JP2004153964A

JP2004153964A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2004153964A
Application number: JP2002318184A
Authority: JP
Inventors: 一朗 ▲真▼砂; Ichiro Masago
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】推力への変換効率がよく、マグネットの位置ズレや脱落を防止して長時間動作を可能にするリニアモータを提供する。
【解決手段】外ヨーク１１の中空内周面の１２面に断面台形のマグネット１２を固着し、内周面を単一極にしている。また、円柱状の内ヨーク１３の外周面を絶縁して、コイル１４を巻回している。外ヨーク１１の内周面の角には凹部１１ａを設けており、マグネット１２の底辺の寸法バラツキを吸収できるとともに、凹部１１ａに接着剤を積極的に溜めて隣り合うマグネット１２の隙間（傾斜面）に供給しやすくして、くさび作用を確実にしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイル形リニアモータのマグネットの固定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器の小型高性能化により、機器の駆動用に使われるモータの高性能化の要望が強くなり、回転電機とボールネジの組合せでは対応できない用途にリニアモータが検討されている。
【０００３】
従来の外ヨークにマグネットを備えたボイスコイル形リニアモータについて説明する。
【０００４】
図４において、外ヨーク４１と内ヨーク４２と側ヨーク４３とで日の字形の閉鎖磁気回路を構成し、外ヨーク４１と内ヨーク４２で構成される対向面に同じ幅のマグネット４４を極性が異なるようにストローク方向に２組を上下に固着している。非磁性体のコイルボビン４５にコイル４６を設け、マグネット４４と空隙を介して軸方向に移動自在にしている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２１４５３０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のボイスコイル型リニアモータは、上下２組のマグネット間にあるコイルのみが推力に寄与するため効率が悪かった。
【０００７】
また、熱変化や衝撃力などで外ヨークの平面に固着したマグネットは剥がれやすく、外ヨークを可動部にするとマグネットの位置がズレたり脱落する可能性があった。
【０００８】
このため、半導体製造装置のように長時間駆動の用途では（例えば、金属線を電極間にボンディングするダイボンダマシンのノズル駆動装置）、駆動源の特性変化によりマシンが停止しないようにする必要があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、推力への変換効率がよく、マグネットのズレや脱落を防止して長時間動作を可能にするリニアモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明のリニアモータは、多角形の中空部を有する外ヨークとその中空部の内周全面を単一極で覆い固着した台形断面のマグネットとを有する外ヨークユニットと、柱状の内ヨークとその外周に巻回したコイルとを有する内ヨークユニットとを備え、外ヨークユニットは、複数組の外ヨークおよびマグネットを備え、隣り合う磁極を異極とし、内ヨークユニットのコイルは、マグネットに対応して複数組接続され、隣り合うコイルの電流の向きが反対になるように巻回したもので、マグネットと対向するコイルの全周にわたり推力に変換できるので効率がよく、台形断面のマグネットにより内周側に脱落するのを防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１記載のリニアモータは、多角形の中空部を有する外ヨークとその中空部の内周全面を単一極で覆い固着した台形断面のマグネットとを有する外ヨークユニットと、柱状の内ヨークとその外周に巻回したコイルとを有する内ヨークユニットとを備え、前記マグネット内面とコイル外周とのギャップを保持し、コイルに流す電流の向きによって一方のユニットが移動するものであり、隣り合うマグネットの台形断面がくさびのように作用するため接着剥がれが発生してもマグネットが内周側に脱落するのを防止できる。
