JP2007124737A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 固定子の撓みを防止して可動子のより円滑な動作を実現することが可能なリニアモータを提供すること。
【解決手段】 複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子はその両端を支持されていると共に上記可動子の両側位置において中間サポートによって夫々支持されているもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いるリニアモータに係り、特に、シャフト状に延長された固定子の撓みを防止することができるように工夫したものに関する。

非接触駆動が可能なリニアモータは、例えば、精密位置決め装置の駆動機構として好適である。この種のリニアモータを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６等がある。

特開２００５−１６０２１３号公報 特開２００４−０８０８４８号公報 特開２００４−３４３８７３号公報 特開平１０−３１３５６６号公報 特開平０５−０１５１３９号公報 特開２００４−２４８４９０号公報

例えば、上記特許文献１に開示されているリニアモータは図１０に示すような構成になっている。まず、シャフト状に延長された固定子５０１があり、この固定子５０１はその両端を支持部材５０３、５０５によって支持されている。上記固定子５０１は図示しない複数個の永久磁石を積層・配置した状態で備えている。

上記固定子５０１の外周側には可動子５０７が図中左右方向に移動可能に設置されている。上記可動子５０７はコイル部５０９を備えている。又、上記可動子５０７は直動ガイド機構５１１によってガイドされた状態で移動するものである。

上記従来の構成によると次のような問題があった。
すなわち、シャフト状の固定子５０１はその両端を支持部材５０３、５０５によって支持された両端支持梁の状態にあり、よって、その中間部において撓みが発生してしまうという問題があった。その様子を図１１に示す。図１１では撓む前の状態を実線で示し撓んだ状態を二点鎖線で示している。このような撓みが発生した場合には、固定子５０１がコイル部５０９に接触してショートするといった事態が発生したり、可動子５０７の円滑な動作が損なわれるおそれがある。

そのような問題に対しては、例えば、両端の支持部材５０３、５０５による支持構造をより強化したり、或いは支持部材５０３、５０５による支持長さを長くすることが考えられるが、それでも固定子５０１の撓みを効果的に防止することはできなかった。又、ストロークが短くなってしまうという新たな問題が発生してしまうことにもなる。

又、図１２に示すように、可動子５０７の両端部において滑り軸受５１３、５１５を設置することが考えられる。上記滑り軸受５１３、５１５の内径寸法を、コイル部５０９の内径寸法より小にすれば、固定子５０１とコイル部５０９の接触は防げるものの、固定子５０１の撓み、特に、過大な撓みが発生した場合には、滑り軸受５１３、５１５に過大な負荷が掛かり、結果、可動子５０７を円滑に動作させることは困難であった。

本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、固定子の撓みを効果的に防止して可動子のより円滑な動作を実現することが可能なリニアモータを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項1によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子はその両端を支持されていると共に上記可動子の両側位置において中間サポートによって夫々支持されていることを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記可動子の両側に配置された中間サポートは上記可動子の移動に伴って可動子の半分の量だけ同方向に移動するように構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、上記可動子の両端部において上記固定子との間に滑り軸受を夫々介挿したことを特徴とするリニアモータ。
又、請求項４によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子を反重力方向に凸状になるように支持することを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項４記載のリニアモータにおいて、 上記固定子はその両端を球面軸受によって支持されていて、該球面軸受の角度を調整することにより上記固定子を反重力方向に凸状に支持するようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子を引っ張った状態で支持することを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項６記載のリニアモータにおいて、 上記固定子の両端には弾性部材が配置されていて、上記固定はこれら弾性部材によって引っ張られた状態で支持されていることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明によるリニアモータによると、複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子はその両端を支持されていると共に上記可動子の両側位置において中間サポートによって夫々支持されている構成になっているので、固定子の撓みを防止することが可能となり、それによって、可動子の安定した動作を提供することができる。
又、上記可動子の両側に配置された中間サポートを上記可動子の移動に伴って可動子の半分の量だけ同方向に移動するように構成した場合には、比較的簡単な構成で上記効果がより確実なものとなる。
又、上記可動子の両端部において上記固定子との間に滑り軸受を夫々介挿した場合には、上記効果をより高めることができる。
又、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子を反重力方向に凸状になるように支持する構成としたので、固定子の撓みを防止することが可能となり、それによって、可動子の安定した動作を提供することができる。
又、上記固定子をその両端を球面軸受によって支持させて、該球面軸受の角度を調整することにより上記固定子を反重力方向に凸状に支持するように構成したので、比較的簡単な構成で所望の効果を得ることができる。
又、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子を引っ張った状態で支持する構成にしたので、固定子の撓みを防止することが可能となり、それによって、可動子の安定した動作を提供することができる。
又、上記固定子の両端に弾性部材を配置して、上記固定子をこれら弾性部材によって引っ張られた状態で支持させた場合には、比較的簡単な構成で所望の効果を奏することができる。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるリニアモータの全体の構成を示す側断面図であり、図２は図１のＩＩ部を拡大して示す側断面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
まず、シャフト状に延長された固定子１があり、この固定子１はその両端を支持部材３、５によって支持されている。上記固定子１は、図２に示すように、非磁性体パイプ７と、この非磁性体パイプ７内に積層された状態で収容された複数個の永久磁石９とから構成されている。上記非磁性体パイプ７は、例えば、ステンレス製である。

