JP5872108B2 - 可動子およびリニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、可動子およびリニアモータに関する。

従来より、可動子が直線的動作を行うリニアモータが用いられている。このようなリニアモータには、固定子に形成された貫通穴に貫通されたシャフトが可動子として動作するシャフト型リニアモータがある。

シャフト型リニアモータにおいて可動子として機能するシャフトには、円筒形状を呈する複数の磁石が取り付けられる場合がある。例えば、シャフトに取り付けられる磁石には、シャフトの延びる方向と平行な方向に磁束を発生させる磁石（以下、単にスラスト磁石ともいう）と、円筒形状の径方向に磁束を発生させる磁石（以下、単にラジアル磁石ともいう）が用いられる。そして、例えば特許文献１に開示されているように、スラスト磁石とラジアル磁石とが交互に配列された、いわゆるハルバッハ配列で磁石が配列される場合がある。

特開２０１１−１４７３３３号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、ハルバッハ配列で配列された磁石のうち、端部に配列された磁石から発生する磁束の経路と、中央部に配列された磁石から発生する磁束の経路が異なることで、漏れ磁束が発生しやすくなる。そして、漏れ磁束の発生により、リニアモータの推力特性が悪化する場合があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ハルバッハ配列で配列された磁石からの漏れ磁束を抑制し、リニアモータの推力特性の向上を図ることのできる可動子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の方向に延びる棒状形状を呈するシャフトと、筒状形状を呈してその内側にシャフトが通される複数の磁石と、を備え、複数の磁石は、第１の方向に平行な磁束を発生させるスラスト磁石と、筒状形状の径方向に磁束を発生させるラジアル磁石と、を有し、スラスト磁石が両端に配置されるようにスラスト磁石とラジアル磁石とが交互に並べて配列され、両側の端部に配置されたそれぞれのスラスト磁石に対して第１の方向に沿ったさらに外側に隣接して配置された磁性体からなる固定部をさらに備えることを特徴とする。

本発明にかかる可動子は、漏れ磁束の発生を抑えてリニアモータの推力特性の向上を図ることのできる可動子を得ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にリニアモータの概略構成を示す断面図である。 図２は、可動子の製造手順を示す図である。 図３は、可動子の製造手順を示す図である。 図４は、可動子の製造手順を示す図である。 図５は、可動子の製造手順を示す図である。 図６は、実施の形態１にかかるリニアモータにおいて、可動子が備える磁石から発生する磁束について説明するための図である。 図７は、比較例として示すリニアモータにおいて、可動子が備える磁石から発生する磁束について説明するための図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる可動子およびリニアモータを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にリニアモータの概略構成を示す断面図である。リニアモータ５０は、ケーシング１に形成された貫通穴１ａに貫通されたシャフト１１が、矢印Ｚに示す方向（第１の方向）に沿って直線的に動作するリニアモータである。すなわち、リニアモータ５０は、シャフト１１側が可動子として機能し、ケーシング１側が固定子として機能するシャフト型リニアモータである。

ケーシング１の内側には、シャフト１１を内部に収容可能な空間が形成されている。ケーシング１には、内部に収容したシャフト１１の両端を貫通させる貫通穴１ａが形成されている。貫通穴１ａには、シャフト１１を矢印Ｚに示す方向に沿って移動可能に保持するリニアブッシュ４が取り付けられている。

ケーシング１の内部には、コイル２とヨーク３とが設けられている。コイル２は、ケーシング１の内部において、シャフト１１の周囲を囲むように設けられる。ヨーク３は、ケーシング１の内部において、コイル２の外側に設けられる。上述した、ケーシング１、コイル２、ヨーク３、リニアブッシュ４を有してリニアモータ５０の固定子が構成される。

リニアモータ５０の可動子は、シャフト１１、磁石１２，１３、止め輪（スナップリング，固定部）１４を有して構成される。図２〜図４は、可動子の製造手順を示す図である。以下に、可動子の製造手順の説明に、可動子の詳細な構成の説明も含めて説明する。

図２に示すように、シャフト１１は矢印Ｚに示す方向に延びる棒状形状を呈する。シャフト１１には、周方向に沿って延びる２本の溝１１ａが形成されている。図３に示すように、２本の溝１１ａのうち一方の溝１１ａに、止め輪１４が嵌め込まれる。止め輪１４は、鉄等の磁性体で構成される。

そして、筒状形状を呈する複数の磁石１２，１３がシャフト１１に取り付けられる。より具体的には、筒状形状を呈する複数の磁石１２，１３の内側にシャフト１１が通される。シャフト１１に最初に取り付けられる磁石１２、１３は、予め一方の溝１１ａに嵌め込まれていた止め輪１４に押し当てられる。さらに、複数の磁石１２，１３が、２本の溝１１ａの間に互いに隣接するように配置される。

シャフト１１に取り付けられる磁石１２，１３は、発生させる磁束の方向がシャフト１１の延びる方向と平行となるスラスト磁石１２と、発生させる磁束の方向がシャフト１１の径方向となるラジアル磁石１３とで構成される。

