JP2005348599A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ容量の変化に対して磁極テイースの生産、部品管理面での効率化によりコスト低減を可能とするリニアモータを提供する。
【解決手段】 モータ駆動方向に延在する固定子ヨーク２２と、この固定子ヨーク２２上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石２３，２４とを備えた固定子３１、および固定子３１の永久磁石２３，２４と所定の間隙を介して配置され、モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極テイース２５と、各磁極テイース２５に巻回されたコイル３３とを備えた可動子３７からなるリニアモータであって、各磁極テイース２５は、モータ駆動方向と直交する方向に配列された複数個の単位磁極テイース３２からなり、上記配列される各複数個の単位磁極テイース３２は一括してその周囲にコイル３３が巻回されて一体化されている。
【選択図】 図８

Description

本発明は、特に工作機械のテーブル送り等に利用されるリニアモータに関するものである。

図２０は、例えば特許文献１に開示されたこの種従来のリニアモータの構成を示す断面図である。
図において、固定子１は、固定子ヨーク２上に交互に極性の異なる複数の永久磁石３ａ、３ｂが、所定の間隔を介して配置されたものである。可動子４は、この固定子１に沿って所定の間隙を介して移動する。

そして、この可動子４は、可動子ヨーク５、この可動子ヨーク５の固定子１と対向する側の面に、ボルトネジ６を介して所定の間隔を介して保持される断面台形状の結合部材７、断面略Ｔ字状に形成され、一端中央部に形成されたアリ溝８ａを介して結合部材７にそれぞれ結合されるとともに、両側に凹部８ｂ、凸部８ｃを有する複数の第１の磁極テイース部材８、断面略Ｉ字状に形成され、両側に有する凹部９ａ、凸部９ｂが第１の磁極テイース部材８のそれぞれ各凸部８ｃ、凹部８ｂに嵌合することにより、各第１の磁極テイース部材８間に嵌挿される複数の第２の磁極テイース部材９、これら両磁極テイース部材８、９にそれぞれ巻回されるコイル１０、およびこれら両磁極テイース部材８、９の周囲を取り囲むように配設され、これらを固着一体化するモールド樹脂１１により構成されている。

従来のリニアモータは上記のように構成され、可動子４の組立は、まず、第１および第２の磁極テイース部材８、９にそれぞれコイル１０を巻回する。次いで、各第１の磁極テイース部材８のアリ溝８ａを、ボルトネジ６を介して可動子ヨーク５に保持される結合部材７に嵌合し紙面に対して垂直の方向に摺動させ、所定の位置でボルトネジ６を締め付けることにより可動子ヨーク５上にそれぞれ固定する。次いで、第２の磁極テイース部材９の凹部９ａ、凸部９ｂを第１の磁極テイース部材８の凸部８ｃ、凹部８ｂにそれぞれ嵌合して摺動させることにより、各第１の磁極テイース部材８間に各第２の磁極テイース部材９をそれぞれ嵌挿する。そして最後に、これら両磁極テイース部材８、９およびコイル１０の周囲を、モールド樹脂１１で取り囲み固着一体化することにより行われている。

特開２０００−２１７３３４号（段落０００５、図１）

従来のリニアモータは以上のように、その磁極テイースは、一般的にプレス打ち抜きした電磁鋼板を積層して製作している。従って、モータ容量が大きくなって磁極テイースの幅を増大する場合、電磁鋼板の積み厚を増やす必要がある。積み厚が大きくなると、積層による誤差が生じて磁極テイースが傾いてしまい組立性が悪くなる。更に、積み厚の増大に応じてプレス金型のダイ（下型）を厚くする必要があり金型費が増大して磁極テイースのコストアップ要因となる。
また、磁極テイースに鋼板積層構造でないものを採用する場合も、モータ容量に応じて磁極テイースの幅を変える必要があり、生産、部品管理面での効率を阻害する要因となる。

この発明は上記のような問題点を解消するため、モータ容量の変化に対して磁極テイースの生産、部品管理面での効率化によりコスト低減を可能とすることである。

この発明に係るリニアモータは、モータ駆動方向に延在する固定子ヨークと、この固定子ヨーク上に上記モータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石とを備えた固定子、および上記固定子の永久磁石と所定の間隙を介して配置され、上記モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極テイースと、上記各磁極テイースに巻回されたコイルとを備えた可動子からなるリニアモータであって、
上記各磁極テイースは、上記モータ駆動方向と直交する方向に配列された複数個の単位磁極テイースからなり、上記配列される各複数個の単位磁極テイースは一括してその周囲に上記コイルが巻回されて一体化されているものである。

