JP3681826B2

JP3681826B2 - 単極形リニア直流モータ

Info

Publication number: JP3681826B2
Application number: JP20641896A
Authority: JP
Inventors: 優一森木
Original assignee: 株式会社エフテム
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JPH1042539A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種ＯＡ機器、各種光学機器および各種測定機器等において、振動および推力変動を嫌う各種移動部の駆動の用に供され、脈動の無い推力の発生、大推力化、小型化、軽量化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を可能とする単極形リニア直流モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の単極形リニア直流モータの構造および動作を、図１に示す断面図と、図２に示す推力特性図とにより説明する。
【０００３】
一般に、単極形リニア直流モータは、脈動を伴わ無い推力を発生し得る唯一のリニア・モータであり、可動子の軽量化を可能とする優れた応答性を有するリニア・モータであり、各種位置検出装置を装着してサーボ制御することにより推力および速度の広範囲の制御と、停止位置の高精度の制御とを可能とし、振動および推力変動を嫌う負荷と、広範囲の速度での運転を必要とする負荷とに対応し得る唯一のリニア・アクチュエータである。
【０００４】
図１に示す従来の単極形リニア直流モータは、二つの閉磁路３１、３２を形成し、空間２１の矢印Ａ方向の端部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲に同方向の磁界を形成する固定子１と、固定子１の一部に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２よりなる可動子１１とにより構成される。
【０００５】
固定子１は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第１のヨーク２および平板状をなす第２のヨーク３と、第１のヨーク２および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部を機械的かつ磁気的に接続する第３のヨーク４ａと、第１のヨーク２および第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部を機械的かつ磁気的に接続する第３のヨーク４ｂと、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される平板状をなす第１の永久磁石２５とを主に構成され、第１のヨーク２、第２のヨーク３および第１の永久磁石２５のそれぞれの相対面と、第３のヨーク４ａおよび第３のヨーク４ｂのそれぞれの相対面とは空間２１を構成する。
【０００６】
固定子１は、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲、第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲、第３のヨーク４ａおよび第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して第１の永久磁石２５の矢印Ａ方向の端部から中央部までのＳ極の極性を有する磁極面に至る第１の閉磁路３１を形成し、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲、第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲、第３のヨーク４ｂおよび第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して第１の永久磁石２５の矢印Ｂ方向の端部から中央部までのＳ極の極性を有する磁極面に至る第２の閉磁路３２を形成する。
【０００７】
固定子１は、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の永久磁石２５への相対面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【０００８】
可動子１１は、第１のヨーク２の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置され、第１の巻線１２に図示の方向に所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２に図示と異なる方向に所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【０００９】
図２は、図１に示す従来の単極形リニア直流モータのストロークｘ［ｍｍ］を１００［ｍｍ］に設定した際の推力特性図である。
【００１０】
曲線Ａは第１の巻線１２にＩ［Ａ］の電流を流した際の推力特性であり、曲線Ｂは第１の巻線１２に２×Ｉ［Ａ］の電流を流した際の推力特性であり、曲線Ｃは第１の巻線１２に３×Ｉ［Ａ］の電流を流した際の推力特性である。
【００１１】
一般に、従来の単極形リニア直流モータの推力は、第１の巻線１２に鎖交する第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第１の巻線１２に鎖交する第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２に流れる電流とに比例して増加する。
【００１２】
即ち、従来の単極形リニア直流モータの大推力化は、第１の巻線１２に鎖交する磁束の増加、第１の巻線１２の巻数の増加あるいは第１の巻線１２に流れる電流の増加により可能になる。
【００１３】
一般に、第１の巻線１２に鎖交する磁束の増加は、第１の永久磁石２５の体積の増加により図られ、固定子１の大型化、大重量化および高価格化等の問題点を有し、第１の巻線１２の巻数の増加は、可動子１１の大型化、大重量化、応答性の悪化およびストロークの減少等の問題点を有するため、従来の単極形リニア直流モータの大推力化は、第１の巻線１２に流れる電流の増加により対処されている。
【００１４】
第１の巻線１２に流れる電流の増加は、第１の巻線１２の周囲に発生する磁界の傾斜を大きくし、固定子１が空間２１内に形成する磁界の分布に傾斜を与え、図２に示す推力特性の曲線Ｂおよび曲線Ｃに示す様に、全ストロークに対する推力変動を大きくするという問題点を有するものである。
【００１５】
従来の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化は、第１の永久磁石２５の体積の増加と、第１のヨーク２、第２のヨーク３、第３のヨーク４ａおよび第３のヨーク４ｂの断面積の増加とにより可能になる。しかし、固定子１の大型化、大重量化、高価格化および漏洩磁束の増加等の問題点を有し、漏洩磁束の増加に伴い第１の巻線１２を鎖交する磁束が減少し、推力が減少するという問題点を有するものである。
【００１６】
