JP4449360B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

この発明は、リニアモータに係り、特に負荷と結合される可動子が固定子に沿って基準軸線方向に進退可能に取り付けられたリニアモータに関する。

リニアモータにあっては、例えばコイルを含む可動子が動く可動コイル型、また永久磁石を含む可動子が動く可動磁石型があるが、それ以外として、コイルや永久磁石のいずれも有しておらず、少なくとも一部に鉄部材を有する可動子のみが単独で動くタイプのものがある。

コイルや永久磁石を有していない可動子が動く従来のリニアモータは、図５に示すように、固定子をなすヨーク１の内側に、可動子をなす主軸２が軸方向に移動自在に支持されている。ヨーク１には永久磁石３が設けられると共に、図示しないコイルが巻回され、コイルに通電してヨーク１、永久磁石３、主軸２に磁気回路を形成することで、主軸２が例えば矢印方向Ａ又はその反対方向に移動し、これによって、主軸２に装着された負荷Ｌが進退移動できるようになっている。

そのため、主軸２には、起磁力によって進退移動できるよう、例えばケイ素鋼板が積層された磁性体４が設けられている。磁性体４は、主軸２の内部に挿入されたコア軸５の途中位置に軸方向に沿って二個設けられている。また、主軸２の先端部には、これより小径をなす結合軸部２ａが延在しており、その周面に雄ねじが刻設されている。
そして、主軸２の結合軸部２ａが負荷Ｌに挿通されたとき、その先端部にワッシャー６を介してナット７が締め付けられることで、主軸２と負荷Ｌとが緊締結合される。負荷Ｌは、例えば冷蔵庫、冷凍庫、或いはエアコンディショナー用のコンプレッサのモータ等に利用されている。

固定子の内側に可動子が軸方向に移動する装置として、例えば非特許文献１、２に開示されている。
「リニア振動アクチュエータの分類と研究開発の現状」、電気学会リニアドライブ研究会、平成９年１月２０日、第４１頁〜第４６頁 「３次元磁気回路を採用したレシプロモータの開発と応用」、月刊フードケミカル、２００３年７月号、第６５頁〜第６９頁

ところで、上記に示す従来のリニアモータにおいては、主軸２の結合軸部２ａを負荷Ｌに挿通し、その先端部をナット７等の緊締手段で締結することで主軸２と負荷Ｌとを結合しているので、両者の組立時、主軸２の軸芯と負荷Ｌの軸芯とがずれた状態で結合されると、リニアモータと負荷装置との両者間に応力ひずみが生じると共に、それだけ伝達ロスが増大し、著しいときにはリニアモータや負荷装置が破壊されるおそれがあった。
また、主軸２と負荷Ｌとの軸芯がずれると、それを修正するのに多くの手間及び労力がかかるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、可動子と負荷間の軸芯がずれても、そのずれを簡単に修正することができ、しかも容易に組立を行うことができるリニアモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係るリニアモータは、固定子と、該固定子に沿って基準軸線方向に向け進退可能に支持された可動子とを備え、前記可動子の前記基準軸線方向の先端部に負荷が結合され、かつ前記固定子が前記負荷と該固定子との間に介在する固定部に固定されるリニアモータであって、前記可動子の先端部に永久磁石が設けられ、前記可動子が前記永久磁石により前記負荷に磁気吸着されることで結合され、前記負荷と前記可動子とが磁気吸着した後に、前記固定子が前記固定部に対して位置ずれしたとしても前記負荷と前記可動子との磁気吸着が保たれることを特徴とする。

また、前記固定子に被さるカバー部を備えることを特徴とする。

また、前記永久磁石は、前記可動子の先端面に形成された前記収納凹部内に設けられていることを特徴とする。

また、前記永久磁石は、前記収納凹部内に磁極の向きを変えて配置された複数の永久磁石であることを特徴とする。

本発明によれば、可動子の軸芯と負荷の軸芯とがずれた場合、両者の結合が磁気吸着によって行われているので、双方のずれを簡単に修正することができる。これにより、リニアモータの駆動時には、可動子の進退移動を負荷に対して良好に伝達することができ、可動子及び負荷間に応力ひずみが発生するのを防ぐことができ、伝達ロスを抑えることができるので、良好な伝達を実現することができ、しかも容易に組立を行うことができる効果が得られる。

また、可動子の先端に、前記負荷を磁気吸着する永久磁石が取り付けられているので、その永久磁石の起磁力によって可動子と負荷とを簡単かつ確実に結合させることができる効果が得られる。

