JP5261080B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

この発明は、一般産業機械等に用いられるリニアモータに関するものである。

推力発生面を電機子の両側に有する従来のリニアモータは、モータ駆動方向に順次異極となるようにヨーク上に永久磁石が固定された２個の界磁部を対向させ、その間にエアギャップを介して電機子を挟み込んで構成される。電機子は、電磁鋼板からなる磁極ティースが複数枚積層された電機子鉄心に、駆動コイルが整列して巻線されて構成されており、モータ駆動方向に複数配置された電機子は固定ベースにより互いに連結されている。
ここで磁極ティースには穴が予め設けられており、この磁極ティースをリニアモータの駆動方向と直角方向に積層して電機子鉄心を構成し、この穴にボルトを挿入して電機子鉄心を固定ベースにボルトで締結していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１１９９１９号公報（３−４頁，図１）

上記ボルトは交流磁場中で使用されるため渦電流による発熱を避けるために非磁性材を使用しなければならないが、このボルトは電機子鉄心の中央部を貫通しているので、電機子鉄心の磁束鎖交面積、及び磁束量がこのボルトのために制限され、そのためにリニアモータの推力の低下を引き起こすという問題があった。

この発明は，上記のような問題点を解決するためになされたものであり，推力の低下を引き起こすことがなく、電機子鉄心と固定ベースとを締結できるリニアモータを提供することを目的とする。

この発明に係るリニアモータの電機子鉄心は、隣接する電機子の方向に突出する取付部が形成された磁極ティースの積層体を備え、この取付部において前記固定ベースと締結されるようにしたものである。

この発明に係るリニアモータによると、推力を発生させる磁束がほとんど流れない、隣接する電機子の方向に突出する磁極ティースの取付部において、固定ベースと電機子とを固定するようにしたので、磁束の流れを妨げずリニアモータの推力低下を引き起こすことがない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１におけるリニアモータの構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、図２乃至図５は図１におけるリニアモータの組立工程を示す図である。
図1（Ａ）において、リニアモータ1は界磁部２と電機子３とから構成される。
界磁部２は、モータ駆動方向（図中、両向き矢印の方向）に沿って順次異極となるように２列に並べられた複数の永久磁石２２、２３と、この２列の永久磁石２２、２３が所定の間隔で対向するように固定するヨーク２１とから構成される。

電機子３は、前記２列の永久磁石２２、２３の間でエアギャップを介してモータ駆動方向に移動可能に配置されており、これらの電機子３は締結部材７によって固定ベース６に連結固定されている。電機子３は、電磁鋼板等を複数枚積層した電機子鉄心３１、電機子鉄心３１に積層方向上下から挿入されたインシュレータ５、及びインシュレータ５を介して電機子鉄心３１に巻線された駆動コイル４から構成される。インシュレータ５は、電機子鉄心３と駆動コイル４間に介在するコイル巻付部により両者間の耐電圧を確保すると同時に、駆動コイル４の両端に設けられたフランジ部により駆動コイル４の巻崩れを防止する機能を果たす。

電機子鉄心３１を構成する磁極ティースは、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて成形されるが、そのとき同時に積層面に凹凸部を形成し、この凹凸部を積層時に隣接する磁極ティースに嵌めこみ、かしめることにより磁極ティース同士を連結して電機子鉄心３１として一体化することができる。あるいは、磁極ティースを互いに溶接したり、樹脂によりモールドしたりすることにより一体化することも可能である。

図２において、本実施の形態１に係るリニアモータの電機子鉄心３１を構成する磁極ティース３１１は、界磁部２と対向する一方の端部（図中下端）に、隣接する電機子の方向に突出した取付部３１１ａが形成された略Ｌ字形状をしており、ここに穴３１１ｄと矩形溝形状の係合凹部３１１ｃが設けられている。もう一方の端部（図中上端）には係合凸部３１１ｂが設けられており、これは係合凹部３１１ｃと嵌まり合う形状を有する。