更にストロークを長く設定した際、固定子１の形成する第１の閉磁路３１および第２の閉磁路３２が固定子１の両端部へ集中し、空間２１内の中央部における磁界を減少させ、第１の巻線に鎖交する磁束を減少させる。即ち、可動子１１が空間２１の中央部に位置した際、推力が極めて小さくなるという問題点を有するものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、従来の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化と、全ストロークに対する推力変動の減少と、大推力化とを共に実現することが困難である点である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
従来の単極形リニア直流モータに、固定子１が構成する空間２１の中央部から一方の端部までの範囲を構成する固定子１の構成部材に第２の巻線を巻装し、固定子１が構成する空間２１の中央部から他方の端部までの範囲を構成する固定子１の構成部材に第３の巻線を巻装し、第１のヨーク２および第２のヨーク３の両端部に永久磁石を主に構成される起磁力発生部材をそれぞれ装着することを最も主要な特徴とし、ロング・ストローク化、全ストロークに対する推力変動の減少および大推力化という目的を極めて簡単に実現した。
【００１９】
【実施例】
次に、図３および図６ないし図１２に示す実施例と、図４および図５に示す推力特性図とに基づいて、本発明の単極形リニア直流モータの構造および動作を説明する。
【００２０】
図３は、本発明の単極形リニア直流モータの第１の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００２１】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第１のヨーク２および平板状をなす第２のヨーク３と、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に装着される第１の起磁力発生部材１５と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される第２の起磁力発生部材１６と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される第３の起磁力発生部材１７と、空間２１の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第２の巻線７と、空間２１の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第３の巻線８とを主に構成される。
【００２２】
尚、空間２１は、第１のヨーク２、第２の巻線７、第３の巻線８、第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５のそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６および第３の起磁力発生部材１７のそれぞれの相対面とにより構成される。
【００２３】
第１の起磁力発生部材１５は、第１の永久磁石２５により構成され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される。第２の起磁力発生部材１６は、第２の永久磁石２６により構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。第３の起磁力発生部材１７は、第３の永久磁石２７により構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００２４】
固定子１は、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲、第２の巻線７の空間２１を構成する部分および第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面から、第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲に至る第１の閉磁路３１を形成し、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲、第３の巻線８の空間２１を構成する部分および第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面から、第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲に至る第２の閉磁路３２を形成する。
【００２５】
固定子１は、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の永久磁石２５への相対面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００２６】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第１のヨーク２と、第２の巻線７あるいは第３の巻線８との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００２７】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００２８】
図４は、図３に示す本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図であり、曲線Ｅはストロークｘ［ｍｍ］を１００［ｍｍ］に設定した際の推力特性を示し、点線で示す曲線Ｄは可動子１１を構成する第１の巻線１２のみに図示の方向に所定の電流を流した際の推力特性を示し、曲線Ａおよび曲線Ｃは図２に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性図の曲線Ａおよび曲線Ｃを示す。
【００２９】
図５は、図３に示す本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図であり、曲線Ｇはストロークｘ［ｍｍ］を１０００［ｍｍ］に設定した際の推力特性を示し、点線で示す曲線Ｆは可動子１１を構成する第１の巻線１２のみに図示の方向に所定の電流を流した際の推力特性を示す。
【００３０】
曲線Ｇは、固定子の軽量化を目的として第１のヨーク２および第２のヨーク３の断面積を可能な範囲で小さく設定した際の推力特性を示し、第１のヨーク２および第２のヨーク３の断面積を大きく設定することにより、中央平坦部が長くなり、両端部の傾斜部の長さが短くなる。即ち、第１のヨーク２および第２のヨーク３の断面積に比例して全ストロークに対する推力変動は減少する。
【００３１】
本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータの固定子１に第２の起磁力発生部材１６および第３の起磁力発生部材１７を装着し、固定子１の構成部材に第２の巻線７および第３の巻線８を巻装し、可動子１を構成する第１の巻線１２と、固定子２を構成する第２の巻線７および第３の巻線８とに図示の方向に所定の電流を流すことにより、従来の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を可能とするものであり、可動子１１を構成する第１の巻線１２に流す電流の増加により大推力化を図り、固定子の小型化、軽量化および低価格化を実現するものである。
【００３２】
