JPH08186974A - 永久磁石界磁リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いかなる環境下でも永久磁石を確実に保護で
きる保護部材を備えた永久磁石界磁リニアモータを提供
する。 【構成】 リニアモータ１０の固定子１４は、磁性材料
からなる基部２２と、基部２２上に並置される複数の永
久磁石２４とを備える。基部２２は、永久磁石２４を支
持する支持面２６を有する支持部２８と、支持面２６の
長手方向両縁部から突出する対向壁面３０を有する一対
の壁３２とを備える。壁３２の壁面３０は、複数の永久
磁石２４を配置する凹所３４を支持面２６上に形成す
る。壁３２の頂面３６は、各永久磁石２４の電機子対向
面３８よりも僅かに遠く支持面２６から離れた位置に配
置される。基部２２の凹所３４には、複数の永久磁石２
４の表面を覆う保護部材４０が配置される。各壁３２の
頂面３６には、基部２２を機台に固定するための固定部
材用の複数の貫通孔４２及び座４４が穿設される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、界磁に永久磁石を用い
たリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば工作機械の主軸／テーブル
送り機構やＯＡ機器の磁気ヘッド駆動機構等、各種産業
機械の駆動部に、高速駆動が容易で静粛性に優れたリニ
アモータの使用が提案されている。この種のリニアモー
タのうち、リニア直流モータやリニア同期モータでは、
構造を単純にするために界磁に永久磁石を用いたものが
多用される傾向にある。

【０００３】一般に永久磁石界磁リニアモータは、基部
上に並置される複数の永久磁石を備えた界磁と、この界
磁との間に所定空隙を介して配置され、それら永久磁石
による磁界を順次横断する方向へ複数の永久磁石に対し
直線的に相対移動する巻線を備えた電機子とを具備す
る。界磁と電機子との相対移動方向へ隣合う永久磁石の
各電機子対向面には、交互にＮ極及びＳ極が形成され
る。従来のこの種のリニアモータでは、基部は鉄等の磁
性材料の平板からなり、その平坦な表面に複数の永久磁
石が例えば接着剤により固着される。

【０００４】さらに従来の永久磁石界磁リニアモータで
は、各永久磁石を外傷に対して保護するために、各永久
磁石の表面が樹脂部材によって被覆される。このような
樹脂部材は、複数の永久磁石を固着した基部を所定の型
内に配置し、型の壁と基部及び永久磁石との間に形成さ
れる凹所に樹脂材料を流し込み、かつ固化させることに
よって形成される。このような樹脂材料としては、エポ
キシ系樹脂が好適に使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】固定界磁形の永久磁石
界磁リニアモータでは、界磁を機台に取付けるために、
基部にボルト用の複数の貫通孔及び座が形成される。こ
れらの貫通孔及び座に樹脂材料が付着すると、ボルトに
よって界磁を機台に強固に固定することが困難になる。
したがって従来、基部に貫通孔及び座を形成する工程
は、永久磁石を保護するための樹脂部材の成形工程の後
に行なわれていた。

【０００６】しかしながら、樹脂部材で覆われた基部に
機械加工によって貫通孔及び座を形成すると、樹脂部材
と基部との接触面に剥離を生じたり、磁性材料の切削粉
が樹脂部材で覆われた永久磁石の表面に付着したりする
傾向があった。このようなリニアモータを油や切削粉が
飛散する環境で使用すると、樹脂部材と基部との剥離に
よる隙間に油が浸入し、基部の腐蝕の一因となる場合が
ある。また、樹脂部材には一般に粘性の高い樹脂材料を
用いるので、永久磁石の電機子対向面上に形成された保
護層は厚みが不均一になりがちである。そのような保護
層に磁性材料の切削粉が付着すると、厚みの薄い部分で
は永久磁石を損傷し易く、また空隙の磁束分布に影響を
及ぼす危惧が生じる。

