JP2920089B2

JP2920089B2 - 円筒形リニアパルスモータ

Info

Publication number: JP2920089B2
Application number: JP12326195A
Authority: JP
Inventors: 敏兼金木; 孝夫岩佐; 幸雄倉石; 博文里見; 正岡田
Original assignee: ORIENTARU MOOTAA KK
Current assignee: ORIENTARU MOOTAA KK
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH08322236A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形リニアパルスモ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、従来のよく知られている円筒形
リニアパルスモータの縦断面図を示したもので、固定子
１００と移動子１０１とから構成されている。固定子１
００はフレーム１０２内に固定子コア１０３，１０４，
１０５および１０６を配置し、固定子コア１０３，１０
４相互間と固定子コア１０５、１０６相互間に形成され
た凹溝１０７内にリング状卷線１０８，１０９が配置さ
れている。固定子コア１０３，１０４はリング状巻線１
０８とともに１つの相を形成し、また固定子コア１０
５，１０６はリング状巻線１０９とともに他の１つの相
を形成している。

【０００３】固定子コア１０３，１０４，１０５および
１０６の内周面には、軸方向に等ピッチで複数個の固定
子小歯１１０が配設されている。そして、２つの相を形
成している固定子コア１０３，１０４と固定子コア１０
５，１０６とは、その間に軸方向に着磁されたリング状
の永久磁石１１１を配置しており、全体として２相の固
定子１００を構成している。

【０００４】移動子１０１は、移動子コア１１２と軸１
１３とからなり、該移動子コア１１２の外周面には複数
個の移動子小歯１１４が、固定子小歯１１０の歯ピッチ
と同一ピッチで軸方向に等ピッチで配設されている。

【０００５】この移動子１０１は、フレーム１０２の両
端に設けられたブラケット１１５，１１６により、軸受
１１７，１１８を介して支持されている。

【０００６】前記軸受１１７，１１８は、通常、スライ
ドブッシュ，リニアブッシュ，リニアベアリングなどと
呼ばれるもので、円筒状の外筒と、複数個の転動球体
と、保持具とから構成されている。

【０００７】前記複数個の転動球体は、前記外筒と前記
軸１１３の外周面との間にあって、該外周面を前記軸方
向に直接、転動しながら前記軸１１３を支持する。前記
保持具は、前記複数個の転動球体を前記外筒とともに保
持するもので、該転動球体を、前記軸方向に整列して、
前記軸１１３の外周面を転動させるための案内溝と、該
球体を循環するように返送させるための返送溝とからな
る循環溝が、内周面に複数個、等ピッチで配設されてい
る。

【０００８】前記固定子小歯１１０と移動子小歯１１４
とは、以下の位置関係にある。すなわち、固定子コア１
０６に配設された固定子小歯１１０が移動子小歯１１４
と丁度向き合っているとき、固定子コア１０５に配設さ
れた固定子小歯１１０は、固定子コア１０６に比較し
て、歯ピッチの２／４だけ軸方向にずれた位置にある。
また、固定子コア１０４に配設された固定子小歯１１０
は、固定子コア１０６に比較して、歯ピッチの１／４だ
け軸方向にずれた位置にある。さらに、固定子コア１０
３に配設された固定子小歯１１０は、固定子コア１０６
に比較して、歯ピッチの３／４だけ軸方向にずれた位置
にある。

【０００９】そして、入力パルスに応じて、前記リング
状巻線１０８，１０９に所定の順序で通電することによ
り、各固定子小歯１１０と移動子小歯１１４との間に順
次磁束を発生させて、移動子１０１をステップ状に歩進
動作させるようになっており、前記円筒形リニアパルス
モータは、基本移動量が移動子小歯１１４の歯ピッチの
１／４の２相ハイブリッド型リニアパルスモータを構成
している。

