JP2006174583A

JP2006174583A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2006174583A
Application number: JP2004362775A
Authority: JP
Inventors: Masatoyo Sogabe; 正豊曾我部; Tadashi Shimura; 孔史志村
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US20060125327A1; EP1672772A2; EP1672772A3; CN1790883A

Abstract

【課題】外力が加えられた場合に永久磁石が分離するのを防止する。
【解決手段】界磁部（２０）と、界磁部に対して所定の間隔を空けて配置されると共に界磁部に沿って直線的に移動する電機子（１５）とを具備するリニアモータ（１０）において、界磁部は、プレート（２１）と、該プレート上において交互に極性が異なるように隣合わせに配置された複数の永久磁石（２４）と、該永久磁石のそれぞれをプレートに機械的に固定する機械的固定手段（３０）とを含むリニアモータが提供される。機械的固定手段は、永久磁石の露出面を被覆する被覆部（３１）を含んでいてもよく、また、機械的固定手段は非磁性材料または弱磁性材料より形成されるのが好ましい。
【選択図】図４

Description

本発明は、リニアモータ、例えば工作機械のテーブル送りなどに利用されるリニアモータに関する。

近年、例えば工作機械の主軸／テーブル送り機構やＯＡ機器の磁気ヘッド駆動機構等、各種産業機械の駆動部として、高速駆動が容易で静粛性に優れたリニアモータが採用されている。このようなリニアモータのうち、リニア直流モータやリニア同期モータでは、構造を単純にするために界磁部に永久磁石を用いる場合が多い。

特許文献１に開示されるように、一般に永久磁石界磁リニアモータは、プレート上に並置される複数の永久磁石を備えた界磁部と、この界磁部との間に所定空隙を介して配置され、それら永久磁石による磁界を順次横断する方向へ複数の永久磁石に対し直線的に相対移動する巻線を備えた電機子とを具備している。界磁部と電機子との間の相対移動方向において隣合う永久磁石の各電機子対向面には、Ｎ極及びＳ極が交互に形成される。特許文献１に開示されるようなリニアモータにおいては、プレートは鉄等の磁性材料の平板からなり、その平坦な表面に複数の永久磁石が接着剤により固定されている。
特開平８−１８６９７４号公報

特許文献１に開示されるリニアモータにおいては、永久磁石が接着剤によって磁性プレートに固定されているので、普通に想定される程度の外力が界磁部に加えられたとしても永久磁石が磁性プレートから分離することはない。しかしながら、界磁部に加えられる外力が極端に大きい場合には、その衝撃によって永久磁石が磁性プレートから分離する事態が生じうる。

また、このような界磁部を製造する場合には、永久磁石と磁性プレートとの間の接着強度を管理するために多数の工程が必要とされる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、極端に大きな外力が加えられた場合であっても永久磁石が分離するのを防止できるリニアモータを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、界磁部と、該界磁部に対して所定の間隔を空けて配置されると共に前記界磁部に沿って直線的に移動する電機子とを具備するリニアモータにおいて、前記界磁部は、プレートと、該プレート上において交互に極性が異なるように隣合わせに配置された複数の永久磁石と、該永久磁石のそれぞれを前記プレートに機械的に固定する機械的固定手段とを含むリニアモータが提供される。

すなわち１番目の発明においては、永久磁石が機械的固定手段により固定されるので、極端に大きな外力が加えられた場合であっても永久磁石がプレートから分離することはない。なお、接着剤によって永久磁石をプレートに固定した後で、機械的固定手段により永久磁石をプレートに固定するのが好ましく、それにより、永久磁石の固定作用が高められる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記機械的固定手段は、永久磁石の露出面を被覆する被覆部を含んでいる。
すなわち２番目の発明においては、永久磁石をさらに確実にプレートに固定することができる。また、液体、特に化学薬品が使用される環境下においても、永久磁石がこのような液体に直接的に触れるのを防止することができる。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記機械的固定手段は非磁性材料または弱磁性材料より形成される。
すなわち３番目の発明においては、機械的固定手段を非磁性材料または弱磁性材料から形成しているので、漏洩磁束および余分な発熱が生ずるのを避けられる。なお、非磁性材料または弱磁性材料としてはステンレスを使用するのが好ましい。

