JP3543148B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を筒状に配列した、筒状の固定子を有するリニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のリニアモータの固定子としては、円筒形に形成された永久磁石を、円筒の軸心方向に磁化させ、その極性が、移動子の移動方向にN−S−S−N−N−S……と、互いに同極性同士が固定子の配列方向において対向する形で直列に配列したものが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この構造は、固定子の組立に際して、永久磁石の同極性同士を対向させる必要があるために強力な反発力が永久磁石に作用し、固定子の円滑な組立が困難になる不都合がある。こうした反発力に抗して固定子を組み立てるために、直列に配列された永久磁石内にロッドを固定子の軸心方向に貫通させ、該ロッドの両側にフランジを設けて、該フランジにより直列に配列された永久磁石を両側から押さえ込んで固定する構造も提案されているが、固定子の構造が複雑化、重量化することは避けられない。
【0004】
本発明は上記事情に鑑み、固定子の組立に際して、磁力の作用を緩和させた形で行うことの出来る、リニアモータを提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、永久磁石が軸心方向に配列された固定子(2)及び、該固定子に対して移動子(3)を、前記軸心(CL1)方向(矢印A、B方向)に、前記固定子と該移動子との間に作用する磁気の相互作用により移動駆動自在に設けたリニアモータ(1)において、
前記固定子は、複数の永久磁石片(9)を環状に配列する(本明細書で、「環状に配列する」とは、各永久磁石片9を固定子2の軸心CL1の周囲を囲む形で配列することを意味し、「各永久磁石片9を全体が円環状となるように配列する」ばかりでなく、「各永久磁石片9を全体が多角形を形成する形で環状に配列する」状態や、「各永久磁石片9を全体が楕円形状を形成する形で環状に配列する」などの態様も含まれる)ことにより形成された磁石列(L1、L2、L3、……)を有し、
前記磁石列は前記軸心方向に所定のピッチ(P2)で複数列配列され、
前記各磁石列(L1、L2、L3、……)を構成する永久磁石片(9)は、複数の永久磁石片からなる複数の磁石グループ(例えば、第1の磁石装着部グループと第2の磁石装着部グループなど)に分かれており、
前記各磁石グループを構成する各永久磁石片(例えば、第1磁石装着部グループを構成する3カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cCにそれぞれ装着されている永久磁石片9と、第2の磁石装着部グループを構成する、3カ所の磁石装着面5cD、5cE、5cFにそれぞれ装着されている永久磁石片9)は、所定のピッチ(P1)で前記軸心(CL1)方向(矢印A、B方向)にずれた形で配置されており、
前記各磁石列を構成する複数の磁石グループは、前記軸心を中心に対称に配置され、
更に、前記互いに対称に配置された各磁石グループを構成するそれぞれの永久磁石片は、前記各磁石グループ間において、前記軸心を中心に、かつ該軸心に沿った方向においても互いに対向する形で対称に配置されていることを特徴として構成される。
【0006】
請求項2の発明は、前記永久磁石片は、前記固定子の内外方向(例えば、図5の矢印DR方向)に磁化されていることを特徴として構成される。
【0007】
請求項3の発明は、周方向に環状に配列された前記永久磁石片間に、該永久磁石片の固定部材(13)が設けられていることを特徴として構成される。
【0008】
請求項4の発明は、請求項3記載のリニアモータにおいて、前記固定部材は、前記永久磁石片の両側面(9c、9c)を挟み込む形で設けられていることを特徴として構成される。
【0009】
