JP4916933B2

JP4916933B2 - 直動形電動機の永久磁石固定構造

Info

Publication number: JP4916933B2
Application number: JP2007088898A
Authority: JP
Inventors: 幸人今村; 忠穴田; 一雄磯村
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008253007A

Description

本発明は、制御機器、電子機器、工作機械等において直線的な駆動力を発生させる直動形電動機の永久磁石固定構造に関するものである。

従来より、直動形電動機として、円筒形状の可動子の内径側又は外径側に極性を交互に配置した永久磁石を設け、この永久磁石と所定の隙間を設けた複数の電機子コイルを固定子の作動方向に配置したものがある。こような直動形電動機によれば、電機子コイルに所定の電流を印加することにより電機子と永久磁石の電磁作用によって永久磁石の長手方向に沿って推力が発生し（フレミングの左手の法則）、可動子を直線運動させることができる。

このような直動形電動機の可動子に配置される永久磁石は、円筒形状の可動子の周方向に複数個が配置されるとともに、作動方向に極性が交互に異なるように配置されるので、その極性変化時に発生推力の変動（コギングトルク）を生じて、可動子のスムーズな移動を妨げる。そのため、この極性変化時に生じる発生推力の変動を抑えるように永久磁石を作動方向に所定量ずらして配置するスキュー配置を採用する場合が多い。

図４(a) 〜(c) は、従来の永久磁石の位置決め方法を例示した縦断面図である。前記直動形電動機において永久磁石を所定の位置に配置する方法としては、例えば、(a) のように、永久磁石５１を配置する可動子５２の部分に位置決め用突起物５３を設け、その位置決め用突起物５３に永久磁石５１を接触させて配置する方法や、(b) のように、永久磁石６１を配置する可動子６２の部分に位置決め用凹凸部６３を形成し、その位置決め用凹凸部６３に永久磁石６１を固定して配置する方法や、(c) のように、永久磁石７１が所定の位置に配置されるように、可動子７２に位置決めした１列目の永久磁石７１との間にＴ字状の位置決め用スペーサ７３を設け、順次永久磁石７１と位置決め用スペーサ７３とを配置する方法等がある。永久磁石は、一般的にこのような方法で位置決めされ、接着剤で可動子に固定されている。

なお、この種の従来技術として、例えば、被動側ロータの外接固着される永久磁石を複数に分割配置し、その永久磁石間を非磁性金属部材で固定した後、その全表面を防食用プラスチック被覆を施したものがある（例えば、特許文献１参照）。
実公平５−２６９４６号公報（第２頁、図１）

ところで、直動形電動機の場合、周方向に複数個が配置されるとともに、作動方向に極性が交互に異なるように配置される永久磁石を正確に配置しなければ、電機子コイルとの間での発生推力が変動してスキュー配置の効果を減じてしまう。

しかしながら、前記図４(a) 〜(c) に示すような方法で永久磁石５１，６１，７１を可動子５２，６２，７２に固定しようとすると、加工時間を要するとともに、正確な位置へ永久磁石を安定して配置するは難しい。例えば、図４(a) の方法の位置決め用突起物５３でスキュー配置される永久磁石５１の作動方向Ａの位置決めと周方向の位置決めとを行おうとした場合、図５(a),(b) に示す展開図とその一部拡大図に示すように、スキュー配置される永久磁石５１の形状を同一にしようとすれば、この永久磁石５１をスキュー配置する分で位置決め用突起物５３の嵌合部５４を正確な位置にずらして設けなければならず（実線位置）、永久磁石５１の加工に熟練と時間を要する。この位置決め用突起物５３の固定位置を一定にしようとすると、個々の永久磁石５１に設ける嵌合部５４をスキュー配置させる分でずらして設けなければならず（二点鎖線位置）、永久磁石５１の加工や管理が非常に煩雑になる。また、図４(b) に示す方法の場合には、位置決め用凹凸部６３を正確に形成するには加工に時間と労力を要し、さらに、図４(c) に示す方法の場合には、位置決め用スペーサ７３を正確な寸法で製作する必要があるとともに、この位置決め用スペーサ７３と接触する永久磁石の全ての面を正確に仕上げる加工を行わなければならず、非常に時間と労力を要する。しかも、複数の種別の部材を高い加工精度で製作する必要があり、多くの加工時間を要して生産コストの上昇も伴う。