各発明によれば、極端に大きい外力が加えられた場合に永久磁石が分離するのを防止することができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、永久磁石が化学薬品などに直接的に触れるのを防止することができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、漏洩磁束および余分な発熱が生ずるのを避けられることができるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づくリニアモータの斜視図である。図１に示されるように、工作機械などに使用されるリニアモータ１０はリニアモータ１０は、電機子１５を可動子とし界磁ヨーク２０を固定子としたリニア同期モータである。固定子としての界磁ヨーク２０はベース１２の表面１４に設置されている。また、ベース１２の両側には界磁ヨーク２０に対して平行に延びる案内レール１３が配置されている。

電機子１５は、珪素鋼板等の複数の磁性薄板材料の積層体からなる略直方体形状の電機子鉄心１６と、電機子鉄心１６の一表面に相互に略平行に凹設された複数のスロット（図示しない）に収容される複数の電機子巻線１７とを備えている。これら電機子巻線１７に例えば三相交流によって移動磁界が生じると、移動磁界と界磁ヨーク２０の磁極との間に作用する吸引力及び反発力により、電機子１５が推力を付与されて界磁ヨーク２０に沿って直線的に移動する。図示されるように、電機子１５の下面側方に設けられた摺動部材１９が界磁ヨーク２０の案内レール１３に摺動可能に係合している。従って、電機子１５の移動時には、電機子１５と界磁ヨーク２０との間の所定の空隙が電機子１５に作用する垂直力に抗して維持される。このような電機子１５の構成は従来周知のものであり、様々な構成の周知の電機子を本発明の電機子１５として使用できる。

図２は図１に示されるリニアモータの界磁ヨークを説明するための斜視図である。図２に示されるように、界磁ヨーク２０は、鉄等の磁性材料からなる板状の磁性プレート２１と、磁性プレート２１の表面２２上に並置される複数の永久磁石２４とを備えている。図示される実施形態において永久磁石２４は、断面が略細長状八角形のプレートである。複数の永久磁石２４は、電機子１５の移動方向に延びる二つの列を形成するように整列されている。これら永久磁石２４はエポキシ系樹脂などの接着剤によって磁性プレート２１の表面２２に接着されている。なお、永久磁石２４が他の断面形状を有していてもよく、また電機子１５の移動方向に配置された永久磁石２４からなる列の数が異なっていてもよい。さらに、永久磁石２４の形状に対応した複数の凹部（図示しない）が磁性プレート２１の表面２２に形成されていて、永久磁石２４がこれら凹部に部分的に埋め込まれている場合も本発明の範囲に含まれるものとする。

図２に示されるように電機子１５の移動方向に隣接する永久磁石２４はＮ極およびＳ極が交互に形成される。従って、電機子１５の移動方向に隣接する永久磁石２４は電機子１５に接近および離間する方向へ延びる磁束を交互に形成している。なお、電機子１５の移動方向に対して垂直方向に隣接する永久磁石２４は同種の磁極が形成される。

また、磁性プレート２１の表面２２には、磁性プレート２１をベース１２（図１を参照されたい）に固定するための固定部材、例えばボルト用の複数の貫通孔２５が磁性プレート２１の両側付近に形成されている。また、同様な貫通孔２６が永久磁石２４からなる二つの列の間に形成されている。図示されるように、これら貫通孔２５、２６は電機子１５の移動方向に対して垂直方向に整列している。

さらに、複数の小孔、図２においては四つの小孔２８からなる複数の行が電機子１５の移動方向に対して垂直方向に整列して形成されている。また、これら小孔２８からなる行は電機子１５の移動方向に隣接する永久磁石２４の間に一つおきに形成されている。四つの小孔２８のうちの二つの小孔２８は、永久磁石２４からなる一方の列において隣接した永久磁石２４の間に形成されており、残りの小孔２８は永久磁石２４からなる他方の列において隣接した永久磁石２４の間に形成されている。図示されるように小孔２８は電機子１５の移動方向において、隣接した永久磁石２４の互いに離間する方向に延びる辺の間に形成されている。すなわち、図示される実施形態においては断面が細長状八角形の永久磁石２４を採用しているので、小孔２８を形成するのに十分なスペースを電機子１５の移動方向に隣接する永久磁石２４の間に確保することができる。

