JP4492118B2 - リニアモータおよび吸引力相殺形リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータおよび吸引力相殺形リニアモータの電機子構造に関し、特に分割されている電機子モジュールの固定に関する。

従来の吸引力相殺形リニアモータの電機子は、その電機子をモジュールに分割しており、各電機子モジュールは、電機子モジュールコア間に配置した角柱の施したタップ穴を利用して電機子ベース上下にボルト固定している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３２３０１１号公報（図１、図３）

図６は、特許文献１記載のリニアモータを長手方向に切った断面を上から見た図である。固定子は、左側固定子５５と右側固定子５６の２つからなり、 同じ構造のものが対向するように配置されている。それぞれの固定子５５、５６は、界磁永久磁石５６ｂとそれを貼り付けている界磁バックヨーク５６ａで構成される。可動子５１は、これら２つの固定子５５、５６間にあり、その上面は負荷に固定され、長手方向（すなわち図面の上下方向）に移動自在に支持されている。可動子５１の構造は、Ｉ形電機子ティース５２ａに電機子巻線５３を巻回して構成した電機子ピース５２と、これらの先端の歯の間に挿入された非磁性材の角柱５４と、この角柱５４を固定しているベースから構成されている。この角柱５４の外形は電機子ピース５２先端の形に沿って形成され、電機子ピース５２の先端と角柱５４は接着固定されている。さらに、この角柱５４にはその上下面にタップ穴５４ｄが加工され、角柱５４のすべてがボルトによりベースに取り付けられる。
図７は同じく特許文献１記載のリニアモータの別の例で、その正断面図である。
図において、６１は可動子、６２は電機子モジュール部、６３電機子巻線、６４は角柱、６５は左側固定子、６６は右側固定子、６７はベース（６７ａは上ベース、６７ｂは下ベース）、６８はジャケットである。可動子６１の構造は、上ベース６７ａと下ベース６７ｂを電機子モジュール部６２の上下に配置して固定してあり、下ベース６７ｂの上面と上ベース６７ａの下面を使って負荷を固定できるようになっている。このように、上ベース６７ａ、下ベース６７ｂを電機子部上下よりあてがい、固定用角柱６４ｃとボルトにより固定する構造となっている。
このように、従来の吸引力相殺形リニアモータは、電機子モジュール間に配置した固定用角柱に施したタップ穴を用いて、各電機子モジュールを位置決め固定するのである。

従来の吸引力相殺形リニアモータは、電機子モジュール間の巻線配置部分のスペースを犠牲にして、ここにタップ加工した固定用角柱を配置した構造となっていて、この固定用角柱部分には、巻線を配置することができないので、損失が増加し、リニアモータの効率が低下するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、前記各電機子モジュールを位置決め固定するとともに、巻線配置スペースを犠牲にすることなく、巻線占積率を限界まで大きくすることができ、したがってリニアモータの効率が向上する吸引力相殺形リニアモ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記載の発明は、リニアモータに係り、Ｉ字状磁性鉄心と該Ｉ字状磁性鉄心の周囲に巻回される１種類の電機子巻線とから成る電機子モジュールと、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向に配置する非磁性材ホルダと、該非磁性材ホルダを上部と下部でそれぞれ取り付けるベース上板とベース下板と、を備える可動子部と、前記Ｉ字状磁性鉄心と磁気的空隙を介して対向配置される複数の界磁永久磁石と、これらの界磁永久磁石を支持する界磁ヨークと、を備える固定子部と、から成るリニアモータであって、前記非磁性材ホルダには、その両端部に前記Ｉ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせた抜き穴を施し、該抜き穴にボルトを挿入して前記非磁性ホルダを前記ベース上板とベース下板に固定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、リニアモータに係り、Ｉ字状磁性鉄心と該Ｉ字状磁性鉄心の周囲に巻回される１種類の電機子巻線とから成る電機子モジュールと、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向にその上部と下部でそれぞれ取り付けるベース上板とベース下板と、を備える可動子部と、前記Ｉ字状磁性鉄心と磁気的空隙を介して対向配置される複数の界磁永久磁石と、これらの界磁永久磁石を支持する界磁ヨークと、を備える固定子部と、 から成るリニアモータであって、前記ベース上板とベース下板および前記Ｉ字状磁性鉄心の両端部に、該Ｉ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせたピン穴を施し、該ピン穴にピンを挿入して前記Ｉ字状磁性鉄心を前記ベース上板とベース下板の間に固定したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のリニアモータにおいて、前記ピン穴が前記Ｉ字状磁性鉄心を貫通する穴であり、かつ前記ピンが長尺の貫通ピンであることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載のリニアモータにおいて、前記電機子モジュール群のストローク方向の前後端に、電機子両端に生じる端効果によるコギングを相殺させるサブティースを設け、その際、前記ベース上板とベース下板および前記サブティースの両端部にピン穴を施し、該ピン穴にピンを挿入して前記サブティースを前記ベース上板とベース下板の間に固定したことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のリニアモータにおいて、前記電機子巻線との隙間部にモールド樹脂を充填させたこと特徴とする。
請求項６記載の発明は、吸引力相殺形リニアモータに係り、請求項１〜５のいずれか１項記載のリニアモータに、さらに前記可動子部を挟んで、前記固定子部側の反対側にこれと同じ固定子部を前記可動子部に対して対称位置に備えたことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記ベース下板の下部側に、リニアガイドのガイド部を固定させたことを特徴とする。

