JP2013038824A - リニアモータの電機子およびリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】有効ストロークの減少を抑えること。
【解決手段】本願の開示する電機子は、主ティースを備える電機子コアと、電機子コアのストローク方向端へ設けられた補助ティースと、電機子コアの位置を検出する検出部とを備える。特に、検出部は、補助ティースを切り欠いた空間に対して設けられる。
【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、リニアモータの電機子およびリニアモータに関する。

従来、電動機の一種として、磁極同士の吸引・反発力を利用することで、固定子に沿って可動子を直線的に移動させるリニアモータが知られている。

かかるリニアモータでは、可動子の位置を検出するためのセンサとして、ホールセンサ等の検出部が可動子に設けられる場合がある。かかる検出部は、たとえば、可動子のストローク方向端に設けられる（特許文献１参照）。

特開平８−１６８２３２号公報

しかしながら、可動子のストローク方向端に検出部を設けることとすると、検出部の長さだけ可動子の可動範囲、すなわち、有効ストロークが短くなるという問題があった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、有効ストロークの減少を抑えることができるリニアモータの電機子およびリニアモータを提供することを目的とする。

本願の開示するリニアモータの電機子は、主ティースを備える電機子コアと、前記電機子コアのストローク方向端へ設けられた補助ティースと、前記電機子コアの位置を検出する検出部とを備え、前記補助ティースを切り欠いた空間に対して前記検出部を設けた。

また、本願の開示するリニアモータは、複数の磁石が並べて配置された界磁部と、前記界磁部に対して対向配置される電機子とを備えたリニアモータであって、前記電機子は、主ティースを備える電機子コアと、前記電機子コアのストローク方向端へ設けられた補助ティースと、前記電機子コアの位置を検出する検出部とを備え、前記補助ティースを切り欠いた空間に対して前記検出部を設けた。

本願の開示するリニアモータの電機子およびリニアモータの一つの態様によれば、有効ストロークの減少を抑えることができる。

図１Ａは、実施例１に係るリニアモータの模式側面図である。 図１Ｂは、実施例１に係るリニアモータの模式平面図である。 図１Ｃは、実施例１に係るリニアモータの模式断面図である。 図２Ａは、補助ティースおよび検出部の配置関係を示す模式正面図である。 図２Ｂは、補助ティースおよび検出部の配置関係を示す模式平面図である。 図２Ｃは、補助ティースおよび検出部の配置関係を示す模式斜視図である。 図３Ａは、検出部の取り付け方法の一例を示す図である。 図３Ｂは、検出部の取り付け方法の他の一例を示す図である。 図４は、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。 図５は、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。 図６Ａは、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。 図６Ｂは、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。 図６Ｃは、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。

以下に添付図面を参照して、本願の開示するリニアモータの電機子およびリニアモータのいくつかの実施例を詳細に説明する。ただし、これらの実施例における例示で本発明が限定されるものではない。

まず、本実施例に係るリニアモータの全体構成について図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、それぞれ実施例１に係るリニアモータの模式側面図、模式平面図および模式断面図である。なお、図１Ｂは、図１Ａに示すリニアモータをＺ軸正方向から見た場合の模式平面図である。また、図１Ｃは、図１Ａに示すＡ−Ａ’線矢視の模式断面図である。

また、以下では、リニアモータの各構成要素の相対的な位置関係を説明する上で、上下、左右、及び前後で方向を示す場合があるが、各方向の基準は、図１Ａに示すように、リニアモータを水平面に設置した場合とする。具体的には、図１Ａ中、Ｘ軸の正方向および負方向をそれぞれリニアモータの前方および後方、Ｙ軸の正方向および負方向をそれぞれリニアモータの左方および右方、Ｚ軸の正方向および負方向をリニアモータの上方および下方とする。

図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本実施例に係るリニアモータ１は、界磁部１０と、電機子２０とを備える。なお、本実施例では、界磁部１０を固定子とし、電機子２０を可動子とする場合について説明する。また、磁極数やスロット数は、図１Ａ〜図１Ｃに示したものに限定されない。

