JP5652669B2 - Field yoke assembly and linear motor - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、界磁ヨーク組立体及びこれを備えたリニアモータに関する。 The disclosed embodiments relate to a field yoke assembly and a linear motor including the same.
特許文献1には、コアレス型のリニアモータが記載されている。このリニアモータは、交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールドにより固定し、かつ、平板状に成形された電機子コイルを有するコアレス型の電機子とを備え、界磁ヨークと電機子のいずれか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁ヨークと電機子を相対的に走行させる。
上記リニアモータは、2枚の平板状の界磁ヨークとこれらを片持ち梁状に平行に支持する界磁ヨーク固定板とからなる断面略コの字状の界磁ヨーク組立体を有する。界磁ヨーク組立体の各界磁ヨークの内側には、相対移動方向に交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石が、対向する永久磁石と極性が異なるように固定される。 The linear motor includes a field yoke assembly having a substantially U-shaped cross section including two flat field yokes and a field yoke fixing plate that supports them in a cantilever shape in parallel. Inside the field yokes of the field yoke assembly, a plurality of permanent magnets arranged so as to have different polarities alternately in the relative movement direction are fixed so as to have different polarities from the opposing permanent magnets.
このように構成されるリニアモータにおいて、高出力を得るために強力な永久磁石を用いると、対向配置された磁石同士の吸引力により界磁ヨークの撓みが大きくなり、可動子と固定子との隙間が確保できなくなるおそれがある。この撓みを小さくするためには、界磁ヨークの肉厚を厚くして剛性を高める必要があるが、モータの小型化、軽量化が困難になるという問題があった。 In the linear motor configured as described above, if a strong permanent magnet is used to obtain a high output, the field yoke is greatly deflected by the attractive force between the magnets arranged opposite to each other. There is a risk that the gap cannot be secured. In order to reduce this bending, it is necessary to increase the rigidity of the field yoke by increasing the thickness of the field yoke, but there is a problem that it is difficult to reduce the size and weight of the motor.
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、小型化及び軽量化を図りつつ高出力を得ることが可能な界磁ヨーク組立体及びリニアモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a field yoke assembly and a linear motor capable of obtaining a high output while achieving a reduction in size and weight.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、界磁と電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記界磁と前記電機子を相対的に移動可能なリニアモータに用いられる界磁ヨーク組立体であって、対向配置された2つのヨーク板と、前記ヨーク板の一方側端部において前記2つのヨーク板を片持ち梁状に支持するヨーク固定部と、を有し、前記2つのヨーク板間の隙間が、前記一方側端部よりも他方側端部の方が大きくなるように構成される界磁ヨーク組立体が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, the field and the armature can be moved relatively by using one of the field and the armature as a mover and the other as a stator. A field yoke assembly used for a linear motor, two yoke plates arranged opposite to each other, and a yoke fixing portion that supports the two yoke plates in a cantilever shape at one end of the yoke plate There is provided a field yoke assembly configured such that the gap between the two yoke plates is larger at the other end than at the one end.
本発明によれば、リニアモータの小型化及び軽量化を図りつつ高出力を得ることができる。 According to the present invention, a high output can be obtained while reducing the size and weight of a linear motor.