請求項5の発明は、請求項4記載のリニアモータにおいて、前記固定部材(13)は、その断面の幅(W1)が、前記軸心(CL1)方向に向けて徐々に狭まった形(例えば、扇形や楔形)に形成されていることを特徴として構成される。
【0010】
請求項6の発明は、請求項2記載のリニアモータにおいて、前記磁石列(L1、L2、L3……)は、互いに隣接する磁石列の外周面における極性が、互いに反対になるように配置(例えば、S−N−S−N−S−N……)されていることを特徴として構成される。
【0011】
請求項7の発明は、前記固定子(2)は棒状の本体(5)を有しており、
前記本体の外周部に前記磁石列(L1、L2、L3、……)を設けて構成される。
【0012】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、磁石列(L1、L2、L3、……)を複数の永久磁石片(9)を環状に配列することから形成したので、各磁石列が複数の永久磁石片9から分割構成されることとなり、組立時に固定子2の軸心CL1方向に隣接する各永久磁石片9相互に作用する磁力をそれだけ小さくすることが出来、組み立て作業を容易に行うことが出来る。
【0013】
請求項2の発明によれば、永久磁石片が、前記固定子の内外方向(例えば、図5の矢印DR方向)に磁化されているので、永久磁石片(9)の磁束は軸心CL1を中心に放射方向(図5矢印DR方向)に発生し、永久磁石片(9)の磁化の方向が固定子軸心CL1方向(矢印A、B方向)の場合(磁束の方向は軸心方向)に比して、組立時に固定子2の軸心CL1方向に隣接する各永久磁石片9相互に作用する磁力の影響を更に小さくすることが出来る。
【0014】
請求項3の発明によれば、固定部材(13)により、永久磁石片(9)の保持が容易となる。
【0015】
請求項4の発明によれば、永久磁石片(9)を該永久磁石片の両側面から挟み込む形で保持することが出来るので、確実な保持が可能となる。
【0016】
請求項5の発明によれば、固定部材の楔作用を利用して、永久磁石片(9)を確実に保持することが出来る。
【0017】
請求項6の発明によれば、互いに隣接する磁石列の外周面における極性は、互いに反対になるように配置(例えば、S−N−S−N−S−N……)されているので、隣接する磁石列間には、反発力が作用することが無く、固定子(2)の組立を容易に行うことが出来る。
【0018】
請求項7の発明によれば、本体(5)を心材として利用した形で永久磁石片(9)の組立が可能となり、組み立て作業を容易に行うことが出来るばかりか、精度の高い組立が可能となる。
【0019】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【0021】
図1は本発明が適用されるリニアモータの一例を示す正断面図、図2は、図1の側断面図、図3は図1のリニアモータの固定子を示す斜視図、図4は、図3の固定子の分解斜視図、図5は図3の固定子の本体部分を示す斜視図、図6は固定子の別の例を示す部分斜視図、図7は、図6の固定子の本体部分を示す斜視図、図8は本発明が適用されるリニアモータの別の例を示す正断面図、図9は、固定子の本体部分周辺における6カ所の磁石装着部の配置態様を示す図である。
【0022】
リニアモータ1は、図1及び図2に示すように、全体が細長い円筒状に形成された固定2及び該固定子2上を固定子2の軸心CL1方向に移動駆動自在に設けられた移動子3を有しており、固定子2は、全体が細長い円筒状に形成された本体部分5を有している。本体部分5は、図5に示すように、内部に中空部6が本体部分5の、従って、固定子2の軸心CL1方向に貫通穿設されており、本体部分5の両側には、キャップ7、7が中空部6を閉塞する形で固着されている。
【0023】
