JP2013027054A

JP2013027054A - コアレスリニアモータ

Info

Publication number: JP2013027054A
Application number: JP2011156061A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nakagawa; 哲司仲川
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-02-04

Abstract

【課題】電機子全体の剛性を向上できるようにする。
【解決手段】永久磁石列１４と電機子３を備え、永久磁石列１４と電機子３のいずれか一方を可動子２、他方を固定子１として、永久磁石列１４と電機子３を相対的に移動可能なコアレスリニアモータ１００であって、電機子３は、プリント基板２２と、プリント基板２２に可動子２の移動方向に沿って設けられた複数の電機子コイル２４と、複数の電機子コイル２４を囲むようにプリント基板２２に設けられた枠状のフレーム２３と、隣接する２つの電機子コイル２４の間の位置で、フレーム２３の２つの辺部の間を渡すように設けられる少なくとも１つのリブ部材２３ａと、フレーム２３とリブ部材２３ａとで囲まれた領域に電機子コイル２４を覆うように設けられたモールド樹脂２５と、を有する。
【選択図】図４

Description

開示の実施形態は、電機子に空芯型の電機子コイルを備えたコアレスリニアモータに関する。

特許文献１には、複数の空芯型の電機子コイルからなる電機子を可動子側に設けたコアレスリニアモータが開示されている。これら電機子コイルは可動子の移動方向に並列に配置され、それら全体が樹脂モールドによる一体成型で固定されて電機子を構成している。各電機子コイルに所定の電流を流すと、各電機子コイルがその中心軸方向で挟まれた固定子側の２列の永久磁石との電磁作用により、モールド樹脂を介して電機子及び可動子の全体を移動させる推進力が発生する。

特開２００１−８６７２６号公報

しかしながら、各電機子コイルが受けた推進力を可動子全体に伝えるには、モールド樹脂だけでは剛性が低すぎる。そこで例えば、上述したように複数の電機子コイルを樹脂モールドによって一体成型された電機子全体を囲むように枠状の強度保持部材を設ける場合がある。この強度保持部材は、モールド樹脂を介して各電機子コイルの推進力を受け、可動子に伝達する。しかしこのような強度保持部材でも単なる枠状の構成でしかないため、特に電機子コイルの数が多く電機子が長尺状となる場合には、電機子全体の剛性を十分に確保できるとは言えなかった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電機子全体の剛性を向上させたコアレスリニアモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記界磁と前記電機子を相対的に移動可能なコアレスリニアモータにおいて、前記電機子は、基板と、前記基板に前記可動子の移動方向に沿って設けられた複数の電機子コイルと、前記複数の電機子コイルを囲むように前記基板に設けられた枠状の強度保持部材と、隣接する２つの前記電機子コイルの間の位置で、前記強度保持部材の２つの辺部の間を渡すように設けられる少なくとも１つのリブ部材と、前記強度保持部材と前記リブ部材とで囲まれた領域に前記電機子コイルを覆うように設けられたモールド樹脂と、を有するコアレスリニアモータが適用される。

本発明によれば、電機子全体の剛性を向上できる。

一実施形態に係るコアレスリニアモータの外観全体を斜視で表した図である。可動子を分解した状態を斜視で表した図である。図１中の矢視Ａから見たコアレスリニアモータの側面図であり、可動子の一部を透過して断面を表した図ある。図２中の矢視Ｂから見た電機子の正面図である。リブ部材を複数のコイル毎に設けた場合の電機子の正面図である。リブ部材がフレームと別体に構成された場合の電機子の正面図である。

以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３において、コアレスリニアモータ１００は、固定子１と可動子２を備えている。固定子１は、２つの界磁ヨーク板１１と、界磁ヨーク固定部１２と、複数の永久磁石１３とを有している。２つの界磁ヨーク板１１は、それぞれ同じ長尺の略矩形形状の平板であり、固定子１の長手方向に渡って互いに対向するよう配置されている。界磁ヨーク固定部１２は、固定子１の長手方向全体に渡ってそれら２つの界磁ヨーク板１１の間の下方部分を連結するよう固定している。

