JP2012055089A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータの組み立て性を向上することを目的とし、ひいては推力リップルの少ないリニアモータを提供することを目的とする。
【解決手段】本願に関わるリニアモータは、極性の異なる永久磁石が複数個配列された固定子と、コアバックの両端にほぞ部と溝部が分かれて設けられている積層型のブロックコアと、ブロックコアの周囲に配設されたコイルと、複数個のブロックコアをコアバック側で保持する固定板とを備えている。ブロックコアはほぞ部と溝部を係合させて隣り合うブロックコアと連結されており、係合したほぞ部と溝部の隙間には挿入部材が圧入されている。
【選択図】 図２

Description

この発明はリニアモータに関し、特にリニアモータを構成するブロックコアの構造に関するものである。

特許文献１は代表的なリニアモータの構造を開示している。ここでは、電機子を分割形状とし、凸凹状の係合部により鉄心を接合する構造となっている。電機子を分割することにより、移動方向の長さを適宜修正変更できるうえ、巻線の占積率向上が可能となる効果がある。

特許第３７００９１５号

しかしながら、特許文献１のリニアモータにおいては、係合部により分割鉄心（ブロックコア）を接合するにあたり、分割鉄心どうしを圧入する必要があるため、組立性に課題が残されていた。また、金型の磨耗に伴ってはめあい公差が変化することで圧入力および係合部の剛性が変化し、安定生産のためには係合部の公差を厳しく管理する必要があった。とくに積層枚数の多い分割鉄心においては、積層ずれや巻締りの影響から著しく組立性が低下することも考えられた。

さらに、分割鉄心を組立てた後には、搬送中に加わる力や振動によって接合面のすきまが増加することもあった。このように分割鉄心の接合面のすきまにバラツキが生じた場合には磁気抵抗が不均一となり、推力リップルが増加する。また、分割鉄心を複数個、係合させた場合には誤差が累積することによって、可動子の組立精度が悪化し、推力リップルが増加する。

本発明は、以上のような課題を解決するために成されたもので、リニアモータの組み立て性を向上することを目的とし、ひいては推力リップルの少ないリニアモータを提供することを目的とする。

本願に関わるリニアモータは、極性の異なる永久磁石が複数個配列された固定子と、コアバックの両端にほぞ部と溝部が分かれて設けられている積層型のブロックコアと、ブロックコアの周囲に配設されたコイルと、複数個のブロックコアをコアバック側で保持する固定板とを備えていて、ブロックコアはほぞ部と溝部を係合させて隣り合うブロックコアと連結されており、係合したほぞ部と溝部の隙間には挿入部材が圧入されているものである。

本発明によれば、最終的に隙間に挿入部材を圧入することでブロックコアを接合固定するため、ブロックコアを並べる際の組立性が良い。挿入部材は挿入方向にテーパ状とすることもできる。くさび効果により隣接するブロックコアの接合面は強く押し付けられるので、搬送中に力や振動が加わった際にも接合面にすきまが生じにくい。

また接合面のすきまのバラツキが抑制されるので、接合面での磁気抵抗が不均一となることが原因の推力リップルが減少する。コアを平面度の高い治具に並べた状態で、挿入部材を圧入することもできる。誤差の累積を抑制するため、組立精度が向上する。組立精度の向上は推力リップルを低減する。

本願に関わるリニアモータの全体構成を示す正面図である。 実施の形態１に関わるブロックコアが連結されている状態を示す斜視図である。 実施の形態１に関わるブロックコアを示す斜視図である。 実施の形態１に関わる鉄心を示す正面図である。 実施の形態１に関わるブロックコアが係合した状態を示す正面図である。 図５においてブロックコアがスライドし、コアバックに隙間が形成された状態を示す正面図である。 係合したブロックコアに挿入部材が圧入される工程を示す斜視図である。 実施の形態１に関わる溝部とほぞ部の詳細を示すブロックコアの正面図である。 挿入部材を示し、（ａ）は先端部がテーパ状、（ｂ）はスプリングピン状、（ｃ）は板状の挿入部材である。 実施の形態２に関わる溝部とほぞ部の詳細を示すブロックコアの正面図である。 実施の形態２に関わるブロックコアが係合した状態を示す正面図である。 実施の形態３に関わる鉄心を示す正面図である。 実施の形態３に関わるブロックコアが係合した状態を示す正面図である。 図１３においてブロックコアがスライドし、コアバックに隙間が形成された状態を示す正面図である。 実施の形態３に関わる溝部とほぞ部の詳細を示すブロックコアの正面図である。 実施の形態３に関わるブロックコアを示す、正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 実施の形態４に関わる溝部とほぞ部の詳細を示すブロックコアの正面図である。