本体部分5は、外周部に磁石装着部5aが形成されており、磁石装着部5aには、軸心CL1方向に所定の間隔L1でスペーサ部5bが帯状に複数形成されている。軸心CL1方向に互いに隣接するスペーサ部5b、5b間には、磁石装着面5cが、60゜ピッチで軸心CL1回りに6カ所、円筒形の本体部分5をその外周表面5d、従って、スペーサ部5b表面から軸心CL1方向に所定深さD1だけ切り込む形でそれぞれ形成されており、同一のスペーサ5bに隣接する前述の6カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cC、5cD、5cE、5cF(図5の図中上部の磁石装着面5cAから時計回りに順次、5cB、5cC、5cD、5cE、5cFと表記するが、各磁石装着面を区別する必要がない場合には、単に磁石装着面5cと表記する)は、図9(A)〜(F)に示すように、周方向に互いに隣接する磁石装着面5cが、互いに位相が軸心CL1方向(矢印A、B方向)にピッチP1だけずれた形で配置されている。
【0024】
また、各磁石装着面5cは軸心CL1方向においては軸心CL1に沿って一列に配列形成されており、本体部分5には、そうした一列に配列された磁石装着面5cが6列、軸心CL1を中心に60°ピッチで配列形成されている。
【0025】
6カ所の磁石装着面5cの内、磁石装着面5cAから図5の時計方向に隣接する、第1の磁石装着部グループとしての3カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cCと、第2の磁石装着部グループとしての、残りの3カ所の磁石装着面5cD、5cE、5cFは、軸心CL1を中心に、該軸心CL1に直交する面上において対称に配置されており、第1の磁石装着部グループの各磁石装着面5cA、5cB、5cCは、図9(A)〜(C)に示すように、互いにピッチP1づつ軸心CL1方向にその位相がずれた形で配置形成されている。
【0026】
また、第2の磁石装着部グループである磁石装着面5cD、5cE、5cFも、同様に、図9(D)〜(F)に示すように、互いにピッチP1づつ軸心CL1方向にその位相がずれた形で配置形成されており、各グループで軸心CL1を中心に互い対向する位置に配置された磁石装着面5cAと5cD、5cBと5cE、5cCと5cFは、その軸心CL1方向における位置が一致した位置に配置されている。即ち、第1の磁石装着部グループとしての3カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cCと、第2の磁石装着部グループとしての、残りの3カ所の磁石装着面5cD、5cE、5cFは、軸心CL1を中心に、該軸心CL1に沿った方向においても対称に配置されている。
【0027】
各磁石装着面5cには、図5に示すように、軸心CL1方向の幅がL1に形成された永久磁石片9が、軸心CL1方向にピッチP2をなす形で一列に接着配置されており、本体部分5の磁石装着面5cには、合計6列の永久磁石片9が軸心CL1に沿って矢印A、B方向に配列されている。各永久磁石片9は、平面状に形成され、磁石装着面5cに対向する形で接着される装着面9aと、その反対側に軸心CL1を中心にした円筒の一部を形成する形で曲面状に形成された外周面9bを有している。永久磁石片9は、当該永久磁石片9を磁石装着面5cに装着した際に、軸心CL1を中心にした放射方向又は、固定子2の内外方向(前述の放射方向も含む)、即ち、図5の矢印DR方向にN極とS極が配置されるように磁化されており、これにより、各永久磁石片9は、装着面9aと外周面9bが互いに異なる極性である、N極又はS極に磁化されている。
【0028】
本体部分5の軸心CL1に沿った、各スペーサ部5bで区切られた6個の磁石装着面5cA、5cB、5cC、5cD、5cE、5cFにそれぞれ配置された6個の永久磁石片9から構成される、円環状の磁石列L1、L2……Ln(n=1、2、…)の、外周面9bにおける極性は、図9に示すように、全て同一となるように配置されており、また互いに軸心CL1方向にスペーサ部5bを介して隣接する磁石列L1、L2……Ln(n=1、2、…)の外周面9bにおける極性は、互いに反対となるように配置されている。
【0029】
