JP7567595B2

JP7567595B2 - リニアモータ

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Publication number: JP7567595B2
Application number: JP2021046242A
Authority: JP
Inventors: 樹船場; 太一杉浦; 晋酒井; 光雄原; 章友佐々木; 健太小山内; 兼一郎伴
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2021-03-19
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2041-03-19
Also published as: CN116998100A; WO2022196780A1; DE112022001584T5; JP2022145003A; US20230421036A1

Description

本発明は、リニアモータに関するものである。

従来、リニアモータとしては、例えば、第１軸に沿って延在する固定子と、第１軸に沿って延在するとともに固定子と径方向に対向するように配置され第１軸に沿った極の間隔が固定子の極の間隔と異なる可動子とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このリニアモータにおける固定子及び可動子の少なくとも一方は、それぞれ第１軸に沿って並設された複数の永久磁石と複数のヨーク部とを有している。そして、永久磁石は１つの極に対して２つ設けられ、それら２つの永久磁石は互いに逆向きの方向に磁化され、ヨーク部はそれら永久磁石の間に介在されている。

特開２０１２－２４４６８８号公報

しかしながら、上記のようなリニアモータでは、永久磁石は１つの極に対してヨーク部を挟んで２つ設けられ、それら２つの永久磁石は互いに反発する方向に磁化されているため、部品点数が多くなるとともに組み付けが困難であるという問題がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、組み付け性を良好としつつ部品点数を低減可能としたリニアモータを提供することにある。

上記課題を解決するリニアモータ（１０）は、第１軸（Ｘ）に沿って延在する固定子（３０）と、前記第１軸に沿って延在するとともに前記固定子と径方向に対向するように配置され、前記第１軸に沿った極の間隔が前記固定子の極の間隔と異なる可動子（４０）とを備え、前記固定子及び前記可動子の少なくとも一方は、前記第１軸に沿って並設された複数の永久磁石（３４，４３，５３）と、前記第１軸に沿って並設された複数のヨーク部（３３，４２，５２）とを有し、前記永久磁石は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられ、前記第１軸に沿った両端部から前記第１軸に沿った中央における径方向端部に向かって磁化された、または、その逆方向に磁化された極異方性磁石である。

同構成によれば、永久磁石は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられ、第１軸に沿った両端部から第１軸に沿った中央における径方向端部に向かって磁化された、または、その逆方向に磁化された極異方性磁石であるため、部品点数を低減できる。すなわち、上記構成では、例えば、永久磁石が１つの極に対して２つの範囲に設けられてヨーク部がそれら永久磁石の間に介在された構成に比べて、少なくとも永久磁石の間に介在されるヨーク部が不要となり、部品点数を低減することができる。また、例えば、１つの極を構成しつつ互いに反発する方向に磁化された２つの永久磁石を組み付ける構成に比べて、組み付け性が良好となる。

一実施形態におけるリニアモータの断面図。一実施形態における固定子の一部分解斜視図。一実施形態における可動子の一部分解斜視図。一実施形態におけるリニアモータの一部断面図。別例における可動子の一部分解斜視図。別例におけるリニアモータの一部断面図。

以下、リニアモータ１０の一実施形態を図１～図４に従って説明する。
図１に示すように、リニアモータ１０は、ハウジング２０と、固定子３０と、可動子４０とを備えている。

ハウジング２０は、第１軸Ｘに沿って延在する筒状のケース２１と、ケース２１の両端部を閉塞する円盤状のエンドハウジング２２と、エンドハウジング２２の中央に設けられる筒状の滑り軸受２３とを有する。

固定子３０は、第１軸Ｘに沿って延在する。固定子３０は、全体が筒状に形成され、ケース２１の内周面に固定されている。
詳しくは、図１、図２及び図４に示すように、固定子３０は、それぞれ第１軸Ｘに沿って並設された複数のインシュレータ３１と、複数のコイル３２と、複数の第１ヨーク部３３と、複数の第１永久磁石３４とを有している。