複数の永久磁石１３は、それぞれ固定子１の長手方向に短い略矩形形状の平板で構成されており、各界磁ヨーク板１１のそれぞれの対向面に２つ一組で対向する配置で設けられている。そのような複数組の永久磁石１３が、固定子１の長手方向に沿って所定の間隔で並設されており、つまり各界磁ヨーク板１１の内側面にそれぞれ長手方向に沿った永久磁石列１４が設けられている。同じ組で対向する２つの永久磁石１３どうしでは、それらの対向方向、つまり固定子１の幅方向で磁極の向きが逆であり、また固定子１の長手方向で隣接する２つの永久磁石１３どうしでも、互いに磁極の向きは逆となる。

また、界磁ヨーク固定部１２の上面には長手方向に渡って溝部１２ａが形成されており、この溝部１２ａの幅は、上記一組の永久磁石１３の対向間隔とほぼ同じ寸法に設定されている。このため、図３に示すように、固定子１全体を側面で見た形状は略Ｕ字型となっている。

可動子２は、特に図２に示すように、電機子ベース２１と、プリント基板２２と、フレーム２３と、複数の電機子コイル２４と、モールド樹脂２５とを有している。電機子ベース２１は、略直方体形状で構成されており、その長手方向の長さは固定子１の長さより短い。プリント基板２２は、上記電機子ベース２１と同じ長さの略矩形形状の薄板であり、上記複数の電機子コイル２４にそれぞれ電力を供給するための配線がプリントされている。なお、このプリント基板２２は、各請求項記載の基板に相当する。電機子コイル２４は、空芯型で集中巻きのコアレスコイルであり、図示する例では９つ設けられている。各電機子コイル２４は、可動子２の幅方向を中心軸方向として上下方向に長い略矩形状に巻かれている。

フレーム２３は、上記プリント基板２２とほぼ同じ大きさで上記電機子コイル２４より少し幅の広い構造物であり、その内部に上記複数の電機子コイル２４を可動子２の長手方向に沿った所定の間隔で収納している。なお、図２中では、図示の煩雑を避けるために、図中の最も手前側の１つの電機子コイル２４だけをフレーム２３から抜き出して分解した状態を示し、他の電機子コイル２４はフレーム２３の内部に収納されたままの状態で示している。また図３中の透過断面部分に示すように、各電機子コイル２４はフレーム２３の内部において十分な隙間を介して遊嵌されており、それら隙間にモールド樹脂２５が充填されることで各電機子コイル２４がフレーム２３の内部に固定されている。なお、このフレーム２３が、各請求項記載の枠状の強度保持部材に相当する。また、フレーム２３の詳しい構成については、後に説明する。

そして図２に示すように、複数の電機子コイル２４を内部に収納したフレーム２３の一方の表面にプリント基板２２が張り合わされた全体が電機子３を構成し、この略板状の電機子３の上辺を、上記電機子ベース２１の下面の溝部２１ａに挿入して固定した全体が可動子２を構成する。また図３中の透過断面部分に示すように、各電機子コイル２４のプリント基板２２と逆側の側面（図中の左側の側面）も外気に露出させずにモールド樹脂２５で覆われている。そして、可動子２の下側に設けた電機子３を固定子１における２列の永久磁石列１４の間に挿入した状態で、コアレスリニアモータ１００が構成されている。

この例のコアレスリニアモータ１００は、固定子１側に永久磁石列１４からなる界磁を備え、可動子２側に電機子３を備えた構成である。可動子２側の電機子３に備えられた９つの電機子コイル２４にそれぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相交流電力のいずれかを適宜の位相で供給することで、各電機子コイル２４がその軸方向両側を挟む永久磁石列１４から推進力を受ける。そしてフレーム２３がモールド樹脂２５を介して各電機子コイル２４の推進力をまとめて受け、その力が電機子ベース２１に伝達されることで可動子２全体が固定子１に対してその長手方向に沿った相対移動を行う。

