JP5199427B2

JP5199427B2 - 織布を用いたリニアモータ用磁石板、該磁石板を備えたリニアモータ及び該磁石板の製造方法

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Publication number: JP5199427B2
Application number: JP2011183617A
Authority: JP
Inventors: 孔史志村; 拓也前田; 祐右近藤
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: CN102957299A; DE102012016543A1; JP2013046516A; CN202840902U; US20130049490A1; CN102957299B

Description

本発明は、工作機械の可動部の駆動用等の目的で使用されるリニアモータ、該リニアモータ用の磁石板及び該磁石板の製造方法に関する。

工作機械の可動部材を駆動する等の目的のために、Ｎ極とＳ極とが交番配置された永久磁石と、該永久磁石に対して可動に支持された電機子とを備えたリニアモータが広く使用されている。例えば特許文献１には、両側に磁石片（永久磁石１３，１５）が延設された固定磁石板１５と、その磁石板１５を挟んで設けられ、一体に移動する１対の電機子１１、１２とを備えた永久磁石同期式のリニアモータが開示されており、磁石板の両側で発生する２つの推力むらを相殺する方向に位相をずらすことによって、リニアモータにおける推力むらを低減する、とされている。

また特許文献２には、リニアモータのコアコイル組立体とその製造方法が開示されており、ここでは、ガラス繊維をモ−ルド型の内側底面に敷いてコアコイル組立体を嵌め込んだ後、エポキシ樹脂を注入してコアのギャップ面に繊維強化樹脂（ＦＲＰ）層を有するコアコイル組立体を形成する、とされている。

特開平１０−５２０２５号公報特開平５−１１１２３４号公報

一般にリニアモータでは、コイル側の鉄芯と磁石板側の磁石との距離が小さいほど推力が増すので、磁石を保護するために磁石表面に設ける樹脂層の厚みは薄いほど有利である。しかし、該樹脂層を薄くすると強度が劣るという問題がある。従来、このように推力と強度との双方を好適に得るための工夫はなされていなかった。

そこで本発明は、所望の推力を維持しつつ樹脂層が薄い箇所の強度を改善したリニアモータ用磁石板、該磁石板を備えたリニアモータ及び該磁石板の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明は、複数の極対からなる永久磁石を備えたリニアモータ用磁石板であって、鉄心及び巻線を備えかつ前記リニアモータ用磁石板に対して移動可能に構成された電機子と協働してリニアモータを構成し、前記永久磁石の表面と前記電機子との間であってかつ該永久磁石の表面に配置された樹脂層を有し、前記永久磁石の表面と前記樹脂層との間に、前記永久磁石の表面を覆う織布が設けられており、前記織布に樹脂が含浸し、前記樹脂層が前記リニアモータ用磁石板の表面を構成する、リニアモータ用磁石板を提供する。

第２に記載の発明は、第１の発明において、前記織布はガラスクロス織布又は炭素繊維織布である、リニアモータ用磁石板を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記樹脂はエポキシ樹脂又はフェノール樹脂である、リニアモータ用磁石板を提供する。

第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明において、前記永久磁石の各々の形状は直方体であるか、前記永久磁石の各々の前記電機子との対向面を、前記永久磁石の配列方向に垂直な方向に二次元投影したときの曲線が二次曲線、円弧、又は双曲線余弦関数で表される、リニアモータ用磁石板を提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、前記永久磁石の表面上部と樹脂表面との距離は１ｍｍ以下である、リニアモータ用磁石板を提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記永久磁石の表面上部と樹脂表面との距離は、Ｎ極の磁石とＳ極の磁石との間の距離以下である、リニアモータ用磁石板を提供する。

第７の発明は、第１〜第６のいずれか１つの発明において、複数の極対の永久磁石を１つの鉄板に配列して１組の永久界磁極を構成し、複数組の永久界磁極を列状に配置することによりリニアモータ用磁石板を構成する、リニアモータ用磁石板を提供する。

第８の発明は、第１〜第７のいずれか１つの発明に係るリニアモータ用磁石板を備えたリニアモータを提供する。

第９の発明は、複数の極対からなる永久磁石を備え、鉄心及び巻線を備えかつ前記リニアモータ用磁石板に対して移動可能に構成された電機子と協働してリニアモータを構成し、前記永久磁石の表面と前記電機子との間であってかつ該永久磁石の表面に配置された樹脂層を有する、リニアモータ用磁石板の製造方法であって、前記永久磁石の表面を織布で覆うことにより、前記電機子と対向する樹脂層の表面と前記永久磁石との間に織布を設け、前記永久磁石を型内に配置し、前記永久磁石の配列方向に関して中央部から樹脂を注入して樹脂成形を行い、前記樹脂を前記織布に含浸させて前記樹脂層が前記リニアモータ用磁石板の表面を構成するようにした、リニアモータ用磁石板の製造方法を提供する。

