JP2002034229A - コアレスリニアモータ - Google Patents

コアレスリニアモータ

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JP2002034229A
JP2002034229A JP2000216860A JP2000216860A JP2002034229A JP 2002034229 A JP2002034229 A JP 2002034229A JP 2000216860 A JP2000216860 A JP 2000216860A JP 2000216860 A JP2000216860 A JP 2000216860A JP 2002034229 A JP2002034229 A JP 2002034229A
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armature
coil
linear motor
coreless linear
core
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JP2000216860A
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Takeshi Miyamoto
宮本  剛
Ryuichiro Tominaga
竜一郎 富永
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線占積率の低下や位置ずれを生じることな
く、コイルの絶縁皮膜の損傷がないコアレスリニアモー
タを提供する。 【解決手段】界磁極を構成する複数の永久磁石4を直線
状に並べて配置した界磁ヨーク3と、永久磁石4の列と
磁気的空隙を介して対向配置した電機子6とを備え、電
機子6は、集中巻にした複数個のコイル群からなる電機
子コイル61を樹脂モールド71で一体成形してなるコ
アレスリニアモータ1において、電機子6の断面中央に
は、電機子6の長手方向に延びるように設けた非磁性部
材から成る矩形断面を有する芯金8を配置し、芯金8の
外周には、電機子コイル61を構成する各々のコイル群
の空芯部を貫通するように配設すると共に、芯金8の長
手方向に向かって各々のコイル群を傾斜させて配置して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
装置や工作機などの分野で、一定速送りあるいは高速位
置決め送りとして用いられると共に、推力や応答性の面
で高い性能が要求されるコアレスリニアモータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば半導体製造装置や工作機な
どの分野で、一定速送りあるいは高速位置決め送りとし
て用いられるコアレスリニアモータは、図1のようにな
っている。なお、図1は本発明と従来技術に共通なコア
レスリニアモータの全体斜視図であって、図では、電機
子を可動子に、界磁極を固定子としたものを例にとって
説明する。図において、1はコアレスリニアモータ、2
は界磁ヨーク固定板、3は界磁ヨーク、4は永久磁石、
5は電機子固定板、6は電機子である。コアレスリニア
モータ1は、平板状で、かつ、磁束を通すための二つの
界磁ヨーク3と、界磁ヨーク3の内側に沿って交互に極
性が異なるようにλピッチごとに配置された複数個の永
久磁石4とで、固定子となる界磁極を構成している。こ
こで、界磁ヨーク3は界磁ヨーク固定板2によって支持
されている。また、上記の固定子に対して、永久磁石4
の列と磁気的空隙を介して可動子となるコアレス型の電
機子6が対向配置されている。電機子6は電機子固定板
5を図示しない通しボルトなどで固定すると共に、電機
子固定板5の上端には、図示しない負荷を載置するため
のテーブルを設けるようにしている。なお、電機子6
は、図示しないリニアガイドなどの支持手段によって自
在に直線直動できる。このようなコアレスリニアモータ
において、推力や応答性の面で性能を向上させるため
に、電機子コイルの成形に工夫が施されている。一般に
コアレスリニアモータをコイル形態で分けると、集中
巻、ヘリカル巻などが挙げられる。ここで第1の従来技
術として、集中巻にしたコイル群を重ねずに配置した電
機子コイルを有するコアレスリニアモータは図4、図5
のようになっている。なお、図4は、第1の従来技術を
示すコアレスリニアモータの平断面図であって、図1に
おける電機子取付板を取り外して上部から見た図に相当
する。図5は図4に示した集中巻電機子コイルの配置関
係を示した側面図である。図に示すように、電機子6
は、集中巻にした複数個のコイル群からなる電機子コイ
ル62と、電機子コイル62を扁平状に一体成形するよ
うに固着する樹脂モールド72とより構成されている。
図示した電機子コイルは、予め集中巻のコイルを製作
し、所定の磁極を形成するよう結線し、樹脂モールドま
たは樹脂注型により固着される(例えば、米国特許第4
151447号)。また、第2の従来技術として、ヘリ
カル巻の場合は図6のようなっている。図6はヘリカル
巻電機子コイルの側面図である。ヘリカル巻により成形
された電機子コイル63は、帯状からなる3個のコイル
層から構成されており、このような各コイル層は、U
相、V相、W相の要素コイルを一体化してなる組コイル
を折り曲げることにより、帯状のコイル層に成形され
る。電機子コイル63は、各コイル層を順に積層した
後、樹脂モールド(図示せず)により固定して一体成形
されている(例えば、特開平10−336993号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、以下の問題があった。 (1)集中巻の電機子コイル62の場合は、各コイル群
の中央部に空芯部が設けられでいるために、空芯部がデ
ッドスペースとなって巻線占積率が低下し、その結果、
推力や応答性の面で性能を低下させていた。また、電機
子を組み立てる過程で、コイル群は芯金を用いずに樹脂
モールド72により固着しているため、電機子の長手方
