JP2004135385A - リニアモータ界磁部およびそれを用いたリニアモータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料歩留まりの向上と製造コストの低下となり、しかも磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合にも取り外し作業が簡単となるリニアモータ界磁部およびそれを用いたリニアモータ装置を提供する。
【解決手段】複数個の永久磁石２，３を等ピッチに配置固定するリニアモータ界磁部１において、磁性体平板１を長方形とし、これにその総数が２ｎ＋１（ｎは正の整数）となる永久磁石２を配置固定する際、一定の斜角を持って配置され、かつ磁性体平板１の両端に配置される各永久磁石３はその形状が、その他の永久磁石２の形状と同じものを前記一定の斜角を持った状態で左右の面積が同一になるように縦切断した形状のものとした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ界磁部およびそれを用いたリニアモータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
［第１の従来技術］
図６は第１の従来技術を示すリニアモータの斜視図である。
図において、１’は多数の永久磁石２を配置固定した従来の界磁ヨーク（固定子）でリニアモータ界磁部を構成しており、その上にギャップを介して可動子としてのリニアモータ電機子部４が対向配置され、界磁ヨーク１’の作る界磁と電機子４を流れる電流とによって、固定子１’の上を長さ方向に移動する。
図７は図６の界磁ヨーク１’の平面図で、（ａ）は界磁ヨーク１’を構成する１単位としての磁性体平板を示し、（ｂ）は磁性体平板１’を２枚直列配置した状態を示す。図７に示すように、従来の磁性体平板（界磁ヨーク）１’は、配置される永久磁石２の斜角と同一の鋭角をもつ平行四辺形状の平板に２ｎ（ｎは正の整数とする）個の永久磁石を等ピッチで配置固定させている構造であった。
【０００３】
［第２の従来技術］
また、図８は第２の従来技術を示すリニアモータのリニアスケールを説明する図であって、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）はその平面図である。
図において、６０は可動子で、主として以下の部品６１〜６６から成る。すなわち、６１は駆動テーブル、６２はリニアモータ電機子部、６３はリニアガイド（左右に２個）、６４はスケールヘッド、６５はスケールホルダ、６６はスケールリードである。
一方、７０は固定子で、主として以下の部品７１〜７３から成る。すなわち、７１はスライダベース、７２は磁性体平板、７３は永久磁石、７４はリニアスケールである。
従来のリニアモータは、図８に示すように、固定子７０の中央に永久磁石７３を備えた磁性体平板７２と、これに対向した一つの電機子６２を備えた可動子６０を一対としたリニアモータの両サイドにリニアガイド６３を平行に配置固定させ、その片外側に、リニアスケール部６４，６５を構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１の従来技術の磁性体平板では、磁性体平板の平行四辺形状の加工は、材料歩留まりを下げるだけではなく、加工工数も増大するので、その製造コストが２０％程度上昇した。
また、磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合に、平行四辺形であると、取り外し作業が不便となる問題があった。
本発明は上記課題を解決するものであって、本発明の第１の目的は、磁性体平板を平行四辺形加工する必要をなくして材料歩留まりを向上させ、その加工工数を減らして製造コストも低下させ、しかも磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合に取り外し作業が簡単となるリニアモータ界磁部を提供することである。
【０００５】
また、第２の従来技術では、リニアモータの駆動中心軸Ｏから一番離れた位置Ｌにリニアスケール部６４，６５が配置固定されているため、リニアモータの走り精度の影響を受け、ギャップが位置により異なる等の事象が生じ、リニアスケールの検出精度低下などの問題を生じさせていた。
また、中心軸Ｏから最長の距離Ｌになるので、リニアスモータの振動の影響を非常に受けやすく、サーボゲイン調整時、ゲインが上がりにくいなどの問題が起こり、速度制御の精度、位置決め精度の劣化をひき起こすなどの問題が生じた。
【０００６】
一方、位置測定器として使用されるリニアモータに対する駆動装置を改善するため、一対の駆動装置を本体の中央に配置したリニアモータに対して左右対称に設け、駆動装置のヨークに設けたあり溝により永久磁石を固定し、対向する永久磁石の間で線型駆動する可動子の内部に、縦方向部が同一平面上に位置するように各々構成された多数の巻取りコイルを内蔵させ、その巻取りコイル間の中央にリニアスケールを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−５２０２２号公報
