JP4045855B2

JP4045855B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP4045855B2
Application number: JP2002131288A
Authority: JP
Inventors: 勇武田
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003324888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータは直線的な運動をする電動機であり、平板状の固定子に対して設けた可動子を、固定子内のコイルに沿う方向に磁気力により動かすものである。リニアモータの中には、磁気浮上をともない、可動子がガイド等に拘束されることなく動くものもあるが、一般的には、スライドガイド等のガイドに拘束され、そのガイドに沿って動くものが多い。
【０００３】
スライドガイドは、複数の溝を有するレールと、複数のボール（転動体）をレールの溝に対応する位置に配設したブロックから構成され、レールの溝内をボールが転がり運動をすることで、ブロックがレール上を直線運動するものである。リニアモータにおいて、スライドガイドを用いて可動子を支持することで、直線運動が必要な装置等に簡単に適用することができる。
【０００４】
通常、スライドガイドのレールは、ボルトにて堅固に固定側のフレームに固定されており、スライドガイドのブロックも、ボルトにて堅固に可動側の台座に固定されており、固定側のフレーム及び可動側の台座は可動子の重量と加速度に見合った剛性を確保する必要がある。特に、スライドガイドのレールの溝の内面、ボール及びブロックのボール保持面に可動子側の荷重負荷が集中するため、スライドガイドの運動方向に対して垂直にかかるラジアル荷重を考慮して、スライドガイドの選択及び配置を行う。
【０００５】
図５は、従来の全閉型リニアモータの断面図である。
全閉型リニアモータの内部構造がわかるように、可動子の走行方向に垂直な側面を示した。
【０００６】
図５に示すように、全閉型リニアモータは、平板状のフレーム３１と、フレーム３１に固定され、リニアモータ全体を覆うコの字の断面形状のカバー３２と、固定側となるフレーム３１及びカバー３２の内面に、互いに対向するように配設された固定子３３と、上下の固定子３３に対して設けられ、固定子３３の間を移動する可動子３４と、可動子３４の側部の下面とフレーム３１の内面上の間に配設された２条のスライドガイド３７とを有している。
【０００７】
固定子３３には磁界を作るためのコイル３８が、長手方向に一定間隔に複数配設されており、各コイル３８には電源供給部３９から電圧が供給されている。又、可動子３４の上下両表面には、永久磁石４０が長手方向に一定間隔に複数配設されている。
【０００８】
スライドガイド３７は、可動子３４の側部の下面側に配設され、可動子３４を支持するブロック３６と、ブロック３６を走行可能に案内し、フレーム３１の内面上に固定されるレール３５と有している。
【０００９】
全閉型リニアモータは、各コイル３８により固定子３３側に形成される磁界と、可動子３４の永久磁石４０の磁界の相互作用により、可動子３４がスライドガイド３７の走行方向に移動可能である。特に、全閉型リニアモータは可動子３４の上下に固定子３３を配置するため、可動子３４に作用する固定子３３側の磁場を上下両面から作用させることができるので、可動子３４に強い推力を与えることが可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常、リニアモータの内部では、鉄損、銅損、摺動による機械損等の損失により発熱し、各構成部品が温度上昇をする。特に、上記全閉型のリニアモータでは、内部の冷却が容易ではないため、発熱にともなう問題が発生するおそれがある。
【００１１】
具体的には、外気側に接するフレーム３１及びカバー３２に配設される固定子３３と、それらの内部に配設される可動子３４では、冷却能力に差が生じるため、温度上昇にも差が生じる。その温度上昇の差は、熱膨張量の差、即ち、スライドガイド３７のレール３５が固定されるフレーム３１側の熱膨張とスライドガイド３７のブロック３６が固定される可動子３４側の熱膨張２０との差となり、スライドガイド３７に強大な力が作用する。特に、図５に示すようなスライドガイド３７の配置を用いる場合、可動子３４の熱膨張２０により、スライドガイド３７の運動方向に対して水平方向に力が働くため、この状態で使用すれば、スライドガイド３７の異常な温度上昇や、早期剥離、焼損を招くこととなる。
