JP3127259B2 - リニアモータおよびこれを利用した装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リニアモータ、
例えば、フィードバー駆動装置に利用するのに適してい
るリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】トランファプレスのフィードバーをリニ
アモータによって駆動する場合、リニアモータの電機子
および界磁のいずれかをプレスの固定部分または可動部
分に取付けるかによって、つぎの３つのケースが考えら
れる。

【０００３】図１５(a)に示すように、電機子201を固定
側とし、界磁202を可動側とするケースにおいて、リニ
アモータのストロークをＬとし電機子201の長さをＬ'と
すると、界磁202の長さはＬ＋Ｌ'となり、界磁202のモ
ータがしめる長さは２Ｌ＋Ｌ'となる。

【０００４】図１５(b)には、電機子203を可動側とし、
界磁204を固定側とするケースが示されている。このケ
ースでは電機子203のモータがしめる長さはＬ＋Ｌ'で済
む。(a)と(b)を比較すると、モータがしめる長さの点で
は、(b)は(a)より短いので、有利である。リニアモータ
をプレスに装備する場合、往々にして、リニアモータは
ボックス状ハウジングに収納された状態で、ハウジング
がプレスフレームに片持状態で取付けられることが多
い。このような場合、リニアモータのしめる長さが長い
と、振動問題が発生する可能性が高くなる。一方、この
ケースでは給電ケーブルをフレキシブルなものとして可
動させる必要があり、高速反転繰り返し動作させる間
に、給電ケーブルの振動が原因と考えられる誤動作をす
ることがある。

【０００５】図１５(c)には、２つの電機子205,206を直
列に接続して、これを固定側とし、界磁207を可動側と
するケースが示されている。このケースでは、界磁207
の長さをＬ'にすると、(a)および(b)と同じ推力が得ら
れ、そのモーターがしめる長さはＬ＋Ｌ'で済み、給電
ケーブルを可動させる必要がないから、上記の２つのい
ずれのケースよりも有利である。

【０００６】上記において、２つの電機子を機械的直列
に接続して用いる理由は、２つの電機子に相当する長さ
をもつ電機子を製造することが困難であるからである。

【０００７】２つの電機子を接続した場合の結線状態の
１例が図１６に示されている。２つの電機子は、同一の
もので、９スロット、２極タイプのものである。巻線の
巻き方は、いわゆる全節巻きと称されるもので、連続す
る４つのスロットにわたって１つのコイルを形成するよ
うに巻かれている。

【０００８】右側の電機子を見ると、右から順に、Ｕ
相、逆Ｖ相、Ｗ相、逆Ｕ相、Ｖ相および逆Ｗ相巻線が形
成されている。本発明では、Ｕ相巻線と逆Ｕ相巻線は、
巻き方向が互いに逆であるものを指す。これらと同じよ
うに、各相巻線が左側の電機子にも形成されている。２
つの電機子の各相巻線において、Ｕ相巻線が外部結線21
1により、Ｖ相巻線が外部結線212により、Ｗ相巻線が外
部結線213によりそれぞれ接続されている。

【０００９】２つの電機子を上記の通り接続すると、界
磁のＮＳの極ピッチおよび電機子のＵ相巻線と逆Ｕ相巻
線、Ｖ相巻線と逆Ｖ相巻線、Ｗ相巻線と逆Ｗ相巻線の極
ピッチをＰとし、モータとして推力を得るように、界磁
が作る極ピッチと２つの電機子が作る極ピッチを相対さ
せるためには、２つの電機子の相対する端部を挟む最接
近の両スロットの間隔が、４Ｐ／３となる。同両スロッ
トの間隔は２つの電機子の間隔に対応するものであり、
２つの電機子の間隔が大きくなると、リニアモータの全
長が長くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記事情に鑑み、全長を可及的に短くできるリニアモータ
およびこれを利用した搬送を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明によるリニアモ
ータは、電機子および界磁よりなり、電機子が、直列に
並べられかつ９以上のスロットをそれぞれ有する複数の
鉄心と、各鉄心において２以上のＵ相、Ｖ相およびＷ相
の極をそれぞれ形成しかつ各極を形成する巻線が連続し
て並んだ４つのスロットにわたってコイル状に巻かれた
Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の極を形成する巻線とによって構
成されており、各鉄心においてＵ相、Ｖ相およびＷ相の
３つの極を形成する巻線よりなるグループが２以上形成
されており、隣り合う鉄心の相対する端部を挟んで対称
な位置にある２つのグループ同士のＵ相、Ｖ相およびＷ
相の極を形成する巻線の巻き方向が、Ｕ相、Ｖ相および
Ｗ相の極の全ての極において同一方向であり、隣り合う
鉄心の相対する端部を挟む最接近の２つのスロットの間
隔が、界磁のＮＳピッチの１／３であり、界磁が、 永久
磁石によって構成されているものである。

