JP2017060362A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイルボビンなどに各コイルを支持させることなく、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定できるリニアモータを提供すること。
【解決手段】リニアモータ部３は、同軸に配置された３つのコイル１７が樹脂１８で被い固められている複数の筒状のコイルユニット１９と、永久磁石１３を備える可動子１１を有する。複数のコイルユニット１９は軸線方向Ｘで同軸に連結されている。可動子１１は複数のコイルユニット１９の内周側を軸線方向Ｘに移動する。可動子１１を移動させる推力を変更するためにコイル１７の数を増減させる場合には、コイルユニット１９の数を増減させて、増減させた数のコイルユニット１９を軸線方向Ｘで連結すればよい。複数のコイルユニット１９を軸線方向Ｘで連結した状態は、複数のコイル１７が樹脂１８により覆われて固定された状態と同様の状態となる。
【選択図】図１

Description

本発明は３相のリニアモータに関する。

同軸に配列された３の倍数のコイルを備える固定子と、永久磁石を備える可動子と、を備え、可動子がコイルの内周側を直動するリニアモータは特許文献１に記載されている。同文献のリニアモータは３相交流モータであり、複数のコイルとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つのコイルからなるコイル組を、複数、備える。

特開２０１３−２５５３１３号公報

ここで、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定することは、各コイルをコイルボビンなどに巻き付けた状態とて連結しなければ難しい。

かかる問題点に鑑みて、本発明の課題は、コイルボビンなどに各コイルを支持させることなく、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定できるリニアモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の３相のリニアモータは、同軸に配置された少なくとも３つのコイルが樹脂で被い固められている筒状のコイルユニットと、永久磁石を備える可動子と、を有し、前記可動子が前記コイルユニットの内周側を軸線方向に移動することを特徴とする。

本発明によれば、複数のコイルはコイルユニットとして樹脂により被い固められている。従って、コイルボビンなどに各コイルを支持させることなく、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定できる。

本発明において、前記３つのコイルは、それぞれＵ相のコイル、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルであるものとすることができる。すなわち、コイルユニットの３つのコイルは、リニアモータを駆動する際に、それぞれＵ相のコイル、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルとして機能する。

本発明において、前記コイルユニットを複数備え、各コイルユニットは軸線方向で連結されていることが望ましい。このようにすれば、可動子を移動させる推力を変更するためにコイルの数を増減させる場合には、コイルユニットの数を増減させて、増減させた数のコイルユニットを軸線方向で連結すればよい。また、複数のコイルユニットを軸線方向で連結した状態は、複数のコイルが樹脂により覆われて固定された状態と同様の状態となるので、コイルの数が増加した場合でも、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定できる。

本発明において、前記樹脂は、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）であることが望ましい。このように構成すれば、コイルで発生する熱を効果的に外部に逃がすこと
ができる。

本発明によれば、複数のコイルは樹脂により被い固められている。従って、コイルボビンなどに各コイルを支持させることなく、複数のコイルを軸線方向に配列した状態で固定できる。

本発明の直動回転検出器を備えた直動回転駆動装置の外観斜視図である。 図１の直動回転駆動装置を軸線を含む面で切断した断面図である。 図１の直動回転駆動装置の分解斜視図である。 コイルユニットの説明図である。 直動回転検出器の説明図である。

図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

（直動回転駆動装置）
図１は本発明の直動回転検出器を備えた直動回転駆動装置の外観斜視図である。図２は図１の直動回転駆動装置を軸線を含む面で切断した断面図である。図３は図１の直動回転駆動装置の分解斜視図である。図１に示すように、直動回転駆動装置１は、出力軸２と、出力軸２を軸線Ｌに沿って移動させるリニアモータ部（リニアモータ）３と、出力軸２を軸線回りθに回転させる回転モータ部４と、ボールスプライン軸受（軸受）５を備える。ボールスプライン軸受５は、出力軸２を軸線方向に移動可能に支持するとともに回転モータ部４の駆動力を出力軸２に伝達する。

また、直動回転駆動装置１は、出力軸２の直動位置および回転位置を検出するための直動回転検出器７を備える。直動回転検出器７は、出力軸２に同軸に固定された筒状の磁気スケール８と、軸線Ｌと直交する方向から磁気スケール８に対向する磁気センサ９を備える。

