JP5003992B2 - 円筒形リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、半導体関連装置あるいは工作機械等の分野において、微小ストローク内で加圧力を発生するための直線往復動装置として用いられる円筒形リニアモータに関する。

従来、半導体関連装置あるいは工作機械等の分野において、固定子を円筒状の鉄心コアに巻線コイルを巻装してなる電機子により構成し、可動子を円筒状の界磁ヨークに永久磁石を配設してなる界磁により構成した円筒形リニアモータが提案されており、主に搬送などの位置決め用途として用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
このような位置決め用の円筒形リニアモータに対して、微小ストローク内で加圧力を発生するための直線往復動装置として用いられる円筒形リニアモータが提案されている。
図４は従来技術を示す加圧用の円筒形リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た正面図、図５は従来技術による可動子ストローク内における磁気吸引力の特性を示した解析グラフである。
図４において、１は円筒形リニアモータ、２は界磁、３は永久磁石、４はポールシュー、５は電機子、６は鉄心ヨーク、７は巻線コイル、８はモールド樹脂、９はシャフトである。
円筒形リニアモータ１は、円筒状の鉄心ヨーク６と該ヨーク６のスロット内に磁気回路を形成するように巻装された巻線コイル７よりなる電機子５と、該電機子５と磁気的空隙を介して同心円状に配置されると共に、円筒状の永久磁石３と該磁石３の両端に磁気回路を形成するように配置されたポールシュー４よりなる界磁２と、を備えたものであり、電機子５を固定子とし、界磁２を可動子として構成するものである。なお、永久磁石３とポールシュー４の内側にはシャフト９を嵌合しており、また、巻線コイル７の内側および側
面をモールド樹脂８により固着している。
この構成において、巻線コイル７への通電と永久磁石３による磁界により、電機子５と界磁２は図示矢印方向に相対的に電磁力を発生し、可動子である界磁２が往復動する。図４の構成の場合、可動できる有効ストロークが制限されるため、位置決め用途ではなく微小ストローク内での加圧力発生用途として適している。
実開平６−６２７８７号公報（ 明細書５頁〜６頁、第２図） 特開２００５−２９５６７５号公報（ 明細書７頁、第１図）

従来の加圧用の円筒形リニアモータでは、モータを小型化および高推力化する場合、鉄心コアを有することで磁束密度を高めているが、界磁と電機子との間には図５に示すような磁気吸引力が発生する。図５において、最も電磁力の発生が大きい可動子を構成する界磁のストローク中心では、その磁気吸引力は理論的にゼロであるが、可動子がストローク中心をはずれた場合、ストローク中心から離れた必要ストローク内での位置で磁気吸引力がプラス方向、マイナス方向に切り替わり、且つその変化傾斜が大きく不安定になる。この磁気吸引力と実際にリニアモータが発生する電磁力との合成力がリニアモータの推力となるが、磁気吸引力が不安定であることから、リニアモータの推力を制御する際の妨げとなる。
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、リニアモータの電磁力を損なうことなく、可動子の必要ストローク内での磁気吸引力を一方向に安定して発生することができる円筒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に、請求項１は、円筒状の鉄心ヨークと該ヨークのスロット内に磁気回路を形成するように巻装された巻線コイルよりなる電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して同心円状に配置されると共に、円筒状の永久磁石と該磁石の両端に磁気回路を形成するように配置されたポールシューよりなる界磁と、を備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を可動子に、他方を固定子として相対的に往復動するようにした円筒形リニアモータにおいて、前記鉄心ヨークと前記ポールシューの何れか一方の表面が他方の表面に対して傾斜したノコギリ状のテーパ部を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、ストローク中心から離れた必要ストローク位置内で磁気吸引力を常に一定方向（ 図ではプラス方向） に且つ平坦にすることができる。

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、本発明の第１実施例を示すリニアモータであって、（a）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ方向から見た正面図、図２は第１実施例による可動子ストローク内における磁気吸引力の特性を示した解析グラフである。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１において、６Ａはノコギリ状のテーパ部である。

本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、円筒形リニアモータ１は、鉄心ヨーク６の表面がポールシュー４の表面に対して傾斜したノコギリ状のテーパ部６Ａを有した点である。

