JP2001251840A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強固で剛性を持たせた構造で、全体の容積や
質量が大きく、加速や制動などの動作制御が難しく、製
造コストが高く、用途が限定されている、という従来の
リニアモータの問題点を克服する。 【構成】 永久磁石を配列した固定子と、この固定子に
対向して設けた電気捲線を有する可動子とから成るリニ
アモータに付き、前記固定子を薄板状体に永久磁石を配
列して成るものとした。また電気捲線を配列した固定子
と、この固定子に対向して設けた永久磁石を有する可動
子とから成るリニアモータに付き、前記固定子を薄板状
体に電気捲線を配列して成るものとした。またこれ等に
付いて、更に前記薄板状体が可撓性を有するものであ
り、且つ前記可動子と前記固定子とが吸着することを阻
止して可動子と固定子との間の間隔を一定に保つための
間隔保持機構を備えたものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、特に固定子側が
薄型且つ軽量であり、また必要に応じて固定子側をフレ
キシブルに構成することが可能なリニアモータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータは固定子とこの固定子に対
向して設けた可動子とから成る。これは回転モータに於
ける固定子と回転子とを展開したものと考えられ、この
回転子がリニアモータでは可動子として構成されてい
る。またリニアモータは減速機構を持たないため無通電
時に負荷側から容易に動かすことが出来る。また静音動
作が可能である。このようなリニアモータの用途とし
て、鉄道、エレベータ、物品コンベアやマンコンベア、
自動ドア、各種医療器具などの一軸駆動装置を上げるこ
とが出来る。

【０００３】前記固定子側に永久磁石を使用するタイプ
のものでは、ヨークに多数個の永久磁石が配列され、こ
れに対向する可動子側に電気捲線を配置している。ある
いは前記固定子側に電気捲線を使用するタイプのもので
は、多数個の電気捲線が配列され、これに対向する可動
子側に永久磁石を配置している。その何れのタイプに於
いても、固定子側と可動子側との間に作用する強力な吸
引力に耐えて永久磁石と電気捲線との間隔を一定に保持
するために、固定子側も可動子側も強固で剛性を持たせ
たものとしている。即ち、可動子側に所要の推進力を発
生させるためには永久磁石と電気捲線との間隔を０．３
〜１．０ｍｍ程度に維持しなくてはならないわけであ
り、これにより永久磁石と電気捲線との間には強力な吸
引力が発生する。このため固定子側も可動子側も強固で
剛性を持たせた構造のものとしなくてはならない。なお
可動子の取り付けにはスライドレール、リニアベアリン
グやボールリテーナなどが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに強固で剛性を持たせた構造にし、永久磁石と電気捲
線との吸着を防ぎ、その間隔を適正に保とうとすること
によって、全体の容積や質量が大きく、加速や制動など
の動作制御が難しくなり、製造コストが高くなるなどの
問題を抱えている。従って用途が限定されるという欠点
があるのである。そこでこの発明は、上述したような問
題点の解決を課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題は請求
項１の発明では、永久磁石を配列した固定子と、この固
定子に対向して設けた電気捲線を有する可動子とから成
るリニアモータに於いて、前記固定子は薄板状体に永久
磁石を配列して成るものとすることにより達成される。
また請求項２の発明では、電気捲線を配列した固定子
と、この固定子に対向して設けた永久磁石を有する可動
子とから成るリニアモータに於いて、前記固定子は薄板
状体に電気捲線を配列して成るものとすることにより達
成される。

【０００６】請求項１の発明では、薄板状体に永久磁石
を配列して成る簡易構造の固定子を採用することによ
り、リニアモータ全体を薄型化することができる。また
請求項２の発明では、薄板状体に電気捲線を配列して成
る簡易構造の固定子を採用することにより、リニアモー
タ全体を薄型化することができる。従ってリニアモータ
全体の容積、質量が小さくなり、コストが低減する。こ
れによりリニアモータの用途が広がる。

【０００７】請求項３の発明では、請求項１または請求
項２に於いて更に、前記薄板状体が可撓性を有するもの
であり且つ前記可動子と前記固定子とが吸着することを
阻止して可動子と固定子との間の間隔を一定に保つため
の間隔保持機構を備えているものとした。

