JP6529894B2 - コアレスリニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、コアレスリニアモータに関する。

リニアモータは、電磁誘導により作動するため、ボールねじ機構のような機械作動に比べて、小型で高速作動可能である。

反発し合う対向磁極配置の複数の磁石を有する円筒状の固定子と、磁石部の外周を囲む電機子コイルを有する可動子と、を備えるシャフト型のコアレスリニアモータは、推力変動が小さく効率良く駆動ができることから、物品搬送装置等のＦＡ機器や光学精密測定機器などの分野に幅広く採用されている。

固定子として、反発し合う対向磁極配置の複数の磁石を用いると、磁石同士の強力な反発力を受けるため、磁石を密着させることが難しい。

例えば、特許文献１では、中空穴を有する円筒磁石にボルトを通し、磁石部を密着・固定させる。また、特許文献２では、パイプ状部材の端部を加工して構成され磁石の抜け止めを行う抜け止め機構を有する。

特開平１０−３１３５６６号公報 特開２００７−４３７８０号公報

特許文献１に記載の構造は、円筒磁石にのみ対応可能であるため、推力を犠牲にするだけではなく、磁石の製造工程が難しく、コストが高くなるという問題がある。

また、特許文献２の製造方法では、円柱磁石が使えるようになっているが、磁石を挿入してから端部に抜け防止機構を設ける必要があるため、製造工程が煩雑であるという問題がある。

本発明は、反発し合う対向磁極配置の円柱磁石を用いたシャフト型のコアレスリニアモータにおいて、磁石を簡単かつ確実に固定する技術を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、反発し合う対向磁極の複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石間に磁性スペーサが設けられているとともに、両端にそれぞれ第１の端部磁性スペーサと第２の端部磁性スペーサとが設けられている円柱状の固定子と、前記固定子の外周を囲む電機子コイルを有する中空円筒状の可動子と、を備えるコアレスリニアモータであって、前記第１の端部磁性スペーサを収容する第１の収容部を有する第１の端面板と、前記第２の端部磁性スペーサを収容する第２の収容部を有する第２の端面板と、を有し、前記第１の端面板に前記第１の端部磁性スペーサを押す押しネジを有する押しねじ機構を設けたことを特徴とするコアレスリニアモータが提供される。

本発明によれば、反発し合う対向磁極配置の円柱磁石を用いたシャフト型のコアレスリニアモータにおいて、磁石を簡単かつ確実に固定することができる。

本発明の実施の形態によるシャフト型のコアレスリニアモータの出荷状態における外観構成例を示す斜視図である。 シャフト型のコアレスリニアモータの出荷状態における外観構成例を示す両側面図、そのＡ−Ａ線に沿う断面図およびそのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、左右のそれぞれの端面磁性スペーサの構成例を示す正面図および側断面図である。 左右のそれぞれの端面板の構成例を示す正面図、側断面図および裏面図である。 左右のそれぞれの端面板の構成例を示す正面図、側断面図および裏面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う正面の断面図の詳細な図面である。

以下に、本発明の一実施の形態によるコアレスリニアモータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

シャフト型のコアレスリニアモータにおいて、反発し合う対向磁極配置の円柱磁石を密着させながら、確実に磁石を固定するためには、その固定構造を工夫する必要がある。例えば、各部品の累積公差を吸収することができる、高品質・高精度な磁石部の固定構造が求められている。

本発明の実施の形態によるリニアモータは、シャフト型のコアレスリニアモータと呼ばれる構造を有している。以下に示すシャフト型のコアレスリニアモータは、ビルトインタイプと呼ばれ、出荷状態では、リニアエンコーダやリニアガイドは取り付けられておらず、出荷した後に、リニアエンコーダやリニアガイドを取り付ける。

図１は、本発明の実施の形態によるシャフト型のコアレスリニアモータの出荷状態における外観構成例を示す斜視図である。図２は、シャフト型のコアレスリニアモータの出荷状態における外観構成例を示す両側面図、そのＡ−Ａ線に沿う断面図およびそのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