その上、このように配置される永久磁石５１，６１，７１を可動子５２，６２，７２に接着剤で固定する作業は作業者の手で行われるので、個々の永久磁石５１，６１，７１を所定位置に固定する押圧力等が作業者の熟練度によってばらつきを生じるおそれが高く、安定した永久磁石の配置は難しい。

そのため、このように直動形電動機においてスキュー配置する永久磁石を所定位置に安定して固定するには、多くの時間と労力を要するとともに、安定して固定するのは難しい。このことは、前記特許文献1に記載された発明でも解決することはできない。

そこで、本発明は、直動形電動機の可動子に配置する永久磁石を、安定して所定位置に固定することが迅速にできるようにした直動形電動機の永久磁石固定構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、可動子の作動方向に極性を交互にして複数列配置する永久磁石の固定構造であって、前記可動子の周囲に配置する永久磁石の作動方向端部に、該永久磁石の作動方向の位置決めを行う位置決め具を設け、前記位置決め具を、前記永久磁石の間の作動方向に設ける非磁性体のスペーサと、該スペーサと永久磁石との間に設ける固定部材とで構成し、該固定部材と接する永久磁石およびスペーサの接触面を、該位置決め具を可動子に固定することにより永久磁石を所定の位置に配置する位置決め斜面に形成している。これにより、位置決め具を可動子に固定することにより位置決め斜面で永久磁石の位置決めができるので、安定した永久磁石の位置決めを容易に行うことができる。

また、固定部材を固定することによって位置決め斜面によってスペーサと永久磁石との位置決めができるので、安定した永久磁石のスキュー配置を容易に行うことができる。

さらに、前記永久磁石をスキュー配置し、該スキュー配置した永久磁石のスキュー方向における前記固定部材との接触面を前記位置決め斜面に形成し、該位置決め斜面の周方向に固定部材の周方向位置を決める位置決め平面を形成してもよい。これにより、スキュー方向では位置決め斜面で永久磁石を確実に固定し、周方向では平面で永久磁石の位置決めを図ることができ、永久磁石を配置する作業性を大幅に向上させることができる。

また、前記固定部材と永久磁石およびスペーサとの間に形成する位置決め斜面を全て同一の傾斜角で形成してもよい。これにより、永久磁石を並べて同一の傾斜角で形成される位置決め斜面を連続的に加工することにより、この永久磁石の加工工数を減らし、永久磁石の加工に要する時間の削減とコストの削減とを図ることができる。

本発明は、以上説明したような手段により、直動形電動機の可動子に配置する永久磁石を所定位置に固定する作業を、安定して、かつ迅速に行うことが可能となる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る永久磁石固定構造を採用した直動形電動機の断面図であり、図２は、図１に示す直動形電動機におけるスキュー配置した永久磁石を示す可動子の展開図、図３は、図２に示す永久磁石固定構造の一部拡大図であり、(a) は平面図、(b) は断面図である。これらの図面は、模式的に記載している。

まず、図１に基いて本発明が採用される直動形電動機の一例を説明する。図示する直動形電動機の一例である直動形電動アクチュエータ１には、内部に固定子２を備えた固定側本体３が設けられており、この固定側本体３の作動方向一端には固定側に軸支される反出力側ロッドエンド４が設けられている。固定側本体３の内部に設けられた固定子２には、鉄心５の作動方向Ａに電源の相数の整数倍で電機子コイル６が設けられている。この実施の形態では三相電源を用いているため、１２個の電機子コイル６が設けられている。また、図示する固定側本体３の下部には、電機子コイル６への電源供給口７が設けられており、この電源供給口７から三相電源が供給されている。

