JP2005117831A - 可動磁石形リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 可動子である界磁永久磁石を移動することにより生じる固定子ベース側の渦電流損失を軽減すると共に、固定子ベースの温度上昇に伴う精度劣化、また粘性摩擦の増大を防ぐことが可能な可動磁石形リニアアクチュエータを提供する。
【解決手段】 可動磁石形リニアアクチュエータは、固定子ベース２に配置されるコイル１１の全長と同等の長さで、かつ、界磁永久磁石３の幅寸法と同等の寸法を有する凹部２Ａに、可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコア１０を電機子１と対向するように埋設する構成にしたものである、これにより、固定子部の電気抵抗が大きくなり、可動子である界磁永久磁石が固定子上を移動し、界磁磁束が鎖交することによる渦電流損を低減することが可能であり、高速時の鉄損低減効果を大きくすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアアクチュエータに関し、特に界磁を可動子とし、電機子を固定子として構成する可動磁石（Ｍｏｖｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔ）形リニアアクチュエータに関する。

従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアアクチュエータは、図３に示すようになっている。なお、図３は従来技術を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図３において、１は電機子、２は固定子ベース、３は界磁永久磁石、４は界磁ヨーク、６はリニアガイドレール、７はセンサ、８はリニアガイドブロック、９はリニアスケール部、１１はコイル、１２は結線基板、１３はストッパである。
リニアアクチュエータは、界磁永久磁石３の背面に界磁ヨーク４を設けて、界磁ヨーク４が可動子と磁気回路を兼用している。また、電機子１は、スロットレスのコイル１１を複数備えた構造を有すると共に、ソリッドの磁性部材でできた固定子ベース２上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて、固定子を構成している。この電機子１の両側には、平行するリニアガイドレール６が固定子ベース２上に固定され、リニアガイドレール６上には、該レール上を摺動するリニアガイドブロック８が界磁ヨーク４の両端の下部に固定されている。さらに、可動子の側面には、リニア形のエンコーダを構成する磁気式のリニアスケール９が配設され、このリニアスケール９に対向するように固定子ベース２に該リニアスケール９を検出するセンサ７が配設されている。それから、２本のリニアガイドレール６の端部の間には可動子のオーバランを防止するためのストッパ１３が設けられている。
このリニアアクチュエータは界磁永久磁石３の磁束が、固定子ベース２に鎖交する磁気回路構造になっており、また、電機子のコイル１１を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平９−２６６６５９号公報（明細書第５頁、図３）

ところが従来技術では、固定子ベースがソリッド状の磁性部材で構成されていることから、部材の電気抵抗が小さいため、界磁永久磁石を備えた可動子がスライド方向に動いた際に、固定子ベースに生じる渦電流損が大きくなり、固定子ベースの温度上昇に伴う精度劣化、また粘性摩擦の増大によるアクチュエータ効率の低下等の問題があった。特にこの問題は、高頻度加減速動作をさせた場合に顕著であった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、可動子である界磁永久磁石を移動することにより生じる固定子ベース側の渦電流損失を軽減すると共に、固定子ベースの温度上昇に伴う精度劣化、また粘性摩擦の増大を防ぐことが可能な可動磁石形リニアアクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る可動磁石形リニアアクチュエータの発明は、電機子を固定子側に、界磁を可動子側となるように配置し、前記固定子に対する前記可動子のスライド方向の位置をエンコーダにより検出する可動磁石形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子は、固定子ベースと、前記固定子ベースに固定され複数のコイル群を装着してなる電機子と、前記電機子と対向するように前記固定子ベースの内部に埋設されると共に、可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコアと、前記電機子の両側を挟むように直線状に配置されたリニアガイドレールと、を有しており、前記可動子は、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、界磁ヨーク上に固定された界磁永久磁石より成る界磁と、前記リニアガイドレール上を摺動するように設けたリニアガイドブロックと、を有しており、前記エンコーダは、前記界磁ヨークの側面に配設された光学式のリニアスケールと前記リニアスケールに対向して且つ前記固定子ベース側に配設されると共に前記リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダであることを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の可動磁石形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子ベースに冷媒導管もしくは強制液冷用ジャケットを埋設させた構造としたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の可動磁石形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子ベース材は、アルミもしくはアルミ合金、チタンもしくはチタン合金、または、マグネシウムもしくはマグネシウム合金の非磁性材料の何れかを用いることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、固定子ベースに配置されるコイル全長と同等の長さで、かつ、界磁永久磁石３の幅寸法と同等の寸法を有する凹部に、可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコアを電機子と対向するように埋設する構成にしたので、固定子部の電気抵抗が大きくなり、可動子である界磁永久磁石が固定子上を移動し、界磁磁束が鎖交することによる渦電流損を低減することが可能であり、高速時の鉄損低減効果を向上することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、固定子側１箇所に集約された発熱部を液冷等の強制冷却構造が可能となり、アクチュエータの冷却性能を上げることができる。
また、請求項３記載の発明によれば、固定子ベースにアルミなどの部材を用いたので、従来技術に比べてアクチュエータの軽量化を行うことができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施例を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、１０はコアである。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、リニアアクチュエータの固定子は、固定子ベース２と、固定子ベース２に固定され複数のコイル群１１を装着してなる電機子１と、電機子１と対向するように設けられ、固定子ベース２に配置されるコイルの全長と同等の長さで、かつ、界磁永久磁石３の幅寸法と同等の寸法を有するように設けた凹部２Ａに埋設されると共に可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコア１０と、電機子１の両側を挟むように直線状に配置されたリニアガイドレール６と、を有しており、可動子は、電機子１と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、平板状の界磁ヨーク４上に固定され、かつ、磁極がＮ極、Ｓ極‥と交互に異なるように複数個設けられた界磁永久磁石３より成る界磁と、リニアガイドレール６上を摺動するように設けたリニアガイドブロック８とを有した点である。
また、界磁ヨーク４の側面には光学式エンコーダを構成するリニアスケール９が配設されると共に、該リニアスケール９に対向してリニアスケール９を検出するセンサ７が固定子ベース２側に配設されている。
また、固定子ベース２の材質は、基本的には鉄などの磁性体を用いるが、軽量化を図るためにアルミもしくはアルミ合金が好ましく、その他チタンもしくはチタン合金、または、マグネシウムもしくはマグネシウム合金などの非磁性材料の何れかを用いても構わない。
このような構成において、本リニアアクチュエータは電機子に生じる起磁力の磁極数に対し、界磁磁極の数が少なく、その差がリニアアクチュエータの可動側のストロークとなり、直線移動を行う。
したがって、本実施例に係る可動磁石形リニアアクチュエータは、固定子ベース２に配置されるコイル全長と同等の長さで、かつ、界磁永久磁石３の幅寸法と同等の寸法を有する凹部２Ａに、可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコア１０を電機子１と対向するように埋設する構成にしたので、固定子部の電気抵抗が大きくなり、可動子である界磁永久磁石が固定子上を移動し、界磁磁束が鎖交することによる渦電流損を低減することが可能であり、高速時の鉄損低減効果を大きくすることができる。その結果、固定子ベース２の温度上昇に伴う精度劣化、また粘性摩擦の増大によるアクチュエータ効率の低下等の問題を解消することができる。
また、固定子ベースにアルミなどの軽量化部材を使用できるので、従来技術に比べてアクチュエータの軽量化が可能である。