第１０の発明は、第９の発明において、前記織布で前記永久磁石の表面を覆う際に、前記織布を前記永久磁石の表面に接着する、リニアモータ用磁石板の製造方法を提供する。

本発明によれば、リニアモータ用磁石板の樹脂層が薄い箇所の強度を容易に向上させることができる。すなわち、永久磁石表面に樹脂層を形成する際に、永久磁石の表面に織布を設けることにより、特に樹脂層の薄い箇所への樹脂の含浸を補助するとともに、温度変化による樹脂の膨張・伸縮を起因とするクラックに対する耐性（耐クラック性）を強化することができる。

永久磁石の配列方向に関して中央から樹脂を注入することにより、気泡の巻き込み等を防止して良好な樹脂層を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。図１の磁石板を織布で覆った状態を示す図である。図２の磁石板に樹脂成形を施した状態を示す図である。磁石板に対する好適な樹脂注入箇所を示す図である。磁石板の表面上部と樹脂表面との距離と、モータ推力との関係を示すグラフである。

図１は、本発明に係るリニアモータ１０の概略構成を示す図である。リニアモータ１０は、固定磁界発生手段として作用するリニアモータ用磁石板（以降、単に磁石板と称する）１２と、磁石板１２に対して軸線方向（矢印１４で図示）に移動可能に構成され、磁石板１２と協働してリニアモータ１０を構成する電機子１６と、を有する。詳細には磁石板１２は、鉄板（ヨーク）１８と、鉄板１８上に該軸線方向に沿って磁極がＮＳ順に交番配置された複数の永久磁石２０と、後述する織布及び樹脂層（図示せず）を有する。

概略図示されている電機子１６は、鉄心及び巻線（図示せず）を備え、移動磁界生成手段として作用する。リニアモータ１０では、従来のものと同様、磁石板１２（永久磁石２０）が生成する固定磁界と、移動磁界生成手段（電機子１６）が生成する移動磁界との相互作用によって、電機子１６が磁石板１２に対して移動動作を行うことができる。

永久磁石２０の各々の形状としては、例えば、平板（直方体）、又は図示するような隣接する永久磁石に向かって徐々に厚さが薄くなるような曲面を、電機子１６との対向面に具備する板状形状が挙げられる。また後者の具体例としてさらに、永久磁石の配列方向に垂直な方向に該曲面を二次元投影したときに得られる曲線が、二次曲線、円弧、又は双曲線余弦関数等で表される形状が挙げられる。永久磁石２０の各々の形状を直方体とすると、該永久磁石の成形性が容易となり製造コストの削減を図れる一方、永久磁石２０の各々の表面を曲面とすると、磁石板１２に対する電機子１６の移動がより滑らかなリニアモータを構築することができる。

図２は、磁石板１２の製造工程を示す図である。本発明では、ＮＳ順に並列配置された複数の永久磁石２０の磁石表面（上面）に、ガラスクロス織布又は炭素繊維織布等の織布２２を取付け、次に図３に示すように、織布２２上に樹脂成形によって樹脂製の保護層２４を形成する。より詳細には、複数の極対からなる１組の永久界磁極において、永久磁石２０の表面を織布２２で覆い、電機子１６と対向する樹脂保護層２４と永久磁石２０との間に織布２２が配置される。なお、樹脂注入によって織布２２に皺が入ること等を防止するために、永久磁石２０の表面に織布２２を接着剤等の接着手段を用いて接着してもよい。

このようにすれば、後述する樹脂成形時に樹脂が織布２２に含浸し、部分的に気泡等を巻き込むことなく永久磁石２０の表面に全体的に均一に樹脂を行き渡らせることができる。また織布を用いることにより樹脂層の強度を向上させることができ、モータ推力を得るために樹脂層を比較的薄くした場合であっても、所望の強度を維持することができる。