一方、前記固定側本体３の内部には、作動方向Ａに移動する可動子８が設けられている。この可動子８に設けられた出力軸９は、前記固定側本体３に設けられたすべり軸受１０によって支持されており、前記反出力側ロッドエンド４と逆方向に出力側ロッドエンド１１が設けられている。可動子８の外周と前記固定子２の内周との間には所定の隙間が設けられている。この可動子８は、出力軸９に固定された可動子本体１３と、この可動子本体１３の周囲に設けられた永久磁石１４，１５とで構成されている。Ｎ極の永久磁石１４とＳ極の永久磁石１５とは、作動方向Ａに極性が交互に異なるように配置されている。

このように構成された直動形電動アクチュエータ１によれば、固定子２の電機子コイル６に所定の電流を印加すると、可動子８の永久磁石１４，１５を作動方向Ａ（軸方向）に移動させる推力が発生する。この推力により、可動子８に設けられた出力軸９の出力側ロッドエンド１１が移動させられるように構成されている。

図２に示すように、前記円筒形の可動子８を平面展開すると、周方向に設けられた永久磁石１４，１５は所定量でスキューされ、作動方向Ａに極性が交互に異なるように複数列配置されている。図示する部分は作動方向Ａの一部を示したものであり、図示する中央部の永久磁石１５と両側部の永久磁石１４とは極性が異なるように配置されている。

そして、この極性が異なる永久磁石１４と永久磁石１５との間に、これら永久磁石１４，１５の位置を決めて可動子本体１３に固定するための位置決め具１６が設けられている。この位置決め具１６は、非磁性体で形成されたスペーサ１７と、このスペーサ１７と永久磁石１４，１５との間の作動方向に固定される固定部材１８とで構成されている。この固定部材１８は、スペーサ１７の作動方向両端部にそれぞれ設けられており、１つの永久磁石１４（１５）を作動方向両端部の２個で固定するように構成されている。この実施の形態では、位置決め具１６に２個の固定部材１８を設けているが、固定部材１８は２個に限定されるものではない。

図３(b) に示すように、固定部材１８の作動方向前後における永久磁石１４，１５とスペーサ１７との接触面には、所定の傾斜角で傾斜した位置決め斜面１９が形成されている。この固定部材１８の位置決め斜面１９とほぼ同じ傾斜角で前記永久磁石１４，１５と、スペーサ１７とにも位置決め斜面２０，２１が形成されている。図３(a) に示すように、これら永久磁石１４，１５とスペーサ１７とに形成された位置決め斜面２０，２１は、永久磁石１４，１５とスペーサ１７との周方向ほぼ中央に前記固定部材１８の幅寸法よりも少し広い溝状に形成されており、その周方向は斜面２０，２１と直交する方向の平面２２に形成されている。このように所定幅の溝状で形成される位置決め斜面２０、２１は、複数の永久磁石１４，１５を並べて所定角度で傾斜させ、その状態で位置決め斜面２０，２１を工具で加工すれば、容易に同一傾斜角の位置決め斜面２０，２１を複数の永久磁石１４，１５に形成することができる。これにより、固定部材１８と接する永久磁石１４，１５の位置決め斜面２０，２１を正確に、かつ迅速に形成することができる。

図３(b) に示すように、前記固定部材１８のほぼ中央部には固定ボルト２４の挿通穴２５が設けられている。この実施の形態では固定ボルト２４に皿頭が採用されているため、皿もみされた挿通穴２５が設けられている。固定部材１８の高さ（厚み）は、図示するように固定ボルト２４をねじ込んで永久磁石１４，１５を固定した状態で可動子本体１３から所定量浮くように形成されている。また、この固定部材１８を固定する位置の可動子本体１３には、固定ボルト２４を固定するための雌ねじ２６が設けられている。