図２（Ｂ）に示すように、このＬ字形磁極ティース３１１を所定枚数積層し、上記取付部３１１ａを備えないＩ字形磁極ティース３１２を更に積層することにより、電機子鉄心３１を形成する。次に図３に示すように、コイル巻付部５１と両端のフランジ部５２とからなるインシュレータ５を電機子鉄心３１の積層方向上下から覆い被せる。後工程で隣接する電機子３１と一体化する時に使用する締結部材７との干渉を避けるため、このフランジ部５２には、取付部３１１ａに設けられた穴３１１ｄに合わせて切欠き部５３が形成されている。

図４は駆動コイル４を巻き付けた電機子３を示し、この電機子３とこれを１８０°回転させた電機子３とを、それぞれの係合凸部３１１ｂが相手方の係合凹部３１１ｃに嵌まるように一体化したものを図５に示すが、この１組の電機子３がリニアモータ１の組立最小単位となる。
この１組の電機子３を３組並べて固定ベース６に締結したものが図２に示す電機子３である。Ｌ字形磁極ティース３１１の取付部３１１ａに設けた穴３１１ｄに対して、締結部材７として例えばタッピングネジ等により直接ネジを形成して、電機子３を固定ベース６に固定している。

ここで、電機子鉄心３１をＬ字形磁極ティース３１１とＩ字形磁極ティース３１２の２種類により構成するのは、以下の理由による。
隣り合う電機子３間において、Ｌ字形磁極ティース３１１の取付部３１１ａを経由して磁束が漏れると、界磁部２と電機子３との間に発生する磁束が減少するため、推力の低下を引き起こす恐れがある。そこで、電機子３同士の結合時、及び電機子３と固定ベース６との結合時の機械的強度に支障を来たさない程度に、取付部３１１ａの幅を狭くし、また図２（Ｂ）に電機子鉄心３１の側面図を示すように、Ｌ字型磁極ティース３１１の積層枚数を制限して、積層された取付部３１１ａの磁束鎖交断面積を極力小さくする。
このことにより、界磁部２と電機子３の間の磁気抵抗と比較して、隣接電機子３間の磁気抵抗を充分高くすることが可能となり、取付部３１１ａを介しての磁束の漏れは無視できるほど小さくなる。

尚、本実施の形態では、図１（Ｂ）に示すように電機子鉄心３１の積層方向上側においてのみ固定ベース６と締結しているが、下側にも固定ベース６を設けて下側でも締結するようにしてもよい。この場合には、図２（Ｂ）において積層方向下側にもＬ字形ティース３１１を積層させて、締結用の穴３１１ｄが下側の固定ベース６に近接して配置されるようにする必要がある。

以上のように構成されている本実施の形態に係るリニアモータ１は、電機子鉄心３１のＬ字形磁極ティース３１１が隣接する電機子の方向に突出する取付部３１１ａを備え、推力を発生させる磁束の主たる磁路ではないこの取付部３１１ａに固定ベース６との締結用の穴３１１ｄを設けたため、締結部材７が磁束の流れを妨げず、推力が低下することもない。

従来の電機子は電機子３の上側にのみ固定ベース６を設けていた場合では１個あたり少なくとも２箇所のネジにより固定ベース６と固定していたが、本実施の形態によると２つの電機子３同士を係合凸部３１１ｂ、凹部３１１ｃにより連結して組合せ、図１（Ａ）に示すようにこの組み合せた２個の電機子あたり２つのネジによって固定ベース６に固定できるので組立工数の削減を図ることができる。電機子３の上下に固定ベース６を設けていた場合であっても、ネジ締結箇所は電機子１個あたり４箇所から２箇所に低減可能である。
また、本実施の形態では、締結部材７としてタッピングネジを使用しているため、穴３１１ｄを利用することにより前加工も削減でき固定ベース６と容易に締結が行える。
更に、Ｌ字形磁極ティース３１１に予め形成された取付部３１１ａにおいて固定ベース６と直接締結することができ、電機子鉄心３１と固定ベース６とを固定するための介在部品を別に用意する必要もないため、安価にリニアモータを製造することができる。

実施の形態２．
図６は本実施の形態２におけるリニアモータの構成を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、図７乃至１０は図６に示す電機子３の組立工程を示す図である。
図７に示すように、本実施の形態における電機子鉄心は３１ａ、３１ｂの２種類あり、隣接する電機子の方向に突出した取付部３１３ａを界磁部２との対向部の両側に設けたコ字形磁極ティース３１３と、取付部３１３ａを備えないＩ字形磁極ティース３１４とから構成される。実施の形態１と同様に、コ字形磁極ティース３１３の取付部３１３ａには、固定ベース６と締結するための穴３１３ｂが形成されている。