次に図４に示すように、複数（図示例では４つ）の極対からなる１組の永久界磁極（図示例では８つ（４対）の永久磁石２０）の表面積と略同等の開口面積を備えた型２６を用いて、永久磁石２０上の織布（図３では図示省略）上に樹脂層を形成すべく、樹脂注入操作を行う。ここで樹脂の注入箇所を、図３の矢印２８で示すように、永久磁石２０の配列方向（電機子の移動方向）に関して永久界磁極の略中央とすると、樹脂注入中に樹脂が空気を巻き込むという不具合を長じることなく樹脂が型２６内を流れるので、織布表面に気泡等が形成され難く、良好な樹脂成形が可能となり、結果として図３に示したような表面が平坦かつ均一厚さの樹脂層２４が得られる。

なお樹脂層２４を構成する樹脂は種々のものが使用可能であるが、特にエポキシ樹脂又はフェノール樹脂が耐熱性、成形性等の観点から好ましい。

図５は、永久磁石の上面と樹脂表面との距離と、リニアモータとしてのモータ推力との関係を示すグラフである。リニアモータで一般に固定界磁極として使用されるネオジ磁石の残留磁束密度、及びスライダ（電機子）側の電磁鋼板のＢＨカーブから、リニアモータとしての磁束密度は約１．５Ｔ（テスラ）となる。この場合の固定界磁極とスライダとの間の適当なギャップは１ｍｍ以下であり、それ以上になると図５に示す通り、モータ推力が低下する。また、永久磁石の上面と樹脂層表面との距離は、固定界磁極の永久磁石間寸法（ＮＳ磁石間距離、例えば図１に示すような、隣接するＮＳ磁石を離隔するスペーサ３０の幅）以下とすることが、磁力との関係上、適当である。

なお図示例では８つ（４極対）の永久磁石２０を１つの鉄板に配列して１組の永久界磁極を構成しているが、２極対、３極対又は５極対等、他数の極対の永久磁石を用いてもよい。またこのような永久界磁極を複数組用いて列状に配置することにより、数十ｃｍ〜数ｍ等の、任意の長さの磁石板を構成することもできる。

１０リニアモータ
１２磁石板
１６電機子
１８鉄板
２０永久磁石
２２織布
２４樹脂層
２６型
３０スペーサ

Claims

複数の極対からなる永久磁石を備えたリニアモータ用磁石板であって、鉄心及び巻線を備えかつ前記リニアモータ用磁石板に対して移動可能に構成された電機子と協働してリニアモータを構成し、
前記永久磁石の表面と前記電機子との間であってかつ該永久磁石の表面に配置された樹脂層を有し、
前記永久磁石の表面と前記樹脂層との間に、前記永久磁石の表面を覆う織布が設けられており、前記織布に樹脂が含浸し、前記樹脂層が前記リニアモータ用磁石板の表面を構成する、リニアモータ用磁石板。
前記織布はガラスクロス織布又は炭素繊維織布である、請求項１に記載のリニアモータ用磁石板。
前記樹脂はエポキシ樹脂又はフェノール樹脂である、請求項１又は２に記載のリニアモータ用磁石板。
前記永久磁石の各々の形状は直方体であるか、前記永久磁石の各々の前記電機子との対向面を、前記永久磁石の配列方向に垂直な方向に二次元投影したときの曲線が二次曲線、円弧、又は双曲線余弦関数で表される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアモータ用磁石板。
前記永久磁石の表面上部と樹脂表面との距離は１ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータ用磁石板。
前記永久磁石の表面上部と樹脂表面との距離は、Ｎ極の磁石とＳ極の磁石との間の距離以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニアモータ用磁石板。
複数の極対の永久磁石を１つの鉄板に配列して１組の永久界磁極を構成し、複数組の永久界磁極を列状に配置することによりリニアモータ用磁石板を構成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のリニアモータ用磁石板。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のリニアモータ用磁石板を備えたリニアモータ。
複数の極対からなる永久磁石を備え、鉄心及び巻線を備えかつ前記リニアモータ用磁石板に対して移動可能に構成された電機子と協働してリニアモータを構成し、前記永久磁石の表面と前記電機子との間であってかつ該永久磁石の表面に配置された樹脂層を有する、リニアモータ用磁石板の製造方法であって、
前記永久磁石の表面を織布で覆うことにより、前記電機子と対向する樹脂層の表面と前記永久磁石との間に織布を設け、
前記永久磁石を型内に配置し、
前記永久磁石の配列方向に関して中央部から樹脂を注入して樹脂成形を行い、前記樹脂を前記織布に含浸させて前記樹脂層が前記リニアモータ用磁石板の表面を構成するようにした、リニアモータ用磁石板の製造方法。
前記織布で前記永久磁石の表面を覆う際に、前記織布を前記永久磁石の表面に接着する、請求項９に記載のリニアモータ用磁石板の製造方法。