JP5821047B2 - 円筒型リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、円筒型リニアモータに関し、特に、可動子の各リングマグネットの配列を軸方向に対して傾斜させたスキュー形状としてサーボ制御の向上を得るための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の円筒型リニアモータとしては、特許文献１の図８に開示された構成を図４に示すことができる。
すなわち、図４に示されるように、長手の円筒状ケース１の内壁１ａには、例えば、三相巻線からなる固定子巻線２を有する円筒状固定子３が設けられている。

前記円筒状固定子３の各固定子巻線２の内側の内側空隙４内には、長手形状の可動子５が軸方向Ａに沿って往復移動可能に配設され、この可動子５の外周には、多数のリングマグネット６が設けられ、各リングマグネット６は、矢印にて表示されているように、ラジアル方向に磁化されたラジアル磁化方向に着磁され、その磁化方向は交互に異なる方向となるように設定されている。
また、スキューを形成したロータとしては、例えば、特許文献２及び３に示されるようにロータの外周に貼り付ける各マグネットをスキュー形状に構成し、ゴギングをなくすようにしているが、円筒状リニアモータの可動子のマグネットをスキュー形状に配置した構成は開示されていない。

特開２００２−３６９４９２号公報 特開２００８−２１１９４７号公報 特開平５−１７５０３７号公報

従来の円筒型リニアモータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図４で示す従来構成の場合、可動子に設けられた各リングマグネットの磁化方向は、互いに向きは異なるがラジアル方向６ａであるため、ところどころに磁束が少ない部分が発生し、推力リップルが発生すると共に、サーボ制御によって可動子の位置決め制御を行う場合、位置判別の制御には好適とするほどの磁束変化には少なくなかった。
また、前述の特許文献２及び３に開示されたスキュー構造のロータを用いたモータ構造においては、ロータ回転時のゴギングを抑えることしかできず、円筒型リニアモータへの適用は全く考えられていなかった。

本発明による円筒型リニアモータは、円筒状ケースの内壁に設けられた円筒状固定子と、前記円筒状固定子に所定間隔で設けられた多数の固定子巻線と、前記円筒状固定子の内側空隙内に軸方向移動自在に設けられた可動子と、前記可動子の外周に設けられた複数のリングマグネットとを備え、前記各リングマグネットの端面の面方向は、前記リングマグネットの軸方向に対して非直角方向に傾斜し、隣接する前記各リングマグネットの磁化方向は互いに異なる円筒型リニアモータにおいて、前記各リングマグネットの軸方向に沿う厚さは、所定の厚さの厚形状と前記厚形状よりも薄い薄形状の交互の組合せよりなり、前記厚形状の前記リングマグネットの磁化方向は前記軸方向であり、前記薄形状の前記リングマグネットの磁化方向はラジアル方向であり、前記可動子の軸方向断面において、前記薄形状のリングマグネットには、前記軸方向と直交する前記可動子のラジアル方向に沿って互いに異なる磁化方向が形成され、前記軸方向断面における前記ラジアル方向でみて前記厚形状のリングマグネットの前記厚さは、前記薄形状のリングマグネットの前記厚さと重合し、前記薄形状のリングマグネットからの磁束は前記厚形状のリングマグネットからの磁束よりも大であり、前記薄形状のリングマグネットからの磁束分布を用いて前記可動子のサーボ制御を行うことができるようにした構成である。