以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
<リニアモータの構成>
図1及び図2に示すように、本実施形態に係るリニアモータ100は、界磁となる固定子1と、電機子3を有する可動子2とを備えている。固定子1は、2つのヨーク板11と、ヨーク固定部12と、複数の永久磁石13と、プレート15とを有している。2つのヨーク板11は、それぞれ同じ長尺の略矩形形状の平板であり、固定子1の長手方向に亘って互いに対向するよう配置されている。ヨーク固定部12は、固定子1の幅方向の断面形状が略U字型で、長手方向全体に亘って設けられ、2つのヨーク板11の一方側(図1及び図2中では下方側)端部の間を連結し、ヨーク板11を片持ち梁状に支持している。
<Configuration of linear motor>
As shown in FIGS. 1 and 2, the
複数の永久磁石13は、それぞれ固定子1の長手方向に短い略矩形形状の平板で構成されており、各ヨーク板11のそれぞれの対向面に2つ一組で対向する配置で設けられている。そのような複数組の永久磁石13が、固定子1の長手方向に沿って所定の間隔で並設されており、つまり各ヨーク板11の内側面にそれぞれ長手方向に沿った永久磁石列14が設けられている。同じ組で対向する2つの永久磁石13どうしでは、それらの対向方向、つまり固定子1の幅方向で磁極の向きが逆であり、また固定子1の長手方向で隣接する2つの永久磁石13どうしでも、互いに磁極の向きは逆となる。
Each of the plurality of
また、ヨーク固定部12の上面には長手方向に渡って溝部12aが形成されており、この溝部12aの幅は、上記一組の永久磁石13の対向間隔とほぼ同じ寸法に設定されている。このため、図3に示すように、固定子1全体を正面から見た形状は略U字型となっている。
A
プレート15は、ヨーク板11とほぼ同じ形状の平板であり、この例ではヨーク板11よりも薄く形成されている。プレート15は、2つのヨーク板11の外側に各々固着されており、ヨーク板11と異なる金属材料で構成されている。
The
可動子2は、図2に示すように、電機子ベース21と、プリント基板22と、複数の電機子コイル24と、モールド樹脂25とを有している。電機子ベース21は、略直方体形状で構成されており、その長手方向の長さは固定子1の長さより短い。プリント基板22は、上記電機子ベース21と同じ長さの略矩形形状の薄板であり、上記複数の電機子コイル24にそれぞれ電力を供給するための配線がプリントされている。電機子コイル24は、空芯型で集中巻きのコアレスコイルである。各電機子コイル24は、モールド樹脂25によりプリント基板22に固定されている。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、複数の電機子コイル24がモールド樹脂25によりプリント基板22の一方の表面に固定された全体が電機子3を構成し、この略板状の電機子3の上辺を、上記電機子ベース21の下面の溝部21aに挿入して固定した全体が可動子2を構成する。そして、可動子2の下側に設けた電機子3を固定子1における2列の永久磁石列14の間に挿入した状態で、コアレス型のリニアモータ100が構成されている。なお、電機子3の構成は上記に限定されるものではなく、例えばプリント基板22の両側に電機子コイル24を配置してもよい。
As shown in FIG. 2, the
リニアモータ100は、固定子1側に永久磁石列14からなる界磁を備え、可動子2側に電機子3を備えた構成である。可動子2側の電機子3に備えられた複数の電機子コイル24にそれぞれU相、V相、及びW相の3相交流電力のいずれかを適宜の位相で供給することで、各電機子コイル24がその軸方向両側を挟む永久磁石列14から推進力を受ける。この推進力により、可動子2全体が固定子1に対してその長手方向に沿った相対移動を行う。
The
<界磁ヨーク組立体の構成>
図3に示すように、上記2つのヨーク板11と、ヨーク固定部12と、プレート15とは、界磁ヨーク組立体30を構成する。この界磁ヨーク組立体30に永久磁石13を接着等により固定することで、固定子1が組立てられる。プレート15は、上述したようにヨーク板11とは異種金属のプレートであり、ヨーク板11よりも熱膨張率の大きい金属材料、例えばヨーク板11を鉄製とした場合にはアルミニウム等が用いられる。高温化でプレート15が固着された2つのヨーク板11は、常温となった際に一方側(図3(a)中下側)端部11aから他方側(図3(a)中上側)端部11bに向けて外側に反るように湾曲する。これにより、2つのヨーク板11間の隙間が、他方側端部11b間で一方側端部11a間よりも大きくなる。この隙間の差は、例えば零コンマ数mm程度であるが、図3(a)では理解を容易とするため隙間の差を大幅に拡大して図示している(以下の図も同様)。この結果、界磁ヨーク組立体30は、正面から見た形状が開放側で広くなる略コの字状の拡開状となっている。
<Configuration of field yoke assembly>
As shown in FIG. 3, the two
ヨーク板11に永久磁石13を取り付けた後の界磁ヨーク組立体30を図3(b)に示す。2つのヨーク板11は、対向面に取り付けた永久磁石13間の吸引力により、固定側である一方側端部11aから開放側である他方側端部11bに向けて内側に反るように変形する。これにより、2つのヨーク板11間の隙間は、他方側端部11b間と一方側端部11a間とで差がなくなり、2つのヨーク板11は隙間が略一定(すなわち略平行)になる。