本願に関わるリニアモータの構成を図１に基づいて説明する。リニアモータ１００の主要構成部品は、可動子１０１と固定子１０２である。固定子１０２は、永久磁石１０３と固定子板１０４から構成されている。固定子板１０４には極性の異なる永久磁石１０３が交互に並べられて、固定されている。永久磁石１０３は可動子１０１（ブロックコア６）と対向している。可動子１０１は永久磁石１０３からローレンツ力を受けて、図の右側から左側に向かって進行するものとする。

可動子１０１は、ブロックコア６とコイル１０と固定板１０５から構成されている。図中には３個の連結されたブロックコア６が示されている。ブロックコア６は、上端側のコアバックがねじ止めや溶接等の手段を用いて固定板１０５に保持されている。ブロックコア６と固定板１０５は樹脂モールドにより固定しても良い。樹脂モールドで固定することにより、可動子１０１の剛性および強度を向上させることができる。各々のブロックコア６の周囲にはコイル１０が配設されている。以降では、ブロックコア６の具体例を、実施の形態１〜４に基づいて説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に関わるブロックコア（分割鉄心）を図２から図８に基づいて説明する。図２は連結された２個のブロックコアを示す斜視図である。ブロックコア６ａにはコイル１０ａが配設されている。同様にブロックコア６ｂにはコイル１０ｂが配設されている。ブロックコア６ａとブロックコア６ｂはコアバック側で係合している。係合部分には隙間が存在し、隙間には挿入部材８が圧入されている。

図３はブロックコアを表す斜視図である。ブロックコア６は、打ち抜き加工された鉄心１を複数枚にわたって積層したものである。鉄心１はカシメ加工などによって相互に固定されている。ブロックコア６は中央がくびれていて、このくびれた部分にコイルが配設される。ブロックコア６の上側は左右に広がっていてコアバック１１と呼ばれる。ブロックコア６の下部１２は左右に広がっていて、コギングトルクおよびトルクリップルを抑制する効果がある。

図４はブロックコアを構成する鉄心の正面図を示している。鉄心１は、コアバック側に溝部３とほぞ部４が分かれて形成されている。溝部３とほぞ部４はくびれ部２よりも外側に設けられている。この図に示すような形状の鉄心１をプレス機等で打ち抜いた後に少なくとも２枚以上積層することによりブロックコア６を得る。ブロックコア６の下部１２は固定子の永久磁石と対向する。

図５はコイルが配設されたブロックコアを溝部とほぞ部で係合させた状態を表す正面図である。ブロックコア６ａの溝部３とブロックコア６ｂのほぞ部４が係合している。溝部３の進行方向の幅を少なくともほぞ部４の幅よりも大きくすることで、ブロックコア６ａおよびブロックコア６ｂが進行方向に対して相対的に移動可能となる。

溝部３とほぞ部４を係合させた状態で、ブロックコア６ａとブロックコア６ｂを進行方向に対して近づけることで、隙間７が得られる。図６はブロックコアを相対的にスライド移動し、隙間が形成された状態を示している。隙間７には挿入部材８が圧入される。

図７は係合された２個のブロックコアに挿入部材８を圧入する工程を示している。ブロックコア６ａとブロックコア６ｂは係合していて、隙間７が形成されている。隙間７には、挿入部材８が右方向から左方向に向かって圧入される。挿入部材８の長さは、コアブロックの長さが長くなると、非常に挿入抵抗が大きくなるため、コアブロックの幅よりも短くてよい。隙間７の両端から２本の挿入部材を入れることも考えられる。