【０００８】請求項３の発明では前記薄板状体の薄さに
付いての性質を活用すべく、これに可撓性を付与して、
この性質をより積極的に活用して行くことを目論んでい
る。同時に間隔保持機構を設けることによって、可動子
が在る部位（両者が対向している部位）の固定子と可動
子とが互いに吸着することを阻止し、可撓性を有する固
定子と、可動子との間の間隔が一定に保たれるようにし
ている。これにより、可動子と固定子との間隔が、可動
子が在る部位に於て、適正に保たれ（可動子側が固定子
側の撓み具合に追随することができ）、可動子側が所要
の推進力を維持することができる。更に請求項３の発明
では、固定子が直線上に在る必要がなくなり、円弧状の
パスや波状のパスなどを自由に設計したり、固定子側を
取り付ける対象物側の形状に合わせる努力をすることが
可能となっている点に特長を有する。またある時点で観
測した場合、可動子が対向していない部位の固定子が自
由に撓むことができるのもこの請求項３の発明の特徴で
ある。従って例えば夏冬の温度差により薄板状体が伸縮
するような場合でも問題が生じない。このようであるた
め、請求項３の発明によれば更にリニアモータの用途が
広がる。

【０００９】次に請求項４の発明は請求項３に於いて、
前記間隔保持機構が可動子側に設けられ固定子側に接触
して回転する回転体であるものとした。また請求項５の
発明は請求項３に於いて、前記間隔保持機構が固定子側
に設けられ可動子側に接触して回転する回転体であるも
のとした。

【００１０】ここで言う回転体とは主として転がり軸受
けのことであり、請求項４の発明に於いてはコロ、ボー
ル、ニードルなどが用いられている。このような転がり
軸受けは可動子側に設けた脚部の先端部に設けられるな
どして固定子面を転動する。また請求項５の発明に於い
てはニードルなどが用いられ、ニードルが転動して、可
動子がニードル面を滑動する。従って上記構成によれ
ば、可動子と固定子との間隔を、両者が対向している部
位に於いて、一定に保つことができる。

【００１１】次に請求項６の発明は請求項３に於いて、
前記間隔保持機構が可動子側に設けられ固定子側に接触
して滑動する滑動体であるものとした。また請求項７の
発明は請求項３に於いて、前記間隔保持機構が固定子側
に設けられ可動子側面に接触して滑動する滑動体である
ものとした。

【００１２】ここで言う滑動体とは主としてすべり軸受
けのことであり、例えばフッ素樹脂摺動材であるターカ
イトのような摩擦係数の小さな材料が利用可能である。
従って滑動体を可動子と固定子との間に滑動体を介在さ
せることによって、可動子と固定子との間隔を、両者が
対向している部位に於て、一定に保つことができる。な
お請求項６の発明では滑動体を可動子側に設けたものと
しており、請求項７の発明では滑動体を固定子側に設け
たものとしている。

【００１３】次に請求項８の発明は請求項３に於いて、
前記薄板状体が、この薄板状体を固定する対象物に対し
遊着して成るものした。遊着とは遊びを持たせて取り付
けることであり、薄板状体が対象物に完全には固着され
ていない状態となる。

【００１４】前記薄板状体が可撓性を有し、而も対象物
に遊着されているため、薄板状体が更に自由に撓むこと
ができる。従って、可動子側に如何なる非線形運動が生
じようとも固定子側がこれに追随することができる。

【００１５】次に請求項９の発明は請求項１に於いて、
前記永久磁石の、少なくとも固定子の長手方向に対応す
る角部に、アールを形成して成るものとした。

【００１６】これは仮に固定子側の永久磁石に可動子側
の電気捲線が接触しそうになるような事態が生じたよう
な場合でも、永久磁石の角部にアールが設けられている
ことにより、電気捲線が永久磁石の角部に引っ掛かって
抵抗力が発生する、と言うような問題を防止することが
できる。特に請求項３で固定子に配列された永久磁石に
関して有効な構成である。従って可動子は円滑な動作を
行なうことができるようになる。

