JP3731011B2 - 単極形リニア直流モータ - Google Patents

単極形リニア直流モータ Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
一般に、単極形リニア直流モータは、脈動のな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・モータである。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、振動を嫌う負荷、推力変動を嫌う負荷および広範囲の速度での運転を必要とする負荷に対応し得るリニア・アクチュエータである。
【0002】
本発明の単極形リニア直流モータは、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、脈動のない推力の発生、推力変動の減少、推力のリニア領域(推力変動のない領域)の拡大、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に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。
【0003】
【従来の技術】
従来の単極形リニア直流モータは、脈動のない推力、変動の少ない推力および優れた応答性を有する反面、推力変動の増加を伴わない大推力化、推力変動の増加を伴わないロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を困難とするものである。
【0004】
一般に、従来の単極形リニア直流モータの大推力化は、固定子を構成する永久磁石の起磁力の増加あるいは可動子を構成する巻線の起磁力の増加により可能に成る。
【0005】
永久磁石の起磁力の増加は、永久磁石の体積の増加により可能に成る。しかし、永久磁石の体積の増加に伴い固定子を構成する磁路構成部材の体積が増加し、固定子が大型化、大重量化および高価格化する。
【0006】
可動子を構成する巻線の起磁力の増加は、巻線の巻数の増加あるいは巻線に流れる電流の増加により可能に成る。しかし、巻線の巻数の増加は、巻数の増加に伴い可動子が大型化および大重量化し、可動子の大型化に伴いストロークが減少し、可動子の大重量化に伴い応答性が悪化する。巻線に流れる電流の増加は、電流の増加に伴い巻線の周囲に発生する磁界の傾斜が大きく成り、固定子の構成部材が構成する空間内に形成される磁界の分布に傾斜を与え、可動子の移動に伴い空間内の磁界が減少し、可動子の全ストロークに対する推力変動が大きく成る。
【0007】
一般に、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、ストロークの増加に伴い漏洩磁束が増加し、漏洩磁束の増加に伴い推力が減少し、固定子が大型化、大重量化および高価格化する。
【0008】
従来の単極形リニア直流モータの推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に可能とする単極形リニア直流モータとしては、本発明者により提案された 特願平8−53651号、特願平8−178678号、特願平8−206418号、特願平8−279882号がある。
従来の単極形リニア直流モータの、可動子の移動範囲に対応する固定子構成部材に、所定の巻線を巻装し、所定の電流を流すことにより、推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に可能とするものである。
【0009】
図1に示す単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31および第3の巻線32より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0010】
磁路構成部材2は、第1のヨーク4および第2のヨーク5により構成され、起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5の両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7a、7bにより構成される。
【0011】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。第2の巻線31は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装される。
【0012】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線31および第3の巻線32に図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31および第3の巻線32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B方向に移動する。尚、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0013】
図2に示す単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0014】
磁路構成部材2は、第1のヨーク4および第2のヨーク5により構成され、起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5の両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7a、7bにより構成される。
【0015】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。第2の巻線31は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する一方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第3の巻線32は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する他方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第4の巻線33は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する中央部の1/3の範囲に巻装される
【0016】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33に図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33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B方向に移動する。尚、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33は、それぞれ並列に接続される。
【0017】
図1および図2に示す単極形リニア直流モータは、推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に可能とするものである。しかし、推力のリニア領域(推力変動のない領域)の拡大に対しては、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に実現することを困難とするものである。
【0018】
【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、単極形リニア直流モータの推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を伴う推力のリニア領域(推力変動のない領域)の拡大が困難な点である。
【0019】
【課題を解決するための手段】
可動子の移動範囲を構成する固定子に、可動子を構成する巻線の長さと等しい長さを有する巻線を2個あるいは3個巻装することを最も主要な特徴とし、単極形リニア直流モータの推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を伴う推力のリニア領域(推力変動のない領域)の拡大という目的を極めて簡単に実現した。
【0020】
【実施例】
