JPH037055A - リニアモータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は可動子側にコイルを備え、固定子側に磁石を
備えたリニアモータを複数個並列して装着し、複数個の
可動子を並行して作動させる用途、例えば横編機におけ
る編針駆動用のリニアモータ等に供するリニアモータ装
置に関する。

〔従来の技術〕

第５図に従来のこの種のリニアモータの断面を示す。第
５図に示すリニアモータは公知のようにコイル１１が磁
路を形成するためのコイル側ヨーク１２に固定され、磁
石１３が磁路を形成するための磁石側ヨーク１４に固定
され、コイル側ヨーク１２に対して磁石側ヨーク１４が
摺動可能に軸受１５にて支承されており、磁石１３（！
Ｉ！Ｉを固定すれば可動コイルリニアモータになり、ま
たコイル１１側を固定すれば可動磁石リニアモータにな
る。

コイルｌｌ側にスケールマグ不ント１６が取付ケられ、
磁石１３側にスケールマグネット１６と対向して位置検
出用の磁気抵抗素子１７が取付けられている。第６図に
点線で示すように磁石１３から出た磁束はコイル１４と
交差し、コイル側ヨーク１２を通り再びエヤギャップを
介して隣接する磁石１３に戻り、磁石側ヨーク１４を通
って元の磁石１３の他極に戻るという磁気回路を形成し
でいる。また２つのヨーク１２と１４の対向する面に直
交する方向の磁界が加えられるためこの２つのヨーク間
には磁気吸引力が発生し、その力は軸受１５に対して摺
動方向と直交する方向の力として加えられることになる
。

この種のリニアモータにおいて原理的にはヨークがなく
てもリニアモータとして作動させることは不可能ではな
いが、現実的にはヨークがないと磁石のパーミアンス係
数が極端に小さくなりモータとしての必要なパワーを得
ることが実際上得られなくなるため、磁石側ヨーク１４
は磁気飽和を生じない程度の厚みのヨークが必須であり
、コイル側ヨーク１２についても磁石側ヨーク１４より
薄くてもよい場合もあるが、モータ効率を低下させない
ためにはやはり必須である。この種のリニアモータを複
数個並設して利用する例として例えば本出願人が昭和６
１年２月１３日に出願した特願昭６ｌ−２９５１９ｒ横
属地の編成方法と横編機」の明細書に記載されている編
針の駆動用リニアモータとして利用されている例がある
。このようにリニアモータを複数台並設した場合も、従
来においては第６図に示すように磁路はそれぞれのリニ
アモータごとに閉じたものとなっていた。

（発明が解決しようとする課題〕 前述したように従来方式によるリニアモータの場合、磁
路を形成するためのヨークが実際上は必須であり、可動
コイル方式であれ、可動６１１石方武力あれ、磁石側コ
ーク１４と磁石１３とコイル１１とコイル側ヨーク１２
との４つの構成要素が基本的に必要となる。

この種のリニアモータを前述した例のような横編機の編
針駆動用のように複数個のリニアモータを並設して使用
するような場合においては、成る限られた幅寸法の中で
前記２つのヨークと磁石とコイルとギヤングの厚みを割
振る必要がある。この場合モータに要求される推力を得
るためには磁石の厚みを厚＜シて空間磁束密度を大きく
するか、コイルの厚みを厚くしてコイルターン数を大き
くするなどが必要になり、ヨークの厚みについては必要
最小限の厚みにすることが望ましい、従来技術のリニア
モータにおいてはこのヨークの厚みについては磁気飽和
をしないこと及びヨーク間に作用する磁気吸引力による
ヨークのたわみがギャップに対して十分小さくてすむだ
けの十分な機械的な強度をもつことという観点からヨー
クの必要厚みが決定される。