界磁部１０は、界磁ヨーク１１と、永久磁石１２とを備える。界磁ヨーク１１は、所定方向（ここでは、Ｘ軸方向）に沿って伸びる略直方体状の部材であり、たとえば電磁鋼板などの薄板材を複数枚積層して形成されるか、積層ではない単なる板材で形成される。また、永久磁石１２は、かかる界磁ヨーク１１上に並べて配置される。なお、ここでは、界磁部１０が永久磁石１２を備える場合について説明するが、界磁部１０は、永久磁石１２ではなく電磁石を備えてもよい。

電機子２０は、界磁部１０と空隙を介して対向配置される部材であり、界磁部１０に沿って直線的に移動する。かかる電機子２０は、電機子コア２１と、電機子巻線２２と、補助ティース２３ａ，２３ｂと、モールド樹脂２４と、検出部２５とを備える。なお、以下では、電機子２０の移動方向、すなわち、Ｘ軸の正方向および負方向をストローク方向と呼ぶこととする。

電機子コア２１は、略直方体状に形成されたヨーク２１ａと、かかるヨーク２１ａから界磁部１０へ向かって突出した複数の主ティース２１ｂとを備える。なお、電機子コア２１は、たとえば電磁鋼板などの薄板材を複数枚積層して形成される。

主ティース２１ｂ間の空間はスロット２１ｃと呼ばれる。このスロット２１ｃの内周面は絶縁材等で覆われており、スロット２１ｃ内に絶縁被覆電線を用いて巻装された電機子巻線２２が収められる。なお、各電機子巻線２２には、モータ用リード線２６が接続される（図１Ｂ参照）。

補助ティース２３ａ，２３ｂは、推力変動の要因となるコギングを低減するために、電機子コア２１のストローク方向両端へそれぞれ設けられる部材である。具体的には、補助ティース２３ａ，２３ｂは、端部がヨーク２１ａに対して固定されており、かかる端部から界磁部１０へ向かって突出している。

なお、本実施例では、図１Ａに示すように、永久磁石１２および補助ティース２３ａ，２３ｂ間の間隔が、永久磁石１２および主ティース２１ｂ間の間隔よりも大きい場合、すなわち、補助ティース２３ａ，２３ｂが主ティース２１ｂよりも短い場合の例を示す。ただし、補助ティース２３ａ，２３ｂの長さは、主ティース２１ｂと同等でもよい。

ここで、本実施例に係る電機子２０は、補助ティース２３ａ，２３ｂの一部が切り欠かれている。そして、本実施例に係る電機子２０は、補助ティース２３ａ，２３ｂの切り欠かれた空間に対して検出部２５を設けることで、有効ストロークの低減を抑えることとしているが、かかる点については、図２Ａ〜図２Ｃを用いて具体的に説明する。

モールド樹脂２４は、電機子コア２１、電機子巻線２２および補助ティース２３ａ，２３ｂをモールドする樹脂部材である。図１Ｂおよび図１Ｃに示すように、モールド樹脂２４は、補助ティース２３ａのＹ軸負方向に面する端面およびヨーク２１ａのＸ軸正方向に面する端面がそれぞれ露出するようにこれらを覆う。なお、補助ティース２３ａのモールド樹脂２４から露出した端面には、検出部２５が取り付けられるが、かかる点については図３Ａを用いて後述する。

検出部２５は、界磁部１０に対する電機子２０の相対位置を検出する検出部である。本実施例において検出部２５は、ホールセンサ等の磁界検出部である。リニアモータ１は、かかる検出部２５による電機子２０の相対位置の検出結果に基づいて、電機子巻線２２への通電方向等が制御される。なお、検出部２５には、検出部用リード線２７が接続される（図１Ｂ参照）。

かかる検出部２５は、図１Ｂにおいて、補助ティース２３ａの切り欠かれた空間内に設けられる。これにより、本実施例に係るリニアモータ１は、電機子２０の有効ストロークの低減を抑えることができる。

なお、図１Ｂに示した例では、検出部２５が、補助ティース２３ａの切り欠かれた空間内に設けられることとしたが、検出部２５の配置は、これに限られない。すなわち、検出部２５の一部が、補助ティース２３ａの切り欠かれた空間外に設けられてもよい。例えば、検出部２５の一部が、図１ＢのＸ方向の負方向に飛び出していてもよい。この場合であっても、検出部２５を、補助ティース２３ａの切り欠かれた空間に対して設けることができるので、電機子２０の有効ストロークの低減を抑えることができる。