向に沿って精度良く配置することができず、位置ずれを
生じていた。 (2)ヘリカル巻の電機子コイル63の場合は、コイル
の成形において帯状に製成形したものを鋭角に折り曲げ
る必要があるため、コイル成形工程が複雑であると共に
コイルの絶縁皮膜を損傷しやすい。本発明は、上記課題
を解決するためになされたものであり、巻線占積率の低
下や位置ずれを生じることなく、コイルの絶縁皮膜の損
傷がないコアレスリニアモータを提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の本発明は、交互に極性が異なるように界
磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置し
た界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して
平行に対向配置した電機子とを備え、前記電機子は、集
中巻にした複数個のコイル群からなる電機子コイルと、
前記電機子コイルを扁平状に一体成形するように固着す
る樹脂モールドとよりなるコアレス型のもので構成され
ており、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子
に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相
対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおい
て、前記電機子の断面中央には、前記電機子の長手方向
に延びるように設けた非磁性部材から成る矩形断面を有
する芯金を配置してあり、前記芯金の外周には、前記電
機子コイルを構成する各々のコイル群の空芯部を貫通す
るように配設すると共に、前記芯金の長手方向に向かっ
て前記各々のコイル群を傾斜させて配置したものであ
る。請求項2の本発明は、請求項1記載のコアレスリニ
アモータにおいて、前記各々のコイル群における空芯部
の長辺は、前記芯金の矩形断面の長辺より僅かに広い形
状としたものである。請求項3の本発明は、請求項1ま
たは2に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記芯
金と前記電機子コイルの間に絶縁を行う絶縁部材を設
け、前記絶縁部材の表面形状を波形にしたものである。
請求項4の本発明は、請求項1から3までの何れか1項
に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記各々のコ
イル群におけるリード線の巻始め、巻終わり部とからな
る口出し線側を同方向から取り出すと共に、前記口出し
線側に前記コイルの絶縁を行うと共に結線をパターン化
したプリント基板を配置したものである。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図2は本発明の第1の実施例を示すコア
レスリニアモータの平断面図であって、図1における電
機子取付板を取り外して上部から見た図に相当する。図
3は電機子コイルとプリント基板の接続を示す斜視図で
ある。なお、本発明が従来技術と同じ構成要素について
は同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明す
る。本発明が従来と異なる点を以下説明する。図2にお
いて、電機子6の中央には、電機子6の長手方向に延び
るように設けた非磁性部材から成る矩形断面を有する芯
金8を配置してあり、芯金8の外周には、電機子コイル
61を構成する各々のコイル群の空芯部を貫通させると
共に、芯金8の長手方向に向かって各々のコイル群を傾
斜させて樹脂モールド71により扁平状に一体成形して
ある点である。また、図3に示すように、各々のコイル
群と芯金8の位置決めを容易にするため、各々のコイル
群における空芯部の長辺H1を、芯金8の矩形断面の長
辺H2より僅かに広い形状としてある。そして、芯金8
と電機子コイル61の間に絶縁を行う絶縁部材10を設
けると共に、絶縁部材10の表面形状を図示しない段差
を付けた波形にして各々のコイル群の位置決めを容易に
する構造にしてある。この絶縁部材10は絶縁紙または
樹脂モールドなどを用いるようにして良い。さらに、各
々のコイル群におけるリード線の巻始め、巻終わり部と
なる口出し線61A、61B側を同方向から取り出すと
共に、口出し線61A、61B側にコイルの絶縁を行う
と共に結線をパターン化したプリント基板を配置した点
であり、パターン化した基板上で、図示しないモータド
ライバとの結線を行うようになっている。
【0006】このようなコアレスリニアモータの組立を
行う際には、予め集中巻にして巻回された複数のコイル
群を、間に絶縁部材10を介して芯金8に対して矢印方
向に貫通させながら傾斜させて配置すると共に、コイル
の口出し線61A、61B側を同方向に揃えてプリント
基板9に接続させ、その後、樹脂モールド71により固
着して電機子6を完成させる。
【0007】次に、動作について説明する。このような
コアレスリニアモータ1は、集中巻にした各々のコイル
群の空芯部を芯金に貫通させて電機子6の長手方向に向
かって傾斜して配置させたので、電機子コイル61に電
機子6の位置に応じた所定の電流を流すと、電機子コイ
ル61と永久磁石4との電磁作用により、電機子6が図
示しないリニアガイドによって支持されながら、界磁極
の長手方向に沿って直線移動する。
【0008】したがって、電機子を組み立てる過程で、
電機子6の中央に、電機子6の長手方向に延びるように
設けた非磁性部材から成る矩形断面を有する芯金8を配
置し、また、芯金8の外周に、電機子コイル61を構成
する各々のコイル群の空芯部を貫通させると共に、芯金
8の長手方向に向かって各々のコイル群を傾斜させた構
成にしたので、芯金8を挟んで対向するコイル群同士は
電機子端部を除いて、同相になることから巻線占積率が
低下することはなく、推力や応答性の面で性能を低下さ
せるといった問題をなくすことができる。また、各々の
コイル群における空芯部の長辺は、芯金8の矩形断面の
長辺より僅かに広い形状としたため、電機子6の長手方
