JP5357485B2 - 磁石可動型リニアモータ - Google Patents

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Description

本発明は、リニアモータに関し、特に、一方向に長い軌道に沿って負荷を駆動する磁石可動型のリニアモータに関するものである。
固定子側にコアレスコイルを配置すると共に可動子側に永久磁石を配置した磁石可動型のリニアモータは、高価な磁石を長い軌道上に配列する必要がなく、又、可動子側で熱が発生せず、然も可動子側に電力を供給する必要がないため、特に軌道の長い搬送機構の駆動源として広く応用されている。
磁石可動型のリニアモータには、固定子の両側に永久磁石を配置した両側方式と、固定子の片側にのみ磁石を配置した片側方式とがあり、両側方式によれば、固定子と可動子の間に発生する垂直力を相殺することが可能である。
図５は、ベース(８)上の軌道に沿って物体を搬送する両側方式の磁石可動型リニアモータを示している。
該磁石可動型リニアモータにおいては、ベース(８)上に、複数のコイルを一方向に配列してなるコイル体(80)が支持部材(81)を介して支持され、該コイル体(80)によって固定子が構成されている。又、ベース(８)上には、コイル体(80)を包囲する断面Ｕ字状のヨーク(９)が車輪(93)を介して移動可能に支持され、該ヨーク(９)の内面には、コイル体(80)の両面にそれぞれ対向させて複数の永久磁石(91)(92)が固定されており、該ヨーク(９)と複数の永久磁石(91)(92)とによって可動子が構成されている(特許文献１〜４参照)。
上記の磁石可動型リニアモータにおいては、固定子を構成するコイルに多相交流電流を流すことにより移動磁界が形成され、これによって、可動子には移動磁界と同じ方向の推力が発生することになる。
そこで、図５に示す磁石可動型リニアモータにおいては、可動子を構成するヨーク(９)に負荷を連結することにより、該負荷を一方向に搬送することが出来る。
特開２００５−８６８５８号公報 特許第３６９８５８５号公報 特許第３４７８０８４号公報 特許第３３８７３２４号公報
ところで、リニアモータにおいては、固定子の両側に配置される一対の永久磁石の間隔(磁気ギャップ)が小さい程、磁石間の磁束の漏れが少なくなり、その結果、磁束密度が高まって大きな推力が得られる。一対の永久磁石の間隔を狭めるためには、コイル体の厚さを小さくする必要がある。
しかしながら、従来の磁石可動型リニアモータにおいては、図５に示す如くヨーク(９)が上下の水平壁部(9a)(9b)を垂直壁(9c)により連結した形状を有しているため、コイル体(80)は、その基端部(83)のみが支持部材(81)に連結され、先端部(82)は自由端とならざるを得ない。この様な一端支持構造では、コイル体(80)の薄型化に伴ってコイル体(80)の支持強度は大きく低下することになる。
従って、コイル体(80)からなる固定子は、給電に伴う温度上昇や推力に対する反力の影響を受けて変形する虞がある。固定子が変形すると、可動子の移動中に固定子が可動子と接触して、コイルの破損や短絡を生じることとなる。
そこで従来より、コイル全体を樹脂等でモールドすることによって強度の増大を図ることも行なわれていたが、その結果、磁気ギャップの増大を招き、推力の低下を来たしていた。
本発明の目的は、従来よりも大きな推力を得ることが出来る磁石可動型リニアモータを提供することである。
本発明に係る磁石可動型リニアモータは、
複数のコイルを一方向に配列してなり、該一方向とは直交する方向の両端部が支持された両端支持構造の固定子(７)と、
前記固定子(７)の両面に対向してそれぞれ複数の永久磁石を配置してなり、前記一方向に沿って互いに相対移動が可能な一対の可動子(５)(６)と、
両可動子(５)(６)をそれぞれ独立に、前記一方向の移動が可能に案内する案内機構
とを具え、何れか一方の可動子(６)が負荷に連結されている。
具体的には、前記一対の可動子(５)(６)はそれぞれ、前記複数の永久磁石にヨークを接合して構成され、或いは、前記複数の永久磁石をハルバッハ配列に従って配列して構成されている。
上記本発明の磁石可動型リニアモータにおいては、固定子を両側から挟み込むように配置されるべき可動子部分が２つに切り離されて、固定子の両側に一対の可動子(５)(６)を配置した分割構造が採用され、該一対の可動子(５)(６)は互いに相対移動が可能となっている。
一対の可動子(５)(６)が分割構造を有しているため、固定子(７)は、その両端部を固定部に連結した両端支持構造を採用することが可能となっている。
この様に固定子(７)が両端支持構造を有しているため、従来の如き一端支持構造の固定子と比較して支持強度が増大することになる。
