JP2002186243A - リニアモータ - Google Patents

リニアモータ

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JP2002186243A
JP2002186243A JP2000381640A JP2000381640A JP2002186243A JP 2002186243 A JP2002186243 A JP 2002186243A JP 2000381640 A JP2000381640 A JP 2000381640A JP 2000381640 A JP2000381640 A JP 2000381640A JP 2002186243 A JP2002186243 A JP 2002186243A
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    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

Abstract

(57)【要約】 【課題】電機子と可動子間には漏れ磁束も多く、電流を
多く流しても推力が小さい。電機子と可動子の間に磁気
吸引力が一方向に働くため、可動子の支持機構に大きな
負担がかかり、構造に歪みが生じる。 【解決手段】電機子と相対的に移動可能な可動子を有
し、電機子の一方の磁極に磁気的に結合され、該可動子
の移動方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分け
て配列した一方の磁極歯列と、前記可動子の他方の磁極
に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直
方向に第１段及び第２段に分けて配列した他方の磁極歯
列とを有し、該一方及び該他方の第１段の磁極歯列と該
一方及び該他方に設けた第２段の磁極歯列の間に該可動
子が配列されたリニアモータ。

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に関
し、特に、固定子の対向する磁極歯間に可動子が空隙を
介して挟持され相対移動するリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のリニアモータは、複数の磁極を有
する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に
支持された可動子とを備えるが、回転機を切り開いて直
線上に展開したものが主である。そのうち、可動子と固
定子との間に働く磁気吸引力を相殺して可動子支持機構
への負担を軽くするために、固定子の対向する磁極歯間
に可動子が空隙を介して挟持される構造にしたものが、
特開平10−174418号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが前記の従来技
術によると、１つの固定子ユニットに複数の巻線が巻回
されており複雑である。さらに、隣接する固定子磁極に
は相異なる巻線が巻回される構造になっており、固定子
の占有スペースに無駄が多い。
【０００４】本発明の目的は、前記の欠点を解消するた
めに、巻線数が少なくコンパクトな構造でありながら複
数の磁極歯を備え、かつ可動子と固定子との間に働く磁
気吸引力が相殺されるようなリニアモータを提供するこ
とにある。
【０００５】更に、固定子と可動子間の相対移動変位に
対するインダクタンスの変化量を小さくし、推力リップ
ルを低減する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のリニアモータ
は、電機子と相対的に移動可能な可動子からなるリニア
モータであって、該リニアモータは更に前記電機子の一
方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対
し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列した一方
の磁極歯列と、前記可動子の他方の磁極に磁気的に結合
され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第１段及
び第２段に分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、該
一方に設けた磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方に設け
た磁極歯列の第１段の磁極歯が該可動子の移動方向に対
して交互に配置され、該一方に設けた磁極歯列の第２段
の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列の第２段の磁極歯が
該可動子の移動方向に対して交互に配置され、該一方及
び該他方の第１段の磁極歯列と該一方及び該他方に設け
た第２段の磁極歯列の間に該可動子が配列する。
【０００７】また、前記磁極歯列の間に可動子が配列さ