【００１２】
また、請求項２記載のリニアモータは、請求項１の内容に加えて、外ヨークユニットは、複数組の外ヨークおよびマグネットを備え、隣り合う磁極を異極とし、内ヨークユニットのコイルは、マグネットに対応して複数組接続され、隣り合うコイルの電流の向きが反対になるように巻回したもので、マグネットと対向するコイルの全周にわたり推力に変換できる。
【００１３】
また、請求項３記載のリニアモータは、請求項１に記載の内容に加えて、多角形の中空部の角に凹部を設けたもので、凹部によりマグネット底辺の寸法バラツキを吸収するとともに、凹部に積極的に接着剤を溜めることで傾斜面に接着剤を誘導し、くさびの作用効果をより確実なものにすることができる。
【００１４】
また、請求項１から請求項３のいずれか１項記載のリニアモータでワイヤを供給するノズルを駆動するので、ノズル駆動装置は長時間稼動が可能となり、非常停止によるロスを低減できる。
【００１５】
【実施例】
以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（実施例１）
実施例１は、外ヨークユニットが可動するリニアモータである。
【００１７】
図１は出力部の断面図で、外ヨーク１１の中空内周面の１２面に断面が台形のマグネット１２を固着し、内周面を単一極にしている。また、円柱状の内ヨーク１３の外周面を絶縁して、コイル１４を巻回している。
【００１８】
外ヨーク１１の内周面の角には凹部１１ａを設けており、マグネット１２の底辺の寸法バラツキを吸収できるとともに、凹部１１ａに接着剤を積極的に溜めて隣り合うマグネット１２の隙間（傾斜面）に供給しやすくしている。
【００１９】
これにより、単一極のマグネット１２に接着剥がれが生じても、くさび作用で内周側に脱落することはない。
【００２０】
図２において、１１は外ヨーク、１１ａは凹部、１２はマグネット、１３は内ヨーク、１４はコイル、１５、１６は取付台、１７はマグネット押え板、１８は連結スペーサ、１９はリニアガイドである。
【００２１】
図１を用いて説明したマグネット１２を外ヨーク１１に固着したものを２組（マグネット内周面は異極）を、磁性材で構成した連結スペーサ１８の両側に配置、さらにマグネット押え板１７を両側に配置し、それぞれを一体に連結して外ヨークユニットを構成する。
【００２２】
内ヨーク１３の外周上には２組のマグネット１２と対応するように２区間に分け、電流の向きを反対にするため逆巻回したコイル１４を接続して内ヨークユニットを構成する。マグネット１２とコイル１４との推力方向の寸法差がストロークとなり、実施例１ではコイル１２を大きくしている。このため、連結スペーサ１８とストローク長は概ね同じ寸法にしている。
【００２３】
外ヨークユニットと内ヨークユニットのギャップが一定となるように内ヨーク１３の両端を取付台１５，取付台１６で保持し、さらに、リニアガイド１９の可動側と外ヨークユニットを連結する。
【００２４】
このように外ヨークとマグネット、コイルを２組（複数）で構成するため、閉鎖磁路が構成される。すなわち、マグネット内面（仮にＮ極とする）から内ヨークへ、そして順次、内ヨーク内から隣り合うマグネットの内面（Ｓ極）、マグネット内から外周（Ｎ極）、外ヨークから連結スペーサ、元の外ヨーク内を経て元のマグネット外周（Ｓ極）に環流する。
【００２５】
コイル１４はこの閉鎖磁路内で鎖交しており、コイル１４に通電すると、２つのコイル１４に流れる電流の向きと、２組のマグネット１２内周面の磁極（異極）とによって決まる推力方向は同じとなり、外ヨークユニットが移動する。
【００２６】
そして、マグネット押え板１７の配置により接着剥がれが生じてもマグネット１２は移動方向（軸方向）に動くことはない。また、上述したようにマグネット形状の特徴から内周側に脱落することもないので推力変化がなく、半導体製造装置のように長時間安定稼働が必要なダイボンダなどの直線駆動源に適している。
【００２７】
