JP2013017271A - リニアモータの積層鉄心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ティース部の先端の拡幅部の幅寸法を大きくした場合でも、材料歩留まりの向上ならびにトルク性能の改善を図ることができるリニアモータの積層鉄心およびリニアモータ用積層鉄心の製造方法を提供するものである。
【解決手段】
バックヨーク部とティース部のいずれか一方を、ティース係合凸部を有する鋼板とティース係合凸部を有しない鋼板とを交互に積層した第１の積層加工ブロックから構成され、バックヨーク部とティース部のいずれか他方を、ティース係合凹部を有する鋼板とティース係合凹部を有しない鋼板とを交互に積層した第２の積層加工ブロックから構成され、前記第１および第２の積層加工ブロックをそれぞれのティース係合凸部とティース係合凹部とが互いに嵌合するように積層配置したものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、積層鉄心の材料歩留まりと特性改善を図るリニアモータの積層鉄心及びその製造方法に係り、特に、積層加工時の鋼板ブロックの組立て性とマテハン性を改善したリニアモータの積層鉄心及びその製造方法に関するものである。

リニアモータは、駆動コイルを巻回した磁極ティースを複数個連設してなる可動子と、この可動子と所定の空隙を介して対設され進行方向に互いに異なる極性の永久磁石を配列してなる固定子とからなり、上記駆動コイルを励磁することにより、発生する進行磁界によって可動子に推力を与え、この推力によって可動子に搭載された被搬送物を搬送するものである。

上記可動子は所定のピッチでスロットが形成された櫛歯状の磁性鉄板を複数枚積層して形成されるが、その製造に際しては、駆動コイルの組み込みの関係上、磁極ティースごとに分割して構成するもの（例えば、特許文献１参照）や、各磁極ティースの少なくとも一対の縁部同士を屈曲可能に連結する連結手段を設けたもの（例えば、特許文献２参照）等がある。

特開２０００−２１７３３４号（［請求項１］、図１等） 特許第３４２８４８６号（［請求項１］、図７等）

一般に、上記積層鉄心を構成する磁極ティースは、その形状がバックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなっており、これらを一枚の磁性鋼板からプレス打ち抜きにより製造される。このプレス打ち抜きは２枚１組で打ち抜かれる。即ち、２枚の抜き板は、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部が位置するように、互いに逆向きに、かつ、ピッチをずらして打ち抜かれる。

ところが、トルク脈動を低減しトルク性能を向上させるために、ティース部先端の拡幅部の幅寸法を大きくした（スロット開口幅を小さくした）場合に、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部を配置することができなくなり、材料歩留まりが低下するという問題がある。逆に言うと、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部を配置するために、ティース部先端の拡幅部の幅寸法が制限され、トルク特性の改善を妨げていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ティース部の先端の拡幅部の幅寸法を大きくした場合でも、材料歩留まりの向上ならびにトルク性能の改善を図ることができるリニアモータの積層鉄心およびリニアモータ用積層鉄心の製造方法を提供するものである。