【００１０】図８は、他の従来の５相円筒形リニアパル
スモータ２００の横断面図を示し、固定子２０１と移動
子２０２とから構成され、該固定子２０１の両端ブラケ
ットの内周面に図示しない軸受（リニアベアリング）２
０３が配設されたものである。この軸受２０３は、円周
方向に等間隔で３箇所、それぞれ軸方向に設けられた案
内溝に複数個の転動球体を支持したものである。前記移
動子２０２の外周面には、その円周方向に等間隔で３箇
所、それぞれ軸方向に凹溝２０４が設けられ、該凹溝２
０４に耐摩耗材からなる軌道部材２０５がそれぞれ嵌着
されている。そして、該軌道部材２０５上に沿って前記
複数個の転動球体が転動するようになっている。（特願
平5-310133号）なお、Ｗ２０１ないしＷ２０５は、各突極に巻回された
固定子卷線である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の円筒形リニアパルスモータにあっては、移動子外周
面に嵌着された、軸受（リニアベアリング）の転動球体
を転動させる軌道部材が、固定子突極と対向する位置に
配置されているため、モータ推力の低下と、相ごとの推
力が不均一になるという問題点があった。

【００１２】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、移動子外周面に嵌着さ
れた、軸受（リニアベアリング）の転動球体を転動させ
る軌道部材が、固定子突極間の開口部と対向する位置に
配置される円筒形リニアパルスモータを提供することに
ある。

【００１３】本発明の他の目的は、固定子の固定子コア
を形成する固定子鉄板の数が、相数の整数倍で構成され
る円筒形リニアパルスモータを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、内周面に沿って配設された複数の突
極のそれぞれに、卷線が巻回され、かつ該突極の先端に
軸方向に沿って複数個の固定子小歯が配設された円筒状
の固定子と、該固定子の軸心と同心に、軸受によって軸
方向に移動自在に支持されるとともに、外周面に該軸方
向に沿って複数個の移動子小歯が等ピッチで配設された
移動子とからなる円筒形リニアパルスモータにおいて、
次のとおりである。

【００１５】（１）前記軸受の軸方向の転動球体の条
列数をＮ、前記固定子突極数をＭとするとき、該固定子
突極数がＭ≧Ｎとなるように設定され、かつ前記移動子
の外周面の、前記固定子突極間の開口部に対応する位置
に、前記軸受の転動球体の条列に対応して軸方向に沿っ
て複数の凹溝を形成し、これらの凹溝に前記軸受の転動
球体を転動させるための耐摩耗材からなる軌道部材を嵌
着させることを特徴とする。

【００１６】（２）（１）において、前記固定子が、
軸方向に配設された一対の固定子コアと、該一対の固定
子相互間に配設され、かつ軸方向に着磁された永久磁石
と、前記固定子コアの軸方向に並ぶ前記突極相互間に巻
回された固定子卷線とで構成されたことを特徴とする。

【００１７】（３）（１）または（２）において、前
記固定子を構成する一対の固定子コアのそれぞれは、該
固定子コアを形成する固定子鉄板が、円周方向に、所定
角度ずつ順次回転積層して形成されるとともに、該固定
子コアのそれぞれは、Ｌを相数、ｊを正の整数とすると
き、ｊＬ枚の固定子鉄板により形成されることを特徴と
する。

【００１８】

【作用】前記のように構成された円筒形リニアパルスモ
ータは、移動子を軸方向に移動可能に支持する軸受の転
動球体を、移動子の外周面の、固定子突極間の開口部に
対応する位置に嵌着されたガイドを兼ねた軌道部材に沿
って、移動子の回動を防止しながら、移動させる。この
ため、相ごとの推力が均一で、かつ固定子小歯からの磁
束の漏れが少なくなり、モータ全体として、小型で高効
率、高推力が得られ、長ストローク化が可能となる。さ
らに、固定子の固定子コアを、固定子鉄板を突極のピッ
チ角度ごと、または所定角度ごとに順次、回転積層して
形成されるとともに、該固定子コアのそれぞれは、Ｌを
相数、ｊを正の整数とするとき、ｊＬ枚の固定子鉄板に
より形成されることにより、相ごとの小歯の先端面積が
同一となり、相ごとの推力の均一化が得られる。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の円筒形リ
ニアパルスモータの一実施例を示す縦断面図、図２は、
図１のII−II線による横断面図、図３は図１の軸受部分
の説明断面図である。本実施例は、軸受（ここで、軸受
とは、例えば、リニアベアリング、ボールスプラインな
どをいう）の軸方向の転動球体の条列数Ｎの数値が、Ｎ
＝５、固定子突極の数Ｍが、Ｍ＝Ｎ＝５とした場合を示
す。（ただし、前記転動球体の条列数Ｎは、Ｎ≧２であ
る）

