JP3817883B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，工作機テーブルの送りなどに用いられるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータには、本出願人がすでに出願した特願平９−８２１３３号、特願平９−１４３０１６号に開示されているように、２個の固定子が対向し、その間を可動子が移動するというものがある。これらのリニアモータの可動子の構造は，予め分割コアにコイルを巻回した後，分割コア同士を連結したものとなっているため，スロット内の巻線占積率が高く，発熱の小さいことが特徴となっている。
また、他の従来のリニアモータには、特開昭６４−４７２６０号に開示されているようなものがあり、可動子である電機子の鉄心を斜めに切り欠いてコギング力を低減するという効果が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが，これらの従来技術には次のような問題があった。すなわち、本出願人が出願した特願平９−８２１３３号、特願平９−１４３０１６号記載のリニアモータには、テーブル取り付け時のちょっとした不手際で可動子が傾き、左右ギャップにアンバランスが生じると、大きなコギング力が発生するという問題があった。さらに可動子両端の鉄心があるところと無いところではパーミアンスが大きく異なるので、これもコギング力を大きくする原因となり問題となっていた。また，特開昭６４−４７２６０号記載のリニアモータには、電機子の鉄心を磁性鋼板を積み重ねて形成する時，コギング力を低減するには形状の違うものを数種類用意しなければならず，積み重ね方も複雑となり，コスト高となっていた。さらにこのような一体の電機子コアではスロット内の巻線の占積率が小さく、大きな推力を必要とするときは発熱が大きくなった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の本発明は、平行な２個のバックヨークの内側に対向する永久磁石が固着され、該永久磁石を移動方向に沿って順次異極となるよう前記２個のバックヨークにそれぞれ複数個配置された固定子と、磁性鋼板を積み重ねて形成されコイルが巻回された複数個の分割コアを移動方向に並べて機械的に結合するとともに、前記分割コアの側面が前記永久磁石と対面するように前記固定子の中央に配置されて移動方向に移動可能に支持された可動子と、からなるリニアモータにおいて、前記可動子は、コイルが巻回された複数の主分割コアと、コイルが巻回されてなく前記主分割コアの両端に配置された補分割コアからなり、前記補分割コアが前記主分割コアと同じか又は類似した形状の磁性鋼板を積層して形成されているとともに、前記主分割コアに近いところから遠ざかるにしたがって前記補分割コアの積厚が順に小さくなっていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、前記磁性鋼板の形状が十字型とＴ字型とＩ字型の何れかであることを特徴としており、請求項３に記載の発明は前記補分割コアの長さと個数は、補分割コアの長さの合計≦（２×極ピッチ）となるように設定されていることを特徴としている。
【０００５】
また請求項４に記載の発明は、平行な２個のバックヨークの内側に対向する永久磁石が固着され、該永久磁石を移動方向に沿って順次異極となるよう前記２個のバックヨークにそれぞれ複数個配置された固定子と、磁性鋼板を積み重ねて形成されコイルが巻回された複数個の分割コアを移動方向に並べて機械的に結合するとともに、前記分割コアの側面が前記永久磁石と対面するように前記固定子の中央に配置されて移動方向に移動可能に支持された可動子と、からなるリニアモータにおいて、前記可動子は、十字型の磁性鋼板を積層して形成したあとコイルが巻回された複数の主分割コアと、コイルが巻回されてなく前記主分割コアの両端に配置された鉄心からなり、側面から見た該鉄心の形状が５角形で山形をしていることを特徴としており、請求項５に記載の発明は、５角形の山形のところが、山の高さ≦（２×極ピッチ）という関係となるよう形成されていることを特徴とし、請求項６に記載の発明は、主分割コアの個数が３の倍数であることを特徴としている。
上記の各手段により、可動子の両端の分割コアが永久磁石に対して階段状に並ぶのでコギング力を低減することができるのである。このように上記手段を用いてコギング力を低減するときは、分割コアを形成するときに同一形状の磁性鋼板の枚数（積厚）を変えるだけでよいか、あるいは僅かの形状数の磁性鋼板の枚数（積厚）を変えるだけでよいので、加工工数を増やすことなくコギング力を小さくできる幅を自由に選択することができるのである。また、磁性鋼板を積層した可動子の両端の分割コアに代えて、斜めに切り欠いた鉄心を取り付けることによって、加工工数を抑えつつ、極ピッチで発生するコギング力を完全に消すことができるのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施例のリニアモータの図面であり、（ａ）は上から見た要部断面図、（ｂ）は可動子の横側端面の図である。図４（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ' 面の要部断面図である。そしてこのリニアモータは８ポール９スロットを基本構成としている。