【００１７】次に請求項１０の発明は請求項１に於い
て、前記永久磁石が、薄板状体に設けた溝部または孔部
に填め込んで成るものとした。

【００１８】従って、薄板状体への永久磁石の取り付け
に際して１個毎の位置決めを行なう必要がない。なおこ
の構成を請求項３の薄板状体が可撓性を有するものに適
用した場合、薄板状体が撓んでも永久磁石が脱落しにく
くなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照しながら説明するが、この発明はこれ等の実施形
態に限定されるものではない。

【００２０】第１実施形態 図１乃至図３は第１実施形態のリニアモータを模式図で
表わしたものである。このリニアモータは、固定子１側
を壁面Ｗに固定し、壁面Ｗの一部分であり且つ壁面Ｗに
平行に設置したガイドレールＲ上を可動子２側が推進す
る。またこれはリニアモータを自動ドアに適用した場合
について説明したものであり、架台４より負荷としての
自動ドアが垂下される（図示せず）。

【００２１】固定子１側は、薄板状体としての鉄板１０
とこの鉄板１０上に配列された永久磁石１１とから構成
される。鉄板１０は壁面Ｗに添わせて固定される。また
鉄板１０は上下部分に後述するローラー３１が転動する
走行部１３を有し、中間部分には永久磁石１１を填め込
んで固定するための填め込み溝１２が配設され、その各
々の填め込み溝１２に永久磁石１１が接着剤にて固着さ
れている。なお、永久磁石１１は幅２０ｍｍのものを隣
り合う極性が逆になるように填め込み溝１２に填め込
む。この填め込み溝１２は垂直より５度だけ傾斜するよ
うに形成されており、隣り合う填め込み溝１２の間隔を
１０ｍｍとした。なお、填め込み溝１２に対する永久磁
石１１の固定には、上記接着剤によるものだけでなく押
さえ金具を用いるなど公知の技術が利用可能である。

【００２２】可動子２側の電磁石は３極構造であり、こ
の電磁石はベース板２０に取り付けられたヨーク２１に
電気捲線２２を捲回して構成される。このヨーク２１の
幅は２０ｍｍであり、ヨーク２１の隣り合う間隔は２０
ｍｍであり、この中間部分と全体の両端部に補極を設け
た（図示せず）。なお電気捲線２２は３個が独立してヨ
ーク２１に捲回されている。

【００２３】次に、可動子２と固定子１との間の間隔
を、動作中一定に保つための間隔保持機構３は、ベース
板２０から鉄板１０に向けて突設した間隔保持脚３０
と、その先端部に回転自在に取り付けられたローラー３
１とから構成され、このローラー３１は前記走行部１３
に接触回転する。この際、永久磁石１１とヨーク２１と
の間に０．５ｍｍのギャップＧが生ずるように間隔保持
機構３を設計する。これによって、互いに吸引し合う永
久磁石１１とヨーク２１との間隔を一定に保つことがで
きるのである。なお、ベース板２０の下方部には架台４
を設けており、この架台４はベース板２０に固定したコ
字形状の推進力伝達金具４０と、この推進力伝達金具４
０に回転軸４２で取り付けた荷重受けローラー４１とか
ら構成されている。前記推進力伝達金具４０は、ガイド
レールＲを潜るようにして配置されている。

【００２４】さて、図示していない制御装置から電気捲
線２２の各相に電流を流すと、電気捲線２２による電磁
石と永久磁石１１とは、電磁石の発生する磁束の極性と
それに対向する永久磁石１１の極性との関係により、吸
引力・反発力が発生して、右方向または左方向への推進
力が発生する。電気捲線２２に電流が流れていても、流
れていなくても、永久磁石１１とヨーク２１との間には
吸引力が発生しているのであるが、その間隔は間隔保持
機構３の存在によりギャップＧという常に一定の距離を
保ち、近付くことがない。

