するリニアブッシュ８の斜視図を示し、図９はリニアブッシュ８の断面図を示す。リニアブッシュ８は、金属製の外筒２１と、外筒２１の内周面を転がり運動する多数のボール２２と、多数のボール２２を一定の間隔に保持する保持器２３と、を備える。固定子２に対して可動子４が移動するのに伴い、多数のボール２２が外筒２１の内周面と可動子４の外周面との間を転がり運動する。保持器２３は円筒形状に形成されると共に、その内周から外周まで貫通する多数の孔２３ａを有する。この多数の孔２３ａに多数のボール２２が回転可能に保持される。保持器２３の軸線方向の長さは、外筒２１の軸線方向の長さよりも短い。保持器２３は多数のボール２２と共に外筒２１内を有限ストロークする。
【0045】
リニアブッシュ８を使用することにより、固定子２に対する可動子４の一軸方向の滑らかな直線運動が可能になり、一軸方向以外には高剛性の構造体が実現できる。従来のボイスコイルモータのように可動子４と固定子２を板ばね等の弾性体で連結する必要がないので、ラインナップの容易化、メンテナンスの容易化が可能になる。
【0046】
また、多数のボール２２の間隔を一定に保つ保持器２３を設けることにより、コイル１ａ，１ｂや永久磁石３ａ，３ｂの磁力によりボール２２同士が吸引するという問題を解決できる。ボール２２は磁性体でも非磁性体でもよい。ボール２２に磁性体を用いた場合、保持器２３のないリニアブッシュ８を使用すると、磁力でボール２２同士が吸引し合うので、寿命低下、精度低下、発熱等の問題が起こりうる。ボール２２を樹脂、セラミックス等の非磁性体にすれば、ボール２２同士が吸引するのを防止できる。
【0047】
リニアブッシュの替わりにボールスプラインを使用すれば、可動子４の回り止めも可能になる。ボールスプラインのボールは磁性体でも非磁性体でもよい。
【0048】
図１０ないし図１２は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの結線図を示す。図１０及び図１１は第一及び第二のコイル１ａ，１ｂを並列に接続した例を示し、図１２は直列に接続した例を示す。図１０は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの向かい合う側が同一の極になるように結線された反発系を示し、図１１は、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの向かい合う側が反対の極になるように結線された吸引系を示す。反発系の配線にしても吸引系の配線にしても、可動子４を振動させることは可能である。
【0049】
図１０に示すように、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、交流電源１９から図中実線で示す単相交流が流される。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに単相交流を流すことによって、可動子４が軸線方向に移動する。可動子４が移動すると、第一の永久磁石３ａが発する磁力線が第一のコイル１ａを所定の速度で横切り、第二の永久磁石３ｂが発する磁力線が第二のコイル１ｂを所定の速度で横切る。このため、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには逆起電力が発生する。例えば、可動子４が図中右方向に移動するとき、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの両端部には、可動子４の右方向への移動を妨げるような磁極が発生する。この電磁誘導により、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、図中破線で示す逆起電力が発生する。
【0050】
図１３は、可動子４を移動させたときに各コイル１ａ，１ｂに発生する逆起電力を示す。上述のように、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心間のピッチと第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの外側の磁極間のピッチは、コイル長さの１／４ずれている。このため、可動子４を移動させたとき、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂには、９０度位相がずれた正弦波状の逆起電力が発生する。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの全体に発生する逆起電力は、各コイル１ａ，１ｂに発生する逆起電力を合算したものになるので、９０度位相をずらすことにより、各コイル１ａ，１ｂが発する逆起電力が互いに打ち消し合う。逆起電力の合算値は、各コイルに発生する逆起電力の２倍未満（９０度位相がずれたときは√２倍）になる。もし、逆起電力が大きくなると、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに流れる電流が減るので、可動子を高速で振動させることができなくなる。本実施形態のように、逆起電力を低減することにより、可動子４を高速で振動させることが可能になる。
【0051】
