JPH0739135A - 円筒形リニアパルスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの長さを長くせずに、そのストローク
長を長くする。 【構成】 内周面の軸方向に小歯２０が等ピッチで配設
された固定子１に、外周面の軸方向に小歯３０が同じ等
ピッチで配設された移動子５が、軸受部３１，３１を介
して、軸方向に移動自在に支持される円筒形リニアパル
スモータであり、前記軸受部の複数個の転動球体３３を
保持する保持部材３４には、転動球体３３が、移動子小
歯３０外周面を、軸方向に直接転動されるための案内溝
３５が３箇所以上設けられるとともに、各案内溝３５に
整列して転動する５以上の数Ｎ個の転動球体３３のう
ち、２個以上で移動子小歯３０外周面を支持させるため
には、移動子小歯３０のピッチをＰ，移動子小歯３０の
歯厚をｔ，整列した転動球体３３の中心間距離をｄとす
る比率ｔ／ＰおよびＰ／ｄが、所定の範囲に設定され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円筒形リニアパルスモ
ータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に、従来のよく知られている円筒形
リニアパルスモータの縦断面図を示す。

【０００３】図８において、前記円筒形リニアパルスモ
ータの固定子１００の固定子コア１０１，１０２，１０
３および１０４は、その外周縁部が厚さ方向に厚くなっ
た段付きのリング形状をしており、その内周面には軸方
向に等ピッチで複数個の固定子小歯１０５が配設されて
いる。そして、これら固定子コア１０１，１０２，１０
３および１０４は、フレーム１１６内に収容されてい
る。

【０００４】前記固定子コア１０１と１０２とは前記外
周縁部をつき合わせる形で組み合わされ、これにより形
成されるリング状の溝部には、リング状巻線１０６が挟
持されて１つの相を形成している。また、これと同様
に、前記固定子コア１０３と１０４との間に形成される
リング状の溝部には、リング状巻線１０７が挟持されて
他の１つの相を形成している。

【０００５】前記２つの相を形成している固定子コア１
０１，１０２と固定子コア１０３，１０４とは、その間
に軸方向に着磁されたリング状永久磁石１０８を挟持す
る形で、移動子１０９の軸方向に配置され、全体として
２相の固定子１００を構成している。

【０００６】移動子１０９は、移動子コア１１０と軸１
１１とからなり、該移動子コア１１０は、中空円筒形状
をなし、その外周面には複数個の移動子小歯１１２が、
固定子小歯１０５の歯ピッチと同じに、軸方向に等ピッ
チで配設され、該移動子コア１１０の中空部には、前記
軸１１１が貫通挿着されている。そして、該移動子１０
９は、固定子１００の両端に、一対のブラケット１１
７，１１８を介して設けられた一対の軸受１１９，１２
０により、軸方向に移動可能に支持されている。

【０００７】前記軸受１１９，１２０は、通常、スライ
ドブッシュ，リニアブッシュ，リニアベアリングなどと
呼ばれるもので、円筒状の外筒と、複数個の転動球体
と、保持具とからなる。

【０００８】前記複数個の転動球体は、前記外筒と前記
軸１１１の外周面との間にあって、該外周面を前記軸方
向に直接、転動しながら前記軸１１１を支持する。前記
保持具は、前記複数個の転動球体を前記外筒とともに保
持するもので、該転動球体を、前記軸方向に整列して、
前記軸１１１の外周面を転動させるための案内溝と、該
球体を循環するように返送させるための返送溝とからな
る循環溝が、内周面に複数個、等ピッチで配設されてい
る

【０００９】前記固定子小歯１０５と移動子小歯１１２
とは、以下の位置関係にある。すなわち、固定子コア１
０４に配設された固定子小歯１０５が移動子小歯１１２
と丁度向き合っているとき、固定子コア１０３に配設さ
れた固定子小歯１０５は、移動子小歯１１２に対して
（または、固定子コア１０４に比較して）、歯ピッチの
２／４だけ軸方向にずれた位置にあり、移動子小歯１１
２の歯底部に対向している。また、固定子コア１０２に
配設された固定子小歯１０５は、同様に、歯ピッチの１
／４だけ軸方向にずれた位置にある。さらに、固定子コ
ア１０１に配設された固定子小歯１０５は、同様に、歯
ピッチの３／４だけ軸方向にずれた位置にある。