次に動作について説明する。
円筒形リニアモータ１は、巻線コイル７に通電することにより、界磁２が電機子５に対して移動し得るストローク方向（ 図１に示す矢印方向）へ電磁力を発生する。
一方で、本リニアモータ１は鉄心ヨーク６を有するため、鉄心ヨーク６と永久磁石３間に磁気吸引力を持っており、理想的に電機子５と界磁２側の中心があっていればその磁気吸引力はプラス方向、マイナス方向に打ち消し合いゼロである。しかしながら、円筒形リニアモータ１の製作、組込み精度を考えると、完全に磁気吸引力ゼロにすることは困難であり、リニアモータが発生した電磁力により電機子５と界磁２の相対位置が変化した場合など、磁気吸引力の影響を避けることは困難である。
本実施例では、この問題を解決すべく、鉄心ヨーク６の表面がポールシュー４の表面に対して傾斜したノコギリ状のテーパ部６Ａを有する構成にしたことで、従来のようにリニアモータの製作、組込み精度誤差の影響によって磁気吸引力がプラス方向、マイナス方向に切り替わるといった不具合を発生することなく、ストローク中心から離れた必要ストローク位置内で磁気吸引力を常に安定に維持しながら発生し、往復動する。

したがって、本実施例の円筒形リニアモータは、鉄心ヨークの表面にノコギリ状のテーパ部を設けたので、ストローク中心から離れた必要ストローク位置内で磁気吸引力は完全にゼロではないが、従来のリニアモータで生じていた磁気吸引力の変化傾斜をキャンセルし、平坦に抑えるように、常に一定方向に磁気吸引力を発生させることができ、その結果、リニアモータの推力を高精度に制御することができる。
本発明を実施した場合の磁気吸引力を図２に示すが、ストローク近傍で常に吸引力がプラス方向に発生しており、その力の方向が反転することはなく、且つ、変化を平坦に抑えることができることを確認した。

図３は、本発明の第２実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ） は（ａ）のＡ方向から見た正面図である。
図３において、４Ａはポールシュー４の厚み、形状に合わせてカットされたノコギリ状のテーパ部である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、リニアモータのポールシュー４の表面が、鉄心ヨーク６の表面に対して傾斜したノコギリ状のテーパ部４Ａを有した点である。
なお、第２実施例の動作、作用効果については第１実施例と同一であるため、その説明を省略する。

本発明の円筒形リニアモータは、界磁と電機子の何れか一方の表面を他方の表面に対して傾斜させたノコギリ状のテーパ部を形成することにより、容易に磁気吸引力を一方向に安定して発生させて往復動を行うことが可能なので、加圧用の往復直線駆動装置以外、例えば、電磁ダンパなどに適用することができる。

本発明の第１実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ 方向から見た正面図 第１実施例による可動子ストローク内における磁気吸引力の特性を示した解析グラフ 本発明の第２実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ 方向から見た正面図 従来技術を示す加圧用の円筒形リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ 方向から見た正面図 従来技術による可動子ストローク内における磁気吸引力の特性を示した解析グラフ

１ 円筒形リニアモータ、
２ 界磁、
３ 永久磁石、
４ ポールシュー、
４ Ａ ノコギリ状のテーパ部、
５ 電機子、
６ 鉄心ヨーク、
６ Ａ ノコギリ状のテーパ部、
７ 巻線コイル、
８ モールド樹脂、
９ シャフト

Claims (1)

1. 円筒状の鉄心ヨークと該ヨークのスロット内に磁気回路を形成するように巻装された巻線コイルよりなる電機子と、
   前記電機子と磁気的空隙を介して同心円状に配置されると共に、円筒状の永久磁石と該磁石の両端に磁気回路を形成するように配置されたポールシューよりなる界磁と、
   を備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を可動子に、他方を固定子とし、可動できる有効ストローク内で加圧力を発生するための直線往復動装置として用いられる円筒形リニアモータであって、
   前記鉄心ヨークと前記ポールシューの何れか一方の表面が他方の表面に対して傾斜したノコギリ状のテーパ部を有し、前記有効ストローク内で磁気吸引力が一定方向、且つ平坦であることを特徴とする円筒形リニアモータ。
   
   

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