JP2011155757A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、必要な永久磁石数を低減して、全体を安価にすることができるリニアモータを得ることを目的とするものである。
【解決手段】固定子１は、磁性体により構成されている。可動子コア５は、可動子２の幅方向の永久磁石７の両側に配置された第１及び第２のコア部分８，９に分割されている。永久磁石７の着磁方向は、可動子２の幅方向に平行な方向である。永久磁石７は、可動子２に対向する磁極部４との間に磁束の流れを形成する。磁極部４は、第１及び第２のコア部分８，９に対向するように２列に配置されているとともに、可動子２の移動方向に沿って、固定子１の永久磁石７に対向する部分の左右両側に交互に振り分けて配置されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、工作機械や半導体製造装置などの産業機械のテーブル送りなどに用いられるリニアモータに関するものである。

例えば、工作機械のテーブル送りや搬送機器のアクチュエータに対しては、高速化・高精度化の要求が高い。そこで、近年、工作機械などにリニアモータがよく用いられている。リニアモータは、ダイレクト駆動であり、回転型サーボモータとボールネジとを組み合わせた従来の駆動方式に比べ、高速度・高加速度特性を得ることができ、かつバックラッシュや摩擦による応答誤差が生じないため、高精度なシステムを構築可能である。

従来のリニアモータは、固定子と、この固定子に対向し固定子に対して移動される可動子とを有している。固定子は、磁石板の上に複数の永久磁石を配置して構成されている。永久磁石は、可動子に対して交互に異極が対向するように着磁されている。可動子は、複数のティースにそれぞれコイルが巻回されて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３７４６６５号公報

上記のような従来のリニアモータでは、高推力化のため、高価なネオジム磁石が永久磁石として用いられていることが多いため、長ストローク化して必要な永久磁石数が増加すると、全体がかなり高価になってしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、必要な永久磁石数を低減して、全体を安価にすることができるリニアモータを得ることを目的とする。

この発明に係るリニアモータは、所定の経路に沿って並べて配置された複数の磁極部を有する固定子、及び可動子コアと、可動子コアに巻回されたコイルとを有し、固定子に対向して配置され、経路に沿って移動する可動子を備え、磁極部は、磁性体により構成されており、可動子には、可動子に対向する磁極部との間に磁束の流れを形成する少なくとも１つの永久磁石が設けられており、永久磁石の着磁方向は、可動子の移動方向に対して直角で可動子の幅方向に平行な方向であり、可動子コアは、可動子の幅方向の永久磁石の両側に配置された複数のコア部分に分割されており、磁極部は、コア部分に対向するように複数列に配置されているとともに、可動子の移動方向に沿って、固定子の永久磁石に対向する部分の左右両側に交互に振り分けて配置されている。

この発明のリニアモータは、可動子に設けた永久磁石により、磁性体により構成された磁極部との間に磁束の流れが形成され、しかも永久磁石の左右両側の磁極部に異極が形成されるので、固定子側の永久磁石を省略することができ、必要な永久磁石数を低減して、全体を安価にすることができる。

この発明の実施の形態１によるリニアモータを示す斜視図である。 図１の要部を示す側面図である。 図１の固定子を示す平面図である。 図１の永久磁石により固定子に形成される主要な磁束の流れを示す斜視図である。 図１の可動子の長さ寸法を磁極部の４極分とした場合に永久磁石により固定子に形成される主要な磁束の流れを示す斜視図である。 この発明の実施の形態２によるリニアモータを示す斜視図である。 図６の固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３によるリニアモータの固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるリニアモータの固定子を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態６によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態７によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態８によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態９によるリニアモータを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１０によるリニアモータを示す斜視図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるリニアモータを示す斜視図、図２は図１の要部を示す側面図、図３は図１の固定子を示す平面図である。図において、リニアモータは、固定子１と、空隙を介して固定子１に対向して配置され、固定子１に対して所定の経路に沿って移動する可動子２とを有している。この例では、可動子２の移動方向は、図のＸ軸方向である。