本発明に係るリニアモータの積層鉄心は、バックヨーク部とティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、前記磁極ティースコア片は、上記隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状の磁極ティースコア片のティース部が反対向きに配置されるよう複数個直線状に並べた状態で積層加工されるリニアモータの積層鉄心において、前記積層加工された磁極ティースコア片はそれぞれそのバックヨーク部とティース部とが互いに分離した状態で積層配置され、前記分離されたバックヨーク部とティース部は、そのいずれか一方にティース係合凸部を有する鋼板とティース係合凸部を有しない鋼板とを交互に積層した第１の積層加工ブロックと、上記バックヨーク部とティース部のいずれか他方にティース係合凹部を有する鋼板とティース係合凹部を有しない鋼板とを交互に積層した第２の積層加工ブロックとで構成され、前記第１および第２の積層加工ブロックをそれぞれのティース係合凸部とティース係合凹部とが互いに嵌合できるように対向配置されたことを特徴とするものである。
また、この発明に係るリニアモータの積層鉄心の製造方法は、バックヨーク部とティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、２つの磁極ティースコア片が互いに反対方向から嵌め合い配置した状態で積層加工されるリニアモータの積層鉄心の製造方法において、
バックヨーク部からなる主部第１コア片とティース部からなる副部第１コア片とを互いに離間した状態でプレス打ち抜きを行う第１工程と、
バックヨーク部とティース部のいずれか一方にティース係合凸部を有する主部第２コア片と、バックヨーク部とティース部のいずれか他方にティース係合凹部を有する副部第２コア片とを互いに離間した状態でプレス打ち抜きを行う第２工程と、
前記第１工程でプレス打ち抜きされたコア片と前記第２工程でプレス打ち抜きされたコア片とをそれぞれの主副間の離間関係を保持した状態で交互に積層配置する第３工程と、
前記工程を上記互いに反対方向から嵌め合い配置したそれぞれの磁極ティースコア片について行い、それぞれの磁極ティースコア片における各積層鋼板ブロックをその状態で結合し一体化する第４工程と、
一体化された各積層鋼板ブロックの互いに対向した前記ティース係合凸部とティース係合凹部を嵌合させて磁極ティースコア片を形成する第４工程と、
からなることを特徴とするものである。

本発明に係るリニアモータの積層鉄心およびその製造方法においては、バックヨーク部とティース部のいずれか一方を、ティース係合凸部を有する鋼板とティース係合凸部を有しない鋼板とを積層した第１の積層加工ブロックにて構成し、バックヨーク部とティース部の他方を、ティース係合凹部を有する鋼板とティース係合凹部を有しない鋼板とを積層した第２の積層加工ブロックにて構成したので、隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状のティース部が配置されるよう反対向きに磁極ティースを複数個直線状に並べた状態で積層加工することができ、最終的に前記第１および第２の積層加工ブロックをそれぞれのティース係合凸部とティース係合凹部とが互いに嵌合して一体化でき、高トルク性能を有する積層鉄心を材料歩留まり及び生産性を向上させながら実現できる効果がある。

本発明の実施の形態1のリニアモータを示す断面図である。 本発明の実施の形態1によるコア部材の積層加工状態を示す平面図である。 図２の積層鉄心を構成する第１コア片のプレス加工状態を示す部分平面図である。 図２の積層鉄心を構成する第２コア片のプレス加工状態を示す部分平面図である。 本発明の実施の形態1によるコア部材の積層加工状態を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２による図４の第２コア片のプレス加工状態の他の実施例を示す部分平面図である。 本発明の実施の形態３によるコア部材の積層加工状態を示す平面図である。 図７の積層鉄心を構成する第１コア片のプレス加工状態を示す部分平面図である。 図７の積層鉄心を構成する第２コア片のプレス加工状態を示す部分平面図である。 本発明の実施の形態３によるコア部材の積層加工状態を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の実施の対象となるリニアモータの運転状態を示す概略構成図である。図１に示すように、リニアモータ１は、固定子２と可動子３により構成される。固定子２は、モータ駆動方向（図中、両向き矢印の方向）に延在する板状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石２２、２３とから構成されている。

一方、可動子３は、上記固定子２の永久磁石２２、２３と所定の間隔を介して配置され、モータ駆動方向に沿って順次連設された複数の磁極ティースコア片３０と、各磁極ティースコア片３０にインシュレータ３２を介して巻回された駆動コイル３３とから構成されている。各磁極ティースコア片３０は、バックヨーク部１２と、バックヨーク部１２から固定子２側に突出したティース部１３とを有する形状とし、これを紙面方法に複数個積層してなる分割積層鉄心を、複数個（図では６個）互いのバックヨーク部１２を当接しながら、例えば接着等で直線状に連結されて磁極連設体を構成している。