図６は、本発明の単極形リニア直流モータの第２の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００３３】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、図３に示す実施例と同様に、第１のヨーク２、第２のヨーク３、第２の巻線７、第３の巻線８、第１の起磁力発生部部材１５、第２の起磁力発生部部材１６および第３の起磁力発生部部材１７を主に構成され、図示の方向に第１の閉磁路３１と第２の閉磁路３２とを形成し、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の永久磁石２５への相対面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００３４】
第１の起磁力発生部材１５は第１の永久磁石２５により構成され、第２の起磁力発生部材１６は第２の永久磁石２６により構成され、第３の起磁力発生部材１７は第３の永久磁石２７により構成され、それぞれ図３に示す実施例と同様に配置される。
【００３５】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第２のヨーク３と第１の永久磁石２５との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００３６】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００３７】
図７は、本発明の単極形リニア直流モータの第３の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００３８】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第１のヨーク２および平板状をなす第２のヨーク３と、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に装着される第１の起磁力発生部材１５と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される第２の起磁力発生部材１６と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される第３の起磁力発生部材１７と、空間２１の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲を構成する第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５に巻装される第２の巻線７と、空間２１の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲を構成する第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５に巻装される第３の巻線８とを主に構成される。
【００３９】
尚、空間２１は、第１のヨーク２、第２の巻線７、第３の巻線８、第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５のそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６および第３の起磁力発生部材１７のそれぞれの相対面とにより構成される。
【００４０】
第１の起磁力発生部材１５は、第１の永久磁石２５により構成され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。第２の起磁力発生部材１６は、第２の永久磁石２６により構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される。第３の起磁力発生部材１７は、第３の永久磁石２７により構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００４１】
固定子１は、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲より、第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面から、第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲、空間２１の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲および第２の巻線７の空間２１を構成する部分を介して、第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲に至る第１の閉磁路３１を形成し、第１の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲より、第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面から、第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲、空間２１の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲および第３の巻線８の空間２１を構成する部分を介して、第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲に至る第２の閉磁路３２を形成する。
【００４２】
固定子１は、第１のヨーク２の第１の永久磁石２５への相対面から第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００４３】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第１のヨーク２の周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００４４】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００４５】
図８は、本発明の単極形リニア直流モータの第４の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００４６】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、図７に示す実施例と同様に、第１のヨーク２、第２のヨーク３、第２の巻線７、第３の巻線８、第１の起磁力発生部部材１５、第２の起磁力発生部部材１６および第３の起磁力発生部部材１７を主に構成され、図示の方向に第１の閉磁路３１と第２の閉磁路３２とを形成し、第１のヨーク２の第１の永久磁石２５への相対面から第１の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００４７】
第１の起磁力発生部材１５は第１の永久磁石２５により構成され、第２の起磁力発生部材１６は第２の永久磁石２６により構成され、第３の起磁力発生部材１７は第３の永久磁石２７により構成され、それぞれ図７に示す実施例と同様に配置される。
【００４８】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第２のヨーク３と、第１の永久磁石２５と、第２の巻線７あるいは第３の巻線８との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００４９】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００５０】