図3ないし図10示す実施例に基づいて、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。
【0021】
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。
【0022】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31および第3の巻線32より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0023】
磁路構成部材2は、それぞれ平板状を成す第1のヨーク4および第2のヨーク5により構成され、起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5の両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7a、7bにより構成される。
【0024】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。
【0025】
第2の巻線31は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装される。第2の巻線31の長さ(L)および第3の巻線32の長さ(L)は、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0026】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第2の固定子構成部材23を構成する第2のヨーク5の周囲に所定の間隙を隔て巻装され、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31および第3の巻線32に図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31および第3の巻線32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B方向に移動する。尚、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0028】
図4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。
【0029】
本発明の単極形リニア直流モータは、第2の巻線31および第3の巻線32を除き、図3に示す本発明の単極形リニア直流モータの第1の実施例と同様に構成される。
【0030】
第2の巻線31は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の構成部材22に巻装される。
【0031】
第2の巻線31は、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)により構成され、第3の巻線32は、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)により構成される。第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)のそれぞれの長さ(L)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)のそれぞれの長さ(L)とは、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0032】
可動子11は、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)とに図示の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方向に移動し、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)と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B方向に移動する。
【0033】
尚、第2の巻線31を構成する第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)は、それぞれ並列に接続され、第3の巻線32を構成する第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)は、それぞれ並列に接続される。更に、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0034】
図5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。
【0035】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0036】
磁路構成部材2は、それぞれ平板状を成す第1のヨーク4および第2のヨーク5により構成され、起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5の両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7a、7bと、第1のヨーク4の第2のヨーク5への相対面にN極の極性を有する磁極面が固着される平板状を成す第2の永久磁石8とにより構成される。
【0037】
第1のヨーク4および第2の永久磁石8は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。
【0038】
第2の巻線31は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する一方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第3の巻線32は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する他方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第4の巻線33は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する中央部の1/3の範囲に巻装される。第2の巻線31の長さ(L)、第3の巻線32の長さ(L)および第4の巻線33の長さ(L)は、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0039】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第2の固定子構成部材23を構成する第2のヨーク5の周囲に所定の間隙を隔て巻装され、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。
【0040】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33に図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33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B方向に移動する。尚、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33は、それぞれ並列に接続される。
【0041】
図6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。
【0042】
本発明の単極形リニア直流モータは、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33を除き、図5に示す本発明の単極形リニア直流モータの第3の実施例と同様に構成される。
【0043】
第2の巻線31は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する一方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第3の巻線32は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する他方の端部方向の1/3の範囲に巻装され、第4の巻線33は第1のヨーク4の可動子の移動範囲に対応する中央部の1/3の範囲に巻装される。