コアレスリニアモータ１は、固定子（励磁部）３と、電機子（可動子）５と、フレーム部を構成する端面板７ａ、７ｂ、磁性ヨーク１１および磁性カバー１５を有する。

固定子３は、反発し合う対向磁極配置の円柱磁石（磁石部）３１の間に磁性スペーサ３３ｂを挟み、両端にも磁性スペーサ（端部磁性スペーサ）３３ａ、３３ｃを配置した構造を有する。そして、その外周部を、ステンレスパイプ（パイプ部材）２５により覆っている。円柱磁石３１は、永久磁石を用いることができる。

電機子５は、中空円筒状の構造を有しており、中空内に固定子３が挿入されている。

端面板７ａ、７ｂは、固定子３の両端に設けられ、固定子３と端面板７ａ、７ｂとは、それぞれ押しネジ２１ａ、引っ張りネジ２１ｂにより固定される。磁性ヨーク１１は、固定子３および電機子５の下方に配置される。磁性ヨーク１１は、例えばネジ２２ａ、２２ｂにより端面板７ａ、７ｂに取り付けられる。

磁性カバー１５は、固定子３および電機子５の上方に配置される。磁性カバー１５は、例えばネジ２４ａ、２４ｂにより端面板７ａ、７ｂに取り付けられる。

磁性スペーサと端面板の構造について詳細に説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）は、左右のそれぞれの端面磁性スペーサの構成例を示す正面図および側断面図である。図４、図５は、左右のそれぞれの端面板の構成例を示す正面図（端部磁性スペーサ側から見た図）、側断面図および裏面図（端部磁性スペーサ側とは反対側から見た図）である。図６は、図２のＡ−Ａ線に沿う正面の断面図の詳細な図面である。

図３、図６に示すように、端部磁性スペーサ３３ａには、押しネジ２１ａの先端部に当接する位置に、軸方向にΔｔだけ凹んだ凹部４１が設けられている。凹部４１の深さは１ｍｍ程度で良い。尚、凹部４１を形成しなくても良い。また、図３（Ｂ）に示すように、端部磁性スペーサ（右）には、引っ張りネジ２１ｂを固定するネジ孔７３が設けられている。

図４に示すように、端面板７ａには、円柱状の固定子３の端部を収容するための収容部７１ａが設けられ、さらに、図２にも示すように、押しネジ２１ａのための貫通孔（ネジ孔）７５が設けられている。図５に示すように、端面板７ｂには、円柱状の固定子３の端部を収容するための収容部７１ｂが設けられ、さらに、図２に示すように、引っ張りネジ２１ｂの位置に、引っ張りネジ２１ｂのための貫通孔７７が設けられている。収容部７１ａ、７１ｂは、固定子（ステンレスパイプ２５、磁石３１および磁性スペーサ３３）を支えるために設ける。収容部７１ａ、７１ｂの凹部の深さＡは、例えば、３〜５ｍｍ程度である。

上記の構成において、引っ張りネジ２１ｂにより、端部磁性スペーサ３３ｃを引っ張りながら、押しねじ２１ａにより端部磁性スペーサ３３ａを押すことで、ステンレスパイプ２５に挿入した磁石部３１と磁性スペーサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）とを密接させながら、複数の磁石部３１と磁性スペーサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）とをステンレスパイプ２５内において確実に固定することができる。

図６に示すように、各部品の製造公差を含み磁石部３１と磁性スペーサ３３とを含めた固定子３の全長Ｌｍを、磁石部３１と磁性スペーサ３３とを含めた固定子３の固定枠である端面板７ａ、７ｂ間の距離Ｌよりも短くする。このようにすることで、端面板７ａ、７ｂ間に複数の磁石部３１と磁性スペーサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）とを、寸法的な余裕を持たせて配置して容易に組み立てることができる。そして、押しねじ機構により、各部品の累積公差を含めた複数の磁石部３１と磁性スペーサ３３との長さＬｍにおける累積公差を吸収しながら、磁石部３１と磁性スペーサ３３とを確実に固定することができる。

例えば、磁性ヨーク（両端面で挟んでいる円弧付磁性体）１１の長さをLyとすると、Lを以下の式のようにすれば良い。

L＝Ly+2A＞Lm
ここで、Aは、収容部７１ａ、７１ｂの凹部の深さである。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、ステンレスパイプ２５の両端にある端部磁性スペーサ３３ａ、３３ｃにおいて、片側に引っ張り用のタップ（ネジ孔）を設け、もう片側に押しねじ機構を設けることで、ステンレスパイプ２５内に挿入した磁石部３１と磁性スペーサ３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを密接させながら、磁石部３１と磁性スペーサ３３ａ、３３ｂ、３３ｃとの確実な固定を実現することができる。両端磁性スペーサ３１ａ、３１ｃをステンレスパイプ２５に接着固定すること、引っ張り・押しねじ機構を併用することで、より安定で、高品質な磁石固定部を実現することができる。