【０００７】したがって本発明の目的は、永久磁石を支
持した基部に所望の機械加工を施した後に、永久磁石を
外傷に対して保護するための保護部材を所定位置に配置
でき、以ていかなる環境下でも永久磁石を確実に保護で
きる作動信頼性に優れた永久磁石界磁リニアモータを提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基部上に並置される複数の永久磁石を備
えた界磁と、界磁との間に所定空隙を介して配置され、
複数の永久磁石に対し直線的に相対移動する巻線を備え
た電機子とを具備する永久磁石界磁リニアモータにおい
て、基部は、複数の永久磁石を支持する支持面と、支持
面から突出して複数の永久磁石を配置する凹所を支持面
上に形成する壁とを備え、この壁と複数の永久磁石との
間に、複数の永久磁石の少なくとも電機子に対向する表
面を覆う保護部材を配置し、基部を物体に固定する固定
部材を挿入する貫通孔を壁の頂面から穿設したことを特
徴とする永久磁石界磁リニアモータを提供する。

【０００９】

【作用】基部に凹所を形成する壁は、保護部材として凹
所に樹脂材料を充填する場合に樹脂材料の型として作用
する。支持面からの壁の突出高さを永久磁石の厚みより
も大きくすれば、永久磁石の電機子対向面を保護部材で
覆ったときにも、壁の頂面は保護部材から分離される。
したがって、壁の頂面に固定部材用の貫通孔を穿設すれ
ば、貫通孔を形成する機械加工工程を保護部材の配置に
先立って行なうことが可能となる。また、支持面からの
壁の突出高さを永久磁石の厚みに等しくすれば、壁の頂
面は保護部材を支持する面としても作用する。この場
合、貫通孔を逃げる切欠部を保護部材に設けておけば、
やはり貫通孔を形成する機械加工工程を保護部材の配置
に先立って行なうことが可能となる。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその好
適な実施例に基づき詳細に説明する。図１及び図２は、
本発明の実施例による永久磁石界磁リニアモータ１０を
示す。リニアモータ１０は、電機子を可動子１２とし界
磁を固定子１４としたリニア同期モータである。可動子
１２は、珪素鋼板等の複数の磁性薄板材料の積層体から
なる略直方体形状の電機子鉄心１６と、電機子鉄心１６
の一表面に相互に略平行に凹設された複数のスロット１
８に収容される複数の電機子巻線２０とを備える。各電
機子巻線２０に例えば三相交流によって移動磁界が生じ
ると、移動磁界と固定子１４の磁極との間に作用する吸
引力及び反発力により、可動子１２が推力を付与されて
固定子１４に沿って直線的に移動する。なお、可動子１
２は図示しない支持／案内手段によって移動可能に支持
され、その移動中、可動子１２に作用する垂直力に抗し
て固定子１４との間に所定空隙を維持する。このような
可動子１２の構成は従来周知のものであり、様々な構成
の周知の電機子を可動子１２として使用できる。

【００１１】固定子１４は、鉄等の磁性材料からなる板
状の基部２２と、基部２２上に相互に略平行に並置され
る複数の永久磁石２４とを備える。基部２２は、複数の
永久磁石２４を直接に支持する略矩形の支持面２６を有
する支持部２８と、支持面２６の長手方向へ延びる両縁
部から略直立状に突出する対向壁面３０を有する一対の
壁３２とを備える。壁３２の壁面３０によって、複数の
永久磁石２４を配置する凹所３４が支持面２６上に形成
される。

【００１２】図２（ｂ）に明示されるように、壁面３０
の突出高さは永久磁石２４の厚みよりもやや大きくなっ
ている。すなわち壁３２の頂面３６は、各永久磁石２４
の電機子対向面３８よりも僅かに遠く支持面２６から離
れた位置に配置される。このような凹所３４は、例えば
鋳造、プレス、切削加工等によって基部２２に形成でき
る。或いは、壁３２を支持部２８とは別体に成形して、
周知の固定手段によりそれら別体の壁３２を支持部２８
の長手方向両縁部に固定することによって、凹所３４を
形成することもできる。この場合、別体の壁３２は、支
持部２８とは別の例えば非磁性材料から形成してもよ
い。