また、永久磁石は、前記可動子の先端面に形成された収納凹部に設けられているので、永久磁石が可動子からずれるおそれがなく、可動子と負荷間の軸芯のずれ修正を的確に行うことができる効果が得られる。

また、磁極の向きを変えて配置された２以上の複数の永久磁石がいずれも可動子上でずれることがなく、可動子と負荷間の軸芯のずれ修正を確実に行うことができる効果が得られる。

以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明する。図１から図３はこの発明の第１の実施の形態に係るリニアモータを示している。
図１及び図２に示すリニアモータ１０は、大別すると、固定子をなすヨーク１１と
、可動子をなす主軸１２とを備えている。
ヨーク１１の内側には、図２に示すように上下一対の永久磁石１３が設けられると共に、ヨーク１１の両側に設けられたコイル巻回部１１ａにコイル１４が巻回されている。永久磁石１３は、ヨーク１１の貫通孔１５に突設された磁路形成突起１６の先端に軸方向に沿って取り付けられている。貫通孔１５は、ヨーク１１の中央部に軸方向に設けられている。磁路形成突起１６は、ヨーク１１において貫通孔１５を画成する壁面の相対向する上下位置に設けられて先端面が円弧状凹をなしており、その円弧状凹の先端面に薄肉の永久磁石１３が軸方向に取り付けられている。この場合、永久磁石１３の各々は、図１に示すように軸方向に沿い二個に分割されて、互いに極性が逆向きにされている。
このようなヨーク１１は、図１に示すようにハウジング１７内に収容され、かつ固定部１８に固定されている。なお、ハウジング１７全体はカバー１９によって被着されている。

一方、主軸１２には、起磁力によって進退移動できるよう、ケイ素鋼板を積層することで形成された磁性体２０が設けられている。磁性体２０は、主軸１２の内部に挿入されたコア軸２１の途中位置に軸方向に沿って二個設けられている。
そして、コイル１４に通電されてヨーク１１と永久磁石１３と主軸１２に起磁力を発生させると、それらヨーク１１と永久磁石１３と主軸１２間を結ぶループで磁束が形成されることで、主軸１２が軸方向に沿い図１に示す矢印方向Ａ又はその反対方向に移動し、これによって、主軸１２に結合される負荷Ｌがそれに伴い進退移動できるようになっている。

この実施形態において、上記主軸１２に負荷Ｌが磁気吸着されることで結合されている。
即ち、主軸１２の先端面に、図３に示すように磁石２２が設けられている。磁石２２は、図３（ａ）に示すように例えばフェライト磁石等からなる円板状の永久磁石であって、同図（ｂ）に示すように、主軸１２の先端面に形成された収納凹部２３に挿入されたとき、その磁力で主軸１２に固定される。そのため、主軸１２は、磁石２２と吸着される金属材によって形成されている。なお、図３において、Ｎ及びＳは磁石の極性を表しているが、その逆であってもよい。

収納凹部２３は、主軸１２の先端面において、磁石２２の厚みに相当する深さをもつと共に、磁石２２を収納し得る大きさの外径をもって形成されている。この場合、収納凹部２３は、磁石２２が挿入されたとき、該磁石２２の中心が主軸１２の軸芯と一致すべく求心方向に挿入され、しかも磁石２２を確実に底面に密接させて保持できるよう、すり鉢形状のテーパ面２４を有している。
このような主軸１２に磁石２２が埋設されていることで、その磁気吸着によって主軸１２の先端に負荷Ｌが結合されることなる。そのため、負荷Ｌも主軸１２と同様、磁石１２の起磁力によって吸着される金属材からなっている。

この実施形態のリニアモータ１０は、上記のように、主軸１２の先端に磁気吸着によって負荷Ｌが結合されるので、主軸１２と負荷Ｌとの組立に際し、予め、主軸１２の先端の収納凹部２３に磁石２２を取り付けておくと、その磁気力によって主軸１２に負荷を結合することができる。
その際、主軸１２の軸芯と負荷Ｌとの軸芯とがずれていると、主軸１２，負荷Ｌの結合が磁気吸着によりなされているので、いずれか一方に対して他方をずらすことで簡単に修正することができる。これにより、駆動時には、主軸１２の進退移動を負荷Ｌに対して良好に伝達することができ、主軸１２及び負荷Ｌ間に応力ひずみが発生するのを防ぐことができ、伝達ロスを抑えることができるので、良好な伝達を実現することができる。