図２は実施の形態1によるコア部材の積層加工状態を示す平面図であり、本発明の積層鉄心を作成する際のコア部材の積層加工工程を示したものである。図２に示すように、２つの磁極ティースコア片３０、３１が互いに反対方向から嵌め合いした配置が採用されている。磁極ティースコア片３０、３１は例えば磁性鋼板で構成され、一方の磁極ティースコア片３０のティース部となる副鉄心部８２間に形成された空間に、他方の磁極ティースコア部材３１のティース部となる副鉄心部８２が位置するように配置されている。上記一方の副鉄心部８２と他方の副鉄心部８２は互いに同一形状を有している。

副鉄心部８２の先端部には拡幅部１３ｄが設けられており、鉄心のトルク特性を高めるためにはこの拡幅部１３ｄを大きくする必要がある。そこでこの実施の形態１では後で説明するティース係合凸部８３を設け、この互いに隣接するティース係合凸部８３間の距離をＢｓ、拡幅部１３ｄの幅寸法をＢｔとした場合、Ｂｓ＞Ｂｔとなるようにティース係合凸部８３の左右に空間８が形成されるように設定している点が重要である。

上記磁極ティースコア片３０、３１はそれぞれ互いに分離された主鉄心部８１と副鉄心部８２とから構成され、主鉄心部８１と副鉄心部８２とが図２のように一部重なり合い、かつ、離間した状態に成形される。以下その加工手順を図３乃至図５により説明する。
主鉄心部８１はティース係合凸部８３を含まない矩形のバックヨーク部１２からなる主部１コア片８１ａ（図３参照）とティース係合凸部８３を含むバックヨーク部１２からなる主部第２コア片８１ｂ（図４参照）との２種類で構成し、また、副鉄心部８２はティース係合凹部８４を含まない矩形のティース部１３からなる副部第１コア片８２a（図３参照）とティース係合凹部８４を含むティース部１３とからなる副部第２コア片８２ｂ（図４参照）との２種類で構成している。

図３に示すように、上記主部第１コア片８１aと副部第１コア片８２aを同層に所定方向に所定距離離間して配置される状態でプレス打ち抜きを行い、図５の１層目（最下段）に配置する。次に図４に示すように主部第２コア片８１ｂと副部第２コア片８２ｂを他の同層に所定方向に所定距離離間して配置される状態でプレス打ち抜きを行い、図５に示すように次の層に配置する。なお、図３乃至図５は図２で示した２つの磁極ティースコア片３０、３１が互いに反対方向から嵌め合い配置した構成のうち、いずれか一方のみ取り出して示したものであり、他方の磁極ティースコア片についても同様にプレス打ち抜きおよび積層工程が行われる。

前述したように主部第２コア片８１ｂと副部第２コア片８２ｂには、互いに嵌合する先端部が略台形状のティース係合凸部８３とティース係合凹部８４が設けられ、ティース係合凸部８３とティース係合凹部８４には両端面が平行な保持部８３a、８４aが設けられている。この工程を交互に繰り返し、主部第１コア片８１ａ及び副部第１コア片８２ａと主部第２コア片８１ｂ及び副部第２コア片８２ｂを交互に１層ずつ図５に示すように積み上げる。なお、図５では１層１枚ごとに交互に積み上げる例について示したが、各層の枚数は１枚に限ったものではないことはもちろんである。

実際の積層工程においては、図示していないが所定内部形状を有する金型が利用され、この内部に上記主部第１コア片８１ａ及び副部第１コア片８２ａと主部第２コア片８１ｂ及び副部第２コア片８２ｂを順次挿入することによって行われる。その後、例えば抜きカシメを設け、金型内のガイドに沿わせて加圧することで、主部第１コア片８１aと主部第２コア片８１ｂを連結し一体化された積層加工ブロックとし、また、副部第１コア片８２aと副部第２コア片８２ｂを連結して、他の積層加工ブロックとする。なお、抜きカシメを用いなくとも例えば金型から取り出し、積層鉄心同士がずれないようなガイドに嵌め合わせ溶接や接着などで積層鋼板同士を結合してもよい。