部品管理等が容易となりコストが低減する、また、磁極テイースを電磁鋼板を積層して製造する場合は、積層による倒れ傾きが抑制されて生産性が向上する。

以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるリニアモータの構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面図、図２は図１におけるリニアモータの構成を示す正面図、図３は図１における磁極テイースを順次配置する工程を示す平面図、図４は図３における各磁極テイースを連結部材により連結一体化する工程を示す平面図、図５は連結部材と磁極テイースとを溶接で固着する工程を示す正面図、図６は図５における工程が施された後の構成を示す平面図、図７は連結部材と磁極テイースとの溶接の要領を更に詳しく説明するための図である。

図において、固定子２１は、モータ駆動方向（図中、両向き矢印の方向）に延在する板状の固定子ヨーク２２と、この固定子ヨーク２２の上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石２３、２４とから構成されている。可動子２９は、固定子２１の永久磁石２３、２４と所定の間隙を介して配置され、モータ駆動方向に沿って配置された複数の磁極テイース２５と、各磁極テイース２５に巻回されたコイル２８と、複数の磁極テイース２５を連結一体化する連結部材２７とから構成されている。
図１（Ｂ）において、磁極テイース２５の上部（固定子２１と対向する面の背面側）はヨーク部２５ｃとなっており、ヨーク部２５ｃから下方（固定子２１と対向する側）に突出して歯部２５ｄが形成されている。各歯部２５ｄの周囲にはコイル２８が巻回され、ヨーク部２５ｃの端部同士が当接し複数の磁極テイース２５が順次配置されている。

図２において、各磁極テイース２５のヨーク部２５ｃの背面には、所定位置（ここでは２個所）にモータ駆動方向（図２では紙面に垂直な方向）に沿って断面矩形（幅Ｗ１、高さＨ２）の切り欠き２５ａが形成され、また、両端には、幅がＷ１／２の切り欠き２５ｂが形成されている。そして、特にこの切り欠き２５ａが複数のヨーク部２５ｃに渡って連なることで溝状凹部２６が形成される（図１参照）。
この溝状凹部２６の全長に渡って連結部材２７が係合して複数の磁極テイース２５が連結一体に構成される。この連結部材２７の所定位置には、図示しない被駆動部分との取り付け用のネジ穴２７ａが形成されている。

次に、上記のように構成されるこの発明の実施の形態１におけるリニアモータの可動子２９の組立工程を図に基づいて説明する。
まず、各磁極テイース２５にコイル２８をそれぞれ巻回する。そして、図３に示すようにこれら各磁極テイース２５を、それぞれヨーク部２５ｃの端面同士を当接させることにより整列させる。すると、この整列により各切り欠き２５ａが連なって溝状凹部２６が形成される。次いで、図４に示すように溝状凹部２６に連結部材２７を係合させた後、図５に示すように溶接を施し図６に示すように連結部材２７を各磁極テイース２５のヨーク部２５ｃに固着する。そして、この固着により各磁極テイース２５は連結部材２７を介して連結一体化され可動子２９が完成する。

なお、図６で示した溶接の要領について図７により更に詳しく説明する。同図に示すように、連結部材２７の高さＨ１と溝状凹部２６（切り欠き２５ａ）の深さＨ２との関係が重要となる。溶接個所Ｐには熱収縮が発生するためこの熱収縮で連結部材２７に反りが発生すると、連結部材２７により連結一体化される磁極テイース２５の特に固定子２１との対向面が歪むという不具合が生じる。
そこで、この溶接個所Ｐが、連結部材２７の高さ方向中心に位置するように、溝状凹部２６の深さＨ２を連結部材２７の高さＨ１の１／２（Ｈ１／２）より若干小さ目に設定するのが望ましい。
なお、Ｈ２＜Ｈ１／２と設定した場合、溶接作業によっては溶接個所Ｐが連結部材２７の高さ方向中心位置から若干下方となる可能性がある。この場合、連結部材２７は、溶接の影響で上方に凸となる方向に反る傾向となるが、この連結部材２７に連なる複数の磁極テイース２５は互いのその端部が当接する構造となっているので、逆に溶接個所Ｐが中心より上方にずれて連結部材２７が上方に凹となる方向に反る場合に比較すると、磁極テイース２５の固定子２１との対向面の歪みは十分小さい値に抑えられ実害が殆ど無いという利点がある。

このように上記実施の形態１によれば、各磁極テイース２５のヨーク部２５ｃの背面に形成された切り欠き２５ａが連なって形成された溝状凹部２６に、連結部材２７を係合させることにより各磁極テイース２５を連結一体化するようにしているので、可動子２９の組立に手間がかからず、組立作業性の向上を図ることができる。また、隣接するコイル２８同士が接触して擦り合わされることもなくなるため、絶縁不良や断線を生じる恐れがなく信頼性の向上を図ることができる。