【００２０】図１ないし図３において、１は円筒状のケ
ース２内に収納された固定子で、この固定子１は軸方向
に並設された一対で、それぞれ前記５個の突極を有する
固定子コア３，４と、これら固定子コア３，４相互間に
配設され、かつ軸方向に着磁されたリング状または分割
配置された永久磁石５と、固定子コア３，４相互間に設
けられた５個の固定子巻線Ｗ１ないしＷ５とで構成され
ている。

【００２１】前記固定子コア３，（４）は内周面に、中
心方向に向けて突出したそれぞれ５個の突極６ないし１
０（突極１１ないし１５）を円周方向に沿って所定間隔
で設けたもので、これら突極６ないし１０（突極１１な
いし１５）の内周面には軸方向に複数個の固定子小歯１
６（歯先部１６ａと歯底部１６ｂ）が等ピッチで設けら
れている。

【００２２】前記固定子巻線Ｗ１は、固定子コア３と４
の重なり合う２つの突極６と１１にまたがって巻回され
ている。これと同様に、固定子巻線Ｗ２，Ｗ３ないしＷ
５も、固定子コア３と４の重なり合うそれぞれ２つの突
極７と１２，８と１３，９と１４，および１０と１５
に、それぞれまたがって巻回されている。

【００２３】前記永久磁石５は、固定子コア３と４との
間に挟持され、軸方向に着磁されており、該永久磁石５
の軸方向の厚さは、前記２個の固定子コア３と４に配設
されたそれぞれの固定子小歯１６の中心間の距離が歯ピ
ッチの（Ｋ＋０．５）倍（Ｋは正の整数とする）となる
ように設定されている。

【００２４】上記ケース２の両側にはブラケット１７，
１８が設けられ、このブラケット１７，１８の内面側に
嵌入された同形の軸受（リニアベアリング）１９，２０
が配設されている。この軸受１９，２０は、通常、リニ
アベアリング、リニアブッシュ、スライドブッシュ、ボ
ールスプラインなどと呼ばれているものである。

【００２５】これら軸受１９，２０は、内周面の円周方
向の５箇所で、それぞれ軸方向にボールガイド２１を設
け、該ボールガイド２１に複数個のボール（転動球体）
２２を支持したものである。このボールガイド２１は往
路と復路からなる環状のガイド溝で構成されており、こ
れらボール（転動球体）２２が、後述する移動子２３に
設けられた凹溝２４に嵌着された、ガイドを兼ねた軌道
部材２５上に沿って転動しながら移動するものである。

【００２６】この軌道部材２５は、前記移動子２３の外
周面の前記固定子突極６ないし１０または突極１１ない
し１５間の開口部に対応する位置に、前記軸受１９，２
０のそれぞれのボールガイド２１に対応して（該軸受１
９，２０の条数Ｎと同数）、軸方向に沿って５個の凹溝
２４を形成し、これらの凹溝２４に嵌着させたものであ
る。そして該軌道部材２５は、前記軸受１９，２０の転
動球体２２をガイド、転動させるため、移動子２３に比
べて耐摩耗性の高い材料で形成されている。

【００２７】このように、前記軌道部材２５は、移動子
２３の外周面の前記固定子突極６ないし１０または突極
１１ないし１５間の開口部に対応する位置に嵌着される
ため、前記固定子小歯１６からの磁束の漏れが少なくな
り、モータ全体として、小型で高効率になる。

【００２８】前記移動子２３は移動子コアと一体的に中
空状に形成され、かつ移動子軸を兼用している。該移動
子２３の外周面の軸方向には、前記固定子小歯１６の歯
ピッチと同じで、かつ等ピッチで、複数個のリング状の
移動子小歯２６が、鍛造、切削または研削などの機械加
工により形成されている。

