JP5398830B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
基部には、磁石が並べられた方向に垂直であって磁石に対向した電機子コアの対向面に平行な直線に沿った両端部に、磁石の並べられた方向に沿って、複数の取付孔が形成されている。これらの取付孔に締結ボルトを通して、界磁が支持部材に取り付けられる。
しかしながら、このものの場合、磁石が並べられた方向に垂直であって磁石に対向した電機子コアの対向面に平行な直線に沿った磁石の寸法を、この直線に沿った電機子コアの寸法より大きくさせるためには、この直線に沿った取付孔間の寸法を大きくしなければならない。
その結果、この直線に沿った基部の寸法が大きくなってしまい、リニアモータが大型化してしまうという問題点があった。
図1はこの実施の形態に係るリニアモータを示す平面図、図2は図1のリニアモータを示す正面図である。
この実施の形態に係るリニアモータは、界磁1と、この界磁1に対向した電機子2とを備えている。
界磁1は、平板形状の基部3と、直線に沿って等間隔に基部3に並べられた複数の磁石4とを有している。各磁石4は、全てが同一の直方体形状に形成されている。
電機子2は、磁石4に対向した電機子コア5と、この電機子コア5に設けられたコイル6とを有している。
電機子2は、界磁1との間の距離を所定のギャップ長に保ったまま、磁石4が並べられた方向に沿って電機子2を案内する案内装置(図示せず)に支持されている。
電機子コア5は、コイル6への通電によって磁化される。電機子2は、電機子コア5と磁石4との間に発生する磁力を利用して、磁石4が並べられた方向に沿って界磁1に対して移動する。
磁石4は、隣り合う極が互いに異なるように配置されている。
各磁石4は、長手方向がA方向に沿っている。各磁石4のA方向に沿った寸法L2が、A方向に沿った電機子コア5の寸法L1より大きくなっている。
対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、隣り合う磁石4は、電機子コア5に対して、A方向に沿って互いに反対方向へ同じ量だけずれている。なお、隣り合う磁石4のずれ量は、同一でなくてもよい。
各磁石4が電機子コア5に対して同一の量だけずれているので、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、各磁石4の一端部4aは電機子コア5からA方向に沿って均等に突出している。なお、各磁石4の一端部4aは、A方向に限らず、電機子コア5の対向面5aに垂直な方向から視たときに磁石4が並べられた方向に対して交差する直線に沿って、電機子コア5から突出すればよい。
各磁石4の他端部4bと、A方向に沿った電機子コア5の端部とは、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、磁石4が並べられた方向に沿った同一直線上にある。
したがって、磁石4が並べられた方向に沿って視たときに、電機子コア5の対向面5aの全領域が磁石4に対向している。
なお、各磁石4の他端部4bは、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、電機子コア5から突出してもよい。ただし、この場合、他端部4bの突出量は一端部4aの突出量より小さくする。
この取付孔3aは、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、磁石4から磁石4のずれ方向に反対の方向にある基部3の領域に形成されている。また、この取付孔3aの一部は、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、各磁石4の突出側の一端部4a間を通った直線よりも、A方向に沿って基部3の内側へ入り込んでいる。
これにより、A方向に沿った磁石4の寸法L2を、A方向に沿った電機子コア5の寸法L1より大きくさせているにもかかわらず、A方向に沿った取付孔3a間の寸法L3が大きくなることを抑制することができる。
図3はA方向に沿って磁石4の寸法L2と電機子コア5の寸法L1とが等しい場合のリニアモータの要部を示す側面図、図4は図1のリニアモータの要部を示す側面図である。
A方向に沿って磁石4の寸法L2と電機子コア5の寸法L1とが等しい場合には、電機子コア5の端部に対向した磁石4の領域からの磁束が電機子コア5に鎖交することなく基部3に到達している。
これに対して、この実施の形態に係るリニアモータでは、電機子コア5の端部に対向した磁石4の領域からの磁束が電機子コア5に鎖交するようになり、電機子コア5に鎖交する磁束の量が増大する。
その結果、コイル6に発生する逆起電力を増加させることができる。
界磁1と電機子2との間には、磁力によって互いに吸引力が働いている。そのため、基部3は、A方向に沿った中間部が電機子2に向かって撓む。
界磁1と電機子2とが互いに対向している領域のみを考慮すると、界磁1と電機子2との間に働く吸引力は、A方向に沿った取付孔3a間に渡ってほぼ均等に荷重が加えられるので、基部3の最大撓みDは、下記の式(1)によって計算される。