The
プレート15とヨーク板11との固着方法は種々考えられるが、例えばプレート15をヨーク板11に重ね合わせ、その状態でプレート15及びヨーク板11を高温下で圧延ローラにより高圧力をかけて圧延する方法が考えられる。これにより、プレート15の金属組織とヨーク板11の金属組織が原子間結合し、プレート15が接合されたヨーク板11が形成される。なお、プレート15とヨーク板11とを溶接により接合してもよい。その後、プレート15が接合されたヨーク板11を室温に冷却すると、熱膨張率の大きいプレート15はヨーク板11よりも大きな割合で熱収縮するので、ヨーク板11及びプレート15が外側に反った形状に変形する。
Various methods for fixing the
<実施形態の効果>
本実施形態の界磁ヨーク組立体30は、2つのヨーク板11の外側に各々固着されたプレート15を有する。プレート15は、ヨーク板11よりも熱膨張率の大きい金属材料で構成される。界磁ヨーク組立体30は、ヨーク板11とプレート15の熱膨張率の差を利用して、2つのヨーク板11を外側に反るように変形させ、2つのヨーク板11間の隙間が、ヨーク固定部12が配置される一方側端部11aよりも他方側端部11bの方が大きくなるように構成される。
<Effect of embodiment>
The
このようにして、界磁ヨーク組立体30を予め拡開状に形成しておくことで、永久磁石13を取り付けた後に、その吸引力によって、2つのヨーク板11間の隙間を略一定にすることができる。したがって、永久磁石13に強力な磁石を用いる場合でも、剛性の低い比較的薄肉のヨーク板11を用いることが可能となるので、リニアモータ100の小型化及び軽量化を図りつつ高出力を得ることができる。
In this way, by forming the
<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。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and technical idea of the present invention. Hereinafter, such modifications will be described in order.
(1)ヨーク板自体を予め反った形状に加工しておく場合
上記実施形態では、ヨーク板11の外側に該ヨーク板11よりも熱膨張率の大きい金属材料のプレート15を高温下で固着して貼り合わせ、その後室温に冷却する際の熱膨張率の差を利用して、ヨーク板11を外側に反った形状に変形させたが、ヨーク板11自体を塑性加工等で予め外側に反った形状に加工しておいてもよい。本変形例の界磁ヨーク組立体の一例を図4に示す。
(1) When the yoke plate itself is processed into a warped shape in the above embodiment, a
図4(a)に示すように、界磁ヨーク組立体30Aは、2つのヨーク板11と、これらヨーク板11の一方側端部11aを片持ち梁状に支持するヨーク固定部12とからなる。2つのヨーク板11は、予め機械加工によって、固定部側である一方側端部11aから開放側である他方側端部11bに向けて外側に反った形状に形成されている。
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示すように、2つのヨーク板11の対向面に永久磁石13を取り付けると、2つのヨーク板11は、永久磁石13間の吸引力により、固定側である一方側端部11aから開放側である他方側端部11bに向けて内側に反って元に戻るように変形する。その結果、2つのヨーク板11間の隙間は、他方側端部11b間と一方側端部11a間とで差がなくなり、2つのヨーク板11は隙間が略一定(すなわち略平行)になる。
As shown in FIG. 4B, when the
ヨーク板11の加工としては、例えば圧延ローラによる曲げ加工、研削盤等による切削加工その他が使用できる。例えば圧延ローラによる曲げ加工では、図5(a)に示すように、ヨーク板11の所望する反りの湾曲形状に沿って上下の圧延ローラ31を複数配置し、ヨーク板11の素材11Aを上下の圧延ローラ31の間を順次通過させて伸展、圧延することにより徐々に曲げ、素材11Aを所望の反りを有するヨーク板11に塑性加工する。また例えば切削加工では、図5(b)に示すように、ヨーク板11の素材11Aを研削盤等で切削して、素材11Aから所望の反りを有するヨーク板11を削り出す。
As the processing of the
本変形例では、界磁ヨーク組立体30Aのヨーク板11が予め外側に反った形状に加工されている。これにより、界磁14の永久磁石13に強力な磁石を用いる場合でも、剛性の低い比較的薄肉のヨーク板11を用いることが可能となる。したがって、リニアモータ100の小型化及び軽量化を図りつつ高出力を得ることができる。
In this modification, the
(2)ヨーク固定部でヨーク板を拡開状に支持する場合
上記実施形態では、ヨーク板11を反った形状とするようにしたが、ヨーク板11自体は平板状としておき、支持するヨーク固定部12の形状を倒立した略台形状とすることで、界磁ヨーク組立体を拡開形状としてもよい。本変形例の一例を図6に示す。
