JP3846781B2 - リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアアクチュエータに関し、特に可動子に設けられるコイルへの給電構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リニアアクチュエータは、複数の永久磁石をその磁極が交互になるように並べた磁石列片と、コイルが巻かれた断面略コ字状のコアの開口端に設けられた複数の磁極歯をその磁極が交互になるように並べた電機子とを備えている。このリニアアクチュエータでは、電機子に設けられるコイルに交流電流を流して各磁極歯から発生する磁力線の方向を交番させることで、磁石列片と電機子とが相対的に移動するようになっている。すなわち、リニアアクチュエータは、磁石列片および電機子のうちいずれか一方を固定子として固定させると、他方が可動子となって移動する構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、磁石列片を固定子とする場合では、可動子である電機子のコイルに交流電流を供給するケーブル等が可動子の移動の際に邪魔であった。特に、可動子の移動距離が長くなると長いケーブルが必要となり、この長いケーブルを引っ張るための力が可動子の移動を妨げる方向に働いていた。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、ケーブルを必要としない給電構造を有するリニアアクチュエータを提供すること等にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明に係るリニアアクチュエータは、複数の永久磁石を磁極が交互となるように配列した磁石列片からなる固定子と、この固定子に沿って移動自在な可動子とを有するリニアアクチュエータであって、前記可動子は、一体に結合された３個の励磁ブロックを有し、この励磁ブロックは、前記磁石列片を挟んで向かい合う一対の対向部を自身の中心側に偏倚したコアと、このコアを前記対向部間の磁力線の方向が交互となるように複数並べたコア列に巻き付けるコイルとを有し、前記励磁ブロックにそれぞれ設けられるコイルは、その各一端が互いに接合されるとともに、その各他端が前記可動子の移動方向に沿って固定設置された３本の電力供給ラインにそれぞれ直接または間接的に接触して、Ｙ形三相電源を構成し、前記各コイルはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分かれ、各コイルの他端にそれぞれの相の交流電力を前記各電力供給ラインから供給することを特徴とする。このリニアアクチュエータによれば、移動する可動子は、その各コイルの他端が電力供給ラインに接触して電力が供給される。そのため、可動子にケーブルを設ける必要がなくなり、可動子がケーブルを引っ張ることなくスムーズに移動することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明に係るリニアアクチュエータの詳細について説明する。
参照する図面において、図１は第１の実施形態に係るリニアアクチュエータの固定子および可動子を示す斜視図、図２は図１の励磁ブロックの構成を示す要部拡大斜視図、図３は図１のリニアアクチュエータにおける電力供給ラインを示す斜視図である。
【０００７】
図１に示すように、リニアアクチュエータＲは、その両端が壁等に固定される固定子１と、この固定子１に沿って移動自在な可動子２と、この可動子２に交流電流を供給するレール（電力供給ライン）３１を備える電力供給装置３とを有している。この固定子１は、複数の永久磁石Ｍ，・・・を磁極が交互となるように配列した磁石列片からなっている。
【０００８】
可動子２は、その移動方向に沿って所定間隔を空けて配設される３つの励磁ブロック４，・・・が一体に結合されたものである。この励磁ブロック４は、磁路を形成するコア５と、このコア５を６つ並べたコア列６に巻き付けるコイル７とを有している。
【０００９】
コア５は、図２に示すように、断面略コ字状となるコア部５１と、このコア部５１の開口方向（以下、「上方」という）に沿って並んで配設されて前記固定子（磁石列片）１を挟んで向かい合う一対の上側対向部５２および下側対向部５３とを有している。このコア部５１は、コイル７が巻かれる基部５１ａと、その両端に形成される互いに高さの異なる第１，第２の側部５１ｂ，５１ｃとにより断面略コ字状となっている。そして、この第１の側部５１ｂの上端（開口端）に第２の側部５１ｃに向かって延びる上側延設部５４が形成され、この上側延設部５４の先端に上側対向部５２が形成されている。また、第２の側部５１ｃの上端（開口端）に第１の側部５１ｂに向かって延びる下側延設部５５が形成され、この下側延設部５５の先端に下側対向部５３が形成されている。すなわち、このコア５では、前記上側，下側対向部５２，５３が自身の中心側に偏倚されている。ここで、「自身の中心側」とは、コア５における基部５１ａの略中央の位置を意味し、その位置から多少ずれることをも含んでいる。
【００１０】