以上の作動により可動子２を移動させるコアレスリニアモータ１００においては、その可動子２の移動時にフレーム２３に大きな荷重が付加される。例えば、電機子ベース２１に大きな慣性質量が付加されている場合での急激な加減速時や、可動子２の移動方向を切り替えた際には、フレーム２３全体に大きな荷重が付加される。または、各電機子コイル２４の間に生じる推進力の位相差や振動に対しても、フレーム２３が局部的に吸収しなければならない。また、各図では電機子３の構造を明確に示すために通常よりも電機子３全体の幅寸法を厚めに示しているが、実際のコアレスリニアモータ１００ではフレーム２３も含めた電機子３全体の幅寸法がもっと薄く設定される。また、プリント基板２２は、各電機子コイル２４の幅方向側面に接触してコイル配線の両端に電気的に接続するだけであるため、各電機子コイル２４において可動子２の長手方向に作用する推進力をプリント基板２２が直接受けることはない。また、上述したように各電機子コイル２４は空芯型であって、電機子３にはフレーム２３以外に強度部材となり得る他の金属体などを備えていない。以上のことから、電機子３のフレーム２３そのものには高い強度が要求される。

例えば、フレーム２３の最も簡易な構成としては、電機子３の４辺の縁部だけに沿った矩形枠の形状とすることが考えられる。この場合には、樹脂モールドによって全ての電機子コイル２４を一体成型で固定し、その周囲を上記矩形枠状のフレームで囲む構造となる（特に図示せず）。しかし、この場合にはフレームが単純な枠状の部材であるため、特に電機子コイル２４の数が多く電機子３が長尺状である場合には、電機子３全体の剛性を十分に確保できるとは言えない。具体的な例としては、全ての電機子コイル２４がそれぞれ受ける推進力が、フレームの長手方向両端のいずれか一方の側辺部に集中的に付加されるため、当該側辺部とその周囲に撓み等が発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態が備えるフレーム２３においては、上記図２中の矢視Ｂから見た電機子の正面図である図４に示すように、隣接する２つの電機子コイル２４のいずれの組み合わせにおいても、それらの間の位置で当該フレーム２３の上辺と下辺の２つの辺部の間を渡すようにリブ部材２３ａが設けられている。本実施形態の例では、いずれのリブ部材２３ａもフレーム２３と一体的に構成されている。これらのリブ部材２３ａは、フレーム２３の長手方向の中央部分においても上辺と下辺を連結するため、フレーム２３全体の強度を補強する。また、各リブ部材２３ａは、各電機子コイル２４に作用する推進力を個別に受けてフレーム２３の上辺及び下辺に伝達するため、フレーム２３全体に荷重を分散させることができる。このようなリブ部材２３ａを有しているフレーム２３は、上述した単純な矩形枠状のフレームと比較して、全体の大きさが同じでありながら強度を大幅に向上できる。

以上説明したように、本実施形態のコアレスリニアモータ１００によれば、電機子３が、隣接する２つの電機子コイル２４の間の位置でフレーム２３の２つの辺部の間を渡すように設けられる複数のリブ部材２３ａを有している。これにより、フレーム２３の強度を高め、電機子３全体の剛性を向上することができる。その結果、撓みや振動等による電機子３の破損を防止できる。

また、本実施形態によれば、リブ部材２３ａが全ての電機子コイル２４の間に設けられている。これにより、リブ部材２３ａの数を多くすることができるので、電機子３全体の剛性をさらに向上することができる。

また、複数の電機子コイル２４を樹脂モールドする際に、モールド樹脂２５の加圧力によって電機子コイル２４の位置ずれが生じる場合がある。本実施形態においては、リブ部材２３ａが全ての電機子コイル２４の間に設けられているため、各電機子コイル２４をリブ部材２３ａによって位置決めすることができ、樹脂モールドの際に位置ずれが生じるのを抑えることができる。

さらに、電機子３においては例えば異なる位相の電機子コイル２４が隣接して配置されるため、各電機子コイル２４間をそれぞれ絶縁する必要がある。本実施形態においては、リブ部材２３ａが全ての電機子コイル２４の間に設けられているため、リブ部材２３ａを絶縁材料で構成することにより、各電機子コイル２４間の絶縁を保持することが可能となる。