従って、固定子(７)は、給電に伴う温度上昇や推力に対する反力の影響を受けたとしても、撓み方向の変形量は僅かであり、その変形量の限度内で両可動子(５)(６)の間隔を狭めたとしても、可動子(５)(６)の移動中に該可動子(５)(６)と固定子(７)とが互いに接触する虞はない。
上記本発明の磁石可動型リニアモータにおいては、固定子(７)を構成する複数のコイルに多相交流電流を流すことにより、該固定子(７)の両側に移動磁界が形成され、この結果、一対の可動子(５)(６)には移動磁界と同じ方向の推力が発生することになる。
ここで、一対の可動子(５)(６)は互いに切り離されているが、同時に同じ方向の移動磁界を受けるため、それぞれ案内機構に案内されて同一方向に移動することになる。
そこで、一方の可動子(６)に負荷を連結すれば、該可動子(６)の駆動によって負荷を移動させることが出来る。尚、他方の可動子(５)は、負荷が連結されていないため、前記一方の可動子(６)の移動に連れて、自由に移動する。
具体的構成において、前記固定子(７)は、前記一方向とは直交する方向に張力が加えられた状態で、両端部がそれぞれ固定部材に連結されている。
該具体的構成によれば、固定子(７)に常に引っ張り力が作用しているため、外力の作用による撓み方向の変形量は、引っ張り力が作用しない場合よりも減少し、更に両可動子(５)(６)の間隔を狭めることが出来る。
本発明に係る磁石可動型リニアモータによれば、固定子(７)が両端支持構造を有して高い支持強度を発揮するため、固定子(７)の薄型化が可能であり、これによって両可動子(５)(６)の間隔を狭めて、従来よりも大きな推力を得ることが出来る。
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る磁石可動型リニアモータは、図１及び図２に示す如く、ベース(１)上にて可動台(２)を所定の軌道に沿って往復移動させるものであり、後述の如く複数のコイルを一方向に配列してなる固定子(７)と、該固定子(７)の上下両側に配備された第１可動子(５)及び第２可動子(６)とを具えている。
そして、第２可動子(６)上に可動台(２)が配備されている。
ベース(１)上には、固定子(７)及び可動子(５)(６)の左右両側に支持部材(11)(11)が立設され、各支持部材(11)の内側には固定部材(12)が配備されて、両側の固定部材(12)(12)により、固定子(７)の両端部(7a)(7a)が軌道全長に亘って支持されている。
ここで、固定子(７)は、図３に示す如く、両側の固定部材(12)(12)によって引っ張り力を作用させた状態で固定部材(12)(12)に連結されている。
また図１及び図２に示す如く、ベース(１)上には、前記所定の軌道に沿って伸びる左右一対のレール(31)(31)が配備され、両レール(31)(31)にはスライダー(32)(32)がそれぞれ摺動可能に係合し、両スライダー(32)(32)が第１可動子(５)に連結されている。
斯くして、第１可動子(５)の往復移動を案内する第１ガイド機構(３)(３)が構成される。
更に、両支持部材(11)(11)上には、前記所定の軌道に沿って伸びる左右一対のレール(41)(41)が配備され、両レール(41)(41)にはスライダー(42)(42)が摺動可能に係合し、両スライダー(42)(42)が可動台(２)に連結されている。
斯くして、可動台(２)及び第２可動子(６)の往復移動を案内する第２ガイド機構(４)(４)が構成される。
固定子(７)は、図４に示す如く、幅方向に長い板状のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル体(72)(73)(74)を１つのコイル組(71)として、複数のコイル組(71)を軌道方向に連接して構成されている。ここで、複数のコイル体(72)(73)(74)は、同相どうしが連結部材(70)によって互いに電気的に連結されている。
尚、複数のコイル体(72)(73)(74)はそれぞれ、アルミニウムや銅からなる帯板から形成する構成や、コイル導線を巻回したものを樹脂等で板状にモールドした構成を採用することが出来る。
上記磁石可動型リニアモータによれば、図１及び図２に示す如く、第１可動子(５)と第２可動子(６)とが互いに切り離されているために固定子(７)の両端部を両側の固定部材(12)(12)に連結することが可能となっており、これによって固定子(７)の両端支持構造が実現されている。
この結果、従来の如き一端支持構造の固定子と比較して、固定子(７)の支持強度は大きなものとなっている。然も、固定子(７)に常に引っ張り力が作用しているため、外力の作用による撓み方向の変形量は、引っ張り力が作用しない場合よりも減少することになる。