固定子１は、磁性体により構成されている。また、固定子１は、平板状のベース部３と、ベース部３の可動子２に対向する面に極対ピッチ毎に設けられた複数の磁極部４とを有している。磁極部４は、可動子２の移動経路に沿って並べて配置されている。また、磁極部４は、ベース部３の可動子２に対向する面から可動子２側へ突出している。さらに、この例では、磁極部４の平面形状は四角形である。さらにまた、磁極部４は、ベース部３と一体で構成しても、ベース部３とは別に加工した後に接着、ねじ止め又は溶接等によりベース部３に固定してもよい。

可動子２には、複数のティース２ａとコアバック部２ｂとが設けられている。また、可動子２は、可動子コア５、コイル６（図１では省略）、及び永久磁石７を有している。可動子コア５は、可動子２の幅方向（可動子２の移動方向に直角かつ可動子２と固定子１との間の空隙面に平行な方向：図のＹ軸方向）の永久磁石７の両側に配置された第１及び第２のコア部分８，９に分割されている。即ち、第１及び第２のコア部分８，９は永久磁石７の左右に配置され、永久磁石７は第１及び第２のコア部分８，９間に挟まれている。

ティース２ａは、第１及び第２のコア部分８，９と永久磁石７とに連続して形成されている。コイル６は、ティース２ａに巻回されている。

永久磁石７の着磁方向は、可動子２の幅方向に平行な方向（図のＹ軸方向）、即ち移動方向に対して左右の方向である。永久磁石７は、可動子２に対向する磁極部４との間に磁束の流れを形成する。磁極部４は、第１及び第２のコア部分８，９に対向するように２列に配置されているとともに、可動子２の移動方向に沿って、固定子１の永久磁石７に対向する部分の左右両側に交互に振り分けて配置されている。即ち、磁極部４は、固定子１を水平面上に置いて真上から見た場合に千鳥格子状に配置されている。

固定子１の永久磁石７に対向する部分には、磁極部４が配置されていない部分が存在している。この磁極部４が配置されていない部分の幅寸法（図３のｗ１）は、永久磁石７の幅寸法（図のＹ軸方向の寸法）とほぼ等しい。また、固定子１の磁極部４が配置されている領域の幅寸法（図３のｗ２）は、可動子コア５の幅寸法（図のＹ軸方向の寸法）とほぼ等しい。

この例では、側面から見た形状がコア部分８，９と同じである一体物の永久磁石７を用いている。これに対して、複数の磁石を組み合わせて永久磁石７を構成してもよく、直方体等の単純な形状の磁石を組み合わせることで、低コスト化が可能である。

コア部分８，９は、可動子２の幅方向に積層された複数の電磁鋼板、又は圧粉鉄心等により構成されている。コア部分８，９と永久磁石７とは、接着により一体化されている。

ベース部３の幅方向（図のＹ軸方向）両端部には、固定子１を他の装置に取り付けるための取付具が挿通される複数の取付孔３ａが設けられている。可動子２の移動方向への取付孔３ａのピッチは、極対ピッチと同じである。

ここで、図４は図１の永久磁石７により固定子１に形成される主要な磁束の流れ（磁束ベクトル）を示す斜視図であり、コイル６に電流を流していないときの状態を示している。永久磁石７の着磁方向がＹ軸方向の正の方向であるとすると、永久磁石７からの磁束（図４の点線矢印）は、可動子２側から手前側（可動子２の移動方向（Ｘ軸方向の正の方向）に対して右側）の磁極部４へ流れ、固定子１内を手前側から奥側（可動子２の移動方向に対して左側）へ流れ、奥側の磁極部４から可動子２側へと流れている。

従って、永久磁石７の左側の磁極部４と右側の磁極部４とは異極となる。そして、磁極部４を永久磁石７の左右両側に交互に振り分けて配置したことにより、可動子２の移動方向に沿って見ると、固定子１上にはＮ極とＳ極とが交互に発生する。このため、固定子１には永久磁石を配置する必要がなくなり、必要な永久磁石数を低減して、全体を安価にすることができる。