そして、このコア５は、隣り合うコア５，５における各第１，第２の側部５１ｂ，５１ｃの位置が互いに逆になるように配設されるとともに、その上側，下側対向部５２，５３が前記固定子１に沿うように配設されて一体に結合されることでコア列６となっている（図１参照）。このコア列６に巻かれたコイル７に一方向に向かって流れる電流を供給すると、隣り合うコア５，５のうち一方のコア５において上側対向部５２から下側対向部５３に向かう磁力線が発生し、他方のコア５において下側対向部５３から上側対向部５２に向かう磁力線が発生する。すなわち、このコア列６を構成する各コア５は、その各上側，下側対向部５２，５３間の磁力線の方向が交互となるように並べられている。
【００１１】
図１に示す３つの励磁ブロック４，・・・にそれぞれ設けられるコイル７は、その各一端が互いに接続されており、その各他端が各励磁ブロック４の下面に固定される導電性を有する各車輪４１にそれぞれ接続されている。この各車輪４１は、互いに前記コア５の基部５１ａの長手方向に沿ってずれるように配設され、レール３１から交流電流を受け取る機能の他に可動子２全体を支持する機能をも有している。
【００１２】
電力供給装置３は、図３に示すように、可動子２の移動方向に沿って固定台Ｂに固定設置された導電性を有する３本のレール３１，・・・と、この各レール３１に交流電流を供給するインバータ３２とを有している。そして、この各レール３１に車輪４１がそれぞれ移動自在に係合して常時接触することで、移動中の可動子２に各レール３１から電流が供給されることになっている。
【００１３】
次に、このリニアアクチュエータＲの動作について図３を参照して説明する。まず、図示しないスイッチを作動させるとインバータ３２に直流電流が供給され、このインバータ３２により直流電流が交流電流に変換される。この交流電流は、インバータ３２内に設けられる制御装置（図示せず）により適宜に制御されて、各レール３１に供給される。レール３１に交流電流が流れると、励磁ブロック４が励磁して可動子２が固定子１に沿って移動する。このとき、可動子２の移動方向に沿ってレール３１が固定設置されることにより、移動する可動子２には、その各コイル７の他端が車輪４１を介して間接的に各レール３１に常時接触して電力が常時供給される。
【００１４】
以上によれば、第１の実施形態において次のような効果を得ることができる。（１）レール３１に常時接触する車輪４１を介して可動子２に電力が供給されるので、可動子２にケーブルを設ける必要がなくなり、可動子２がケーブルを引っ張ることなくスムーズに移動することができる。
（２）断面略コ字状のコア部５１に形成される対向部５２，５３が、固定子１を挟んで向かい合うので、このリニアアクチュエータＲを利用する際の配線構造における設計自由度が高くなる。たとえば、このリニアアクチュエータＲを搬送用アクチュエータに利用する場合、断面略コ字状のコア部５１をその開口が上方を向くように配設して、固定子１の上側にある上側対向部５２の上面を車体下面に接合し、固定子１の下側にあるコア列６の基部５１ａに巻き付けたコイル７の他端をその直下の地面に配設したレール３１に車輪４１を介して接触させることができる。このように構成することにより、可動子２からレール３１までの配線を短くすることができ、構造の簡易化およびコスト低減を図ることができる。
【００１５】
なお、本発明は、前記第１の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
（i）本実施形態では、各コイル７の他端が車輪４１を介して各レール３１に間接的に接触する構造としたが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、本実施形態におけるコイル７の他端をレール３１に直接的に接触させる構造であってもよい。しかし、この構造では可動子２を支持する車輪４１を別に設ける必要があるのに対して、本実施形態では可動子２を支持する車輪４１を電力供給用にも利用するため、車輪を別に設ける必要がなくコストダウンを図ることができる。
【００１６】
（ii）本実施形態のリニアアクチュエータＲは、多種多様なアクチュエータとして適用可能であることはいうまでもない。特に、搬送用アクチュエータに利用する場合、本実施形態のリニアアクチュエータＲでは特有の効果を奏するため、以下に従来技術と比べて説明する。たとえば、従来における固定子の片面と可動子の片面を対向させる構造のリニアアクチュエータでは、可動子の直下の地面に固定子を設ける必要があるので、この固定子からずらして電力供給ラインを配設し、このずれた電力供給ラインまで可動子の配線を取り回す必要がある。また、可動子を車体側部に設け、これと対向する壁に固定子を設ける構造にすれば可動子の直下に電力供給ラインを設けることができるが、車体の片側のみに可動子等を設けると車体に側方荷重が加わるおそれがあるため、これらの可動子等を車体両側に設ける必要がありその分コストが上がると考えられる。
【００１７】
これに対して、本実施形態のリニアアクチュエータＲでは、前記のようにコイル７の他端をその直下の地面に配設したレール３１に車輪４１を介して接触させることができるので、可動子２からレール３１までの配線を短くすることができ、構造の簡易化およびコスト低減を図ることができる。