【０００８】
特許文献１記載のリニアモータに対する駆動装置は、位置測定器として使用されるリニアスケールに、側面からの力が作用して正確な制御が不可能となったり、機械自体の損傷が発生することがないような配慮がなされているものであるが、そこに記載されているリニアスケールはスライド部の可動子とは分離して別体として設置されているので、広いスペースを必要とし、かつ可動子部分もスケールヘッド部分も強度的に弱くなる欠点があり、また長溝加工の中にスケールヘッドを間挿させた構造を採っているので、製作工数が多くかかり、したがってコスト高となった。
本発明は上記課題を解決するもので、本発明の第２の目的は、リニアスケールの検出精度を向上させ、また速度制御の精度、位置決め精度を劣化させることのないリニアモータ検出器を提供するとともに、可動子部分もリニアスケール部分も強度的に十分耐えうるしかも広いスペースを必要としない、製作工数の少ない、したがってコストダウンとなるリニアモータを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載のリニアモータ界磁部の発明は、複数個の永久磁石を進行方向に対して一定の斜角を持ってかつ互いに等ピッチに配置固定する磁性体平板を備えたリニアモータ界磁部において、前記磁性体平板を長方形とし、該磁性体平板の上にその総数が２ｎ＋１（ｎは正の整数）となる前記永久磁石を配置固定する際前記磁性体平板の両端に配置される各永久磁石はその形状が、その他の永久磁石の形状と同じものを前記一定の斜角を持った状態で左右の面積が同一になるように縦切断した形状のものであることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のリニアモータ界磁部において、前記永久磁石の表面を非磁性材の薄板材で形成されたカバーで覆ったことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のリニアモータ界磁部において、全ての前記永久磁石が包含される容積を樹脂によりモールドしたことを特徴とする。
以上の構成により、磁性体平板を平行四辺形加工しなくなるので材料歩留まりの向上と製造コストの低下となり、しかも磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合にも取り外し作業が簡単となる。
請求項４記載のリニアモータ装置の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のリニアモータ界磁部を２個対向配置すると共に、前記２個のリニアモータ界磁部の間にギャップを介してリニアモータ電機子を配置し、前記リニアモータ界磁部を固定子としてスライダベースに固定し、前記リニアモータ電機子部を可動子として構成した吸引力相殺形のリニアモータ装置において、前記スライダベース上に前記リニアモータ電機子部と対向するようにリニアスケールのスケール部を該リニアモータの可動子を支持案内するリニアガイドに平行に配置固定させ、これに対向するスケールヘッド部は２つのリニアモータ界磁部間をスラスト方向に移動する電機子に熱絶縁材を介して固定させたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のリニアモータ装置において、リミットスイッチを前記スライダベースの上面に配置させたことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載のリニアモータ装置において、前記熱絶縁材の熱伝導率が、０．３［Ｗ／Ｋ・ｍ］以下の物性を持つ材料であることを特徴とする。
以上の構成により、リニアスケールの検出精度を向上させ、また速度制御の精度、位置決め精度を劣化させることがなくなるとともに、可動子部分もリニアスケール部分も強度的に十分耐えうるようになり、しかも広いスペースを必要としなく、製作工数も少なくなり、したがってコストダウンとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基づいて詳しく説明する。
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について図１および図２に基づいて説明する。
図において、１は本発明に係る界磁ヨーク、２は第１永久磁石、３、３’は本発明に係る第２永久磁石である。なお、４は図６と同じに可動子としてのリニアモータ電機子部である。説明の簡単化のために可動子を支持案内するリニアガイド等は図示を省略している。界磁ヨーク１の作る界磁と電機子４を流れる電流とによって、固定子１の上を長さ方向に移動する。
図２は図１の界磁ヨークの平面図で、（ａ）は界磁ヨークを構成する１単位としての磁性体平板（界磁ヨーク）１を示し、（ｂ）は磁性体平板を２枚直列配置した状態を示す。