本発明による円筒型リニアモータは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、円筒状ケースの内壁に設けられた円筒状固定子と、前記円筒状固定子に所定間隔で設けられた多数の固定子巻線と、前記円筒状固定子の内側空隙内に軸方向移動自在に設けられた可動子と、前記可動子の外周に設けられた複数のリングマグネットとを備え、前記各リングマグネットの端面の面方向は、前記リングマグネットの軸方向に対して非直角方向に傾斜し、隣接する前記各リングマグネットの磁化方向は互いに異なることにより、円筒状固定子側の各固定子巻線側では磁束の強弱が明確となり、可動子のサーボ制御、すなわち、位置決め制御が容易かつ向上できる。
また、前記各リングマグネットの軸方向に沿う厚さは、所定の厚さの厚形状と前記厚形状よりも薄い薄形状の組合せよりなり、前記厚形状の前記リングマグネットの磁化方向は前記軸方向であり、厚形状のマグネットにより前記薄形状の前記リングマグネットの磁化方向はラジアル方向であることにより、ゆるやかに磁束が増加し、さらに、薄形状のマグネットにより大きいピーク磁束が得られ、磁束の大、小を明確に得ることができる。
また、前記可動子の軸方向断面において、前記薄形状のリングマグネットには、前記軸方向と直交する前記可動子のラジアル方向に沿って互いに異なる磁化方向が形成されていることにより、円筒状固定子側の磁束のピーク幅を取りやすくなる。

本発明による円筒型リニアモータの要部を示す軸方向に沿う断面構成図である。 図１のリングマグネットを示す斜視図である。 本発明におけるマグネットの磁化方向と磁束の流れを対応して示す説明図である。 従来の円筒型リニアモータを示す軸方向に沿う断面図である。

本発明は、可動子の各リングマグネットの配列を軸方向に対して傾斜させたスキュー形状としてサーボ制御の向上を得るようにした円筒型リニアモータを提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による円筒型リニアモータの好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例における図４の円筒型リニアモータの構成は、基本的には本発明における円筒型リニアモータと同一で、各リングマグネットの配列構成が異なるだけであるため、図４の円筒型リニアモータの構成を本発明の円筒型リニアモータに援用し、その説明は省略するものとする。

図１において符号５で示されるものは、前述の円筒状固定子３の内側で軸方向Ａに沿って往復移動自在に配設された棒状の可動子であり、この可動子５の外周５ａには複数のリングマグネット６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄが軸方向Ａに沿って積層される状態で配設されている。

前記各リングマグネット６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄは、図２に示されるように、その両端に形成される各端面１０の両方向１１は、前記リングマグネット６〜６Ｄの軸方向Ａに対して非直角方向に傾斜しており、前記各リングマグネット６〜６Ｄは前記可動子５上において互いに傾斜した状態、すなわち、周知のスキュー状態で積層されている。
従って、前記可動子５の軸方向Ａに対して直交するラジアル方向６ａにおいては、図１の軸方向断面で示されるように、互いに異なるリングマグネット６〜６Ｄが断面上では可動子５を介して対向するように配設されている。

前記各リングマグネット６〜６Ｄは、図１で示されるように、５個（５個以外も可）で１つの群１２を形成しており、実際には、この群１２を複数個直列に用いて構成することができる。
また、前記各リングマグネット６〜６Ｄは、図１の矢印で示される方向に磁化されており、リングマグネット６は軸方向Ａの右方向の第１磁化方向Ｇ_１に磁化され、リングマグネット６Ａはラジアル方向６ａの外方向の第２磁化方向Ｇ_２に磁化され、リングマグネット６Ｂは軸方向Ａの左方向の第３磁化方向Ｇ_３に磁化され、リングマグネット６Ｃはラジアル方向６ａの内方向の第４磁化方向Ｇ_４に磁化され、リングマグネット６Ｄは軸方向Ａの右方向の第５磁化方向Ｇ_５に磁化されている。
従って、隣接する各リングマグネット６〜６Ｄの各磁化方向Ｇ_１〜Ｇ_５は、互いに異なるように構成されている。