図９は、本発明の単極形リニア直流モータの第５の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００５１】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第１のヨーク２および平板状をなす第２のヨーク３と、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に装着される第１の起磁力発生部材１５と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される第２の起磁力発生部材１６と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される第３の起磁力発生部材１７と、空間２１の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第２の巻線７と、空間２１の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第３の巻線８とを主に構成される。
【００５２】
尚、空間２１は、第１のヨーク２、第２の巻線７、第３の巻線８、第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５のそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６および第３の起磁力発生部材１７のそれぞれの相対面とにより構成される。
【００５３】
第１の起磁力発生部材１５は、第１の永久磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇにより構成され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に所定の距離を隔て列設して配置され、それぞれのＳ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００５４】
第２の起磁力発生部材１６は、第２の永久磁石２６と、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面に固着される第３のヨーク３５ａと、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面に固着される第３のヨーク３５ｂとにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面に第３のヨーク３５ａが固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に第３のヨーク３５ｂが固着される様に、第１のヨーク２および第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部に装着される。
【００５５】
第３の起磁力発生部材１７は、第３の永久磁石２７と、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面に固着される第４のヨーク３６ａと、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面に固着される第４のヨーク３６ｂとにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３への相対面に第４のヨーク３６ａが固着され、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に第４のヨーク３６ｂが固着される様に、第１のヨーク２および第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部に装着される。
【００５６】
固定子１は、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲、第２の巻線７の空間２１を構成する部分、第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲および第３のヨーク３５ａを介して、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面から、第３のヨーク３５ｂおよび第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の起磁力発生部材１５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲に至る第１の閉磁路３１を形成し、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲より、空間２１の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲、第３の巻線８の空間２１を構成する部分、第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲および第４のヨーク３６ａを介して、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面から、第４のヨーク３６ｂおよび第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の起磁力発生部材１５のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲に至る第２の閉磁路３２を形成する。
【００５７】
固定子１は、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の起磁力発生部材１５への相対面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００５８】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第１のヨーク２と、第２の巻線７あるいは第３の巻線８との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００５９】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００６０】