図において、磁性体平板１は従来の平行四辺形ではなくて長方形としている。そして、この磁性体平板にその総数が２ｎ＋１（ｎは正の整数）個の永久磁石（うち２ｎ−１個は第１永久磁石２、２個は第２永久磁石３、３’）を配置固定する際、進行方向に対して一定の斜角を持って配置している。
さらに、磁性体平板１の両端に配置される２個の磁石として、第２永久磁石３、３’を用いている。第２永久磁石の形状は、第１永久磁石２の形状のものを前記斜角を持った状態で、左右の面積が同一になるように縦切断したものの一方（３）と他方（３’）となっている。
図１の磁性体平板１を２枚直列配置すると図２（ｂ）のようになる。
すなわち、複数の界磁ヨーク１をつなげていく際には、単に直角部を合わせていくことでリニアモータの界磁長を長くしていくことができる。
このように第１の実施の形態によれば、磁性体平板を平行四辺形加工する必要がなくなるので、材料歩留まりを向上させることができる。
また、その加工工数を減らして製造コストも低下させることができる。
しかも磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合に、直角に取り付けられているので外し作業が簡単となる。
【００１１】
なお、永久磁石２，３，３’の表面は非磁性材の薄板材で形成されたカバー（図示せず）で覆っておくようにすると、経年変化に強いものとなる。
さらに、全ての永久磁石２，３，３’が包含される容積を樹脂（図示せず）によりモールドすると、いっそう強固なものとなる。
【００１２】
図３は第１の実施の形態の応用例で、磁気吸引力相殺形リニアモータに適用した例で、（ａ）は本発明に係る界磁ヨーク（固定子）の斜視図、（ｂ）は磁気吸引力相殺形リニアモータの正面断面図である。
図において、５は可動子（電機子）、５１はリニアモータ電機子部、６は固定子（界磁ヨーク）、６１は界磁ヨークである。リニアモータ電機子部５１と空隙を介して対向する界磁ヨーク６１は、第１の実施の形態に係るものとなっている。すなわち、磁性体平板１は長方形となっており、この磁性体平板１の上に、図２と同様の考え方で第１永久磁石２と第２永久磁石３，３’が固定配置されている。
このように磁気吸引力相殺形のリニアモータにおいても、第１の実施の形態によれば、磁性体平板を平行四辺形加工する必要がなくなるので、材料歩留まりを向上させることができ、また、その加工工数を減らして製造コストも低下させることができる。
しかも磁性体平板を複数個組み付けた後、中間部の磁性体平板を一つだけ外す場合に、直角に取り付けられているので外し作業が簡単となる。
【００１３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について図４に基づいて説明する。
図４は本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータの正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図において、１１は駆動テーブル、１２は磁気吸引力相殺形可動子、１３はリニアガイド、１４は熱絶縁材、１６はスケールリード、２１はスライダベース、２２は磁石固定子、４１はリニアスケール、４２はスケールヘッドである。
図に示す磁気吸引力相殺形リニアモータは、２つの磁石固定子２２が、スライダベース２１の上面に対し、平行かつ直角に配置されるリニアモータである。
前記スライダベース２１の上面に、リニアスケールのスケール４１をリニアガイド１３と平行に配置固定させ、これに対抗するスケールヘッド４２は、２つの磁石固定子２２間をスラスト方向に移動する可動子（電機子）１２に熱絶縁材１４を介して固定させた構造になっている。
熱絶縁材１４はスケールヘッド４２の温度を上げないために設けられているもので、熱伝導度が０．３〔Ｗ／Ｋ・ｍ〕以下の物性値を持つものを使用している。
【００１４】
以上のように、本発明の第２の実施の形態によれば、リニアスケール４１とスケールヘッド４２がリニアモータの駆動中心軸上にあるので、リニアモータの走り精度の影響を受けることが少なくなり、ギャップが位置により異なる等の事象が生じなくなり、リニアスケールの検出精度が向上する。
また、中心軸上にあるので、リニアスモータの振動の影響を受けにくく、したがってサーボゲイン調整時、ゲインが上がりにくいなどの問題が起こらなくなる。速度制御の精度、位置決め精度の劣化もおきなくなる。
【００１５】
図５に本発明の第２の実施の形態の応用例を示す。
図５は本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータの正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図において、図４と同じ符号は同じものを指すので説明は省略する。１７はリミットスイッチ（ターゲット）、１８はリミットスイッチ（センサ部）である。図５から解るように、リミットスイッチ（ターゲット）１７がリミットスイッチ（センサ部）１８に接触する等により停止させるもので、これによりリニアモータのオーバランが防止できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、平板ヨークを長方形にすることで材料歩留まりを上げるだけではなく、加工工数も減少し、その結果、製造コストが２０％程度低減できる。また、界磁ヨークを複数個組み付けた後、中間部の界磁ヨークを一つだけ外す場合に、平行四辺形ヨークであると取り外し作業が不便というような問題があったが、本案によればこの作業が容易になる。
