JP5553247B2 - リニアスライダ - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、リニアモータにより駆動されるリニアスライダに関する。
リニアモータにより駆動されるリニアスライダにおいて、界磁に永久磁石を用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−39942号公報
リニアモータの界磁に用いられる永久磁石は、接着剤で固定されるのが一般的である。接着剤による永久磁石の保持力を確保するために、永久磁石と被着体の接着面積を多くとる必要があり、被着体強度も必要であるため、界磁部の大型化、質量増加となっていた。一方で、別途固定部材を設けることにより永久磁石の保持力を大きくすることが考えられるが、この場合には構造が複雑化するという問題がある。
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、簡易な構造でリニアモータの推力を大きくすることができるリニアスライダを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、界磁部と電機子部の何れか一方を固定部とし、他方を可動部とするリニアモータにより駆動されるリニアスライダであって、前記界磁部は、前記可動部を前記固定部に対して直線移動可能に支持するガイドレールに沿って移動する保持部材と、前記保持部材にボルトで固定され、前記保持部材を連結する永久磁石とを有し、前記永久磁石は、前記ボルトが挿通されるボルト孔を有するリニアスライダが提供される。
また、本発明の別の観点によれば、界磁部と電機子部の何れか一方を固定部とし、他方を可動部とするリニアモータにより駆動されるリニアスライダであって、前記電機子部の両側に配置され、前記可動部を前記固定部に対して直線移動可能に支持する2本のガイドレールと、前記ガイドレールの各々に沿って移動するガイドブロックと、前記ガイドブロックに両端がボルトで固定された少なくとも1つの連結部材と、を有し、前記連結部材は、少なくとも前記電機子部と対向する部分が着磁されているリニアスライダが提供される。
本発明のリニアスライダによれば、簡易な構造でリニアモータの推力を大きくすることができる。
実施形態に係るリニアスライダの横断面図である。 リニアスライダの斜視図である。 リニアスライダに組み込まれるリニアモータの界磁部の下面図、界磁部のガイドブロックの構造を表す斜視図、及び永久磁石の長手方向に沿うIIIc−IIIc線による界磁部の断面図である。 永久磁石の着磁部分及び未着磁部分を表す平面図である。 永久磁石を接着剤で保持ブロックに固定する比較例における、界磁部の下面図、界磁部のガイドブロックの構造を表す斜視図、及び永久磁石の長手方向に沿うVc−Vc線による界磁部の断面図である。 保持ブロックに段部を形成する変形例における、界磁部の下面図、及び永久磁石の長手方向に沿うVIb−VIb線による界磁部の断面図である。 1枚の永久磁石を使用した変形例における、界磁部の下面図、及び永久磁石の長手方向に沿うVIIb−VIIb線による界磁部の断面図である。 永久磁石片持ち梁状に保持する変形例における、リニアスライダの横断面図、及びリニアモータの界磁部の下面図である。 ボルト孔にスリーブを埋め込む変形例における、永久磁石の端部を表す斜視図、及び永久磁石の端部の横断面図である。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、上下方向、前後方向、左右方向は、図2中に示す矢印方向に対応している。これらの方向は説明の便宜上用いるものであるが、リニアスライダの設置態様により変わるものであり、構成を限定するものではない。
<リニアスライダの構成>
図1及び図2に示すように、リニアスライダ10は、界磁部20と、電機子部30と、リニアガイド部40とを有する。界磁部20と電機子部30とは、界磁部20を可動部とし、電機子部30を固定部とするリニアモータ12を構成し、リニアスライダ10はリニアモータ12によって駆動され、可動部を前後方向に移動する。なお、以下では「前後方向」をリニアスライダの「移動方向」ともいう。