【0044】
第2の巻線31は、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)により構成され、第3の巻線32は、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)により構成され、第4の巻線33は、第4の巻線33(1)ないし第4の巻線33(n)により構成される。第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)のそれぞれの長さ(L)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)のそれぞれの長さ(L)と、第4の巻線33(1)ないし第4の巻線33(n)のそれぞれの長さ(L)とは、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0045】
可動子11は、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)と、第4の巻線33(1)ないし第4の巻線33(n)とに図示の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方向に移動し、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)と、第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)と、第4の巻線33(1)ないし第4の巻線33(n)と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B方向に移動する。
【0046】
尚、第2の巻線31を構成する第2の巻線31(1)ないし第2の巻線31(n)は、それぞれ並列に接続され、第3の巻線32を構成する第3の巻線32(1)ないし第3の巻線32(n)は、それぞれ並列に接続され、第4の巻線33を構成する第4の巻線33(1)ないし第4の巻線33(n)は、それぞれ並列に接続される。更に、第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33は並列に接続される。
【0047】
図7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。
【0048】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31および第3の巻線32より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0049】
磁路構成部材2は、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置され、それぞれ円筒状を成す第1のヨーク4および第2のヨーク5と、第1のヨーク4および第2のヨーク5の矢印A方向の端部を磁気的かつ機械的に接続する円板状を成す第3のヨーク6とにより構成される。起磁力発生部材3は、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される円筒状を成す第2の永久磁石8により構成される。
【0050】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5および第2の永久磁石8は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。
【0051】
第2の巻線31は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装される。(可動子移動範囲の中央部は、空間21を構成する第2の永久磁石8の第1のヨーク4への相対面の中央部を示す。)第2の巻線31の長さ(L)および第3の巻線32の長さ(L)は、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0052】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第1のヨーク4に巻装される第2の巻線31あるいは第3の巻線32の周囲に所定の間隙を隔て巻装され、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。
【0053】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線31および第3の巻線32に図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31および第3の巻線32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B方向に移動する。通常、可動子11に作用する推力は、空間21の矢印B方向の開口25より外部に伝達される。尚、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0054】
図8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。
【0055】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31および第3の巻線32より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0056】
磁路構成部材2は、それぞれ平板状を成す第1のヨーク4および第2のヨーク5a、5bにより構成され、起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5aの両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5aへの相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5aの第1のヨーク4への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7a、7bと、第1のヨーク4および第2のヨーク5bの両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5bへの相対面にN極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着され、第2のヨーク5bの第1のヨーク4への相対面にS極の極性を有する磁極面がそれぞれ固着される第1の永久磁石7c、7dとにより構成される。
【0057】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5aは第2の固定子構成部材23aを構成し、第2のヨーク5bは第2の固定子構成部材23bを構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23aとは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21aを構成し、第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23bとは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21bを構成する。
【0058】
第2の巻線31は、空間21aおよび空間21bの可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21aおよび空間21bの可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装される。
【0059】
【11】図8・固定子巻線