最初にシャフト１１に取り付けられる磁石と最後に取り付けられる磁石がスラスト磁石１２である。また、スラスト磁石１２とラジアル磁石１３とが交互に並べられる。すなわち、シャフト１１には、両端がスラスト磁石１２となるハルバッハ配列で磁石１２，１３が取り付けられる。

図４に示すようにシャフト１１にすべての磁石１２，１３が取り付けられたら、図５に示すように他方の溝１１ａにも止め輪１４が嵌め込まれる。磁石１２，１３の内周面とシャフト１１の外周面とが、接着剤等によって接着される。これにより、磁石１２，１３がシャフト１１に固定される。

図１に戻って、一方の止め輪１４には、端部に設けられたスラスト磁石１２が密着するように配置される。他方の止め輪１４とスラスト磁石１２との間にはすき間が設けられる。他方の止め輪１４とスラスト磁石１２との間のすき間には、硬化部１５が充填される。硬化部１５は、例えば接着剤であり、すき間に充填された後、硬化することで磁石１２，１３を止め輪１４の間に固定させる。硬化部１５は、接着剤に限られず、すき間に充填された後で硬化するものであればよい。

可動部のうち少なくとも磁石１２，１３が配列された領域がケーシング１の内部に収容される。また、ケーシング１の内部において、可動子の磁石１２，１３と固定子のコイル２とが対向する。そして、コイル２に流す電流を制御することで、矢印Ｚに示す方向に可動子を移動させることが可能となる。

図６は、実施の形態１にかかるリニアモータ５０において、可動子が備える磁石から発生する磁束について説明するための図である。リニアモータ５０では、シャフト１１上に配列された磁石１２，１３のうち、両側の端部に配置されたそれぞれのスラスト磁石１２に対して、シャフト１１の延びる方向に沿ったさらに外側に隣接して、磁性体である止め輪１４が設けられている。

端部のスラスト磁石１２の外側に止め輪１４が設けられることで、端部のスラスト磁石１２から発生した磁束は、磁性体である止め輪１４の外周面を通る。これより、端部のスラスト磁石１２から発生する磁束は、スラスト磁石１２の外側にさらにラジアル磁石が設けられているのと同様の経路を通る。これは、端部のスラスト磁石１２から発生する磁束が、スラスト磁石１２の両側にラジアル磁石１３が設けられているのと同様の経路を通ると換言することができる。

したがって、端部側で発生する磁束の経路Ｘ１，Ｘ５と、それ以外の部分、すなわちスラスト磁石１２の両側にラジアル磁石１３が設けられている部分で発生する磁束の経路Ｘ２〜Ｘ４とで、磁束が空気中を通過する距離の均一化を図ることができる。これにより、可動子の磁石１２，１３から発生される磁束の経路Ｘ１〜Ｘ５の磁気抵抗の均一化を図り、経路Ｘ１〜Ｘ５を通過する磁束量の均一化を図ることができる。

図７は、比較例として示すリニアモータ１００において、可動子が備える磁石１２，１３から発生する磁束について説明するための図である。比較例として示すリニアモータ１００では、シャフト１１上に配列された磁石１２，１３の両側に磁性体が設けられていない。

そのため、端部のスラスト磁石１２から発生する磁束の経路Ｙ１，Ｙ５は、それ以外の部分に設けられた磁石１２，１３から発生する磁束の経路Ｙ２〜Ｙ５に比べて、空気中を通過する部分が多くなる。そのため、経路Ｙ１，Ｙ５では、磁気抵抗が大きくなって磁束量が減少し、その分、隣の経路Ｙ２，Ｙ４の磁束量が増加する。これにより、経路Ｙ２，Ｙ４では、ヨーク３の外部に漏れる漏れ磁束が発生しやすくなり、リニアモータ１００の推力の低下を招いてしまう場合がある。

一方、本実施の形態１にかかるリニアモータ５０の可動子では、図６を用いて説明したように、経路Ｘ１〜Ｘ５を通過する磁束量の均一化が図られるので、漏れ磁束が発生しにくく、推力特性の向上を図ることができる。

また、最初にシャフト１１に取り付けられるスラスト磁石１２は、予め溝１１ａに嵌め込まれた止め輪１４に当接させるだけで位置決めがなされる。また、その後に取り付けられる磁石１２，１３も、その前に取り付けられた磁石１２，１３に当接させるだけで位置決めがなされる。したがって、磁石１２，１３をシャフト１１に取り付ける際の、位置決め作業の容易化を図ることができる。

また、磁石１２，１３を取り付けた後に嵌め込まれる止め輪１４とスラスト磁石１２との間のすき間には、硬化部１５が充填されているので、磁石１２，１３の寸法誤差によって、止め輪１４とスラスト磁石１２との間にすき間がある場合にも、磁石１２，１３をより強固に固定することができる。