また、連結部材２７を溶接により溝状凹部２６に固着する場合、溝状凹部２６の深さＨ２を、連結部材２７の高さＨ１の１／２より小さく（Ｈ２＜Ｈ１／２）
することにより、連結部材２７の反りを抑制、また、反りによる影響を低減することができるため、反りの矯正作業が不要となりさらに組立作業性の向上を図ることができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２におけるリニアモータの構成を示す平面図、図９は図８におけるリニアモータの構成を示す正面図、図１０は図８における磁極テイースにコイルを巻回する工程を示す斜視図である。
図において、上記実施の形態１におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。

図において、固定子３１は、固定子ヨーク２２上に、永久磁石２３、２４がそれぞれ２列に配置されて構成されている。可動子３７を構成する各磁極テイース２５は、モータ駆動方向と直交する方向に配列された２個の単位磁極テイース３２からなる。そして、各２個の単位磁極テイース３２は、図１０に示すように、巻線治具３４を介して図中矢印方向に回転させることにより、マグネットワイヤ３５が巻回されて形成されるコイル３３により締め付けられ一体化される。

この実施の形態２においては、コイル３３が巻回された磁極テイース２５を、上記実施の形態１におけると同様にして、それぞれヨーク部２５ｃの端面同士を当接させることにより順次整列させる。すると、この整列により各切り欠き２５ａが連なって溝状凹部２６が、また、両単位磁極テイース３２の列間には端部に形成した両切り欠き２５ｂによって両単位磁極テイース３２間に跨った溝状凹部３６がそれぞれ形成される。これら両溝状凹部２６、３６に図９に示すように、それぞれ連結部材２７を係合させ、図８に示すように、所定の位置に溶接を施すことにより、各磁極テイース２５は連結部材２７を介して連結一体化され可動子３７が構成される。

このように上記実施の形態２によれば、単位磁極テイース３２をモータ駆動方向と直交する方向に２個配置し、その周囲にコイル３３を巻回して締め付け一体化して磁極テイース２５を構成するようにしているので、組み合わせによりリニアモータの必要推力（モータ容量）の変化に対応することが可能となり、組立作業性の向上は勿論のこと同一部品の流用が可能となり部品管理等が容易となるため、コストの低減を図ることができる。
特に、磁極テイースを磁性板である電磁鋼板を積層して製作する場合、モータ容量が大きくなっても、生産は単位磁極テイース毎に行うので、鋼板の積み厚は一定限度内に止まり、プレス金型が低廉になるとともに、積層による倒れ傾きが抑制され生産性が向上する。また、複数の単位磁極テイースを反転させながら積み上げるようにすれば全体の磁極テイースとしての倒れを更に小さくすることが出来る。

また、両単位磁極テイース３２間に跨る溝状凹部３６を形成し、この溝状凹部３６に連結部材２７を係合させているので、一体化がより強化されさらに信頼性の向上を図ることができる。

なお、以上の説明では、モータ駆動方向と直交する方向に２個の単位磁極テイースを配列しこれらを一括してその周囲にコイルを巻回して一体化するものとしたが、この一括する単位磁極テイースの個数は２個に限らず３個以上であってもよいことは当然である。

また、各磁極テイースを、モータ駆動方向と直交する方向に配列され一括して巻回されるコイルにより一体化される複数の単位磁極テイースで構成する方式は、必ずしも、以上で説明したリニアモータ、即ち、複数の磁極テイースを連結部材で連結一体化する構造のものにその適用が限られるものではない。この新規な方式は、他の構造、例えば、従来技術で説明した、ヨーク部と歯部とが別体で、両部がアリ溝構造等で結合される構造のものにも適用でき、部品管理等が容易となりコストが低減する、また、磁極テイースを電磁鋼板を積層して製造する場合は、積層による倒れ傾きが抑制されて生産性が向上しプレス金型も低廉になるとの効果が得られる。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３におけるリニアモータの構成を示す平面図、図１２は図１１におけるリニアモータの構成を示す側面図、図１３は図１１におけるリニアモータの構成を示す正面図、図１４は図１１における連結部材と磁極テイースとを溶接で固着する工程を示す正面図、図１５は図１４における工程が施された後の構成を示す平面図である。
図において、上記実施の形態２におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。