図１４は、動作中の可動子４に働く推力ベクトル、すなわち遅れ角を考慮した推力ベクトルを示す。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに位相を一致させた交流を流すと、第一のコイル１ａに流れる電流と第一の永久磁石３ａの外側の磁極の磁界との相互作用により、可動子４の軸線方向の推力が働く。また第二のコイル１ｂと第二の永久磁石３ｂの外側の磁極との間にも、第二のコイル１ｂに流れる電流と第二の永久磁石３ｂの外側の磁極の磁界との相互作用により、可動子４の軸線方向の推力が働く。これらの推力が第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに発生する推力である。モータの場合、推力は遅れ角（＝指令角−出力角）が原因で発生する。すなわち、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに指令ｓｉｎωｔを入力したとすると、可動子４の出力はｓｉｎ（ωｔ＋θ）のように角度θの分だけ遅れており、この遅れ角が推力に変換される。
【0052】
図１４に示すように、図中ＮＳの文字の大きさは、コイルに発生する磁界の大きさを表す。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに所定の周波数の交流を流すと、可動子も同じ周波数で振動する。しかし、駆動周波数にもよるが、可動子の位相は静止状態の位相（図１５参照）に比較して、位相角で３０〜６０度遅れていることが計測で確認されている。図１４には、可動子の位置を８つの状態（４５度ずつ）に分けた状態が示されている。図１４の動作状態の可動子の位相は、図１５に示す静止状態の可動子の位相よりも一段階遅れている。
【0053】
図１４に示すように、可動子４が原点に位置するとき、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂから第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂには、左方向の推力が発生する（Ｓ１）。このため、可動子４は左方向に移動する。可動子４が左方向に移動している間、第一の永久磁石３ａが第一のコイル１ａ内に入っている量、第二の永久磁石３ｂが第二のコイル１ｂ内に入っている量が変化し、可動子４に与えられる推力の大きさも変化する（Ｓ２）。可動子４がストロークの左端まで移動したとき、可動子４には右方向の推力が与えられる。可動子４には第一及び第二のコイル１ａ，１ｂからだけでなく、反発磁石１２ａからも右方向の推力が与えられる。これにより、可動子４は移動方向を反転させ、右方向に移動し始める（Ｓ３）。可動子４が右方向に移動し始めた後に、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに流れる電流が瞬間的に零になる（Ｓ４）。その後、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに流れる電流が反転し、第一及び第二のコイル１ｂから第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂに右方向の推力が与えられる（Ｓ５）。Ｓ５の可動子４に与えられる推力の大きさはＳ１のときの推力と同一である。その後、可動子４が右方向に移動する。可動子４が右方向に移動している間、第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂが第一及び第二のコイル１ａ，１ｂ内に入っている量が変化し、可動子４に与えられる推力の大きさも変化する（Ｓ６）。可動子４がストロークの右端まで移動したとき、可動子４には左方向の推力が与えられる（Ｓ７）。可動子４が移動方向を反転させた後に第一及び第二のコイル１ａ，１ｂから可動子４に与えられ推力は零になる（Ｓ８）。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに交流を流し続ける限り、可動子４も同じ周期で振動し続ける。
【0054】
図１５は、可動子の静止状態の推力ベクトル図を示す。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに一定の大きさの直流を流したと仮定すると、可動子４は第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに発生する推力がバランスする点で静止する。そして、第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに流れる電流を変化させると、可動子４は第一及び第二のコイル１ａ，１ｂに発生する推力がバランスする点で静止する。このことから、本実施形態のリニアモータアクチュエータは、振動アクチュエータだけでなく、一軸方向に移動する可動子４の位置を制御するアクチュエータとしても使用できることがわかる。第一及び第二のコイル１ａ，１ｂの中心間ピッチに対して第一及び第二の永久磁石３ａ，３ｂの磁極のピッチをずらし、可動子４に二つの推力ベクトルを作用させることによって、可動子４の位置制御が可能になる。なお、反発磁石１２ａ，１２ｂも可動子４の静止する位置を左右する。
【0055】
図１６及び図１７は、本発明のダブルコイルタイプのリニアモータアクチュエータの第二の実施形態を示す。第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂ間に反発磁石３８を配置した点、第一及び第二の永久磁石３９ａ，３９ｂの磁極間ピッチＬ２を第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂの中心間ピッチＬ１よりも長くした点（図１７参照）が上記第一の実施形態のリニアモータアクチュエータと異なる。その他の構成は上記第一の実施形態のリニアモータアクチュエータと同一である。
【0056】