れ相対移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さ
くする構造を持つことで、ディテント力を小さくする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。また、図中において、同一符号
でしめす構成要素は、同一物又は相当物である。
【０００９】図１は本発明の一実施形態によるリニアモ
ータの基本構成図を示す。
【００１０】図１（ａ）は、本発明の一実施形態による
リニアモータの基本構成であり、図２（ｂ）は、それら
の基本構成を多極化にした概略の一例を示す。
【００１１】図１（ａ）において、５１は第一の対向部
を有するコアであり、５２は第二の対向部を有するコア
である。前記コア５１と前記コア５２には上部と下部の
磁極が互い違いになるように構成されている。
【００１２】ここで、前記コア５１の上部磁極歯１１ａ
と下部磁極歯２１ｂを第一の対向部と定義し、前記コア
５２の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第二の対
向部と定義する。よって、（２ｎ−１）番目のコアは第
一の対向部、（２ｎ）番目のコアは第二の対向部になる
ように電機子を構成する（但し、ｎ＝１，２，３，…
…）。
【００１３】また、図１（ａ）に示すように、前記コア
５１と前記コア５２には一つの巻線４が巻回されるが、
複数箇所に分割して巻回しても良い。
【００１４】可動子６は前記コア５１の第一の対向部に
挟持され、かつ、可動子が前記コア５２の第二の対向部
に挟持され、電機子とは相対移動することを特徴とする
リニアモータである。ここに、電機子はコアと巻線４か
らなり、可動子は永久磁石，磁性体，非磁性体からな
る。
【００１５】また、各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯
の間に一定のギャップ８を設け、ギャップ８に前記可動
子を通すと、可動子が第一の対向部に挟持され、かつ、
可動子が前記第二の対向部に挟持された構造を形成す
る。上記により、本実施形態のリニアモータ各対向部の
上部磁極歯と下部磁極歯の間ギャップには磁束が上部と
下部の磁極歯間を交番して上下に流れる電機子を形成
し、ギャップを通して可動子が相対移動する構造にな
る。
【００１６】図２に、本実施形態のリニアモータの磁束
が流れる概念と積層鋼板により組み立てられた概略図を
示す。
【００１７】上記のような構成にすれば、図２（ａ）に
示すように電機子３の各対向部の上部磁極歯（１１ａ，
２２ａ）と下部磁極歯（２１ｂ，１２ｂ）の間のギャッ
プには磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に流
れる電機子３を形成し、ギャップを通して可動子６が相
対移動する構造になる。
【００１８】また、本実施形態のリニアモータでは、可
動子６と上部磁極歯(１１ａ,22ａ)に働く吸引力と可動
子６と下部磁極歯（２１ｂ，１２ｂ）に働く吸引力の大
きさはほぼ同じであり、かつ、吸引力が働く方向は反対
であるので、全体の吸引力は小さくなる。このため、可
動子６と電機子３の磁極歯間の吸引力を小さくすること
ができ、支持機構の負担を小さくできる。
【００１９】図２（ｂ）において、電機子３は積層鋼板
からなり、前記第一の対向部と第二の対向部が交互に複
数個配置された構造である。また、電機子３の巻線４が
配置されるコア部と可動子６が挟持される対向部を有す
る磁極部を積層鋼板により分割製作して組み立てること
を示す。
【００２０】図３は、本発明の実施形態によるリニアモ
ータの断面図を示す。
【００２１】図３において、支持機構１４は電機子３側
に、支持機構１５は可動子６側に設けられ相対移動する
可動子６を支持する機構である。よって、可動子６は、
支持機構１４，１５に支持されてトンネルを通るように
ギャップ８を通して相対移動する。
【００２２】図４は図１（ｂ）に示すリニアモータを縦
方向に分解したものである。更に、図４において、可動
子６対向部上下の磁極歯列のＣＣ′部分に相当する断面
図を図５に示す。
【００２３】図４と図５によると上段磁極歯列（１１
ａ，２２ａ，１３ａ，２４ａ……・）と下段磁極歯列
（２１ｂ，１２ｂ，２３ｂ，１４ｂ，……・）間に配列
される可動子６に備えた磁極との相対移動変位に対する
インダクタンスの変化が大きく推力リップルが大きくな
る。図４において、可動子６に備えた磁極としては永久
磁石形を示しているが、凸凹の可変リラクタンス形，永
久磁石形と凸凹の可変リラクタンス形の複合形，巻線形
でも良い。ここに、Ｐｓは磁極歯の極ピッチを意味す
る。
【００２４】上記の推力リップルを小さくする対策とし
て、様々な方法が考えられるがそれらについて図６から
図１３を用いて説明する。
【００２５】図６は前記磁極歯列において、可動子対向
部の磁極歯幅と可動子非対向部の磁極歯幅に差を付けた
構造を持つ実施形態を示す。
【００２６】図６に示した可動子６対向部上下の磁極歯