図１０は、本発明の単極形リニア直流モータの第６の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００６１】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、平板状をなす第１のヨーク２と、第１のヨーク２にそれぞれ所定の距離を隔て相対して配置される平板状をなす第２のヨーク３ａ、３ｂと、第２のヨーク３ａの第１のヨーク２への相対面に装着される第１の起磁力発生部材１５ａと、第２のヨーク３ｂの第１のヨーク２への相対面に装着される第１の起磁力発生部材１５ｂと、第１のヨーク２および第２のヨーク３ａのそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される第２の起磁力発生部材１６ａと、第１のヨーク２および第２のヨーク３ｂのそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される第２の起磁力発生部材１６ｂと、第１のヨーク２および第２のヨーク３ａのそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される第３の起磁力発生部材１７ａと、第１のヨーク２および第２のヨーク３ｂのそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される第３の起磁力発生部材１７ｂと、空間２１ａおよび空間２１ｂの中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第２の巻線７と、空間２１ａおよび空間２１ｂの中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲を構成する第１のヨーク２に巻装される第３の巻線８とを主に構成される。
【００６２】
尚、空間２１ａは、第１のヨーク２、第２の巻線７、第３の巻線８、第２のヨーク３ａおよび第１の起磁力発生部材１５ａのそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６ａおよび第３の起磁力発生部材１７ａのそれぞれの相対面とにより構成され、空間２１ｂは、第１のヨーク２、第２の巻線７、第３の巻線８、第２のヨーク３ｂおよび第１の起磁力発生部材１５ｂのそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６ｂおよび第３の起磁力発生部材１７ｂのそれぞれの相対面とにより構成される。
【００６３】
第１の起磁力発生部材１５ａは、第１の永久磁石２５ａにより構成され、第２のヨーク３ａの第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される。第１の起磁力発生部材１５ｂは、第１の永久磁石２５ｂにより構成され、第２のヨーク３ｂの第１のヨーク２への相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００６４】
第２の起磁力発生部材１６ａは、第２の永久磁石２６ａにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３ａへの相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３ａの第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。第２の起磁力発生部材１６ｂは、第２の永久磁石２６ｂにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３ｂへの相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３ｂの第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００６５】
第３の起磁力発生部材１７ａは、第３の永久磁石２７ａにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３ａへの相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３ａの第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。第３の起磁力発生部材１７ｂは、第３の永久磁石２７ｂにより構成され、第１のヨーク２の第２のヨーク３ｂへの相対面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、第２のヨーク３ｂの第１のヨーク２への相対面にＮ極の極性を有する磁極面が固着される。
【００６６】
固定子１は、図３に示す実施例と同様に、第１の閉磁路３１ａ、３１ｂおよび第２の閉磁路３２ａ、３２ｂを形成し、第１の永久磁石２５ａのＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の永久磁石２５ａへの相対面に向かう磁界を空間２１ａ内に形成し、第１の永久磁石２５ｂのＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の永久磁石２５ｂへの相対面に向かう磁界を空間２１ｂ内に形成する。
【００６７】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第１のヨーク２と、第２の巻線７あるいは第３の巻線８との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１ａ内および空間２１ｂ内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００６８】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１ａを流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２ａを流れる磁束と、即ち、空間２１ａ内の第１の閉磁路３１ａが形成される範囲の磁界あるいは空間２１ａ内の第２の閉磁路３２ａが形成される範囲の磁界と、第１の閉磁路３１ｂを流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２ｂを流れる磁束と、即ち、空間２１ｂ内の第１の閉磁路３１ｂが形成される範囲の磁界あるいは空間２１ｂ内の第２の閉磁路３２ｂが形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００６９】
図１１および図１２は、本発明の単極形リニア直流モータの第７の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【００７０】
本発明の単極形リニア直流モータの固定子１は、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置される円筒状をなす第１のヨーク２および円筒状をなす第２のヨーク３と、第２のヨーク３の第１のヨーク２への相対面に同軸円筒状に装着される円筒状をなす第１の起磁力発生部材１５と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ａ方向の端部に装着される円筒状をなす第２の起磁力発生部材１６と、第１のヨーク２および第２のヨーク３のそれぞれの矢印Ｂ方向の端部に装着される円筒状をなす第３の起磁力発生部材１７と、空間２１の中央部から矢印Ａ方向の端部までの範囲を構成する第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５に巻装される第２の巻線７と、空間２１の中央部から矢印Ｂ方向の端部までの範囲を構成する第２のヨーク３および第１の起磁力発生部材１５に巻装される第３の巻線８とを主に構成される。
【００７１】
尚、空間２１は、第２のヨーク３、第１の起磁力発生部材１５、第２の巻線７、第３の巻線８および第１のヨーク２のそれぞれの相対面と、第２の起磁力発生部材１６および第３の起磁力発生部材１７のそれぞれの相対面とにより構成される。
【００７２】