固定子３２には、軸線を一致させた状態で第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂが配列される。第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂ間には、可動子３４の永久磁石３９ａ，３９ｂと反発し、可動子３４をストロークのほぼ中央に戻すリング状の反発磁石３８が設けられる。反発磁石３８の軸線方向の両端部はＮ極及びＳ極に着磁される。この反発磁石３８はコイル３１ａ，３１ｂ間の間隔を空けるためのスペーサの役割も持つ。第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂから構成されるコイルユニットの外側には、スペーサ３５及びカラー３６を介して直動軸受３７が設けられる。直動軸受３７はブッシュやスプラインであり、可動子３４が直線運動するのを案内する。
【0057】
第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂ間に一つの反発磁石３８を設けることで、反発磁石３８の個数を減らすことができる。また図１８に示すように、推力を上げるためにコイルユニットを複数並べた場合、モジュール化した第一のコイル３１ａ、反発磁石３８及び第二のコイル３１ｂを軸線方向に順番に並べればよいので有利になる。さらにコイルユニットの外側に反発磁石が配置されることがないので、外部の鉄部品に反発磁石が吸引されるおそれもなくなる。
【0058】
図１７に示すように、可動子３４には、第一及び第二の永久磁石３９ａ，３９ｂが軸線方向に間隔を空けて配列される。第一及び第二の永久磁石３９ａ，３９ｂは向かい合う側が異極になるように例えば左側からＳ極、Ｎ極，Ｓ極、Ｎ極になるように配列される。第一及び第二の永久磁石３９ａ，３９ｂから構成される永久磁石ユニットの軸線方向の両端部は、第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂから構成されるコイルユニットの軸線方向の両端部から飛び出している。
【0059】
図１７の下段に示すように、可動子３４には一つの中央部永久磁石４１を配置してもよい。この中央部永久磁石４１の軸線方向の長さは、第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂの内側の距離よりも長く、外側の距離よりも短く設定される。中央部永久磁石４１の両端部には、円錐形の鉄等の磁性材料４２を配置してもよい。こうすると、中央部永久磁石４１の両端部の磁力線が滑らかに減るので、可動子３４のストロークを長くしたり、可動子３４の動きを滑らかにしたりすることが可能になる。
【0060】
図１９は、第一及び第二のコイル３１ａ，３１ｂの外側を鉄等の磁性材料からなる筒状のヨーク４３で囲んだ例を示す。ヨーク４３には、コイルユニットの軸線方向の両端部を覆う端部壁４３ａが設けられる。このヨーク４３により、磁石ユニットの軸線方向の両端部からヨーク４３を通って反発磁石３８に向かう磁気回路４４が形成されるので、吸引力がより強くなり、可動子３４を力強く振動させることができる。
【0061】
図２０は、本発明の第三の実施形態のリニアモータアクチュエータ（トリプルコイルタイプ）を示す。固定子５０が第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂを有する点、可動子５６が第一ないし第四の永久磁石５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂを有する点は、第一の実施形態のリニアモータアクチュエータと同一である。固定子５０の第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの間に反発磁石として一対のリング磁石５５ａ，５５ｂを配置している点、及び固定子５０の第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの間にさらに第三のコイル５２を配置している点が、第一の実施形態のリニアモータアクチュエータと異なる。
【0062】
一対のリング磁石５５ａ，５５ｂそれぞれは、第一の永久磁石５３ａ又は第二の永久磁石５３ｂを囲む。一対のリング磁石５５ａ，５５ｂそれぞれの軸線方向の長さは、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂの軸線方向の長さよりも短い。可動子５６がストロークの中心に位置するとき、一方のリング磁石５５ａは第一の永久磁石５３ａの軸線方向の長さの範囲内に位置し、他方のリング磁石５５ｂは第二の永久磁石５３ｂの軸線方向の長さの範囲内に位置する。ただし、一対のリング磁石５５ａ，５５ｂそれぞれの中心は、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂぞれぞれの中心から所定のシフト量ずれている（図２３参照）。
【0063】
固定子５０の第一及び第二のコイルの５１ａ，５１ｂ外側には、スペーサ５７、カラー５８を介してスプラインナット５９及びボールブッシュ６０が取り付けられる。可動子５６のロッド６１の一方の端部には、スプライン溝が形成されるスプラインシャフト６２が取り付けられ、他方の端部には、断面が円形状のブッシュ用シャフト６３が取り付けられる。スプラインシャフト６２及びスプラインナット５９は、可動子５６を回り止めさせる機能を持つ。ボール同士の接触を防止するために、スプラインナット５９及びボールブッシュ６０には、ケージが組み込まれる。
【0064】