図８は圧入後の隙間の状態を示していて、図６におけるＡ部を拡大した図である。隙間７に挿入部材８を圧入することによりブロックコア６ａおよびブロックコア６ｂは強固に接合される。ブロックコアを並べる際に、圧入の必要がないため、非常に組立性が良い。また、比較的形状が複雑な分割鉄心と比較して挿入部材は形状・挿入動作が単純なため自動化が容易である。挿入部材の材質を鉄心材料と比較して十分ヤング率の小さいものとするか、形状を例えばスプリングピンのような曲げ剛性の低いものとすることによって、挿入部材８で寸法誤差を吸収可能なため、必要以上に金型公差を厳しく管理する必要がなくなる。

挿入部材の形状を図９（ａ）〜９（ｃ）を使って説明する。挿入部材８は挿入方向に対して少なくとも先端部がテーパ状となっている。テーパを設けることで、挿入作業性が向上するうえ、くさび効果によってブロックコアがより強固に固定される。さらに、ブロックコア間の接合面が強く押付けられるため、接合面での隙間が非常に小さくなり、磁気特性を向上させることが可能である。くさび効果により隣接する分割鉄心の接合面は強く押し付けられるので、搬送中に力や振動が加わった際にも接合面にすきまが生じにくい。接合面のすきまのバラツキが抑制されるので、接合面での磁気抵抗が不均一となることが原因の推力リップルを低減することができる。

挿入部材８ａはストレートのスプリングピン状の形状を備えている。断面をＣ型にして進行方向に対する曲げ剛性を意図的に弱くしている。このような形状とすることで、金型誤差をピンのバネ性により吸収することができるため、必要以上に金型の公差管理を厳しくする必要がなくなる。その上、可動子組立後の搬送中に力や振動が加わった際にも、緩みが生じにくいという効果がある。なお、挿入部材のヤング率を分割鉄心の材料と比較して小さい材料を選定することでも同様の効果が得られる。

挿入部材８ｂは板状である。長方形の板状とすることにより、図８に示す溝部４の深さ（およびほぞ部５の高さ）９を小さくすることができる。深さ９を小さくすることで、ブロックコアの係合部の面積を大きくすることができるため磁気特性を向上させ、出力を向上させる効果がある。

挿入部材８の代わりに樹脂材料を注入することで代用しても良い。溶融した樹脂材料を隙間７に充填し、固化することで、分割鉄心は固定される。挿入部材として樹脂材料を用いることで、挿入部材８の加工費を削減する効果がある。

実施の形態２．
実施の形態２に関わるブロックコアを図１０、１１に基づいて説明する。図１０はブロックコアを組合せた後の、溝部４とほぞ部５の関係を示していて、図１１におけるＢ部を拡大した図である。実施の形態１と異なる点は、溝部４およびほぞ部５の深さを大きくすることで、隙間４１を設けた点である。ほぞ部５の先端と溝部の底面１５の間に隙間が存在し、かつ、溝部４の先端とほぞ部の底面１４の間にも隙間が存在する。隙間４１を設けることにより、上下方向に、ブロックコアどうしを相対的に動かすことが可能となる。このとき、ブロックコアの底面からほぞ部の先端までの距離よりもブロックコアの底面から溝部の底面１５までの距離のほうが短く、かつ、ブロックコアの底面から溝部の先端までの距離の方がブロックコアの底面からほぞ部の底部１４までの距離よりも短い。

図１１は治具を用いた組立時の状態を示したものである。ブロックコア６ａ、６ｂの底面が治具３３の上面に接触している。ブロックコア６ａ、６ｂを平面度の高い治具（定盤）３３に並べた状態で、挿入部材８を圧入することで、治具３３にならった状態でブロックコア６ａ、６ｂが固定される。実施の形態１に比べると、誤差が累積することがないため、磁石対抗面（ブロックコアの底面）の平面度を高くすることができる。磁石対抗面の平面度が向上することにより、磁石と鉄心の距離のバラツキが小さくなるため、推力リップルを低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に関わるブロックコアを図１２から図１５に基づいて説明する。図１２は実施の形態３における鉄心を表す正面図である。実施の形態１と異なる点は、係合部の剛性を向上させることを目的として、ほぞ部４に外側に向かう凸部１７および溝部３に内側に向かう凹部１８が設けられている点である。