界磁部20は、複数枚の永久磁石21と、1対の非磁性の保持ブロック22(保持部材)とを有する。永久磁石21は、リニアスライダ10の移動方向に沿って所定間隙を空け、且つ極性の異なる磁極がリニアスライダ10の移動方向に交互に現れるように配置される。保持ブロック22は、アルミニウム等の非磁性材料からなる。保持ブロック22は、複数の永久磁石21の左右両側に配置され、永久磁石21の長手方向の両端部を固定して保持する。保持ブロック22に保持された永久磁石21は、電機子部30の鉄心31と磁気的空隙を介して対向配置される。保持ブロック22には、リニアスライダ10による図示しない駆動対象物が取り付けられる。
電機子部30は、鉄心31と、コイル巻線32とを有する。鉄心31は、矩形の電磁鋼板を積層した積層体からなり、リニアスライダ10の移動方向に沿って絶縁層を介して複数配置されている。コイル巻線32は、各鉄心31の周囲に設けられ、当該コイル巻線32の周囲に設けた絶縁モールド33によって鉄心31に固着されている。
リニアスライダ10はベース34及びヨーク35をさらに有し、電機子部30は、ベース34及びヨーク35とともにリニアモータ12の固定部を構成する。ベース34はリニアスライダ10の移動方向に長い基台で、上面に凹部34aを備える。鉄心31は下部を凹部34aに埋設してベース34に固定される。ヨーク35は、リニアスライダ10の移動方向に長い鉄等の磁性材料からなる板材で、永久磁石21の電機子部30側とは反対側に磁気的空隙を介して配置される。そしてヨーク35は、長手方向両端をベース34に立設された支持部材36にネジ止めされ、ベース34を介して電機子部30と固定されている。
リニアガイド部40は、ベース34に設けられたガイドレール41と、ガイドレール41に取り付けられたガイドブロック42とを有する。ガイドレール41は、ベース34の電機子部34の左右両側に配置され、ベース34の長手方向(リニアスライダ10の移動方向)に沿って延設されている。ガイドブロック42は、各ガイドレール41にこの例では2つずつ(2以外でもよい)設けられる。2つのガイドブロック42は、ガイドレール41の長手方向に間隔を空けて配置されている。ガイドブロック42の下部は、ガイドレール41とはめ合って摺動自在に設置される。ガイドブロック42の上部には、界磁部20の保持ブロック22の下面が取り付けられる。このような構成によって、リニアガイド部40は界磁部20をガイドレール41に沿って移動するように案内する。
上記構成のリニアスライダ10では、図示しない外部電源からリニアモータ12の電機子部30のコイル巻線32に電流が流されると、電機子部30のコイル巻線32と界磁部20の永久磁石21との間で移動方向の推力が発生する。その結果、界磁部20がリニアガイド部40のガイドレール41に沿って移動し、界磁部20の保持ブロック22に取り付けた駆動対象物を移動することができる。
<界磁部の詳細構成>
界磁部20の詳細構成を図3及び図4により説明する。界磁部20の永久磁石21は、板状の直方体形状を有し、その長手方向を左右方向(リニアスライダ10の移動方向と直角な方向。図3(a)中の上下方向)に対し所定の角度(スキュー角度)だけ斜めに傾斜した姿勢で配置される。これにより、コイル巻線32への無通電時に鉄心31と永久磁石21との作用によるコギング(微小な抵抗)が発生するのを抑制できる。なお、本実施形態では、このように永久磁石21を左右方向に対し所定の角度(スキュー角度)だけ傾けて配置したが、必ずしも傾ける必要はなく、左右方向に平行に配置してもよい。