これにより、例えば、図9の場合、図中最左方の磁石列L1の各永久磁石片9の外周面9bにおける極性は全てN極であり、該磁石列L1の図中右方に隣接する磁石列L2の各永久磁石片9の外周面9bにおけ極性は全てS極であり、更に該磁石列L2の図中右方に隣接する磁石列L3の各永久磁石片9の外周面9bにおけ極性は全てN極となるように配置されている。従って、固定子は、軸心CL1に沿って、その表面極性が、N−S−N−S−……となるように各磁石列L1、L2、L3……がピッチP2で軸心CL1方向、即ち矢印A、B方向に配置されている。
【0030】
また、本体部分5の周囲の磁石装着面5cのそれぞれに配置された永久磁石片9、9の間のスペーサ部5bには、図4に示すように、各永久磁石片9の外周面9bと同一の曲率でその円弧形状の外周面11aが形成されたスペーサ11がそれぞれ接着配置されており、それら軸心CL1方向に一列に配列された多数の永久磁石片9とスペーサ11の側面9c、11bは、互いに隣接する列間で、図4に示すように、互いに対向して楔状の固定溝12を形成している。固定溝12は、軸心CL1方向に6本、平行に形成されており、該固定溝12の軸心CL1に直角な断面は、軸心CL1方向に向けてその幅W1が徐々に狭まった形で形成されている。
【0031】
各固定溝12には、固定バー13が、ネジなどを介して固着されており、固定バー13は、その断面が固定溝12の断面と整合する形でその幅W1が軸心CL1方向に徐々に狭まった扇形に形成されている。固定バー13は、その全長L1が本体部分5の全長と等しく形成されており、固定バー13を固定溝12に装着固定した場合に、固定子2の本体部分5の全長と一致するように構成されている。
【0032】
また、各固定バー13は。固定溝12に装着されると、その側面13a,13aが固定溝12の側面12a,12aと密着して各永久磁石片9を両側から挟み込み、その楔作用で各固定バー13、13間に配置された永久磁石片9とスペーサ11の、軸心CL1を中心とした放射方向への浮き上がりを確実に防止することが出来る。
【0033】
各固定溝12に固定バー13がぞれぞれ装着固定されると、図3に示すように、固定バー13、スペーサ11及び永久磁石片9の外周部が筒状に連続し、軸心CL1を中心として直径がD1の、円筒形の固定子2の外形を形成する。
【0034】
一方、固定子2には、図1に示すように、固定子2の伸延方向である軸心CL1方向、即ち矢印A、B方向に、図示しない適宜な支持手段を介して移動自在に支持された移動子3が、該移動子3に貫通穿設された固定子貫通穴3aを介して嵌入係合しており、移動子3は工作機械のテーブルなど被駆動対象物15に装着された形となっている。
【0035】
移動子3は、図2に示すように、全体箱状に形成された本体16を有しており、本体16の外周部には、放熱フィン16aが多数形成されている。本体16の内部には円筒状の電機子装着空間16bが形成されており、電機子装着空間16bには、電機子17が、図1及び図2に示すように、固定子2の外周を取り囲み、かつ固定子2の軸心CL1方向に沿った形で、装着配置されている。電機子17は、周囲にコイル20の巻設された多数の鉄心19が軸心CL1方向に、固定子2の磁石列L1、L2……の設置ピッチP2とは異なるピッチP3(P3<P2)で本体16にその基端部を接続した形で配置されており、また、鉄心19は、軸心CL1に対して直角な面においては、図2に示すように、軸心CL1に対して放射状に60゜ピッチで6個づつ設けられている。
【0036】
リニアモータ1は、以上のような構成を有するので、リニアモータ1を駆動する場合には、移動子3の電機子17を構成する各鉄心19のコイル20を、公知の手法で順次励磁し、その際に電機子17と固定子2の間に作用する吸引力と反発力により、移動子3は固定子2の軸心CL1方向に移動駆動され、移動子3に固着された被駆動対象物15も同方向に駆動される。
【0037】