図２１は、一対のリング磁石５５ａ，５５ｂと第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂとの位置関係を示す斜視図である。円盤状のリング磁石５５ａ，５５ｂには、軸線方向にＳ極及びＮ極が着磁される。第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂにも、軸線方向にＳ極及びＮ極が着磁される。リング磁石５５ａ，５５ｂのＮ極Ｓ極と第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂのＮ極Ｓ極の向きを反対にすると、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂはその軸線方向の中心がリング磁石５５ａ，５５ｂの軸線方向の中心に位置する。
【0065】
図２２（ａ）に示すように、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂをリング磁石５５ａ，５５ｂの中心から左側に移動させると、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂには右方向に復元力が働く。図２２（ｂ）に示すように、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂの中心がリング磁石５５ａ，５５ｂの中心に一致すると、バランス状態になり、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂはそのままの位置を保とうとする。図２２（ｃ）に示すように、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂをリング磁石５５ａ，５５ｂの中心から右側に移動させると、第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂには左方向に復元力が働く。リング磁石５５ａ，５５ｂの軸線方向の両方の磁極を復元する力に利用しているので、体積効率（復元力／体積）を高くすることができる。
【0066】
図２３に示すように、一対のリング磁石５５ａ，５５ｂそれぞれの中心を第一及び第二の永久磁石５３ａ，５３ｂそれぞれの中心からずらすことにより、可動子５６がストロークの中心に位置するときに予圧がかかった状態にすることができる。図２４は、可動子５６の位置と可動子５６に発生する復元力（発生力）との関係を示す。可動子５６に働く復元力は、第一の永久磁石５３ａに働く復元力と第二の永久磁石５３ｂに働く復元力を合算したものになる。合算することにより、原点付近でも変位に比例した復元力を働かせることができるので、可動子５６を原点に戻し易くなることがわかる。また、図２３に示すように、一対のリング磁石５５ａ，５５ｂを固定子５０の第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの内側に配置することで、一対のリング磁石５５ａ，５５ｂから外部に磁気が漏れ、異物が吸着される危険性を低減することができる。
【0067】
第一及び第二のコイル間５１ａ，５１ｂに介在される第三のコイル５２について説明する。図２０に示すように、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの間であって、かつ一対のリング磁石５５ａ，５５ｂの間には、第三のコイル５２が配置される。一対のリング磁石５５ａ，５５ｂは、同極同士が向かい合うように固定子５０に配列されている。
【0068】
図２５は、第三のコイル５２の両端部に形成される磁極の変化を示す。この図に示すように、第三のコイル５２には、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂと同一位相の交流が流される。第三のコイル５２の巻き方向は第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの巻き方向と反対であり、第三のコイル５２の軸線方向の両端部には、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂとは反対の磁極が形成される。第三のコイル５２の巻き方向を第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの巻き方向と同一にし、逆方向から通電しても第三のコイル５２に逆の磁極を形成することができる。第一ないし第三のコイル５１ａ，５１ｂ，５２に同一の位相の交流を流すと、各コイルの軸線方向の両端部には、図中各ボビン内磁界分布で示すＮ極及びＳ極が形成される。固定子全体でみた場合、水平線のハッチングで示す部分の磁界が打ち消し合い、斜線のハッチングで示す部分の磁界が強め合う。このため、コイル５１ａ，５１ｂ，５２とリング磁石５５ａ，５５ｂの出力が同じだと仮定すると、固定子５０全体の磁界の強度は図中固定子内磁界分布に示す状態になる。この固定子内磁界分布により、図２５中（ａ）に示すように、可動子５６が左端に移動したときは、可動子５６には右方向に復元力が働き、図中（ｃ）に示すように、可動子５６が右端に移動したときは、可動子５６に左方向に移動させる復元力が働く。第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの間に第三のコイル５２を介在することで、さらに力強く、かつ大きな振幅で可動子５６を振動させることができることがわかる。
【0069】
