JP2006353022A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、推力リップルを極力抑制することが可能である。
【解決手段】パイプ状部材11と、パイプ状部材11内に複数の磁石12を、互いに隣り合う磁石12の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納される固定子10と、パイプ状部材11の外周面に対向配置され移動可能な可動子20とを有するリニアモータ1であり、対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さが、磁石12の径の１．６倍〜２．６倍である。
【選択図】図5

Description

この発明は、リニアモータに関し、特に、複数の磁石を直列配置した固定子と、この固
定子の外周面に対向配置され移動可能な可動子とからなるリニアモータに関するものである。

例えば、ＯＡ機器における印字ヘッドや露光走査ヘッド、医療機器における露光走査手段等における直線移動精度が要求される部位には、リニアモータを利用することが提案されている。

中でも、特開平１０−３１３５６６号に代表されるシャフト型リニアモータは従来の平
板状磁石を用いたリニアモータに比べ、速度性能及び省スペースといった面でＯＡ機器等
における精密搬送に適しているが、図7に示すように、中心に貫通孔のある円筒磁石１００を使い、センタ軸１０１を用いてパイプ１０２に収納されて隣り合う円筒磁石１００を密着させている。このようにして作成した固定子１１０に可動子１２０を移動可能に配置している。
特開平１０−３１３５６６号公報（第１頁〜第５頁、図１〜図５）

従来のリニアモータでは、可動子を構成する３相コイルへ正弦波状の一定電流を流した場合に、パイプ長さ方向に対する磁束密度分布が正弦波状でないために、推力リップルが生じる。このため、推力、速度、あるいは磁束密度分布を複雑にフィードバック制御する必要があった。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、推力リップルを極力抑制することが可能なリニアモータを提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成されている。

請求項１に記載の発明は、
パイプ状部材と、
前記パイプ状部材内に複数の磁石を、互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納される固定子と、
前記パイプ状部材の外周面に対向配置され移動可能な可動子とを有するリニアモータで
あり、
対向する磁極間の長さが、前記磁石の径の１．６倍〜２．６倍であることを特徴とするリニアモータである。

請求項2に記載の発明は、
前記対向する磁極間の長さが、前記磁石の径の略2倍であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータである。

請求項3に記載の発明は、
前記対向する磁極間の長さが、１個の磁石、または複数の磁石の長さであることを特徴とする請求項１または請求項2に記載のリニアモータである。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
請求項１に記載の発明によれば、対向する磁極間の長さが、磁石の径の１．６倍〜２．６倍であり、対向する磁極間の長さと磁石の径を規定することで、簡単な構成で、推力リップルを極力抑制することが可能で、リニアモータを一定速度で駆動することができる。

請求項2に記載の発明によれば、対向する磁極間の長さが、磁石の径の略2倍であり、より推力リップルを抑制することが可能で、リニアモータを一定速度で駆動することができる。

請求項3に記載の発明によれば、対向する磁極間の長さが、１個の磁石、または複数の磁石の長さであり、設計の自由度が拡大し使用目的に応じたリニアモータにすることができる。

以下、この発明のリニアモータの実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

図１はリニアモータを示す図である。

この実施の形態のリニアモータ１は、図示しない保持部材に固定された固定子１０と、固定子１０の外周面に沿って直線移動する可動子２０とから構成されている。

固定子１０は、パイプ状部材１１と、パイプ状部材１１内に収納される複数の磁石１２とからなる。パイプ状部材１１内に直列状に配置された複数の磁石１２は、隣り合う磁石１２が密着するように隙間なく配列されている。

可動子２０は、電磁コイル２１と、電磁コイル２１の内周面を巻回するボビン２２を有する。ボビン２２と、パイプ状部材１１の外周面とは微小な間隙に保持されている。パイプ状部材１１と電磁コイル２１は摺動しても、摺動しなくてもどちらでもよい。また、電磁コイル２１の巻き数の決め方は、得たい推力以上となるように、かつリニアモータの電圧降下と駆動回路での電圧降下が電源電圧以下となるように、適当な巻き数、巻き線径を決めることが好ましい。

パイプ状部材１１は、一端部１１ａにパイプ状部材１１内から磁石１２が抜けることを規制する抜け止構造３０を有し、他端部１１ｂに取付ブロック部材３１を有する。この実施の形態の抜け止構造３０は、パイプ状部材１１の一端部１１ａに蓋８０を一体に形成して密閉する構造であるが、例えば別部材により蓋を形成して溶接や接着等で接合固定して密閉してもよい。

取付ブロック部材３１は、雌ネジ部３１ａを有している。複数の磁石１２を雌ネジ部３１ａから挿入し、パイプ状部材１１の他端部１１ｂから複数の磁石１２を互いに隣り合う磁石１２の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して固定子１０を収納する。この取付ブロック部材３１の雌ネジ部３１ａに保持部材３２の雄ネジ３２ａを螺着して組み付ける。保持部材３２は、頭部に工具係合溝３２ｂを有する。この工具係合溝３２ｂに図示しない工具を係合し、保持部材３２を取付ブロック部材３１の雌ネジ部３１ａに螺着することで、磁石１２を押し込み保持する。パイプ状部材１１の一端部１１ａ側から外周面に可動子２０を移動可能に配置する。

このように、一端部１１ａに抜け止構造を有するパイプ状部材１１内に、他端部１１ｂ側から複数の磁石１２を互いに隣り合う磁石１２の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して固定子１０を収納し、他端部１１ｂに保持部材３２を設けて磁石１２を保持する。この磁石１２の組付けによりセンタ軸をなくすことができ、部品点数を削減した安価な構
造で、パイプ状部材１１内に複数の磁石１２が抜けることがなく、しかもガタ付かないように簡単且つ確実に磁石１２を取り付けることができる。