図において、可動子４２を構成する各磁極テイース４１は、モータ駆動方向と直交する方向に配列された２個の単位磁極テイース４３からなる。そして、各２個の単位磁極テイース４３は、先の実施の形態２で説明したと同様、それらに一括して巻回されたコイル３３により締め付けられ一体化される。また、各単位磁極テイース４３のヨーク部４１ａ背面には、図１３に示すように、連結部材２７の幅寸法と同じ値の距離Ｗだけ間隔をあけて一対の突起部４１ｂ、４１ｃが形成されている。更に、両単位磁極テイース４３が対向する側の端部には、その一端が端面からＷ／２だけ内側に、他端が突起部４１ｃとＷだけ間隔を介して突起部４１ｄがそれぞれ形成されている。

次に、上記のように構成されるこの発明の実施の形態３におけるリニアモータの可動子４２の組立工程を図に基づいて説明する。
２個一対の単位磁極テイース４３を、そのヨーク部４１ａの突起部４１ｄが形成されている側同士を当接させることにより２列に配置して、その周囲にコイル３３を巻回し両単位磁極テイース４３を締め付け一体化する。そして、締め付け一体化して形成された各磁極テイース４１を、それぞれヨーク部４１ａの端部同士を当接させることによりモータ駆動方向に順次整列させる。すると、両突起部４１ｂと４１ｃとの間の間隙Ｗにより複数の磁極テイース４１に渡って凹部４４が形成される。更に、両単位磁極テイース４３の端部に形成した突起部４１ｄの間にも寸法Ｗの凹部４４が形成される。そこで、図１３に示すように、両突起部４１ｂ、４１ｃ間および両突起部４１ｄ間に形成された凹部４４に連結部材２７を係合させ、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すようにそれぞれ溶接を施し、図１５に示すように、各突起部４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの上端と連結部材２７の上部側面の間、およびヨーク部４１ａの上端と連結部材２７の下部側面の間を固着する。この固着により整列された各磁極テイース４１は連結部材２７を介して連結一体化され可動子４２が構成される。

このように上記実施の形態３によれば、各磁極テイース４１のヨーク部４１ａの背面に形成された両突起部４１ｂ、４１ｃ間、および両突起部４１ｄ間に連結部材２７を係合させることにより、各磁極テイース４１を連結一体化するようにしているので、可動子４２の組立に手間がかからず、組立作業性の向上を図ることができる。又、隣接するコイル３３同士が接触して擦り合わされることもなくなるため、絶縁不良や断線を生じる恐れがなく信頼性の向上を図ることができる。

また、両突起部４１ｄは列間に対向して配置されるので、連結部材２７は両単位磁極テイース４３間に跨って係合されることになるため、一体化がより強化され信頼性が一層向上する。更に、連結部材２７を、凹部４４を形成する各突起部４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと係合させる構成としたので、溶接が容易となりさらに組立作業性の向上を図ることができる。また、連結部材２７の上、下両側面を溶接するようにしているので、溶接部にかかるモーメントに対する耐久力が増大し、さらに信頼性の向上を図ることができる。

なお、上記構成では両突起部４１ｂ、４１ｃ間の２個所および両突起部４１ｄ間の計３個所に形成される凹部４４にそれぞれ連結部材２７を係合させるようにしているが、図１３からも明らかなように、両突起部４１ｃ、４１ｄ間にもＷの間隙が形成されているため、必要に応じてこの間隙により形成される凹部に連結部材２７を係合させ一体化構造を更に強化することもできる。
また、上記構成では各磁極テイース４１をそれぞれ２個の単位磁極テイース４３で構成する場合について説明したが、１個で、また３個以上で構成する場合も同様の要領により、一対の突起部間の間隙で形成される凹部に連結部材を係合することにより同様の効果を発揮し得ることは言うまでもない。

実施の形態４．
図１６はこの発明の実施の形態４におけるリニアモータの構成を示す平面図である。
図において、上記実施の形態３におけると同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。
ここでは、連結部材５１は、両突起部４１ｂ、４１ｃ間の間隙Ｗより大きな幅寸法Ｗ１を有し、両側面には両突起部４１ｂ、４１ｃにそれぞれ嵌合する窪み５１ａ、５１ｂが形成されている。

このようにこの実施の形態４によれば、連結部材５１の幅寸法Ｗ１を両突起部４１ｂ、４１ｃ間の間隙Ｗより大きくし、両側面に両突起部４１ｂ、４１ｃと嵌合する窪み５１ａ、５１ｂを形成しているので、両突起部４１ｂ、４１ｃと窪み５１ａ、５１ｂの嵌合により連結部材５１の長手方向の動きが規制され、連結部材５１の係合がより確実となり、さらに信頼性の向上を図ることができる。