前記各リングマグネット６〜６Ｄの軸方向Ａに沿う厚さは、図３で示されるように、所定の厚さの厚形状Ｂに形成された各リングマグネット６，６Ｂ，６Ｄと、前記厚形状よりも薄い薄形状Ｃに形成された各リングマグネット６Ａ及び６Ｃとで構成された交互の組合わせよりなり、前記厚形状Ｂの各リングマグネット６，６Ｂ及び６Ｄの磁化方向は軸方向Ａであり、他の薄形状Ｃの各リングマグネット６Ａ及び６Ｃの磁化方向はラジアル方向６ａである。また、前記軸方向断面における前記ラジアル方向６ａでみて前記厚形状Ｂの各リングマグネット６，６Ｂ及び６Ｄの前記厚さは、図１のように、前記薄形状Ｃの各リングマグネット６Ａ及び６Ｃの前記厚さと重合している。

次に、前述の構成において、本発明による各リングマグネット６〜６Ｄを用いた可動子５を図４の従来構成の円筒型リニアモータに適用した場合、各リングマグネット６，６Ｂ及び６Ｄの磁化方向Ｇ_１，Ｇ_３，Ｇ_５が各々軸方向Ａに沿っているため、図３の磁束分布に示されるように、磁化方向Ｇ_２，Ｇ_４の磁束変化よりも磁束がゆるやかに立上がり又は立上がることになり、他の各リングマグネット６Ａ，６Ｃのラジアル方向６ａの磁化方向Ｇ_２，Ｇ_４による強い磁束分布のピークが相対的に目立つようになるため、この各リングマグネット６Ａ，６Ｃの強い磁束分布を用いて前記可動子５のサーボ制御を行い、円筒型リニアモータの直線方向の位置決めを高精度に行うように適用することができる。

本発明による円筒型リニアモータは、リニアのみではなく、ロータリ型にも適用することができる。

１ 円筒状ケース
１ａ 内壁
２ 固定子巻線
３ 円筒状固定子
４ 内側空隙
５ 可動子
５ａ 外周
６〜６Ｄ リングマグネット
６ａ ラジアル方向
Ｇ_１〜Ｇ_５ 第１〜第５磁化方向
１０ 端面
１１ 面方向
１２ 群
Ａ 軸方向
Ｂ 厚形状
Ｃ 薄形状

Claims (1)

1. 円筒状ケース(1)の内壁(1a)に設けられた円筒状固定子(3)と、前記円筒状固定子(3)に所定間隔で設けられた多数の固定子巻線(2)と、前記円筒状固定子(3)の内側空隙(4)内に軸方向移動自在に設けられた可動子(5)と、前記可動子(5)の外周(5a)に設けられた複数のリングマグネット(6〜６D)とを備え、
   前記各リングマグネット(6〜６D)の端面(10)の面方向(11)は、前記リングマグネット(6〜６D)の軸方向(A)に対して非直角方向に傾斜し、隣接する前記各リングマグネット(6〜６D)の磁化方向(G1〜G5)は互いに異なる円筒型リニアモータにおいて、前記各リングマグネット(6〜6D)の軸方向(A)に沿う厚さは、所定の厚さの厚形状(B)と前記厚形状よりも薄い薄形状(C)の交互の組合せよりなり、前記厚形状(B)の前記リングマグネット(6,6B,6D)の磁化方向は(G1,G3,G5）前記軸方向(A)であり、前記薄形状(C)の前記リングマグネット(6A,6C)の磁化方向(G2,G4)はラジアル方向(6a)であり、前記可動子(5)の軸方向断面において、前記薄形状(C)のリングマグネット(6A,6C)には、前記軸方向(A)と直交する前記可動子(5)のラジアル方向(6a)に沿って互いに異なる磁化方向が形成され、前記軸方向断面における前記ラジアル方向(6a)でみて前記厚形状のリングマグネット(6,6B,6D)の前記厚さは、前記薄形状(C)のリングマグネット(6A,6C)の前記厚さと重合し、前記薄形状(C)のリングマグネット(6A,6C)からの磁束は前記厚形状(B)のリングマグネット(6,6B,6D)からの磁束よりも大であり、前記薄形状(C)のリングマグネット(6A,6C)からの磁束分布を用いて前記可動子(5)のサーボ制御を行うことができるように構成したことを特徴とする円筒型リニアモータ。

Images