直動回転検出器７の磁気スケール８、リニアモータ部３、回転モータ部４、および、ボールスプライン軸受５は、軸線方向の一方側から他方側に向って、この順番で同軸に配置されている。なお、以下の説明では、軸線方向をＸとし、軸線回りをθとする。

（リニアモータ部）
図２に示すように、リニアモータ部３は可動子１１と固定子１２とを有する。可動子１１は出力軸２と出力軸２の外周面に固定した複数の永久磁石１３を備える。各永久磁石１３は、環状であり、軸線方向ＸにＮ極とＳ極とが着磁されている。複数の永久磁石１３は、隣り合う永久磁石１３同士が互いに同一の極を向けて対向する。本例では出力軸２に１０個の永久磁石１３が固定されている。

固定子１２は可動子１１の外周側に位置する。図１、２に示すように、固定子１２は、同軸に配列した複数のコイル１７を備える筒状のコイル配列体１５と、コイル配列体１５に固定された配線基板１６を備える。

図２、図３に示すように、コイル配列体１５は、軸線方向Ｘで隣り合う３つのコイル１７を樹脂１８により一体に被い固めた筒状のコイルユニット１９を、複数、備える。各コイルユニット１９は軸線方向Ｘで同軸に連結され、これによりコイル配列体１５が構成されている。本例では、コイル配列体１５は７つのコイルユニット１９を備える。従って、
コイル配列体１５は２１個のコイル１７を備える。

図４（ａ）はコイルユニットの斜視図であり、図４（ｂ）はコイルユニットの製造方向の説明図である。各コイルユニット１９は、軸線方向Ｘから見た場合の輪郭形状が矩形である。図４に示すように、各コイルユニット１９は軸線回りθに４つの側面を備える。図１に示すように、４つの側面のうちの一つの側面は基板固定面１９ａとなっている。図３に示すように、基板固定面１９ａからはコイルユニット１９内の各コイル１７の始端１７ａと終端１７ｂが外側に露出（突出）している。

各コイルユニット１９は基板固定面１９ａを同一方向に向けた姿勢で連結される。本例では、各コイルユニット１９は接着剤での連結されている。配線基板１６は、各コイルユニット１９の基板固定面１９ａが軸線方向Ｘに並ぶことにより形成された平坦面（コイル配列体１５の基板固定面）に固定される。配線基板１６には各コイルユニット１９の各コイル１７の始端１７ａおよび終端１７ｂが接続される。なお、各コイルユニット１９の連結は、ネジなどを用いて行うこともできる。

ここで、リニアモータ部３は３相モータであり、各コイルユニット１９の３つのコイル１７は、リニアモータ部３を駆動する際に、それぞれＵ相のコイル１７（Ｕ）、Ｖ相のコイル１７（Ｖ）、Ｗ相のコイル１７（Ｗ）として機能する。すなわち、各コイルユニット１９の３つのコイル１７は、それぞれ、Ｕ相のコイル１７（Ｕ）、Ｖ相のコイル１７（Ｖ）、Ｗ相のコイル１７（Ｗ）である。リニアモータ部３では給電するコイル１７を軸線方向Ｘに移動させながら可動子１１を軸線方向Ｘに移動させる。

なお、コイルユニット１９は、図４（ｂ）に示すように、矩形の底部５１と、底部５１の外周縁から立ち上がる角筒部５２と、底部５１から突出して角筒の内側を延びる円柱部５３とを備えるモールド用の金型５４を用いて形成される。より具体的には、各コイル１７の中空部に円柱部５３が挿入されるようにして３つのコイル１７を金型５４内に投入して、金型５４内で３つのコイル１７を積層した状態とする。その後、角筒部５２の内側にＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）を充填してＢＭＣにより金型５４内のコイル１７をモールド成形する。ここで、本例では、コイル１７をモールドする樹脂１８としてＢＭＣを用いているが、ＰＰＳ樹脂を用いることもできる。

