【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電機子コイルと相対移動するように配置された細長軸状の界磁マグネットを備えたリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般のリニアモータでは、図６に示されているように、軸方向に並設された複数個の電機子コイル１内に、細長軸状の界磁マグネット２が中心軸の方向に沿って相対移動するように配置されており、それら電機子コイル１および界磁マグネット２のいずれか一方側が固定子に構成されるとともに、他方側が可動子に構成される。
【０００３】
このとき、上述した界磁マグネット２は、通常、図７に示されているように、互いに別個の磁性素材で形成された複数個のマグネット片２ａ，・・・を軸方向に沿って直列に連結することにより形成されている。それらの各マグネット片２ａには軸方向に単極の着磁が施されており、当該各マグネット片２ａの同極どうしが軸方向に対面するように配列されている。
【０００４】
そして、そのように複数個にわたって連結されたマグネット片２ａ，・・・の集合体の全長を最終的に固定するにあたっては、例えば上記各マグネット片２ａの中心部に貫通形成された取付孔内２ｂ内に、図示を省略した固定軸（センター軸）を挿通し、ネジ手段等による締め付けを行うことによって、上述した複数個のマグネット片２ａ，・・・の個々を互いに密着した状態に保持している（特許文献１参照）。また、マグネット片２ａどうしを接着剤により固着することなども行われている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１３５６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来構造の界磁マグネット２においては、複数個のマグネット片２ａ，・・・を軸方向に集合させ密着させた際に、軸方向に隣接するマグネット片２ａ，２ａどうしが互いに反発し合うことになってしまい、その反発力に打ち勝つ固定力で全体を保持しておく必要がある。従って、従来構造の界磁マグネット２を製造するにあたっては、マグネット片２ａの固定作業に多大な手間を要しているとともに、複数個のマグネット片２ａ，・・・を連結していく際に、個々のマグネット片２ａに生じている寸法精度の誤差が累積していくこととなり、その結果、完成した界磁マグネット２の磁極ピッチにズレを生じてしまったり、当該界磁マグネット２の全長に大きな寸法誤差を発生させてしまうおそれがある。
【０００７】
また、上述した従来構造の界磁マグネット２では、表面磁束密度曲線が、図８に示されているように、マグネット片２ａどうしの境界部位Ａにおける表面磁束密度が急激に立ち上がった不連続曲線となっている。表面磁束密度に、そのような急激な立ち上がり部分が存在していると、その部分において推力に大きなリップルを生じることとなり、その分、リニアモータの駆動力が不安定化するおそれがある。
【０００８】
そこで本発明は、界磁マグネットを容易かつ高精度に製造可能とし、安価で高性能なリニアモータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかるリニアモータでは、電機子コイルの内部側の中心軸に沿って軸方向に相対移動するように配置された細長軸状の界磁マグネットが、細長軸状の全長にわたって一体をなす磁性素材から形成されているとともに、その磁性素材には、軸方向に沿って異なる磁極が外表面において交互に繰り返す着磁が施されている。
このような構成を有する請求項１にかかるリニアモータによれば、予め一体化された界磁マグネットを用いてリニアモータの製造が行われるため、従来のような複数個のマグネット片を組み立てたときに生じる着磁ピッチのバラツキが防止されるとともに、界磁マグネットにおける表面磁束密度の分布が連続的なものになるため、リニアモータ推力の安定化および性能向上が図られるようになっている。
【００１０】
また、本発明の請求項２にかかるリニアモータでは、上記請求項１における磁性素材が、各磁極に対応した極異方性を有する部材から形成されていて、そのような構成を有する請求項２にかかるリニアモータによれば、より大きな表面磁束密度が得られることから、リニアモータ推力がさらに高められることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示された３相駆動のリニアモータ１０においては、細長軸状に形成された界磁マグネット１１を有する可動子Ｓが、軸方向に沿って往復移動自在に配置されているとともに、その可動子Ｓの外周側には、環状に巻回された複数個の電機子コイル１２を一体に有する固定子Ｃが同心状に配置されている。
【００１２】
上記可動子Ｓ内に配置された界磁マグネット１１は、全長にわたって一体をなす細長軸状の磁性素材から形成されている。その磁性素材の外周表面には、軸方向に沿って異なる磁極（Ｎ，Ｓ）が交互に繰り返すように着磁が施されている。この界磁マグネット１１の詳細構造については後述するが、当該界磁マグネット１１の位置が、図示を省略した位置センサー部により検出されることによって位置制御されながらモータ駆動が行われるようになっている。
【００１３】
一方、上述した固定子Ｃは、非磁性材料からなる中空ケース１３を有しており、その中空ケース１３の内壁面に沿って、前記複数個の電機子コイル１２が軸方向に３相をなすように並列して取り付けられている。それらの各電機子コイル１２は、上記可動子Ｓと同心状となるようにコイルが巻回されたものであって、磁性ヨークを介在することなく、上記中空ケース１３の内壁面に対して直接的に装着されている。