以上のように構成された永久磁石固定構造２７によれば、可動子本体１３の外周に、スキュー配置する場合のずれ量で正確位置に雌ねじ２６を設けておけば、同一の永久磁石１４，１５とスペーサ１７とを配置して固定部材１８を固定ボルト２４で可動子本体１３に固定することにより、この固定部材１８の位置決め斜面１９と接する位置決め斜面２０，２１によって永久磁石１４，１５とスペーサ１７との位置を調整してこれらを所定位置に固定することができる。しかも、固定ボルト２４をねじ込んで固定部材１８を固定することにより、この固定部材１８は溝状の位置決め斜面２０，２１と接するように平面２２の間に入り、この平面２２によって永久磁石１４，１５の周方向の位置決めがなされるので、作業者への指示が簡略化されて作業に熟練を要することなく安定した配置作業を行うことができる。その上、この永久磁石１４，１５を可動子本体１３に接着止めする場合でも、固定ボルト２４をねじ込むことによって安定した押圧力で永久磁石１４，１５を安定して固定することができるので、作業者の熟練度も要しない。

また、永久磁石１４，１５の位置決めを行うのは位置決め斜面２０，２１のみであるため、永久磁石１４，１５の取付面である内径側と、固定子２と所定の隙間を設けるように形成される外径側と、この永久磁石１４，１５を固定する斜面２０，２１とを正確に加工すれば、他の面は加工精度要求を低いレベルに抑えることができ、加工時間の短縮と労力軽減を図ることができ、製造コストの低減が可能となる。その上、簡単な固定作業で安定したスキュー配置の精度を保つことができるので、スキュー配置の効果を安定して得ることができる。

なお、前記実施の形態では、直動形電動機として直動形電動アクチュエータを例に説明したが、直動形電動機としては、他に直動形電動ソレノイド等にも同様に適用可能であり、直動形電動機は前記実施の形態に限定されるものではない。また、前記実施の形態では、可動子８の外周に配置される永久磁石１４，１５を例に説明したが、可動子８の内周に配置される永久磁石１４，１５でも同様に可能である。

さらに、前述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る永久磁石固定構造は、可動子に配置される永久磁石を所定位置に安定して配置したい制御機器、電子機器、工作機械等の直動形電動機に有用である。

本発明の一実施の形態に係る永久磁石固定構造を採用した直動形電動機の断面図である。図１に示す直動形電動機におけるスキュー配置した永久磁石を示す可動子の展開図である。図２に示す永久磁石固定構造の一部拡大図であり、、(a) は平面図、(b) は断面図である。 (a) 〜(c) は、従来の永久磁石の位置決め方法を例示した縦断面図である。 (a) は、図４(a) に示す位置決め方法を採用した場合の永久磁石の展開図であり、(b) は、その一部拡大図である。

符号の説明

１…直動形電動アクチュエータ（直動形電動機）
２…固定子
３…固定側本体
５…鉄心
６…電機子コイル
７…電源供給口
８…可動子
９…出力軸
１０…すべり軸受
１３…可動子本体
１４…永久磁石
１５…永久磁石
１６…位置決め具
１７…スペーサ
１８…固定部材
１９…位置決め斜面
２０，２１…位置決め斜面
２２，２３…位置決め平面
２４…固定ボルト
２５…挿通穴
２６…雌ねじ
２７…永久磁石固定構造
Ａ…作動方向

Claims

可動子の作動方向に極性を交互にして複数列配置する永久磁石の固定構造であって、
前記可動子の周囲に配置する永久磁石の作動方向端部に、該永久磁石の作動方向の位置決めを行う位置決め具を設け、前記位置決め具を、前記永久磁石の間の作動方向に設ける非磁性体のスペーサと、該スペーサと永久磁石との間に設ける固定部材とで構成し、該固定部材と接する永久磁石およびスペーサの接触面を、該位置決め具を可動子に固定することにより永久磁石を所定の位置に配置する位置決め斜面に形成したことを特徴とする直動形電動機の永久磁石固定構造。
前記永久磁石をスキュー配置し、該スキュー配置した永久磁石のスキュー方向における前記固定部材との接触面を前記位置決め斜面に形成し、該位置決め斜面の周方向に固定部材の周方向位置を決める位置決め平面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の直動形電動機の永久磁石固定構造。
前記固定部材と永久磁石およびスペーサとの間に形成する位置決め斜面を全て同一の傾斜角で形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の直動形電動機の永久磁石固定構造。