なお、実施の形態１では、移動方向への可動子２の長さ寸法が磁極部４の２極分であるが、これに限定されるものではなく、例えば４極分であってもよい。図５は図１の可動子２の長さ寸法を磁極部４の４極分とした場合に永久磁石７により固定子１に形成される主要な磁束の流れを示す斜視図であり、このような構成によっても固定子１に永久磁石を配置する必要がなくなる。

また、実施の形態１では極数：ティース数が２：３の場合を示したが、極数とティース数との比もこれに限定されるものではない。

実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２によるリニアモータを示す斜視図、図７は図６の固定子を示す斜視図である。この例では、ベース部３の幅方向（図のＹ軸方向）両端部が磁極部４の外側まで延長されておらず、磁極部４の端部に揃えられている。また、取付孔３ａは、ベース部３の磁極部４間の部分に設けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このようなリニアモータでは、磁束が取付孔３ａを避けて流れるため、磁束を磁極部４に集めることができ、推力を向上させることができる。しかも、固定子１を装置に取り付けるためにベース部３を大きくする必要がなく、全体の小型化が可能となる。なお、固定子１を装置に取り付けるための取付具（ねじ等）としては、例えばステンレス鋼のような非磁性体からなるものを用いるのが好適である。

実施の形態３．
次に、図８はこの発明の実施の形態３によるリニアモータの固定子を示す斜視図である。実施の形態３では、実施の形態２の取付孔３ａをベース部３の幅方向外側に広げることにより、ベース部３に複数のＵ字型の溝部３ｂが形成されている。即ち、可動子２の移動方向に隣接する磁極部４間には、固定子１の幅方向両端から中心へ向けて溝部３ｂが設けられている。そして、固定子１は、溝部３ｂでねじ止めされて装置に固定される。他の構成は、実施の形態２と同様である。

このような固定子１を用いたリニアモータでは、より効率的に磁束を磁極部４に集中させることができ、推力を向上させることができる。

なお、図８の例では、加工の容易さから溝部３ｂをＵ字型としたが、溝部３ｂの形状はこれに限定されるものではなく、例えば長方形型としてもよい。但し、磁束を効率良く磁極部４に集中させるためには、可動子２の移動方向に隣接する磁極部４間の中心に対して溝部３ｂを対称形とするのが好適である。

実施の形態４．
次に、図９はこの発明の実施の形態４によるリニアモータの固定子を示す斜視図である。実施の形態３のような溝部３ｂでねじ止めを行うためには、取付具としてのねじの頭部の高さを磁極部４の高さよりも低くする必要がある。一方、溝部３ｂの幅が大きいほど、磁極部４に磁束を集中させる効果が向上する。しかし、溝部３ｂの幅を大きくすると、固定に必要となるねじが大きくなるため、磁極部４の高さよりもねじの頭部を低くするには、低頭ボルトなどの特殊ねじを使用する必要が生じる。

これに対して、実施の形態４では、固定子１を装置に取り付ける際にねじの頭部を受ける段部３ｃが溝部３ｂ内に設けられている。

このような固定子１を用いたリニアモータでは、溝部３ｂの幅を十分に大きくして磁極部４に磁束を効率的に集中させつつ、特殊ねじを用いずに磁極部４の高さよりもねじの頭部を低くすることが可能となる。

なお、実施の形態２の構成でも、座ぐり穴（深座ぐり）を取付孔３ａに設けて、ねじの頭部を受ける段部を取付孔３ａ内に設ければ、取付孔３ａの径を十分に大きくして磁極部４に磁束を効率的に集中させつつ、特殊ねじを用いずに磁極部４の高さよりもねじの頭部を低くすることが可能となる。