【００１０】そして、入力パルスに応じて、前記リング
状巻線１０６および１０７に所定の順序で通電すること
により、各固定子小歯１０５と移動子小歯１１２との間
に順次磁束を発生させて、移動子１０９をステップ状に
歩進動作させるようになっており、前記円筒形リニアパ
ルスモータは、基本移動量が移動子小歯１１２の歯ピッ
チの１／４の２相ハイブリッド型リニアパルスモータを
構成している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
成の円筒形リニアパルスモータは、移動子軸１１１を前
記軸受１１９，１２０で支持する構造であるため、次の
ような問題点があった。

【００１２】（１） ストローク長は、移動子コアの長
さと固定子の長さとの差に限定される。 （２） モータの長さは、移動子コアの長さとストロー
ク長との和以上必要となる。 （３） 前記ストローク長を長くするためには、前記モ
ータの長さを長くする必要がある。

【００１３】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、モータの長さを長くせ
ずに、そのストローク長を長くできる円筒形リニアパル
スモータを提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、軸受部として特別な
工夫を必要とせず、従来からスライドブッシュ，リニア
ブッシュ，リニアベアリングなどと呼ばれているものが
使用できるとともに、簡単な構成で長ストローク化が可
能な円筒形リニアパルスモータを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、次のとおりである。

【００１６】（１） 内周面に沿って配設された磁極
に、巻線が巻回された円筒状の固定子と、該固定子の軸
心と同心に、軸方向に移動自在に支持され、かつ外周部
に、該軸方向に沿って複数個の移動子小歯が等ピッチで
配設された移動子とからなる円筒形リニアパルスモータ
において、

【００１７】前記固定子の両端に、一対のブラケットを
介して設けられた一対の軸受部のそれぞれは、円筒状の
外筒と、複数個の転動球体と、前記外筒と前記移動子小
歯外周面との間にあって、前記転動球体が、前記移動子
小歯外周面を、前記軸方向に整列して、直接転動される
ための案内溝と、循環するように返送される返送溝とか
らなる循環溝が、内周面に３箇所以上、等ピッチで設け
られた保持部材とを備え、前記各案内溝に整列して転動
する５以上の数Ｎ個の転動球体のうち、２個以上によ
り、前記移動子小歯外周面を支持させるために、前記移
動子小歯のピッチをＰ，該移動子小歯の歯厚をｔ，前記
整列した転動球体の中心間距離をｄとするとき、比率ｔ
／ＰおよびＰ／ｄが、所定の範囲に設定されることを特
徴とする。

【００１８】（２） 前記固定子が、内周面の軸方向に
複数の固定子小歯が等ピッチで配設された固定子コアで
あって、軸方向に２個配設された固定子コアと、前記２
個の固定子コアの間に挟持され軸方向に着磁された永久
磁石と、前記巻線として、前記２個の固定子コアの重な
り合う２つの突極にまたがってそれぞれ巻回された固定
子巻線とを有し、前記永久磁石の軸方向の厚さは、前記
２個の固定子コアに軸方向に配設されたそれぞれの固定
子小歯の中心間の距離が歯ピッチの（Ｋ＋０．５）倍
（Ｋは正の整数とする）となるように設定され、前記固
定子小歯が、前記固定子コアを形成する固定子鉄板を所
定の角度で回転積層することにより形成されることを特
徴とする。

【００１９】

【作用】前記のように構成された円筒形リニアパルスモ
ータは、移動子外周面を、直接、軸受部で支持する構造
であるため、該モータの長さを長くしないで、そのスト
ローク長を長くすることができる。

【００２０】また、前記円筒形リニアパルスモータは、
その移動子小歯の外周面に、軸方向に該小歯の歯先部
が、歯底部を間に、断続的に等ピッチで配設されてお
り、軸受部の各案内溝内に、軸方向に整列して、前記小
歯外周面に直接転動される複数個の転動球体のうち２個
以上が、前記小歯の歯先部に、直接当接して支持するこ
とが可能である。

【００２１】そして、巻線は各突極に巻回される形で固
定子コア内の周方向に配置されるため、アンペア導体数
を大きくとることができ、小型で高推力なリニアパルス
モータが構成される。さらに、固定子鉄板を回転積層す
ることにより、固定子コアを形成することができ、従来
の回転形ステッピングモータの積層コア技術を適用する
ことができ、生産性も優れている

【００２２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例
を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明の円筒形リ
ニアパルスモータの一実施例を示す縦断面図、図２は図
１のII−II線による横断面図である。

【００２３】図１および図２において、固定子１の固定
子コア２に配設された８個の突極１１ないし１８、およ
び固定子コア３に配設された８個の突極２１ないし２８
には、それぞれ、その内周面の軸方向に複数個の固定子
小歯２０が等ピッチで配設されている。