その結果、ナット等の緊締手段によって両者を結合する従来例に比較すると、軸芯合わせが不要になるばかりでなく、その芯出し作業も不要になり、更には芯出しのために結合軸部を設けて高精度に加工したりすることも不要になる。

また、主軸１２に対し磁気吸着によって負荷Ｌを結合するので、両者の結合をワンタッチで行うことができる。そのため、緊締手段を採用する従来例に比較すると、締め付け作業が不要になると共に、部品点数を削減できるので、組立を簡単に行うことができて、コスト低減を図ることができる。これに加え、緊締手段の不要によって軸方向の長さをそれだけ短くすることができるので、リニアモータ全体としての小形化を図ることができ、より低廉化を図ることもできる。更には、吸着構造を採用することで、負荷Ｌの厚みに左右されることなく、つまり、可動子と結合すべき負荷Ｌの厚みに拘わることなく負荷Ｌと結合することができる。

そして、磁石２２を埋設するため、主軸１２の先端面に収納凹部２３が設けられているいるが、該収納凹部２３は、磁石２２を挿入したとき、その磁石２２を主軸１２の求心方向に保持できるようにすり鉢形状に傾斜して形成されているので、主軸１２から磁石２２が不用意にずれるそおれがなく、主軸１２と負荷Ｌ間の軸芯のずれ修正を的確に行うことができる。

図４は、この発明の第２の実施の形態に係るリニアモータを示している。
前記第１の実施形態では、一個の磁石２２を用いた例を示したが、この実施形態においては、例えば二個からなる複数の磁石２２Ａ、２２Ｂが用いられている。
これら二個の磁石２２Ａ、２２Ｂは、主軸１２の先端面に形成された収納凹部２５に互いに磁極が逆向きの状態で嵌め込んで取り付けられ、一方の磁石２２Ａを通る起磁力が、主軸１２を経て他方の磁石２２Ｂに至ると共に、該磁石２２Ｂから負荷Ｌを経て一方の磁石２２Ａに至る経路となるように構成することで、主軸１２に負荷Ｌが磁気吸着されるようになっている。

従って、この実施形態によれば、基本的には前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、複数の磁石２２Ａ、２２Ｂが用いられているが、主軸１２に設けられた収納凹部２５が、それら複数の磁石２２Ａ、２２Ｂを嵌め込むことで取り付けられているので、いずれの磁石とも主軸１２上でずれることがなく、主軸１２と負荷Ｌ間の軸芯のずれ修正を確実に行うことができる。この場合、磁石２２Ａ、２２Ｂは、第１の実施形態と同様、主軸１２に対し接着剤等を用いて強固に固定しておくとよい。

なお、上記実施の形態において、主軸にコア軸が設けられることで可動子が形成されると共に、固定子としてのヨークがハウジングに取り付けられた例を示したが、本発明においては、初期の機能を得ることができればよく、その具体的構成は図示例に限定されるものではない。

この発明の第１の実施の形態に係るリニアモータを示す断面説明図である。 図１のＸ−Ｘ線に相当する正面図である。 可動子に磁石を埋設した状態を示す図であって、（ａ）は可動子の先端から見た正面図、（ｂ）は一部破断の側面図である。 この発明の第２の実施の形態に係るリニアモータを示す断面説明図である。 従来のリニアモータを示す断面説明図である。

符号の説明

１０ リニアモータ
１１ ヨーク（固定子）
１２ 主軸（可動子）
２２、２２Ａ、２２Ｂ 磁石
２３、２５ 収納凹部
Ｌ 負荷

Claims (4)

1. 固定子と、該固定子に沿って基準軸線方向に向け進退可能に支持された可動子とを備え、前記可動子の前記基準軸線方向の先端部に負荷が結合され、かつ前記固定子が前記負荷と該固定子との間に介在する固定部に固定されるリニアモータであって、
   前記可動子の先端部に永久磁石が設けられ、前記可動子が前記永久磁石により前記負荷に磁気吸着されることで結合され、
   前記負荷と前記可動子とが磁気吸着した後に、前記固定子が前記固定部に対して位置ずれしたとしても前記負荷と前記可動子との磁気吸着が保たれることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記固定子に被さるカバー部を備えることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 請求項１又は２記載のリニアモータにおいて、
   前記永久磁石は、前記可動子の先端面に形成された前記収納凹部内に設けられていることを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項３記載のリニアモータにおいて、
   前記永久磁石は、前記収納凹部内に磁極の向きを変えて配置された二以上の複数の永久磁石であることを特徴とするリニアモータ。

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