JP2008118746A - 複合リニアモータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数リニアモータ装置を軽量化する。
【解決手段】移動磁界を発生させるコイルを有し、直線の移動通路を移動し得る電機子と、
電機子の移動通路の両側に移動通路に沿って電機子と空隙を介して永久磁石列をそれぞれ配置し、各永久磁石列はその各永久磁石列を構成する永久磁石における隣り合うその永久磁石同士が異極性で等ピッチで配置され、対向する前記永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士は異極性である固定子とで単位リニアモータを構成し、単位リニアモータの複数個を、電機子の移動通路を互いに並行にして並べ、単位リニアモータ間では、対向するその永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士が異極性である複合リニアモータを構成し、複合リニアモータの最外側の前記永久磁石列の反移動通路側に沿わせてバックヨークを配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＦＡ（factory automation）分野などで用いられる複合リニアモータ装置に関し、その軽量化技術に係わる。

従来、リニアモータを並列に複数個並べて使用した複合リニアモータ装置としては、特許文献１のようなものがある。特許文献１記載の複合リニアモータ装置は、ボイスコイル形リニアモータを並列に複数個並べて使用する例であり、隣り合うボイスコイル形リニアモータの永久磁石およびコイルの極性を全く逆にし、日の字型に構成したヨークの外側ヨークの重なり部を省くことにより、小型化、軽量化の効果を得ている。

特許第３７７８２８４号公報

ＦＡ分野で用いられる機械装置では、工場面積の有効活用の観点から、機械装置の小型化が重要であり、機械装置に用いられる駆動部にも小型化、軽量化が求められている。前述の複合ボイスコイルリニアモータ装置では、日の字型に構成したヨークの内側ヨークは依然として残ることになる。このため、まだ小型化する余地があり、本発明では、さらに小型化、軽量化することを目的とする。

本発明に係わる複合リニアモータ装置は、移動磁界を発生させるコイルを有し、直線の移動通路を移動し得る電機子と、前記電機子の移動通路の両側に移動通路に沿って前記電機子と空隙を介して永久磁石列をそれぞれ配置し、前記各永久磁石列はその各永久磁石列を構成する永久磁石における隣り合うその永久磁石同士が異極性で等ピッチに配置され、対向する前記永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士は異極性である固定子とで単位リニアモータを構成し、前記単位リニアモータの複数個を、前記電機子の移動通路を互いに並行にして並べ、前記単位リニアモータ間では、対向するその永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士が異極性である複合リニアモータを構成し、前記複合リニアモータの最外側の前記永久磁石列の反移動通路側に沿わせてバックヨークを配置したものである。

また、移動磁界を発生させるコイルを有し、直線の移動通路を移動し得る電機子と、前記電機子の移動通路の両側に移動通路に沿って前記電機子と空隙を介して永久磁石列をそれぞれ配置し、前記各永久磁石列はその各永久磁石列を構成する永久磁石における隣り合うその永久磁石同士が異極性で等ピッチに配置され、対向する前記永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士は異極性である固定子とで単位リニアモータを構成し、前記単位リニアモータの複数個を、前記電機子の移動通路を互いに並行にして並べ、前記単位リニアモータ間では、対向するその永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士が異極性である複合リニアモータを構成し、前記複合リニアモータの最外側の前記永久磁石列は、主永久磁石と補助永久磁石が交互に配置され、前記主永久磁石の磁化方向は、前記電機子の移動通路と直交する方向であり、前記補助永久磁石の磁化方向は、前記電機子の移動通路方向と同方向であり、前記主永久磁石間の前記補助永久磁石の磁化方向が、前記主永久磁石間の反移動通路側の磁束を相殺し、移動通路側の磁束を強める方向に配置されているものである。

本発明の複合リニアモータ装置によれば、複合リニアモータ装置を小型化・軽量化することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による複合リニアモータ装置を示す構成断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２は実施の形態１による複合リニアモータ装置を示す構成断面図で、図１のＢ−Ｂ線断面図である。図において、複合リニアモータ装置１００は、３個の単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖを有している。単位リニアモータＴは、直線の移動通路１をリニアガイド（図示せず）に案内されて摺動自在に移動し得る電機子２ａと、直線の移動通路１の両側にその通路に沿って電機子２ａと空隙８を介して永久磁石列３ａ，３ｂをそれぞれ配置した固定子４とで構成されている。永久磁石列３ａ，３ｂは所望の長さに構成されており、図ではその一部を表している。