各永久磁石21は、図4に示すように、両端部を除いた中央部が着磁部分26aとなるように部分的に着磁され、両端部に非着磁部分26bを有している。着磁部分26aは、少なくとも電機子部30と対向する部分を含んでいる。永久磁石21は、非着磁部分26bとされた両端部に、ボルト孔21aを有している。永久磁石21の左右両側には、図3(a)に示すように、上記保持ブロック22が配置されており、その保持ブロック22の下面(図3(b)及び図3(c)では上側の面として図示)には、永久磁石21の長手方向端部を収容する凹部23が設けられている。この凹部23の底部には、ボルト孔21aに対応するタップ孔22aが設けられている。永久磁石21は、その両端部が保持ブロック22の凹部23に収容され、両端部のボルト孔21aに挿通したボルト24を凹部23のタップ孔22aにねじ込むことで、保持ブロック22に締結して固定される。このようにして、複数の永久磁石21は、リニアスライダ10の移動方向に沿って所定間隙を空け、且つ極性の異なる磁極がリニアスライダ10の移動方向に交互に現れるように配置され、保持ブロック22に固定される。
永久磁石21を両端部が非着磁部分26bとなるように部分的に着磁するには、例えば、永久磁石21用の磁石素材片の厚み方向両側に着磁コイルを配置し、磁石素材片の長手方向両端部が露出するように着磁コイル間に磁石素材片を挿入して、着磁コイルに瞬間的に大電流を流して高磁界を発生させ、発生した高磁界により磁石素材片の中央部を着磁する等の着磁法を行なえばよい。これにより、中央部が着磁部分26aとなり、両端部が非着磁部分26bとなる永久磁石21が得られる。なお、後述する変形例(3)では、永久磁石21の長手方向の一端部を非着磁部分とし、その一端部にボルト孔21aを形成するが、この場合も上記に準じた方法で実施すればよい。
永久磁石21の両端部にボルト孔21aを設けるには、永久磁石21を粉末冶金又は鋳造により製造し、その製造の際に円筒状(円柱状でも可)の中子を用いればよい。これにより、永久磁石21の両端部に容易にボルト孔21aを形成することができる。
<実施形態の効果>
以上説明したように、リニアスライダ10においては、界磁部20の永久磁石21がボルト孔21aを有する。このボルト孔21aに挿通されたボルト24が保持ブロック22に締結することにより、永久磁石21が保持ブロック22に固定される。これにより、接着剤で永久磁石21を固定する構造に比べ、保持ブロック22への永久磁石21の保持力を大幅に高めることができる。その結果、永久磁石21と電機子部30との間の磁気吸引力を大幅に大きくすることが可能となるので、リニアモータ12の推力を大きくすることができる。また、永久磁石21を押さえる等の別途の固定部材が不要であるため、構造が複雑化することもない。
さらに、例えば接着剤で永久磁石21を固定する構造(図5に比較例として示す)の場合、ボルト固定と比べて永久磁石21の保持力が小さいので、上記実施形態のように保持ブロック22を左右両側に分割した構造とすることができず、図5(a)に示すように単一の保持ブロック22Aとする必要がある。この場合、図5(a)乃至図5(c)に示すように、保持ブロック22Aに永久磁石21ごとにその全体を埋め込むための複数の空隙25を形成する等の複雑な加工が必要となり、保持ブロック22Aが高価になる傾向がある。本実施形態では、図3(a)乃至図3(c)に示すように、各永久磁石21の両端部のみを収容する凹部23を形成すればよいので、上記比較例に比べて必要な加工を少なくでき、保持ブロック22を安価に製造できる。
また、本実施形態では次のような効果をも得る。例えば、全部が着磁された永久磁石21にボルト孔21aを設ける場合、磁性体のボルト24で固定すると磁気回路に影響を及ぼすおそれがある。また、固定作業中にボルト24が磁石21に吸着されてしまい、作業性が低下する。したがって、非磁性体のボルトしか使用することができない。これに対し、本実施形態のように、ボルト孔21aを永久磁石21の非着磁部分26bに形成すれば、磁性体のボルト24を使用しても、磁気回路に影響を及ぼしたり固定時の作業性が低下することはない。したがって、磁性体及び非磁性体のいずれのボルトも使用することができ、部品の汎用性を向上できる。
また、本実施形態では次のような効果をも得る。例えば、ドリルを用いて永久磁石21にボルト孔21aを形成する場合、磁石に割れや破損、ひびが生じることが懸念される。本実施形態では、永久磁石21を粉末冶金又は鋳造により製造し、その製造の際に円筒状あるいは円柱状の中子を用いてボルト孔21aを設けるので、磁石に割れや破損、ひびが生じるのを防止でき、信頼性を向上できる。