以上の構成により、巻線スペースを犠牲にすることが無くなるので、巻線占積率を限界まで大きくでき、効率の高いリニアモータを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の吸引力相殺形リニアモータの第１実施例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
図において、１はＩ字状磁性鉄心、２は電機子巻線、３は絶縁樹脂、４は非磁性ホルダ、５はボルト、 ６はモータ端子部、７はモータリード、８はベース板、８ａはベース上板、８ｂはベース下板、９は界磁ヨーク、１０は界磁永久磁石である。
図からはかる判るように、Ｉ字状磁性鉄心１に絶縁樹脂３を薄肉に成形モールドすることにより電気絶縁層を確保し、その上に電機子巻線２が巻回されることで、電機子モジュールを構成している。これらの電機子モジュールを複数個、非磁性材ホルダ４（左側非磁性材ホルダが４ａ、右側非磁性材ホルダが４ｂ）にストローク方向に取り付け、さらにこの非磁性材ホルダ４の上部と下部をそれぞれベース上板８ａとベース下板８ｂと取り付けている。
その場合、非磁性材ホルダ４には、その両端部にＩ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせた抜き穴４１を施し、その抜き穴４１にボルト５を挿入して非磁性ホルダ４をベース上板８ａとベース下板８ｂに固定している。
また、隙間部分にはモールド樹脂１１が注入されることで、電機子部の機械強度を得ている。
また、図のように、電機子巻線２の両端には、界磁ヨーク９に界磁永久磁石１０を固定させた界磁部が空隙を介して配置してある。

図２は、図１の吸引力相殺形リニアモータの平面図である。
図において、互いに平行に延びる２本の界磁ヨーク９の互いの内側に界磁永久磁石１０が多数、極性を隣同士異ならせて配置されているのが判る。この２本の界磁ヨーク９の互いの内側に可動子が互いに界磁永久磁石１０と空隙を介して配置されている。
本発明の第１実施例が特許文献１記載のリニアモータと異なる部分は、第１実施例では、電機子モジュール１がＩ字状磁性鉄心の先端部で（ボルトにより）固定されているので、巻線スペースを犠牲にすることなく固定できている点である。
したがって、巻線占積率を限界まで大きくすることができ、効率が良いリニアモータが得られることとなる。

図３は吸引力相殺形リニアモータの第２実施例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図３において図１及び図２と同じ符号は同じものを表しているので、重複説明は省略する。１１はモールド樹脂、２１はピンである。
第２実施例によれば、第１実施例と同じＩ字状磁性鉄心１の周囲に絶縁材を介して１種類の電機子巻線２を巻回して電機子モジュールと成し、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向に配置し、その上部と下部でそれぞれベース上板８ａとベース下板８ｂとにピンで取り付けている。ピン穴１ａはＩ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせて設けられている。
このように、図１および図２に示す第１実施例では、非磁性材ホルダ４で電機子モジュールの位置決め固定をしていたが、第２実施例ではピン２１により位置決め固定を行なう点が異なっている。このようにすることにより、２枚の非磁性材ホルダ（図１（ｂ）の４ａ、４ｂ）が不要となり、部品点数、コストを下げることができるようになる。

図４は吸引力相殺形リニアモータの第３実施例で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図４において図３と同じ符号は同じものを表しているので、重複説明は省略する。２１’は貫通ピンである。
第３実施例によれば、第１実施例と同じＩ字状磁性鉄心１の周囲に絶縁材を介して１種類の電機子巻線２を巻回して電機子モジュールと成し、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向に配置し、その上部から下部に貫通する貫通孔を穿ち、ベース上板８ａからベース下板８ｂに達する長尺の貫通ピン２１’で電機子モジュールをベース上板８ａおよびベース下板８ｂに取り付けている。ピン穴１ａ’はＩ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせて設けられている。
また、これは第１実施例および第２実施例の構造のどちらでも可能なことであるが、ベース下板８aの下面にはリニアガイドブロック３１が固定されており、これは機後部３２に固定されているリニアガイドレール３１と組み合わせられることで摺動自在に支持されている。
このように、第３実施例では長尺の貫通ピンを用いるので、第２実施例によるピン固定と比べて、Ｉ字状磁性鉄心１とベース上板８ａとベース下板８ｂとの位置決め固定がより強固なものとなる。

図５は第４実施例に係る吸引力相殺形リニアモータの平面図である。
図において、５１は電機子前後端部の端効果によるコギングを相殺させるためのサブティースで、他の通常のＩ字状磁性鉄心（ティース）と比べて幅方向（進行方向）の寸法が半分となっている。このようなサブティース５１をベース上板８ａおよびベース下板８ｂ（図では見えない）へ取り付ける際も、第２実施例および第３実施例のやり方で２１ピンや２１’貫通ピンを用いることにより、電機子巻線を巻回するスペースを拡げてモータ効率を向上させ、しかも部品点数を少なくかつ確実に取り付けることができる。