【００２５】この実施形態では、固定子１側が薄板状体
としての鉄板１０とこの鉄板１０上に配列された永久磁
石１１とから構成されている。従って、固定子１側の容
積や質量が減少して装置全体がコンパクトなものとな
り、また固定子１側と可動子２側との組み付けが簡略化
されるため、可動子２側も軽量なものにすることができ
る。この結果加速や制動などの動作制御が比較的容易と
なり、製造コストが低くなり、用途が広がるという特長
を発揮している。なお間隔保持機構３について、間隔保
持脚３０をベース板２０から鉄板１０に向けて突設して
いるが、これを逆にして鉄板１０からベース板２０に向
けて突設する構成も可能である。この場合には間隔保持
脚３０の先端部に設けたローラー３１がベース板２０面
を接触回転し、可動子２と固定子１との間の間隔を動作
中一定に保つことができ、上記同様の作用効果を奏す
る。

【００２６】第２実施形態 図４は第２実施形態のリニアモータを表わす。このリニ
アモータは、基本的には第１実施形態のものに倣うが、
固定子６側が薄板状体としての鉄板６０とこの鉄板６０
上に配列されたヨーク６１とこのヨーク６１に捲回され
た電気捲線６２とから構成され、可動子５側がベース板
５０に取り付けられた永久磁石５１により構成されてい
る。また前記間隔保持機構３によって永久磁石５１とヨ
ーク６１との間に０．５ｍｍのギャップＧが生ずるよう
に構成されている。この実施形態も第１実施形態と同
様、装置全体の容積や質量が減少してがコンパクトなも
のとなり、加速や制動などの動作制御が比較的容易とな
り、製造コストが低くなり、用途が広がるという特長が
ある。

【００２７】第３実施形態 図５および図６は第３実施形態の動作状態説明図であ
る。この実施形態はその殆どの構成を上述した第１実施
形態に倣うが、この実施形態の特徴として、薄板状体と
しての鉄板７０に可撓性を持たせたものを使用している
点を上げることができる。即ち固定子７側は、可撓性を
有する薄板状体としての鉄板７０と、この鉄板７０上に
配列された永久磁石７１とから構成される。この実施形
態に於ける鉄板７０は板厚が２ｍｍ厚のものである。ま
た可動子２の移動方向を左右方向とし、壁面Ｗに対する
取り付け姿勢を水平姿勢とした設置形態を取っている。
即ち鉄板７０は、壁面Ｗに添わせてその両端部のみ壁面
Ｗに固定されるものであり、中間部分では自在に撓むこ
とができように為されている。従って、例えば固定子７
にその長手方向を略軸とする回転力を加えると、鉄板７
０がその上縁部側からまたは下縁部側から、壁面Ｗより
引き離されるようにねじれるのである。このように、固
定子７の壁面Ｗに対する固定形態は、垂直方向に対して
フリーなものと成っている。図５では可動子２に、鉄板
７０から遠ざかる方向への引っ張り力が加わった状態を
示すが、固定子７側の鉄板７０がその特性を活かして撓
むことによって、永久磁石７１と可動子２とが離れるよ
うなことがなく、前記ギャップＧという常に一定の距離
を保つ。従って推進力には何等の影響もない。また図６
では可動子２に反時計回り方向への力が加わった状態を
示すが（このような事態は例えば可動子２から垂下した
自動ドアが風で煽られたような場合に発生する）、鉄板
７０が撓むことによって、永久磁石７１と可動子２とが
離れることはない。図中破線は撓んでいない時の鉄板７
０を表わす。このように上記何れの場合も、鉄板７０が
撓んで可動子２の動きに追従するが、この点がこの実施
形態の最大の特長である。なお図５は動作状態の説明図
であるから、煩雑になるのを避けるため永久磁石７１を
１個だけしか描き表わしていない。

