JP2002112527A - 直動型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率が良く且つ小型の直動型回転モータ又は
リニアモータを提供すること。 【解決手段】 直駆型モータにおいて、固定子２０及び
可動子１５の一方はヨーク１と、ヨーク１側の固定子２
０との対向側に所定ピッチ間隔の櫛歯形状凸部１ａ〜１
ｅの形成で設けられた溝２ａ〜２ｄと、溝２ａ〜２ｄの
開口に設けた永久磁石３ａ〜３ｄと、溝２ａ〜２ｄへの
永久磁石３ａ〜３ｄの装着で形成された孔部４ａ〜４ｄ
と、夫々の孔部４ａ〜４ｄ間に巻回の励磁コイル５ａ〜
５ｅとを備えた励磁部からなる。また固定子２０及び可
動子１５の他方は前記所定ピッチと等ピッチで櫛歯形状
に連設の突出部１１ａ〜１１ｅを備えた吸引部からな
る。励磁コイル５ａ〜５ｅへの直流パルスの通電で永久
磁石３ａ〜３ｄにより形成の磁路を、凸部１ａ〜１ｅと
突出部１１ａ〜１１ｅとを介して形成し、これらの間に
吸引力を生じ、可動子１５は固定子２０に対し第２の方
向への移動の推力を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニアモータや直
接駆動型（ＤＤ）回転モータ等の直動型モータに関し、
詳しくは、ベーシックファクタと呼ばれるハイブリッド
電磁石を用いた直動型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の直動型モータの一例とし
て、図５に示されるリニアモータが知られている。

【０００３】図５は従来のリニアモータの一例を示す一
部切欠き斜視図である。図６は図５のＡ部分の拡大図で
ある。図７は図５のリニアモータの駆動原理の説明に供
せられる図である。

【０００４】図５を参照すると、リニアモータ５０は、
互いに対向配置された一次側の可動子６０と、二次側の
固定子７０とを備えている。

【０００５】図６に最も良く示されるように、可動子６
０は、固定子７０との対向面側に角柱状の凸部６１を長
さ方向に、等間隔で複数備えている。

【０００６】各凸部６１の下端から幅方向に延在する溝
６２が、長さ方向に等間隔で複数設けられており、その
内部に永久磁石６３が装着されている。また、数個の凸
部６１を一まとめにして、その周囲には、導線が巻回さ
れており、夫々励磁コイル６４を形成している。

【０００７】一方、固定子７０の上部には、永久磁石６
３の配置される長さ方向のピッチと同じピッチで、且つ
幅方向に延在する角柱状の凸部７１が形成されている。

【０００８】図７を参照すると、可動子６０の励磁コイ
ル６４に、図示の方向に直流電流を流すと、可動子６０
の永久磁石を除く部分であるヨーク６１ａの前端部から
磁束が放出され、固定子７０の前端側の突出部７１ａ，
７１ｂに入り固定子７０内を通り抜け固定子の後端部の
突出部７１ｄ，７１ｅから、可動子６０の後端側の凸部
６１ｂに向かって放出されて、磁路Ｕが形成されてい
る。これによって、固定子７０と可動子６０との間に、
鉛直方向に対して、傾斜した方向の吸引力が発生して、
その結果、可動子６０に矢印５１に示すようなＸ方向の
推力が発生し、これによって、可動子６０が固定子７０
に対してＸ方向に移動する構成である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示すリニアモータの構成において、推力発生に使用され
る固定子の突出部は、符号７１ａ，７１ｂ，７１ｄ，７
１ｅで示された部分であり、符号７１ｃで示される突出
部は、駆動に関与していない。

【００１０】また、可動子６０及び固定子７０間に渡っ
て形成された矢印付の実線で示される磁路において、磁
束が放出される可動子６０の凸部と、磁束が進入する可
動子６０の凸部との間の距離（ピッチ）、例えば、図７
に示した例においては、固定子７０の突出部５個分の長
さに相当する、が長いために磁路が長くなり、当然磁気
抵抗が増大し、大きな励磁電圧が必要となり、また、磁
気損失も大きく、エネルギー効率が悪いとい欠点を有し
ている。

