JP3744437B2

JP3744437B2 - 駆動装置

Info

Publication number: JP3744437B2
Application number: JP2002042517A
Authority: JP
Inventors: 弘中金; 晃司牧; 泰男諸岡; 勇沼田; 久男田所; 健郎森本; 康知三戸; 博司上野; 秀樹嶋根
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: CN1319256C; KR100830647B1; KR20030069764A; US20040189104A1; JP2003244930A; US20050200209A1; US7138734B2; CN1440112A; US20030155819A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動子と固定子からなる駆動装置に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リニアモータに代表される直線駆動を利用した駆動装置の需要が増大している。リニアモータは、直線駆動が必要とされる分野では回転モータと比較して高速度・高精度位置決めが可能、保守が容易である等の利点を有しており、特に半導体製造装置，工作機械等の分野で需要が高い。しかし、それらの分野に限らず、上記利点を活かした他の用途にも利用されていくことが予想される。
【０００３】
リニアモータには様々な方式がある。例えば、特開平１０−１７４４１８号公報（以下、従来例１と呼ぶ）には、固定子をコイルを巻いた複数のＣ型鉄心、可動子を永久磁石を複数配置した板状のもので構成し、可動子を固定子鉄心のギャップ間に配置したリニアモータが記載されている。また、特開２００１−28875号公報（以下、従来例２と呼ぶ）には、製造の容易化，省スペース化及び電力効率の向上を図るために固定子側に巻くコイルを一本だけとし、固定子には２種類の形状の鉄心を一つおきに同種のものとなるように複数配置したリニアモータが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のリニアモータを工作機械等に使用した場合、可動子の水平方向に働く応力が生じたときに可動子が水平方向に移動しないように支持するための支持機構の負担が大きく、支持機構に頑強なものを使用しなければならないという課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、駆動装置の可動子の水平方向に生じる応力を低減させ、可動子の支持機構に簡素なものを使用することができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、駆動装置を、コイルが巻かれた磁性体を有する一次側と、複数の永久磁石，凹凸のついた磁性板、あるいは導体板を有する二次側とを有し、一次側は磁極を有し、磁極に段部を有するものとしたことにある。
【０００７】
さらに本発明の他の特徴は、駆動装置を、第１の対向部を有する第１のコアと、第２の対向部を有する第２のコアと、第１のコアと前記第２のコアとを有しコイルが巻かれた一次側と、第１の対向部と第２の対向部の間にある二次側とを有し、一次側は段部を有するものとしたことにある。
【０００８】
さらに本発明の他の特徴は、駆動装置を、第１の対向部を有する第１のコアと、第２の対向部を有する第２のコアと、第１の対向部と第２の対向部とを有しコイルが巻かれた一次側と、第１の対向部と前記第２の対向部の間にある二次側とを有し、第１の対向部あるいは第２の対向部の少なくとも一方に段部があるものとしたことにある。
【０００９】
尚、本発明のその他の特徴は本願特許請求の範囲に記載の通りである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に比較例のリニアモータを示す。図１（ａ）は、リニアモータの全体図、図１（ｂ）は、リニアモータの磁束の流れを示す図である。可動子６は、リニアモータの二次側に相当し複数の永久磁石３４がＮ極，Ｓ極が交互になるように配置されている。固定子３は、リニアモータの一次側（コイルを巻いた磁性体を有する側）に相当し、コア５１，５２とコイル４から構成され、コイル４は導電体で構成される。第１のコア５１は、第１の対向部６１を有し、第２のコア５２は、第２の対向部６２を有する。コア５１，５２は磁性体で構成され、コア５１とコア５２には、上部と下部の磁極が互い違いになるように構成されている。ここで、コア５１の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂを第１の対向部６１と定義し、コア５２の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第２の対向部６２と定義する。よって、（２ｎ−１）番目のコアは、第１の対向部６１、（２ｎ）番目のコアは、第２の対向部６２を有するように固定子３を構成する（但し、ｎ＝１，２，３，……）。コア５１，５２の各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間に一定のギャップ８を設け、ギャップ８に可動子６を通すと、可動子６が第１の対向部６１及び第２の対向部６２の間に移動可能に支持されている。可動子６と固定子３の相対的な位置に応じてコイル４に単相の交流電流をながすと、リニアモータ各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間のギャップ８には、磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に通り、第１の対向部６１と第２の対向部６２に流れる磁束の向きは交互に逆方向になる（矢印４７は、磁束の向きを示す）。第１の対向部６１及び第２の対向部６２に流れる磁束と、永久磁石３４の作る磁束の相互作用により、可動子６にはｘ方向に電磁力による駆動力が発生し、可動子６が往復運動する。