列のＣＣ′部分に相当する断面図を図７に示す。可動子
対向部の磁極歯の両側に磁極片６１を備えることで、可
動子対向部の磁極歯幅と可動子非対向部の磁極歯幅に差
を付けた構造になる。
【００２７】図７において、磁極片６１の奥行長さは可
動子と対向する磁極の奥行長さで良いが、必要に応じて
その値から加減しても良い。また、磁極片６１は磁極歯
と一体に製作しても、分割製作して組み合わせても良
い。
【００２８】結果的には、図５と図７を比較すれば分か
るように、隣り合う異極間の相対移動変位に対するイン
ダクタンスの変化量が小さくなり、推力リップルを低減
する効果があり、騒音，振動の低減にも効果がある。
【００２９】図８は隣り合う異極の磁極歯間にダミー磁
極６２を付けた構造を持つ実施形態を示す。
【００３０】図９は隣り合う異極の磁極歯間に磁気楔６
６を付けた構造を持つ実施形態を示す。
【００３１】図１０は前記磁極歯列の可動子対向部に磁
性体の板６３を張り合わせた構造を持つ実施形態を示
す。また、該磁性体の板６３の前後には可動子６が入り
やすくするために案内板６４を付ける。
【００３２】図８，図９，図１０において、ダミー磁極
６２，磁気楔６６，磁性体の板６３の奥行長さは可動子
と対向する磁極の奥行長さで良いが、必要に応じてその
値から加減しても良い。
【００３３】図１１は磁極歯の可動子対向部に凸凹の溝
６５を付けた構造を持つ実施形態を示す。
【００３４】図１１において、凸凹の溝６５は異なる大
きさの複数の積層鋼板で張り合わせても良いし、むくの
磁性体から削り出しても良い。
【００３５】図１２は所定の間隔で配列して複数の磁極
歯で同極の磁極歯になる構造を持つ実施形態を示す。
【００３６】図１２は図１１の溝に相当する部分の磁性
体を無くした構造である。
【００３７】図１３は可動子対向部の磁極歯中心部のギ
ャップ７２と磁極歯両側のギャップ７３に差を付けた構
造を持つ実施形態を示す。
【００３８】図１３において、可動子非対向部の磁極歯
の形状は可動子対向部の形状部と同じにしなくても良
い。
【００３９】図１４は可動子６に設ける永久磁石の着磁
方向の厚み７１より厚い物体７２を永久磁石間に配列し
た構造を持つ実施形態を示す。
【００４０】図１４において、永久磁石の着磁方向の厚
み７１より厚い物体７２を永久磁石間に配列すること
で、前記磁極歯列の間に配列される可動子６が上段磁極
歯列、もしくは下段磁極歯列に偏っても永久磁石の表面
は磁極歯対向部に直接当たらない保護機能の効果があ
る。図１４に示す磁極歯の形状以外でも、図６から図１
３までの実施例による組み合わせでも良い。
【００４１】また、上記に述べた組み合わせの実施形態
以外でも、一部だけを採用する組み合わせによるもので
も良い。各図で示すリニアモータの各々の構成要素は図
番に関係なく跨って組み合わせにしても良いし、それら
の組み合わせをモールドすることも可能である。
【００４２】本発明のリニアモータは、前記電機子が固
定的に支持され、前記可動子が移動することについて説
明したが、前記可動子が固定的に支持され、前記電機子
が移動することも可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リニアモータは有効磁束の磁気回路の磁路が短くなり、
磁極歯の漏れ磁束を少なくすることにより、モータ効率
を良くし高出力化を可能にした。
【００４４】また、本実施形態のリニアモータでは、可
動子６と上部磁極歯に働く吸引力と可動子と下部磁極歯
に働く吸引力の大きさは同じであり、かつ、吸引力が働
く方向は反対であるので、全体の吸引力は小さくなる。
このため、可動子６と電機子３の磁極歯間の吸引力を小
さくすることができ、支持機構の負担を小さくできる。
更に、固定子と可動子間の相対移動変位に対するインダ
クタンスの変化量を小さくし、推力リップルも低減す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアモータの基本構成。
【図２】本発明のリニアモータの磁束流れと積層鋼板に
より構成した組み立て概略。
【図３】本発明のリニアモータの断面図。
【図４】本発明の電機子の組み立て分解図。
【図５】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列と
可動子の断面図。
【図６】本発明の電機子における他の実施形態組み立て
分解図。
【図７】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列と
可動子の断面図（その１）。
【図８】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列と
可動子の断面図（その２）。
【図９】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列と
可動子の断面図（その３）。
【図１０】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列
と可動子の断面図（その４）。