【００１１】そこで、本発明の技術的課題は、エネルギ
ー効率が良く且つ小型の直動型モータを提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、固定子
と、前記固定子に第１の方向に対向配置された可動子と
を備え、前記可動子を前記固定子に対して前記第１の方
向に交差する第２の方向に移動させる直動型モータにお
いて、前記固定子及び前記可動子の内の一方は、磁性体
からなるヨークと、前記ヨークの前記固定子と対向する
側に、前記第２の方向に所定のピッチ間隔の櫛歯形状の
凸部を形成するように設けられた溝と、前記溝の開口側
に夫々装着された永久磁石と、前記溝に前記永久磁石を
装着することによって形成された孔部と、前記夫々の孔
部間に渡って巻回された励磁コイルとを備えた励磁部か
らなり、前記固定子及び前記可動子の内の他方は、磁性
体からなり前記第１の方向に突出するとともに前記所定
のピッチと同じピッチで櫛歯形状に第２の方向に連設さ
れた凸部を備えた吸引部からなり、前記励磁コイルへ通
電することによって、前記永久磁石によって形成される
磁路を前記永久磁石の両側の前記凸部と、この凸部に近
接する互いに隣接する２つの突出部とを介して形成する
ことで、前記凸部と前記突出部との間に吸引力を生じる
ことによって、前記第２の方向への移動の推力を得るよ
うに構成されていることを特徴とする直動型モータが得
られる。

【００１３】また、本発明によれば、前記直動型モータ
において、前記永久磁石は、互いに隣接するもの同士
で、同じ磁極を対向させるように装着されていることを
特徴とする直動型モータが得られる。

【００１４】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の直動型モータにおいて、前記励磁コイルは、駆動電流
を通電した際に、前記装着される孔部に隣接して設けら
れた永久磁石によって形成される磁路を打ち消す方向に
磁路が形成されるように前記孔部間に渡って装着されて
いることを特徴とする直動型モータが得られる。

【００１５】また、本発明によれば、前記直動型モータ
において、前記駆動電流は直流パルス電流であることを
特徴とする直動型モータが得られる。

【００１６】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の直動型モータにおいて、前記固定子は、前記吸引部か
らなり、前記可動子は前記励磁部からなることを特徴と
する直動型モータが得られる。

【００１７】また、本発明によれば、前記直動型モータ
において、前記固定子は、前記可動子の移動方向の前後
端が接続されたエンドレス形状であることを特徴とする
直動型回転モータが得られる。

【００１８】また、本発明によれば、前記いずれか一つ
の直動型モータにおいて、前記固定子は、前記励磁部か
らなり、前記可動子は前記吸引部からなることを特徴と
する直動型モータが得られる。

【００１９】さらに、本発明によれば、前記直動型モー
タにおいて、前記固定子は、前記可動子の移動方向に沿
って直線状に延在していることを特徴とするリニアモー
タが得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２１】図１及び図２は本発明の第１の実施の形態
による直動型モータとしてのリニアモータの要部を示す
断面図で、図１は直流電流の通電前の状態を示し、図２
は直流電流を通電して励磁した時の状態を示している。

【００２２】図１及び図２を参照すると、リニアモータ
１０は、励磁部からなる可動子１５と、前記励磁部に吸
引される吸引部からなる固定子３０とを備えている。可
動子１５は、櫛歯状に凸部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１
ｅ…を形成するように、固定子との対向面側を開口し、
そこから上方に向う溝２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…
（以下、特定して示さない時には符号２で示す）が複数
定ピッチで並んで設けられたヨーク１と、これらの溝２
の開口部に凸部１ａ〜１ｅと同じ高さとなるように装着
された永久磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…（以下、特定
して呼ばないときには、符号３で示す）と、溝２と永久
磁石３とによって形成された孔部４ａ，４ｂ，４ｃ，４
ｄ，…（以下、特定して呼ばないときには、符号４で示
す）に挿通された励磁コイル５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，
以下、特定して呼ばないときには、符号５で示す）とを
備えている。