第2の巻線31は、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)により構成され、第3の巻線32は、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)により構成される。第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)のそれぞれの長さ(L)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)のそれぞれの長さ(L)とは、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0060】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第1のヨーク4に巻装される第2の巻線31あるいは第3の巻線32の周囲に所定の間隙を隔て巻装され、空間21a、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。
【0061】
可動子11は、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)とに図示の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方向に移動し、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)と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B方向に移動する。
【0062】
尚、第2の巻線31を構成する第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)は並列に接続され、第3の巻線32を構成する第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)は並列に接続される。更に、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0063】
図9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。
【0064】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31および第3の巻線32より成る固定子1と、第1の巻線12より成る可動子11とにより構成される。
【0065】
磁路構成部材2は、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置され、それぞれ円筒状を成す第1のヨーク4および第2のヨーク5により構成される。起磁力発生部材3は、第1のヨーク4および第2のヨーク5のそれぞれの両端部に、第1のヨーク4の第2のヨーク5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5の第1のヨーク4への相対面にS極の極性を有する磁極面が固着される円筒状を成す第1の永久磁石7a、7bにより構成される。
【0066】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5は第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て同軸円筒状に配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。
【0067】
第2の巻線31は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印A方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装され、第3の巻線32は、空間21の可動子移動範囲の中央部から矢印B方向の端部までの範囲を構成する第1の固定子構成部材22に巻装される。
【0068】
第2の巻線31は、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)により構成され、第3の巻線32は、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)により構成される。第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)のそれぞれの長さ(L)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)のそれぞれの長さ(L)とは、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0069】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第1のヨーク4に巻装される第2の巻線31あるいは第3の巻線32の周囲に所定の間隙を隔て巻装され、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。
【0070】
可動子11は、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)とに図示の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方向に移動し、第1の巻線12と、第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)と、第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)と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B方向に移動する。通常、可動子11に作用する推力は、可動子11が全ストローク移動し得る構造を成す第2のヨーク5の側面に設けられた開口を介して外部に伝達される。
【0071】
尚、第2の巻線31を構成する第2の巻線31(1)および第2の巻線31(2)は並列に接続され、第3の巻線32を構成する第3の巻線32(1)および第3の巻線32(2)は並列に接続される。更に、第2の巻線31および第3の巻線32は並列に接続される。
【0072】
図10は、本発明の単極形リニア直流モータの第8の実施例の構造説明を目的とした断面図である。
【0073】
本発明の単極形リニア直流モータは、磁路構成部材2、起磁力発生部材3、第2の巻線31a、31bおよび第3の巻線32a、32bより成る固定子1と、偏平コイルからなる第1の巻線12を有する可動子11とにより構成される。
【0074】
磁路構成部材2は、所定の距離を隔て相対して配置される平板状を成す第1のヨーク4および平板状を成す第2のヨーク5により構成され、起磁力発生部材3は、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面の中央部から矢印A方向の端部までの範囲に、S極の極性を有する磁極面が固着される第2の永久磁石8aと、第2のヨーク5の第1のヨーク4への相対面の中央部から矢印B方向の端部までの範囲に、N極の極性を有する磁極面が固着される第2の永久磁石8bとにより構成される。
【0075】
第1のヨーク4は第1の固定子構成部材22を構成し、第2のヨーク5および第2の永久磁石8a、8bは第2の固定子構成部材23を構成する。第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23とは、所定の距離を隔て相対して配置され、それぞれの相対面は空間21を構成する。
【0076】
第2の巻線31aおよび第3の巻線32aより成る一組の巻線は、第1のヨーク4の中央部から矢印A方向の端部までの範囲に巻装され、第2の巻線31bおよび第3の巻線32bより成る一組の巻線は、第1のヨーク4の中央部から矢印A方向の端部までの範囲に巻装される。
【0077】
第2の巻線31aおよび第2の巻線31bのそれぞれの長さ(L)と、第3の巻線32aおよび第3の巻線32bの長さ(L)とは、それぞれ第1の巻線12の長さ(L)に等しく構成される。
【0078】
可動子11を構成する第1の巻線12は、第1の固定子構成部材22と第2の固定子構成部材23が構成する空間21内を、第2の永久磁石8a、8bと、第2の巻線31a、31bおよび第3の巻線32a、32bとの、それぞれの相対面に所定の間隙を保ち、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。
【0079】