【００１４】
このとき、上記固定子Ｃの内周側壁面は、全周かつ全長にわたって潤滑性軸受面に形成されており、その固定子Ｃに形成された潤滑性軸受面を介して、上記界磁マグネット１１を含む可動子Ｓが、軸方向に適宜の範囲内で相対的に往復移動可能に挿通されている。すなわち上記可動子Ｓは、図１のように図示右側まで移動し切った状態を一方側の終端位置として、図示左右方向に往復移動するように配置されている。
【００１５】
上述したように界磁マグネット１１は、全長にわたって一体をなす細長軸状の磁性素材から形成されていて、図２および図３にも示されているように、その界磁マグネット１１の磁性素材には、軸方向に沿って異なる磁極（Ｎ，Ｓ）が外周表面において交互に繰り返す着磁が施されている。そして、本実施形態における磁性素材としては、上述した磁極に対応した極異方性を有する部材が採用されており、図４に示されているような着磁器内に設けられた着磁ヘッド２０の磁極部が、上述した界磁マグネット１１の極異方性磁性素材１１’に対して、半径方向外方側から近接配置されることによって、上記磁性素材１１’に対する着磁が行われ、上述したような界磁マグネット１１が得られるようになっている。
【００１６】
より詳細には、図４における着磁ヘッド２０に設けられた磁極部は、上記磁性素材１１’を環状に取り囲むように配置されたリング状の磁極コア２１を複数個有している。それら複数個のリング状磁極コア２１，２１，・・・は、軸方向に沿って適宜のピッチ間隔をなして配置されており、当該各磁極コア２１における内周側の端部が、上記磁性素材１１’の外周表面に対して半径方向外方側から近接するように配置されている。
【００１７】
また、上記各リング状磁極コア２１には、着磁コイル２２がそれぞれ同心状に巻回されており、当該着磁コイル２２に対して図示を省略した励磁回路による通電が行われることによって、上記各リング状磁極コア２１の内周端部が、軸方向に異なる磁極（Ｎ，Ｓ）を交互に繰り返すように励磁される。そして、それらの各リング状磁極コア２１の内周端部に励磁された磁極（Ｎ，Ｓ）に対応して、上記磁性素材１１’の外周表面に対する着磁が行われ、上述したような界磁マグネット１１が得られるようになっている。
【００１８】
このように本実施形態では、予め一体化された界磁マグネット１１を用いてリニアモータの製造が行われるため、従来のような複数個のマグネット片（図７中の符号２ａ参照）を組み立てたときに生じる着磁ピッチのバラツキが防止される。また、従来のようなマグネット片どうしの繋ぎ目がなくなるため、図５に示されているように、表面磁束密度の分布曲線が連続的なものになされることとなり、その結果、リニアモータ推力の安定化および性能向上が図られるようになっている。
【００１９】
また本実施形態では、界磁マグネット１１の磁性素材１１’が、磁極に対応した極異方性を有する部材から形成されていることから、より大きな磁束が得られるようになっている。
【００２０】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００２１】
例えば、上述した実施形態では、磁性素材として極異方性を有する部材を用いているが、等方性を有する部材を採用することも可能である。
【００２２】
また、上述した実施形態では、界磁マグネット１１側を可動子として電機子コイル１２側を固定子に構成しているが、それとは逆に、界磁マグネット１１側を固定子として電機子コイル１２側を可動子に構成することも当然に可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１記載にかかるリニアモータは、電機子コイル内の中心軸に沿って軸方向に相対移動するように配置した細長軸状の界磁マグネットを、全長にわたって一体をなす細長軸状の磁性素材から形成し、かつその磁性素材に、軸方向に沿って異なる磁極を外表面において交互に繰り返すように着磁したことによって、予め一体化された界磁マグネットを用いてリニアモータを製造することを可能とし、従来のような着磁ピッチのバラツキを防止するとともに、表面磁束密度の分布を連続的なものとしてモータ推力の安定化および向上を図るように構成したものであるから、界磁マグネットを容易かつ高精度に製造することを可能として、リニアモータを安価に高性能化することができる。
【００２４】
また、本発明の請求項２にかかるリニアモータは、上記請求項１における磁性素材を、磁極に対応した極異方性を有する部材から形成し、より大きな磁束を得るように構成したものであるから、上述した効果をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリニアモータの概略構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図２】本発明の一実施形態における界磁マグネットの構造を拡大して表した側面説明図である。
【図３】図２に表した界磁マグネットの縦断面説明図である。
【図４】図２および図３に表した界磁マグネットの着磁に用いる着磁器の概略構造を表した縦断面説明図である。
【図５】図２に表した界磁マグネットの表面磁束密度分布を表した線図である。
【図６】一般のリニアモータの概略構造を表した外観斜視説明図である。
【図７】従来の界磁マグネットの構造を拡大して表した側面説明図である。
【図８】図７に表した界磁マグネットの表面磁束密度分布を表した線図である。
【符号の説明】
１０ リニアモータ
Ｓ 可動子
１１ 界磁マグネット
１１’ 極異方性磁性素材