(2) When the yoke plate is supported by the yoke fixing portion in an expanded form In the above embodiment, the
図6(a)に示すように、界磁ヨーク組立体30Bは、2つの平板状のヨーク板11と、これらヨーク板11の一方側端部11aを片持ち梁状に支持するヨーク固定部12Aとからなる。ヨーク固定部12Aは、幅方向の断面形状が下底よりも上底が長い倒立した等脚台形の形状に形成され、幅方向両側に上に向けて外側に傾斜した側面を有している。2つのヨーク板11は、ヨーク固定部12Aの両側の傾斜した側面に支持され、ヨーク固定部12Aに支持された一方側端部11aから開放側の他方側端部11bに向けて直線状に拡開している。
As shown in FIG. 6A, the
図6(b)に示すように、2つのヨーク板11の対向面に永久磁石13を取り付けると、2つのヨーク板11は、永久磁石13間の吸引力により、固定側である一方側端部11aから開放側である他方側端部11bに向けて内側に反るように変形する。これにより、2つのヨーク板11間の隙間は、他方側端部11b間と一方側端部11a間とで差がなくなり、2つのヨーク板11は隙間が略一定(すなわち略平行)になる。したがって、永久磁石13に強力な磁石を用いる場合でも、剛性の低い比較的薄肉のヨーク板11を用いることが可能となるので、リニアモータ100の小型化及び軽量化を図りつつ高出力を得ることができる。
As shown in FIG. 6B, when the
(3)ヨーク板の外側に熱膨張率の小さいプレートを貼り合わせる場合
上記実施形態では、ヨーク11の外側に熱膨張率の大きい金属材料のプレート15を貼り付け、プレート15との熱膨張率の差で外側に反った2つのヨーク板11を、それらの対向面に取り付けた永久磁石13の吸引力により元に戻るように内側に反らせて、2つのヨーク板11の隙間を一定にした。これに対し、ヨーク11の外側に熱膨張率の小さい金属材料のプレートを貼り付け、対向面に取り付けた永久磁石間の吸引力により内側に反った2つのヨーク板11を、リニアモータ100の駆動時の発熱温度でプレートとの熱膨張率の差により元に戻るように外側に反らせて、駆動時に2つのヨーク板11の隙間を一定とするようにしてもよい。本変形例の界磁ヨーク組立体の一例を図7に示す。
(3) When a plate having a low coefficient of thermal expansion is bonded to the outside of the yoke plate In the above embodiment, a
図7(a)に示すように、界磁ヨーク組立体30Cは、2つのヨーク板11と、これらヨーク板11の一方側端部11aを片持ち梁状に支持するヨーク固定部12と、2つのヨーク板11の外側に固着された異種金属のプレート16とを備える。
As shown in FIG. 7A, the
プレート16は、ヨーク板11よりも熱膨張率が小さい金属材料、例えばヨーク板11を鉄製とした場合にはインバー等から構成され、常温(室温)でヨーク板11の外側に固着され、貼り合わされる。プレート16が固着された2つのヨーク板11は、図8(b)に示すように、対向面に永久磁石13を貼り付けると、永久磁石13間の吸引力により、一方側端部11aから他方側端部11bに向けて内側に反るように湾曲し、2つのヨーク板11は、他方側端部11bが一方側端部11aよりも所定量内側に撓む。
The
そして、可動子2を固定子1に組み込み、リニアモータ100を組み立てて、可動子2の電機子3へ通電すると、リニアモータ100が駆動して、リニアモータ100の温度が上昇する。これにより、ヨーク板11は、膨張率の差によりプレート16よりも大きな割合で膨張し、ヨーク板11が外側に反るように変形して、永久磁石13間の吸引力による撓みを相殺する。その結果、図8(c)に示すように、2つのヨーク板11を略平行な平板状に戻すことができる。
When the
このようにして、リニアモータ100の停止時(常温下)には界磁と電機子3との磁気的空隙が小さい状態となるが、駆動時(高温下)には磁気的空隙を好適な隙間に保持することができるので、例えば連続駆動されるリニアモータにおいて駆動の安定性を高めることができる。
In this way, when the
(4)その他
なお、以上の実施形態及び変形例では、リニアモータ100は、界磁を固定部とし、電機子3を可動部として構成する場合を例にとって説明したが、界磁を可動部とし、電機子3を固定部としてリニアモータ100を構成してもよい。
(4) Others In the above-described embodiments and modifications, the
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。 In addition to those already described above, the methods according to the above-described embodiments and modifications may be used in appropriate combination.