（回転モータ部）
回転モータ部４は可動子２１と固定子２２とを有する。可動子２１は出力軸２が貫通する中空のナットシャフト２３を備える。図３に示すように、ナットシャフト２３は、小径筒部２３ａと、小径筒部２３ａよりも大径の大径筒部２３ｂを備える。大径筒部２３ｂは小径筒部２３ａのボールスプライン軸受５の側に連続して設けられている。また、可動子２１は、ナットシャフト２３の小径筒部２３ａの外周面に固定された筒状のヨーク２４と、ヨーク２４の外周面に固定された筒状の永久磁石２５を備える。永久磁石２５は、筒状であり、軸線回りθ（周方向）にＮ極とＳ極が交互に複数着磁されている。

固定子２２は永久磁石２５の外周側に位置する。固定子２２は、永久磁石２５を外周側から囲む筒状のヨーク２６と、ヨーク２６の内周面に固定された複数のコイル２７を備える。各コイル２７は、その中空部を軸線Ｌと直交する半径方向に向けた姿勢でヨーク２６に固定されている。複数のコイル２７は軸線回りθに配列されている。本例では、固定子２２は６つのコイル２７を備える。ヨーク２６はケース２８により外周側から保持されている。ケース２８を軸線方向Ｘから見た場合の輪郭形状は正方形である。

コイル２７への給電によりナットシャフト２３は軸線回りθに回転する。ここで、ナットシャフト２３の大径筒部２３ｂの内周側には、ボールスプライン軸受５を構成するボー
ルナット３１が配置されている。なお、図２において、ボールスプライン軸受５を構成するボールおよび出力軸２に設けられたスプラインは省略されている。ナットシャフト２３の回転は、ボールナット３１を介して出力軸２に伝達される。従って、回転モータ部４が駆動されると出力軸２は回転する。ナットシャフト２３の大径筒部２３ｂは、軸受ケース３２により覆われている。軸受ケース３２を軸線方向Ｘから見た場合の輪郭形状は正方形である。

（直動回転検出器）
図５は直動回転検出器７の説明図である。図５に示すように、磁気スケール８は円筒状である。図１乃至３に示すように、磁気スケール８は、その中心孔に出力軸２を貫通させた状態で出力軸２に同軸に固定されている。磁気スケール８は、出力軸２と一体に軸線方向Ｘに直動するとともに軸線回りθに回転する。

磁気スケール８は、出力軸２への固定部となる筒部材３５と、筒部材３５の外周側に固定された環状の永久磁石３６を備える。永久磁石３６は、軸線回りθの円周面に、軸線方向ＸにＳ極とＮ極とが交互に配列され、かつ、軸線回りθにＳ極とＮ極とが交互に着磁された格子状の着磁パターン３７を備える。ここで、格子状の着磁パターン３７は、軸線方向ＸにＳ極とＮ極とが交互に配列されて軸線方向Ｘに延びる軸方向トラック３７ａを軸線回りθに並列に複数備えるものである。また、格子状の着磁パターン３７は、軸線回りθにＳ極とＮ極とが交互に配列されて軸線回りθに延びる周方向トラック３７ｂを軸線方向Ｘに並列に複数備えるものである。

磁気センサ９は、軸線Ｌと平行な姿勢で軸線Ｌと直交する方向から磁気スケール８に対向するセンサ基板４０を備える。また、磁気センサ９は、センサ基板４０において磁気スケール８に対向する基板表面４０ａに形成された直動位置検出用の第１磁気抵抗素子（第１磁気検出素子）４１と回転位置検出用の第２磁気抵抗素子（第２磁気検出素子）４２を備える。

第１磁気抵抗素子４１は、その感磁方向を軸線方向Ｘに向けている。従って、第１磁気抵抗素子４１は、磁気スケール８の着磁パターン３７を、Ｓ極とＮ極とが交互に配列されて軸線方向Ｘに延びる軸方向トラック３７ａを軸線回りθに複数列備えるものとして、磁気スケール８が移動したときの磁界の変化を検出する。ここで、第１磁気抵抗素子４１は、複数の軸方向トラック３７ａにおいて、軸線回りθで隣り合う２つの軸方向トラック３７ａの境界部分（Ｎ極とＳ極とが隣り合う部分）で発生する回転磁界を検出する。また、第１磁気抵抗素子４１は磁気抵抗素子の飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、第１磁気抵抗素子４１は、後述する磁気抵抗パターンに電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