インシュレータ３１は、絶縁性の樹脂材よりなる。インシュレータ３１は、筒部３１ａと、筒部３１ａの両端から径方向外側に延びるフランジ部３１ｂとを有している。
コイル３２は、インシュレータ３１の筒部３１ａに巻回され、フランジ部３１ｂ同士の間に介在されている。本実施形態のコイル３２は、６個設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、－Ｕ相、－Ｖ相、－Ｗ相のコイル３２とされ、図示しない駆動回路から位相の異なる三相の駆動電流が供給される。

第１ヨーク部３３は、軟磁性材料よりなる。本実施形態の１つの第１ヨーク部３３は、重ねられた２枚の円盤状のコアシート３３ａからなる。第１ヨーク部３３は、各コイル３２の両端側にインシュレータ３１のフランジ部３１ｂと接触するように設けられている。すなわち、第１ヨーク部３３は、７個設けられ、それぞれの間にコイル３２が挟まれるように設けられている。そして、１つのコイル３２と１つの第１ヨーク部３３とは、固定子３０の１つの極を構成し、固定子３０は６極とされている。

第１永久磁石３４は、筒状に形成され、コイル３２の内側であって、詳しくはインシュレータ３１の筒部３１ａの内側に配置されている。第１永久磁石３４は、１つの極に対して第１軸Ｘに沿った連続した１つの範囲に１つ設けられている。

図４に示すように、第１永久磁石３４は、第１軸Ｘに沿った両端部から第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部、詳しくは径方向内側端部に向かって磁化された極異方性磁石である。すなわち、第１永久磁石３４は、第１軸Ｘに沿った両端部がＳ極とされ、第１軸Ｘに沿った中央における径方向内側端部がＮ極とされている。

固定子３０は、第１ヨーク部３３の外周がケース２１の内周面に固定されている。
可動子４０は、第１軸Ｘに沿って延在するとともに固定子３０と径方向に対向するように配置され、第１軸Ｘに沿った極の間隔が固定子３０の極の間隔と異なるように設定されている。

詳しくは、図１、図３及び図４に示すように、可動子４０は、第１軸Ｘに沿って延びる軸部４１と、それぞれ第１軸Ｘに沿って並設された複数の第２ヨーク部４２と、複数の第２永久磁石４３とを有している。

軸部４１と第２ヨーク部４２とは一体成形品４４である。軸部４１と第２ヨーク部４２とを有する一体成形品４４は、軟磁性材料よりなる。第２ヨーク部４２は、軸部４１から径方向外側に延びている。第２ヨーク部４２は、第１軸Ｘに沿って１０個並設されている。

第２永久磁石４３は、筒状に形成され、軸部４１の径方向外側であって第２ヨーク部４２同士の間に挟まれるように設けられている。第２永久磁石４３は、第１軸Ｘに沿って９個並設されている。本実施形態の第２永久磁石４３は、ボンド磁石である。すなわち、第２永久磁石４３は、微小な磁石粒が樹脂等に混ぜ合わされて成形される磁石であって、第２ヨーク部４２同士の間を埋めるように成形されている。なお、第２永久磁石４３は、一体成形品４４に対して破損させずに分解することが不可能であるが、図３では、１つの第２永久磁石４３を模式的に分解して図示している。

図４に示すように、第２永久磁石４３は、第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部、詳しくは径方向外側端部から第１軸Ｘに沿った両端部に向かって磁化された極異方性磁石である。すなわち、第２永久磁石４３は、第１軸Ｘに沿った中央における径方向外側端部がＳ極とされ、第１軸Ｘに沿った両端部がＮ極とされている。これにより、第２ヨーク部４２の径方向外側端部は、Ｎ極となる。

上記構成によって、１つの第２永久磁石４３と１つの第２ヨーク部４２とは、可動子４０の１つの極を構成している。第２永久磁石４３は、１つの極に対して第１軸Ｘに沿った連続した１つの範囲に１つ設けられている。そして、可動子４０の第１軸Ｘに沿った極の間隔は、固定子３０の極の間隔と異なるように設定されている。本実施形態では、固定子３０の６つの極の間隔と、可動子４０の５つの極の間隔とが同じとなるように設定されている。すなわち、可動子４０の第１軸Ｘに沿った１つの極の間隔は、固定子３０の１つの極の間隔の１．２倍に設定されている。