【００１１】
上記比較例のリニアモータを工作機械に利用した場合、加工する際の衝撃等により可動子６のｙ方向に応力が生じるため、可動子６をｙ方向に支持する支持機構の負担が大きくなり、支持機構を頑強に製造しなければならないという課題があった。
【００１２】
実施例１
図２（ａ）は、本発明の実施例１に用いられる固定子の斜視図、図２（ｂ）は実施例１のリニアモータの断面図である。比較例と違う点はコア５１の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂがギャップ８の存在する側の面にそれぞれ段部３１，３２を有していることである。
【００１３】
図３は実施例１の作用の説明図であり、図３（ａ）は可動子６が基準位置にいる場合を示している。可動子６を駆動時に、仮に可動子６が図３（ｂ）のように基準位置からｙの負の方向に変位したとすると、可動子６には矢印４１と矢印
４２の方向に電磁力が発生する。したがって、可動子のｙ方向には、可動子６を基準位置に戻す方向（矢印４５の方向）に力が発生する。言い換えると可動子６には復元力が働く。可動子６が図３（ｃ）のように基準位置からｙの正の方向に変位した場合も同様に矢印４６の方向に復元力が発生する。
【００１４】
したがって、可動子６がｙ方向に変位した場合、可動子６に復元力が働くので可動子６をｙ方向に支持する支持機構の負担を軽減することができる。それにより、可動子６の支持機構を簡素なものにすることができる。また、可動子６と支持機構の摩擦による磨耗を低減することができるので、部品交換等の保守の労力を低減することができ、さらに交換部品代等のコストも低減することができる。
【００１５】
本実施例では、上部磁極歯１１ａと下部磁極歯１１ｂの両方が段部を有しているが、上部磁極歯１１ａのみ、あるいは下部磁極歯１１ｂのみが段部を有していても本発明の効果は得られる。ただし、上部磁極歯１１ａと下部磁極歯１１ｂの両方に段部が有る方が可動子により強い復元力が働くので望ましい。また、段部の幅ｗ１が可動子に配置された永久磁石の幅ｗ２より大きい場合には、可動子６に復元力がほとんど働かない範囲が生じる。したがって、段部の幅ｗ１は永久磁石の幅ｗ２と同程度か、それよりも小さい方が望ましい。後述するように可動子６に凹凸をつけた磁性板を用いる場合には、段部の幅ｗ１は、磁性板の幅より小さい方が望ましい。
【００１６】
段部の高さＨ１が小さいと、可動子６がｙ方向に変位しても充分な復元力が得られない。したがって、段部の高さＨ１は、可動子６と段部との空隙部における距離ｇよりも大きい方が望ましい。一方、段部の高さＨ１が大きくなりすぎると、固定子３の高さＨｔが大きくなりリニアモータの体格が大きくなる。したがって、段部の高さＨ１は、上部磁極歯１１ａの幅ｗ３よりも小さい方が望ましい。
【００１７】
段部の形状は本実施例のように略長方形状でなくても、略台形状等でもかまわない。
【００１８】
本実施例では、固定子３を一次側（コイルを巻いたコアを有する側）、可動子６を二次側としたが、固定子３を二次側、可動子６を一次側とした構成にも本発明は適用できる。この構成の場合、可動子６が段部を有することになる。
【００１９】
尚、本発明は、上記実施例のリニアモータの方式に限らず、例えば二次側をコイルを巻いた磁性板、凹凸のついた磁性板（リラクタンスモータ）、あるいは導体板（誘導モータ）としたもの等にも適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動装置において、可動子の水平方向に生じる応力を低減させ、可動子の支持機構の負担を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較例のリニアモータの構造図。
【図２】本発明の実施例１の構造図。
【図３】本発明の復元力発生原理の説明図。
【符号の説明】
３…固定子、４…コイル、６…可動子、１１ａ，２２ａ…上部磁極歯、２１ｂ，１２ｂ…下部磁極歯、３１，３２…段部、３４…永久磁石、４１，４２，４３，４４…電磁力の働く方向、４５，４６…復元力の方向、５１，５２…コア、６１…第１の対向部、６２…第２の対向部。

Claims

２つの磁極歯が対向する第１の対向部を有する第１のコアと、
２つの磁極歯が対向する第２の対向部を有する第２のコアと、
前記第１の対向部と前記第２の対向部とを有しコイルが巻かれた一次側と、
前記第１の対向部と前記第２の対向部の間にある二次側とを有し、
前記二次側は複数の永久磁石を有し、
前記第１の対向部あるいは前記第２の対向部の少なくとも一方に段部を有し、
前記段部の高さは前記磁極歯の幅よりも小さいことを特徴とする駆動装置。
２つの磁極歯が対向する第１の対向部を有する第１のコアと、
２つの磁極歯が対向する第２の対向部を有する第２のコアと、
前記第１の対向部と前記第２の対向部とを有しコイルが巻かれた一次側と、
前記第１の対向部と前記第２の対向部の間にある二次側とを有し、
前記二次側は複数の永久磁石を有し、
前記第１の対向部あるいは前記第２の対向部の少なくとも一方に段部を有し、
前記段部の高さが一次側と二次側の空隙部における距離よりも大きいことを特徴とする駆動装置。