次に本発明の第２実施例を説明する。
図２は本発明の第２実施例を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図２において、５は冷媒導管である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、固定子ベース２に冷媒導管５を埋設させた構造とした点である。
第２実施例は固定子ベース２に冷媒導管５を埋設する構成にしたので、冷媒導管に冷罵などを流して強制冷却を行うことにより、固定子１箇所に集約された発熱部を効率よく冷却することが可能となり、アクチュエータの冷却性能を向上することができる。
なお、冷媒導管に買えて、固定子ベース２に強制液冷用ジャケットを埋設させた構造にすることも可能である。

本発明の第１実施例を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当するものである。 本発明の第２実施例を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当するものである。 従来技術を示す可動磁石形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当するものである。

符号の説明

１ 電機子
２ 固定子ベース
２Ａ 凹部
３ 界磁永久磁石
４ 界磁ヨーク
５ 冷却導管
６ リニアガイドレール
７ センサ（リニアスケール検出部）
８ リニアガイドブロック
９ リニアスケール部
１０ コア
１１ コイル
１２ 結線基板
１３ ストッパ

Claims (3)

1. 電機子を固定子側に、界磁を可動子側となるように配置し、前記固定子に対する前記可動子のスライド方向の位置をエンコーダにより検出する可動磁石形リニアアクチュエータにおいて、
   前記固定子は、固定子ベースと、前記固定子ベースに固定され複数のコイル群を装着してなる電機子と、前記電機子と対向するように前記固定子ベースの内部に埋設されると共に、可動子の進行方向と直角方向に薄板状の電磁鋼板を積層してなるコアと、前記電機子の両側を挟むように直線状に配置されたリニアガイドレールと、を有しており、
   前記可動子は、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、界磁ヨーク上に固定された界磁永久磁石より成る界磁と、前記リニアガイドレール上を摺動するように設けたリニアガイドブロックと、を有しており、
   前記エンコーダは、前記界磁ヨークの側面に配設された光学式のリニアスケールと前記リニアスケールに対向して且つ前記固定子ベース側に配設されると共に前記リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダであることを特徴とする可動磁石形リニアアクチュエータ。
2. 前記固定子ベースに冷媒導管もしくは強制液冷用ジャケットを埋設させた構造としたことを特徴とする請求項１に記載の可動磁石形リニアアクチュエータ。
3. 前記固定子ベース材は、アルミもしくはアルミ合金、チタンもしくはチタン合金、または、マグネシウムもしくはマグネシウム合金の非磁性材料の何れかを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の可動磁石形リニアアクチュエータ。
   
   

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