【００２３】永久磁石３は長さ方向に隣接するもの同士
で、互いに同極を対向させるように装着されている。

【００２４】また、励磁コイル５は、図では夫々１本し
か示されていないが、複数回巻回した導線からなり、隣
接するもの同士で互いに逆方向に電流が流れるように巻
回されている。即ち、図示の例においては、孔部４ａ，
４ｂを通過するように、この孔部４ａ，４ｂ間に導線を
巻回して、第１のコイルとし、孔部４ｃ，４ｄを通り、
この孔部４ｃ，４ｄ間に導線を巻回して、第２のコイル
としても良い。一方、孔部４ｂ，４ｃを通るように導線
を巻回して第１のコイルとし、さらに、孔部４ａ，４ｄ
を通るように、第１のコイル上に重なるように、第２の
コイルを巻回しても良く、要するに互いに隣接する孔部
を通過するコイルの電流が逆向きとなるような構成であ
れば良い。

【００２５】また、固定子２０は、ヨーク１の櫛歯状の
各凸部１ａ〜１ｅの間隔、即ち、溝間隔と等ピッチで設
けられた櫛歯状の突出部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄ，１１ｅ，…（以下、特定して呼ばないときには符号
１１で示す）を備えている。

【００２６】次に、図１及び図２のリニアモータ１０の
動作について説明する。

【００２７】図１に示した停止状態から、可動子１５の
永久磁石３によって形成されるヨーク内の磁路６ａ〜６
ｄを打ち消す方向の磁路７が形成されるように、各励磁
コイル５に直流電流を流すと、永久磁石３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄからの磁束は、櫛歯状の凸部１ａ，１ｃ，１ｅ
から外部に放出され、固定子の突出部１１ａ，１１ｃ上
端し面に進入し、内部を通って同じく突出部１１ｂ，１
１ｄの端面から外部に放出され、櫛歯状の凸部１ｂ，１
ｄの端面から進入する磁路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを形
成する。これによって、左側方向への推力が発生し、櫛
歯状の凸部１ａ〜１ｅと突出分１１ａ〜１１ｅとの水平
位置が互いに一致した点で停止する。

【００２８】従って、可動子１５の移動速度に応じたパ
ルス長を備えた直流パルス電流を流すことによって、可
動子１５は半永久的に固定子２０に対して移動する。

【００２９】このような構成のリニアモータ１０は、全
ての永久磁石３及びこれに対応する突出部１１ａ〜１１
ｅが推進に関与するので、遊びのスロットがなく、した
がって、小型化、高効率の向上が可能である。

【００３０】また、励磁コイル５の電流起磁力は、無駄
なく対応する全部の突出部を通過するための推力を向上
させることができる。

【００３１】また、磁路８ａ〜８ｄが短く、パーミアン
スが極めて大きいので、損失が少なくて済み、効率を高
めることができると共に、励磁電流を小さくすることが
できるので、省エネルギー化も図ることができる。ま
た、励磁コイル５に関しても、両隣のスロットに入るた
めに、抵抗が大きいので、抵抗損が少なく、前述したこ
とと同様に省エネルギー化を図ることができる。

【００３２】さらに、永久磁石３を挟み込むヨーク１の
櫛歯状の凸部１ａ〜１ｅは、その各々が２次ロータの歯
を吸引できるので、高効率で、小型のリニアモータを提
供することができる。

【００３３】尚、本発明の第１の実施の形態において
は、永久磁石３を備えた励磁部を可動子とし、これに吸
引される吸引部材を固定子としたが、逆に、可動子を吸
引部材、固定子を励磁部として構成しても良い。

【００３４】図３は本発明の第２の実施の形態による直
動型回転モータを示す平面図である。

【００３５】図４は図３のＢ部分の拡大図である。

【００３６】図３及び図４に示すように、直動型回転モ
ータ３０は、内側のリング状の一次側固定子２５と外側
のリング状の二次側の回転子３５とを備えて構成されて
いる。

【００３７】固定子３５は、櫛歯状に凸部２１ａ〜２１
ｂを形成するように、対向面側から内側に向う溝２２が
複数定ピッチで並んで設けられた円形のヨーク２１と、
これらの溝２２の開口部に凸部と同じ高さとなるように
装着された永久磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，
２３ｅ，２３ｆ，２３ｇ，…（以下、特定して呼ばない
ときにうは、符号２３で示す）と、溝２２と永久磁石２
３とによって形成された孔部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，
２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，…（以下、特定して
呼ばないときには、符号２４で示す）に挿通された励磁
コイル２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６
ｆ，…以下、特定して呼ばないときには、符号２６で示
す）とを備えている。