【００１２】
現在市場に出回っているスライドガイドは、基本的にスライドする走行方向のみの１自由度しかなく、上記熱膨張差を吸収できるタイプがない。そのため、スライドガイド自体で熱膨張差を吸収することは難しい。スライドガイドの内部の隙間（ガタ）にて、熱膨張差を吸収することも考えられるが、スライドガイドの内部の隙間は熱膨張差に比べて一桁小さいため、内部の隙間のみで熱膨張差を吸収するには、リニアモータの構成部品の温度上昇を極端に抑える必要があり、冷却機構が必要となり、リニアモータ全体の体格が大きくなってしまう。又、スライドガイドの内部の隙間を大きくすることで、熱膨張差を吸収することも考えられるが、スライドガイドの内部の隙間は可動子の振動、ひっかかりの原因となるため、いたずらに大きくできない。特に、可動子を高速で動かす場合は、隙間がわずかに負の状態（予圧状態）が寿命、振動の点で最も良い。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、熱膨張を吸収する構造を備えたリニアモータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、筐体に固定された固定子に対して可動子がスライドガイドにより直線移動される全閉型のリニアモータにおいて、前記スライドガイドを横たえて、前記可動子の幅方向両端に前記スライドガイドのレールを固定する一方、前記レールを案内する前記スライドガイドのブロックを前記筐体に支持すると共に、少なくとも一方の前記ブロックを前記可動子の幅方向に可動としたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、前記筐体に前記ブロックの位置決めをする位置決め手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、前記レール同士及び前記ブロック同士を互いに対向するように配設したことを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、前記スライドガイドにおける前記レールと前記ブロックとの間に予圧を付与する予圧付与手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、前記予圧付与手段をバネ又は弾性体としたことを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決する本発明に係るリニアモータは、前記筐体に前記ブロックを鉛直方向から支持する支持手段を設けたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る実施形態の一例を示す全閉型リニアモータの断面図である。
全閉型リニアモータの内部構造がわかるように、可動子の走行方向に垂直な側面を示した。
【００２１】
図１に示すように、全閉型リニアモータは、コの字の断面形状を有するフレーム１と、フレーム１の上部に固定され、リニアモータ全体を上面から覆うカバー２と、フレーム１及びカバー２の内面に、互いに対向するように配設された固定子３と、上下の固定子３に対して設けられ、固定子３間を移動する可動子４と、可動子４の両側端部とフレーム１の内側面上との間に、可動子４の走行方向に沿うように配設されたスライドガイド７ａ、７ｂとを有している。上記全閉型リニアモータでは、上記フレーム１と上記カバー２とで筐体を構成しているが、筐体の構成及び形状等は必ずしも上述したものに限定するものではない。
【００２２】
固定子３には磁界を作るためのコイル８が、長手方向に一定間隔に複数配設されており、各コイル８には電源供給部９から電圧が供給されている。又、可動子４の上下両表面には、永久磁石１０が長手方向に一定間隔に複数配設されている。
【００２３】
スライドガイド７ａ、７ｂは可動子４の両端部に、互いに対向するように設けられている。一方のスライドガイド７ａは、ボルト１１によりフレーム１の内側面上に固定されたブロック６と、可動子４の幅方向（走行方向に直行する方向）の側端部に固定されたレール５とを有しており、フレーム１側に固定されたブロック６が、可動子４の側端部に固定されたレール５を走行可能に案内している。
【００２４】
他方のスライドガイド７ｂは、フレーム１の内側面に設けられ、鉛直方向の位置決めをする位置決め手段となる位置決めピン１２と、フレーム１及びカバー２内面に設けられ、鉛直方向上下から支持する支持手段となる突設部１３ａ、１３ｂとにより、可動子４の幅方向に可動に支持されたブロック６と、可動子４の幅方向の側端部に固定されたレール５とを有しており、フレーム１側に支持されたブロック６が、可動子４の側端部に固定されたレール５を走行可能に案内している。詳細は後述する図２〜図４において説明するが、支持側（固定側）であるフレーム１の内側面と可動側であるスライドガイド７ｂのブロック６との間には、予圧を付与する予圧付与手段となるバネ等の弾性材料が設けてある。
【００２５】
本発明では、リニアモータが全閉型であるので、スライドガイド７ａ、７ｂのラジアル方向の荷重が特に大きくなることを考慮する必要がなく、そのため、スライドガイド７ａ、７ｂの設置方向を、図１に示すように、スライドガイド７ａ、７ｂを横たえて、対向するように配設することができる。スライドガイド７ａ、７ｂを上記設置方向とする場合、可動子４の熱膨張２０により可動子４の幅方向に多少の荷重が働いたとしても、レール５からブロック６の方向に力が働くため、スライドガイド７ａ、７ｂ本来の荷重負荷能力により耐えることができる。
【００２６】
更に、本発明では、位置決めピン１２及び突設部１３ａ、１３ｂによりスライドガイド７ｂの支持構造を工夫し、可動子４の熱膨張２０の影響を、スライドガイド７ｂに及ぼさないようにしたことが特徴であり、そのために、ブロック６の少なくとも一方を、可動子４の幅方向に可動に支持する構造として、熱膨張方向にわずかに移動できるようにした。支持構造の剛性を考慮した場合、一方のスライドガイド７ａを固定側とし、他方のスライドガイド７ｂを可動側とするのが好適である。
【００２７】
又、ブロック６の少なくとも一方を、可動子４の幅方向に可動に支持する構造としたため、支持側となるフレーム１の内側面と可動側となるスライドガイド７ｂのブロック６側との間に、予圧付与手段となるバネ等の弾性材料を挟み込むことができ、そのため、ブロック６とレール５に適切な予圧を付与して走行させることができる。
【００２８】
更に、可動となったスライドガイド７ｂの支持構造の剛性を補強するために、鉛直方向上下から支持する支持手段となる突設部１３ａ、１３ｂをフレーム１及びカバー２内面に設け、スライドガイド７ｂを突設部１３ａ、１３ｂにて挟み込むことで、スライドガイド７ｂを支える構造とした。スライドガイド７ｂは、フレーム１の内側面に設けられた位置決めピン１２からも支持されており、可動子４の熱膨張２０と同じ方向から支持する位置決めピン１２と、可動子４の走行方向に鉛直な面にて挟み込む突設部１３ａ、１３ｂにより、高剛性を確保することができる。上記高剛性の構造を有するため、例えば、可動子４の推力が１ｔｏｎクラス以上のリニアモータにも適用可能となる。
【００２９】
本発明では、可動側のスライドガイド７ｂの支持構造が特徴となる部分であり（図１のＡ部分）、このＡ部分の詳細な構造を、図２、図３及び図４（ａ）にて示す。
【００３０】
図２は、図１におけるＡ部分の拡大図である。
内部構造を詳細に示すため、一部を破断して示した。
【００３１】
図２に示すように、スライドガイド７ｂのブロック６は、フレーム１の内側面部から突設された位置決め手段となる複数の位置決めピン１２により、鉛直方向の位置決めが行われ、可動子４の幅方向に可動に支持されている。更に、フレーム１及びカバー２の内面に突設された支持手段となる突設部１３ａ、１３ｂにより、鉛直方向上下から挟み込まれるように支持されている。又、スライドガイド７ｂのブロック６とフレーム１の内側面部との間には、ブロック６とレール５が常に適切な予圧で接するように、予圧付与手段として適切な付勢力を有するサラバネ１４が配設されている。位置決めピン１２はサラバネ１４を挿通するように設けられている。
【００３２】
上記構造では、スライドガイド７ｂは、フレーム１側に固定されていない。つまり、位置決めピン１２により、スライドガイド７ｂのブロック６の鉛直方向の配設位置が決められているだけであり、可動子４の幅方向の熱膨張２０を吸収するために、可動子４の幅方向に可動に支持する構造である。
【００３３】
又、可動子４側にスライドガイド７ｂのレール５を固定し、フレーム１側にスライドガイド７ｂのブロック６を支持する構造としたため、予圧付与手段となるサラバネ１４の取付構造を、ブロック６の部分のみに設ける単純な構造とすることができる。ブロック６とレール５の設置構造を逆にし、可動子４側にスライドガイド７ｂのブロック６を固定し、フレーム１側にスライドガイド７ｂのレール５を支持する構造とした場合、レール５の長手方向に沿って、多数或いは長手方向全てに予圧付与手段を設ける必要が有り、予圧付与手段を設ける構造が複雑となる。
【００３４】
フレーム１の内側面に設けられた位置決めピン１２は、スライドガイド７ｂの位置決めの機能だけではなく、支持構造の剛性保持の機能も有しているが、更に、スライドガイド７ｂの支持構造の剛性を補強するために、スライドガイド７ｂを鉛直方向上下の突設部１３ａ、１３ｂにて挟み込むように支持している。この突設部１３ａ、１３ｂとスライドガイド７ｂのブロック６との間、つまり、図２のＢ、Ｃ部分は、スライドガイド７ｂを支持し、かつ、可動できるようになっている。
【００３５】
上記構造により、スライドガイド７ｂを位置決めピン１４により可動に支持することで、可動子４の熱膨張２０による影響を吸収することができ、又、サラバネ１４にてブロック６とレール５が適切な予圧にて接するようにすることができ、更にブロック６を挟み込むように設けた突設部１３ａ、１３ｂにより、支持構造の剛性を補強することができる。
【００３６】
図３は本発明に係る実施形態の他の一例を示す全閉型リニアモータの断面図であり、図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。
【００３７】
本実施例でのスライドガイド７ｂの基本的な支持構造は、図２で示したものと同等でよい。しかしながら、スライドガイド７ｂのブロック６とフレーム１の内側面部との間には、サラバネ１４の替わりにゴム等の平板状の弾性体１５を設けたことが特徴である。
【００３８】
平板状の弾性体１５を用いることにより、サラバネ１４を用いる場合と比較してフレーム１、弾性体１５、ブロック６の接触面積を増やして、荷重負荷の集中を分散させることができ、支持構造の剛性を高くすることができるとともに、スライドレール７ｂに付与する予圧を大きくすることができる。
【００３９】
上記構造においても、スライドガイド７ｂを位置決めピン１４により可動に支持することで、可動子４の熱膨張２０による影響を吸収することができ、又、弾性体１５にてブロック６とレール５が適切な予圧にて接するようにすることができ、更にブロック６を挟み込むように設けた突設部１３ａ、１３ｂにより、支持構造の剛性を補強することができる。
【００４０】
図４は本発明に係る実施形態の更なる他の一例を示す全閉型リニアモータの図であり、（ａ）は図１のＡ部分に相当する部分の断面図、（ｂ）はその上面の断面図である。
【００４１】
本実施例でのスライドガイド７ｂの支持構造は、図２、図３で示したものと異なり、支持側となるフレーム１の内側面に突設部１３ｃを設け、その突設部１３ｃにレール５の長手方向に沿う板バネ１６を設けてボルト１８にて固定し、その板バネ１６自体にスライドガイド７ｂのブロック６をボルト１７で固定した。図４（ｂ）においては、板バネ１６の長手方向の一方の端部のスライドガイド７ｂの支持構造を図示したが、他方の端部のスライドガイド７ｂにおいても同様の支持構造である。
【００４２】
上記構造では、板バネ１６が、スライドガイド７ｂのブロック６を、可動子４の幅方向に可動に支持し、鉛直方向の位置決めをする位置決め手段となり、又、板バネ１６の付勢力によりスライドガイド７ｂに適切な予圧を付与する予圧付与手段となり、更に、突設部１３ａ、１３ｂと共に、スライドガイド７ｂの支持構造の剛性を確保する機能を有する。
【００４３】
上記構造においては、スライドガイド７ｂを板バネ１６により可動に支持することで、可動子４の熱膨張２０による影響を吸収することができ、又、同じく板バネ１６にてブロック６とレール５が適切な予圧にて接するようにすることができ、更にブロック６を挟み込むように設けた突設部１３ａ、１３ｂにより、支持構造の剛性を補強することができる。
【００４４】
なお、本発明では実施例として全閉型リニアモータを用いたが、本発明は全閉型リニアモータに限定するものでなく、他のリニアモータにも適用可能である。又、スライドガイド７ａ、７ｂの支持構造、支持方向及び予圧付与手段については、本発明の範囲において適宜に変更可能である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、筐体に固定された固定子に対して可動子がスライドガイドにより直線移動される全閉型のリニアモータにおいて、前記スライドガイドを横たえて、前記可動子の幅方向両端に前記スライドガイドのレールを固定する一方、前記レールを案内する前記スライドガイドのブロックを前記筐体に支持すると共に、少なくとも一方の前記ブロックを前記可動子の幅方向に可動とし、前記可動子の幅方向の熱膨張の影響を少なくとも一方の前記ブロックが移動することにより吸収するようにしたので、可動子の熱膨張の影響を受けることなくスライドガイドが走行可能となり、リニアモータの運転温度を、スライドガイドの許容温度、コイルの巻線の許容温度まで高くとることができる。又、高温まで運転可能となるため、冷却構造の簡素化、リニアモータの体格の小型化ができる。