Ｃ 固定子
１２ 電機子コイル
１３ 中空ケース
２０ 着磁ヘッド
２１ リング状の磁極コア
２２ 着磁コイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor having an elongated shaft-shaped field magnet arranged to move relatively to an armature coil.
[0002]
[Prior art]
In a general linear motor, as shown in FIG. 6, a plurality of armature coils 1 arranged in the axial direction have a field magnet 2 having a long and narrow axis shape along a center axis direction. Any one of the armature coil 1 and the field magnet 2 is configured as a stator, and the other side is configured as a mover.
[0003]
At this time, the above-mentioned field magnet 2 usually includes a plurality of magnet pieces 2a,... Formed of separate magnetic materials in series along the axial direction, as shown in FIG. It is formed by connecting. The magnet pieces 2a are monopolarly magnetized in the axial direction, and are arranged so that the same poles of the magnet pieces 2a face each other in the axial direction.
[0004]
In order to finally fix the entire length of the assembly of the magnet pieces 2a,... Connected over the plurality of pieces, for example, the inside of the mounting hole 2b formed through the center of each of the magnet pieces 2a A fixed shaft (center shaft), not shown, is inserted through the inside of the shaft and tightened by a screw means or the like to hold the plurality of magnet pieces 2a,. (See Patent Document 1). Further, the magnet pieces 2a are fixed to each other with an adhesive.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 10-313566 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the field magnet 2 having such a conventional structure, when a plurality of magnet pieces 2a,... Are assembled in the axial direction and brought into close contact with each other, the magnet pieces 2a, 2a adjacent in the axial direction are mutually connected. It is necessary to keep the whole with a fixed force that overcomes the repulsive force. Therefore, when manufacturing the field magnet 2 having the conventional structure, a great deal of work is required for fixing the magnet pieces 2a, and when connecting the plurality of magnet pieces 2a,. The errors in the dimensional accuracy occurring in the individual magnet pieces 2a accumulate, and as a result, a deviation occurs in the magnetic pole pitch of the completed field magnet 2, or the entire length of the field magnet 2 becomes large. There is a possibility that a dimensional error may occur.