【００１８】
〔第２の実施形態〕
以下に、本発明に係るリニアアクチュエータにおける第２の実施形態について説明する。この実施形態は第１の実施形態に係るリニアアクチュエータＲの一部を変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図４は第２の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【００１９】
図４に示すように、本実施形態に係るリニアアクチュエータＲ’には、その可動子２の下面に各コイル７の各他端に接続されるインバータ３２が一体的に設けられている。このインバータ３２にはその下面に直流電流を内部に取り込むための２つの端子（図示せず）が設けられ、この端子には導電性を有する車輪４１がそれぞれ接続されている。
【００２０】
電力供給装置３’は、可動子２の移動方向に沿って固定台Ｂに固定設置された導電性を有する２本のレール３１，・・・と、このレール３１に直流電流を供給する直流電源３３とを有している。そして、このレール３１に可動子２の車輪４１がそれぞれ移動自在に係合して常時接触することで、移動中の可動子２のインバータ３２にレール３１から直流電流が常時供給されることになっている。
【００２１】
次に、このリニアアクチュエータＲ’の動作について図４を参照して説明する。
まず、図示しないスイッチを作動させると直流電源３３からレール３１を介してインバータ３２に直流電流が供給され、このインバータ３２により直流電流が交流電流に変換される。この交流電流が各コイル７にそれぞれ供給されると、各励磁ブロック４が励磁して可動子２が固定子１に沿って移動する。このとき、可動子２の移動方向に沿ってレール３１が固定設置されることにより、移動する可動子２には、そのインバータ３２の端子がレール３１に車輪４１を介して間接的に常時接触することで電力が常時供給される。
【００２２】
以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
（３）インバータ３２の２つの端子から給電される構造であるため、この２つの端子に対応するようにレール３１を２本だけ設ければよく、第１の実施形態に比べてコストを下げることができる。
【００２３】
〔第３の実施形態〕
以下に、本発明に係るリニアアクチュエータにおける第３の実施形態について説明する。この実施形態は第２の実施形態に係るリニアアクチュエータＲ’の一部を変更したものなので、第２の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図５は第３の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【００２４】
図５に示すように、本実施形態に係るリニアアクチュエータＲ”には、その可動子２の下面に、各コイル７の各他端に接続されるインバータ３２とこのインバータ３２に隣接して接続される蓄電池３４とが一体的に設けられている。この蓄電池３４は可動子２の移動経路における所定位置に設けられる充電器３５によって充電可能な構造となっており、その充電用の端子３４ａが可動子２の移動方向に沿って突出するように設けられている。また、固定子１”は、その幅が前記端子３４ａの幅より大きく形成されることにより、その端子３４ａを覆っている。
【００２５】
なお、本実施形態における車輪４１は導電性を有する必要はなく、可動子２を支持するために設けられている。また、たとえばインバータ３２および蓄電池３４の下面が固定台に対してスライドする構造や、固定子１のみで可動子２を支持させる構造等であれば、車輪４１を設ける必要はない。
【００２６】
次に、このリニアアクチュエータＲ”の動作について図５を参照して説明する。
まず、図示しないリモコンにより蓄電池３４を稼動させると、この蓄電池３４からインバータ３２に直流電流が供給され、この直流電流がインバータ３２により交流電流に変換される。この交流電流が各コイル７にそれぞれ供給されると、各励磁ブロック４が励磁して可動子２が固定子１に沿って移動する。また、長時間にわたる可動子２の運転により蓄電池３４の蓄電量が少なくなった場合は、可動子２を充電器３５の位置まで移動させ、この充電器３５により蓄電池３４を充電する。
【００２７】
以上によれば、第３の実施形態において次のような効果を得ることができる。
（４）可動子２に設けられる蓄電池３４およびインバータ３２によりコイル７が通電するので、可動子２にケーブルを設ける必要がなくなり、ケーブルによる可動子２の移動の阻害が防止される。
（５）蓄電池３４の端子３４ａが固定子１”により覆われているので、特別なカバー部材を設けることなく、この端子３４ａに水等が被ることによる故障を防止できる。たとえば、このリニアアクチュエータＲ”を可動子２の上面に台を固定させることにより工場等で使用する搬送台車に利用する場合は、作業者が切削水等が付いたワークを台に載せたとしても、このワークから流れ落ちる切削水を固定子１”で受けることができる。そのため、端子３４ａに水等が被ることによる故障を防止することができる。