また、本実施形態では次のような効果をも得る。例えば、永久磁石21をヨーク35に固定し、ヨーク35と永久磁石21とが電機子30部に対し移動する構成の場合、ヨーク35の重量が大きいことから可動部の重量が増大し、リニアモータ10の推力及び加速性能が低下してしまう。本実施形態では、上述したように、永久磁石21とヨーク35とを分離させ、永久磁石21を保持ブロック22で保持すると共にヨーク35の両端部を電機子部30に固定し、ヨーク35を電機子部30と共に界磁部20に対して相対移動可能に構成する。これにより、保持ブロック22をアルミ等の軽量な非磁性体材料とすることで、可動部の重量を軽くすることができ、リニアモータ10の推力及び加速性能をさらに高めることができる。
また、本実施形態では、永久磁石21が電機子部30とヨーク35に挟まれた配置となることから、電機子部30とヨーク35との間隔L(図1参照)は可能な限り小さくし、磁束密度を大きくすることが好ましい。しかしながら、図5に示す比較例のように接着剤で永久磁石21を固定する場合には、保持力が小さいので保持ブロック22Aにより永久磁石21の全体を保持する構造となる。この場合、図5(c)に示すように、永久磁石21の厚みT1に保持ブロック22Aの接着代部分の厚みT2が加わることから、上記間隔Lが比較的大きくなってしまう。これに対し、本実施形態では、ボルト24による固定により永久磁石21の保持力を大幅に高めることができるので、永久磁石21を両端のみで保持し、電機子部30とヨーク35との間では永久磁石21を露出させた構造とすることができる。これにより、上記間隔Lを永久磁石21の厚みT1のみに対応させて最小限とすることが可能となり、磁束密度を大きくすると共に、装置の小型化を図ることができる。
なお、上記実施形態のリニアスライダ10は、2本のガイドレール41の各々に沿って移動する2つのガイドブロック42及び保持ブロック22が、保持ブロック22に両端がボルト24で固定された複数の連結部材21によって連結された構造とも言うことができる。そして、各連結部材21は、少なくとも電機子部30と対向する部分が着磁されており、連結部材としてだけではなく、界磁永久磁石としても機能するものである。このような構造と考えた場合にも、上記実施形態と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
<変形例>
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
(1)保持ブロックに設けた段部に永久磁石を締結する場合
上記実施形態では、保持ブロック22に各永久磁石21の両端を収容する凹部23を形成したが、これに限らず、保持ブロック22に各永久磁石21の端部をひとまとめに載置する段部を設けてもよい。本変形例の一例を図6に示す。
図6(a)及び図6(b)に示すように、1対の保持ブロック22は、相対する側の下面(図6(b)では上側の面)に、永久磁石21の両端部を載置する段部27を有している。段部27には、ボルト孔21aに対応するタップ孔22aが設けられている。永久磁石21は、その両端部が保持ブロック22の段部27に載置され、両端部のボルト孔21aに挿通したボルト24を段部27のタップ孔22aにねじ込むことで、保持ブロック22に締結して固定される。
本変形例によっても、上記実施形態と同様の効果を奏する。さらに本変形例では、上記実施形態のように保持ブロック22に永久磁石21ごとに凹部23を形成せずに済むので、加工が容易となり、保持ブロック22をさらに安価に製造できる。
(2)複数の磁極を形成した1枚の永久磁石とする場合
上記実施形態では、界磁部20に複数枚の永久磁石21を配置したが、複数の磁極を有するように着磁した1枚の永久磁石を用いてもよい。本変形例の一例を図7に示す。
