JP2001245464A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コイル基板の反りを極小化することにより、磁
石とコイルとのエアギャップを極小に設定することが可
能で、モータ推力の増大，剛性の向上，高位置決め精度
の向上が確保できるリニアモータを提供する。 【解決手段】隣り合う磁極の極性が異なるように並列に
配設した複数個の永久磁石２からなる固定子４と、固定
子４の磁石２と協働して移動推進力が付与される複数個
の電機子コイル５を有する可動子６とを備えたリニアモ
ータＬＭであって、可動子６Ａは、その移動方向に対し
直交するように巻かれた各電機子コイル５を可動子移動
方向に沿い一列に並べて絶縁性で且つ非磁性の板状コイ
ル基板７上に接着すると共に、そのコイル基板７の反対
面側に電機子コイル５の接着に対応させて補強基板１３
を接着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動コイル型のリ
ニアモータに関し、特に構造簡単で製作しやすく、しか
も剛性が高く安価な可動子を備えたリニアモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の可動コイル型のリニアモータの構
造としては、例えば図１１〜図１５に示すようなものが
知られている。このリニアモータＬＭは、複数個の永久
磁石２からなる磁石列を断面コ字形の枠３の対向する内
面にそれぞれ取り付けてなる固定子４と、この固定子４
の磁石２と協働して移動推進力が付与される複数個の電
機子コイル５を有する可動子６とを備えている。固定子
４の磁石２は、多数の永久磁石をＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，…と
異極同士隣接させて可動子６の移動方向に並べて上下一
対に間隔を隔てて対向させている。

【０００３】一方、可動子６は、図１３〜図１５に示す
ように、固定子４の磁石列に直交するように巻かれた
Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応する３個１組の電機子コイル５
を、可動子移動方向に沿い一列に並べて絶縁性で且つ非
磁性の板状コイル基板７上に接着している。そして、そ
のコイル基板７の一端側をボルト止めした上板８，下板
９で挟持して補強した構造になっている。

【０００４】その可動子６を、固定子４の上下一対とさ
れた磁石列の間に、エアギャップを介して対向配置す
る。この状態で、可動子６の三相の電機子コイル５に、
例えばホール素子等を使用した不図示の位置検出器によ
り得られた可動子６の位置に応じた正弦波駆動電流を供
給すれば、駆動力を発生して可動子６を固定子４沿いに
移動させることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の従来の可動子６は、電機子コイル５が本来強
度の弱いコアレスコイルであってコイル中央部が空間に
なっており、したがってコイル巻線の下面側だけに接着
剤１０を塗布してコイル基板７に接着する他なく、その
接着剤が硬化収縮すると、コイル基板７の端部が図１
６，図１７に示すように電機子コイル５の側に反りかえ
ってしまうという問題点があった。このようにコイル基
板７に反りが生じた可動子６を、図１２のように固定子
４に介装してリニアモータを組み立てた場合、電機子コ
イル５が固定子磁石２に接触してしまい、リニアモータ
が損傷する事態に至るおそれがある。固定子４の磁石列
２との間に設定されるエアギャップを大きくすることで
このうな事態を防止したとしても、その場合は微小なエ
アギャップを保持することができず、リニアモータの推
力の低下を招く。

【０００６】そこで、本発明は、このような従来のリニ
アモータの未解決の課題に着目してなされたものであ
り、コイル基板の反りを極小化することにより、磁石と
コイルとのエアギャップを極小に設定することが可能
で、モータ推力の増大，剛性の向上，高位置決め精度の
向上が確保できるリニアモータを提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、隣り合う磁極の極性が異なるように並
列に配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、該固
定子の磁石と協働して移動推進力が付与される複数個の
電機子コイルを有する可動子とを備えたリニアモータに
おいて、前記可動子は、その移動方向に対し直交するよ
うに巻かれた各電機子コイルを可動子移動方向に沿い一
列に並べて絶縁性で且つ非磁性の板状コイル基板上に接
着すると共に、当該コイル基板の反対面側に前記電機子
コイルの接着に対応させて補強基板を接着してなること
を特徴とする。

【０００８】ここで、本発明のリニアモータにおける前
記各電機子コイルは、その中央空間部に、絶縁性で且つ
非磁性の材料を充填したものとすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１〜図６は、本発明のリニアモ
ータの第１の実施の形態を示すもので、図１は、本発明
のリニアモータの可動子の平面図、図２はその正面図、
図３はその可動子の分解図、図４は当該可動子と固定子
を組み合わせた本発明のリニアモータの一部を切り欠い
て示す平面図、図５はそのV 矢視で示した正面図、図６
は配線パターンを説明する図である。なお、従来と同一
または相当部分には同一の符号を付してある。