このように本発明によれば、Ｉ字状磁性鉄心１の先端部をベース上板およびベース下板により固定させるので、電機子巻線を巻回可能なスペース全てに巻くことができ、モータの損失を低減し、モータ効率を向上させることができるようになる。また、これによって、駆動Ｄｕｔｙを上げ、タクトタイムを短縮できるので、電子部品実装機のような用途にも適用できるようになる。

以上の実施例ではすべて、可動子部に対して２個の固定子部を対称位置に備えた吸引力相殺形リニアモータについての例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
可動子部に対して１個の固定子部であってもリニアモータは可動であるので、その場合Ｉ字状磁性鉄心を使用するものであれば、本発明が適用できるため、その先端部をベース上板およびベース下板により固定させることで、電機子巻線を巻回可能なスペース全てに巻くことができ、モータの損失を低減し、モータ効率を向上させることができるようになることはいうまでもない。

本発明の第１実施例に係る磁気吸引力相殺形リニアモータで、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。 本発明の第１実施例に係る磁気吸引力相殺形リニアモータの平面図である。 本発明の第２実施例に係る磁気吸引力相殺形リニアモータで、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。 本発明の第３実施例に係る磁気吸引力相殺形リニアモータで、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。 本発明の第４実施例に係る磁気吸引力相殺形リニアモータの平面図である。 第１従来例の磁気吸引力相殺形リニアモータを長手方向に切った断面を上から見た図である。 第２従来例の磁気吸引力相殺形リニアモータの正断面図である。

符号の説明

１ Ｉ字状磁性鉄心
１ａ、１ａ’ ピン穴
２ 電機子巻線
３ 絶縁樹脂
４ 非磁性ホルダ
４１ 抜き穴
５ ボルト
６ モータ端子部
７ モータリード
８ ベース板
８ａ ベース上板
８ｂ ベース下板
９ 界磁ヨーク
１０ 界磁永久磁石
１１ モールド樹脂
２１ ピン
２１’長尺貫通ピン
３１ リニアガイドブロック
３２ リニアガイドレール
５１ サブティース

Claims (7)

1. Ｉ字状磁性鉄心と該Ｉ字状磁性鉄心の周囲に絶縁材を介して巻回される１種類の電機子巻線とから成る電機子モジュールと、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向に配置する非磁性材ホルダと、該非磁性材ホルダを上部と下部でそれぞれ取り付けるベース上板とベース下板と、を備える可動子部と、
   前記Ｉ字状磁性鉄心と磁気的空隙を介して対向配置される複数の界磁永久磁石と、これらの界磁永久磁石を支持する界磁ヨークと、を備える固定子部と、
   から成るリニアモータであって、
   前記非磁性材ホルダには、その両端部に前記Ｉ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせた抜き穴を施し、該抜き穴にボルトを挿入して前記非磁性ホルダを前記ベース上板とベース下板に固定したことを特徴とするリニアモータ。
2. Ｉ字状磁性鉄心と該Ｉ字状磁性鉄心の周囲に絶縁材を介して巻回される１種類の電機子巻線とから成る電機子モジュールと、これらの電機子モジュールを複数個ストローク方向にその上部と下部でそれぞれ取り付けるベース上板とベース下板と、を備える可動子部と、
   前記Ｉ字状磁性鉄心と磁気的空隙を介して対向配置される複数の界磁永久磁石と、これらの界磁永久磁石を支持する界磁ヨークと、を備える固定子部と、
   から成るリニアモータであって、
   前記ベース上板とベース下板および前記Ｉ字状磁性鉄心の両端部に、該Ｉ字状磁性鉄心の形状と配置ピッチに合わせたピン穴を施し、該ピン穴にピンを挿入して前記Ｉ字状磁性鉄心を前記ベース上板とベース下板の間に固定したことを特徴とするリニアモータ。
3. 前記ピン穴は前記Ｉ字状磁性鉄心を貫通する穴であり、かつ前記ピンは長尺の貫通ピンであることを特徴とする請求項２記載のリニアモータ。
4. 前記電機子モジュール群のストローク方向の前後端に、電機子両端に生じる端効果によるコギングを相殺させるサブティースを設け、その際、前記ベース上板とベース下板および前記サブティースの両端部にピン穴を施し、該ピン穴にピンを挿入して前記サブティースを前記ベース上板とベース下板の間に固定したことを特徴とする請求項２又は３記載のリニアモータ。
5. 前記電機子巻線の隙間部にモールド樹脂を充填させたこと特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のリニアモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のリニアモータに、さらに前記可動子部を挟んで、前記固定子部側の反対側にこれと同じ固定子部を前記可動子部に対して対称位置に備えたことを特徴とする吸引力相殺形リニアモータ。
7. 前記ベース下板の下部側に、リニアガイドのガイド部を固定させたことを特徴とする請求項６記載の吸引力相殺形リニアモータ。

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