JP3827671B2

JP3827671B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP3827671B2
Application number: JP2003413356A
Authority: JP
Inventors: 恒雄杉浦
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005176506A

Description

本発明は、リニアモータに関し、特に、輪状巻線に対して各コアを隙間を介して独立配置することにより、漏れ磁束を減らし、高効率に推力を得るための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種のリニアモータとしては、特許文献１に開示された図５の構成、特許文献２に開示された図６の構成、特許文献３に開示された図７から図１１の構成を挙げることができる。

図５の第１従来構成においては、ベース１上に片側磁石ユニット２、３、４、５が設けられ、各々輪状巻線６、７、８、９が設けられている。
一対の前記磁石ユニット２、４及び３、５によって１対の固定子ユニット１０、１１が形成されて固定子１２が構成されている。

前記各片側磁石ユニット２〜５は、互いに交互に配設された複数の第１コア２０及び第２コア２１で構成され、各第１コア２０及び第２コア２１に形成された空隙２２内に、複数のマグネット２３を有する可動子２４が往復動自在に設けられている。

また、図６の第２従来構成の場合、電機子巻線８を有する電機子１０には、第１、第２コア２０、２１が交互に設けられ、この第１、第２コア２０、２１と電機子巻線８との間には、複数のマグネット２３を有する可動子２４が往復動自在に配設されている。

また、図７から図１１で示される第３従来構成の場合、垂直方向に端面を配設した輪状巻線８に対し、図８に示す複数の磁極歯２０ａを上下に各々一体に有する磁極歯列状の第１コア２０と、図９に示す複数の磁極歯２１ａ（前記磁極歯２０ａよりも高さが大きく形成されている）を上下に各々一体に有する磁極歯列状の第２コア２１が図１０のように、長手方向に重合し、かつ、各磁極歯２０ａ、２１ａが交互に配設されている。
前記各磁極歯２０ａ、２１ａに形成されたスリット状の空隙２２は直線状に整列され、この空隙２２には複数のマグネット２３を有する可動子２４が往復動自在に配設されている。

特開平１０−１７４４１８号公報特開２００１−２８８７５号公報特開２００２−１４２４３７号公報

従来のリニアモータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図５の第１従来構成の場合、１相分の構成において可動子の両側に一対の輪状巻線を設けなければならず、構成が複雑で、大量生産には不向きであった。

また、図６の第２従来構成の場合、可動子は電機子の各コア間の閉じた形状の空洞内に配設されているため、可動子と電機子の組立が難しく、さらに、可動子が偏平状となるため、構造的に強度不足となり、移動方向に長く形成することが困難であった。

また、図７から図１１迄の第３従来構成の場合、構成としては本願発明の構成には近いと云えるが、各コアの各磁極歯が全く一体状に形成されているため、図１１の太線で示すように、漏れ磁束φ_０が発生しやすく、可動子との間で生じる電機子反作用（アマチュアリアクション）も加わり、可動子が移動する空隙のギャップの磁力が大幅に減少し、推力、動作効率を向上させることは極めて困難であった。

本発明によるリニアモータは、輪状に形成された１個の輪状巻線と、前記輪状巻線に設けられ空隙を有する合計４個の第１、第２コアと、からなる固定子部を複数個用いて固定子を形成し、前記第１、第２コアの各空隙内にマグネットを有する可動子が往復動するように構成したリニアモータにおいて、
前記第１、第２コアはＵ字部とＬ字部の連続一体形状よりなり、１個の前記輪状巻線で１相が形成され、前記輪状巻線の互いに離間して対向する第１、第２直線部に各々２個ずつ前記第１、第２コアが互いに独立した状態でかつ前記第１、第２直線部の長手方向に沿って前記Ｕ字部とＬ字部が直接重合して配設され、前記第１、第２コアの各第１、第２コア面には前記輪状巻線が存在せず、前記第１、第２コアの前記第１、第２コア面と対向する第３、第４コア面には１個の空隙が上方へ向けて解放された状態で形成され、断面Ｔ字型をなす前記可動子の一端に設けられた支持板は前記輪状巻線の端面と平面でみて重合し、前記可動子の一列のマグネットのみが前記空隙内に位置している構成であり、また、前記固定子は、２相又は３相とした構成である。

本発明によるリニアモータは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、１相当り１個の輪状巻線であるため、１相ユニットが小さくできる。
また、固定子と可動子が完全に分離されているため、製作及び組立が容易であり、断面Ｔ字型の可動子であるため、従来よりも強度が高く、長さの制限を受けることもない。
また、輪状巻線に設ける各コアが全て独立して配設されているため、従来よりも漏れ磁束を大幅に少なくし、極間隙間を詰め極幅を広くすることにより効率を向上させることができる。また、可動子を断面Ｔ字型とし、剛性を向上させ、長手形状が作りやすくなる。

本発明は、輪状巻線に対して複数のコアを独立し、かつ、交互に互いに重合するように配設して漏れ磁束を少なくし、効率を向上させることを目的とする。

以下、図面と共に本発明によるリニアモータの好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図１において符号８で示されるものは輪状に形成されたＡ相用の第１輪状巻線であり、この第１輪状巻線８の一対の互いに離間して対向する第１、第２直線部８Ａ、８Ｂには複数の第１、第２コア２０、２１が所定の間隔で、かつ、完全に独立して設けられている。前記各コア２０、２１は、Ｕ字部（Ｕ）とＬ字部（Ｌ）が連続して一体の形状で形成されている。