【００１０】先ず構成を説明すると、この実施の形態に
あっては、図１に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相に対応
する３個１組の偏平なコアレス電機子コイル５（絶縁被
膜処理が施されたマグネットワイヤを巻線したコアレス
コイルで、以下、単にコイルという）を２組、巻線方向
が可動子の移動方向に対し直交するように一列に並べ
（すなわち、コイルを、可動子の移動方向に一列に並
べ）、それぞれを直接に密着させてコイル基板７の上面
に接着固定することにより一体化している。コイル基板
７の幅Ｗｂはコイル幅Ｗｃより大きくされており、コイ
ル幅Ｗｃからはみ出した一端側に、締めつけ部７ａが設
けられている。

【００１１】そのコイル基板７の下面には、プリント配
線パターン１２が形成されているが、その詳細について
は後述する。そのコイル基板７のプリント配線パターン
１２１有する面に、前記締めつけ部７ａを除く略全面に
わたる大きさの補強基板１３が接着されている。コイル
基板７の上下両面にコイル５と補強基板１３とを接着す
ることで、接着剤の硬化収縮に伴い両面に互いに反対方
向の反らす力を作用させてバランスを取り、反りを打ち
消す。したがって、コイル５の接着と補強基板１３の接
着には、同じ接着剤を同量を同面積に使用することが重
要である。

【００１２】そして、締めつけ部７ａの上面と下面に、
補強用支持部材である金属製の上板８，下板９をあてが
い、締めつけボルト１４を通して締めつけ一体化するこ
とにより、リニアモータの可動子６Ａが形成されてい
る。この可動子６Ａに固定子４を組み合わせて、図４，
図５に示すようなリニアモータＬＭが形成される。その
固定子４は、軟鋼板のような強磁性材で形成したヨーク
４１の平面に、厚さ方向に着磁した同一サイズの永久磁
石５を多数個、隣接する磁極が異極同士となるように並
べて固着し、これを可動子６Ａを挟んで上下一対に対向
させ、上下の永久磁石５，５は異極同士対向するように
配すると共に、上下のヨーク４１，４１の一端部を他の
ヨーク４２で固定し、可動子６Ａのコイル面との間に必
要最小限のエアギャップを維持するようになっている。

【００１３】ここで、コイル基板７に設けられているプ
リントパターン１２について、図６を参照しつつ説明す
る。３相モータの場合、コイル５は最低でＵ，Ｖ，Ｗの
３個が必要とされるが、この実施の形態では、その倍の
６個のコイル５を使用している。図６（ａ）の結線図に
は、中性点Ｏを介してスター状にされているスター結線
を示したが、勿論これに限定するものではなくデルタ結
線でもよい。図示の各相Ｕ，Ｖ，Ｗは、それぞれ２つの
コイル（Ｕ₁，Ｕ₂）：（Ｖ₁，Ｖ₂）：（Ｗ₁，Ｗ₂）が直
列に接続されている。しかし、ドライバの能力や電流制
限などの条件により並列にしてもよく、その場合は並列
対応のパターンとすればよい。図６（ａ）の直列のスタ
ー結線の場合のコイル同士の接続は、例えばコイル基板
７上に形成した図６（ｂ）に示されるようなプリントパ
ターン１２により行われる。プリントパターン１２の形
成面は、コイル５側の面にした場合、絶縁や耐圧という
信頼性の点で問題を生じやすいため、コイルとは反対側
の面にしている。本発明の場合コイル反対側面には補強
基板１３を接着するから、最終的にプリントパターンは
露出することがなく、一層の安全が保たれるという利点
がある。

【００１４】図７，図８は、上記の可動子６Ａを有する
本実施形態のリニアモータＬＭを組み込んだ位置決めテ
ーブル装置２０の一例である。すなわち、ベース２１の
上面の中央に、リニアモータＬＭの固定子４を固定する
と共に、その固定子４を挟むようにして左右両サイドに
平行に一対の直動案内（リニアガイド）ＬＧの案内レー
ル２２が固定してある。その案内レール２２には各レー
ル毎に２台ずつのスライダ２３が搭載されており、それ
ら４台のスライダ２３で支持してテーブル２４が取り付
てある。もっとも、直動案内としては転動体が循環する
方式のリニアガイドに限らず、その他リニアボールベア
リングや転動体非循環式のクロスローラガイドでも良
く、特に高精度を要求されるものでは静圧軸受案内を用
いることができる。