【００１２】この発明によるリニアモータでは、全長が
可及的に短くなされている。

【００１３】さらに、電機子が、プレスフレームに固定
され、界磁が、フィードバーに固定されていると、振動
によるトラブルを防止でき、可動部分が小さくて可動重
量が小さいので、稼働頻度が多い時電気消費量が少なく
て済む。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明による実施の形態を図１
〜図１４を参照してつぎに説明する。

【００１５】まず、リニアモータを説明する前に、これ
を装備したトランスファプレスについて、図１〜図４を
参照しながら説明する。

【００１６】以下の説明において、前後とは、図１を基
準として、図１の右側を前、これと反対側を後といい、
左右とは、後方より見て、その左右の側を左右というも
のとする。

【００１７】トランスファプレスは、前後方向にのびた
左右一対のフィードバー11と、両フィードバー11の前後
両端近くの下方にそれぞれ配備されかつ両フィードバー
11をそれぞれ左右動および上下動させる左右一対ずつの
前および後クランプ・リフトユニット12と、両フィード
バー11がそれぞれの上下および左右方向の移動は自由と
するが、前後方向の移動は拘束されるように連結されて
いる左右一対のフィードキャリヤ13と、両フィードバー
11の後端とフィードキャリヤ13をそれぞれ連結している
左右一対のＬ字状連結部材14と、図示しないプレス本体
に後方突出状に設けられかつフィードキャリヤ13を前後
動自在に吊下げている左右一対のブラケット15と、フィ
ードキャリヤ13を前後動をさせる左右一対のフィードユ
ニット16とを備えている。

【００１８】左右のフィードバー11、クランプ・リフト
ユニット12、フィードキャリヤ13、連結部材14、ブラケ
ット15およびフィードユニット16は、同一のものであ
る。

【００１９】フィドバー11下面のクランプ・リフトユニ
ット配備箇所には、前後方向にのびた前後の水平フィー
ドガイドレール21が設けられている。フィードバー11の
後端面には、垂直ガイド溝付リフトガイド部材22が設け
られている。

【００２０】クランプ・リフトユニット12は、頂壁に左
右方向にのびたスリット31を有する箱形ケーシング32
と、スリット31に通されてその上方に突出させられてい
る作動ロッド33とを備えている。ケーシング32内には図
示しない駆動機構が収められている。駆動機構は、ロー
タリモータによって駆動される周知のものである。駆動
機構により、作動ロッド33が左右動および上下動させら
れる。作動ロッド33の先端には、フィードガイドレール
21にはめ合わされた垂直ガイド溝付フィードガイド部材
34が取付けられている。作動ロッド33の左右動および上
下動により、フィードバー11がクランプ動作およびリフ
ト動作させられる。

【００２１】フィードキャリヤ13の上面左右方向中央部
にはモータ取付用凸条41が設けられるとともに、その両
側に、互いに平行に前後方向にのびた一対のガイド溝付
モータガイド部材42が設けられている。フィードキャリ
ヤ13の下面には、互いに平行に左右方向にのびた前後一
対のクランプガイドレール43が設けられている。