【００３８】永久磁石２３は、周方向に隣接するもの同
士で、互いに同極を対向させるように夫々装着されてい
る。

【００３９】また、励磁コイル２６は、周方向に隣接す
るもの同士で互いに逆方向に電流が流れるように巻回さ
れている。即ち、図示の例においては、孔部２４ａ，２
４ｂを通過するように、この孔部２４ａ，２４ｂ間に導
線を巻回して、第１のコイルとし、孔部２４ｃ，２４ｄ
を通るように、この孔部２４ｃ，２４ｄ間に導線を巻回
して、第２のコイルとしている。一方、孔部２４ｂ，２
４ｃを通るように導線を巻回して、第１のコイルとし、
さらに、孔部２４ａ，２４ｄを通るように、第１のコイ
ル上に重なるように、第２のコイルを巻回しても良く、
要するに互いに隣接する孔部２４ａ，２４ｄを通過する
コイルの電流が逆向きとなるような構成であれば良い。

【００４０】また、回転子２５は、対向するヨーク２１
の櫛歯状の各凸部２１ａの間隔、即ち、溝２２間隔と等
ピッチで設けられた突出部３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３
１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ（以下、特定して呼ばな
いときには符号３１で示す）を備えている。

【００４１】次に、図３及び図４に示した直動型回転モ
ータ３０の動作について説明する。

【００４２】原理的には、第１の実施の形態で示したリ
ニアモータ１０と同様で、リニアモータ１０の両端部を
内側に可動子が位置するように円形に接続してエンドレ
スとしたものと考えて良い。

【００４３】即ち、固定子３５の永久磁石３によって形
成されるヨーク２１内の磁路２７ａ〜２７ｄを打ち消す
方向の磁路２８ａ〜２８ｇが形成されるように、各励磁
コイルに電流を流すと、永久磁石２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，２３ｄ，…からの磁束は、櫛歯状の凸部２１ａ，２
１ｂから外部に放出され、固定子の突出部３１ａ，３１
ｃ上端面に進入し、内部を通って同じく突出部３１ｂ，
３１ｄの端面から外部に放出され、櫛歯状の凸部２１
ｂ，２１ｄの端面から進入する磁路２８ａ，２８ｂ，２
８ｃ，２８ｄを形成する。これによって、右方向への回
転推力が発生し、櫛歯状の凸部２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ，２１ｄと突出部３１くぁ、３１ｂ、３１ｄ、３１ｄ
との水平位置が互いに一致した点で停止する。

【００４４】従って、回転子の回転速度に応じたパルス
長を備えた直流パルス電流を流すことによって、半永久
的に固定子に対して回転子が回転する構成となる。

【００４５】このような構成の直接駆動型モータ３０
は、全ての永久磁石２３及びこれに対応する突出部３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅが全て推進に関与
するので、遊びのスロットがなく、したがって、小型
化、高効率の向上が可能である。

【００４６】また、コイルの電流起磁力は、無駄なく対
応する全部の突出部を通過するための推力を向上させる
ことができる。

【００４７】また、磁路が短く、パーミアンスが極めて
大きいので、損失が少なくて済み、効率を高めることが
できると共に、励磁電流を小さくすることができるの
で、省エネルギー化も図ることができる。また、コイル
に関しても、両隣の孔部からなるスロットに入るため
に、抵抗が大きいので、抵抗損が少なく、前述したこと
と同様に省エネルギー化を図ることができる。

【００４８】さらに、磁石を挟み込むヨークの櫛歯状の
凸部は、その各々が２次ロータの歯を吸引できるので、
高効率で、小型の直接駆動型モータを提供することがで
きる。

【００４９】尚、本発明の第２の実施の形態において
は、固定子３５を励磁部とし、可動子２５をこれに吸引
される吸引部材としたが、吸引部材側を固定し、励磁部
側を回転する構成であっても良いことは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率が良く且つ小型のリニアモータを提供することがで
きる。

【００５１】また、本発明によれば、効率良く且つ小型
の直動型回転モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるリニアモータの要部
を示す断面図で、直流電流を通電前の状態を示してい
る。