電機子２ａは移動磁界を発生させる複数のコイル５を等ピッチでケース６に封入し、取付座７に固定されている。移動通路１の両側の各永久磁石列３ａ，３ｂは、それを構成する各永久磁石（永久磁石単位）の磁化方向が、電機子２ａの移動通路１と直交する方向であり，隣り合う永久磁石同士が異極性で等ピッチで配置されている。永久磁石列３ａと永久磁石列３ｂは互いに対向し、対向する面の各永久磁石同士は互いに異極性となるように配置されている。電機子２ａの複数のコイル５のピッチと永久磁石列３ａ，３ｂの永久磁石のピッチは異なっている。永久磁石９ａ，９ｂは磁石取付台１０ａ，１０ｂを用いてフレーム１１に固定されている。

単位リニアモータＵも単位リニアモータＴと同様に構成され、電機子２ｂと永久磁石列３ｃ，３ｄを有している。単位リニアモータＶも単位リニアモータＴと同様に構成され、電機子２ｃと永久磁石列３ｅ，３ｆを有している。単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖは、それぞれの電機子２ａ，２ｂ，２ｃの移動通路１を互いに並行に並べ、単位リニアモータＴ，Ｕ及びＵ，Ｖ間では、対向する永久磁石列３ｂ，３ｃ及び３ｄ，３ｅの対向する面の各永久磁石同士が互いに異極性となるように配置されている。これによって、単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖによる複合リニアモータ２０が構成される。複合リニアモータ２０の最外側の永久磁石列３ａ，３ｆには、その反移動通路側に沿わせてバックヨーク２１ａ，２１ｂが配置される。

単位リニアモータＴ，Ｕ間の対向する永久磁石列３ｂ，３ｃは、個別に構成されてもよいが、通常一体に構成される。同様に、単位リニアモータＵ，Ｖ間の対向する永久磁石列３ｄ，３ｅも、個別に構成されてもよいが、通常一体に構成される。また、対向する永久磁石列３ｂ，３ｃ（３ｄ，３ｅ）を構成する個々の永久磁石のうち永久磁石列３ｂ，３ｃ（３ｄ，３ｅ）間で対向する個々の永久磁石同士を一体形成し、一体形成した永久磁石を電機子の移動方向に並べて配置することで、一体に構成されるようにしてもよい。磁石取付台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとフレーム１１とは、例えば、ボルトによって固定し、永久磁石９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄと磁石取付台１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとは、例えば接着剤により固定されている。他の例としては、図３に示すように磁石取付台１０ｂをスペーサ１０ｅと押え板１０ｆに分割して、永久磁石９ｂを挟み込むようにしてねじ１２で固定するようにしてもよい。

永久磁石９ａ，９ｄの保持は、バックヨーク２１ａ，２１ｂに機械的に比較的簡単にできる。しかし、永久磁石９ｂには、電機子の移動通路１を隔てて両側の永久磁石９ａ，９ｃから吸引力が働くので、永久磁石９ｂの保持が容易ではない。永久磁石９ｂには電機子の移動通路１と垂直な方向の両側へ吸引力が働いており、一部相殺されるが、相殺されない分については、永久磁石９ｂを磁石取付台１０ｂに機械的に強固に保持する構成とする。

このようにして複合リニアモータ装置１００が構成される。複合リニアモータ装置１００を構成する各永久磁石によって、磁束が発生し、図には、磁束の流れを破線で、その方向を矢印で示している。電機子２の移動通路１内では、移動通路１と直角方向に磁束が発生しており、移動通路１内の電機子２は、電源装置によって、コイル５に発生させる移動磁界を制御することによって、移動通路１内の移動が制御される。

図１に示す複合リニアモータ装置１００は、３個の単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖに対して、両最外側にバックヨークを配置するものであり、小形化、軽量化することができる。
なお、前述において、移動通路１の両側の各永久磁石列３ａ，３ｂは、それを構成する各永久磁石の磁化方向が、電機子２ａの移動通路１と直交する方向であり，隣り合う永久磁石同士が異極性で等ピッチで配置されている。永久磁石列３ａと永久磁石列３ｂは互いに対向し、対向する面の各永久磁石同士は互いに異極性となるように配置されているとした。しかしこれに限らず、図１５に示すように、移動通路１の両側の各永久磁石列３ａ，３ｂは、それを構成する各永久磁石の磁化方向が、電機子２ａの移動通路１と並行であり、隣り合う永久磁石同士は同極性で突き合わされ、隣り合う永久磁石同士が異極性で等ピッチで配置されている。永久磁石列３ａと永久磁石列３ｂは互いに対向し、対向する面の各永久磁石同士は互いに異極性となるように配置されていてもよい。実施の形態２―５においても同様である。