【００４６】
請求項２に係る発明によれば、前記筐体に前記ブロックの位置決めをする位置決め手段を設けたので、スライドガイドを可動に支持し、その位置決めをすることができる。
【００４７】
請求項３に係る発明によれば、前記レール同士及び前記ブロック同士を互いに対向するように配設し、可動子の幅方向の熱膨張による力をレールからブロック方向へ受け止める構成としたので、可動子の熱膨張により可動子の幅方向に多少の荷重が働いたとしても、スライドガイド本来の荷重負荷能力により、その荷重に耐えることができる。
【００４８】
請求項４乃至請求項５に係る発明によれば、前記スライドガイドにおける前記レールと前記ブロックとの間に予圧を付与する予圧付与手段を設け、スライドガイドを予圧付与手段を介して支持する構成としたので、対向配置するスライドガイドの取付面の平行度を予圧付与手段により補正することができ、平行度の加工精度を落とすことができる。そのため、リニアモータを安価に作製することができる。更に、予圧付与手段となるバネ又は弾性体によりスライドガイドに予圧を作用させることができるため、可動子の移動がなめらかになり、高速移動が可能、即ち、許容速度が高くなり仕事量が増加する。
【００４９】
請求項６に係る発明によれば、前記筐体に前記ブロックを鉛直方向から支持する支持手段を設けたので、可動子の熱膨張の影響を吸収するスライドガイドの支持構造において、その支持構造の剛性を補強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の一例を示す全閉型リニアモータの断面図である。
【図２】図１におけるＡ部分の拡大図である。
【図３】本発明に係る実施形態の他の一例を示す全閉型リニアモータの断面図であり、図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。
【図４】本発明に係る実施形態の更なる他の一例を示す全閉型リニアモータの図であり、（ａ）は図１のＡ部分に相当する部分の断面図、（ｂ）はその上面の断面図である。
【図５】従来の全閉型リニアモータの断面図である。
【符号の説明】
１フレーム
２カバー
３固定子
４可動子
５レール
６ブロック
７ａスライドガイド（固定側）
７ｂスライドガイド（可動側）
８コイル
１０マグネット
１２位置決めピン
１３ａ突設部
１３ｂ突設部
１４サラバネ
１５弾性体
１６板バネ
２０熱膨張

Claims

筐体に固定された固定子に対して可動子がスライドガイドにより直線移動される全閉型のリニアモータにおいて、
前記スライドガイドを横たえて、前記可動子の幅方向両端に前記スライドガイドのレールを固定する一方、前記レールを案内する前記スライドガイドのブロックを前記筐体に支持すると共に、少なくとも一方の前記ブロックを前記可動子の幅方向に可動としたことを特徴とするリニアモータ。
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記筐体に前記ブロックの位置決めをする位置決め手段を設けたことを特徴とするリニアモータ。
請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、
前記レール同士及び前記ブロック同士を互いに対向するように配設したことを特徴とするリニアモータ。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のリニアモータにおいて、
前記スライドガイドにおける前記レールと前記ブロックとの間に予圧を付与する予圧付与手段を設けたことを特徴とするリニアモータ。
請求項４記載のリニアモータにおいて、
前記予圧付与手段をバネ又は弾性体としたことを特徴とするリニアモータ。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のリニアモータにおいて、
前記筐体に前記ブロックを鉛直方向から支持する支持手段を設けたことを特徴とするリニアモータ。