可動子11は、第1の巻線12、第2の巻線31a、31bおよび第3の巻線32a、32bに図示の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方向に移動し、第1の巻線12、第2の巻線31a、31bおよび第3の巻線32a、32b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B方向に移動する。尚、第2の巻線31aおよび第3の巻線32aは並列に接続され、第2の巻線31bおよび第3の巻線32bは並列に接続される。更に、第2の巻線31aおよび第3の巻線32aと、第2の巻線31bおよび第3の巻線32bとは並列に接続される。
【0080】
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推力変動の減少、推力のリニア領域(推力変動のない領域)の拡大、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共にに実現させるために、固定子1に巻装される巻線の巻数および巻線抵抗等の巻線仕様を同一に構成し、それぞれの巻線を並列に接続し、直流電源より所定の電流を供給して運転される。
【0081】
しかし、固定子1に巻装される巻線の非通電時における、可動子11が空間21、21a、21b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、21b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、固定子1に巻装される巻線は、それぞれ異なる巻線仕様に構成される。更に、固定子1を構成する巻線の巻線仕様あるいは流れる電流の大きさを、それぞれ変化させることにより、その使用目的に合わせた推力特性を容易に設定し得るものである。
【0082】
本発明の単極形リニア直流モータのロング・ストローク化に際し、固定子1を構成する第2の永久磁石8、8a、8bは、組立、製造および着磁等の理由により複数の永久磁石片のそれぞれ同一の極性を有する磁極面を隣接させ、第1のヨーク4の一部あるいは第2のヨーク5の一部に固着して構成され、低価格化および組立の簡略化等を目的とする際には、複数の永久磁石片のそれぞれ同一の極性を有する磁極面を所定の距離を隔て列設し、第1のヨーク4の一部あるいは第2のヨーク5の一部に固着し構成される。
【0083】
固定子1を構成する第1の永久磁石7、7a、7bは、製造、着磁および価格等の理由により、複数の永久磁石片をそれぞれ異なる極性を有する磁極面が相対するように積層して構成され、空間21、21a、21bの容積、空間21、21a、21b内に形成される磁界の大きさ、あるいは固定子1を構成する磁路構成部材2の体積に規制がある際には、所定数の永久磁石片と所定数の磁性体片とを積層して構成される。
【0084】
本発明の単極形リニア直流モータにおいて、磁路構成部材2は、電磁軟鉄、構造用圧延鋼あるいは炭素鋼等の優れた磁気特性を有する金属により構成される。可動子11を構成する巻線および固定子1を構成する巻線は、巻枠に所定の径を有する素線を所定数巻いて構成されるが、小型軽量化を図る際には自己融着線により構成され巻枠が不要となる。
【0085】
【発明の効果】
従来の単極形リニア直流モータにおいて、固定子の構造、可動子の構造、磁路構成、永久磁石の配置、形状および寸法等に拘らず、可動子移動範囲に対応する固定子1に、図3ないし図10に示す第2の巻線31および第3の巻線32、あるいは第2の巻線31、第3の巻線32および第4の巻線33を巻装し、それぞれの巻線の長さと、可動子11を構成する第1の巻線12の長さとを等しく構成することにより、脈動のない推力の発生、推力変動の減少、推力のリニア領域の拡大、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に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】従来の単極形リニア直流モータの断面図である。
【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第2の実施例の断面図である。
【図5】本発明の単極形リニア直流モータの第3の実施例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4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5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6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7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8の実施例の断面図である。
【符号の説明】
1 固定子
2 磁路構成部材
3 起磁力発生部材
4 第1のヨーク
5 第2のヨーク
5a 第2のヨーク
5b 第2のヨーク
6 第3のヨーク
7 第1の永久磁石
7a 第1の永久磁石
7b 第1の永久磁石
7c 第1の永久磁石
7d 第1の永久磁石
8 第2の永久磁石
8a 第2の永久磁石
8b 第2の永久磁石
11 可動子
12 第1の巻線
21 空間
21a 空間
21b 空間
22 第1の固定子構成部材
23 第2の固定子構成部材
25 開口
31 第2の巻線
31a 第2の巻線
31b 第2の巻線
31(1)〜31(n) 第2の巻線
32 第3の巻線
32a 第3の巻線
32b 第3の巻線
32(1)〜32(n) 第3の巻線
33 第4の巻線
33(1)〜33(n) 第4の巻線

Claims (3)

  1. 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体面方向に着磁された永久磁石又は、第1のヨーク及び第2のヨークの両端部に固着され、相体面方向に着磁された永久磁石を備え、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2の巻線及び第3の巻線の長さをそれぞれ第1の巻線の長さに等しく構成し、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。
  2. 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体面方向に着磁された永久磁石又は、第1のヨーク及び第2のヨークの両端部に固着され、相体面方向に着磁された永久磁石を備え、第1のヨークの可動子の移動範囲に対応する一方の端部方向の1/3の範囲に巻装された第2の巻線と、第1のヨークの可動子の移動範囲に対応する他方の端部方向の1/3の範囲に巻装された第3の巻線と、第1のヨークの可動子の移動範囲に対応する中央部の1/3の範囲に巻装された第4の巻線とを備え、第2乃至第4の巻線の長さをそれぞれ第1の巻線の長さに等しく構成し、第1乃至第4の巻線にそれぞれ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。
  3. 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、その相対面に閉磁路を形成し、偏平コイルからなる第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のヨークと第2のヨークが相対する面でかつ第1のヨーク又は第2のヨークの中央部から端部までの範囲に相対面方向に着磁された永久磁石、及び第1のヨーク又は第2のヨークの中央部から他の一方の端部までの範囲に前記永久磁石とは逆方向に着磁された永久磁石を固着し、第1のヨークの中央部から端部までの範囲に第2の巻線及び第3の巻線より成る一組の巻線と、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他の第2の巻線及び他の第3の巻線より成る一組の巻線とを設け、第2及び第3の巻線の長さをそれぞれ第1の巻線の長さに等しく構成し、第1乃至第3の巻線にそれぞれ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。
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