最後に、上記積層加工ブロック完成後、金型からその積層加工ブロックを取り出し、図５の矢視Xに示す向きに主鉄心部８１に副鉄心部８２をスライドさせて、互いに対向位置に配置されているティース係合凸部８３とティース係合凹部８４を嵌合させて主鉄心部８１と副鉄心部８２を一体化して積層鉄心を完成する。その後、図１のようにティース部１３にインシュレータ３２を設け、これに駆動コイル３３を巻回することで、リニアモータ用可動鉄心部３を作成する。

以上のように、本実施の形態１によるリニアモータの積層鉄心では、前記磁極ティースコア片を、上記隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状のティース部が配置されるように反対向きに磁極ティースを複数個直線状に並べた状態で積層加工されるようにしたので、高トルク性能を有する積層鉄心を材料歩留まり及び生産性を向上させながら実現できる効果がある。

このため、図２に示すように、バックヨーク部とティース部のいずれか一方を、ティース係合凸部を有する鋼板とティース係合凸部を有しない鋼板とを交互に積層した第１の積層加工ブロックから構成され、バックヨーク部とティース部のいずれか他方を、ティース係合凹部を有する鋼板とティース係合凹部を有しない鋼板とを交互に積層した第２の積層加工ブロックから構成され、前記第１および第２の積層加工ブロックをそれぞれのティース係合凸部とティース係合凹部とが互いに嵌合するように積層配置したことを特徴とするものである。

このように構成したので、駆動トルクや回転時のトルク脈動などの特性を良好とするために拡幅部の大きなティース形状としても、積層鉄心５を直線２列抜きすることが可能となり、積層鉄心の材料歩留りを向上することができ、積層鉄心のコストを削減できる。
また、主鉄心部８１と副鉄心部８２を重なり合って構成したので、一体として扱うことができ、積層加工ブロックのマテハン性を向上することができる。さらに、ティース係合凸部とティース係合凹部を重なった状態でプレスしてカシメることができ、これらの部位が折れ曲ることなく、精度良く製造することができ、組立作業性及びコア精度が向上する。

また、主鉄心部８１と副鉄心部８２の一部が重なり合っており、ティース係合凸部８３とティース係合凹部８４の先端部が略台形状を呈しているので、主鉄心部８１への副鉄心部８２ のスライドと嵌合を容易に行うことができる。また、ティース係合凸部８３とティース係合凹部８４には両端面が平行な保持部８３ａ、８４ａを設けているので、主鉄心部８１と副鉄心部８２の嵌合を締り嵌め（圧入）にできるので、主鉄心部８１に副鉄心部８２を強固に保持でき、電磁振動などに対しての信頼性が向上する。

実施の形態２．
図６は上記実施の形態１の第２コア片のティース係合凸部８３とティース係合凹部８４との嵌合方法の他の実施例を示すものである。図から理解されるように、ティース係合凸部８３の保持部８３ａに半円凸状を呈した抜け止め部８３ｂが設けられ、ティース係合凹部８４の保持部８４ａには抜け止め部８３ｂと係合する半円凹状の抜け止め部８４ｂが設けられている。抜け止め部８３ｂ、８４ｂを設けることによって、主鉄心部８１に副鉄心部８２をスライドさせてティース係合凸部８３とティース係合凹部８４を嵌合させ一体化する時に、抜け止め部８３b、８４b が係合するので主鉄心部８１に副鉄心部８２を強固に保持できるようになり、電磁振動などに対しての信頼性が向上する。

なお、上記実施例では、抜け止め部８３b、８４b の形状を半円凹凸状としているが、例えば三角や四角状などの他の形状であっても互いに係合可能であれば良い。また、ティース係合凸部８３に凹状の抜け止め部、ティース係合凹部８４に凸状の抜け止め部を設けても効果は同じある。