【００２２】連結部材14の後面には、リフトガイド部材
22にはめ入れられたリフトガイドレール51が設けられて
いる。連結部材14の上面には、クランプガイドレール43
をはめ入れたガイド溝付クランプガイド部材52が設けら
れている。

【００２３】ブラケット15の下面には、モータ取付用凸
条41を左右方向に間隔をおいてはめ入れた前後方向にの
びた両端開放モータ収容凹所61が設けられるとともに、
その開口縁部に、モータガイド部材42にはめ入れられた
左右一対のモータガイドレール62が設けられている。

【００２４】フィードユニット16は、フィード用同期式
リニアモータ71によって構成されている。リニアモータ
71は、固定部分である一対のコイル板72と、移動部分で
ある一対のマグネット板73とを有している。両コイル板
72は、モータ収容凹所61の相対する側面に垂直に固定さ
れている。両マグネット板73は、モータ取付用凸条41の
反対向きの側面に垂直に固定されている。

【００２５】コイル板72に移動磁界が生じるように電流
を流すと、これに吸引・反発される力を受けてマグネッ
ト板73が移動する。マグネット板73とともにフィドキャ
リヤ13が移動させられ、これにより、フィードバー11が
フィード動作をさせられる。フィード動作中において、
クランプ・リフトユニット12によるフィードバー11のク
ランプ動作はクランプガイド部材43およびクランプガイ
ドレール52により、そのリフト動作はリフトガイド部材
22およびリフトガイドレール51によりそれぞれキャンセ
ルされる。

【００２６】上記の例では、フィードバーのフィード動
作のためだけにリニアモータを利用しているが、フィー
ドバーのクランプ動作およびリフト動作を行うためにリ
ニアモータを利用してもよい。

【００２７】つぎに、リニアモータを詳細に説明する。

【００２８】コイル板72には、図５〜図７に示す電機子
101が装備されている。電機子101は、左右方向に直列に
並べられた２つの右鉄心111および左鉄心112と、これら
鉄心111,112にそれぞれ直列配線されたＵ相、Ｖ相およ
びＷ相の巻線113,114,115とよりなる。

【００２９】両鉄心111,112は、９つずつのスロット12
1,122を有している。右側の鉄心111の左端のスロット12
1と、左側の鉄心112の右端のスロット122との間隔は、
極ピッチＰの１／３となっている。巻線113,114,115
は、連続する４つのスロット121,122にわたってコイル
状に巻かれ、１つの極を形成する、いわゆる全節巻きの
ものである。

【００３０】図５に、Ｕ相の巻線113が示されている。
右側の鉄心111では、右から数えて、１番目のスロット1
21から４番目のスロット121にかけて１つのコイル131が
形成され、４番目のスロット121から７番目のスロット1
21にかけて１つのコイル132が形成されている。手前側
から見て、右側のコイル131の巻き方は時計方向であ
り、左側のコイル132の巻き方は反時計方向である。右
側のコイル131と左側のコイル132は、右内部結線133に
よって接続されている。左側の鉄心112では、右側の鉄
心111と同様に、右から数えて、１番目のスロット122か
ら４番目のスロット122にかけて１つのコイル134が形成
され、４番目から７番目のスロット122にかけて１つの
コイル135が形成されている。左側の鉄心のコイル134,1
35の巻き方は、右側の鉄心111の場合とは逆であり、手
前側から見て、右側のコイル134の巻き方は反時計方向
であり、左側のコイル135の巻き方は時計方向である。
右側のコイル134と左側のコイル135は、左内部結線136
によって接続されている。右側の鉄心111の左側のコイ
ル132と左側の鉄心112の右側のコイル134は、両鉄心11
1,112の連結端部をまたいだ外部結線137によって接続さ
れている。

【００３１】図６にはＶ相の巻線114が示されている。
左右の鉄心111,112において、巻線114は２番目のスロッ
ト121,122から始まり、８番目のスロット121,122で終わ
っている。右側の鉄心111の右側のコイル141の巻き方は
反時計方向、左側のコイル142の巻き方は時計方向であ
る。左側の鉄心112では右側のコイル144 よび左側のコ
イル145の巻き方向は、ともに右側の鉄心111のものとは
逆である。各コイル141,142,144,145は、対応するもの
どうし、内部結線143,146および外部結線147によって接
続されている。