以下では、補助ティース２３ａおよび検出部２５の配置関係について図２Ａ〜図２Ｃを用いて具体的に説明する。図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ補助ティース２３ａおよび検出部２５の配置関係を示す模式正面図、模式平面図および模式斜視図である。

図２Ａ〜図２Ｃに示すように、補助ティース２３ａは、ストローク方向における一端面から他端面まで、すなわち、Ｘ軸負方向側の一端面からＸ軸正方向側の他端面まで達するように切り欠かれた切欠部１００ａを備える。

かかる切欠部１００ａは、界磁部１０と対向する側ｓ１（Ｚ軸負方向側）、界磁部１０と対向する側ｓ１に隣接する側ｓ２（Ｙ軸正方向側）および界磁部１０と対向する側ｓ１の反対側ｓ３（Ｚ軸正方向側）がそれぞれ開放されている。すなわち、補助ティース２３ａは、Ｘ軸正方向から見て、左側半分が切り欠かれた形状となっている。検出部２５は、かかる補助ティース２３ａの切欠部１００ａに対して設けられる。

ここで、従来の電機子においては、ストローク方向端に検出部を設けることにより、検出部の長さだけ有効ストロークが短くなるという問題があった。特に、かかる問題は、本実施例のように電機子コアのストローク方向端に補助ティースを設ける場合に顕在化し易い。

そこで、本実施例では、補助ティース２３ａを切り欠いた空間に対して検出部２５を設けることとした。これにより、電機子２０のストローク方向の長さのうち電機子コア２１以外の部材が占める長さを抑えることができるため、電機子２０の推力を維持しつつ、有効ストロークの低減を抑えることができる。

また、本実施例において切欠部１００ａは、界磁部１０と対向する側が開放されている。また、検出部２５の全部が切欠部１００ａ内に設けられている。このため、検出部２５による磁界の検出精度が低下しにくくなる。

また、本実施例において補助ティース２３ａ，２３ｂは、図１Ｂに示すように、互いに同一の形状を有し、かつ、Ｚ軸方向から見た場合において電機子コア２１の中心に対して点対称に配置されている。このため、補助ティース２３ａ，２３ｂの一部を切り欠いた場合であっても、コギングをバランスよく低減することができる。

また、補助ティース２３ａ，２３ｂは、単に切り欠いただけでなく、切り欠くことによってコギングを低減させる効果が極力低下しないように、切り欠いた形状に応じて長さや厚み等が最適化される。このため、コギング低減の効果を極力維持しつつ、検出部２５の設置スペースを確保することができる。

なお、検出部２５は、補助ティース２３ａから離れた位置に設けられてもよい。これにより、検出部２５が補助ティース２３ａの影響を受けにくくなるので、検出部２５の検出精度が向上する。

なお、本実施例では、検出部２５が、磁界検出部であるものとするが、検出部は、磁界検出部以外の検出部であってもよい。たとえば、永久磁石１２の電機子２０と対向する面に対して所定のマーキングを施し、かかるマーキングを光学的に検知することによって電機子コア２１の相対位置を検出する赤外線センサ等を検出部として備えてもよい。

次に、検出部２５の取り付け方向について図３Ａを用いて説明する。図３Ａは、検出部２５の取り付け方法の一例を示す図である。

本実施例に係る検出部２５は、ユニット化されており、モールド樹脂２４によってモールドされた補助ティース２３ａ，２３ｂに対して検出部２５が着脱自在に設けられる。

たとえば、図３Ａに示すように、補助ティース２３ａには、モールド樹脂２４から露出した端面からＹ軸負方向に沿ってネジ穴２３１が形成される。また、検出部２５にも同様のネジ穴２５１が形成される。そして、補助ティース２３ａのネジ穴２３１および検出部２５のネジ穴２５１に図示しないネジを挿通させることによって、検出部２５を補助ティース２３ａに対して取り付けることができる。