D∝(w×L34)/(384×E×I) (1)
ここで、wは単位長さ当りの荷重、Eは基部3の縦弾性係数、Iは断面2次モーメントである。
なお、wは界磁1と電機子2との間に働く吸引力および重力の単位長さ当りの換算値である。また、Eは基部3の材料によって決まる係数である。
I=(1/12)×b×h3 (2)
上記の式(2)を上記の式(1)へ代入することにより、下記の式(3)が得られる。
D∝(w×L34)/(384×E×b×h3) (3)
上記の式(3)からわかるように、L3が大きいほど、最大撓みDが大きくなる。最大撓みDが大きくなることで、界磁1と電機子2とが擦れあって、界磁1および電機子2の少なくとも一方が破損してしまうことが考えられる。
従来のリニアモータでは、A方向に沿った取付孔3a間の寸法L3が大きくなってしまうので、最大撓みDが大きくなることを抑制するために、基部3の厚みhを大きくしなければならい。
したがって、従来のリニアモータでは、界磁1が大型化してしまい、リニアモータの重量が大きくなってしまう。
これに対して、この実施の形態に係るリニアモータでは、A方向に沿った取付孔3a間の寸法L3が大きくなることを抑制することができるので、基部3の厚みhを小さくした場合であっても、従来のリニアモータのとほぼ等しい最大撓みDに設計することができる。
具体的には、従来のリニアモータでは、L3=50mm、h=10mmであった場合に、この実施の形態に係るリニアモータでは、L3=40mmとした場合に、従来のリニアモータの基部3とほぼ等しい最大撓みDとなるのは、h=7.4mmとなったときである。
このように、基部3の厚みhを小さくすることができるので、リニアモータを設置するためのスペースを小型化することができ、また、リニアモータの軽量化を図ることができる。
また、基部3が板形状とした場合であっても、A方向に沿った取付孔3a間の寸法L3が大きくなることを抑制することができるので、基部3の最大撓みDを低減させる必要がなく、その結果、基部3の厚みhが大きくなることを抑制することができる。
その結果、取付孔3aを電機子2の移動方向に沿って等間隔に形成することができる。また、取付孔3aを多く形成することができる。
図6はこの実施の形態に係るリニアモータを示す平面図である。
この実施の形態に係るリニアモータは、並んだ2個の磁石4から構成された磁石群7を界磁1が複数有している。
電機子コア5の対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、磁石群7は、電機子コア5に対してA方向に沿ってずれている。つまり、磁石群7の各磁石4は、互いに同一方向にずれて、電機子コア5の対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、各磁石4の一端部4aが電機子コア5から突出している。
対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、隣り合う磁石群7は、電機子コア5に対して、A方向に沿って互いに反対方向へ同じ量だけずれている。なお、隣り合う磁石群7のずれ量は、同一でなくてもよい。
その他の構成は、実施の形態1と同様である。
その結果、リニアモータを使用する機械装置の固有振動数を避けることができる。
図7はこの実施の形態に係るリニアモータの逆起電力の増加率を示す図である。なお、図7では、A方向に沿った電機子コア5の寸法L1がA方向に沿った磁石4の寸法L2と等しい場合を零%として計算している。図7に示す破線は、逆起電力を示すグラフの直線性を比較するための参照直線である。
この実施の形態に係るリニアモータは、電機子コア5の対向面5aに垂直な方向から視たときに、磁石4の一端部4aが電機子コア5から突出した突出長(L2−L1)は、界磁1と電機子2との間のギャップ長gapの5倍以下となっている。
その他の構成は、実施の形態1と同様である。
なお、実施の形態2と同様にしてもよい。
ギャップ長gapに対する磁石4の突出長の割合が500%よりも大きい場合では、さらに突出長(L2−L1)を大きくしても、逆起電力はほとんど増加しない。
これは、突出長(L2−L1)を大きくしても、磁石4からの磁束が電機子コア5の鎖交せずに漏洩してしまうことによる。
なお、電機子コア5の対向面5aに垂直な方向から視たときに、磁石4の一端部4aが電機子コア5から突出した突出長(L2−L1)を、界磁1と電機子2との間のギャップ長gapの3倍以下とすることが特に望ましい。
図8はこの実施の形態に係るリニアモータを示す平面図である。
この実施の形態に係るリニアモータは、磁石4がA方向に対して所定の角度だけ傾斜している。
その他の構成は、実施の形態1と同様である。
なお、実施の形態2または実施の形態3と同様にしてもよい。
図9はこの実施の形態に係るリニアモータを示す斜視図、図10は図9のX−X線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態に係るリニアモータは、互いに対向した一対の界磁1と、各界磁1の間に設けられた電機子2とを備えている。
電機子2は、それぞれの界磁1に対向している。