【００１３】各永久磁石２４は、略直方体形状を有し、
隣合う永久磁石２４が交互的に可動子１２に接近及び離
反する方向へ延びる磁束を形成する。すなわち、隣合う
永久磁石２４の電機子対向面３８に交互にＮ極及びＳ極
が形成される。なお各永久磁石２４は、周知のように例
えば接着剤によって基部２２の支持面２６に固着され
る。

【００１４】基部２２の凹所３４には、複数の永久磁石
２４の表面を覆う保護部材４０が配置される。保護部材
４０は、基部２２の支持面２６及び壁面３０と各永久磁
石２４の表面とに密接して、壁面３０の全高に及んで凹
所３４を埋め、各永久磁石２４を外傷に対して保護す
る。したがって各永久磁石２４の電機子対向面３８上に
は、壁面３０の突出高さと永久磁石２４の厚みとの差に
相当する厚みを有する保護部材４０の薄肉部分が配置さ
れる。なお薄肉部分の厚みは、可動子１２と固定子１４
との間の空隙の寸法に鑑みて、例えば０．１〜０．５mm
に形成される。

【００１５】このような保護部材４０は、複数の永久磁
石２４を支持面２６に固着した基部２２を所定の型（図
示せず）内に配置し、凹所３４に例えばエポキシ系樹脂
等の常温硬化又は熱硬化可能な樹脂材料を流し込み、か
つ固化させることによって形成される。この場合、基部
２２の一対の壁３２によって予め凹所３４が形成されて
いるので、基部２２を収容する型は、従来と異なり基部
２２の横断方向へ延びる一対の壁のみを有していればよ
く、型の設置が容易になるとともに型に関するコストが
削減される利点がある。

【００１６】固定子１４では、基部２２を機台（図示せ
ず）に固定するための固定部材（例えばボルト）用の複
数の貫通孔４２及び座４４が、一対の壁３２の頂面３６
に穿設される。前述のように壁３２の頂面３６は、樹脂
材料からなる保護部材４０から分離されているので、基
部２２の壁３２に貫通孔４２及び座４４を形成する機械
加工工程は、保護部材４０の成形工程に先立って行なう
ことができる。したがって固定子１４によれば、リニア
モータの製造時に貫通孔の形成工程に起因して保護部材
と基部との間に剥離が生じる課題や、保護部材で覆われ
た永久磁石の表面に磁性材料の切削粉が付着する課題が
排除される。故にリニアモータ１０は、油や切削粉が飛
散する劣悪な環境下でも、複数の永久磁石２４を外傷に
対し確実に保護することができ、作動信頼性に優れたも
のとなる。さらに、基部２２の凹所３４が切削加工によ
って形成される場合は、例えばマシニングセンタを使用
して一連の工程で凹所３４と貫通孔４２及び座４４とを
基部２２に形成できる利点がある。

【００１７】図３及び図４は、本発明の他の実施例によ
る永久磁石界磁リニアモータの固定子４６を示す。固定
子４６は図１の固定子１４と同様に、鉄等の磁性材料か
らなる板状の基部４８と、基部４８上に並置される複数
の永久磁石５０とを備える。基部４８は、複数の永久磁
石５０を直接に支持する略矩形の支持面５２を有する支
持部５４と、支持面５２の長手方向へ延びる両縁部から
略直立状に突出する対向壁面５６を有する一対の壁５８
と、支持面５２の横断方向へ延びる両縁部から略直立状
に突出する他の対向壁面６０を有する一対の壁部材６２
とを備える。