【００２８】第４実施形態 図７は第４実施形態の模式図である。上述の第１乃至第
３実施形態では、固定子側と可動子側との間のギャップ
Ｇが保たれるように、間隔保持脚３０を主体とする間隔
保持機構３を設けていた。しかしながら第４実施形態で
は間隔保持機構を、固定子１の永久磁石１１の表面に取
り付けたターカイト８としている。このターカイト８は
摩擦係数が小さいフッ素樹脂摺動材である。従って、タ
ーカイト８の表面は可動子２のヨーク２１の表面に接触
するも円滑にヨーク２１上を摺動することができ、且つ
ターカイト８の厚みである０．３ｍｍの間隔を正確に保
つことができる。この実施形態のリニアモータは、間隔
保持機構がターカイト８の層のみであるから、より一層
のコンパクト化を実現している。なお、摩擦係数の小さ
な摺動材にはターカイト以外の素材を任意に利用するこ
とができ、また摺動材の取り付け位置も固定子１側に設
ける他、可動子２側に設けたり、固定子１と可動子２の
双方に設けるなどのバリエーションを与えることが可能
である。また摺動材は塗布、コーティング、貼付、焼き
付けなどの任意方法にて、所要部位の表面に形成するこ
とができる。

【００２９】第５実施形態 図８は第５実施形態の説明図であるが、固定子７を構成
する永久磁石７２の角部にアール７３を形成すると共に
可動子２を構成するヨーク２３の角部にアール２４を形
成したものである。符号２２は電気捲線を指し示す。こ
の構成によれば仮に固定子７側が強い外力によって予想
を越えて湾曲するなどし、固定子７側の永久磁石７２に
可動子２側のヨーク２３が接触しそうになるような事態
を生じるような場合でも、永久磁石７２の角部にアール
７３が、またヨーク２３の角部にアール２４が設けられ
ていることにより互いの角部が引っ掛かって抵抗力を発
生すると言うような問題が防止される。なおアール７３
のみ設けたり、アール２４だけ設けるような構成も可能
である。またアールは上述した第４実施形態の摺動材に
適用することができる。

【００３０】第６実施形態 図９は第６実施形態の説明図であるが、壁面に鉄板７０
を取り付けるに当たって、鉄板７０の片側のみボルト７
４でしっかりと固定し、他側は鉄板７０に開孔した長孔
７５を利用し、ここにボルト７４を挿入して壁面に遊着
するものとしている。従って、環境の温度変化や経年変
化などにより、設置当初の状態から寸法などが変化して
も、そのような変化に影響されることなく、正常な動作
を続けることができる。この他、図５や図６で示したよ
うに、鉄板７０に外部からの力が加わって鉄板７０が変
形したような場合でも、これを無理に阻止しようとする
のではなく自然に変化させて状況に適応させることがで
きる。これはひとえにギャップＧという常に一定の距離
を保ちつつ可動子が固定子に追随し得る構成によるので
ある。なお鉄板７０に開孔した長孔７５を利用する以外
の構成例としては、各種バネを使用して鉄板７０を壁面
に半固定するなどを上げ得る。

【００３１】なお、この発明は上述した実施形態にのみ
限定されないから、薄板状体の素材の選択は任意であ
り、電気捲線のみの空芯コイルを利用することができ
る。また間隔保持機構を備えているものに付いては、薄
板状体に意図的にカーブを形成したり、軽度にひねった
形状とすることなども可能である。またこの発明のリニ
アモータの用途も自由であり、自動ドア、自動カーテ
ン、パーティション、物品や人体の搬送、鉄道模型など
様々な分野に適用可能である、特にこの発明は全体とし
て軽量且つコンパクトであり、動作も機敏であり、更に
低コストであるため、多方面に利用可能である。なお上
述した各実施形態では、リニアモータの設置に当たり、
図１、図４、図７で表わしたような姿勢のみ説明した
が、用途によって自由に設計変更することができる。ま
たこれに伴ないリニアモータに負荷を与える場合では、
負荷の取り付け位置やその機構などは図示例に限定され
ない。