図１において、４、５はバックヨークであり、磁極が交互になるよう複数の永久磁石３が並べて固着されている。永久磁石３を固着したバックヨーク４は左側固定子１をなし、永久磁石３を固着したバックヨーク５は右側固定子２をなし、２つの固定子の対向する永久磁石３が同極となるよう配置されている。１３は十字型の磁性鋼板を積層して形成した補十字型分割コアであり、１２は補十字型分割コア１３と同じ磁性鋼板を積層して形成した後、コイル１１を巻回した主十字型分割コアである。９個の主十字型分割コア１２と４個の補十字型分割コアは互いに勘合する凹凸部によって機械的に固定されており、補十字型分割コア１３は主十字分割コア１２から離れるにつれ磁性鋼板の積厚が小さくなっている。主十字型分割コア１２と補十字型分割コア１３は上下に可動子上部材１４と可動子下部材１５で挟まれており、主十字型分割コア１２と補十字型分割コア１３の中央に設けたネジ穴１７を貫通するボルト１６で互いに剛に固定され、可動子１０をなしている。可動子上部材１４には図示しない負荷が固定されるとともに、可動子１０が図示しないガイドによって支持され、主十字型分割コア１２及び補十字型分割コア１３の両横側端面と２つの固定子１、２の永久磁石３との間の空隙が一定に保たれ、可動子１０が固定子１、２に対して長手方向に移動可能となっている。
【０００７】
図２は本発明の第２実施例のリニアモータの図面であり、（ａ）は上から見た要部断面図、（ｂ）は可動子の横側端面の図である。図４（ｂ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ' 面の要部断面図である。そしてこのリニアモータも８ポール９スロットを基本構成としている。この実施例が前記第１実施例と異なるのは、主分割コア１２と補分割コア１３を、Ｔ字型の磁性鋼板を使って形成した主Ｔ字型分割コア２２と補Ｔ字型分割コア２３に置き換えたことと、それに伴うコイルの巻回の仕方にあり、その他については第１実施例と同じである。
図３は本発明の第３実施例のリニアモータの図面であり、（ａ）は上から見た要部断面図、（ｂ）は可動子の横側端面の図である。図４（ｃ）は図３（ｂ）のＡ−Ａ' 面の要部断面図である。そしてこのリニアモータも８ポール９スロットを基本構成としている。この実施例が前記第１及び第２実施例と異なるのは、可動子１０の主分割コア１２、２２と補分割コア１３、２３を、Ｉ字型の磁性鋼板を使って形成した主Ｉ字型分割コア３２と補Ｉ字型分割コア３３に置き換えたことと、２つの固定子の対向する永久磁石３を異極となるように配置したこと、さらに主Ｉ字型分割コア３２に合わせたコイルの巻回の仕方にあり、その他については第１及び第２実施例と同じである。
【０００８】
図５は本発明の第４実施例のリニアモータの図面であり、（ａ）は上から見た要部断面図、（ｂ）は可動子の横側端面の図である。この実施例が前記第１実施例と異なるのは、可動子１０の補十字型分割コア５３を主十字型分割コア５２よりも長さを短かくして点にあり、その他については第１実施例と同じである。
以上の４つの実施例において、主分割コア１２、２２、３２、４２の前後に設けた補分割コア１３、２３、３３、４３の長さと個数は
補分割コアの長さの合計≦（２×極ピッチ）
となるよう設定されている。
図６は本発明の第５実施例のリニアモータの図面であり、（ａ）は上から見た要部断面図、（ｂ）は可動子の横側端面の図である。この実施例が前記第１実施例と異なるのは、可動子１０の補十字型分割コア１３に代えて、斜めに切欠いた鉄心を設け、その側面の形状を山形をした５角形とした点にある。そして５角形の山形のところは
山の高さ≦（２×極ピッチ）
という関係となるよう形成されている。
前記の幾つかの実施例では主分割コアの個数を９として説明したが、であるため、３の倍数になっていればよく、９に限定されるものではない。