【００２９】図４は固定子コア３，４を形成している固
定子鉄板２７の一例を示したものである。該固定子コア
３，４をそれぞれ構成する固定子鉄板２７の数は、Ｌを
相数、ｊを正の整数とするとき、ｊＬ枚の固定子鉄板に
より形成される。この固定子鉄板２７は、５個の突極Ｐ
１ないしＰ５のうちＰ１およびＰ２は内径寸法の小さい
突極であり、固定子小歯１６の歯先部１６ａを構成す
る。また、Ｐ３，Ｐ４およびＰ５は内径寸法の大きな突
極であり、固定子小歯１６の歯底部１６ｂを構成する。

【００３０】図５は、前記固定子鉄板２７を所定角度θ
＝７２度ずつ順次、回転させながら積層したときに形成
される固定子コア３，４の突極６ないし１０および突極
１１ないし１５の固定子小歯１６の様子を移動子２３側
から見たものである。ハッチングのある部分が歯先部１
６ａを示し、ハッチングのない部分が歯底部１６ｂを示
す。

【００３１】固定子鉄板２７の厚さをｔ₀とすると、回
転積層することにより、各突極６ないし１０および突極
１１ないし１５には、歯ピッチがＬ・ｔ₀、すなわち５
・ｔ ₀、歯厚が２・ｔ₀の固定子小歯１６が形成され
る。しかも、突極６，１１を基準としたとき、突極７，
１２の小歯１６のずれは歯ピッチの１／Ｌ、すなわち１
／５、突極８，１３の小歯１６のずれは歯ピッチの２／
Ｌ、すなわち２／５、突極９，１４の小歯１６のずれは
歯ピッチの３／Ｌ、すなわち３／５、突極１０，１５の
小歯１６のずれは歯ピッチの４／Ｌ、すなわち４／５で
ある。

【００３２】一方、固定子コア３と４の重なり合う各突
極の固定子小歯１６の位置関係は、永久磁石５の軸方向
の厚さを上述のように調整することにより、小歯１６間
の距離が歯ピッチの１／２ずれるように設定されてい
る。

【００３３】そして、卷線Ｗ１が卷回される相をＡ相、
卷線Ｗ２が卷回される相をＢ相、卷線Ｗ３が卷回される
相をＣ相、卷線Ｗ４が卷回される相をＤ相、卷線Ｗ５が
卷回される相をＥ相となるように結線することにより、
５相のハイブリッド型リニアパルスモータを構成するこ
とができる。このときのステップごとの基本移動量は、
歯ピッチの１／（２・Ｌ）、すなわち（５・ｔ₀）／１
０となり前記固定子鉄板２７の厚さｔ₀の１／２とな
る。

【００３４】そして、入力パルスに応じて、各相巻線を
所定の順序で順次励磁していくことにより、各固定子小
歯１６と移動子小歯２６との間に順次磁束を発生させて
移動子２３をステップ状に歩進動作させることができ
る。このように、前記固定子コア３，４をそれぞれ構成
する固定子鉄板２７の数を、相数Ｌの整数倍にすること
により、各相の固定子小歯１６の数が同数となり、各相
の推力を均一にすることができる。

【００３５】図６は、本発明の円筒形リニアパルスモー
タの他の例を示す前記図２に対応する横断面図で、正の
整数ｊおよび相数Ｌの各数値が、ｊ＝２，Ｌ＝５とした
場合を示し、従って、固定子突極の数Ｍは、Ｍ＝ｊ・Ｌ
＝１０となる。固定子のそれぞれの固定子コアに配設さ
れる１０個の突極３１ないし４０には、１０個の固定子
巻線Ｗ１ないしＷ１０が、それぞれ巻回されている。そ
して、軌道部材２５は、移動子２３の外周面の前記固定
子突極３１と３２、３３と３４、３５と３６、３７と３
８、３９と４０間の開口部に対応する位置に、前記軸受
１９，２０のそれぞれのボールガイド２１に対応して
（該軸受１９，２０の条数Ｎと同数）、軸方向に沿って
５個の凹溝２４を形成し、これらの凹溝２４に嵌着され
ている。作用は、前記実施例の円筒形リニアパルスモー
タと同様である。

【００３６】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更，付加が可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の円筒形リニアパルスモータによれば、請求項１、２に
ついては、軸受の軸方向の転動球体の条列数をＮ、固定
子突極数をＭとするとき、Ｍ≧Ｎとなるように設定さ
れ、かつ移動子の外周面の、前記固定子突極間の開口部
に対応する位置に、前記軸受の転動球体の条列に対応し
て軸方向に沿って複数の凹溝を形成し、これらの凹溝に
前記軸受の転動体を転動させるための耐摩耗材からなる
軌道部材を嵌着させたので、前記モータは小型で高推力
を発生し、相ごとの推力が均一になる。