実施の形態３．
図７は実施の形態３によるコア部材の積層加工状態を示す平面図であり、図２の実施の形態１に対応するものである。一方の磁極ティースコア片３０のティース部となる副鉄心部９２間に形成された空間に、他方の磁極ティースコア部材３１のティース部となる副鉄心部９２が位置するように配置される点は、実施の形態１と同じである。上記磁極ティースコア片３０、３１はそれぞれ互いに分離された主鉄心部９１と副鉄心部９２とから構成され、その加工手順を図８乃至図１０に示している。

主鉄心部９１はティース係合凹部９３を含まない矩形のバックヨーク部１２からなる主部１コア片９１ａ（図８参照）とティース係合凹部９３を含むバックヨーク部１２からなる主部第２コア片９１ｂ（図４参照）との２種類で構成し、また、副鉄心部９２はティース係合凸部９４を含まない矩形のティース部１３からなる副部第１コア片９２a（図８参照）とティース係合凸部９４を含むティース部１３とからなる副部第２コア片９２ｂ（図９参照）との２種類で構成している。
主部第１コア片９１ａと副部第１コア片９２ａを同層に所定方向に所定距離離間して配置し、主部第２コア片９１ｂと副部第２コア片９２ｂを他の同層に所定方向に所定距離離間して配置してそれぞれプレス打ち抜きを行う。

具体的には、図８に示すように、主部第１コア片９１ａと副部第１コア片９２ａを離間した状態で打ち抜き、図１０の１層目（最下段）に配置する。
次に図９に示すように、主部第２コア片９１ｂと副部第２コア片９２ｂを離間した状態で打ち抜き、図１０の下から二層目に配置する。なお、主部第２コア片９１ｂと副部第２コア片９２ｂには、互いに嵌合する先端部が略台形状のティース係合凹部９３とティース係合凸部９４が設けられ、ティース係合凹部９３とティース係合凸部９４にはそれぞれ両端面が平行な保持部９３ａ、９４ａが設けられている。

この工程を交互に繰り返し、主部第１コア片９１ａ及び副部第１コア片９２ａと主部第２コア片９１ｂ及び副部第２コア片９２ｂを交互に１層ずつ図１０に示すように積み上げる。実際の積層工程においては、図示していないが所定内部形状を有する金型が利用され、その後、抜きカシメ等を設け、金型内のガイドに沿わせて加圧することで、主部第１コア片９１aと主部第２コア片９１ｂを連結し、また、副部第１コア片９２aと副部第２コア片９２ｂを連結して、積層鉄心同士を結合する工程、及びその後の工程は実施の形態１と同様である。

実施の形態１では主部第２コア片８１ｂにティース係合凸部８３を、副部第２コア片８２ｂにティース係合凹部８４を設けて、両者を結合させる例を示したが、実施の形態３はこれを反対にして主部第２コア片９１ｂにティース係合凹部９３を、副部第２コア片９２ｂにティース係合凸部９４を設けて、両者を結合させるようにしたものであり、このようにしても実施の形態１と同様の効果が得られる。

１ リニアモータ、 ２ 固定子、 ３ 可動子、 １２ バックヨーク部、
１３ ティース部、 ２２、２３ 永久磁石、 ３０、３１ 磁極ティースコア片、
３２ インシュレータ、 ３３ 駆動コイル、 ８１、９１ 主鉄心部、
８２、９２ 副鉄心部、 ８１ａ、９１ａ 主部第１コア片、
８２ａ、９２ａ 副部第１コア片、 ８１ｂ、９１ｂ 主部第２コア片、
８２ｂ、９２ｂ 副部第２コア片、 ８３、９３ ティース係合凸部、
８４、９４ ティース係合凹部、 ８３ａ、８４ａ、９３ａ、９４ａ 保持部、
８３ｂ、８４ｂ 抜け止め部。

Claims (9)