実施の形態５．
次に、図１０はこの発明の実施の形態５によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。実施の形態１では、コア部分８，９と永久磁石７とを接着により一体化したが、実施の形態５では、可動子２のコアバック部２ｂにコア部分８，９と永久磁石７とを貫通する複数の結合用孔２ｃが設けられており、これらの結合用孔２ｃに挿通された複数組の結合具１１によりコア部分８，９と永久磁石７とが一体化されている。結合具１１は、結合用孔２ｃに挿通されたねじ棒１２と、ねじ棒１２に螺着された複数のナット１３とを有している。他の構成は、実施の形態１、２、３又は４と同様である。

このようなリニアモータでは、コア部分８，９と永久磁石７とをより確実に一体化することができる。
なお、コア部分８，９と永久磁石７との固定をより強固にするため、結合具１１と接着剤とを併用してもよい。

実施の形態６．
次に、図１１はこの発明の実施の形態６によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。実施の形態６では、第１及び第２のコア部分８，９が共通の平板状の可動子連結部材１４に固定されている。可動子連結部材１４は、漏れ磁束を低減するため、例えばステンレス鋼などの非磁性体により構成するのが好適である。

可動子連結部材１４は、複数のねじ１５によりコア部分８，９に固定されている。可動子連結部材１４には、ねじ１５が挿通される複数の孔が設けられている。また、コア部分８，９には、ねじ１５が螺着される複数のねじ穴が設けられている。

さらに、コア部分８，９内を流れる磁束への影響を小さくするため、ねじ穴はティース２ａの中心部に対応する位置に設けるのが好適である。さらにまた、可動子連結部材１４からねじ１５の頭部が飛び出ると、可動子２を装置に精度良く取り付けることができず、また装置への接触面が低減して放熱性が悪化するため、ねじ１５の頭部を収容する座ぐり穴を設けるなどして、ねじ１５の頭部が可動子連結部材１４から飛び出さない構成とするのが好適である。

永久磁石７は、コア部分８，９及び可動子連結部材１４の両方に接着されるが、より強固に固定したい場合には、永久磁石７の上面にタップを切って、可動子連結部材１４にねじ止めしてもよい。他の構成は、実施の形態１、２、３又は４と同様である。

このような可動子２の一体化構造では、実施の形態５に比べ、永久磁石７がコア部分８，９間に圧縮されないため、圧縮による永久磁石７の破損を防止することができる。

実施の形態７．
次に、図１２はこの発明の実施の形態７によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。実施の形態７では、永久磁石７を囲んで保持する永久磁石保持部材１６が可動子連結部材１４にねじ止めされている。また、永久磁石７は、直方体状の磁石のみを組み合わせて構成されている。他の構成は、実施の形態６と同様である。

このようなリニアモータでは、接着剤に頼らず、永久磁石７をコア部分８，９と安定して強固に一体化することができる。

実施の形態８．
次に、図１３はこの発明の実施の形態８によるリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。実施の形態８では、永久磁石保持部材１６がコア部分８，９にねじ止めされる。他の構成は、実施の形態７と同様である。

このような構成によっても、接着剤に頼らず、永久磁石７をコア部分８，９と安定して強固に一体化することができる。

なお、永久磁石保持部材１６は、永久磁石保持部材１６及びコア部分８，９の両方にねじ固定してもよい。

実施の形態９．
次に、図１４はこの発明の実施の形態９によるリニアモータを示す斜視図である。実施の形態１〜８では、可動子コア５を２つのコア部分８，９に分割した例を示したが、可動子２の幅方向（図のＹ軸方向）に３つ以上に分割してもよく、実施の形態９では３つに分割した例を示している。即ち、可動子２は、第１ないし第３のコア部分１７〜１９と、第１及び第２の永久磁石２０，２１とを有している。また、磁極部４は、第１ないし第３のコア部分１７〜１９に対向するように、３列に配置されている。他の構成は、実施の形態１、２、３、４、５、６、７又は８と同様である。