【００２４】固定子巻線Ｗ１は、固定子コア２と３の重
なり合う２つの突極１１と２１にまたがって巻回されて
いる。これと同様に、固定子巻線Ｗ２，Ｗ３ないしＷ８
も、固定子コア２と３の重なり合うそれぞれ２つの突極
１２と２２，１３と２３ないし１８と２８に、それぞれ
またがって巻回されている。

【００２５】永久磁石４は、固定子コア２と３との間に
挟持され、軸方向に着磁されている。該永久磁石４の軸
方向の厚さは、前記２個の固定子コア２と３に配設され
たそれぞれの固定子小歯２０の中心間の距離が歯ピッチ
の（Ｋ＋０．５）倍（Ｋは正の整数とする）となるよう
に設定されている。このように構成された前記固定子１
は、フレーム１９内に収容されている。

【００２６】移動子５は移動子コアと一体的に形成さ
れ、かつ移動子軸を兼用している。該移動子５の外周面
の軸方向には、固定子小歯２０の歯ピッチと同じで、か
つ等ピッチで、複数個のリング状の移動子小歯３０（歯
先部３０ａと歯底部３０ｂ）が、転造、または研削など
の機械加工により形成されており、該移動子小歯３０の
表面は耐摩耗性を持たせるための処理が施されている。
そして、前記移動子小歯３０の歯底部３０ｂには、非磁
性部材３０ｃが充填，固着されて、前記移動子５の外周
面は同一径の円柱外周面を形成している。

【００２７】固定子１の両端には、一対のブラケット
６，７を介して設けられた一対の同形の軸受３１，３１
があり、該軸受３１，３１により前記移動子５が、その
外周面を、軸方向に移動可能に、支持されている。

【００２８】図３は、前記軸受３１の一部拡大縦断面図
であり、該軸受３１は、通常、スライドブッシュ，リニ
アブッシュ，リニアベアリングなどと呼ばれるもので、
円筒状の外筒３２と、複数個の転動球体３３と、保持具
３４とからなる。

【００２９】前記複数個の転動球体３３は、前記外筒３
１と前記移動子５の外周面との間にあって、該外周面を
前記軸方向に直接、転動しながら前記移動子５を支持す
る。前記保持具３４は、前記複数個の転動球体３３を前
記外筒３１とともに保持するもので、該転動球体３３
を、前記軸方向に整列して、前記移動子５の外周面上を
転動させるための案内溝３５と、該球体３３を循環する
ように返送させるための返送溝３６とからなる循環溝３
７が、内周面の円周方向に３箇所以上、等ピッチで配設
（本実施例では、９０度ピッチで４箇所に配設）されて
いる。図３に示すように、前記案内溝３５の一端から出
た転動球体３３は、前記返送溝３６のなかを通って、再
び前記案内溝３５の他端から戻されるように循環する。

【００３０】図４は、前記軸受３１の案内溝３５内に整
列された複数個の転動球体３２と、前記移動子小歯３０
との軸方向の位置関係を示す図である。図４において、
前記案内溝３５に整列して転動する転動球体３３の数が
Ｎ個（同図ではＮ＝９個を示す。）、前記移動子小歯３
０のピッチをＰ，該移動子小歯３０の歯先部３０ａの歯
厚をｔ，互いに隣接した前記転動球体３３の中心間距離
をｄとし、前記整列した転動球体３３Ｎ個のうち、２個
以上が、前記移動子小歯３０の歯先部３０ａに直接当接
して、前記移動子５を支持するために、比率ｔ／Ｐ＝
０．３５〜０．６の範囲における比率Ｐ／ｄの範囲は、
Ｎの各値に対して幾何学を基にコンピュータ解析したと
ころ、次の表のとおりとなった。

【００３１】

【表２】

【００３２】今、移動子小歯３０のピッチＰ＝２ｍｍ，
移動子小歯３０の歯先部３０ａの歯厚ｔ＝１ｍｍ，互い
に隣接した転動球体３３の中心間距離ｄ＝３ｍｍで、案
内溝３５に整列される転動球体３３の数Ｎ＝９個の場
合、比率ｔ／Ｐ＝０．５，Ｐ／ｄ＝０．６６７で、前記
範囲内に設定されており、２個以上の転動球体３３が前
記移動子小歯３０の歯先部３０ａに当接して、前記移動
子５を支持する。