前記第１、第２コア２０、２１は、第１輪状巻線８の各直線部８Ａ、８Ｂの長手方向に沿って互いに交互に、かつ、前記長手方向に沿って重合するように配設されている。すなわち、前記Ｕ字部（Ｕ）とＬ字部（Ｌ）とが直接重合している。
前記第１輪状巻線８の隣接位置には、Ｂ相用として、第２輪状巻線９が直線状位置に配設されている。

前記第１、第２コア２０、２１の各第１、第２コア面２０ａ、２１ａ（図３の底面に相当）には第１輪状巻線８が存在せず、前記第１、第２コア２０ａ、２１ａと対向する第３、第４コア面２０ｂ、２１ｂ（図３の上面に相当）には、上方へ向けて解放された状態の空隙２２が形成されている。このスリット状の１個の空隙２２は、直線状に配列され、この空隙２２内には、複数のマグネット２３を直線状でかつ板状に有すると共に交互にＮ、Ｓ着磁した可動子２４が往復動自在に設けられている。
前記可動子２４は、各マグネット２３を支持する長手板状の支持板２４Ａを有しており、全体形状としては断面Ｔ字型をなす高剛性を有する構造で形成されると共に、前記各輪状巻線８、９の端面８Ｄの面方向と平行に往復動できる構成である。また、前記可動子２４の一端に設けられた支持板２４Ａは、前記輪状巻線８の端面８Ｄと平面でみて重合し、前記可動子２４のマグネット２３のみが前記空隙２２内に位置している。
尚、第１輪状巻線８と各コア２０、２１によって固定子部５０が形成され、複数の固定子部５０を各相分ベース１上に固定することにより固定子１２が形成されている。

図２は、図１の構成を平面的に示し、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相からなる三相とした場合を示しており、極間隔Ｇ３に対し、各コア２０、２１間の極間隙間Ｇ１を詰めることによって極幅Ｇ２を広くすることができる。

図３は、図２の輪状巻線８の通電状態を示すもので、第１、第２コア２０、２１に流れる磁束φによって可動子２４が直動できる状態を示している。

図４は、本発明のリニアモータの磁路を示すもので、第１輪状巻線８に対して図示の方向によって電流を印加すると、各コア２０、２１に対して主磁路ｌ_０が形成されるが、各コア２０、２１は一体化されていないため、両側の各コア２０に対して２倍の極間隙間Ｇ１の空気層を通過する必要があり、磁束が流れにくく、漏れ磁路ｌ_１、ｌ_２が形成され苦しくなり、可動子２４に対する大きい駆動力を得ることができる。
従って、一相、二相又は三相の輪状巻線８、９・・・を用いて駆動電流を制御することにより、周知の磁気作用により可動子２４を自在に直動させることができる。
尚、説明の便宜上、コイル側を固定子側、マグネット側を可動子側としたが、固定子側と可動子側を逆にしても成立つことは述べるまでもないことである。

本発明は、リニアモータに限らず、リニアアクチュエータ、リニア検出器等へ適用が可である。

本発明によるリニアモータを示す斜視図である。図１の平面構成図である。図２の輪状巻線に印加した状態を示す説明図である。図１の要部の通電による漏れ磁路を示す説明図である。第１従来例を示す斜視図である。第２従来例を示す斜視図である。第３従来例を示す斜視図である。図７の要部を示す斜視図である。図７の要部を示す斜視図である。図７の要部を示す斜視図である。図１０の漏れ磁束を示す説明図である。

符号の説明

１ベース
８第１輪状巻線
９第２輪状巻線
１２固定子
２０第１コア
２１第２コア
２２空隙
２３マグネット
２４可動子
８Ａ、８Ｂ第１、第２直線部
５０固定子部
Ｇ１極間隙間
Ｇ２極幅
Ｇ３極間隔

Claims

輪状に形成された１個の輪状巻線(8)と、前記輪状巻線(8)に設けられ空隙(22)を有する合計４個の第１、第２コア(20,21)と、からなる固定子部(50)を複数個用いて固定子(12)を形成し、前記第１、第２コア(20,21)の各空隙(22)内にマグネット(23)を有する可動子(24)が往復動するように構成したリニアモータにおいて、
前記第１、第２コア(20,21)はＵ字部(U)とＬ字部(L)の連続一体形状よりなり、１個の前記輪状巻線(8)で１相が形成され、前記輪状巻線(8)の互いに離間して対向する第１、第２直線部(8A,8B)に各々２個ずつ前記第１、第２コア(20,21)が互いに独立した状態でかつ前記第１、第２直線部(8A,8B)の長手方向に沿って前記Ｕ字部(U)とＬ字部(L)が直接重合して配設され、前記第１、第２コア(20,21)の各第１、第２コア面(20a,21a)には前記輪状巻線(8)が存在せず、前記第１、第２コア(20,21)の前記第１、第２コア面(20a,21a)と対向する第３、第４コア面(20b,21b)には１個の空隙(22)が上方へ向けて解放された状態で形成され、断面Ｔ字型をなす前記可動子(24)の一端に設けられた支持板(24A)は前記輪状巻線(8)の端面(8D)と平面でみて重合し、前記可動子(24)の一列のマグネット(23)のみが前記空隙(22)内に位置していることを特徴とするリニアモータ。
前記固定子(12)は、２相又は３相として構成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。