このように、検出部２５を着脱自在に設けることとすれば、たとえば、検出部２５が劣化した場合や故障した場合等に、検出部２５を容易に取り替えることができ、電機子２０のメンテナンス性を向上させることができる。

なお、補助ティース２３ａの切欠部１００ａ（図２Ａ参照）は、界磁部１０と対向する側ｓ１だけでなく、界磁部１０と対向する側ｓ１に隣接する側ｓ２や界磁部１０と対向する側ｓ１の反対側ｓ３も開放されている。このため、検出部２５の着脱作業を容易に行うことができる。

また、図３Ａに示すように、検出部２５は、補助ティース２３ａのうち界磁部１０により近い位置に設けられる。これにより、検出部２５による磁界の検出精度を高めることができる。

なお、図３Ａでは、検出部２５を補助ティース２３ａに設けることとしたが、検出部２５の取り付け方法は、これに限ったものではない。図３Ｂは、検出部２５の取り付け方法の他の一例を示す図である。

図３Ｂに示すように、検出部２５は、たとえばヨーク２１ａに設けてもよい。かかる場合には、モールド樹脂２４から露出したヨーク２１ａの端面からＸ軸正方向に沿ってネジ穴２１２を形成し、かかるヨーク２１ａのネジ穴２１２および検出部２５のネジ穴２５１の両方に図示しないネジを挿通させればよい。

なお、検出部２５は、モールド樹脂２４中に浮いた状態で設けられてもよい。

上述してきたように、本実施例では、補助ティース２３ａを切り欠いた空間に対して検出部２５を設けることとしたため、有効ストロークの低減を抑えることができる。

ところで、補助ティースの切り欠き方や検出部の配置は、実施例１に示した場合に限ったものではない。そこで、実施例２では、補助ティースの切り欠き方および検出部の配置の他の一例について説明する。

図４および図５は、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４に示すように、電機子２０ａは、実施例１に係る補助ティース２３ａに代えて、補助ティース２３ａ＿１を備える。

補助ティース２３ａ＿１は、切欠部１００ｂを備える。かかる切欠部１００ｂは、実施例１に係る切欠部１００ａと同様、補助ティース２３ａ＿１のストローク方向における一端面から他端面まで、すなわち、Ｘ軸負方向側の一端面からＸ軸正方向側の他端面まで達するように切り欠かれている。

また、切欠部１００ｂは、界磁部１０と対向する側（Ｚ軸負方向側）と、界磁部１０と対向する側の反対側（Ｚ軸正方向側）とがそれぞれ開放されている。このように、補助ティース２３ａ＿１は、Ｘ軸正方向から見て、真ん中部分が縦に切り欠かれた形状としても構わない。

また、かかる場合において、補助ティース２３ａ＿１およびヨーク２１ａは、切欠部１００ｂに面する補助ティース２３ａ＿１の端面およびヨーク２１ａのストローク方向の端面が、それぞれ露出するように図示しないモールド樹脂によってモールドされる。そして、検出部２５は、実施例１と同様に、モールド樹脂（図示せず）から露出した補助ティース２３ａ＿１またはヨーク２１ａの端面に着脱自在に取り付けられる。

なお、図示を省略するが、電機子２０ａは、実施例１に係る補助ティース２３ｂに代えて、補助ティース２３ａ＿１と同一形状の補助ティースを備える。これらの補助ティースは、実施例１と同様、Ｚ軸方向から見た場合において電機子コア２１の中心に対して点対称に配置される。これにより、コギングをバランスよく低減することができる。

また、図５に示すように、電機子２０ｂは、電機子コア２１のストローク方向両端に設けられた補助ティースのうち一方を全て切り欠き、切り欠いた空間に検出部２５を設けることとしてもよい。

なお、図示を省略するが、Ｘ軸正方向側に設けられる補助ティースは、切り欠かれていない形状となっている。具体的には、Ｘ軸負方向側に設けられる補助ティースは、Ｙ軸方向の幅が主ティース２１ｂとほぼ同一の略直方体状の形状を有する。

また、図４、図５において、検出部２５は、モールド樹脂２４中に浮いた状態で設けられてもよい。

また、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例について図６Ａ〜図６Ｃを用いてさらに説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、補助ティースおよび検出部の配置関係の他の一例を示す模式斜視図である。