また、磁石１２は、円柱形状であり、従来のような中心に貫通孔を設けることがない分、磁石１２の製造コストが安価になる。磁石１２の材料としては、磁束密度の大きい希土類磁石が好ましい。特に、希土類磁石はネオジム系磁石、例えば、ネオジム−鉄−ボロン磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石）が好ましく、他の磁石に比べて高い推力が得られる。

このように、磁石は希土類磁石が好ましく用いられ、この希土類磁石ではネオジム系磁石を用いるのが好ましいが、保磁力が十分であり不可逆減磁が使用温度範囲で発生せず、かつ必要な推力が得られるだけの磁石エネルギーがあれば特に限定されない。ネオジム系磁石などを用いる場合には、錆の問題が生じ、パイプ状部材１１内に挿入されてはいるが、パイプ状部材１１の一端部の固定に円筒状の部材を用いれば、そこから錆が外へ飛散し、使用する装置に影響を与える可能性がある。また、磁石製造段階から、リニアモータ１の組み立て段階までに錆が生じれば、磁石の破損にも結びつく。そこで、磁石にはメッキを施すのが望ましく、例えばニッケルメッキやアルミメッキなどが一般的である。特にメッキの種類には制限はない。

パイプ状部材１１の材料としては、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼等の非磁性材料で形成される。また、パイプ状部材１１は、その外側に配置される可動子２０に作用する磁界を減少させないように、できるだけ薄いほうが好ましい。一例として、パイプ状部材１１は、厚さ約１ｍｍのステンレス鋼で形成される。

図2にリニアモータの原理を説明する。図２（ａ）に基本的な配置を示し、図２（ｂ）に磁束密度を示し、図２（ｃ）に電流を示す。

リニアモータは、図２（ａ）に示すように、パイプ状部材11内に複数の磁石12を、互いに隣り合う磁石12の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納されている。また、パイプ状部材11の外周面に電磁コイル２１（Ｕ，Ｖ、Ｗ）が対向して配置されている。

この基本的な配置による磁束密度は、図２（ｂ）に示すような理想状態であり、電磁コイル２１（Ｕ，Ｖ、Ｗ）の各相に図２（ｃ）に示すような正弦波状の一定電流を流せば推力は一定となる。

このような場合は、初期位置の磁束角度をセッティングさえすれば，外乱に対する速度変動分を補正することでよく、速度を測定し、速度に基づく一般的なＰＩＤ制御でよい。

ところで、実際の磁束密度は、図3に示すようになる。図4に示すように、電磁コイル２１（Ｕ，Ｖ、Ｗ）の各相３へ理想状態の電流（正弦波状の一定電流）を流した場合の推力は、固定子長さ方向に対する磁束密度分布が図3に示すように正弦波状でないために、推力リップルが生じるようになる。

この発明の実施の形態は、図5に示すように、対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1が、磁石12の径Ｄ2の１．６倍〜２．６倍であり、好ましくは磁石の径の略2倍である。図5（ａ）は対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1が、１個の磁石１２の場合を示し、また図5（ｂ）は２個の磁石12の場合の長さＤ２を示す。この対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1が、磁石12の径Ｄ2の１．６倍〜２．６倍であれば、磁石12の個数は、１個でも複数でもよく特に限定されない。設計の自由度が拡大し使用目的に応じたリニアモータにすることができる。

この発明は、対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1と磁石12の径Ｄ2を規定しており、図6に対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1と磁石12の径Ｄ2と、推力リップルの関係を示す。対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1が、磁石12の径Ｄ2の１．６倍〜２．６倍であれば、推力変動が小さく、この規定の１．６倍〜２．６倍の範囲を外れると、推力変動が大きくなる。さらに、対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1が、磁石12の径Ｄ2の略2倍であると、推力変動がさらに小さくなる。

この発明は、対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さＤ1と磁石12の径Ｄ2を規定する簡単な構成で、推力リップルを極力抑制することが可能で、リニアモータ1を一定速度で駆動することができる。例えば、画像形成装置の副走査機構にリニアモータ1を用いた場合、リニアモータ1を一定速度で駆動することができ、速度リップルが生じないため、結果として画像ムラを防止することができる。

この発明は、複数の磁石を直列配置した固定子と、この固定子の外周面に対向配置され移動可能な可動子とからなるリニアモータに適用でき、簡単な構成で、推力リップルを極力抑制することが可能である。

リニアモータを示す図である。 リニアモータの原理を説明する図である。 実際の磁束密度を示す図である。 電磁コイル（Ｕ，Ｖ、Ｗ）の各相３へ理想状態の電流を流した場合の推力を示す図である。 対向する磁極間の長さと磁石の径を規定する図である。 対向する磁極間の長さと磁石の径と、推力リップルの関係を示す図である。 従来のリニアモータを示す図である。

符号の説明

１ リニアモータ
１０ 固定子
１１ パイプ状部材
１２ 磁石
２０ 可動子
２１ 電磁コイル
２２ ボビン
Ｄ1 対向する磁極Ｎ，Ｓ間の長さ
Ｄ2 磁石の径

Claims (3)

1. パイプ状部材と、
   前記パイプ状部材内に複数の磁石を、互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納される固定子と、
   前記パイプ状部材の外周面に対向配置され移動可能な可動子とを有するリニアモータで
   あり、
   対向する磁極間の長さが、前記磁石の径の１．６倍〜２．６倍であることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記対向する磁極間の長さが、前記磁石の径の略2倍であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記対向する磁極間の長さが、１個の磁石、または複数の磁石の長さであることを特徴とする請求項１または請求項2に記載のリニアモータ。