図7(a)及び図7(b)に示すように、永久磁石21Aは1枚の略長方形状の板体である。永久磁石21Aは、リニアスライダ10の移動方向に磁極の極性が交互に異なる複数の磁極21A1が形成されるように着磁される。各磁極21A1は、前述の実施形態と同様に左右方向に対し所定の角度(スキュー角度)だけ傾けた態様に形成されている。永久磁石21Aの左右方向の両端部には、この例では前後方向(リニアスライダ10の移動方向)の両端及び中央の3箇所にボルト孔21aが設けられている。各ボルト孔21aは、非着磁部分26bに形成されている。なお、ボルト孔21aの位置及び数はこれに限定されるものではない。保持ブロック22は相対する側の下面(図7(b)では上側の面)に、永久磁石21Aの長手方向の両端部を載置する段部27を有し、段部27にはボルト孔21aに対応するタップ孔22aが設けられている。永久磁石21Aは、その両端部が保持ブロック22の段部27に載置され、両端部のボルト孔21aに挿通したボルト24を段部27のタップ孔22aにねじ込むことで、保持ブロック22に締結して固定される。
本変形例のように、1枚の永久磁石21Aに極性が交互に異なる複数の磁極が形成されるように着磁するには、例えば、永久磁石21A用の磁石素材片の厚み方向両側に、磁極の配列方向(リニアスライダ10の移動方向)に沿って巻方向が交互に異なる複数の着磁コイルを配置する。そして、磁石素材片の左右方向両端部が露出するように着磁コイル間に磁石素材片を挿入し、着磁すればよい。
本変形例では、1枚の永久磁石21Aを使用するので、極性の異なる複数枚の永久磁石21を設ける場合に比べ、ボルト24による固定箇所を少なくすることができる。これにより、永久磁石を固定する作業を容易化できると共に、部品数(ボルト、永久磁石)を少なくすることができる。
(3)永久磁石を片持ち梁状に保持する場合
上記実施形態では、永久磁石21の長手方向両端部をボルト24で1対の保持ブロック22に締結して永久磁石21を保持したが、永久磁石21の長手方向の一端部のみをボルト24で1つの保持ブロック22に締結して永久磁石21を片持ち梁状に保持してもよい。本変形例の一例を図8に示す。なお、図8(a)及び図8(b)において、図1及び図3と同一の符号は同一の構成要素を示し、必要のない限り説明を省略する。
図8(a)に示すように、リニアスライダ10は、電機子部30の左右方向一方側(この例では左側)にリニアガイド部40を有しており、リニアガイド部40のガイドブロック42の上面に1つの保持ブロック22が固定されている。保持ブロック22の下面には、永久磁石21の長手方向の一端部を収容する凹部23が形成され、この凹部23の底部にタップ孔22aが設けられている。永久磁石21は一端部にボルト孔21を有している。永久磁石21は、その一端部が保持ブロック22の凹部23に収容され、ボルト孔21aに挿通したボルト24を凹部23のタップ孔22aにねじ込むことで締結固定され、保持ブロック22に片持ち梁状に保持される。
本変形例では、永久磁石21を片持ち梁状に保持する構造とする。このような構造は、ボルト固定により保持ブロック22への永久磁石21の保持力を大幅に高めることができる結果、可能となるものである。このように永久磁石21を片持ち梁状に保持することで、保持ブロック22やリニアガイド部40の数を2本から1本に減らすことが可能となるので、リニアスライダ10を小型化且つ軽量化することができる。
(4)永久磁石のボルト孔に円筒部材を埋め込む場合
永久磁石21のボルト孔21aに非磁性体の円筒部材を埋め込んでもよい。本変形例の一例を図9に示す。
図9(a)及び図9(b)に示すように、永久磁石21の端部に設けられたボルト孔21aには、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性体で構成された円筒状のスリーブ28(円筒部材)が埋め込まれている。スリーブ28は、例えばボルト孔21aの形成後に挿入して接着してもよいし、永久磁石21の製造時にインサート成形してもよい。
本変形例によれば、次のような効果を得る。例えば、永久磁石21を粉末冶金で製造した場合、一般に永久磁石21は堅くて脆い性質を有する。このため、永久磁石21の固定作業中にボルト24の接触等によりボルト孔21aに破損等が生じるおそれがある。これに対し、本変形例のようにボルト孔21aにスリーブ28を埋め込んでいれば、このスリーブ28によってボルト孔21aの破損等を防止できる。また、スリーブ28の内周面にねじ溝を形成し、ボルト24による保持力をさらに増大させることも可能である。