【００３２】

【発明の効果】以上この発明は、永久磁石を配列した固
定子と、この固定子に対向して設けた電気捲線を有する
可動子とから成るリニアモータに於いて、前記固定子は
薄板状体に永久磁石を配列して成るものであることを特
徴とするリニアモータとした。この場合、前記薄板状体
が可撓性を有するものであり、且つ前記可動子と前記固
定子とが吸着することを阻止して可動子と固定子との間
の間隔を一定に保つための間隔保持機構を備えているも
のとした。またこの発明は電気捲線を配列した固定子
と、この固定子に対向して設けた永久磁石を有する可動
子とから成るリニアモータに於いて、前記固定子は薄板
状体に電気捲線を配列して成るものであることを特徴と
するリニアモータとした。この場合も上記同様、前記薄
板状体が可撓性を有するものであり、且つ前記可動子と
前記固定子とが吸着することを阻止して可動子と固定子
との間の間隔を一定に保つための間隔保持機構を備えて
いるものとした。

【００３３】この結果、少なくとも固定子側の容積や質
量が減少し、加速や制動などの動作制御が比較的容易と
なり、また製造コストが低くなり、用途が広がるという
効果を生じて、所期の目的を達成している。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の模式図である。

【図２】同実施形態の固定子に於ける永久磁石１２の配
列を示す説明図である。

【図３】同実施形態の固定子の部分断面図である。

【図４】第２実施形態の模式図である。

【図５】第３実施形態の動作状態説明図である。

【図６】同実施形態の動作状態説明図である。

【図７】第４実施形態の模式図である。

【図８】第５実施形態の説明図である。

【図９】第６実施形態の説明図である。

【符号の説明】

１ 固定子 １０ 鉄板 １１ 永久磁石 １２ 填め込み溝 １３ 走行部 ２ 可動子 ２０ ベース板 ２１ ヨーク ２２ 電気捲線 ２３ ヨーク ２４ アール ３ 間隔保持機構 ３０ 間隔保持脚 ３１ ローラー ４ 架台 ４０ 推進力伝達金具 ４１ 荷重受けローラー ４２ 回転軸 ５ 可動子 ５０ ベース板 ５１ 永久磁石 ６ 固定子 ６０ 鉄板 ６１ ヨーク ６２ 電気捲線 ７ 固定子 ７０ 鉄板 ７１ 永久磁石 ７２ 永久磁石 ７３ アール ７４ ボルト ７５ 長孔 ８ ターカイト Ｇ ギャップ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を配列した固定子と、この固定
   子に対向して設けた電気捲線を有する可動子とから成る
   リニアモータに於いて、前記固定子は薄板状体に永久磁
   石を配列して成るものであることを特徴とする、リニア
   モータ。
2. 【請求項２】 電気捲線を配列した固定子と、この固定
   子に対向して設けた永久磁石を有する可動子とから成る
   リニアモータに於いて、前記固定子は薄板状体に電気捲
   線を配列して成るものであることを特徴とする、リニア
   モータ。
3. 【請求項３】 前記薄板状体が可撓性を有するものであ
   り、且つ前記可動子と前記固定子とが吸着することを阻
   止して可動子と固定子との間の間隔を一定に保つための
   間隔保持機構を備えている、請求項１または請求項２に
   記載のリニアモータ。
4. 【請求項４】 前記間隔保持機構が、可動子側に設けら
   れ固定子側に接触して回転する回転体である、請求項３
   に記載のリニアモータ。
5. 【請求項５】 前記間隔保持機構が、固定子側に設けら
   れ可動子側に接触して回転する回転体である、請求項３
   に記載のリニアモータ。
6. 【請求項６】 前記間隔保持機構が、可動子側に設けら
   れ固定子側面に接触して滑動する滑動体である、請求項
   ３に記載のリニアモータ。
7. 【請求項７】 前記間隔保持機構が、固定子側に設けら
   れ可動子側面に接触して滑動する滑動体である、請求項
   ３に記載のリニアモータ。
8. 【請求項８】 前記薄板状体が、この薄板状体を固定す
   る対象物に対し遊着して成る、請求項３に記載のリニア
   モータ。
9. 【請求項９】 前記永久磁石の、少なくとも固定子の長
   手方向に対応する角部に、アールを形成して成る、請求
   項１に記載のリニアモータ。
10. 【請求項１０】 前記永久磁石が、薄板状体に設けた溝
    部または孔部に填め込んで成る、請求項１に記載のリニ
    アモータ。