【００２８】
以上、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
（iii）本実施形態では、コア５を断面略コ字状のコア部５１に延設部５４，５５と対向部５２，５３とが一体に形成される構造としたが、本発明はこれに限定されず、独立したコア部、延設部、対向部をそれぞれ接合させることでコアを構成する構造等であってもよい。
（iv）また、励磁ブロックやコア等の数は任意に設定可能であることはいうまでもない。ここで、励磁ブロックを一つ設ける場合には、そのリニアアクチュエータは振動アクチュエータとして利用されるが、この場合であっても本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００２９】
（v）本実施形態では、コア５の基部５１ａにコイル７を巻き付ける構造としたが、本発明はこれに限定されず、コア５の側部５１ｂ，５１ｃや延設部５４，５５のいずれに巻き付けてもよい。さらに、これらの側部５１ｂ，５１ｃや延設部５４，５５のうち少なくとも２個所にコイル７を巻き付けると磁力が安定するといった効果が得られる。
（vi）第３の実施形態における端子３４ａの位置は任意に設定可能であり、たとえば端子３４ａを固定子１”の近傍に位置させることにより、端子３４ａに水等が被ることによる故障がより確実に防止される。また、固定子１”の形状は任意に設定可能である。たとえば、固定子１”を蓄電池３４側に向かって開口する断面略コ字状の形状に形成し、このコ字状断面内に充電池３４の端子３４ａを位置させれば、この端子３４ａに側方から水等が被ることも防止できる。また、固定子の幅を広くする構造を第１，第２の実施形態の構造に適用することにより、レールを水等から保護することもできる。すなわち、幅広の固定子をレールの設置面へ投影した範囲内にレールを敷設することで、レールが固定子で覆われるので、レールを水等から保護することができる。
（vii）また、第３の実施形態における可動子２に固定子１から発生する磁束を利用した電磁誘導により発電する発電機を設けてもよい。この発電機としては、たとえば固定子の磁場中に導体を配設し、この導体に閉回路を接続することにより構成されるもの等がある。すなわち、この発電機は、可動子が移動することにより導体が固定子の磁場中を運動することとなり、閉回路に電流が流れるものである。このような発電機を可動子に設けることにより、可動子の移動により電力が消費されても発電機により補助的に充電することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、固定設置された電力供給ラインにコイルの他端が直接または間接的に接触することで移動する可動子への給電が行われるので、可動子にケーブルを設ける必要がなく、可動子をスムーズに移動できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るリニアアクチュエータの固定子および可動子を示す斜視図である。
【図２】図１の励磁ブロックの構成を示す要部拡大斜視図である。
【図３】図１のリニアアクチュエータにおける電力供給ラインを示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【図５】第３の実施形態に係るリニアアクチュエータを示す斜視図である。
【符号の説明】
Ｒ，Ｒ’，Ｒ” リニアアクチュエータ
Ｍ 永久磁石
１，１’ 固定子
２ 可動子
３ 電力供給ライン
３１ レール
３２ インバータ
３３ 直流電源
３４ 蓄電池
４ 励磁ブロック
５ コア
６ コア列
７ コイル
５１ コア部
５１ａ 基部
５１ｂ，５１ｃ 第１，第２の側部
５２ 上側対向部
５３ 下側対向部
５４，５５ 上側，下側延設部

Claims (2)

1. 複数の永久磁石を磁極が交互となるように配列した磁石列片からなる固定子と、この固定子に沿って移動自在な可動子とを有するリニアアクチュエータであって、
   前記可動子は、一体に結合された３個の励磁ブロックを有し、
   この励磁ブロックは、前記磁石列片を挟んで向かい合う一対の対向部を自身の中心側に偏倚したコアと、このコアを前記対向部間の磁力線の方向が交互となるように複数並べたコア列に巻き付けるコイルとを有し、
   前記励磁ブロックにそれぞれ設けられるコイルは、その各一端が互いに接合されるとともに、その各他端が前記可動子の移動方向に沿って固定設置された３本の電力供給ラインにそれぞれ直接または間接的に接触して、Ｙ形三相電源を構成し、
   前記各コイルはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に分かれ、各コイルの他端にそれぞれの相の交流電力を前記各電力供給ラインから供給することを特徴とするリニアアクチュエータ。
2. 請求項１に記載のリニアアクチュエータの電力供給ラインを、固定子が投影された設置面の範囲内に敷設することを特徴とするリニアアクチュエータ。

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