図３は本発明に基づくリニアモータに使用される機械的固定部材を示す斜視図である。図３に示される実施形態においては、機械的固定部材３０の形状は隣接する四つの永久磁石２４、具体的には永久磁石２４からなる二つの列の間で隣り合う四つの永久磁石２４に概ね対応している。機械的固定部材３０はこれら四つの永久磁石２４を被覆するカバーの役目を果たしている。リニアモータ１０の使用時に漏洩磁束および余分な発熱が生ずるのを防止するために、機械的固定部材３０は非磁性体材料または弱磁性体材料、例えばステンレスより形成されている。また、機械的固定部材３０はステンレス以外の非磁性材料または弱磁性材料、例えばアルミニウム合金、銅合金、チタン合金、ニッケル合金、例えばインコネルなどから形成してもよい。

機械的固定部材３０は永久磁石２４の露出面を被覆する被覆部３１と、磁性プレート２１の表面２２に当接する平坦部３２とを含んでいる。従って、機械的固定部材３０は鋳造、プレス、切削加工等によって一体的に形成されるのが好ましい。磁性プレート２１上に配置された永久磁石２４はその側面および上面が露出しているので、被覆部３１は隣接する四つの永久磁石２４の露出した側面および上面を被覆することができる。

また、機械的固定部材３０の平坦部３２は隣接した四つの永久磁石２４に外接する略矩形状であり、平坦部３２の四つの隅部には切欠３７が形成されている。また、電機子１５の移動方向に対して平行および垂直な平坦部３２の両辺の中心には同様な切欠３５、３４がそれぞれ形成されている。さらに、機械的固定部材３０の中央に位置する平坦部３２には、中心孔３６が形成されている。これら切欠３４、３５、３７および中心孔３６は磁性プレート２１に形成された貫通孔２５、２６に対応した形状であるか、または貫通孔２５、２６よりも大きく形成されている。

さらに、電機子１５の移動方向に隣接する永久磁石２４に相当する被覆部３１の間には小孔３８が形成されている。図示されるように、これら小孔３８は電機子１５の移動方向に対して垂直な方向に整列されている。これら小孔３８は磁性プレート２１に形成された小孔２８に対応している。

なお、前述したように被覆部３１と平坦部３２とは一体的に形成するのが好ましいが、これらは必ずしも一体的に形成する必要はなく、非磁性材料または弱磁性材料よりそれぞれ形成した被覆部３１と平坦部３２とを溶接などで連結することにより形成してもよい。

図４は機械的固定部材を磁性プレートに取り付ける取付状態を説明するための斜視図である。前述したように複数の永久磁石２４が接着剤などにより磁性プレート２１の表面２２に配置されている。次いで、図４において矢印により示されるように機械的固定部材３０を磁性プレート２１の端部に隣接する四つの永久磁石２４上に配置する。前述したように機械的固定部材３０の被覆部３１は磁性プレート２１上において隣接する四つの永久磁石２４に対応した形状である。従って、機械的固定部材３０を配置すると、これら四つの永久磁石２４の露出面は機械的固定部材３０の被覆部３１によって完全に被覆され（後述する図６を参照されたい）、また機械的固定部材３０の平坦部３２が磁性プレート２１の表面２２に当接するようになる。従って、本発明においては、液体、特に化学薬品が使用される環境下で界磁ヨーク２０を使用した場合においても、界磁ヨーク２０の永久磁石２４がこのような液体に直接的に触れるのを防止することができる。特に、このような環境下では耐食性に優れるステンレスから機械的固定部材３０を形成するのが好ましい。

このように機械的固定部材３０を適切に配置すると、機械的固定部材３０の小孔３８が磁性プレート２１の小孔２８に対応した場所に位置するようになる。機械的固定部材が取り付けられた界磁ヨークを示す斜視図である図５および図５の線Ａ−Ａに沿ってみた部分断面図である図６に示されるように、次いで、ネジ５１をこれら小孔２８、３８に通して機械的固定部材３０を磁性プレート２１にネジ留めする。このため、永久磁石２４を被覆する機械的固定部材３０がネジ５１によって磁性プレート２１に固定されるようになる。