図２６は、第一ないし第三のコイルの出力を示す。図中（ａ）は第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力を示す。この例では、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力の位相は互いにπ／４ずれている。このため、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力を合算した値は、第一のコイル５１ａ単独の出力の１．８倍になる。図中（ｂ）は第三のコイル５２の出力を示す。第三のコイル５２の出力を第一のコイル５１ａの出力の１．８倍にすることにより、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの合算の出力の大きさと第三のコイル５２の出力の大きさを一致させることができる。大きさを一致させることで、図中（ｃ）に示すように、第一ないし第三のコイルの合算した出力をきれいな正弦波に近付けることができる。このため、可動子５６の時間−変位曲線もきれいな正弦波に近付けることができる。なお、ステレオアンプを使用し、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力に対して第三のコイル５２の出力に位相差を設け、出力のピークを合わせるようにすれば、より効率のよい出力が可能になる。
【0070】
ここで、第三のコイル５２の出力を第一のコイル５１ａの出力の１．８倍にするためには、第三のコイル５２のアンペア・ターンを第一のコイル５１ａの１．８倍にすればよい。すなわち、第三のコイル５２に流す電流×巻き数＝第一のコイル５１ａに流す電流×巻き数×１．８にすればよい。
【0071】
例えばコイルに10Vの電圧をかけた場合の出力は、第三のコイル＝1500[T]×111[mA]＝166.5[AT]
第一のコイル＝第二のコイル＝2400[T]×45[mA]＝108.0[AT]
出力比（＝アンペアターン比）で考えると、166.5/108.0＝1.54≒1.8
1.54と1.8の差は、計算上、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂのインダクタンスを考慮していないために生じている。実際の第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力は108.0[AT]より低い。第三のコイル５２に逆の結線をしたところ、上記の出力比で可動子５６が動かなかったので、第三のコイル５２の出力が第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの合算した出力とほぼ等しくなることが確認できた。
【0072】
可動子５６を振動させる原理上、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの中心間ピッチと磁極間ピッチをずらす必要がある。このことから、第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂ間には空隙が空き易い。第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂ間に第三のコイル５２を配置することで、無駄なスペースを減らすことができ、また体積効率（出力／堆積）を上げることができる。さらに、第三のコイル５２の出力を第一及び第二のコイル５１ａ，５１ｂの出力よりも大きくすることで、上述のように第一ないし第三のコイル５１ａ，５１ｂ，５２を合算した出力を正弦波に近付けることができる。
【0073】
図２７は、固定子６１に一つのみのコイル６３を設けたシングルコイルタイプのリニアモータアクチュエータの基本構成を示す。コイル６３内の空間を可動子４が貫通する。一つのコイル６３の軸線は可動子６２の振動に一致する。コイル６３の軸線方向の両側には、スペーサ６４及びカラー６５を介して直動軸受６６が設けられる。直動軸受６６ブッシュやスプラインであり、可動子６２が直線運動するのを案内する。コイル６３、スペーサ６４、カラー６５、直動軸受６６は固定子６１の円筒状のヨーク内に収容される。
【0074】
可動子６２は、パイプ状のロッド６８と、ロッド６８内に間隔を空けて配置される第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂと、を備える。コイル６３の個数と永久磁石６７ａ，６７ｂの個数との比は１：２である。第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂそれぞれの軸線方向の両端部はＮ極及びＳ極に着磁されていて、同極同士（Ｎ極同士又はＳ極同士）が対向するように配列される。第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂの内側の距離Ｌ４はコイル６３の軸線方向の長さＬ３よりも長い。このため、コイル６３の軸線方向の外側に第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂが配置される。なお、第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂから構成される永久磁石ユニットの軸線方向の一方の端部から他方の端部までの長さＬ５は、コイル６３の軸線方向の長さよりも長ければよく、第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂの内側がコイル６３の軸線方向の両端部内に入っていてもよい。各永久磁石６７ａ，６７ｂの軸線方向の長さはコイル６３の軸線方向の長さよりも短い。コイル６３と第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂとの位置関係は、可動子６２が軸線方向の一端まで移動すると、第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂの一方がコイル６３内に入り、可動子６２が軸線方向の他端まで移動すると、第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂの他方がコイル６３内に入るという関係にある。