従って、固定子(７)は、給電に伴う温度上昇や推力に対する反力の影響を受けたとしても、撓み方向の変形量は僅かである。
又、固定子(７)の両側に第１可動子(５)と第２可動子(６)を配置した両側方式が採用されており、固定子(７)と第１可動子(５)の間に発生する垂直力と、固定子(７)と第２可動子(６)の間に発生する垂直力とは、互いに打ち消し合うので、垂直力に耐え得る過大な強度を固定子(７)に与える必要はない。
そこで、両可動子(５)(６)の移動中に固定子(７)と可動子(５)(６)とが互いに接触することのない限度内で、固定子(７)の薄型化と、固定子(７)と各可動子(５)(６)との間のギャップの狭小化が図られている。
上記本発明の磁石可動型リニアモータにおいては、固定子(７)を構成する複数のコイルに多相交流電流を流すことにより、該固定子(７)の両側に移動磁界が形成され、この結果、第１可動子(５)と第２可動子(６)には移動磁界と同じ方向の推力が発生することになる。
ここで、第１可動子(５)と第２可動子(６)は互いに切り離されているが、同時に同じ方向の移動磁界を受けるため、それぞれ第１ガイド機構(３)及び第２ガイド機構(４)に案内されて同一方向に移動することになる。
この第２可動子(６)の移動に伴って、可動台(２)が軌道上を移動する。
一方、第１可動子(５)は、負荷が連結されていないため、第２可動子(６)の移動に連れて、自由に移動する。
上述の如く、本発明に係る磁石可動型リニアモータによれば、固定子(７)が両端支持構造を有して高い支持強度を発揮するため、固定子(７)の薄型化が可能であり、これによって第１可動子(５)及び第２可動子(６)の間隔を狭めて、従来よりも大きな推力を得ることが出来る。
又、固定子(７)の有効長(軌道方向とは直交する幅方向の長さ)を増大させることが可能であり、これによって固定子(７)を構成するコイルや搬送スペースの利用効率が向上する。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、第１可動子(５)及び第２可動子(６)はそれぞれ、複数の永久磁石(51)(61)にヨーク(52)(62)を接合して構成する例に限らず、複数の永久磁石をハルバッハ配列に従って配列した構成を採用し、これによってヨークを省略し、或いはヨークを非磁性体に置き換えることも可能である。
又、本発明に係る磁石可動型リニアモータは、負荷を軌道に沿って水平方向に往復移動させる車輌や台車の搬送機構に限らず、エレベータの如く負荷を垂直方向に往復移動させる搬送機構に応用することも可能である。
更に本発明は、リニア同期型モータに限らず、リニア直流モータに実施することも可能である。
本発明に係る磁石可動型リニアモータの断面図である。 本発明に係る磁石可動型リニアモータの斜視図である。 可動子を省略した磁石可動型リニアモータの斜視図である。 固定子の構成を表わす斜視図である。 従来の磁石可動型リニアモータの断面図である。
符号の説明
(１) ベース
(２) 可動台
(３) 第１ガイド機構
(４) 第２ガイド機構
(５) 第１可動子
(51) 永久磁石
(52) ヨーク
(６) 第２可動子
(61) 永久磁石
(62) ヨーク
(７) 固定子
(71) コイル組
(72) コイル体
(73) コイル体
(74) コイル体

Claims (3)

  1. 複数のコイルを一方向に配列してなり、該一方向とは直交する方向の両端部が支持された両端支持構造の固定子(７)と、
    前記固定子(７)の両面に対向してそれぞれ複数の永久磁石を配置してなり、前記一方向に沿って互いに相対移動が可能な一対の可動子(５)(６)と、
    両可動子(５)(６)をそれぞれ独立に、前記一方向の移動が可能に案内する案内機構
    とを具え、何れか一方の可動子(６)が負荷に連結されており、
    前記固定子(７)は、前記一方向とは直交する方向に張力が加えられた状態で、両端部がそれぞれ固定部材に連結されており、
    前記固定子(７)を構成する複数のコイルに多相交流電流を流すことにより、該固定子(７)から発生する移動磁界を前記一対の可動子(５)(６)の両方に同時に作用させて、両可動子(５)(６)に同じ方向の推力を発生させることを特徴とする磁石可動型リニアモータ。
  2. 前記一対の可動子(５)(６)はそれぞれ、前記複数の永久磁石にヨークを接合して構成されている請求項１に記載の磁石可動型リニアモータ。
  3. 前記一対の可動子(５)(６)はそれぞれ、前記複数の永久磁石をハルバッハ配列に従って配列して構成されている請求項１に記載の磁石可動型リニアモータ。
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