図７（Ｂ）に示すように、コ字形磁極ティース３１３とＩ字形磁極ティース３１４は、固定ベース６との締結に際して強度上の問題を生じない所定の枚数分交互に積層し、残りの必要積層枚数まではI字形状磁極ティース３１４を積層している。ここで、取付部３１３ａを介して隣接する電機子３に磁束が漏れるのを低減するために、取付部３１３ａの幅を極力狭くし、コ字形磁極ティース３１３の積層枚数を制限するのは実施の形態１と同様である。
電機子鉄心３１ａと３１ｂのコ字形磁極ティース３１３とＩ字形磁極ティース３１４の交互積層部は、電機子鉄心３１ａと３１ｂとで互い違いになっており、両者を噛み合わすことができるように積層されている。

次に、この積層された電機子鉄心３１ａ、３１ｂの積層方向上下からインシュレータ５で覆い（図８）、インシュレータ５の巻付部５１に駆動コイル４を巻き付ける（図９）。
更に、駆動コイル４が巻き付けられた２つの電機子３を図１０に示すようにモータ駆動方向からお互いにスライドさせて一体化する。この１組の電機子３がリニアモータ１の組立最小単位となる。
この１組の電機子鉄心３１ａ、３１ｂの共通の穴３１３ｂに対して、締結部材７として例えばタッピングネジ等でネジを形成しながら固定ベース６に締結する。この組み合わせた電機子３を３組並べて固定ベース６に締結したものが、図６に示す電機子３である。

尚、本実施の形態では、図６（Ｂ）に示すように電機子鉄心３１ａ、３１ｂの積層方向上側においてのみ固定ベース６と締結しているが、下側にも固定ベース６を設けて下側でも締結するようにしてもよい。この場合には、図７（Ｂ）において積層方向下側にもコ字形ティース３１３を積層させて、締結用の穴３１３ｂが下側の固定ベース６に近接して配置されるようにする必要がある。

以上のように構成されている本実施の形態に係るリニアモータ１は、電機子鉄心３１ａ、３１ｂのコ字形磁極ティース３１３が隣接する電機子の方向に突出する取付部３１３ａを備え、推力を発生させる磁束の主たる磁路ではない取付部３１３ａに固定ベース６との締結用の穴３１３ｂを設けたため、磁束の流れを妨げず、推力が低下することもない。

従来の電機子は電機子３の上側にのみ固定ベース６を設けていた場合では１個あたり少なくとも２箇所のネジにより固定ベース６と固定していたが、本実施の形態によると２つの電機子３同士を互いに相手方に突出した取付部３１３ａにおいて連結して組合せ、図６（Ａ）に示すようにこの組み合せた２個の電機子あたり２つのネジによって固定ベース６に固定しているので組立工数の削減を図ることができる。電機子３の上下に固定ベース６を設けていた場合であっても、ネジ締結箇所は電機子１個あたり４箇所から２箇所に低減可能である。
また、本実施の形態では、締結部材７としてタッピングネジを使用しているため、穴３１３ｂを利用することにより前加工も削減でき固定ベース６と容易に締結が行える。
更に、電機子鉄心３１ａ、３１ｂに予め形成された取付部３１３ａにおいて固定ベース６と直接締結することができ、電機子鉄心３１ａ、３１ｂと固定ベース６とを固定するための介在部品を別に用意する必要もないため、安価にリニアモータを製造することができる。

実施の形態３．
図１１は本実施の形態３におけるリニアモータの電機子鉄心の構成を示す。本図に示すように、電機子鉄心は実施の形態２の３１ｂに加えて、３１ｃの２種類からなる。電機子鉄心３１ｃは、コ字形磁極ティース３１３に対して、取付部３１５ａをモータ駆動方向の反対側にも設けたＨ字形磁極ティース３１５と取付部３１５ａを備えないＩ字形状磁極ティース３１４とから構成される。実施の形態１、２と同様に、取付部３１５ａには固定ベース６と締結するための穴３１５ｂが形成されている。