【0075】
コイル６３に単相交流を流すと、コイル６３の両端部には、ＳＮ→ｓｎ→ＮＳ→ｎｓ→ＳＮの順番に磁極が形成される。例えばコイル６３の左端部にＳ極が右端部にＮ極が形成された場合、コイル６３と第一の永久磁石６７ａが吸引し合い、コイル６３と第二の永久磁石６７ｂとが反発し合う。このため、可動子６２は図中右方向に移動する。可動子６２の図中右方向への移動に伴い、第一の永久磁石６７ａがコイル６３の中に入る。第一の永久磁石６７ａがコイル６３の中に入った段階で、コイル６３に流れる電流の方向を反転させると、第一の永久磁石６７ａとコイル６３とが大きな力で反発し合う。このため、可動子６２の移動方向が反転し、図中左方向に移動する。可動子６２がストロークの中心を過ぎると、コイル６３と第二の永久磁石６７ｂとが吸引し合い、第二の永久磁石６７ｂがコイル６３の中に入る。この状態で再びコイル６３に流れる電流の方向を反転させると、第二の永久磁石６７ｂとコイル６３とが大きな力で反発し合うので、可動子６２の移動方向が再び反転する。この繰り返しにより可動子６２が振動する。
【0076】
コイル６３の軸線方向の両端部に、第一及び第二の永久磁石６７ａ，６７ｂを囲み、コイル６３に電流を流していない時に、可動子６２をストロークの中心に復帰させる一対のリング磁石を配置してもよい。一対のリング磁石の配置及び磁極の向きは、図２３及び図２５の第三のコイル５２の両端部に配置される一対のリング磁石５５ａ，５５ｂと同一にすればよい。一対のリング磁石５５ａ，５５ｂを配置すれば、可動子６２を原点に復帰させることができるだけでなく、可動子６２を力強く振動させることもできる。
【0077】
本発明は上記実施形態に限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々に変更可能である。
【0078】
固定子の第一及び第二のコイルに発生させる推力の位相をずらすために、固定子の第一及び第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、第一及び第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと可動子の磁極間ピッチとを一致させてもよい。可動子には一つ以上の永久磁石があればよく、上記第一の実施形態と同様に第一ないし第四の永久磁石を設けてもよい。
【0079】
また、固定子の第一及び第二のコイルに発生させる推力の位相をずらすために、固定子の第一及び第二のコイルに位相を異ならせた交流を流し、第一及び第二のコイルの軸線方向の中心を結んだコイル中心間ピッチと可動子の磁極間ピッチとを異ならせてもよい。可動子には一つ以上の永久磁石があればよく、上記第一の実施形態と同様に第一ないし第四の永久磁石を設けてもよい。
【0080】
可動子は水平方向に配置されるのに限られず、垂直方向に配置してもよい。第一及び第二の永久磁石に第一及び第二のコイルから力を作用させることができれば、可動子に重力が働いたとしても、可動子をストロークさせることができる。
【0081】
可動子の慣性が小さいときは、二つの外側永久磁石や反発磁石を省略しても可動子をストロークさせることができる。可動子の慣性が大きいときは固定子と可動子との間に付加的にばねを設けてもよい。
【0082】
可動子を振動させる場合、第一及び第二のコイルに流す電流は、一定の周期ごとに交互に逆向きに流れる交流であればよい。第一及び第二のコイルには正弦波以外に鋸波、三角波、矩形波等の電圧を印加してもよい。
【0083】
さらに、可動子に第一及び第二のコイルを設け、固定子に第一及び第二の永久磁石を設け、コイル側がストロークするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0084】
本発明のリニアモータアクチュエータは、高剛性で高速域まで駆動可能であるから、計測機器、技工機器、自動車、医療機器、ロボット、産業機器、民生機器向けアクチュエータ等の多様な技術分野で利用できる。特に基板テスターのチェックピン、ダイボンダ、ポンプ、ハンドツール、カメラのフォーカス等を駆動するのに好適に用いることができる。大型化すれば制振装置として用いることもできる。
【0085】
本発明のリニアモータは、振動数０〜２００Ｈｚの範囲で振幅の大きい振動アクチュエータとして好適に用いることができる。エンコーダを用いて第一及び第二のコイルに流す電流を制御すれば、可動子の位置を制御することもできる。
【符号の説明】
【0086】
１ａ，３１ａ，５１ａ…第一のコイル、１ｂ，３１ｂ，５１ｂ…第二のコイル、５２…第三のコイル、２，３２，５０，６１…固定子、３ａ，５３ａ，６７ａ…第一の永久磁石、３ｂ，５３ｂ，６７ｂ…第二の永久磁石、３ｃ，４１…中央部永久磁石、４，３４，５６，６２…可動子、１２ａ，１２ｂ…一対の反発磁石（復帰用永久磁石）、１３ａ…第三の永久磁石、１３ｂ…第四の永久磁石、３８…リング磁石（復帰用永久磁石）、５５ａ，５５ｂ…一対のリング磁石（復帰用永久磁石）、６１…コイル