また、シャフト１１に取り付けられた磁石１２，１３には、可動子の移動方向と平行な方向に推力が加わる。また、磁石１２，１３の内周面とシャフト１１の外周面とが、接着剤等によって接着されているが、その接着面には、可動子の加減速時に推力と平行な方向に慣性力が加わる。磁石１２，１３の内周面とシャフト１１の外周面との接着面は、慣性力の加わる方向と平行であるため、慣性力に対して十分な接着強度を発揮しにくい場合がある。

本実施の形態１にかかる可動子では、磁石１２，１３に加わる推力（慣性力）に沿った方向となる両側に止め輪１４または硬化部１５が設けられているため、推力（慣性力）に対して機械的に磁石１２，１３を固定することができる。これにより、可動子に加わる推力（慣性力）によって磁石１２，１３がずれることをより確実に防ぐことができる。

また、例えば、止め輪１４に代えてシャフト１１の外周面に凸部を形成して、推力（慣性力）によって磁石１２，１３がずれることを防ぐ場合には、凸部以外の部分を研磨してシャフト１１の太さに形成する必要がある。そのため、加工精度の要求や、加工手順の増加により製造コストの増大を招いてしまう場合がある。

本実施の形態１では、シャフト１１に形成された溝１１ａに止め輪１４を嵌め込んだり、止め輪１４とスラスト磁石１２との間に硬化部１５を充填したりするだけで、磁石１２，１３が推力（慣性力）によってずれることを防ぐことができるので、製造コストの抑制を図ることもできる。

また、リニアモータ５０が小型化されるほどシャフト１１や磁石１２，１３も小型になるため、磁石１２，１３とシャフト１１との接着面が小さくなる。このように磁石１２，１３とシャフト１１との接着面が小さくなって十分な接着強度が発揮されにくい場合であっても、止め輪１４や硬化部１５によって磁石１２，１３のずれをより確実に防ぐことができる。

また、本実施の形態１では、両端にスラスト磁石が配置されるハルバッハ配列で複数の磁石１２，１３が配列されている。したがって、シャフト１１に取り付けられる磁石１２，１３は、スラスト磁石１２よりもラジアル磁石１３の個数のほうが少なくなる。一般的に、スラスト磁石１２よりもラジアル磁石１３のほうが高価であるため、ラジアル磁石１３の個数を抑えることのできる本実施の形態１にかかる可動子では、製造コストの抑制を図ることができる。

なお、後から取り付けられる止め輪１４とスラスト磁石１２との間にすき間が形成されない場合には、硬化部１５を設けなくともよい。また、シャフト１１の断面形状は、図２に示すような円形形状であってもよいし、四角形のような多角形形状であってもよい。また、シャフト１１は、図２に示すような柱状形状であってもよいし、筒状形状であってもよい。また、シャフト１１は、磁性体であってもよいし、非磁性体であってもよい。

以上のように、本発明にかかる可動子は、シャフト側が可動子として機能するシャフト型リニアモータの可動子に有用である。

１ ケーシング、１ａ 貫通穴、２ コイル、３ ヨーク、４ リニアブッシュ、１１ シャフト、１１ａ 溝、１２ スラスト磁石、１３ ラジアル磁石、１４ 止め輪（固定部）、１５ 硬化部、５０，１００ リニアモータ。

Claims (4)

1. 第１の方向に延びる棒状形状を呈するシャフトと、
   筒状形状を呈してその内側に前記シャフトが通される複数の磁石と、を備え、
   前記複数の磁石は、前記第１の方向に平行な磁束を発生させるスラスト磁石と、前記筒状形状の径方向に磁束を発生させるラジアル磁石と、を有し、
   前記スラスト磁石が両端に配置されるように前記スラスト磁石と前記ラジアル磁石とが交互に並べて配列され、
   両側の端部に配置されたそれぞれの前記スラスト磁石に対して前記第１の方向に沿ったさらに外側に隣接して配置された磁性体からなる固定部をさらに備えることを特徴とする可動子。
2. 前記シャフトには、前記固定部が設けられる位置に周方向に沿って溝が形成され、
   前記固定部は、前記溝に嵌め込まれる止め輪であることを特徴とする請求項１に記載の可動子。
3. 前記固定部のうち、一方の固定部には前記スラスト磁石が密着するように配置され、他方の固定部には前記スラスト磁石との間にすき間が設けられ、
   前記すき間に配置された接着剤からなる硬化部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の可動子。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載された可動子と、
   前記可動子を前記第１の方向に沿って移動させる固定子と、を備え、
   前記固定子は、
   前記シャフトのうち少なくとも前記磁石が配列された領域を内部に収容し、前記シャフトの両端を貫通させる貫通穴が形成されたケーシングと、
   前記ケーシングの内部に設けられて前記シャフトの周囲を囲むコイルと、
   前記ケーシングの内部であって前記コイルの外側に設けられたヨークと、を有することを特徴とするリニアモータ。

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