また、第２の実施の形態によればリニアスケールをスライダの駆動中心軸上に配置固定させることにより、スライダの走り精度の影響を受けにくくなり、つまりギャップ変動が小さくなることで、リニアスケールの検出精度低下などの問題がなくなる。また中心軸上にあるので、リニアモータの振動の影響を受けにくく、サーボゲイン調整時、ゲインが大きくとることができるので、速度制御の精度、位置決め精度を大幅に向上できるという効果がある。
さらに、特許文献１の発明と異なり、可動子部分もリニアスケール部分も強度的に十分耐えうる、しかも広いスペースを必要としない、製作工数の少ない、したがってコストダウンとなるリニアモータが得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る界磁ヨークに載置されたリニアモータの斜視図である。
【図２】図１の界磁ヨークの平面図で、（ａ）は界磁ヨークを構成する１単位としての磁性体平板を示し、（ｂ）は磁性体平板を２枚直列配置した状態を示す。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る磁性体平板を磁気吸引力相殺形リニアモータに応用した例を示す概念図で、（ａ）は左右の界磁ヨークを示す斜視図、（ｂ）は磁気吸引力相殺形リニアモータの正面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータの正面図と平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る応用例を示すリニアモータの正面図と平面図である。
【図６】従来のリニアモータの界磁ヨークに載置されたリニアモータの斜視図である。
【図７】図６の界磁ヨークの平面図で、（ａ）は界磁ヨークを構成する１単位としての磁性体平板を示し、（ｂ）は磁性体平板を２枚直列配置した状態を示す。
【図８】従来のスライダの正面図と平面図である。
【符号の説明】
１：界磁ヨーク
２：界磁永久磁石Ａ
３：界磁永久磁石Ｂ
４：電機子
５：磁気吸引力相殺形電機子
６：磁気吸引力相殺形界磁ヨーク
１１　駆動テーブル
１２　磁気吸引力相殺形可動子
１３　リニアガイド
１４　熱絶縁材
１６　スケールリード
１７　リミットスイッチ（ターゲット）
１８　リミットスイッチ（センサ部）
２１　スライダベース
２２　磁石固定子
４１　リニアスケール
４２　スケールヘッド

Claims (6)

1. 複数個の永久磁石を進行方向に対して一定の斜角を持ってかつ互いに等ピッチに配置固定する磁性体平板を備えたリニアモータ界磁部において、
   前記磁性体平板を長方形とし、該磁性体平板の上にその総数が２ｎ＋１（ｎは正の整数）となる前記永久磁石を配置固定する際前記磁性体平板の両端に配置される各永久磁石はその形状が、その他の永久磁石の形状と同じものを前記一定の斜角を持った状態で左右の面積が同一になるように縦切断した形状のものであることを特徴とするリニアモータ界磁部。
2. 前記永久磁石の表面を非磁性材の薄板材で形成されたカバーで覆ったことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ界磁部。
3. 全ての前記永久磁石が包含される容積を樹脂によりモールドしたことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ界磁部。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載のリニアモータ界磁部を２個対向配置すると共に、前記２個のリニアモータ界磁部の間にギャップを介してリニアモータ電機子を配置し、前記リニアモータ界磁部を固定子としてスライダベースに固定し、前記リニアモータ電機子部を可動子として構成した吸引力相殺形のリニアモータ装置において、
   前記スライダベース上に前記リニアモータ電機子部と対向するようにリニアスケールのスケール部を該リニアモータの可動子を支持案内するリニアガイドに平行に配置固定させ、これに対向するスケールヘッド部は２つのリニアモータ界磁部間をスラスト方向に移動する電機子に熱絶縁材を介して固定させたことを特徴とするリニアモータ装置。
5. リミットスイッチを前記スライダベースの上面に配置させたことを特徴とする請求項４記載のリニアモータ装置。
6. 前記熱絶縁材の熱伝導率が、０．３［Ｗ／Ｋ・ｍ］以下の物性を持つ材料であることを特徴とする請求項４または５記載のリニアモータ装置。

Images