磁性ヨーク１１に固定する両端面板７ａ、７ｂにそれぞれ押しねじ固定用のネジ孔（貫通孔）７５と引っ張りねじ固定用穴（貫通孔）７７と、を設け、さらに、両端面板７ａ、７ｂに収容部（凹み部）７１ａ、７１ｂを設けることで、磁石部３１と磁性スペーサ３３（３３ａ、３３ｂ、３３ｃ）とを精度よく、簡単に組み立てることができる。

尚、電機子５には、円筒の延在する方向の両端部に、非磁性金属により形成されたリング５５ａ、５５ｂを設けても良い。電機子コイルにリングを設けることで、インダクタンスのアンバランスが小さくなり、推力リップルを低減することができる。

また、電機子５の外側に、円弧状の磁性ヨーク１１と磁性カバー１５とを設けることで、電機子コイルに鎖交する磁束量を増やし、モータの大推力化を図ることができる。また、磁性スペーサ３３ａ、３３ｂにより、磁束密度を向上させるとともに、使用する磁石量を減らすことができる。

磁性ヨーク１１と磁性カバー１５とは、固定子３および電機子５と同心円の円弧をその内面に有する。電機子５の円筒状のコイルが固定子３の円柱磁石を囲み、電機子５の円筒状のコイルの外側に円弧状の磁性体（磁性ヨーク１１、磁性カバー１５）を設けて漏れ磁束の削減と磁気ギャップを最短にすることにより、固定子３の磁石からの磁束を有効に利用することができ、モータ推力を向上させることができる。

上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。

本発明は、コアレスリニアモータに利用可能である。

１…シャフト型のコアレスリニアモータ、３…固定子（円柱磁石、励磁部）、５…電機子（可動子）、７ａ、７ｂ…端面板、１１…磁性ヨーク、１５…磁性カバー、２１…押しネジ、２１ｂ…引っ張りネジ、２５…ステンレスパイプ（パイプ部材）、３１…磁石部、３３ａ、３３ｃ…端部磁性スペーサ、３３ｂ…磁性スペーサ、４１…凹部、７１ａ、７１ｂ…収容部、７３…ネジ孔、７５、７７…貫通孔。

Claims (6)

1. 反発し合う対向磁極の複数の永久磁石を有し、前記複数の永久磁石間に磁性スペーサが設けられているとともに、両端にそれぞれ第１の端部磁性スペーサと第２の端部磁性スペーサとが設けられている円柱状の固定子と、前記固定子の外周を囲む電機子コイルを有する中空円筒状の可動子と、を備えるコアレスリニアモータであって、
   前記第１の端部磁性スペーサを収容する第１の収容部を有する第１の端面板と、前記第２の端部磁性スペーサを収容する第２の収容部を有する第２の端面板と、を有し、
   前記第１の端面板に前記第１の端部磁性スペーサを押す押しネジを有する押しねじ機構を設け、
   前記第２の端面板に前記第２の端部磁性スペーサを引っ張る引っ張り機構を設けたことを特徴とするコアレスリニアモータ。
2. 前記引っ張り機構は、
   前記第２の端部磁性スペーサに設けたネジ孔 と、
   前記ネジ孔に挿入された引っ張りネジと
   を有することを特徴とする請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
3. 前記ネジ孔と前記引っ張りネジとは、前記第２の端面板の前記押しネジと同じ高さであって前記固定子の軸方向の中心線と同じ位置に水平方向に離れて２本設けられていることを特徴とする請求項２に記載のコアレスリニアモータ。
4. 前記固定子の外周部を覆うパイプ部材を有することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。
5. 前記第１の端部磁性スペーサの、前記第１の端面板側の表面の前記押しネジの先端部に当接する位置に、凹部を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。
6. さらに、前記固定子の下方であって、前記第１の端面板と前記第２の端面板との間に設けられた磁性ヨークを有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。

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