図１３はブロックコアを組合わせる前の正面図、図１４はブロックコアを組合わせてスライド移動させた後の正面図を表している。図１３に示すように、銅線を巻き回したブロックコアを必要個数並べ、図１４に示すように進行方向にスライドさせる。スライドによって生じた隙間７には挿入部材８を圧入する。

図１５は図１４におけるＣ部の詳細を示したものである。スライドによって生じた隙間７に挿入部材８を圧入する点は同様である。この際、凸部１７と凹部１８を係合させることによりブロックコア６ａとブロックコア６ｂが相対的に位置決めされる。このような係合部をもうけることで、治具等を用いて位置合わせをする必要がなく、簡易的に組立てることができる。さらに、可動子に想定外の大きな荷重が生じた際にも、接合部の剛性が高いため係合部によって可動子が完全に分解することを抑制できるといった効果がある。

実施の形態４．
実施の形態４に関わるブロックコアを図１６（ａ）、（ｂ）と図１７に基づいて説明する。図１６（a）は本実施の形態におけるブロックコアの正面図、図１６（ｂ）は本実施の形態におけるブロックコアの側面図を示している。図１７は図１６（ａ）におけるＤ部の詳細を示す。ブロックコア６とコイル１０の間に樹脂製の巻枠６１が設けられている。

実施の形態１と異なる点は、挿入部材８を巻枠６１を同時に成型する点である。巻枠６１はブロックコア６とコイル１０を絶縁することを目的として樹脂材料により成型されたもので、巻枠６１には挿入部材８がリブ６３により接合されている。挿入部材８を挿入する際には、リブ６３を切断し、隙間７に圧入することで、ブロックコア６ａ、６ｂは固定される。成型時に挿入部材８をリブ６３により接合しておくことで、部品点数を抑制することができる。

１ 鉄心、２ くびれ部、３ 溝部、４ ほぞ部、６ ブロックコア、７ 隙間、８ 挿入部材、１０ コイル、１１ コアバック、１００ リニアモータ、１０１ 可動子、１０２ 固定子、１０３ 永久磁石、１０４ 固定子板、１０５ 固定板

Claims (9)

1. 極性の異なる永久磁石が複数個配列された固定子と、コアバックの両端にほぞ部と溝部が分かれて設けられている積層型のブロックコアと、前記ブロックコアの周囲に配設されたコイルと、複数個の前記ブロックコアをコアバック側で保持する固定板とを備えていて、
   前記ブロックコアは前記ほぞ部と前記溝部を係合させて隣り合うブロックコアと連結されており、係合した前記ほぞ部と前記溝部の隙間には挿入部材が圧入されているリニアモータ。
2. ほぞ部には外側に向かう凸部が設けられ、溝部には内側に向かう凹部が設けられていて、ブロックコアは隣り合うブロックコアと凸部と凹部を係合させて連結されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. ブロックコアの底面からほぞ部の先端までの距離よりもブロックコアの底面から溝部の底面までの距離のほうが短く、かつ、ブロックコアの底面から溝部の先端までの距離の方がブロックコアの底面からほぞ部の底部までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
4. 挿入部材は片側がテーパ状となっていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
5. 挿入部材はストレートのスプリングピン状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。
6. 挿入部材は板状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。
7. ブロックコアとコイルの間に樹脂製のコイル用の巻枠を備えていて、挿入部材は巻枠と同じ樹脂で成型されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
8. 連結されたブロックコアと固定板は樹脂でモールド固定されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
9. 極性の異なる永久磁石が複数個配列された固定子と、コアバックの両端にほぞ部と溝部が分かれて設けられている積層型のブロックコアと、前記ブロックコアの周囲に配設されたコイルと、複数個の前記ブロックコアをコアバック側で保持する固定板とを備えていて、
   前記ブロックコアは前記ほぞ部と前記溝部を係合させて隣り合うブロックコアと連結されており、係合した前記ほぞ部と前記溝部の隙間には樹脂が注入されているリニアモータ。

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