【００１５】そして、テーブル２４の下面に、リニアモ
ータＬＭの可動子６Ａを、ボルト止めなどの手段で固定
して装着している。可動子６Ａのテーブル２４への固定
方法としては、図８（ａ）のようにテーブル２４の下面
側に取付け梁２４ａを突設して、その梁側面に可動子６
Ａの支持部材である上板８の側面を当てて固定するか、
もしくは図８（ｂ）のように、取付け梁２４ａを設けず
にテーブル２４の下面に直接に上板８の上面を当てて固
定してもよい。

【００１６】次に、上記位置決めテーブル装置２０に装
着したリニアモータＬＭの動作を説明する。可動子６Ａ
の三相コイル５に、不図示の、例えばホール素子等を使
用した位置検出器により得られた可動子６Ａの位置に応
じた駆動電流を流すと、その電流と固定子４の永久磁石
２の磁束との相互作用により、可動子６Ａと固定子４と
の間に相対的な推力が働き、可動子６Ａが所定方向に動
き出す。これに伴って、テーブル２４が直動案内ＬＧの
案内レール２２に案内されつつ移動する。コイル５に前
記と逆方向の電流を流すと、可動子６Ａには前記と逆方
向の駆動力が作用して、可動子６Ａが反対方向に動き出
す。かくして、コイル５への電流の強さ及びその電流の
方向を適宜に選択すれば、可動子６Ａひいてはテーブル
２４を所定方向へ自在に移動させて、所定位置に正確に
停止させることができる。

【００１７】その場合、リニアモータＬＭには、三相コ
イルへの通電を切り換える切り換え手段と共に、固定子
４の永久磁石２と可動子６Ａとの相対位置を検出する位
置検出手段が必要である。図示の位置決めテーブル装置
２０の場合、当該位置検出手段として例えば図外のリニ
アエンコーダ及びホール素子を備えている。リニアエン
コーダのリニアスケールは案内レール２２と平行にベー
ス２１の上面に延設して固定され、エンコーダヘッドの
方は可動子５Ａの方に取り付けられる。なお、エンコー
ダヘッドを、可動子ではなくこれと同伴して移動するリ
ニアガイドのスライダ２３のいずれかに取り付けてもよ
い。このリニアエンコーダにより可動子５Ａの現在位置
情報を得て、図外のモータ駆動用ドライバを経て三相コ
イル５への通電をフィードバック制御することで、テー
ブル２４を自在に移動させると共に、任意に位置決めし
て停止させることができる。また、上述したとおり、位
置検出手段としては、ホール素子もリニアエンコーダと
ともに用いられている。

【００１８】上記第１の実施形態のリニアモータＬＭ
は、その構成要素である可動子６Ａとして、図１〜図３
に示したように、その移動方向に一列に密着させて並べ
たコイル５をコイル基板７の一面側に接着すると共に、
コイル基板７の反対面側には補強基板１３を接着して一
体化した構造を採用している。したがって、補強基板１
３を使用しない従来のもののように、コイル５とこれに
接着したコイル基板７とが反り返ることを防止できて、
固定子４の磁石２との間のエアギャップを最小限に微小
化できるという効果が得られる。

【００１９】また、補強基板１３は、コイル基板７にお
けるコイル反対側の、プリントパターン１２が形成され
ている面に接着されるから、プリントパターン１２は補
強基板１３に保護されて露出することがなくなり、従来
より格段に安全が保たれるという効果もある。また、こ
のエアギャップを最小化したリニアモータＬＭをテーブ
ル装置に搭載することにより、推進力が従来より向上
し、且つまた高剛性のため共振周波数が高く、高い位置
決め精度が得られるという効果がある。

【００２０】図９，図１０に、本発明のリニアモータの
第２の実施の形態を示す。この実施の形態の場合は、リ
ニアモータの可動子におけるコイル５の構造が、上記第
１の実施の形態のものと異なる。すなわち、このコイル
５にあっては、絶縁被膜処理が施されたマグネットワイ
ヤを巻線したコアレスコイルの中央空間部分に、絶縁性
を有する例えば射出成形用樹脂等を充填してなるコイル
ホルダ３０を設けてある。コイル５が丁度納まる形状寸
法のキャビティを有する金型にコイル５をいれて、コイ
ルの中央空間部分に射出成形により樹脂を充填すると、
樹脂がコイル巻線の内周の凹凸に入り込むため、当該樹
脂とコイルとの間に高い密着性が得られる。なお、コイ
ルホルダ３０には、樹脂の他にシリコンあるいは硬質ゴ
ム等も使用可能である。樹脂としては、上述のとおり射
出成形可能なものが好ましいが、絶縁性を有すれば特に
種類は限定しない。