図１に示すように、可動子４０は、軸部４１の両端側が滑り軸受２３によって第１軸Ｘに沿った方向に移動可能に支持されている。
次に、上記のように構成されたリニアモータ１０の作用について説明する。

図示しない駆動回路からコイル３２に三相の駆動電流が供給されると、固定子３０にて可動子４０を移動させる移動磁界が発生されて可動子４０が第１軸Ｘに沿って移動される。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）第１永久磁石３４は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられ、第１軸Ｘに沿った両端部から第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部に向かって磁化された極異方性磁石である。また、第２永久磁石４３は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられ、第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部から第１軸Ｘに沿った両端部に向かって磁化された極異方性磁石である。よって、部品点数を低減することができる。すなわち、上記構成では、例えば、永久磁石が１つの極に対して２つの範囲に設けられてヨーク部がそれら永久磁石の間に介在された従来の構成に比べて、少なくとも永久磁石の間に介在されるヨーク部が不要となり、部品点数を低減することができる。また、例えば、１つの極を構成しつつ互いに反発する方向に磁化された２つの永久磁石を組み付ける構成に比べて、組み付け性が良好となる。

（２）第１永久磁石３４は、１つの極に対して１つ設けられるため、１つの極に対して連続した１つの範囲に２つ以上設けられる構成に比べて、部品点数を低減することができる。また、第２永久磁石４３は、１つの極に対して１つ設けられるため、１つの極に対して連続した１つの範囲に２つ以上設けられる構成に比べて、部品点数を低減することができる。

（３）極異方性磁石である第１永久磁石３４及び第２永久磁石４３は、固定子３０及び可動子４０の両方に設けられる。よって、固定子３０及び可動子４０のいずれか一方に設けた場合に比べて高効率のリニアモータ１０としつつ、固定子３０及び可動子４０の両方で部品点数を低減できるとともに組み付け性が良好となる。

（４）軸部４１と第２ヨーク部４２とは一体成形品４４であるため、軸部４１と第２ヨーク部４２とが別体の構成に比べて、部品点数を低減できる。
（５）軸部４１と一体成形品４４である第２ヨーク部４２同士の間に配置される極異方性磁石である第２永久磁石４３は、ボンド磁石であるため、例えば、焼結磁石とした場合に比べて、第２ヨーク部４２同士の間に容易に設けることができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、軸部４１と第２ヨーク部４２とは一体成形品４４であるとしたが、これに限定されず、軸部と第２ヨーク部とを別体の成形品としてもよい。

例えば、図５に示すように、軸部５１と第２ヨーク部５２とを別体の成形品としてもよい。また、この例では、極異方性磁石である第２永久磁石５３は、ボンド磁石ではなく、焼結磁石とされている。そして、第２ヨーク部５２と第２永久磁石５３は、軸部５１に交互に外嵌されて固定されている。このようにすると、例えば、軸部５１に対して第２ヨーク部５２と第２永久磁石５３とを容易に順次、組み付けることが可能となる。なお、この場合、軸部５１は非磁性体にて構成してもよい。

・上記実施形態では、第１永久磁石３４及び第２永久磁石４３は、１つの極に対して１つ設けられるとしたが、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられていれば、１つの極に対して２つ以上設けられていれもよい。

例えば図６に示すように、第１永久磁石６１は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられるとともに２つ設けられ、その範囲において第１軸Ｘに沿った両端部から第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部に向かって磁化された極異方性磁石としてもよい。すなわち、第１永久磁石６１は、上記実施形態の第１永久磁石３４を第１軸Ｘに沿った中央で分割した構成としてもよい。

例えば図６に示すように、第２永久磁石６２は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられるとともに２つ設けられ、その範囲において第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部から第１軸Ｘに沿った両端部に向かって磁化された極異方性磁石としてもよい。すなわち、第２永久磁石６２は、上記実施形態の第２永久磁石４３を第１軸Ｘに沿った中央で分割した構成としてもよい。

このようにしても、例えば、永久磁石が１つの極に対して２つの範囲に設けられてヨーク部がそれら永久磁石の間に介在された従来の構成に比べて、永久磁石の間に介在されるヨーク部が不要となり、部品点数を低減することができる。また、例えば、１つの極を構成しつつ互いに反発する方向に磁化された２つの永久磁石を組み付ける構成に比べて、組み付け性が良好となる。