【００１８】壁部材６２は、好ましくはステンレスやア
ルミニウム等の非磁性材料からなり、ボルトや接着剤等
の周知の固定手段によって支持部５４の横断方向両縁部
に固定される（図４（ａ）参照）。したがって固定子４
６では、壁５８の壁面５６及び壁部材６２の壁面６０に
よって、複数の永久磁石５０を配置する凹所６４が支持
面５２上に形成される。壁５８及び壁部材６２の各頂面
６６及び６８は、各永久磁石５０の電機子対向面７０よ
りも、僅かに遠く支持面５２から離れた位置に配置され
る。

【００１９】各永久磁石５０は、図３に示すような八角
形の平面形状を有し、基部４８の長手方向すなわち固定
子４６に対する可動子の移動方向へ隣合う永久磁石５０
の電機子対向面７０に、交互にＮ極及びＳ極が形成され
る。また、基部４８の横断方向へ隣合う永久磁石５０の
電機子対向面７０には同一の磁極が形成される。永久磁
石５０の上記のような形状は、固定子４６と可動子（図
示せず）との間の空隙における磁束密度の空間分布を、
可動子の電機子巻線への供給電圧と同位相の正弦波状に
近似させて、永久磁石界磁リニアモータにおける推力の
変動（移動ムラ）を理論的に排除するための周知の形状
である。

【００２０】基部４８の凹所６４には、複数の永久磁石
５０を外傷に対して保護する保護部材として、支持面５
２及び壁面５６、６０と各永久磁石５０の側面とに密接
して、永久磁石５０の全高に及んで凹所６４を埋める樹
脂部材７２と、複数の永久磁石５０及び樹脂部材７２を
被覆して、各永久磁石５０の電機子対向面７０に密接配
置される保護層７４とを備える。保護層７４は、壁面５
６、６０の突出高さと永久磁石５０の厚みとの差に相当
する厚みを有する。

【００２１】樹脂部材７２は、複数の永久磁石５０を支
持面５２に固着した基部４８の凹所６４に、永久磁石５
０の電機子対向面７０の高さまで例えばエポキシ系の樹
脂材料を流し込み、かつ固化させることによって形成さ
れる。この場合、樹脂材料を受ける凹所６４は壁５８及
び壁部材６２によって予め形成されているので、基部４
８を収容する型は全く不要となり、製造工程が簡略化さ
れるとともに型に関するコストが削減される利点があ
る。

【００２２】また、図１の固定子１４における保護部材
４０では、粘性の高い樹脂材料を用いるので、各永久磁
石２４の電機子対向面３８上に配置される薄肉部分は厚
みが不均一になりがちである。そのような薄肉部分に切
削粉等の異物が付着すると、厚みの薄い部分では永久磁
石を損傷し易くなる。そのような危惧を排除するため
に、固定子４６では、樹脂部材７２とは別体の均一厚み
に形成された保護層７４が用いられる。

【００２３】保護層７４は、例えば樹脂部材７２と同一
の樹脂材料から形成できるが、保護機能をさらに向上さ
せるために、ステンレス、アルミニウム、銅等の非磁性
金属材料から形成することもできる。保護層７４は、基
部４８の凹所６４に流し込んだ樹脂部材７２の樹脂材料
が固化する前に、複数の永久磁石５０及び樹脂部材７２
を覆って置かれ、樹脂材料の固化に伴って樹脂部材７２
に固定される。なお保護層７４の厚みは、例えば０．１
〜０．５mm、好ましくは０．２〜０．４mmに設定され
る。保護層７４の厚みがこの範囲より小さいと、永久磁
石５０の電機子対向面７０に対する保護機能が不足し、
この範囲より大きいと可動子に接触する恐れが生じる。