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。 In addition, although not illustrated one by one, the present invention is implemented with various modifications within a range not departing from the gist thereof.
1 固定子
2 可動子
3 電機子
11 ヨーク板
12 ヨーク固定部
12A ヨーク固定部
13 永久磁石
14 永久磁石列
15 プレート
16 プレート
30 界磁ヨーク組立体
30A 界磁ヨーク組立体
30B 界磁ヨーク組立体
30C 界磁ヨーク組立体
100 リニアモータ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
対向配置され、対向する永久磁石の極性が異なるように複数の前記永久磁石が内側に取り付けられる2つのヨーク板と、
前記ヨーク板の一方側端部において前記2つのヨーク板を片持ち梁状に支持するヨーク固定部と、を有し、
前記2つのヨーク板は、
前記永久磁石を取り付けたときに前記永久磁石間の吸引力により前記2つのヨーク板間の隙間が略一定となるように、前記2つのヨーク板間の隙間が、前記一方側端部よりも他方側端部の方が大きくなるように構成される
ことを特徴とする界磁ヨーク組立体。 A field yoke assembly used in a linear motor capable of relatively moving the field and the armature, using either the field or the armature as a mover and the other as a stator,
Two yoke plates that are arranged opposite to each other and on which a plurality of the permanent magnets are attached so that the opposite permanent magnets have different polarities ;
A yoke fixing portion that supports the two yoke plates in a cantilever shape at one end of the yoke plate;
The two yoke plates are
The gap between the two yoke plates is the other than the one side end so that the gap between the two yoke plates is substantially constant due to the attractive force between the permanent magnets when the permanent magnet is attached. A field yoke assembly characterized in that the side end portion is configured to be larger.
ことを特徴とする請求項1に記載の界磁ヨーク組立体。 2. The field yoke assembly according to claim 1, further comprising a plate fixed to the outside of the two yoke plates and made of a metal material different from that of the yoke plates.
前記一方側端部から前記他方側端部に向けて外側に反った形状に加工されている
ことを特徴とする請求項1に記載の界磁ヨーク組立体。 The yoke plate is
2. The field yoke assembly according to claim 1, wherein the field yoke assembly is machined into a shape that warps outward from the one side end toward the other side end.
前記ヨーク固定部は、
前記2つのヨーク板間の隙間が前記一方側端部よりも他方側端部の方が大きくなるように、前記2つのヨーク板を拡開状に支持する
ことを特徴とする請求項1に記載の界磁ヨーク組立体。 The yoke plate has a flat plate shape,
The yoke fixing part is
2. The two yoke plates are supported in an expanded manner such that a gap between the two yoke plates is larger at the other end than at the one end. Field yoke assembly.
前記ヨーク板よりも熱膨張率が大きな金属材料で構成される
ことを特徴とする請求項2に記載の界磁ヨーク組立体。 The plate is
3. The field yoke assembly according to claim 2 , wherein the field yoke assembly is made of a metal material having a thermal expansion coefficient larger than that of the yoke plate.
前記ヨーク板よりも熱膨張率が小さな金属材料で構成される
ことを特徴とする請求項2に記載の界磁ヨーク組立体。 The plate is
3. The field yoke assembly according to claim 2 , wherein the field yoke assembly is made of a metal material having a smaller coefficient of thermal expansion than the yoke plate.
前記界磁は、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の界磁ヨーク組立体と、
前記界磁ヨーク組立体が有する2つの対向配置されたヨーク板の内側に各々設けられ、前記移動方向に交互に極性が異なるように、且つ、対向する磁石と極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、を有する
ことを特徴とするリニアモータ。 A linear motor capable of relatively moving the field and the armature, using either the field or armature as a mover and the other as a stator.
The field is
A field yoke assembly according to any one of claims 1 to 6 ;
A plurality of yokes disposed on the inner sides of two opposingly arranged yoke plates of the field yoke assembly so as to alternately have different polarities in the moving direction and different in polarity from the opposing magnets. And a permanent motor.
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