【図２】本発明の実施の形態によるリニアモータの要部
を示す断面図で、直流電流を通電して励磁した時の状態
を示している。

【図３】本発明の第２の実施の形態による直動型モータ
としての直動型回転モータを示す平面図である。

【図４】図３のＢ部分の拡大図である。

【図５】従来のリニアモータの一例を示す一部切欠き斜
視図である。

【図６】図５のＡ部分の拡大図である。

【図７】図５のリニアモータの駆動原理の説明に供せら
れる図である。

【符号の説明】

１ ヨーク １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 凸部 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 溝 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 永久磁石 ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 孔部 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 励磁コイル ６ａ〜６ｄ，７ａ〜７ｄ、８ａ〜８ｄ 磁路 １０ リニアモータ １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 突出部 １５ 可動子 ２０ 固定子 ２１ ヨーク ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｆ，２１ｇ，２
１ｈ 凸部 ２２ 溝 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ
永久磁石 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ 孔部 ２５ 回転子 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ
励磁コイル ２７ａ〜２７ｇ，２８ａ〜２８ｇ 磁路 ３０ 直接駆動型モータ ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３
１ｇ 突出部 ３５ 固定子 ５０ リニアモータ ５１ 可動子 ６１ 凸部 ６２ 溝 ６３ 永久磁石 ６４ コイル ７０ 固定子 ７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ 突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内川 據義 東京都大田区城南島四丁目５番５号 株式 会社大洋電機工作所内 Ｆターム(参考） 5H641 BB06 BB10 BB18 GG03 GG04 HH03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子と、前記固定子に第１の方向に対
   向配置された可動子とを備え、前記可動子を前記固定子
   に対して前記第１の方向に交差する第２の方向に移動さ
   せる直動型モータにおいて、 前記固定子及び前記可動子の内の一方は、磁性体からな
   るヨークと、前記ヨークの前記固定子と対向する側に、
   前記第２の方向に所定のピッチ間隔の櫛歯形状の凸部を
   形成するように設けられた溝と、前記溝の開口側に夫々
   装着された永久磁石と、前記溝に前記永久磁石を装着す
   ることによって形成された孔部と、前記夫々の孔部間に
   渡って巻回された励磁コイルとを備えた励磁部からな
   り、 前記固定子及び前記可動子の内の他方は、磁性体からな
   り前記第１の方向に突出するとともに、前記所定のピッ
   チと同じピッチで櫛歯形状に第２の方向に連設された凸
   部を備えた吸引部からなり、 前記励磁コイルへ通電することによって、前記永久磁石
   によって形成される磁路を前記永久磁石の両側の前記凸
   部と、この凸部に近接する互いに隣接する２つの突出部
   とを介して形成することで、前記凸部と前記突出部との
   間に吸引力を生じることによって、前記第２の方向への
   移動の推力を得るように構成されていることを特徴とす
   る直動型モータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の直動型モータにおいて、
   前記永久磁石は、互いに隣接するもの同士で、同じ磁極
   を対向させるように装着されていることを特徴とする直
   動型モータ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の直動型モータにお
   いて、前記励磁コイルは、駆動電流を通電した際に、前
   記装着される孔部に隣接して設けられた永久磁石によっ
   て形成される磁路を打ち消す方向に磁路が形成されるよ
   うに前記孔部間に渡って装着されていることを特徴とす
   る直動型モータ。
4. 【請求項４】 請求項３記載の直動型モータにおいて、
   前記駆動電流は直流パルス電流であることを特徴とする
   直動型モータ。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４の内のいずれか一つに記
   載の直動型モータにおいて、前記固定子は、前記吸引部
   からなり、前記可動子は前記励磁部からなることを特徴
   とする直動型モータ。
6. 【請求項６】 請求項５記載の直動型モータにおいて、
   前記固定子は、前記可動子の移動方向の前後端が接続さ
   れたエンドレス形状であることを特徴とする直動型回転
   モータ。
7. 【請求項７】 請求項１乃至４の内のいずれか一つに記
   載の直動型モータにおいて、前記固定子は、前記励磁部
   からなり、前記可動子は前記吸引部からなることを特徴
   とする直動型モータ。
8. 【請求項８】 請求項７記載の直動型モータにおいて、
   前記固定子は、前記可動子の移動方向に沿って直線状に
   延在していることを特徴とするリニアモータ。