各界磁1は、実施の形態1と同様に、平板形状の基部3と、この基部3に並べられた複数の磁石4とを有している。
各界磁1は、磁石4が並べられた方向が互いに同一方向になっている。
各界磁1は、対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、磁石4から磁石4のずれ方向に反対の方向にある基部3の領域に取付孔3aが形成されている
その他の構成は、実施の形態1と同様である。
なお、その他の構成は、実施の形態2ないし実施の形態4のいずれかと同様にしてもよい。
電機子コア5には、磁石4による吸引力が働く。対向面5aに垂直な方向に沿って視たときに、磁石4の中心が電機子コア5の中心に対して、A方向に沿ってずれているので、図10に示すように、各磁石4は、磁石4による吸引力の方向は、対向面5aに垂直な方向からA方向に傾斜している。
しかしながら、対向した各磁石4は、A方向に沿って互いに反対方向へずれているので、各磁石4が電機子コア5を吸引する吸引力のA方向に沿った成分は打ち消される。
したがって、電機子コア5が磁石4に吸引されることによるA方向の移動が抑制される。
これに対して、図11に示すように、対向した各磁石4が、A方向に沿って互いに同一方向へずれた場合には、図12に示すように、各磁石4が電機子コア5を吸引する吸引力のA方向に沿った成分は打ち消されない。
隣り合う磁石4は、互いにずれ方向が反対の方向であるので、例えば、電機子コア5に対向している磁石4が偶数個の場合には、各磁石4電機子コア5を吸引する吸引力のA方向に沿った成分は打ち消される。
しかしながら、電機子コア5に対向している磁石4が奇数個の場合には、各磁石4が電機子コア5を吸引する吸引力のA方向に沿った成分は完全には打ち消されずに残ってしまう。
その結果、電機子コア5には、A方向に沿った力が働く。
図13はこの実施の形態に係るリニアモータの界磁1を示す平面図である。
この実施の形態に係るリニアモータは、界磁1が基部3とともに磁石4を覆ったカバー8をさらに有している。
これにより、界磁1と電機子2との間に異物が挟みこまれることを抑制することができる。また、磁石4に異物が接触することを防ぐことができる。
締結ボルト(図示せず)を貫通孔8aおよび取付孔3aに通して、界磁1を支持部材(図示せず)に取り付けられる。
これにより、磁石4と締結ボルトとが接触することを防ぐことができる。また、締結ボルトとカバー8とが互いに吸引することを防ぐことができる。また、磁石4からの磁束がカバー8を通過して電機子コア5に鎖交させることができる。
なお、カバー8はプラスチックから構成されるのが望ましい。プラスチックは、鉄等と比較して、容易に貫通孔8aを形成することができる。
Claims (6)
- 基部およびこの基部に並べられた複数の磁石を有した界磁と、
前記磁石に対向した電機子コアおよびこの電機子コアに設けられたコイルを有し、前記磁石が並べられた方向に沿って前記界磁に対して移動する電機子とを備え、
前記界磁は、互いに対向するように一対に設けられ、
前記電機子は、各前記界磁の間に設けられ、
前記磁石が並べられた方向に沿って視たときに、前記磁石に対向した前記電機子コアの対向面の全領域が前記磁石に対向し、
前記対向面に垂直な方向に沿って視たときに、複数の前記磁石の内、一部は前記磁石が並べられた方向に対して交差する直線に沿って前記電機子コアに対して一方向にずれて一端部が前記電機子コアから突出し、残りは前記電機子コアに対して前記一方向に反対の方向にずれて一端部が前記電機子コアから突出し、前記基部には、前記磁石から前記磁石のずれ方向に反対の方向にある領域に取付孔が形成されており、
各前記界磁における前記磁石は、互いに対向し、互いに対向した各前記磁石は、ずれ方向が互いに反対方向であることを特徴とするリニアモータ。 - 互いに隣り合う前記磁石のそれぞれのずれ方向は、互いに反対方向であることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
- ずれ方向が同一方向となっている各前記磁石の内、少なくとも何れかが互いに隣り合っていることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
- 前記対向面に垂直な方向から視たときに、前記磁石の他端部と、前記磁石が並べられた方向に垂直な方向についての前記電機子の端部とが、前記磁石が並べられた方向に沿った同一直線上にあることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
- 前記対向面に垂直な方向から視たときに、前記磁石の前記一端部が前記電機子コアから突出した突出長は、前記界磁と前記電機子との間のギャップ長の5倍以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載のリニアモータ。
- 前記界磁は、前記基部とともに前記磁石を覆ったカバーをさらに有していることを特徴とする請求項1ないし請求項5の何れか1項に記載のリニアモータ。
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