【図１１】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列
と可動子の断面図（その５）。
【図１２】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列
と可動子の断面図（その６）。
【図１３】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列
と可動子の断面図（その７）。
【図１４】本発明のリニアモータにおける上下磁極歯列
と可動子の断面図（その８）。
【符号の説明】
１…磁極、２…磁極、３…電機子、４…巻線（電機子
側）、５…コア、６…可動子、１１ａ…磁極１の上部磁
極歯、１２ｂ…磁極１の下部磁極歯、２１ｂ…磁極２の
下部磁極歯、２２ａ…磁極２の上部磁極歯。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H641 BB06 BB18 BB19 GG02 GG03 GG04 GG06 GG12 HH02 HH03 HH05 HH07 HH12 HH13 HH14 HH16 HH17 HH19 HH20 JA02 JA09

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電機子と相対的に移動可能な可動子からな
    るリニアモータであって、該リニアモータは更に前記電
    機子の一方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動
    方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列
    した一方の磁極歯列と、前記可動子の他方の磁極に磁気
    的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に
    第１段及び第２段に分けて配列した他方の磁極歯列とを
    有し、該一方に設けた磁極歯列の第１段の磁極歯と該他
    方に設けた磁極歯列の第１段の磁極歯が該可動子の移動
    方向に対して交互に配置され、該一方に設けた磁極歯列
    の第２段の磁極歯と該他方に設けた磁極歯列の第２段の
    磁極歯が該可動子の移動方向に対して交互に配置され、
    該一方及び該他方の第１段の磁極歯列と該一方及び該他
    方に設けた第２段の磁極歯列の間に該可動子が配列され
    たリニアモータ。
  2. 【請求項２】前記磁極歯列の間に可動子が配列され相対
    移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さくする
    構造を持つことを特徴とする請求項１記載のリニアモー
    タ。
  3. 【請求項３】前記磁極歯列の可動子対向部に磁性体の板
    を張り合わせた構造を持つことを特徴とする請求項１記
    載のリニアモータ。
  4. 【請求項４】前記磁極歯列において、可動子対向部の磁
    極歯幅と可動子非対向部の磁極歯幅に差を付けた構造を
    持つことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
  5. 【請求項５】前記磁極歯列において、隣り合う異極の磁
    極歯間にダミー磁極を付けた構造を持つことを特徴とす
    る請求項１記載のリニアモータ。
  6. 【請求項６】前記磁極歯列において、隣り合う異極の磁
    極歯間に磁気楔を付けた構造を持つことを特徴とする請
    求項１記載のリニアモータ。
  7. 【請求項７】前記磁極歯列において、磁極歯の可動子対
    向部に凸凹の溝を付けた構造を持つことを特徴とする請
    求項１記載のリニアモータ。
  8. 【請求項８】前記磁極歯列において、所定の間隔で配列
    して複数の磁極歯で同極の磁極歯になる構造を持つこと
    を特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
  9. 【請求項９】前記磁極歯列において、可動子対向部の磁
    極歯中心部のギャップと磁極歯両側のギャップに差を付
    けた構造を持つことを特徴とする請求項１記載のリニア
    モータ。
  10. 【請求項１０】前記磁極歯列の間に配列される可動子に
    おいて、該可動子に設ける永久磁石の着磁方向の厚みよ
    り厚い物体を永久磁石間に配列した構造を持つことを特
    徴とする請求項１記載のリニアモータ。
  11. 【請求項１１】前記固定子が固定的に支持され、前記可
    動子が移動することを特徴とする請求項１又は２記載の
    リニアモータ。
  12. 【請求項１２】前記可動子が固定的に支持され、前記固
    定子が移動することを特徴とする請求項１又は２記載の
    リニアモータ。
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