(5)その他
以上の実施形態及び変形例では、リニアスライダ10は、リニアモータ12を、界磁部20を可動部とし、電機子部30を固定部として構成する場合を例にとって説明したが、反対に界磁部20を固定部とし、電機子部30を可動部としてリニアモータ12を構成してもよい。
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
10 リニアスライダ
12 リニアモータ
20 界磁部
21 永久磁石(連結部材)
21a ボルト孔
21A 永久磁石(連結部材)
22 保持ブロック(保持部材、ガイドブロック)
22a タップ孔
23 凹部
24 ボルト
26b 未着磁部分
27 段部
28 スリーブ(円筒部材)
30 電機子部
31 鉄心
32 コイル巻線
34 ベース
35 ヨーク
40 リニアガイド部
41 ガイドレール
42 ガイドブロック

Claims (8)

  1. 界磁部と電機子部の何れか一方を固定部とし、他方を可動部とするリニアモータにより駆動されるリニアスライダであって、
    前記界磁部は、
    前記可動部を前記固定部に対して直線移動可能に支持するガイドレールに沿って移動する保持部材と、
    前記保持部材にボルトで固定され、前記保持部材を連結する永久磁石とを有し、
    前記永久磁石は、
    前記ボルトが挿通されるボルト孔を有する
    ことを特徴とするリニアスライダ。
  2. 前記永久磁石は、
    非着磁部分を有しており、
    前記ボルト孔は、
    前記非着磁部分に形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のリニアスライダ。
  3. 前記永久磁石は、
    粉末冶金又は鋳造により製造され、
    前記ボルト孔は、
    中子を用いて形成されている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のリニアスライダ。
  4. 前記永久磁石は、
    前記ボルト孔に埋め込まれた非磁性体の円筒部材を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のリニアスライダ。
  5. 前記永久磁石は、
    極性の異なる磁極が移動方向に交互に形成されるように着磁された一枚の板状の磁石である
    ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のリニアスライダ。
  6. 前記永久磁石は、
    略直方体形状に形成され、長手方向一端側に形成された前記ボルト孔を挿通させた前記ボルトにより前記保持部材に固定されており、
    前記保持部材は、
    片持ち梁状に前記永久磁石を保持する
    ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のリニアスライダ。
  7. 前記永久磁石の前記電機子部側とは反対側に磁気的空隙を介して配置され、両端部が前記電機子部に固定されたヨークをさらに備え、
    前記ヨークは、
    前記電機子部と共に前記界磁部に対して相対移動可能に構成される
    ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のリニアスライダ。
  8. 界磁部と電機子部の何れか一方を固定部とし、他方を可動部とするリニアモータにより駆動されるリニアスライダであって、
    前記電機子部の両側に配置され、前記可動部を前記固定部に対して直線移動可能に支持する2本のガイドレールと、
    前記ガイドレールの各々に沿って移動するガイドブロックと、
    前記ガイドブロックに両端がボルトで固定された少なくとも1つの連結部材と、を有し、
    前記連結部材は、
    少なくとも前記電機子部と対向する部分が着磁されている
    ことを特徴とするリニアスライダ。
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