・上記実施形態では、極異方性磁石である第１永久磁石３４及び第２永久磁石４３は、固定子３０及び可動子４０の両方に設けられるとしたが、少なくとも一方に設けられる構成であれば、変更してもよい。すなわち、固定子３０及び可動子４０のいずれか一方は極異方性磁石である第１永久磁石３４または第２永久磁石４３を有していない構成としてもよい。例えば、可動子４０は、第２永久磁石４３を有さず、軟磁性材料よりなる突極のみの構成としてもよい。また、例えば、可動子４０は、極異方性磁石である第２永久磁石４３を有さず、極異方性磁石以外の永久磁石を有した構成としてもよい。また、例えば、固定子３０においても、極異方性磁石である第１永久磁石３４を有さず、極異方性磁石以外の永久磁石を有した構成としてもよい。

・上記実施形態では、固定子３０は６極とされているとしたが、これに限定されず、他の極数としてもよい。また、上記実施形態では、可動子４０の第１軸Ｘに沿った極の間隔は、固定子３０の極の間隔の１．２倍に設定されているとしたが、これに限定されず、例えば固定子の極数等に応じて極の間隔を変更してもよい。また、上記実施形態では、可動子４０は、１０個の第２ヨーク部４２と、それら第２ヨーク部４２同士の間に挟まれる９個の第２永久磁石４３とを有する構成としたが、これに限定されず、それぞれ他の個数としてもよい。

・上記実施形態では、１つの第１ヨーク部３３は、重ねられた２枚の円盤状のコアシート３３ａからなるとしたが、これに限定されず、他の構成の第１ヨーク部３３としてもよい。

・上記実施形態では、第１永久磁石３４は、第１軸Ｘに沿った両端部から第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部に向かって磁化された極異方性磁石であるとしたが、その逆方向に磁化された極異方性磁石としてもよい。

・上記実施形態では、第２永久磁石４３は、第１軸Ｘに沿った中央における径方向端部から第１軸Ｘに沿った両端部に向かって磁化された極異方性磁石であるとしたが、その逆方向に磁化された極異方性磁石としてもよい。

１０…リニアモータ、３０…固定子、３３…第１ヨーク部（ヨーク部）、３４，６１…第１永久磁石（永久磁石）、４０…可動子、４１，５１…軸部、４２，５２…第２ヨーク部（ヨーク部）、４３，５３，６２…第２永久磁石（永久磁石）、４４…一体成形品、Ｘ…第１軸。

Claims

第１軸（Ｘ）に沿って延在する固定子（３０）と、
前記第１軸に沿って延在するとともに前記固定子と径方向に対向するように配置され、前記第１軸に沿った極の間隔が前記固定子の極の間隔と異なる可動子（４０）と
を備え、
前記固定子及び前記可動子の少なくとも一方は、
前記第１軸に沿って並設された複数の永久磁石（３４，４３，５３，６１，６２）と、
前記第１軸に沿って並設された複数のヨーク部（３３，４２，５２）と
を有し、
前記永久磁石は、１つの極に対して連続した１つの範囲に設けられ、前記第１軸に沿った両端部から前記第１軸に沿った中央における径方向端部に向かって磁化された、または、その逆方向に磁化された極異方性磁石であるリニアモータ。
前記永久磁石（３４，４３，５３）は、１つの極に対して１つ設けられた請求項１に記載のリニアモータ。
前記極異方性磁石である前記永久磁石は、前記固定子及び前記可動子の両方に設けられた請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
前記可動子は、前記第１軸に沿って延びる軸部（４１）を有し、
前記軸部と前記ヨーク部（４２）とは一体成形品（４４）である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
前記ヨーク部同士の間に配置される前記極異方性磁石である前記永久磁石（４３）は、ボンド磁石である請求項４に記載のリニアモータ。
前記可動子は、前記第１軸に沿って延びる軸部（５１）を有し、
前記軸部と前記ヨーク部（５２）とは別体の成形品である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータ。