JP4478920B2 - ム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータに関し、特に永久磁石よりなる界磁を可動子とし、電機子巻線を有した電機子を固定子として構成するム−ビングマグネット形（Ｍｏｖｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔ）形リニアアクチュエータに関する。

従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なム−ビングマグネット形リニアクチュエータは、図４に示すようになっている。なお、図４は従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図４において、４１は電機子、４２は固定子ベース、４３は界磁永久磁石、４４は界磁ヨーク、４５はリニアガイドレール、４６はセンサ、４７はリニアガイドブロック、４８はリニアスケール部、４９はストッパ、５０はセンサリード、５１はモータリードである。
リニアアクチュエータは、界磁永久磁石４３の背面に界磁ヨーク４４を設けて、界磁ヨーク４４が可動子と磁気回路を兼用している。また、電機子４１は、スロットレスのコイル群を備えた構造を有すると共に、固定子ベース４２上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて、固定子を構成している。この電機子４１の両側には、平行するリニアガイドレール４５が固定子ベース４２上に固定され、リニアガイドレール４５上には、該レール上を摺動するリニアガイドブロック４７が界磁ヨーク４４の両端の下部に固定されている。さらに、可動子の側面には、リニア形のエンコーダを構成するリニアスケール４８が配設され、このリニアスケール４８に対向するように固定子ベース４２に該リニアスケールを検出するセンサ４６が配設されている。このリニアアクチュエータは電機子巻線を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平９−２６６６５９号公報（明細書第５頁、図３）

ところが従来技術では、リニアガイドレール４５が固定子ベース４２、発熱体である電機子巻線を有する電機子の近傍に配置されているため、電機子巻線の発熱がリニアガイドレール４５に伝わりその温度が上昇するため、リニアガイドの熱変形により位置決め精度、寿命に悪影響を及ぼすという課題があった。
本発明は上記課題を解決すためになされたものであり、電機子巻線の発熱をリニアガイドレールに伝わるのを防止し、温度上昇に伴うリニアガイドの熱変形を抑制することができる、高精度、高寿命のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１の発明は、電機子部を固定子側に、界磁部を可動子側となるように配置し、前記固定子に対する前記可動子のスライド方向の位置をエンコーダにより検出するムービングマグネット形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子は、固定子ベースと、前記固定子ベースに固定され複数のコイル群を装着してなる電機子部と、前記電機子部と対向するように直線状に配置され、Ｕ字状断面を有するリニアガイドレールと、を有しており、前記可動子は、前記リニアガイドレールの凹部に配設され、かつ前記リニアガイドレールの両内側面に転動体を介して摺動するリニアガイドブロックと、前記リニアガイドブロックの上部に固定されると共に前記リニアガイドレールを跨ぐように配置してなる可動テーブルと、前記電機子部と磁気的空隙を介して対向配置されると共に前記可動テーブルの上部に界磁ヨークを介して設けられた界磁永久磁石より成る界磁部と、を有しており、前記エンコーダは、前記可動テーブルの側面に配設された光学式のリニアスケールと前記リニアスケールに対向して且つ前記固定子ベース側に配設されると共に前記リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダであることを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子ベースを非磁性部材で構成し、前記電機子部と前記固定子ベースの間に薄板状の珪素鋼板を積層してなるヨークを配置したことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータにおいて、前記固定子ベースに冷媒導管もしくは強制液冷用ジャケットを埋設させた構造としたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１または２に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエーにおいて、リニアアクチュエータの側面を覆うようなカバーを取り付けると共に、前記カバーは、前記リニアスケールの取り付いた側では、前記センサが干渉しないように該センサの形状に合った抜き加工を施してあることを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項１に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータにおいて、前記リニアガイドレールおよび前記リニアガイドブロックで構成されるリニアガイドの両端取り付け部と、前記電機子部が配備された固定子ベースの取り付け部の間に、熱絶縁材として樹脂、もしくはセラミック部材を挟み込んだことを特徴としている。

請求項１記載の発明のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータによれば、固定子側となるＵ字形のリニアガイドレールの両内側面に転動体を介してリニアガイドブロックを摺動させ、リニアガイドブロック上部にリニアガイドレールを跨ぐように界磁部を有する可動テーブルを配置してなる、いわゆるモノレール構造を備えた構成にしたので、電機子の発生熱をリニアガイドレールおよびリニアガイドブロックで構成されるリニアガイド部に伝達しにくい構造とすることで、温度上昇、熱変形による寿命劣化を防止することができる。また、リニアガイドをモノレール配置となっていることから、アクチュエータの幅寸法を小さくすることが可能となる。
また、リニアスケールを可動テーブルの側面に配設し、リニアスケールのセンサを固定子ベース２に配設し、センサ部と電機子の固定子ベースにおける夫々の取付位置が離れた位置構成となっているため、電機子からセンサ部に熱が伝達し難い構造とすることで、検出精度への熱の影響を極力抑えることができる。
請求項２記載の発明によれば、固定子ベースを非磁性部材で構成し、電機子部と固定子ベースの間に薄板状の珪素鋼板を積層してなるヨークを配置したので、ソリッドの磁性部材の場合に比べて、磁石が駆動した場合に生じる渦電流を低減できることから、このヨーク部鉄損を大幅に低減することができる。
請求項３記載の発明によれば、固定子ベースに冷媒導管もしくは強制液冷用ジャケットを埋設させる構造にしたので、固定子ベースの近傍に位置する電機子が効率よく冷却されることから、電機子部の温度上昇を低減し、リニアアクチュエータの冷却性能を上げることができる。
請求項４記載の発明によれば、リニアアクチュエータの側面を覆うようなカバー１３を取り付けたので、リニアアクチュエータに外部から磁性物や異物が落ちた場合でも、可動子と固定子間のギャップあるいはリニアガイド間に磁性物や異物の混入を防ぐことができ、リニアアクチュエータの高精度化、リニアガイドの高寿命化などに良好な対策を講じることができる。
請求項５記載の発明によれば、リニアガイドの両端取り付け部と電機子部が配備された固定子ベースの取り付け部の間に熱絶縁材を設けたので、可動体への伝熱が妨げられ、熱膨張による精度変化を抑制することができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図１において、１は電機子、２は固定子ベース、２Ａはセンサホルダ、３は界磁永久磁石、４は界磁ヨーク、５はリニアガイドレール、６はセンサ、７はリニアガイドブロック、８はリニアスケール部、９はストッパ機構、１０はセンサリード、１１はモータリード、１４は可動テーブルである。
本発明の特徴は以下のとおりである．
すなわち、リニアアクチュエータの固定子は、固定子ベース２と、固定子ベース２に固定され、スロットレスタイプで複数のコイル群を装着してなる電機子１と、電機子１と対向するように直線状に配置され、Ｕ字状断面を有するリニアガイドレール５と、を有しており、可動子は、リニアガイドレール５の凹部に配設され、かつリニアガイドレール５の両内側面に転動体を介して摺動するリニアガイドブロック７と、リニアガイドブロック７の上部に固定されると共にリニアガイドレール５を跨ぐように配置してなる可動テーブル１４と、電機子１と磁気的空隙を介して対向配置されると共に可動テーブル１４の上部に界磁ヨーク４を介して磁極がＮ極、Ｓ極‥と交互に設けられた界磁永久磁石３より成る界磁部と、を有している点である。
また、リニアアクチュエータには可動テーブル１４の側面に配設された光学式のリニアスケール８と前記リニアスケール８に対向して、且つ、固定子ベース２に配設されると共にリニアスケール８を検出するセンサ６とから構成される光学式エンコーダが設けられている。該センサ部６の取り付け位置は、固定子ベース２に取り付けられた電機子２に対して、センサホルダ２Ａを介して離れた位置に取り付けられている。
また、固定子ベース２には、リニアガイドレール５の長手方向における前後にストッパ機構９を設けて、可動テーブル１４のオーバーラン防止機構としている。
このような構成において、本リニアアクチュエータは電機子部に生じる起磁力の磁極数に対し、界磁磁極の数が少なく、その差がリニアアクチュエータの可動側のストロークとなり、直線移動を行う。
したがって、固定子側となるＵ字形のリニアガイドレール５の両内側面に転動体を介してリニアガイドブロック７を摺動させ、リニアガイドブロック７上部にリニアガイドレール５を跨ぐように界磁部を有する可動テーブル１４を配置してなる、いわゆるモノレール構造を備えた構成にしたので、電機子の発生熱をリニアガイドレール５およびリニアガイドブロック７で構成されるリニアガイド部に伝達しにくい構造とすることで、温度上昇、熱変形による寿命劣化を防止することができる。また、リニアガイドをモノレール配置となっていることから、アクチュエータの幅寸法を小さくすることが可能となる。
さらに、リニアスケール８を可動テーブル１４の側面に配設し、リニアスケールのセンサ６を固定子ベース２に配設し、センサ部６と電機子の固定子ベース２における夫々の取付位置が離れた位置構成となっているため、電機子からセンサ部６に熱が伝達し難い構造とすることで、検出精度への熱の影響を極力抑えることができる。