向に沿って精度良く配置することができ、位置ずれをな
くすことが出来る。また、電機子コイル61は、集中巻
コイルで構成したため、ヘリカル巻コイルの成形のよう
に、帯状に成形したものを鋭角に折り曲げる必要がない
ため、コイル成形工程を容易にでき、コイルの絶縁皮膜
の損傷をなくすことができる。また、各々のコイル群に
おけるリード線の巻始め、巻終わり部となる口出し線6
1A,61B側に結線をパターン化したプリント基板9
を配置したため、結線ミスなどをなくすことが出来る。
【0009】なお、各実施例では、界磁ヨークが電機子
の両側にある磁束貫通型構造のコアレスリニアモータの
例を示したが、磁束貫通型構造の軸対象位置から半分に
カットした構造と同等の、いわゆるギャップ対向型のも
のでも構わない。また、各実施例では、電機子を可動子
とし、界磁ヨークを固定子とするコアレスリニアモータ
の例を示したが、この構成に限定されず界磁ヨークを可
動子とし、電機子を固定子とする構成にしても構わな
い。また、本実施例によるリニアモータは、3相コイル
2の事例を説明したが、このようなコイル相数に限定す
ることなく、適宜選択しても構わない。
【0010】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の実施例によ
れば、以下の効果がある。 (1)電機子を組み立てる過程で、電機子の中央に、電
機子の長手方向に延びるように設けた非磁性部材から成
る矩形断面を有する芯金を配置し、また、芯金の外周
に、電機子コイルを構成する各々のコイル群の空芯部を
貫通させると共に、芯金の長手方向に向かって各々のコ
イル群を傾斜させる構成にしたので、芯金を挟んで対向
するコイル群同士は電機子端部を除いて、同相になるこ
とから巻線占積率が低下することはなく、推力や応答性
の面で性能を低下させるといった問題をなくすことがで
きる。 (2)各々のコイル群における空芯部の長辺は、芯金の
矩形断面の長辺より僅かに広い形状としたため、電機子
の長手方向に沿って精度良く配置することができ、位置
ずれをなくすことが出来る。 (3)電機子コイルは、集中巻コイルで構成したため、
ヘリカル巻コイルの成形のように、帯状に成形したもの
を鋭角に折り曲げる必要がないため、コイル成形工程を
容易にでき、コイルの絶縁皮膜の損傷をなくすことがで
きる。 (4)各々のコイル群におけるリード線の巻始め、巻終
わり部となる口出し線側に結線をパターン化したプリン
ト基板を配置したため、結線ミスなどをなくすことが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモー
タの全体斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施例を示すコアレスリニアモ
ータの平断面図であって、図1における電機子取付板を
取り外して上部から見た図に相当する。
【図3】電機子コイルとプリント基板の接続を示す斜視
図である。
【図4】第1の従来技術を示すコアレスリニアモータの
平断面図であって、図1における電機子取付板を取り外
して上部から見た図に相当する。
【図5】図4に示した集中巻電機子コイルの配置関係を
示した側面図である。
【図6】第2の従来技術を示すコアレスリニアモータで
あって、ヘリカル巻電機子コイルの側面図である。
【符号の説明】
1:コアレスリニアモータ 2:界磁ヨーク固定板 3:界磁ヨーク 4:永久磁石 5:電機子固定板 6:電機子 61:電機子コイル 61A:口出し線 61B:口出し線 71:樹脂モールド 8:芯金 9:プリント基板 10:絶縁部材

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交互に極性が異なるように界磁極を構成す
    る複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨーク
    と、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して平行に対向配
    置した電機子とを備え、前記電機子は、集中巻にした複
    数個のコイル群からなる電機子コイルと、前記電機子コ
    イルを一体成形するように固着する樹脂モールドとより
    なるコアレス型のもので構成されており、前記界磁極と
    前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子とし
    て、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するように
    したコアレスリニアモータにおいて、 前記電機子の断面中央には、前記電機子の長手方向に延
    びるように設けた非磁性部材から成る矩形断面を有する
    芯金を配置してあり、 前記芯金の外周には、前記電機子コイルを構成する各々
    のコイル群の空芯部を貫通するように配設すると共に、
    前記芯金の長手方向に向かって前記各々のコイル群を傾
    斜させて配置してあることを特徴とするコアレスリニア
    モータ。
  2. 【請求項2】前記各々のコイル群における空芯部の長辺
    は、前記芯金の矩形断面の長辺より僅かに広い形状であ
    ることを特徴とする請求項1に記載のコアレスリニアモ
    ータ。
  3. 【請求項3】前記芯金と前記電機子コイルの間に絶縁を
    行う絶縁部材を設け、前記絶縁部材の表面形状を波形に
    したことを特徴とする請求項1または2に記載のコアレ
    スリニアモータ。
  4. 【請求項4】前記各々のコイル群におけるリード線の巻
    始め、巻終わり部とからなる口出し線側を同方向から取
    り出すと共に、前記口出し線側に前記コイルの絶縁を行
    うと共に結線をパターン化したプリント基板を配置した
    ことを特徴とする請求項1から3までの何れか1項に記
    載のコアレスリニアモータ。
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