【００３８】請求項３については、固定子を構成する一
対の固定子コアのそれぞれは、該固定子コアを形成する
固定子鉄板が、円周方向に、突極のピッチ角度ごと、ま
たは所定角度ずつ順次回転積層して形成されるととも
に、該固定子コアのそれぞれは、Ｌを相数、ｊを正の整
数とするとき、ｊＬ枚の固定子鉄板により形成されるの
で、前記モータは小型で高推力を発生し、相ごとの推力
が均一になる。さらに、固定子コアを、固定子鉄板を所
定角度（突極のピッチ角度）だけ順次回転積層すること
により形成できるので、従来の回転型ステッピングモー
タの積層コア技術が適用でき、生産性も優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒形リニアパルスモータの一実施例
を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II線による横断面図である。

【図３】図１の軸受部分の説明断面図である。

【図４】固定子コアを形成する固定子鉄板の平面図であ
る。

【図５】図４の固定子鉄板を所定角度回転積層したとき
に形成される固定子小歯部を移動子側から見た展開図で
ある。

【図６】本発明の円筒形リニアパルスモータの他の例を
示す前記図２に対応する横断面図である。

【図７】従来の円筒形リニアパルスモータの縦断面図で
ある。

【図８】他の従来の５相円筒形リニアパルスモータの横
断面図である。

【符号の説明】

１固定子３，４固定子コア５永久磁石６，７，……１０、１１，１２，……１５、３１，３
２，……４０突極１６固定子小歯１９，２０軸受２２転動球体２３移動子２４凹溝２５軌道部材２６移動子小歯２７固定子鉄板ｋ，ｊ整数Ｎ軸受の軸方向の転動球体の条列数Ｌ相数Ｐ１，Ｐ２，……Ｐ５突極Ｗ１，Ｗ２，……Ｗ１０固定子卷線ｔ₀ 固定子鉄板の厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者里見博文千葉県柏市篠籠田1400 オリエンタルモーター株式会社内 (72)発明者岡田正千葉県柏市篠籠田1400 オリエンタルモーター株式会社内 (56)参考文献特開昭62−2852（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−116512（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−19959（ＪＰ，Ａ) 特開平７−170716（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−44479（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 41/03 H02K 41/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内周面に沿って配設された複数の突極の
それぞれに、卷線が巻回され、かつ該突極の先端に軸方
向に沿って複数個の固定子小歯が配設された円筒状の固
定子と、該固定子の軸心と同心に、軸受によって軸方向
に移動自在に支持されるとともに、外周面に該軸方向に
沿って複数個の移動子小歯が等ピッチで配設された移動
子とからなる円筒形リニアパルスモータにおいて、前記軸受の軸方向の転動球体の条列数をＮ、前記固定子
突極数をＭとするとき、該固定子突極数がＭ≧Ｎとなる
ように設定され、かつ前記移動子の外周面の、前記固定
子突極間の開口部に対応する位置に、前記軸受の転動球
体の条列に対応して軸方向に沿って複数の凹溝を形成
し、これらの凹溝に前記軸受の転動球体を転動させるた
めの耐摩耗材からなる軌道部材を嵌着させることを特徴
とする円筒形リニアパルスモータ。
【請求項２】前記固定子が、軸方向に配設された一対
の固定子コアと、該一対の固定子相互間に配設され、か
つ軸方向に着磁された永久磁石と、前記固定子コアの軸
方向に並ぶ前記突極相互間に巻回された固定子卷線とで
構成されたことを特徴とする請求項１の円筒形リニアパ
ルスモータ。
【請求項３】前記固定子を構成する一対の固定子コア
のそれぞれは、該固定子コアを形成する固定子鉄板が、
円周方向に、所定角度ずつ順次回転積層して形成される
とともに、該固定子コアのそれぞれは、Ｌを相数、ｊを
正の整数とするとき、ｊＬ枚の固定子鉄板により形成さ
れることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
円筒形リニアパルスモータ。