第１の起磁力発生部材１５は、円筒状をなす第１の永久磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇと、円筒状をなすスペーサ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅ、３７ｆとを交互に列設して円筒状に構成される。第１の起磁力発生部材１５の内側円筒面は、第１の永久磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇのＳ極の極性を有する磁極面と、スペーサ３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅ、３７ｆの内側円筒面とにより構成され、第２のヨーク３の外側円筒面に固着される。
【００７３】
第２の起磁力発生部材１６は、円筒状をなす第２の永久磁石２６により構成される。第２の起磁力発生部材１６の内側円筒面は、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面により構成され、第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部の外側円筒面に固着される。第２の起磁力発生部材１６の外側円筒面は、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面により構成され、第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部の内側円筒面に固着される。
【００７４】
第３の起磁力発生部材１７は、円筒状をなす第３の永久磁石２７により構成される。第３の起磁力発生部材１７の内側円筒面は、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面により構成され、第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部の外側円筒面に固着される。第３の起磁力発生部材１７の外側円筒面は、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面により構成され、第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部の内側円筒面に固着される。
【００７５】
固定子１は、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲より、第２の巻線７、空間２１の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲および第１のヨーク２の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第２の永久磁石２６のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第２の永久磁石２６のＮ極の極性を有する磁極面から、第２のヨーク３の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の起磁力発生部材のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ａ方向の端部から中央部までの範囲に至る第１の閉磁路３１を形成し、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲より、第３の巻線８、空間２１の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲および第１のヨーク２の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第３の永久磁石２７のＳ極の極性を有する磁極面に至り、第３の永久磁石２７のＮ極の極性を有する磁極面から、第２のヨーク３の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲を介して、第１の起磁力発生部材のＳ極の極性を有する磁極面の矢印Ｂ方向の端部から中央部までの範囲に至る第２の閉磁路３２を形成する。
【００７６】
固定子１は、第１の起磁力発生部材１５のＮ極の極性を有する磁極面から第１のヨーク２の第１の起磁力発生部材１５への相対面に向かう磁界を空間２１内に形成する。
【００７７】
本発明の単極形リニア直流モータの可動子１１は、第２のヨーク３と、第１の起磁力発生部材１５と、第２の巻線７あるいは第３の巻線８との周囲に所定の間隙を隔て巻装される第１の巻線１２を主に構成され、空間２１内を矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に自由に移動し得る構造に配置される。
【００７８】
可動子１１は、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示の方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより、第１の閉磁路３１を流れる磁束あるいは第２の閉磁路３２を流れる磁束と、即ち、空間２１内の第１の閉磁路３１が形成される範囲の磁界あるいは空間２１内の第２の閉磁路３２が形成される範囲の磁界と、第１の巻線１２の巻数と、第１の巻線１２を流れる電流とに比例して増加する所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動し、第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８に図示と異なる方向にそれぞれ所定の電流を流すことにより所定の推力をもって矢印Ａ方向に移動する。
【００７９】
可動子１１には、可動子１１に作用する推力を外部に伝達する目的をもって推力伝達部材２３が装着され、固定子１を構成する第１のヨーク２には、可動子１１および推力伝達部材２３が全ストローク円滑に移動し得る構造を有する開口２２が設けられる。
【００８０】
図８および図１１に示す本発明の単極形リニア直流モータは、第２のヨーク３に第１の起磁力発生部材１５、第２の巻線７、第３の巻線８および第１の巻線１２を装着することにより、薄型化および小型化を可能とするものであり、各種装置等への搭載および設置を容易にするものである。
【００８１】
図９および図１１に示す本発明の単極形リニア直流モータは、第１の起磁力発生部材１５の低価格化および漏洩磁束の減少と、ロング・ストローク化とを可能とするものであり、第１の永久磁石２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇの製造、着磁および第２のヨーク３への装着を容易にするものである。
【００８２】
図１０に示す本発明の単極形リニア直流モータは、大推力化を目的としたものであり、図６ないし図９に示す本発明の単極形リニア直流モータにおいても同様に構成し得るものである。
【００８３】
図７に示す本発明の単極形リニア直流モータは、可動子１１の小型化および軽量化と、可動子１１の小型化および軽量化に伴う応答性の向上とを可能とするものである。
【００８４】
一般に、本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータの大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を共に実現させるために、第２の巻線７の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様と、第３の巻線８の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様とを同一に構成し、第２の巻線７および第３の巻線８に同じ大きさの電流を流して運転される。