1. バックヨーク部とティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、前記磁極ティースコア片は、上記隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状の磁極ティースコア片のティース部が反対向きに配置されるよう複数個直線状に並べた状態で積層加工されるリニアモータの積層鉄心において、前記積層加工された磁極ティースコア片はそれぞれそのバックヨーク部とティース部とが互いに分離した状態で積層配置され、前記分離されたバックヨーク部とティース部は、そのいずれか一方にティース係合凸部を有する鋼板とティース係合凸部を有しない鋼板とを交互に積層した第１の積層加工ブロックと、上記バックヨーク部とティース部のいずれか他方にティース係合凹部を有する鋼板とティース係合凹部を有しない鋼板とを交互に積層した第２の積層加工ブロックとで構成され、前記第１および第２の積層加工ブロックをそれぞれのティース係合凸部とティース係合凹部とが互いに嵌合できるように対向配置されたことを特徴とするリニアモータの積層鉄心。
2. 上記ティース係合凸部はバックヨーク部に設けられ、上記ティース係合凹部は上記ティース部に設けられ、上記バックヨーク部のティース係合凸部間の距離が反対側に配置された同形状のティース部の拡幅部の幅寸法より大きいことを特徴とする請求項１のリニアモータの積層鉄心。
3. 上記ティース係合凸部はティース部に設けられ、上記ティース係合凹部はバックヨーク部に設けられ、上記ティース部のティース係合凸部間の距離が反対側に配置された同形状のティース部の拡幅部の幅寸法より大きいことを特徴とする請求項１のリニアモータの積層鉄心。
4. ティース係合凸部の保持部には半円凸状の第１の抜け止め部が設けられ、ティース係合凹部の保持部には前記第１の抜け止め部と係合する半円凹状の第２の抜け止め部が設けられていることを特徴とする請求項１のリニアモータの積層鉄心。
5. バックヨーク部とティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、２つの磁極ティースコア片が互いに反対方向から嵌め合い配置した状態で積層加工されるリニアモータの積層鉄心の製造方法において、
   バックヨーク部からなる主部第１コア片とティース部からなる副部第１コア片とを互いに離間した状態でプレス打ち抜きを行う第１工程と、
   バックヨーク部とティース部のいずれか一方にティース係合凸部を有する主部第２コア片と、バックヨーク部とティース部のいずれか他方にティース係合凹部を有する副部第２コア片とを互いに離間した状態でプレス打ち抜きを行う第２工程と、
   前記第１工程でプレス打ち抜きされたコア片と前記第２工程でプレス打ち抜きされたコア片とをそれぞれの主副間の離間関係を保持した状態で交互に積層配置する第３工程と、
   前記工程を上記互いに反対方向から嵌め合い配置したそれぞれの磁極ティースコア片について行い、それぞれの磁極ティースコア片における各積層鋼板ブロックをその状態で結合し一体化する第４工程と、
   一体化された各積層鋼板ブロックの互いに対向した前記ティース係合凸部とティース係合凹部を嵌合させて磁極ティースコア片を形成する第４工程と、
   からなることを特徴とするリニアモータの積層鉄心の製造方法。
6. バックヨーク部はティース係合凸部を含まない主部１コア片と、ティース係合凸部を含む主部第２コア片との２種類で構成し、ティース部はティース係合凹部を含まない副部第１コア片とティース係合凹部を含む副部第２コア片との２種類で構成されたことを特徴とする請求項５に記載のリニアモータの積層鉄心の製造方法。
7. バックヨーク部はティース係合凹部を含まない主部１コア片と、ティース係合凹部を含む主部第２コア片との２種類で構成し、ティース部はティース係合凸部を含まない副部第１コア片とティース係合凸部を含む副部第２コア片との２種類で構成されたことを特徴とする請求項５に記載のリニアモータの積層鉄心の製造方法。
8. 前記第３工程は所定内部形状を有する金型内で行われ、抜きカシメにより前記金型内のガイドに沿わせて加圧することで各積層鋼板間を結合することを特徴とする請求項５に記載のリニアモータの積層鉄心の製造方法。
9. 前記主部第２コア片と副部第２コア片のいずれかに設けられたティース係合凸部とティース係合凹部には、互いに嵌合したときに両者を保持する抜け止め部が設けられていることを特徴とする請求項６あるいは７に記載のリニアモータの積層鉄心の製造方法。

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