このときには、機械的固定部材３０の切欠３４、３５、３７および中心孔３６は磁性プレート２１の両側の貫通孔２５および中央の貫通孔２６に対応した場所に位置している。すなわち、切欠３４、３５、３７および中心孔３６の縁部が貫通孔２５、２６の縁部に概ね一致する。従って、機械的固定部材３０を磁性プレート２１に固定した後においても、磁性プレート２１の貫通孔２５、２６は機械的固定部材３０の平坦部３２によって閉鎖されない。

次いで、機械的固定部材３０と同一形状の機械的固定部材３０ｂ〜３０ｇを機械的固定部材３０に隣接して順次配置し、磁性プレート２１の全ての永久磁石２４を機械的固定部材３０、３０ｂ〜３０ｇにより被覆するようにする。次いで、機械的固定部材３０ｂ〜３０ｇを同様にネジ留めする（図５を参照されたい）。

前述したのと同様に貫通孔２５、２６は機械的固定部材３０、３０ｂ〜３０ｇによって閉鎖されていないので、機械的固定部材３０が取り付けられた後であっても、固定部材、例えばボルトを貫通孔２５および貫通孔２６に通すことができる。つまり、本発明においては機械的固定部材３０が取り付けられた後であっても界磁ヨーク２０をベース１２に固定することができる。

このようにして形成されたリニアモータ１０においては、永久磁石２４が機械的に固定されているので、極端に大きな外力が界磁ヨーク２０に加えられた場合であっても永久磁石２４が磁性プレート２１から分離することはない。また、本発明においては、機械的固定部材３０は非磁性材料または弱磁性材料から形成されており、また機械的固定部材３０の被覆部３１が永久磁石２４の全ての露出面を被覆すると共に、平坦部３２が磁性プレート２１の表面２２に当接して固定されている。従って、磁性材料からなる機械的固定部材の使用に基づく漏洩磁束または余分な熱が発生することが防止される。

なお、機械的固定部材３０が三つ以下または五つ以上の数の永久磁石２４に対応した形状であって、磁性プレート２１の小孔２８がこのような機械的固定部材３０に対応するように形成されていてもよい。また、接着剤の使用を省略して、機械的固定部材３０によってのみ永久磁石２４を磁性プレート２１に固定することが本発明の範囲に含まれるのは明らかであり、このような場合には、永久磁石２４と磁性プレート２１との間の接着強度を管理するための工程を排除して、製造時間の短縮を図ることも可能である。

本発明に基づくリニアモータの斜視図である。図１に示されるリニアモータの界磁ヨークを説明するための斜視図である。本発明に基づくリニアモータに使用される機械的固定部材を示す斜視図である。機械的固定部材を磁性プレートに取り付ける取付状態を説明するための斜視図である。複数の機械的固定部材が取り付けられた界磁ヨークを示す斜視図である。図５の線Ａ−Ａに沿ってみた部分断面図である。

符号の説明

１０リニアモータ
１２ベース
１３案内レール
１５電機子
１９摺動部材
２０界磁ヨーク（界磁部）
２１磁性プレート
２４永久磁石
２５、２６貫通孔
２８小孔
３０、３０ｂ〜３０ｇ機械的固定部材
３１被覆部
３２平坦部
３４、３５、３７切欠
３６中心孔
３８小孔
５１ネジ

Claims

界磁部と、該界磁部に対して所定の間隔を空けて配置されると共に前記界磁部に沿って直線的に移動する電機子とを具備するリニアモータにおいて、
前記界磁部は、プレートと、該プレート上において交互に極性が異なるように隣合わせに配置された複数の永久磁石と、該永久磁石のそれぞれを前記プレートに機械的に固定する機械的固定手段とを含むリニアモータ。
前記機械的固定手段は、永久磁石の露出面を被覆する被覆部を含んでいる請求項１に記載のリニアモータ。
前記機械的固定手段は非磁性材料または弱磁性材料より形成される請求項１または２に記載のリニアモータ。