【００８５】
本発明の単極形リニア直流モータにおいて、第２の巻線７の巻線仕様と第３の巻線８の巻線仕様とが同一に構成される際、第２の巻線７と第３の巻線８とを並列に接続し、同一電源より電力を供給することが可能となり、サーボ制御にて運転する際、第２の巻線７、第３の巻線８、および第１の巻線１２をそれぞれ並列に接続し、同一電源より電力を供給することによりサーボ制御回路の低価格化が可能となる。
【００８６】
しかし、第２の巻線７および第３の巻線８の非通電時における、可動子１１が空間２１、２１ａ、２２ａの一方の端部から中央部まで移動する際の推力の変化の割合と、可動子１１が空間２１、２１ａ、２２ａの中央部から他方の端部まで移動する際の推力の変化の割合とが大きく異なる場合には、第２の巻線７に流れる電流の大きさと第３の巻線８に流れる電流の大きさとを、それぞれ変化させることにより、推力変動の減少を向上させることが可能になり、更に、その使用目的にあわせた推力特性を容易に設定し得るものである。
【００８７】
通常、第２の巻線７および第３の巻線８は、製造および組立の簡略化を目的として、それぞれ複数の巻線を所定数並列あるいは直列に接続して構成される。第１の巻線１２、第２の巻線７および第３の巻線８は、小型化および軽量化を目的として、自己融着線によりボビンレス構造に構成される。
【００８８】
スキャナー装置は、満足し得る性能が得られてい無い唯一のＯＡ機器であり、その原因は脈動の無い直線運動と超低速度運動とを共に実現することが困難である点である。移動部の超低速度移動および超高速度復帰を必要とするスキャナー装置において、脈動の無い推力の発生と広範囲の速度制御とが可能な単極形リニア直流モータは移動部の駆動に最適なモータであるが、ロング・ストローク化が困難であり移動部の駆動源としての使用が不可能であった。しかし、脈動の無い推力の発生、ロング・ストローク化および広範囲の速度制御を可能とする本発明の単極形リニア直流モータによりスキャナー装置の高性能化が可能となる。
【００８９】
プロッター装置は、性能の向上が要望されているＯＡ機器であり、移動部の繰り返し停止精度の向上が最も要望されている。移動部の高速移動および高精度の停止精度を必要とするプロッター装置において、脈動の無い推力の発生と高精度の位置制御および高速度運転とが可能な単極形リニア直流モータは移動部の駆動に最適なモータであるが、ロング・ストローク化が困難であり移動部の駆動源としての使用が不可能であった。しかし、脈動の無い推力の発生、ロング・ストローク化および高速度運転を可能とする本発明の単極形リニア直流モータにより、プロッター装置の高性能化が可能となる。
【００９０】
スキャナー装置と同様に、脈動の無い推力での移動部の超低速度移動および超高速度復帰を必要とするカラーコピー装置においても、本発明の単極形リニア直流モータにより、高性能化が可能となる。
【００９１】
本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータでは価格的に実用化が困難であった１［ｍ］を越えるロング・ストローク化を可能とするものであり、脈動の無い推力の発生と高精度の位置制御を可能とする特徴から、従来困難とされていた各種光学機器、各種医療機器、各種検査装置等の振動を嫌う移動部の単極形リニア直流モータによる駆動が可能となる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の単極形リニア直流モータは、従来の単極形リニア直流モータの大推力化、ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少を共に実現することを可能とするものである。大推力化は可動子１１を構成する第１の巻線１２の大電流化により図られ、大推力化に伴い可動子１１の小型化および軽量化が可能となり、可動子１１の小型化に伴いストロークが増加し、可動子１１の軽量化に伴い応答性が向上する効果がある。更に、可動子１１の小型化に伴い第１の起磁力発生部材１５、１５ａ、１５ｂを構成する第１の永久磁石２５、２５ａ〜２５ｇのパーミアンス係数の増加が可能となり、パーミアンス係数の増加に伴い第１の永久磁石２５、２５ａ〜２５ｇの体積の減少が可能になり、第１の永久磁石２５、２５ａ〜２５ｇの体積の減少に伴い固定子１の小型化および軽量化が可能となる。ロング・ストローク化および全ストロークに対する推力変動の減少は、第２の巻線７および第３の巻線８を固定子１の一部に巻装することにより図られ、固定子１の小型化、軽量化および低価格化が可能となり、従来の単極形リニア直流モータでは価格的に実用化が困難であった１［ｍ］を越えるロング・ストローク化を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の単極形リニア直流モータの断面図である。
【図２】図１に示す従来の単極形リニア直流モータの推力特性図である。
【図３】本発明の単極形リニア直流モータの第１の実施例の断面図である。
【図４】本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図である。
【図５】本発明の単極形リニア直流モータの推力特性図である。
【図６】本発明の単極形リニア直流モータの第２の実施例の断面図である。
【図７】本発明の単極形リニア直流モータの第３の実施例の断面図である。
【図８】本発明の単極形リニア直流モータの第４の実施例の断面図である。
【図９】本発明の単極形リニア直流モータの第５の実施例の断面図である。
【図１０】本発明の単極形リニア直流モータの第６の実施例の断面図である。
【図１１】本発明の単極形リニア直流モータの第７の実施例の断面図である。
【図１２】本発明の単極形リニア直流モータの第７の実施例の他の断面図である。
【符号の説明】
１固定子
２第１のヨーク
３、３ａ、３ｂ第２のヨーク
４ａ、４ｂ第３のヨーク
７第２の巻線
８第３の巻線
１１可動子
１２第１の巻線
１５、１５ａ、１５ｂ第１の起磁力発生部材
１６、１６ａ、１６ｂ第２の起磁力発生部材
１７、１７ａ、１７ｂ第３の起磁力発生部材
２１、２１ａ、２１ｂ空間
２２開口
２３推力伝達部材
２５、２５ａ〜２５ｇ第１の永久磁石
２６、２６ａ、２６ｂ第２の永久磁石
２７、２７ａ、２７ｂ第３の永久磁石
３１、３１ａ、３１ｂ第１の閉磁路
３２、３２ａ、３２ｂ第２の閉磁路
３５ａ、３５ｂ第３のヨーク
３６ａ、３６ｂ第４のヨーク
３７ａ〜２７ｆスペーサ

Claims

第１のヨーク及び第２のヨークを所定の距離を隔て相対して配置し、その相対面に少なくとも二つの閉磁路を形成し、第１の巻線を有する可動子を備えた単極形リニア直流モータにおいて、
第１のヨーク又は第２のヨークの相対する面の可動子の移動範囲に固着されかつ相対面方向に着磁された永久磁石と、第１のヨーク及び第２のヨークの両端部に固着され、相対面方向に着磁された永久磁石と、第１のヨークの中央部から端部までの範囲に巻装される第２の巻線と、第１のヨークの中央部から他の一方の端部までの範囲に巻装される第３の巻線とから構成され、第１乃至第３の巻線に所定の電流を流すことによって可動子を移動させることを特徴とする単極形リニア直流モータ。