Ｈ字形磁極ティース３１５とＩ字形磁極ティース３１４は、固定ベース６との締結に際して強度上の問題を生じない所定の枚数分交互に積層し、残りの必要積層枚数まではI字形状磁極ティース３１４を積層している。ここで、取付部３１５ａを介して隣接する電機子３に磁束が漏れるのを低減するために、取付部３１５ａの幅を極力狭くし、Ｈ字形磁極ティース３１５の積層枚数を制限するのは実施の形態１、２と同様である。

この電機子鉄心３１ｃのＨ字型磁極ティース３１５とＩ字形磁極ティース３１４の交互積層部は、実施の形態２の電機子鉄心３１ｂとは互い違いになるように積層されており、モータ駆動方向の両側から電機子鉄心３１ｂが噛み合えるようになっている。
以降は実施の形態２に示した手順と同様にしてインシュレータ５、駆動コイル４の組立を行い、１つの電機子鉄心３１ｃと２つの電機子鉄心３１ｂからなる３つの電機子３を一体化させ、固定ベース６との締結を行う。

本実施の形態に係るリニアモータ１は、電機子鉄心３１ｂを構成するコ字形磁極ティース３１３が隣接する電機子の方向に突出する取付部３１３ａを、電機子鉄心３１ｃを構成するＨ字形磁極ティース３１５が隣接する電機子の方向に突出する取付部３１５ａを備えており、推力を発生させる磁束の主たる磁路ではない取付部３１３ａ、３１５ａに固定ベース６との締結用の穴３１３ｂ、３１５ｂを設けたため、磁束の流れを妨げず、推力が低下することもない。

リニアモータ１を３相交流で励磁するときには、各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）に対して電機子１個を割り当てる必要がある。実施の形態１、２においては、２個で１組の最小組立単位を構成しているため、最低でも６つの電機子が必要となる。それに対して、本実施の形態では３つの電機子３のみですみ、より少ない電機子の個数でリニアモータの最小単位を構成することができるため、リニアモータの駆動方向寸法をこまめに調節することができ、設計の自由度が増すという利点がある。

本発明の実施の形態１によるリニアモータの外形図である。 本発明の実施の形態１によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態１によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態１によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態１によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態２によるリニアモータの外形図である。 本発明の実施の形態２によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態２によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態２によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態２によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。 本発明の実施の形態３によるリニアモータの電機子組立工程の説明図である。

符号の説明

１ リニアモータ
２ 界磁部
２１ ヨーク
２２、２３ 永久磁石
３ 電機子
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 電機子鉄心
３１１ Ｌ字形磁極ティース
３１３ コ字形磁極ティース
３１５ Ｈ字形磁極ティース
３１１ａ、３１３ａ、３１５ａ 取付部
３１１ｂ 係合凸部
３１１ｃ 係合凹部
４ 駆動コイル
６ 固定ベース
７ 締結部材

Claims (4)

1. モータ駆動方向に順次異極となるようにヨーク上に磁石片が固定された界磁部と、
   前記磁石片と所定の空隙を介して前記モータ駆動方向に移動可能に配置され、電機子鉄心
   とこの電機子鉄心に巻き付けられた駆動コイルとを有する電機子と、
   前記電機子を複数連結する固定ベースと、
   を備えたリニアモータであって、
   前記電機子鉄心は、隣接する電機子の方向に突出する取付部が形成された磁極ティースの
   積層体を備え、この取付部において前記固定ベースと締結された、
   リニアモータ。
2. 前記電機子鉄心は、前記取付部に係合部が形成された磁極ティースの積層体を備え、隣接する電機子鉄心と前記係合部によって連結されたことを特徴とする
   請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記電機子鉄心は、隣接する電機子の一方向とこれと反対方向との両方向への取付部を有する磁極ティースの積層体を備え、前記一方向に配置された隣接電機子鉄心及び前記反対方向に配置された隣接電機子鉄心とともに連結されて構成されることを特徴とする
   請求項１に記載のリニアモータ。
4. 前記電機子鉄心は、タッピングネジにより固定ベースに締結されたことを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータ。

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