次に本発明の第２実施例を説明する。
図２は、本発明の第２実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図２において、１２は電機子ヨーク、１５は冷媒導管である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、固定子ベース２を非磁性材で構成し、電機子１と固定子ベース２の間に薄板状の珪素鋼板を積層してなる電機子ヨーク１２を配置した点である。
また、固定子ベース２に強制液冷用冷媒導管１５を埋設させた構造とした点である。これにより、リニアアクチュエータの実効推力性能を向上し、温度上昇を防止することができる。
したがって、固定子ベースを非磁性部材で構成し、電機子部と固定子ベースの間に薄板状の珪素鋼板を積層してなるヨークを配置したので、ソリッドの磁性部材の場合に比べて、磁石が駆動した場合に生じる渦電流を低減できることから、このヨーク部鉄損を大幅に低減することができる。
また、固定子ベース２に冷媒導管１５を埋設させる構造にしたので、固定子ベース２の近傍に位置する電機子が効率よく冷却されることから、電機子部の温度上昇を低減し、リニアアクチュエータの冷却性能を上げることができる。
なお、本実施利では強制液冷用冷媒導管１５を用いる構成を述べたが、これに替えて強制液冷用ジャケットを用いても構わない。

次に本発明の第３実施例を説明する。
図３は、本発明の第３実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図３において、１３はカバーである。
第３実施例が第１、第２実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、リニアアクチュエータの側面に該側面を覆うようなカバー１３を取り付けると共に、カバー１３は、リニアスケール８の取り付いた側では、センサ６が干渉しないように該センサ６の形状に合った抜き加工を施した点である。
また、リニアガイドレール５およびリニアガイドブロック７で構成されるリニアガイドの両端取り付け部と、前記電機子部が配備された固定子ベース２の取り付け部の間に、熱絶縁材として樹脂１６、もしくはセラミック部材を挟み込んだものである。
したがって、リニアアクチュエータの側面を覆うようなカバー１３を取り付けたので、リニアアクチュエータに外部から磁性物や異物が落ちた場合でも、可動子と固定子間のギャップあるいはリニアガイド間に磁性物や異物の混入を防ぐことができ、リニアアクチュエータの高精度化、リニアガイドの高寿命化などに良好な対策を講じることができる。
また、リニアガイドの両端取り付け部と電機子部が配備された固定子ベース２の取り付け部の間に樹脂１６を設けたので、可動体への伝熱が妨げられ、熱膨張による精度変化を抑制することができる。

本発明の第１実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。 本発明の第２実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。 本発明の第３実施例を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。 従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアクチュエータであって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。

１：電機子
２：固定子ベース
２Ａ：センサホルダ
３：界磁永久磁石
４：界磁ヨーク
５：リニアガイドレール
６：センサ（リニアスケール検出部）
７：リニアガイドブロック
８：リニアスケール部
９：ストッパ
１０：センサリード
１１：モータリード
１２：電機子ヨーク
１３：カバー
１４：可動テーブル
１５：冷媒導管
１６：樹脂（熱絶縁材）

Claims (5)

1. 電機子部を固定子側に、界磁部を可動子側となるように配置し、前記固定子に対する前記可動子のスライド方向の位置をエンコーダにより検出するムービングマグネット形リニアアクチュエータにおいて、
   前記固定子は、固定子ベースと、前記固定子ベースに固定され複数のコイル群を装着してなる電機子部と、前記電機子部と対向するように直線状に配置され、Ｕ字状断面を有するリニアガイドレールと、を有しており、
   前記可動子は、前記リニアガイドレールの凹部に配設され、かつ前記リニアガイドレールの両内側面に転動体を介して摺動するリニアガイドブロックと、前記リニアガイドブロックの上部に固定されると共に前記リニアガイドレールを跨ぐように配置してなる可動テーブルと、前記電機子部と磁気的空隙を介して対向配置されると共に前記可動テーブルの上部に界磁ヨークを介して設けられた界磁永久磁石より成る界磁部と、を有しており、
   前記エンコーダは、前記可動テーブルの側面に配設された光学式のリニアスケールと前記リニアスケールに対向して且つ前記固定子ベース側に配設されると共に前記リニアスケールを検出するセンサとから構成される光学式エンコーダであることを特徴とするム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ。
2. 前記固定子ベースを非磁性部材で構成し、前記電機子部と前記固定子ベースの間に薄板状の珪素鋼板を積層してなるヨークを配置したことを特徴とする請求項１記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ。
3. 前記固定子ベースに冷媒導管もしくは強制液冷用ジャケットを埋設させた構造としたことを特徴とする請求項１または２に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ。
4. リニアアクチュエータの側面を覆うようなカバーを取り付けると共に、前記カバーは、前記リニアスケールの取り付いた側では、前記センサが干渉しないように該センサの形状に合った抜き加工を施してあることを特徴とする請求項１または２に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ。
5. 前記リニアガイドレールおよび前記リニアガイドブロックで構成されるリニアガイドの両端取り付け部と、前記電機子部が配備された固定子ベースの取り付け部の間に、熱絶縁材として樹脂、もしくはセラミック部材を挟み込んだことを特徴とする請求項１に記載のム−ビングマグネット形リニアアクチュエータ。

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