従って成る一定の幅寸法の中で従来技術のリニアモータ
を構成する場合、最低限必要なヨーク厚みを差引いた残
りの厚みスペースの中で磁石の厚みとコイルの厚みの割
振りを考えねばならず、おのずと推力に対する上限値が
磁石の厚みとコイルの厚みにより決められた値になる。

あるいはより大きな推力を得るために高価な希土類磁石
を用いたり、またはコイルに過大な電流を流すことによ
りコイルの発熱が過大になりその為の冷却対策をとる必
要があるなどの問題点を有する。また一方ヨーク間に作
用する磁気吸引力は軸受にとって摺動方向に対して交差
する方向に作用して軸受に対して大きな負荷になり、軸
受はその磁気吸引力に対応出来るスペックの高価で且つ
大きな軸受を使用する必要がある。

望ましくはヨークをなくせればよいがこのような従来技
術のリニアモータにおいてただ単にヨークをなくしただ
けではモータ推力が極端に小さくなり実用に供さなくな
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば磁路を形成するためのヨークを有しな
いコイルを有する可動子と、磁路を形成するためのヨー
クを有せずに可動子を摺動可能に支承する磁石を有する
固定子とからリニアモータユニットが構成され、このリ
ニアモータユニットの複数個が可動子と固定子とを交互
に配して配列され、かつ隣接するリニアモータユニット
のｍ石は互いに異なる磁極が可動子を介して対向されて
リニアモータ装置とされる。この構成により磁路を形成
するためのヨークがなくても十分な推力を有する可動コ
イル式のリニアモータが可能となりまた軸受に対しても
磁気吸引力による荷重が作用しなく、小型で安価な軸受
を使用することが可能となる。

またこのリニアモータ装置においてリニアモータユニッ
ト配列の両端に磁路を形成するためのヨークを設けるこ
とにより両端に配置されるリニアモータユニットの推力
低下が防止される。

またコイルが樹脂モールド成形され、界磁検知のための
磁電変換素子およびまたは可動子の位置検出のためのス
ケールが１体成形された可動子にすることにより、また
固定子がプラスチックマグネットで成形され、コイルに
対向する部分のみ所定の磁極を形成するよう着磁されて
なる固定子にすることにより部品点数の削減、軽量化及
びモータ組立の簡素化が可能になる。

このようなリニアモータ装置にすることにより高価な希
土類磁石を使用せず、またコイルに過大な電流を流すこ
となく必要な推力を有したうえで磁路を形成するだめの
ヨークをなくすことが出来、またそのために軸受に作用
するスラスト力もなくなるために小形で安価な軸受を使
用出来、全体として小形、軽量化出来且つ安価なリニア
モータ装置が得られる。

〔実施例〕

以下この発明によるリニアモータ装置の一実施例を図面
を参照して詳述する。

第１図乃至第３図に示すように固定子２１は磁路を形成
するためのヨークがなく成形されたプラスチックマグネ
ット２２により構成されており、また可動子２３も磁路
を形成するヨークがなくコイル２４によりＦＲ成される
。またプラスチックマグネット２２はコイル２４に対向
する部分と磁電変換器２５に対向する部分とが厚み方向
に着磁された着磁プラスチックマグネット２２゛となっ
ている。

このような構成のリニアモータユニットの複数個が第４
図に示すように着磁プラスチックマグネット２２”とコ
イル２４とを交互に配列したリニアモータ装置とされる
。隣接するリニアモータユニットの着磁プラスチックマ
グネット２２″はコイル２４を介して互いに異なる磁極
が対向される。

各コイル２４が着磁プラスチックマグネット２２′に挟
まれた構成になっている。また第４図に示すように最端
部（図で左端）になるコイル２４に対しては別途１列の
付加着磁プラスチックマグネット２２°°を配置し、さ
らに両端の外側にヨーク２６および２７が設けられてい
る。このときマグネット２２′の磁束Φは第４図におい
て矢印２８で示すようにリニアモータユニットをその配
列方向に順次通る径路で磁路を形成し、全てのコイル２
４に対して同様の界磁が加えられることになる。第６図
に示したように従来においてはリニアモータユニット毎
に閉しられた！ｆｆ路になっているのと異なる。