【００３３】なお、図１から前記軸受３１の案内溝３５
が、その内周面に、内周方向に９０度の等ピッチで４箇
所に設けられているが、該円周方向に配設する案内溝３
５の数は、移動子５の荷重により、適宜３以上の箇所を
選択すればよい。

【００３４】このように、移動子小歯３０の外周面を前
記転動球体３３が転動するとき、前記移動子小歯３０の
歯先部３０ａに、直接当接する前記転動球体３３の数
は、前記比率ｔ／ＰおよびＰ／ｄに依存して変化するこ
とになる。前記の場合、Ｎ＝９個整列した転動球体３３
のうち、４個、または５個が常に移動子小歯３０の歯先
部３０ａに、直接当接して、移動子５を支持することに
なる。

【００３５】前記移動子小歯３０の歯先部３０ａに当接
しない、残りの転動球体３３は、該小歯３０の歯底部３
０ｂに充填された非磁性部材３０ｃを介して、間接的に
前記移動子５を支持することなる。しかし、機械的な支
持は、前記小歯３０の歯先部３０ａで行なうので、前記
非磁性部材３０ｃには機械的強度を要求されない。ま
た、前記非磁性部材３０ｃの部分は、前記歯先部３０ａ
と同一円周面に仕上げる必要もないため、使用可能な非
磁性部材３０ｃの自由度が増し、また、移動子５の製作
が容易になる。

【００３６】なお、図２における溝４０は、前記移動子
５の外周面に、軸方向に設けられた溝である。該溝４０
を、固定子コア２の突極１１ないし１８および固定子コ
ア３の突極２１ないし２８のそれぞれの突極間に形成さ
れる巻線挿入口２９とほぼ同じ幅にし、該固定子巻線挿
入口２９に対向させることにより、該溝４０は、移動子
５の回転方向の動きを磁気的吸引力により抑制する効果
を発揮する。したがって、この溝４０は、特になくても
動作上問題はない。

【００３７】次に、図５は、図２の固定子コア２を形成
している固定子鉄板５０を示したものである。８個の突
極Ｐ１ないしＰ８のうちＰ１、Ｐ２、Ｐ５およびＰ６は
内径寸法の小さい突極であり、固定子コアの歯先部を構
成する。また、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ７およびＰ８は内径寸法
の大きな突極であり、固定子コアの歯底部を構成する。

【００３８】図６は、前記固定子鉄板５０を４５度ずつ
右回りに回転積層したときの８個の突極１１ないし１８
の様子を、移動子側からみたものである。黒い部分（ハ
ッチングのある部分）が固定子小歯２０の歯先部を、白
い部分（ハッチングのない部分）がその歯底部を示して
いる。固定子鉄板５０の厚さをｔ₀ とすると、回転積層
することにより、各突極には、歯ピッチが４・ｔ₀ 、歯
厚が２・ｔ₀ の固定子小歯２０が形成される。しかも、
突極１１を基準としたとき、突極１２の小歯は歯ピッチ
の１／４が、突極１３の小歯は歯ピッチの２／４が、突
極１４の小歯は歯ピッチの３／４が、それぞれずれてい
る。また、突極１５，１６，１７，１８の小歯はそれぞ
れ突極１１，１２，１３，１４の小歯と同じ位置関係に
ある。なお、前記固定子コア３についても同様である。

【００３９】一方、固定子コア２と３の重なり合う各突
極の固定子小歯２０の位置関係は、永久磁石４の軸方向
の厚さを上述のように調整することにより、Ｋを正の整
数としたとき、小歯間の距離が歯ピッチの（Ｋ＋０．
５）倍となるように設定されている。そのため、突極１
１を基準にしたとき、突極２１の小歯は歯ピッチの２／
４ずれる。また、突極２２，２３ないし２８のそれぞれ
の小歯は、それぞれ歯ピッチの３／４、４／４、１／
４、２／４、３／４、４／４、１／４ずれることとな
る。

【００４０】したがって、図７に示すように、巻線Ｗ１
とＷ５が巻回される突極をＡ相、巻線Ｗ３とＷ７が巻回
される突極をインバースＡ相（Ａの逆相）となるように
結線して一つの相とし、巻線Ｗ２とＷ４が巻回される突
極をＢ相、巻線Ｗ６とＷ８が巻回される突極をインバー
スＢ相（Ｂの逆相）となるように結線してもう一つの相
とすることにより、２相のハイブリッド型リニアパルス
モータを構成することができる。このときのステップご
との基本移動量は、歯ピッチの１／４、すなわち固定子
鉄板の厚さｔ₀ となる。