また、本実施形態によれば、リブ部材２３ａがフレーム２３と一体に構成されている。これにより、フレーム２３と別体のリブ部材を設ける場合に比べて、リブ部材２３ａとフレーム２３との接続部分の強度が高まり、電機子３全体の剛性をさらに向上することができる。

また、一般にフレーム２３は樹脂（例えばガラスエポキシ樹脂）等の絶縁材料で構成されるため、リブ部材２３ａを強度保持部材と一体とすることにより、リブ部材２３ａが絶縁材料で構成されることになる。これにより、各電機子コイル２４間の絶縁を保持することができる。

なお、上記実施形態においては、リブ部材２３ａが全ての電機子コイル２４の間に設けられていたが、これに限られない。例えば、上記図４に対応する図５に示すように、隣接するリブ部材２３ｂの間、及び、フレーム２３Ａの側辺部とリブ部材２３ｂとの間に複数の電機子コイル２４が配置されるよう、リブ部材２３ｂが設けられてもよい。図示する例では、隣接する３つの電機子コイル２４をそれぞれ３箇所でまとめられるようにリブ部材２３ｂが設けられている。このように、リブ部材２３ｂを各コイル毎でなく複数のコイル毎に間引きして設けることで、リブ部材２３ｂの数を少なくして構成を簡素化しつつ、電機子全体の剛性を向上することができる。また、図５に示す例ではリブ部材２３ｂを等間隔に設けることで、電機子３の剛性を均一に向上できるようにしているが、例えば長手方向中央寄りあるいは両側寄りに複数のリブ部材を偏在させて配置する等、等間隔でないように設けてもよい。また、特に剛性が要求される部位にリブ部材を集中的に配置することも可能である。

また、リブ部材の数は複数でなく１つとしてもよい。１つのリブ部材であっても、少なくとも電機子３の剛性の向上効果を得ることができる。この場合にはリブ部材をフレーム２３の長手方向中央位置近傍に設けるのが好ましい。

また、上記実施形態においては、各リブ部材２３ａがフレーム２３と一体に構成されていたが、これに限られない。例えば、上記図４に対応する図６に示すように、リブ部材２６がフレーム２３Ｂとは別体に構成されており、リブ部材２６を接着剤等でフレーム２３Ｂに固定してもよい。これにより、リブ部材を一体的に有するフレームを新たに用意することなく、リブ部材２６が設けられていない上述の単純な矩形枠状のフレーム２３Ｂを流用してこれにリブ部材２６を設けることで、電機子３の剛性を向上させたコアレスリニアモータ１００を実現できる。したがって、資源の節減や廃棄物の削減に貢献できる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１固定子
２可動子
３電機子
１１界磁ヨーク板
１２界磁ヨーク固定部
１３永久磁石
１４永久磁石列（界磁）
２１電機子ベース
２２プリント基板（基板）
２３，２３Ａ，２３Ｂフレーム（強度保持部材）
２３ａ，２３ｂリブ部材
２４電機子コイル
２５モールド樹脂
２６リブ部材
１００コアレスリニアモータ

Claims

界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記界磁と前記電機子を相対的に移動可能なコアレスリニアモータにおいて、
前記電機子は、
基板と、
前記基板に前記可動子の移動方向に沿って設けられた複数の電機子コイルと、
前記複数の電機子コイルを囲むように前記基板に設けられた枠状の強度保持部材と、
隣接する２つの前記電機子コイルの間の位置で、前記強度保持部材の２つの辺部の間を渡すように設けられる少なくとも１つのリブ部材と、
前記強度保持部材と前記リブ部材とで囲まれた領域に前記電機子コイルを覆うように設けられたモールド樹脂と、を有する
ことを特徴とするコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
全ての前記電機子コイルの間に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
隣接するリブ部材の間、及び、前記強度保持部材と前記リブ部材との間の少なくとも一方に複数の前記電機子コイルが配置されるように、設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
前記強度保持部材と一体に構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
前記強度保持部材とは別体に構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
前記電機子コイルの位置決めを行う
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。
前記リブ部材は、
絶縁材料で構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。