第２磁気抵抗素子４２は、その感磁方向を軸線回りθ（周方向）に向けている。従って、第２磁気抵抗素子４２は、磁気スケール８の着磁パターン３７を、軸線回りθにＳ極とＮ極とが交互に配列されて軸線回りθに延びる周方向トラック３７ｂを軸線方向Ｘに複数列備えるものとして、磁気スケール８が回転したときの磁界の変化を検出する。また、第２磁気抵抗素子４２は、複数の周方向トラック３７ｂにおいて、軸線方向Ｘで隣り合う２つの周方向トラック３７ｂの境界部分（Ｎ極とＳ極とが隣り合う部分）で発生する回転磁界を検出する。また、第２磁気抵抗素子４２は磁気抵抗素子の飽和感度領域を利用して回転磁界を検出する。すなわち、第２磁気抵抗素子４２は、後述する磁気抵抗パターンに電流を流し、かつ、抵抗値が飽和する磁界強度を印加して、境界部分で面内方向の向きが変化する回転磁界を検出する。

本例では、センサ基板４０上に形成された第１磁気抵抗素子４１の磁気抵抗パターンと第２磁気抵抗素子４２の磁気抵抗パターンは積層されている。

（作用効果）
本例によれば、複数のコイル１７は樹脂１８により被い固められている。従って、コイルボビンなどに各コイル１７を支持させることなく、複数のコイル１７を軸線方向Ｘに配列した状態で固定できる。

また、本例では、リニアモータ部３は、同軸に配置された３つのコイルを樹脂１８で固めた筒状のコイルユニット１９を備える。従って、可動子１１を直動させる推力を変更するためにコイル１７の数を増減させる場合には、コイルユニット１９の数を増減させて、増減させた数のコイルユニット１９を軸線方向で連結すればよい。ここで、複数のコイルユニット１９を軸線方向で連結した状態は、複数のコイル１７が樹脂１８により覆われて固定された状態と同様の状態となる。従って、同軸に配列するコイル１７の数を増減させた場合でも、コイル１７の配列長に対応する新たなモールド用の金型５４を作成して、コイル１７をモールドする必要がない。すなわち、本例によれば、同軸に配置された３つのコイル１７を樹脂１８で被い固めるためのモールド用の金型５４を用意すればよく、３を超える数のコイル１７を樹脂１８で被い固めるためのモールド用の金型５４は必要ない。従って、推力の異なる複数のリニアモータを製造する場合などに、金型５４にかかるコストを抑制できる。

また、本例では、樹脂１８としてＢＭＣを用いてコイル１７を被い固めているので、コイル１７で発生する熱を外部に逃しやすい。

（その他の実施の形態）
上記の例では、各コイルユニット１９は、軸線方向Ｘから見た場合の輪郭形状が矩形であるが、矩形以外の形状を備えてもよい。また、上記の例では、３つのコイル１７をコイル組として樹脂１８で固めて一つのコイルユニット１９としているが、３つ以上のコイル１７、例えば、６つのコイル１７をコイル組として樹脂１８で固めて一つのコイルユニットとすることもできる。

３・・・リニアモータ部（リニアモータ）
１１・・・リニアモータ部の可動子
１３・・・リニアモータ部の永久磁石
１７・・・リニアモータ部のコイル
１８・・・樹脂１８
１９・・・コイルユニット
Ｌ・・・軸線

Claims (4)

1. 同軸に配置された少なくとも３つのコイルが樹脂で被い固められている筒状のコイルユニットと、
   永久磁石を備える可動子と、を有し、
   前記可動子が前記コイルユニットの内周側を軸線方向に移動することを特徴とする３相のリニアモータ。
2. 請求項１において、
   前記３つのコイルは、それぞれＵ相のコイル、Ｖ相のコイル、Ｗ相のコイルであることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１または２において、
   前記コイルユニットを複数備え、各コイルユニットは軸線方向で連結されていることを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   前記樹脂は、ＢＭＣであることを特徴とするリニアモータ。

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