図６Ａに示すように、電機子２０ｃが備える補助ティース２３ａ＿２は、ストローク方向における一端面から他端面まで貫通する貫通孔を切欠部１００ｃとして備える。このように、切欠部１００ｃは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向のいずれの側も開放されていない貫通孔であってもよい。検出部２５は、かかる切欠部１００ｃ内に設けられる。

また、図６Ｂに示すように、電機子２０ｄが備える補助ティース２３ａ＿３は、切欠部１００ｄを備える。かかる切欠部１００ｄは、ストローク方向における一端面から他端面まで達するように切り欠かれ、かつ、界磁部１０と対向する側（Ｚ軸負方向側）が開放されている。このように、切欠部１００ｄは、界磁部１０と対向する側だけが開放された形状であってもよい。検出部２５は、かかる切欠部１００ｄ内に設けられる。

また、図６Ｃに示すように、電機子２０ｅが備える補助ティース２３ａ＿４は、切欠部１００ｅを備える。かかる切欠部１００ｅは、ストローク方向における一端面から他端面まで達するように切り欠かれ、かつ、界磁部１０と対向する側（Ｚ軸負方向側）および界磁部１０と対向する側に隣接する側（Ｙ軸正方向側）だけが開放される。このように、切欠部１００ｅは、界磁部１０と対向する側および界磁部１０と対向する側に隣接する側だけが開放された形状であってもよい。検出部２５は、かかる切欠部１００ｅ内に設けられる。

なお、上述してきた各実施例では、補助ティースが電機子コアと一体的に形成される場合の例について説明したが、これに限ったものではなく、補助ティースは、電機子コアと別体に形成されてもよい。

また、上述してきた各実施例では、検出部２５を用いることとしたが、検出部２５の代わりに、検出部２５を含んだユニット部材である磁界検出ユニットを用いてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施の形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ リニアモータ
１０ 界磁部
１１ 界磁ヨーク
１２ 永久磁石
２０ 電機子
２１ 電機子コア
２１ａ ヨーク
２１ｂ 主ティース
２１ｃ スロット
２２ 電機子巻線
２３ａ，２３ｂ 補助ティース
２４ モールド樹脂
２５ 検出部
２６ モータ用リード線
２７ 検出部用リード線
１００ａ〜１００ｅ 切欠部

Claims (9)

1. 主ティースを備える電機子コアと、
   前記電機子コアのストローク方向端へ設けられた補助ティースと、
   前記電機子コアの位置を検出する検出部と
   を備え、
   前記補助ティースを切り欠いた空間に対して前記検出部を設けたことを特徴とするリニアモータの電機子。
2. 前記補助ティースは、
   前記ストローク方向における一端面から他端面まで達するように切り欠かれた切欠部を備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの電機子。
3. 前記切欠部は、
   複数の磁石が並べて配置された界磁部と対向する側が開放されていることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの電機子。
4. 前記切欠部は、
   前記界磁部と対向する側に隣接する側のうちのいずれか一方側がさらに開放されていることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータの電機子。
5. 前記切欠部は、
   前記界磁部と対向する側の反対側がさらに開放されていることを特徴とする請求項３または４に記載のリニアモータの電機子。
6. 前記補助ティースは、
   前記電機子コアのストローク方向両端へそれぞれ設けられており、互いに同一の形状を有し、かつ、前記電機子コアの中心に対して点対称に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のリニアモータの電機子。
7. 前記補助ティースは、
   前記電機子コアのストローク方向両端へそれぞれ設けられており、
   前記補助ティースのうちのいずれか一方を全て切り欠いたことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの電機子。
8. モールドされた前記電機子コアおよび前記補助ティースに対して前記検出部が着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のリニアモータの電機子。
9. 複数の磁石が並べて配置された界磁部と、前記界磁部に対して対向配置される電機子とを備えたリニアモータであって、
   前記電機子は、
   主ティースを備える電機子コアと、
   前記電機子コアのストローク方向端へ設けられた補助ティースと、
   前記電機子コアの位置を検出する検出部と
   を備え、
   前記補助ティースを切り欠いた空間に対して前記検出部を設けたことを特徴とするリニアモータ。

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