【００３２】Ｗ相の巻線115の巻き方が図７に示されて
いる。左右の鉄心111,112ともに、巻線115は３番目のス
ロット121,122から９番目のスロット121,122にわたって
いる。右側の鉄心111のコイル151,152の巻き方向および
左側の鉄心112のコイル154,155の巻き方向は、Ｕ相の場
合と同様である。同じく、各コイルには内部結線153,15
6および外部結線157が施されている。

【００３３】Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線113,114,115
をまとめたものが図８に模式的に示されている。なお、
図８には、外部結線137,147,157 があわせて示されてい
る。右側の鉄心111 には、右から順次、Ｕ相、逆Ｖ相、
Ｗ相、逆Ｕ相、Ｖ相および逆Ｗ相巻線が形成されてい
る。左側の鉄心112 には、右側の鉄心111 の相が逆転さ
れて、逆Ｕ相、Ｖ相、逆Ｗ相、Ｕ相、逆Ｖ相およびＷ相
巻線が形成されている。ここで、右側の鉄心111 の左３
つの相と、左側の鉄心112 の右３つの相に着目すると、
３つずつの相は、いずれも、逆Ｕ相、Ｖ相および逆Ｗ相
となっており、このことは、右側の鉄心111 の左３つの
相をそれぞれ形成するコイルの巻き方向と左側の鉄心11
2 の右３つの相をそれぞれ形成するコイルの巻き方向と
は、同一方向であることを意味している。

【００３４】図９に、電機子の変形例を示す。この変形
例では、右側の鉄心111の左端のスロットと、左側の鉄
心112の右端のスロットとのピッチは、極ピッチＰの２
／３となっている。右側の鉄心111には、図８に示す場
合と同様に、右から順次、Ｕ相、逆Ｖ相、Ｗ相、逆Ｕ
相、Ｖ相および逆Ｗ相巻線が形成されている。左側の鉄
心112には、右から順次、Ｖ相、逆Ｗ相、Ｕ相、逆Ｖ
相、Ｗ相および逆Ｕ相巻線が形成されている。図８の場
合と同様に、右側の鉄心111の左３つの相と、左側の鉄
心112の右３つの相に着目すると、Ｖ相およびＷ相は正
逆同一であるが、Ｕ相だけは正逆が逆になっている。こ
のことは、右および左の鉄心のＶ相およびＷ相巻線のコ
イルの巻き方向は、同一であるが、Ｕ相巻線のコイルの
巻き方向は逆であることを意味する。

【００３５】図１０に、電機子の他の変形例を示す。こ
の変形例では、右側の鉄心111の左端のスロットと、左
側の鉄心112の右端のスロットとのピッチは、極ピッチ
Ｐの３／３となっている。右側の鉄心111には、上記２
つの場合と同様に、右から順次、Ｕ相、逆Ｖ相、Ｗ相、
逆Ｕ相、Ｖ相および逆Ｗ相巻線が形成されている。左側
の鉄心112の相の順は、逆Ｗ相、Ｕ相、逆Ｖ相、Ｗ相、
逆Ｕ相およびＶ相である。右側の鉄心111の左３つの逆
Ｕ相、Ｖ相および逆Ｗ相と同じなのは、左側の鉄心122
では逆Ｗ相だけである。右および左の鉄心111,112のＷ
相巻線のコイルの巻き方向だけが同一であり、Ｕ相およ
びＶ相巻線のコイルの巻き方向は逆である。

【００３６】以上は、全節巻きの場合について説明し
た。つぎに、歯巻きの場合を説明する。

【００３７】ここで、界磁のＮＳの極ピッチをＰとす
る。歯巻きでは隣り合う２つのスロットに巻かれた巻線
163、164、165によって２つの極が形成される。１つの
鉄心に２つの極を形成する場合、必要なスロットの数は
４となる。