第２図を用いて固定子２１の構成を更に説明する。着磁
プラスチックマグぶント２２″は図に示すようにＮ極、
Ｓ極が所定のピッチで交互になるよう着磁されている。

ここで両端の磁極の幅のみ他の６１幅の１７２の幅にな
っているのは本出願人が昭和６３年４月２０日に出願し
た実願昭６３０５３９８１　ｒ可動磁石形すニア直流七
−タ」において述べであるようにリニアモータの磁石列
における両端部の漏洩磁束を小さくする効果を狙ったも
のである。また固定子２１のベースになるプラスチック
マグネット２２の一端部には基板２９が取付けられ、基
板２９の延長端部に、可動子２３の位置を検出するため
のセンサーとして磁気抵抗素子３１が可動子２３の可動
範囲の中心位置に取付けられ、さらに可動子２３側との
結線を呈すためのフレキシブル配線板３２の一端が基板
２９に固定されており、このパターン回路３２は基板２
９に印刷された回路（図示せず）を経由して外部端子３
３に導かれ、これよりリニアモータの制御回路（図示せ
ず）に接続される。

次に第３図を用いて可動子２３を更に説明する。

コイル２４と磁電変換器２５が３組図に示すようにフレ
キシブル配線板３２上に配置され、これらはフレキシブ
ル配線板３２に印刷された回路を経由して前述した固定
子２１の基板２９の外部端子３３へと導かれる。さらに
フレキシブル配線板３２上には固定子２１上の磁気抵抗
素子３１と対向する所定の位置にスケールマグ、ｉ＜　
ント３４が取付けられている。そうしてこれらコイル２
４と、磁電変換器２５と、スケールマグネット３４と、
フレキンプル配線板３２の一部とをモールド樹脂３５に
てモールドし、このモールド樹脂３５に軸受３６を取付
けて可動子２３が構成されている。

従ってこのリニアモータユニットは公知のように３相の
可動コイル形リニア直流モータになっている。この種の
リニアモータにおける推力は公知のように次式で表わさ
れる。

Ｆ＝４８　ｉ　ｌＮ ここで Ｆ　：　最大推力　　　　　　　　（Ｎ）Ｂ　；　コイ
ル部の空間磁束密度　〔Ｔ〕：　コイル電流　　　　　
　　［Ａ） ｌ　：　コイル存効長　　　　　　（ｍ３Ｎ　：　コイ
ル巻回数 いま同じコイルを有する同一の可動子を作動させる場合
ｉ、ｌ、Ｎの各値は一定と考えられるので磁束密度Ｂが
同じであれば同し推力Ｆが得られて同じ性能のリニアモ
ータになる。

従来技術の第５図に示すリニアモータにおいてヨーク１
２及び１４の厚みをそれぞれ１．５繭、コイル１１の厚
みを２．０　ｍ＋ａ、　磁石１３の厚みを２．０胴とし
磁石表面と対向するコイル面との間のスキ間を０．５１
１ＩＬ１１として全体の厚みを７．５　ｓとし、ヨーク
には軟鉄を用い、磁石には信越化学工業■製のネオジム
磁石Ｎ３５を用いた場合空間磁束密度は４　、０００ガ
ウス（＝０．、ＩＴ）が得られた。一方この実施例にお
いては第１図に示すようにコイル２４の厚みを同じ＜　
２．０　ｍｍとし、着磁プラスチックマグネット２２゛
の厚みを５．０鴫とし、コイル２４と着磁プラスチック
マグネット２２°間のスキ間を０、５　ｍｍとして全体
の厚みを同じ＜７．５ｍ＋＋＋になる構成にし、プラス
チックマグネット２２には住人金属鉱山■製の希土類プ
ラスチンクマグネッｈＷｅｌ１ｍａｘＰｌｏを用いてコ
イル部の空間磁束密度Ｂは４，０００ガウス以上が得ら
れ、十分な推力が得られた。これにより希土類金属磁石
のかわりに希土類プラスチックマグネットを用いること
が出来るために、磁石コストの低減、装置の軽量化、ヨ
ークをなくしたことによる部品点数の削減による組立工
数の低減などの効果をあげることが出来た。