[0007]
Further, in the field magnet 2 having the conventional structure described above, the surface magnetic flux density curve is, as shown in FIG. 8, a discontinuous curve in which the surface magnetic flux density at the boundary portion A between the magnet pieces 2a sharply rises. Has become. If such a steep rising portion exists in the surface magnetic flux density, a large ripple is generated in the thrust at that portion, and the driving force of the linear motor may be destabilized accordingly.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide an inexpensive and high-performance linear motor that enables a field magnet to be manufactured easily and with high precision.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the linear motor according to claim 1 of the present invention, an elongated shaft-shaped field magnet arranged to relatively move in the axial direction along the central axis on the inner side of the armature coil is provided. The magnetic material is formed from a magnetic material that is integral with the entire length of the elongated shaft, and the magnetic material is subjected to magnetization in which different magnetic poles are alternately repeated on the outer surface along the axial direction.
According to the linear motor according to claim 1 having such a configuration, since a linear motor is manufactured using a field magnet integrated in advance, when a plurality of magnet pieces are assembled as in the related art. As a result, the variation of the magnetized pitch is prevented, and the distribution of the surface magnetic flux density in the field magnet becomes continuous, thereby stabilizing the thrust of the linear motor and improving the performance.
[0010]
Further, in the linear motor according to claim 2 of the present invention, the magnetic material according to claim 1 is formed of a member having polar anisotropy corresponding to each magnetic pole, and has such a configuration. According to the linear motor described above, a larger surface magnetic flux density can be obtained, so that the thrust of the linear motor can be further increased.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the three-phase driven linear motor 10 shown in FIG. 1, a mover S having a field magnet 11 formed in an elongated shaft shape is arranged so as to be reciprocally movable in the axial direction. On the outer peripheral side of the mover S, a stator C integrally including a plurality of armature coils 12 wound annularly is concentrically arranged.
[0012]
The field magnet 11 arranged in the mover S is formed of a magnetic material having an elongated shaft shape and integrated over the entire length. The outer peripheral surface of the magnetic material is magnetized so that different magnetic poles (N, S) are alternately repeated along the axial direction. Although the detailed structure of the field magnet 11 will be described later, the motor is driven while the position of the field magnet 11 is controlled by being detected by a position sensor (not shown). .
[0013]
On the other hand, the above-described stator C has a hollow case 13 made of a non-magnetic material, and the plurality of armature coils 12 form three phases in the axial direction along the inner wall surface of the hollow case 13. Are installed in parallel. Each of these armature coils 12 has a coil wound so as to be concentric with the mover S, and is directly formed on the inner wall surface of the hollow case 13 without a magnetic yoke. It is mounted on.
[0014]
At this time, the inner peripheral side wall surface of the stator C is formed on the lubricating bearing surface over the entire circumference and the entire length, and the field magnet 11 is formed via the lubricating bearing surface formed on the stator C. Is inserted so as to be relatively reciprocable in the axial direction within an appropriate range. That is, the mover S is disposed so as to reciprocate in the left-right direction in the figure, with the state where the mover S has completely moved to the right side in the figure as the end position on one side as shown in FIG.
[0015]
As described above, the field magnet 11 is formed of an elongated shaft-shaped magnetic material integrated over the entire length, and as shown in FIGS. Is magnetized such that different magnetic poles (N, S) are alternately repeated on the outer peripheral surface along the axial direction. As the magnetic material in the present embodiment, a member having polar anisotropy corresponding to the above-described magnetic pole is employed, and a magnetizing head 20 provided in a magnetizer as shown in FIG. Is arranged close to the polar anisotropic magnetic material 11 ′ of the field magnet 11 from the radially outer side, so that the magnetic material 11 ′ is magnetized. The field magnet 11 as described above can be obtained.