実施の形態２．
図４は実施の形態２による複合リニアモータ装置２００を示す構成断面図である。なお、各図において、同一符号は同一又は相当部分を示す。実施の形態２は、実施の形態１を拡張したもので、４個の単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖ，Ｗを備え、4個の電機子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有し、これに応じて４個の固定子４を有し、永久磁石列３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇ，３ｈを配置したものである。そして複合リニアモータ３０の最外側の永久磁石列３ａ，３ｈには、その反移動通路１側に沿わせてバックヨーク２１ａ，２１ｂが配置される。このように、必要に応じて複数の電機子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備えることができ、2個以上の電機子２を備えている場合に、実施の形態１と同様にして軽量化の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１で示す複数の電機子２ａ，２ｂ，２ｃには、図５に示すように１個の電源装置１３で駆動できるように構成して、例えば３倍の推力を得られるように構成しても良いし、図６に示すように、複数個の電源装置１４でそれぞれ独立に駆動できるように構成しても良い。当然、図７に示すように一部は同一の電源装置１５で駆動し、また一部は１個の電源装置１６で駆動するように構成しても構わない。

複数の電源装置１４を用いて、それぞれの電源装置１４別に独立に駆動できるように構成した場合、電機子の部材であるコイル５、ケース６及び取付座７はアルミニウムやプラスチック樹脂などの弱磁性材料からなることが望ましい。電機子の部材に鉄などの強磁性材料が含まれると、電機子２が存在する位置における永久磁石の磁束量が大きくなる。逆に電機子２が存在しない位置では、永久磁石の磁束量が小さい。図８は、２個の電機子の位置が同一の場合を示す。同図（ａ）は電機子２ｅの部材が弱磁性材料からできている場合を、同図（ｂ）は電機子２ｆの部材の一部に強磁性材料を含んでいる場合を示している。

同図において、永久磁石列３の矢印は永久磁石の磁束の向きを示し、大きさで磁束量を表している。図８（ａ）では、電機子２ｅに強磁性材料を含んでいないため、いずれの永久磁石も磁気回路が同一である。このため、いずれの永久磁石も同じ磁束量となっている。一方、同図（ｂ）では、電機子２ｆに強磁性材料を含んでいるため、電機子２ｆ付近の永久磁石は磁束を発生し易くなり、永久磁石の磁束量が他の位置と比べて大きくなっている。

図９では２個の電機子２の位置が異なる場合の例を示している。同図（ａ）は電機子２ｅの部材が弱磁性材料からできている場合を、同図（ｂ）は電機子２ｆの部材の一部に強磁性材料を含んでいる場合を示している。図９（ａ）は、図８（ａ）と同様にして、いずれの永久磁石も磁気回路が同一であるため、いずれの永久磁石も同じ磁束量となっている。他方、同図（ｂ）では、電機子２ｆに強磁性材料を含んでいるため、電機子２ｆ付近の永久磁石は磁束を発生し易くなり、永久磁石の磁束量が他の位置と比べて大きくなっている。このとき、永久磁石は磁束の発生のし易さが図８（ｂ）に比べて小さいため、電機子２ｆ付近の永久磁石の磁束量は図８（ｂ）に比べて小さい。

このように、電機子２ｆの部材に鉄などの強磁性材料が含まれると、永久磁石の磁束量に大小関係が生じる。一方、（電機子と固定子を有するリニア）モータを駆動するためには、電源装置やコントローラ（図示せず）にモータの情報として磁束量に関係する定数を入れることがある。この定数を元にモータを駆動するので、磁束量が変わると効率よく精密に駆動できない可能性がある。したがって、複数の電源装置１４を用いてそれぞれの電源装置別に独立で駆動できるように構成した場合、電機子２の部材は弱磁性材料から成ることが望ましい。このように構成すれば、モータの制御性が向上する。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４による複合リニアモータ装置３００を示す構成断面図である。同図において、バックヨーク２１ｃ，２１ｄに沿う永久磁石列３ａ，３ｆの永久磁石９ａ，９ｄ間の一つ置きに位置する前記バックヨーク２１ｃ，２１ｄの位置に、それぞれ切り欠き１７を設ける。

このようにした理由を、図１１を用いて説明する。実施の形態１〜２では、リニアモータ特有の終端を描いていなかったが、図１０および図１１では終端を描いている。図１１のように、終端の永久磁石９ａが発生した磁束は、他方の終端の永久磁石９ａへ流れ込む。このとき、例えば図１１のGとして丸で囲んだ位置における磁束は互いに逆方向を向いている。すなわち、打ち消し合って磁束量がゼロとなり、この位置のバックヨークが無くとも磁路が成り立つ。これを理由として、切り欠いた結果が図１０である。このように構成すると、実施の形態１〜２に増して、さらにバックヨーク２１の重量を低減できる。切り欠き１７の形は、図１０ではV字形であるが、U字形になっていても良い。