【００４１】そして、入力パルスに応じて、各相巻線を
所定の順序で順次励磁していくことにより、各固定子小
歯２０と移動子小歯３０との間に順次磁束を発生させて
移動子５をステップ状に歩進動作させることができる。

【００４２】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果す他の
態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構
成の範囲内において種々の変更，付加が可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の円筒形リニアパルスモータによれば軸受部の各案内溝
内に、軸方向に整列して、該モータの移動子小歯外周面
に直接転動される複数個の転動球体のうち２個以上が、
前記移動子小歯外周面を支持させるためには、前記移動
子小歯のピッチをＰ，該移動子小歯の歯厚をｔ，前記整
列した転動球体の中心間距離をｄとする、比率ｔ／Ｐお
よびＰ／ｄが、所定の範囲に設定されるので、前記モー
タの長さを長くせずに、そのストローク長を長くするこ
とができる。

【００４４】前記軸受部として、従来からあるスライド
ブッシュ，リニアブッシュ，リニアベアリングなどが使
用できるとともに、簡単な構成で、該モータのストロー
ク長を長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒形リニアパルスモータの一実施例
を示す縦断面図である。

【図２】図１のII−II線による横断面図である。

【図３】軸受の一部拡大縦断面図である。

【図４】軸受の転動球体と移動子小歯との軸方向の位置
関係を示す図である。

【図５】固定子コアを形成する固定子鉄板の平面図であ
る。

【図６】図５の固定子鉄板を所定角回転積層したときに
形成される固定子小歯部を移動子側から見た展開図であ
る。

【図７】固定子巻線の結線図である。

【図８】従来の円筒形リニアパルスモータの縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 固定子 ２，３ 固定子コア ４ 永久磁石 ５ 移動子 ６，７ ブラケット ２０ 固定子小歯 ３０ 移動子小歯 ３０ａ 歯先部 ３０ｂ 歯底部 ３０ｃ 非磁性部材 ３１ 軸受 ３２ 外筒 ３３ 転動球体 ３４ 保持具 ３５ 案内溝 ３６ 返送溝 ３７ 循環溝 ｄ 互いに隣接した転動球体の中心間距離 Ｋ 正の整数 Ｎ 整列した転動球体の数 Ｐ 移動子小歯のピッチ ｔ 移動子小歯の歯厚 Ｗ１，Ｗ２，…Ｗ８ 固定子巻線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に沿って配設された磁極に、巻線
   が巻回された円筒状の固定子と、該固定子の軸心と同心
   に、軸方向に移動自在に支持され、かつ外周部に、該軸
   方向に沿って複数個の移動子小歯が等ピッチで配設され
   た移動子とからなる円筒形リニアパルスモータにおい
   て、 前記固定子の両端に、一対のブラケットを介して設けら
   れた一対の軸受部のそれぞれは、円筒状の外筒と、複数
   個の転動球体と、前記外筒と前記移動子小歯外周面との
   間にあって、前記転動球体が、前記移動子小歯外周面
   を、前記軸方向に整列して、直接転動されるための案内
   溝と、循環するように返送される返送溝とからなる循環
   溝が、内周面に３箇所以上、等ピッチで設けられた保持
   部材とを備え、 前記各案内溝に整列して転動する５以上の数Ｎ個の転動
   球体のうち、２個以上により、前記移動子小歯外周面を
   支持させるために、前記移動子小歯のピッチをＰ，該移
   動子小歯の歯厚をｔ，前記整列した転動球体の中心間距
   離をｄとするとき、比率ｔ／ＰおよびＰ／ｄが、表１の
   範囲に設定されることを特徴とする円筒形リニアパルス
   モータ。 【表１】
2. 【請求項２】 前記固定子が、内周面の軸方向に複数の
   固定子小歯が等ピッチで配設された固定子コアであっ
   て、軸方向に２個配設された固定子コアと、前記２個の
   固定子コアの間に挟持され軸方向に着磁された永久磁石
   と、前記巻線として、前記２個の固定子コアの重なり合
   う２つの突極にまたがってそれぞれ巻回された固定子巻
   線とを有し、 前記永久磁石の軸方向の厚さは、前記２個の固定子コア
   に軸方向に配設されたそれぞれの固定子小歯の中心間の
   距離が歯ピッチの（Ｋ＋０．５）倍（Ｋは正の整数とす
   る）となるように設定され、 前記固定子小歯が、前記固定子コアを形成する固定子鉄
   板を所定の角度で回転積層することにより形成されるこ
   とを特徴とする請求項１の円筒形リニアパルスモータ。