上記複数個の永久磁石９は、図２に示すように、隣接する永久磁石９、９の極性が相反するような状態で積層・配置されている。又、上記永久磁石９は、例えば、希土類焼結磁石から構成されている。

又、図１、図２に示すように、上記固定子１の外周側には可動子１５が、図１、図２中矢印ａで示す方向に移動可能な状態で配置されている。上記可動子１５は、図２に拡大して示すように、可動子ベース１７と、この可動子ベース１７の内周側に配置され駆動位相が１２０°異なる３種類のコイル１９（Ｕ相）、２１（Ｖ相）、２３(Ｗ相）から構成されている。上記３種類のコイル１９（Ｕ相）、２１（Ｖ相）、２３(Ｗ相）は三段にわたって設置されている。又、固定子１と可動子１５との間には空隙２５が設けられている。

上記構成において、コイル１９（Ｕ相）、２１（Ｖ相）、２３(Ｗ相）に適宜の方向に電流を流すことにより、矢印ａ方向の駆動力が発生し、それによって、可動子１５が矢印ａの何れかの方向に移動することになる。

上記可動子１５は直動ガイド機構２７によってガイドされた状態で矢印ａ方向に移動する。上記ガイド機構２７は次のような構成になっている。まず、ガイドレール２９が敷設されていて、一方、上記可動子１５にはガイド部材３１、３１が取り付けられている。これらガイド部材３１、３１は上記ガイドレール２９に対して移動可能に係合している。上記可動子１５は上記ガイド部材３１、３１をガイドレールに２９に沿って摺接させながら矢印ａ方向に移動するものである。

又、上記可動子１５の左右両側には中間サポート機構３３が設置されている。上記中間サポート機構３３は次のような構成になっている。まず、上記可動子１５の左右両側には中間サポート３５、３５が夫々設置されている。上記中間サポート３５、３５は夫々サポートブラケット３７とサポートブッシュ３９とから構成されている。上記左右の中間サポート３５、３５の夫々のサポートブラケット３７、３７にはガイド部材４１、４１が取り付けられていて、これらガイド部材４１、４１はガイドレール２９に対して移動可能な状態で係合している。

又、上記一方の中間サポート３５（図１中左側）は、支持部材３と可動子１５との間の丁度中間に位置するように配置されている。同様に、他方の中間サポート３５（図１中右側）も支持部材５と可動子１５との間の丁度中間に位置するように配置されている。

又、上記左右の中間サポート３５、３５の夫々のサポートブラケット３７、３７にはプーリ４３、４３が回転可能な状態で取り付けられていて、これらプーリ４３、４３にはワイヤ４５が巻回されている。又、このワイヤ４５の両端は既に説明した可動子１５に夫々固着されている。又、上記左右の中間サポート３５、３５の夫々のサポートブラケット３７、３７は連結棒体４７を介して連結されている。上記可動子１５側には上記連結棒体４７が貫通する貫通孔４８が穿孔されている。そして、上記中間サポート機構３３は「半速の原理」に基づいて動作することになり、つまり、可動子１５の移動速度に対して各中間サポート３５、３５の移動速度は半分となるものである。

上記中間サポート機構３３を設けることにより、固定子1を支持部材３、５によって支持するだけではなくそれら支持部材３、５の間でも支持することが可能となり、それによって、固定子１の撓みを効果的に防止することができるものである。

上記中間サポート機構３３の構成についてさらに詳しく説明する。上記サポートブッシュ３９は、その内径が固定子１の外径に対して僅かに大きく設定されている。又、上記サポートブッシュ３９は所定範囲内で上記サポートブラケット３５に対して軸方向に移動可能な構成になっている。上記所定範囲とは、例えば、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。このような構成にしたのは、可動子１５の両移動端において無理な力が作用することを防止するためである。すなわち、両移動端では可動子１５と中間サポート３５と支持部材３又は５が当接することを目標にして位置調整を行なうが、それが多少ずれることがある。そのようなずれを上記サポートブッシュ３９の軸方向への移動により吸収せんとするものである。仮に、そのような吸収機能がないとワイヤ４５に過大な負荷が作用してしまうことになる。

以上の構成を基にその作用を説明する。
まず、可動子１５のコイル１９（Ｕ相）、２１（Ｖ相）、２３(Ｗ相）に適宜の方向に電流を流すことにより、矢印ａ方向の駆動力が発生し、それによって、可動子１５が矢印ａの何れかの方向に移動することになる。その際、可動子１５の左右両側に夫々配置されている各中間サポート３５、３５は可動子１５の移動速度に対してその半分の移動速度にて移動しながら固定子１を支持することになる。

以上、この実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、固定子１は左右両端の支持部材３、５によって支持されるだけではなく、中間サポート機構３３の各中間サポート３５、３５によっても支持される構成になっているので、固定子１の撓みを効果的に防止することができ、それによって、可動子１５の円滑な動作を提供することができる。
又、上記中間サポート機構３３の構成も簡単である。つまり、可動子１５の両側に中間サポート３５、３５を配置し、これら中間サポート３５、３５を連結棒体４７を介して連結すると共に、プーリ４３、４３とワイヤ４５で関連させるように構成しただけである。したがって、装置の構成を複雑化させることなく所望の支持構造を得ることができる。
又、本実施の形態の場合には、可動子１５の加減速に同期して、中間サポート３５、３５が丁度半分の加減速度で移動するため、作動も滑らかであるとともに可動子１５と中間サポート３５、３５との当接による振動や音の発生もないものである。

次に、図４を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態の構成に加えて、可動子１５のコイル部の両側に滑り軸受５１、５１を設置したものである。
その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
よって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができることはもとより、滑り軸受５１、５１を設置したことによりさらにその効果を高めることができる。

次に、図５及び図６を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、図５に模式的に示すように、固定子１を予め反重力方向（図５中上方向）に向かって凸状になるように両端の支持機構６１、６１によって支持しようとするものであり、それによって、固定子１の撓みを防止しようとするものである。

上記支持機構６１は図６に示すような構成になっている。まず、支持部６３があり、この支持部６３の外側には軸受ハウジング６５が設置されていて、この軸受ハウジング６５内には球面滑り軸受６７が内装されている。この球面滑り軸受６７は、固定子１の端部を支持する内側部材６９と、この内側部材の外側に配置された外側部材７１とから構成されている。上記内側部材６９は外側部材７１に対して摺動接触することになる。又、上記軸受けハウジング６５にはボルト７３が螺合されていて、このボルト７３の鍔部７５は上記内側部材６９に係合している。上記ボルト７３を螺合させていくことにより、鍔部７５を介して内側部材６７を押圧するようになっている。このような構成をなす支持機構６１が両端に設置されており、両側において上記ボルト７３、７３を螺合させることにより、固定子１を反重量方向に凸状になるように調整するものである。

以上この第３の実施の形態によると、固定子１を予め反重力方向に凸状になるような状態にセットして支持する構成になっているので、固定子１の撓みを防止することができ、可動子１５の安定した動作を提供することができる。
尚、既に説明した第１、第２の実施の形態とこの第３の実施の形態の構成を組み合わせることも考えられる。

次に、図７を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。この場合にも前記第３の実施の形態の場合と同様に、固定子１を予め反重力方向に凸状にする構成を示すものである。
まず、固定子１の両端を支持部材８１、８１によって支持させる（図では片側のみを示している）。上記支持部材８１には凹部８３が形成されていて、該凹部８３には楔状部材８５が差し込まれている。又、上記楔状部材８５には反対側からボルト８７が螺合されている。そして、ボルト８７を螺合させて楔状部材８５を図中左側に移動させる。これを両側で行なうことにより、支持部材８１、８１を弾性変形させて、それによって、固定子１を図中上方に凸の状態とするものである。
又、ボルト８７の螺合量を適宜調整することによって固定子１の凸量を調整するものである。

したがって、前記第３の実施の形態の場合と同様、固定子１を予め反重力方向に凸状になるような状態にセットして支持する構成になっているので、固定子１の撓みを防止することができ、可動子１５の安定した動作を提供することができる。
尚、既に説明した第１、第２の実施の形態とこの第４の実施の形態の構成を組み合わせることも考えられる。

次に、図８を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。この場合にも前記第３の実施の形態、第４の実施の形態の場合と同様に、固定子１を予め反重力方向に凸状にする構成を示すものである。
まず、固定子の両端を支持部材９１、９１によって支持する（図では片側のみを示している）。上記支持部材９１は上側支持部材９３と下側支持部材９５とから構成されていて、上記上側支持部材９３は下側支持部材９５に対して軸部材９７を中心にして回動可能に構成されている。上側支持部材９３側から下側支持部材９５側にボルト９９、１０１が螺合されている。
そして、両側において、ボルト９９側をボルト１０１側より多く螺合させることにより上側支持部材９３、９３を夫々外側に回動させ、それによって、固定子１を図中上方に凸の状態とするものである。
又、ボルト９９のねじ込み量を適宜調整することによって固定子１の凸量を調整するものである。

したがって、前記第３の実施の形態、第４の実施の形態の場合と同様、固定子１を予め反重力方向に凸状になるような状態にセットして支持する構成になっているので、固定子１の撓みを防止することができ、可動子１５の安定した動作を提供することができる。
尚、既に説明した第１、第２の実施の形態とこの第５の実施の形態の構成を組み合わせることも考えられる。

次に、図９を参照して本発明の第６の実施の形態を説明する。この場合には、固定子１の両端をコイルスプリング１１１、１１１によって引っ張るようにしたものである。
よって、固定子１を予め引っ張った状態にセットして支持する構成になっているので、固定子１の撓みを防止することができ、可動子１５の安定した動作を提供することができる。
尚、既に説明した第１〜第５の実施の形態とこの第６の実施の形態を適宜組み合わせることも考えられる。

尚、本発明は前記第１〜第６の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、第１の実施の形態の構成と第３〜第６の実施の形態の構成の組合せ、第２の実施の形態の構成と第３〜第６の実施の形態の構成の組合せ等、第１〜第６の実施の形態の構成を適宜（何れか２つの組合せ或いは複数の組合せ）組み合わせることが考えられる。つまり、中間サポート、滑り軸受、反重力方向へ凸にした構成、両端を引っ張る構成を適宜組み合わせることにより（例えば、中間サポート＋反重力方向へ凸にした構成の組合せ、中間サポート＋両端を引っ張る構成の組合せ、中間サポート＋滑り軸受＋反重力方向へ凸にした構成の組合せ、中間サポート＋滑り軸受＋両端を引っ張る構成の組合せ、中間サポート＋反重力方向へ凸にした構成の組合せ＋中間サポート＋両端を引っ張る構成の組合せ、中間サポート＋滑り軸受＋反重力方向へ凸にした構成の組合せ＋両端を引っ張る構成の組合せ、等）よりさらに効果的に固定子の撓みを防止することができるものである。
又、中間サポート機構の構成については図示したものはあくまで一例であり、その他様々な構成が想定される。
また、その他の構成についても図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、リニアモータに係り、特に、シャフト状に延長された固定子の撓みを防止することができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めに用いられるリニアモータに最適である。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの全体の構成を示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩ部を拡大して示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータの全体の構成を示す側断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、固定子の支持状態を示す側面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、固定子の支持構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、固定子の支持構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態を示す図で、固定子の支持構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態を示す図で、リニアモータの全体の構成を示す側断面図である。 従来例を示す図で、リニアモータの全体の構成を示す側断面図である。 従来例を示す図で、固定子が撓んだ様子を示す側面図である。 従来例を示す図で、リニアモータの全体の構成を示す側断面図である。

符号の説明

１ 固定子
３ 支持部材
５ 支持部材
７ 非磁性体パイプ
９ 永久磁石
１５ 可動子
１７ 可動子ベース
１９ コイル１５（Ｕ相）
２１ コイル（Ｖ相）
２３ コイル(Ｗ相)
２５ 空隙
２７ 直動ガイド機構
２９ ガイドレール
３１ ガイド部材
３３ 中間サポート機構
３５ 中間サポート
３７ サポートブラケット
３９ サポートブッシュ
４１ ガイド部材
４３ プーリ
４５ ワイヤ
６１ 支持機構
７１ コイルスプリング

Claims (7)

1. 複数個の永久磁石を積層・配置してなると共にシャフト状に延長された固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置されコイルを備えた可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、
   上記固定子はその両端を支持されていると共に上記可動子の両側位置において中間サポートによって夫々支持されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１記載のリニアモータにおいて、
   上記可動子の両側に配置された中間サポートは上記可動子の移動に伴って可動子の半分の速度で同方向に移動するように構成されていることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、
   上記可動子の両端部において上記固定子との間に滑り軸受を夫々介挿したことを特徴とするリニアモータ。
4. 複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、
   上記固定子を反重力方向に凸状になるように支持することを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項４記載のリニアモータにおいて、
   上記固定子はその両端を球面軸受によって支持されていて、該球面軸受の角度を調整することにより上記固定子を反重力方向に凸状に支持するようにしたことを特徴とするリニアモータ。
6. 複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、
   上記固定子を引っ張った状態で支持することを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項６記載のリニアモータにおいて、
   上記固定子の両端には弾性部材が配置されていて、上記固定はこれら弾性部材によって引っ張られた状態で支持されていることを特徴とするリニアモータ。

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