【００２１】コイルホルダ３０の厚さは、コイル巻線の
厚さより若干厚めにするのがよい。そして、その下面す
なわちコイル基板７に接合する面に、例えば２本のボス
３１が突設されている。このコイルホルダ３０を備えた
コイル５をコイル基板７に取り付けるため、コイル基板
７に予めボス３１の挿通穴３２を開けておく。そして、
コイル５の巻線の下面部分及びこれと一体に平面化され
たコイルホルダ３０の下面に接着剤を塗布して、コイル
基板７のボス挿通穴３２にボス３１を嵌合すると共にコ
イル５をコイル基板７に接着する。なお、その場合、コ
イル基板７の反対面に補強基板１３を接着するに当た
り、反りを効果的に相殺するべく同一，同量の接着剤を
同面積に使用することは、第１の実施の形態と同様であ
る。

【００２２】この第２の実施形態によれば、凹凸のある
コイル巻線のみとの接着の場合と異なり、ボス３１の結
合力と平面同士による広い接着面積との作用で、コイル
５とコイル基板７とが、上記第１の実施形態の場合より
強固に一体化される。特に、推力発生方向に対して垂直
にコイル５を保持するボス３１と挿通穴３２との嵌合に
よる保持効果が大きい。また、ボス３１によりコイル５
のコイル基板７に対する位置が決定できるからコイル５
自身の位置決めが容易になる。

【００２３】また、このように、強固にコイル５とコイ
ル基板７とが一体化されると、コイル５の剥離が防止で
きる。更にまた、運動するコイル５自体の剛性も向上す
るから、コイルホルダ３０を有しないものよりさらに共
振周波数が上がり、速度及び位置決め精度に高い制御性
が確保できるという効果がある。その他の構成及び作用
・効果は第１の実施の形態と同様である。勿論、図７，
図８に示したリニアモータ組み込み位置決めテーブル装
置へも同様に適用可能である。

【００２４】なお、上記実施の形態では、３相のコイル
を２組とした場合を説明したが、２組以外の組み合わせ
にも適用できる。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るリ
ニアモータにあっては、可動子の電機子コイルの保持構
造を、コイル基板上にコイルを接着すると共に、当該コ
イル基板の反対面側に電機子コイルの接着に対応させて
補強基板を接着したものとしたため、コイル基板の反り
を抑制できてモータに組み込んでも磁石との干渉が防止
され、これにより磁石とコイルとの間のエアギャップを
極小にすることができ、その結果、可動子移動方向の剛
性が増大して共振周波数が高められると共にモータ推力
の向上と位置決め精度の向上が得られるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニアモータの第１の実施形態におけ
る可動子の平面図である。

【図２】その正面図である。

【図３】その可動子の分解図である。

【図４】本発明のリニアモータの一部を切り欠いて示し
た平面図である。

【図５】その正面図で、（ａ）は全体、（ｂ）は取付け
部分を示す。

【図６】本発明のリニアモータにおけるコイル巻線の配
列パターンの説明図で、（ａ）は結線図、（ｂ）はプリ
ントパターンの図である。

【図７】本発明のリニアモータを搭載した位置決めテー
ブル装置の平面図である。

【図８】その正面図である。

【図９】本発明のリニアモータの電機子コイルの第２の
実施形態の図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図であ
る。

【図１０】図９に示す電機子コイルとコイル基板との取
り付けを説明する正面図である。

【図１１】従来のリニアモータの平面図である。

【図１２】ぞの正面図である。

【図１３】従来のリニアモータの可動子の平面図であ
る。

【図１４】その正面図である。

【図１５】その側面図である。

【図１６】従来のリニアモータにおける可動子の反りを
示す正面図である。

【図１７】従来のリニアモータにおける可動子の反りを
示す側面図である。

【符号の説明】

２ 永久磁石 ４ 固定子 ５ 電機子コイル ６ 可動子 ７ コイル基板 １３ 補強基板 ２０ 位置決めテーブル装置 ３０ コイルホルダ（コイル充填物） ３１ ボス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣り合う磁極の極性が異なるように並列
   に配設した複数個の永久磁石からなる固定子と、該固定
   子の磁石と協働して移動推進力が付与される複数個の電
   機子コイルを有する可動子とを備えたリニアモータにお
   いて、 前記可動子は、その移動方向に対し直交するように巻か
   れた各電機子コイルを可動子移動方向に沿い一列に並べ
   て絶縁性で且つ非磁性の板状コイル基板上に接着すると
   共に、当該コイル基板の反対面側に前記電機子コイルの
   接着に対応させて補強基板を接着してなることを特徴と
   するリニアモータ。