このような構成によっても、固定子１には永久磁石を配置する必要がなくなり、必要な永久磁石数を低減して、全体を安価にすることができる。また、可動子２の幅方向に同形状のコア部分１７〜１９や永久磁石２０，２１を積み重ねることで、大型のリニアモータを簡単に構成できる。

実施の形態１０．
次に、図１５はこの発明の実施の形態９によるリニアモータを示す斜視図である。実施の形態１０では、可動子コア５が可動子２の移動方向に４つに分割されている。即ち、可動子２は、第１ないし第４のコア部分２２〜２５と、第１ないし第３の永久磁石２６〜２８とを有している。

また、磁極部４は、第１ないし第４のコア部分２２〜２５に対向するように、４列配置されている。さらに、可動子２の幅方向の両端に位置するコア部分２２，２５の幅寸法は、中間に位置するコア部分２３，２４の幅寸法の半分となっている。これに対応して、コア部分２２，２５に対向する磁極部４の幅寸法は、コア部分２３，２４に対向する磁極部４の幅寸法の半分となっている。他の構成は、実施の形態１、２、３、４、５、６、７又は８と同様である。

このような構成とすることにより、可動子コア５の飽和状態を均一化することができる。

なお、上記の例では、固定子１が水平面上に設置された状態を示したが、リニアモータの使用時の向きは特に限定されない。
また、上記の例では、可動子２がＸ軸方向に移動する場合を示したが、可動子２の移動経路は任意に設定することができ、例えば曲線状の経路であってもよい。

１ 固定子、２ 可動子、３ａ 取付孔、３ｂ 溝部、３ｃ 段部、４ 磁極部、５ 可動子コア、６ コイル、７ 永久磁石、８，１７，２２ 第１のコア部分、９，１８，２３ 第２のコア部分、１９，２４ 第３のコア部分、１４ 可動子連結部材、１６ 永久磁石保持部材、２０，２６ 第１の永久磁石、２１，２７ 第２の永久磁石、２５ 第４のコア部分、２８ 第３の永久磁石。

Claims (7)

1. 所定の経路に沿って並べて配置された複数の磁極部を有する固定子、及び
   前記可動子コアと、前記可動子コアに巻回されたコイルとを有し、前記固定子に対向して配置され、前記経路に沿って移動する可動子
   を備えたリニアモータにおいて、
   前記磁極部は、磁性体により構成されており、
   前記可動子には、前記可動子に対向する前記磁極部との間に磁束の流れを形成する少なくとも１つの永久磁石が設けられており、
   前記永久磁石の着磁方向は、前記可動子の移動方向に対して直角で前記可動子の幅方向に平行な方向であり、
   前記可動子コアは、前記可動子の幅方向の前記永久磁石の両側に配置された複数のコア部分に分割されており、
   前記磁極部は、前記コア部分に対向するように複数列に配置されているとともに、前記可動子の移動方向に沿って、前記固定子の前記永久磁石に対向する部分の左右両側に交互に振り分けて配置されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記固定子には、前記固定子を他の装置に取り付けるための取付具が挿通される複数の取付孔が設けられており、
   前記取付孔は、前記可動子の移動方向に隣接する前記磁極部間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記取付具はねじであり、
   前記取付孔内には、前記ねじの頭部を受ける段部が設けられていることを特徴とする請求項２記載のリニアモータ。
4. 前記固定子には、前記固定子を他の装置に取り付けるための取付具が挿通される複数の溝部が設けられており、
   前記溝部は、前記可動子の移動方向に隣接する磁極部間で、前記固定子の幅方向両端から中心へ向けて設けられていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
5. 前記取付具はねじであり、
   前記溝部内には、前記ねじの頭部を受ける段部が設けられていることを特徴とする請求項４記載のリニアモータ。
6. 前記第１及び第２のコア部分は、共通の可動子連結部材に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 前記永久磁石を保持する永久磁石保持部材が、前記可動子連結部材と前記第１及び第２のコア部分との少なくともいずれか一方に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載のリニアモータ。

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