なお、各磁石列L1、L2、L3……の、第1の磁石装着部グループとしての3カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cCと、第2の磁石装着部グループとしての、残りの3カ所の磁石装着面5cD、5cE、5cFは、軸心CL1を中心に、該軸心CL1に直交する面において対称に配置されており、更に、第1の磁石装着部グループとしての3カ所の磁石装着面5cA、5cB、5cCと、第2の磁石装着部グループとしての、残りの3カ所の磁石装着面5cD、5cE、5cFは、軸心CL1を中心に、該軸心CL1に沿った方向においても対称に配置されている。従って、3対の磁石装着面5c、5cが軸心CL1を中心に互いに対向する形で配置されていることとなり、移動子3の電機子17との間に作用する磁気吸引/反発力は、互いに固定子2の両側から圧縮又は引っ張りのどちらかの方向に作用する形となり、固定子2に曲げなどの有害な力が作用することが防止され、好都合である。
【0038】
なお、こうした作用を発揮させるには、各磁石列L1、L2、L3……を構成する永久磁石片9が偶数個(本実施例の場合は6個)、軸心CL1を中心にして、その軸心方向である矢印A、B方向のずれ(ピッチP1)も含めて対称に配置されている必要がある。
【0039】
また、固定子2の組立に際しても、本体部分5の材料として磁性材料を用いることにより、各永久磁石片9を本体部分5の磁石装着面5cに吸着させる形で配置し、接着剤などで固定することが可能となり、極めて簡単に固定子2の組立が可能となる。また、各永久磁石片9の磁化方向が、永久磁石片9を固定子2に装着した際に、該固定子2の軸心CL1を中心にした放射方向にN−Sが位置するように、磁化されている、即ち、各永久磁石片9の装着面9aと外周面9b方向に磁化されているので、互いに軸心CL1方向に隣接する永久磁石片9の極性は、その外周面9bにおいてS−N−S−N−S−Nというように異なる極性の配列となり、反発力が相互に作用することが無く、組立が容易である。
【0040】
更に、各磁石列L1、L2、L3……は、複数の永久磁石片9から構成されるので、各永久磁石片9の磁束の方向を、図5に示すように、装着面9aに直角な方向DRに整列させることが容易であり、磁束の方向に乱れのない均一な磁石列を形成することが出来る。
【0041】
なお、固定子2の本体部分5としては、図5に示すような円筒の外周表面5dを削り込む形で磁石列L1、L2、L3、……を形成する代わりに、図7に示すように、6角形などの多角柱形状に本体部分5を形成して、6本(何本でもよい)の帯状の磁石装着面5cを形成し、ぞれぞれの磁石装着面5cに、図6に示すように、多数の永久磁石片9をスペーサ11を介してS−N−S−N−S−Nのように配置装着して、同様に固定バー13により、図3と同様に形成することも可能である。
【0042】
また、固定子2の本体部分5は、必ずしも、一体的に形成されている必要はなく、軸心CL1方向や放射方向に分割形成されていても良い。更に、本体部分5は必ずしも必要ではなく、各永久磁石片9を環状に配列して磁石列を構成し、該磁石列を軸心CL1方向に配列することが出来る限り、各永久磁石片9相互を接着したり、樹脂で固めたりして、構成することも可能である。
【0043】
更に、複数の永久磁石片9から構成される磁石列の磁化の方向は、必ずしも固定子の内外方向(例えば、図5の矢印DR方向)である必要はなく、固定子2の軸心CL1方向に磁化させる形でもよい。この場合、軸心CL1方向に隣接する各永久磁石片9相互間に反発力などの磁力が作用する場合もあるが、各磁石列は複数の永久磁石片9から分割構成されるので、個々の永久磁石片9に作用する反発力を小さくすることが出来、それだけ組立も容易となる。
【0044】
更に、図8に示すように、各磁石列L1、L2、L3……を、それぞれ1個の円筒型に形成された環状永久磁石21から形成し、該環状永久磁石21の軸心CL1方向両側の接続面21d、21dを、軸心CL1対して斜めに形成すると共に、互いに隣接する環状永久磁石21、21間に、同一の傾斜角度を有する接続面22a、22aが形成されたスペーサ22を配置して、全体筒状に形成された固定子2を形成することも可能である。この場合、各環状永久磁石21は、移動子3の軸心CL1方向に対して斜めに配置された形となっている。また、この場合でも、各環状永久磁石21の磁化の方向は、各環状永久磁石21の内側、即ち軸心CL1側と、外側、即ち固定子外周側2aを結ぶ放射方向又は内外方向に磁化されて、固定子2全体としては、固定子外周側2aの表面極性がS−N−S−N−S−N−Sと成っている。