[0016]
More specifically, the magnetic pole portion provided on the magnetization head 20 in FIG. 4 has a plurality of ring-shaped magnetic pole cores 21 arranged so as to surround the magnetic material 11 'in a ring shape. The plurality of ring-shaped magnetic pole cores 21, 21,... Are arranged at an appropriate pitch interval along the axial direction. It is arranged so as to approach the outer peripheral surface of the material 11 ′ from the radially outer side.
[0017]
A magnetizing coil 22 is wound concentrically around each of the ring-shaped magnetic pole cores 21, and the magnetizing coil 22 is energized by an excitation circuit (not shown), whereby the magnetizing coil 22 is energized. The inner peripheral end of each ring-shaped magnetic pole core 21 is excited so as to alternately repeat different magnetic poles (N, S) in the axial direction. Then, corresponding to the magnetic poles (N, S) excited at the inner peripheral end of each of the ring-shaped magnetic pole cores 21, the outer peripheral surface of the magnetic material 11 ′ is magnetized, and the above-described field is formed. A magnetic magnet 11 is obtained.
[0018]
As described above, in the present embodiment, since the linear motor is manufactured using the field magnet 11 integrated in advance, a plurality of magnet pieces (see reference numeral 2a in FIG. 7) are assembled as in the related art. Variations in the magnetization pitch, which sometimes occur, are prevented. Further, since there is no seam between the conventional magnet pieces, the distribution curve of the surface magnetic flux density becomes continuous as shown in FIG. 5, and as a result, the thrust of the linear motor is reduced. Stabilization and performance improvement are achieved.
[0019]
In this embodiment, since the magnetic material 11 'of the field magnet 11 is formed of a member having polar anisotropy corresponding to the magnetic pole, a larger magnetic flux can be obtained.
[0020]
As mentioned above, although the embodiment of the invention made by the inventor has been specifically described, the present invention is not limited to the above embodiment, and it can be said that various modifications can be made without departing from the gist thereof. Not even.
[0021]
For example, in the above-described embodiment, a member having polar anisotropy is used as the magnetic material, but a member having isotropicity may be adopted.
[0022]
Further, in the above-described embodiment, the armature coil 12 side is configured as a stator while the field magnet 11 side is configured as a mover. Conversely, the armature coil 12 is configured as a stator on the field magnet 11 side. Naturally, it is also possible to configure the side as a mover.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, in the linear motor according to the first aspect of the present invention, an elongated shaft-shaped field magnet arranged so as to relatively move in the axial direction along the central axis in the armature coil is integrated over the entire length. Using a field magnet that is pre-integrated by being formed from an elongated shaft-shaped magnetic material that forms a magnetic material, and by magnetizing the magnetic material so that different magnetic poles are alternately repeated along the axial direction on the outer surface. To prevent the variation of the magnetized pitch as in the past, and to stabilize and improve the motor thrust by making the surface magnetic flux density distribution continuous. Therefore, the field magnet can be manufactured easily and with high accuracy, and the performance of the linear motor can be improved at low cost.
[0024]
A linear motor according to a second aspect of the present invention is configured such that the magnetic material according to the first aspect is formed from a member having a polar anisotropy corresponding to a magnetic pole to obtain a larger magnetic flux. Therefore, the above-described effects can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view schematically showing a schematic structure of a linear motor to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an explanatory side view showing an enlarged structure of a field magnet according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory longitudinal sectional view of the field magnet shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory longitudinal sectional view showing a schematic structure of a magnetizer used for magnetizing the field magnet shown in FIGS. 2 and 3;
FIG. 5 is a diagram showing a surface magnetic flux density distribution of the field magnet shown in FIG. 2;
FIG. 6 is an explanatory perspective view showing the appearance of a general linear motor, illustrating the schematic structure thereof.
FIG. 7 is an explanatory side view showing an enlarged structure of a conventional field magnet.
FIG. 8 is a diagram illustrating a surface magnetic flux density distribution of the field magnet illustrated in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 linear motor S mover 11 field magnet 11 'polar anisotropic magnetic material C stator 12 armature coil 13 hollow case 20 magnetizing head 21 ring-shaped magnetic pole core 22 magnetizing coil