【００３８】図１１、図１２および図１３は、右および
左の鉄心161、162の３つずつの相を見ると、各相の巻線
の方向は同一である。また、同両鉄心の巻線は、Ｕ相の
次はＶ相、Ｖ相の次はＷ相、Ｗ相の次はＵ相となるよう
に、この順番を損ねることなく循環して繰り返し配置さ
れる。

【００３９】図１１は、右側の鉄心161の左端のスロッ
トと、左側の鉄心162の右側のスロットとの間隔が、２
Ｐ／３である例を示すものである。隣り合い鉄心161と1
62の巻線は、同両鉄心の間に実際には存在しない１つの
巻線が存在するものと仮定し、鉄心161から鉄心162まで
連続し、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を循環して繰り返し配置
される。

【００４０】図１２は、右側の鉄心161の左端のスロッ
トと、左側の鉄心162の右側のスロットとの間隔が、４
Ｐ／３である例を示すものである。隣り合う鉄心161と1
62の巻線は、同両鉄心の間に実際には存在しない２つの
巻線が存在するものと仮定し、鉄心161から鉄心162まで
連続して、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を循環して繰り返し配
置される。

【００４１】図１３は、右側の鉄心161の左端のスロッ
トと、左側の鉄心162の右側のスロットとの間隔が、６
Ｐ／３である例を示すものである。隣り合い鉄心161と1
62の巻線は、同両鉄心の間に実際には存在しない３つの
巻線が存在するものと仮定し、鉄心161から鉄心162まで
連続して、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を循環して繰り返し配
置される。

【００４２】図１４は、マグネット板73を示すものであ
る。マグネット板73には３つのマグネット171,172,173
が一列に並んで装備されている。隣り合うマグネットの
ピッチは、極ピッチＰに等しい。３つのマグネット171,
172,173は、電機子と相対する上面側をＮ極、Ｓ極およ
びＮ極としている。

【００４３】

【他の実施例】図５において、右側の鉄心111の端子113
aに流れ込む電流と左側の鉄心112の端子113bに流れ込む
電流は同じであるので、別々の電源から電流を供給して
もかまわない。

【００４４】図６において、右側の鉄心111の端子114a
に流れ込む電流と左側の鉄心112の端子114bに流れ込む
電流は同じであるが、別々の電源から電流を供給しても
かまわない。

【００４５】図７において、右側の鉄心111の端子115a
に流れ込む電流と左側の鉄心112の端子115bに流れ込む
電流は同じであるので、別々の電源から電流を供給して
もかまわない。

【００４６】図８、図９および図１０の右側の鉄心111
は９スロットであるが、９＋３ｎ（ここで、ｎ＝０、
１、２、・・・）スロットでもかまわない。

【００４７】図８、図９および図１０の左側の鉄心112
は９スロットであるが、９＋３ｎ（ここで、ｎ＝０、
１、２、・・・）スロットでもかまわない。

【００４８】歯巻きの場合も、全節巻と同様に、右側の
鉄心161 と左側の鉄心162 に流れ込む電流は同じである
ので、別々の電源か電流を供給してもかまわない。

【００４９】図１１、図１２および図１３の右側の鉄心
161 は４スロットであるが、４＋３ｎ（ここで、ｎ＝
０、１、２、・・・）スロットでもかまわない。

【００５０】図１１、図１２および図１３の右側の鉄心
162 は４スロットであるが、４＋３ｎ（ここで、ｎ＝
０、１、２、・・・）スロットでもかまわない。

【００５１】図１４において、マグネット板73に装着さ
れているマグネットは171、172、173の３個であるが、
Ｎ極のマグネットとＳ極のマグネットが極ピッチＰで交
互に配置されているならば、３＋ｎ（ここで、ｎ＝０、
１、２、・・・）個でもかまわない。

【００５２】図５、図６、図７、図８、図９、図１０、
図１１、図１２および図１３は、２つの鉄心を直列に並
べているが、複数の鉄心を直列に並べてもかまわない。

【００５３】図５、図６、図７、図８、図９、図１０、
図１１、図１２および図１３の巻線は集中巻きである
が、分布巻きでもかまわない。

【００５４】図５、図６、図７、図８、図９および図１
０の巻線は全節巻きであるが、短節巻きでもかまわな
い。

【００５５】図５、図６、図７および図８の隣り合う鉄
心の相対する端部を挾む最接近の両スロットの間隔は、
それぞれ界磁のＮＳの極ピッチの１／３、２／３および
３／３であるが、ｎ／３（ここで、ｎ＝４、５、６、・
・・）でもかまわない。

【００５６】図１１、図１２および図１３の隣り合う鉄
心の相対する端部を挾む最接近の両スロットの間隔は、
界磁のＮＳの極ピッチの２／３、４／３および６／３で
あるが、２ｎ／３（ここで、ｎ＝４、５、６、・・・）
でもかまわない。

【００５７】

【発明の効果】この発明によれば、振動に強くリニアモ
ータの全長を短くすることができる。しかも、全長の短
いリニアモータおよびこれを利用するフィードバー駆動
装置を安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるリニアモータを利用したフィー
ドバー駆動装置の平面図である。

【図２】同装置の側面図である。

【図３】図２のIII ーIII 線にそう垂直横断面図であ
る。

【図４】同装置の要部斜視図である。

【図５】同リニアモータの電機子のＵ相結線説明図であ
る。

【図６】同Ｖ相結線説明図である。

【図７】同Ｗ相結線説明図である。

【図８】図５〜図７に示した場合と対応する全節巻きの
場合の電機子の結線説明図である。

【図９】同電機子の変形例を示す結線説明図である。

【図１０】同電機子の他の変形例を示す結線説明図であ
る。

【図１１】同電機子の歯巻きの場合を示す結線説明図で
ある。

【図１２】同電機子の歯巻きの場合の変形例を示す結線
説明図である。

【図１３】同電機子の歯巻きの場合の他の変形例を示す
結線説明図である。

【図１４】同リニアモータを構成するマグネット板の斜
視図である。

【図１５】リニアモータの装備の仕方を示す説明図であ
る。

【図１６】従来のリニアモータの結線説明図である。

【符号の説明】

11 フィードバー 72 コイル板 73 マグネット板 101 電機子 111 鉄心 112 鉄心 113 Ｕ相巻線 113a Ｕ相巻線端子 113b Ｕ相巻線端子 114 Ｖ相巻線 114a Ｖ相巻線端子 114b Ｖ相巻線端子 115 Ｗ相巻線 115a Ｗ相巻線端子 115b Ｗ相巻線端子 Ｐ 極ピッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 允忠 福井県坂井郡金津町自由ヶ丘１丁目８番 28号 福井機械株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−85683（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−6604（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 41/02 - 41/035

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子および界磁よりなり、電機子が、
   直列に並べられかつ９以上のスロットをそれぞれ有する
   複数の鉄心と、各鉄心において２以上のＵ相、Ｖ相およ
   びＷ相の極をそれぞれ形成しかつ各極を形成する巻線が
   連続して並んだ４つのスロットにわたってコイル状に巻
   かれたＵ相、Ｖ相およびＷ相の極を形成する巻線とによ
   って構成されており、各鉄心においてＵ相、Ｖ相および
   Ｗ相の３つの極を形成する巻線よりなるグループが２以
   上形成されており、隣り合う鉄心の相対する端部を挟ん
   で対称な位置にある２つのグループ同士のＵ相、Ｖ相お
   よびＷ相の極を形成する巻線の巻き方向が、Ｕ相、Ｖ相
   およびＷ相の極の全ての極において同一方向であり、隣
   り合う鉄心の相対する端部を挟む最接近の２つのスロッ
   トの間隔が、界磁のＮＳピッチの１／３であり、界磁
   が、永久磁石によって構成されているリニアモータ。
2. 【請求項２】 電機子が、プレスフレームに固定され、
   界磁が、フィードバーに固定されている請求項１に記載
   のフィードバー駆動装置。