【0045】
上述の実施例は、固定子を断面が略円形で、全体が筒状となるように形成したが、固定子の断面形状は円筒形に限らず、3角形、4角形、6角形、8角形などの多角形形状でも、更には楕円形状でもよい。固定子の断面形状を多角形状にした場合、永久磁石片9は、図5に示すように、移動子3の電機子17と対向する外周面9bを円弧状に形成する必要が無く、永久磁石片9の加工が容易となる。この場合、各磁石列(L1、L2、L3、……)を構成する永久磁石片9は、固定子2の外形を形成する形で、多角形の環状に配列されることとなる。また、固定子は全体が、棒状で有れば、中空棒状でなくてもよく、中空部6を無くして中実棒状に形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明が適用されるリニアモータの一例を示す正断面図である。
【図2】図2は、図1の側断面図である。
【図3】図3は図1のリニアモータの固定子を示す斜視図である。
【図4】図4は、図3の固定子の分解斜視図である。
【図5】図5は図3の固定子の本体部分を示す斜視図である。
【図6】図6は固定子の別の例を示す部分斜視図である。
【図7】図7は、図6の固定子の本体部分を示す斜視図である。
【図8】図8は本発明が適用されるリニアモータの別の例を示す正断面図である。
【図9】図9は、固定子の本体部分周辺における6カ所の磁石装着部の配置態様を示す図である。
【符号の説明】1……リニアモータ2……固定子3……移動子5……本体(本体部分)
5a……磁石装着部
9……永久磁石片
9c……側面
13……固定部材(固定バー)
21……環状永久磁石
L1、L2、L3……磁石列
P1……ずれ(ピッチ)
P2……ピッチ
W1……幅
CL1……軸心
Claims (7)
- 永久磁石が軸心方向に配列された固定子及び、該固定子に対して移動子を、前記軸心方向に、前記固定子と該移動子との間に作用する磁気の相互作用により移動駆動自在に設けたリニアモータにおいて、
前記固定子は、複数の永久磁石片を環状に配列することにより形成された磁石列を有し、
前記磁石列は前記軸心方向に所定のピッチで複数列配列され、
前記各磁石列を構成する永久磁石片は、複数の永久磁石片からなる複数の磁石グループに分かれており、
前記各磁石グループを構成する各永久磁石片は、所定のピッチで前記軸心方向にずれた形で配置されており、
前記各磁石列を構成する複数の磁石グループは、前記軸心を中心に対称に配置され、
更に、前記互いに対称に配置された各磁石グループを構成するそれぞれの永久磁石片は、前記各磁石グループ間において、前記軸心を中心に、かつ該軸心に沿った方向においても互いに対向する形で対称に配置されていることを特徴とする、
リニアモータ。 - 前記永久磁石片は、前記固定子の内外方向に磁化されていることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 周方向に環状に配列された前記永久磁石片間に、該永久磁石片の固定部材が設けられていることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 前記固定部材は、前記永久磁石片の両側面を挟み込む形で設けられていることを特徴とする、請求項3記載のリニアモータ。
- 前記固定部材は、その断面の幅が、前記軸心方向に向けて徐々に狭まった形に形成されていることを特徴とする、請求項4記載のリニアモータ。
- 前記磁石列は、互いに隣接する磁石列の外周面における極性が、互いに反対になるように配置されていることを特徴とする、請求項2記載のリニアモータ。
- 前記固定子は棒状の本体を有しており、
前記本体の外周部に前記磁石列を設けて構成した、請求項1記載のリニアモータ。
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