このように、体積あたりのマグネット量が増え、マグネット磁極と対向したコイル全周が推力に寄与するため推力アップが図れる。また、マグネットの接着剥がれが生じても、マグネットが移動や脱落することがなく、推力の安定したリニアモータとなる。さらに、マグネットを備えた外ヨークユニットを可動させるため、コイル断線の心配がない。
【００２８】
なお、推力効率外ヨークの中空部の多角形は、６以上の偶数にすればよく、６角形の場合には、内ヨークを６角柱にすれば、マグネットとコイルのギャップを小さくでき、磁束を有効利用できる。また、外ヨークは磁性板をプレス積層して構成すれば、多角形や凹部の形成が容易になる。
【００２９】
また、上記で説明した外ヨークユニットと内ヨークユニットを並列に連結し、互いに隣り合う磁極を異磁極、互いに隣り合う電流の向きを反対になるように結線すれば、さらに推力飽和の少ないリニアモータが得られる。この場合、連結スペーサを非磁性体で構成すればよく、外ヨークユニットと内ヨークユニットの間で閉磁路が構成され、コイルはこの磁束と鎖交しており、電流の向きにより可動側のユニットが移動する。
【００３０】
（実施例２）
実施例２は、外ヨークユニットを固定して、内ヨークユニットを可動するものである。
【００３１】
図３において、３１は外ヨーク、３２はマグネット、３３は内ヨーク、３４はコイル、３５は取付台Ａ、３６は取付台Ｂ、３７はマグネット押え板、３８は連結スペーサ、３９はリニアガイドである。
【００３２】
外ヨーク３１、マグネット３２、マグネット押え板３７、連結スペーサ３８で外ヨークユニットを構成する点は実施例１を同じであり、説明を省略する。
【００３３】
内ヨークユニットは、内ヨーク３３の外周上には２組のマグネットと対応するように２区間に分けて電流の向きを反対にするため逆巻回したコイル３４を接続する点は実施例１と同じである。
【００３４】
内ヨークユニットを可動させるため、内ヨーク３３の両端をストローク分長くしている。取付台３５、取付台３６およびそれに取り付けたリニアガイド３９で内ヨーク３３の両端を移動可能に保持する。
【００３５】
なお、磁路の構成についても実施例１と同様であり説明を省略する。
【００３６】
このように、推力を向上させながら簡単な構成によりマグネットを機械的に固定できるリニアモータが得られる。
【００３７】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように請求項１、２記載の発明によれば、内周全面をマグネットで覆うため、推力の大きなリニアモータが得られる。また、断面台形のマグネットの側面同士がくさびのように作用するので、マグネットが内周側に脱落することはない。
【００３８】
また、請求項３記載の発明によれば、凹部によりマグネット底辺の寸法バラツキを吸収できるとともに、断面台形の傾斜面に積極的に接着剤を供給することでくさび作用をより確実なものにできる。
【００３９】
さらに、ダイボンダのノズル駆動装置のように２４時間稼働させるマシンに本発明のリニアモータを搭載すれば推力変化などで非常停止することもなく、稼動損を削減でき設備の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるリニアモータ出力部の断面図
【図２】本発明の実施例１におけるリニアモータの構成断面図
【図３】本発明の実施例２におけるリニアモータの構成断面図
【図４】従来のリニアモータにおけるリニアモータ出力部の断面図
【符号の説明】
１１、３１外ヨーク
１１ａ凹部
１２、３２マグネット
１３、３３内ヨーク
１４、３４コイル

Claims

多角形の中空部を有する外ヨークとその中空部の内周全面を単一極で覆い固着した台形断面のマグネットとを有する外ヨークユニットと、柱状の内ヨークとその外周に巻回したコイルとを有する内ヨークユニットとを備え、前記マグネット内面とコイル外周とのギャップを保持し、コイルに流す電流の向きによって一方のユニットが移動するリニアモータ。
外ヨークユニットは、複数組の外ヨークおよびマグネットを備え、隣り合う磁極を異極とし、内ヨークユニットのコイルは、マグネットに対応して複数組接続され、隣り合うコイルの電流の向きが反対になるように巻回した請求項１記載のリニアモータ。
多角形の中空部の角に凹部を設けた請求項１に記載のリニアモータ。
請求項１から請求項３のいずれか１項記載のリニアモータでワイヤを供給するノズルを駆動するノズル駆動装置。