この実施例においては上述したように希土類金属磁石を
希土類プラスチックマグネット化することによる効果を
狙ったが、この発明の他の実施例としてプラスチックマ
グネット２２と同様の構造とした希土類金属磁石を用い
るならば従来技術と同じ空間磁束密度をもたせるために
は磁石の厚みを薄くすることが出来、その分リニアモー
タユニットの厚みを薄くすることが可能になる。この場
合前述したような横編機の編針駆動用として使用すると
き編針の間隔をさらにつめることが可能になることを意
味し、より目の細かい編地の編成が可能な編機の編針駆
動用として用いることが可能になることを意味する。

また各リニアモータユニットにはヨークがないために固
定子と可動子間の磁気吸引力は存在しない、そのため固
定子と可動子を摺動可能にするための軸受に対するスラ
スト力もなくなり、軸受の負荷を大きく削減することが
出来、軸受耐久性の向上、摺動抵抗の低減化が可能とな
った。

〔発明の効果〕

この発明によるリニアモータ装置は前述のように構成さ
れ、各リニアモータユニットの間隔を変えない場合には
従来必要推力を得るため希土類金属磁石を使用せざるを
得なかった場合においてもヨークをなくしたスペースに
応じて磁石厚みを大きくとることにより希土類プラスチ
ックマグネットを用いても十分な推力を得ることが出来
るために、ユニットの低減、装置の軽量化、組立の容易
化などの格段の効果をあげることが出来、また例えば横
編機の編針駆動用として用いるなどの複数のリニアモー
タを並設して使用するような場合において、ヨークがな
くても十分な空間磁束密度が得られるため、各リニアモ
ータ装置全体の間隔を小さくしてより細かいピッチで可
動子を配置することが可能になり、より目の細かい編機
への応用が可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるリニアモータ装置の構成要素の
リニアモータユニットの一例を示す断面図、第２図は第
１図に示すＡ−Ａ’線での断面で固定子２１の構成を示
す図、第３図は第１図に示すＢ−Ｂ’線での断面で可動
子２３の構成を示す図、第４図はこの発明によるリニア
モータ装置全体を示す第１図のｃ−ｃ’線断面と対応す
る断面図で全体の構成と磁路の代表例を説明するための
図、第５図は従来のリニアモータを示す断面図、第６図
は従来のリニアモータを複数個並設した場合の磁路を説
明するための図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁路を形成するためのヨークを有しないコイルを
   有する可動子と、磁路を形成するためのヨークを有せず
   に上記可動子を摺動可能に支承する磁石を有する固定子
   とからなるリニアモータユニットの複数個が可動子と固
   定子とを交互に配して設けられ、隣接するリニアモータ
   ユニットの各磁石は互いに異なる磁極を可動子を介して
   対向させているリニアモータ装置。
2. （２）上記リニアモータユニット配列の両端に磁路を形
   成するためのヨークを有することを特徴とする請求項１
   記載のリニアモータ装置。
3. （３）上記コイルが界磁検知のための磁電変換器および
   または可動子の位置検出のためのスケールと共に樹脂モ
   ールドされて一体成形されて上記可動子を形成している
   ことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ装置。
4. （４）上記固定子がプラスチックマグネットで成形され
   、上記コイルに対向する部分のみ所定の磁極を形成する
   よう着磁されていることを特徴とする請求項１記載のリ
   ニアモータ装置。