実施の形態５．
図１２は、実施の形態５による複合リニアモータ装置４００を示す構成断面図である。同図において、バックヨーク２１ｅ，２１ｆに沿う永久磁石列３ａ，３ｆの各永久磁石９ａ，９ｄの電機子の移動方向中央に位置するバックヨーク２１ｅ，２１ｆの位置にそれぞれ切り欠き１８を設け、複合リニアモータ装置４００の各永久磁石列３ａ〜３ｆの両終端の永久磁石９ａ〜９ｄは終端以外の永久磁石と比べて移動方向の長さを約半分にしたことが特徴である。このように構成しても、図の破線と矢印で示したように、磁石の発生する磁束の磁路が成り立つ。

このように構成すると、実施の形態４にも増して、さらにバックヨーク２１ｅ，２１ｆの重量を低減できる。切り欠き１８の形は、図１２ではV字形であるが、U字形になっていても良い。好ましくは、終端の永久磁石９ａは終端以外の永久磁石と比べて移動方向の長さが半分よりも長めであることが好ましい。なぜならば、図１２に示すような漏れ磁束１９が生じるためにコイルと鎖交する磁束量が減る。このため、半分よりも長めにしてコイルと鎖交する磁束量を従来と同等とすることが望ましい。

実施の形態６．
図１３は、実施の形態６による複合リニアモータ装置５００を示す構成断面図である。実施の形態６では、両側の永久磁石列２３ａ，２３ｆをハルバッハ配列とすると共に、複合リニアモータ装置５００の最外側の永久磁石列２３ａ，２３ｆに沿わせるバックヨークを用いていない。実施の形態６においても、実施の形態１と同様に、単位リニアモータＴは電機子２ａと、永久磁石列２３ａ，２３ｂを有する固定子２４で構成されている。単位リニアモータＵは電機子２ｂと、永久磁石列２３ｃ，２３ｄを有する固定子２４で構成されている。単位リニアモータＶは電機子２ｃと、永久磁石列２ｅ，２３ｆを有する固定子２４で構成されている。そして、単位リニアモータＴ，Ｕ，Ｖで複合リニアモータ４０を構成している。

複合リニアモータ４０の最外側の永久磁石列２３ａ，２３ｆは、主永久磁石２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇと補助永久磁石２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆが交互に配置されている。主永久磁石２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇの磁化方向は、電機子２の移動通路と直交する方向であり、補助永久磁石２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆの磁化方向は、移動通路方向と同方向である。

図１４に示すように、複合リニアモータ４０の最外側の永久磁石列２３ａ，２３ｆは、主永久磁石（例えば２５ｂ，２５ｃ）間の補助永久磁石（２６ｂ）の磁化方向が、主永久磁石（２５ｂ，２５ｃ）間の反移動通路側の磁束を相殺し、移動通路側の磁束を強める方向に配置する。複合リニアモータ４０の最外側の永久磁石列２３ａ，２３ｆは、このように配列（ハルバッハ配列）することにより、複合リニアモータ装置５００の最外側の永久磁石列２３ａ，２３ｆに沿わせるバックヨークを用いなくても、永久磁石の磁路が形成される。

両端の永久磁石列２３ａ，２３ｆの主永久磁石２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇは隣り合う主永久磁石同士が異極性で等ピッチで配置されている。永久磁石列２３ａと永久磁石列２３ｂは互いに対向し、対向する面の各永久磁石同士は互いに異極性となるように配置されている。このように構成すると、図１３の破線と矢印で示したように、バックヨークがなくとも、永久磁石の発生する磁束の磁路が成り立つ。そのため、実施の形態４，５にも増して、さらに複合リニアモータ装置５００の重量を低減でき、小形化、軽量化が達成できる。

本発明の実施の形態１による複合リニアモータ装置を示す構成断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。 実施の形態１による複合リニアモータ装置を示す構成断面図で、図１のＢ−Ｂ線断面図である。 実施の形態１による永久磁石の固定手段を示す構成斜視図である。 実施の形態２による複合リニアモータ装置を示す構成断面図である。 実施の形態に係わる３個の電機子と１個の電源装置との接続例を示す図である。 実施の形態に係わる３個の電機子と３個の電源装置との接続例を示す図である。

実施の形態に係わる３個の電機子と２個の電源装置との接続例を示す図である。 実施の形態に係わる電機子の部材と永久磁石の磁束量の関係を示す図である。 実施の形態に係わる電機子の部材と永久磁石の磁束量の関係を示す図である。 実施の形態４による複合リニアモータ装置を示す構成断面図である。 実施の形態４を創作するに至った経緯を説明する構成断面図である。 実施の形態５による複合リニアモータ装置を示す構成断面図である。 実施の形態６による複合リニアモータ装置を示す構成断面図である。 実施の形態６に係わる永久磁石列の配列を説明する図である。 実施の形態１−５に係る永久磁石列の配列を説明する図である。

符号の説明

１ 移動通路 ２、２ａ〜２ｆ 電機子
３ａ〜３ｈ 永久磁石列 ４ 固定子
５ コイル ６ ケース
７ 取付座 ８ 空隙
９ａ〜９ｄ 永久磁石 １０ａ〜１０ｄ 磁石取付台
１０ｅ スペーサ １０ｆ 押え板
１１ フレーム １２ ねじ
１３〜１６ 電源装置 １７ 切り欠き
１８ 切り欠き

２０ 複合リニアモータ ２１、２１ａ〜２１ｆ バックヨーク
２３ａ〜２３ｆ 永久磁石列 ２４ 固定子
２５ａ〜２５ｇ 主永久磁石 ２６ａ〜２６ｆ 補助永久磁石
３０ 複合リニアモータ ４０ 複合リニアモータ
１００ 複合リニアモータ装置 ２００ 複合リニアモータ装置
３００ 複合リニアモータ装置 ４００ 複合リニアモータ装置
５００ 複合リニアモータ装置

Claims (6)

1. 移動磁界を発生させるコイルを有し、直線の移動通路を移動し得る電機子と、
   前記電機子の移動通路の両側に移動通路に沿って前記電機子と空隙を介して永久磁石列をそれぞれ配置し、前記各永久磁石列はその各永久磁石列を構成する永久磁石における隣り合うその永久磁石同士が異極性で等ピッチに配置され、対向する前記永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士は異極性である固定子とで単位リニアモータを構成し、
   前記単位リニアモータの複数個を、前記電機子の移動通路を互いに並行にして並べ、前記単位リニアモータ間では、対向するその永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士が異極性である複合リニアモータを構成し、
   前記複合リニアモータの最外側の前記永久磁石列の反移動通路側に沿わせてバックヨークを配置したことを特徴とする複合リニアモータ装置。
2. 前記バックヨークに沿う前記永久磁石列の永久磁石間の一つ置きに位置する前記バックヨークの位置に、それぞれ切り欠きを設けるようにした請求項１記載の複合リニアモータ装置。
3. 前記バックヨークに沿う前記永久磁石列の各永久磁石の前記電機子の移動方向中央に位置する前記バックヨークの位置にそれぞれ切り欠きを設けると共に、前記複合リニアモータの前記各永久磁石列の終端の永久磁石は終端以外の永久磁石と比べて前記電機子の移動方向の長さを略半分にしたことを特徴とする請求項１記載の複合リニアモータ装置。
4. 前記単位リニアモータ間の対向する永久磁石列同士を一体に構成した請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の複合リニアモータ装置。
5. 複数の前記電機子を複数の電源装置でそれぞれ独立に駆動し、前記電機子は弱磁性材料で構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複合リニアモータ装置。
6. 移動磁界を発生させるコイルを有し、直線の移動通路を移動し得る電機子と、
   前記電機子の移動通路の両側に移動通路に沿って前記電機子と空隙を介して永久磁石列をそれぞれ配置し、前記各永久磁石列はその各永久磁石列を構成する永久磁石における隣り合うその永久磁石同士が異極性で等ピッチに配置され、対向する前記永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士は異極性である固定子とで単位リニアモータを構成し、
   前記単位リニアモータの複数個を、前記電機子の移動通路を互いに並行にして並べ、前記単位リニアモータ間では、対向するその永久磁石列の対向する面のその各永久磁石同士が異極性である複合リニアモータを構成し、
   前記複合リニアモータの最外側の前記永久磁石列は、主永久磁石と補助永久磁石が交互に配置され、前記主永久磁石の磁化方向は、前記電機子の移動通路と直交する方向であり、前記補助永久磁石の磁化方向は、前記電機子の移動通路方向と同方向であり、前記主永久磁石間の前記補助永久磁石の磁化方向が、前記主永久磁石間の反移動通路側の磁束を相殺し、移動通路側の磁束を強める方向に配置されていることを特徴とする複合リニアモータ装置。

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