前記の各実施例によると、可動子の長手方向両端の補分割コアが永久磁石に対して階段状に並ぶので、コギング力を低減することができるのである。実施例１ないし３の場合は、分割コアを形成するときに主分割コアと同一形状の磁性鋼板を用いて枚数（積厚）を変えるだけでよいので、加工工数を増やすことなくコギング力を小さくすることができる。実施例４の場合は、主分割コアとは別に準備する異なる形状の補分割コアは１種類のみでよく、その枚数（積厚）を変えるだけで補分割コアを構成できて、同じく加工工数をむやみに増やすことなくコギング力を小さくすることができる。このように、分割コアの形状や配置などに応じて必要な積厚にするのは容易なことであり、工数を増やすことなく設計の自由度を高められるのである。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、可動子１０の長手方向の両端付近では、主分割コアから両端に向うにつれて永久磁石３に対面する鉄心の面積が減少しているので、リニアモータのコギング力が小さくなるのである。また、可動子１０の両端部の補分割コアを製作するとき、実施例１ないし３については可動子の中央の分割コアと同じ形状の磁性鋼板の枚数（積厚）を変えるだけでよいので、コストを上げることなくコギング力を小さくすることができ、また積厚を自由に設定することができるので設計変更が容易であるという利点を有している。
さらに、可動子の鉄心を分割コアで構成した実施例では、スロット内の巻線占積率が高く、発熱が小さく抑えられるという利点も持っている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のリニアモータの構造図
【図２】本発明の第２実施例のリニアモータの構造図
【図３】本発明の第３実施例のリニアモータの構造図
【図４】第１ないし第３実施例のリニアモータの要部断面図
【図５】本発明の第４実施例のリニアモータの構造図
【図６】本発明の第５実施例のリニアモータの構造図
【符号の説明】
１ 左側固定子
２ 右側固定子
３ 永久磁石
４、５ バックヨーク
１０、２０、３０、５０、６０ 可動子
１１、２１、３１、５１、６１ コイル
１２、５２、６２ 主十字型分割コア
１３、５３ 補十字型分割コア
１７、２７、３７、５７、６７ ネジ穴
１４、２４、３４ 可動子上部材
１５、２５、３５ 可動子下部材
１６、２６、３６ ボルト
２２ 主Ｔ字型分割コア
２３ 補Ｔ字型分割コア
３２ 主Ｉ字型分割コア
３３ 補Ｉ字型分割コア
６３ 斜めに切欠いた鉄心

Claims (6)

1. 平行な２個のバックヨークの内側に対向する永久磁石が固着され、該永久磁石を移動方向に沿って順次異極となるよう前記２個のバックヨークにそれぞれ複数個配置された固定子と、
   磁性鋼板を積み重ねて形成されコイルが巻回された複数個の分割コアを移動方向に並べて機械的に結合するとともに、前記分割コアの側面が前記永久磁石と対面するように前記固定子の中央に配置されて移動方向に移動可能に支持された可動子と、
   からなるリニアモータにおいて、
   前記可動子は、コイルが巻回された複数の主分割コアと、コイルが巻回されてなく前記主分割コアの両端に配置された補分割コアからなり、前記補分割コアが前記主分割コアと同じか又は類似した形状の磁性鋼板を積層して形成されているとともに、前記主分割コアに近いところから遠ざかるにしたがって前記補分割コアの積厚が順に小さくなっていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記磁性鋼板の形状が十字型とＴ字型とＩ字型の何れかであることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 前記補分割コアの長さと個数は、
   補分割コアの長さの合計≦（２×極ピッチ）
   となるように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
4. 平行な２個のバックヨークの内側に対向する永久磁石が固着され、該永久磁石を移動方向に沿って順次異極となるよう前記２個のバックヨークにそれぞれ複数個配置された固定子と、
   磁性鋼板を積み重ねて形成されコイルが巻回された複数個の分割コアを移動方向に並べて機械的に結合するとともに、前記分割コアの側面が前記永久磁石と対面するように前記固定子の中央に配置されて移動方向に移動可能に支持された可動子と、
   からなるリニアモータにおいて、
   前記可動子は、十字型の磁性鋼板を積層して形成したあとコイルが巻回された複数の主分割コアと、コイルが巻回されてなく前記主分割コアの両端に配置された鉄心からなり、側面から見た該鉄心の形状が５角形で山形をしていることを特徴とするリニアモータ。
5. ５角形の山形のところは
   山の高さ≦（２×極ピッチ）
   という関係となるよう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。
6. 主分割コアの個数が３の倍数であることを特徴とする請求項１ないし５の何れかのリニアモータ。

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