実施の形態５．
ここでは、磁極テイースが、磁性板である電磁鋼板をモータ駆動方向と直交する方向に積層して形成される場合の、連結部材の最適な構造を提供する。
即ち、上述した各実施の形態においては、連結部材はいずれもその断面形状が矩形のものであったが、この実施の形態５では、図１７に示すように、下に凸の段付の断面形状を有している。
この場合、磁極テイース２５のヨーク部２５ｃに設けられた切り欠き２５ａで形成される溝状凹部２６の幅寸法が、電磁鋼板の積み厚方向となり、個々の電磁鋼板の板厚のバラツキや周囲に巻回するコイル２８の締め付けによって変動し得ることになる。このため、溝状凹部と連結部材との間に隙間が生じて安定した溶接効果が得られなくなる可能性がある。
そこで、連結部材６１を、溝状凹部２６と所定の間隙を介してこの凹部２６内に係合する係合部６１ａと、凹部２６の上端面に当接する当接部６１ｂとで構成する。
そして、図１８に示すように、連結部材の係合部６１ａの幅Ｗ３を、溝状凹部２６の幅Ｗ２より小さく設定し、幅Ｗ２の寸法に多少の変動が生じても、Ｗ２＞Ｗ３が成立して両者の幅方向に間隙Ｇが存在するようにする。また、係合部６１ａの高さＨ３を、溝状凹部２６の深さＨ２より小さく設定して両者の高さ方向に間隙Ｇが存在するようにする。

この結果、溝状凹部２６の幅寸法に多少の変動が生じても、連結部材６１の当接部６１ｂの下面が磁極テイース２５のヨーク部２５ｃの上面と確実に密着当接し、図１９に示すように、この当接部分に沿って溶接を行うことで溶接作業が安定し、複数の磁極テイース２５を連結部材６１により確実に一体化することが出来る。

なお、この実施の形態５は、ヨーク部に設けた切り欠きで形成される溝状凹部に連結部材を係合させる場合について説明したが、先の実施の形態３における、両突起部の間の間隙で形成される凹部に連結部材を係合させる場合にも同様に適用でき同等の効果を奏する。

また、上記各実施の形態では説明しなかったが、連結部材２７、５１、６１を磁性材で形成することにより、磁路の増大を図り性能の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１におけるリニアモータの構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側断面図である。 図１におけるリニアモータの構成を示す正面図である。 図１における磁極テイースを順次配置する工程を示す平面図である。 図３における各磁極テイースを連結部材により連結一体化する工程を示す平面図である。 連結部材と磁極テイースとを溶接で固着する工程を示す正面図である。 図５における工程が施された後の構成を示す平面図である。 連結部材と磁極テイースとの溶接の要領を説明する図である。 この発明の実施の形態２におけるリニアモータの構成を示す平面図である。 図８におけるリニアモータの構成を示す正面図である。 図８における磁極テイースにコイルを巻回する工程を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３におけるリニアモータの構成を示す平面図である。 図１１におけるリニアモータの構成を示す側面図である。 図１１におけるリニアモータの構成を示す正面図である。 図１１における連結部材と磁極テイースとを溶接で固着する工程を示す平面図である。 図１４における工程が施された後の構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態４におけるリニアモータの構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態５におけるリニアモータの構成を示す正面図である。 連結部材と溝状凹部との寸法の関係を示す図である。 連結部材と磁極テイースとを溶接で固着する工程を示す正面図である。 従来のリニアモータの構成を示す断面図である。

符号の説明

２１，３１ 固定子、２３，２４ 永久磁石、２５，４１ 磁極テイース、
３２，４３ 単位磁極テイース、２５ａ 切り欠き、２５ｃ，４１ａ ヨーク部、
２５ｄ 歯部、４１ｂ〜４１ｄ 突起部、２６，３６ 溝状凹部、４４ 凹部、
２７，５１，６１ 連結部材、５１ａ，５１ｂ 窪み、６１ａ 係合部、
６１ｂ 当接部、２８，３３ コイル、２９，３７，４２ 可動子。

Claims (1)

1. モータ駆動方向に延在する固定子ヨークと、この固定子ヨーク上に上記モータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石とを備えた固定子、および上記固定子の永久磁石と所定の間隙を介して配置され、上記モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極テイースと、上記各磁極テイースに巻回されたコイルとを備えた可動子からなるリニアモータであって、
   上記各磁極テイースは、上記モータ駆動方向と直交する方向に配列された複数個の単位磁極テイースからなり、上記配列される各複数個の単位磁極テイースは一括してその周囲に上記コイルが巻回されて一体化されていることを特徴とするリニアモータ。

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