【００２４】固定子４６では図１の固定子１４と同様
に、基部４８を機台（図示せず）に固定するためのボル
ト（図示せず）用の複数の貫通孔７６及び座７８が、一
対の壁５８の頂面６６に穿設される。前述のように壁５
８の頂面６６は、樹脂部材７２及び保護層７４から分離
されているので、壁５８に貫通孔７６及び座７８を形成
する機械加工工程は、樹脂部材７２の成形工程及び保護
層７４の固着工程に先立って行なうことができる。した
がって固定子４６においても、リニアモータの製造時に
貫通孔の形成工程に起因して保護部材と基部との間に剥
離が生じる課題や、保護部材で覆われた永久磁石の表面
に磁性材料の切削粉が付着する課題が排除される。

【００２５】図５は、本発明のさらに他の実施例による
永久磁石界磁リニアモータの固定子８０を示す。固定子
８０は図１の固定子１４と同様に、鉄等の磁性材料から
なる板状の基部８２と、基部８２上に並置される複数の
永久磁石８４とを備える。基部８２は、複数の永久磁石
８４を直接に支持する略矩形の支持面８６を有する支持
部８８と、支持面８６の長手方向へ延びる両縁部及びそ
れらの略中間部から略直立状に突出する２組の対向壁面
９０を有する３つの壁９２とを備える。したがって固定
子８０では、壁９２の壁面９０によって、複数の永久磁
石８４を配置する２つの凹所９４が支持面８６上に形成
される。各壁９２の頂面９６は、支持面８６に対して各
永久磁石８４の電機子対向面９８と同じ高さに配置され
る。

【００２６】各永久磁石８４は、図５（ａ）に示すよう
な平行四辺形の平面形状を有し、基部８２の長手方向へ
隣合う永久磁石８４の電機子対向面９８に、交互にＮ極
及びＳ極が形成される。また、中間の壁９２を挟んで基
部８２の横断方向へ隣合う永久磁石８４の電機子対向面
９８には同一の磁極が形成される。永久磁石８４の上記
のような形状は、図３の永久磁石５０と同様に、永久磁
石界磁リニアモータにおける推力の変動（移動ムラ）を
理論的に排除するための周知の形状である。

【００２７】固定子８０は、複数の永久磁石８４を外傷
に対して保護する保護部材として、複数の永久磁石５０
の電機子対向面７０及び各壁９２の頂面９６に密接配置
される保護層１００を備える。保護層１００は、エポキ
シ系樹脂等の樹脂材料や、ステンレス、アルミニウム、
銅等の非磁性金属材料から形成できる。保護層１００
は、凹所９４に配置された複数の永久磁石８４を覆って
置かれ、例えば接着剤により壁９２の頂面９６に固着さ
れる。この場合、各壁９２の頂面９６と各永久磁石８４
の電機子対向面９８とが同じ高さに配置されるので、保
護層１００の壁９２への固着が容易かつ確実に行なわれ
る。

【００２８】したがって、固定子８０の基部８２に図３
の壁部材６２のような横断方向へ延びる壁を設け、その
壁の頂面にも保護層１００を固着すれば、凹所９４が固
定子８０の外部空間に対し密閉される。その結果、固定
子８０では凹所９４に樹脂材料は充填されないが、永久
磁石８４に対する優れた保護機能が得られる。なお保護
層１００の厚みは、図４の保護層７４と同様に例えば
０．１〜０．５mm、好ましくは０．２〜０．４mmに設定
される。

【００２９】固定子８０では、基部８２を機台（図示せ
ず）に固定するためのボルト（図示せず）用の複数の貫
通孔１０２及び座１０４が、３つの壁９２の頂面９６に
穿設される。このような構成は、基部８２の支持部８８
の厚みが比較的薄くかつ支持面８６の面積が大きい場合
に、磁気吸引力による基部８２の変形を防止する観点で
有利である。保護層１００は、これら貫通孔１０２及び
座１０４に対応する位置に、座１０４の径よりも大きな
開口を有する切欠部１０６が設けられる。それにより、
壁９２に貫通孔１０２及び座１０４を形成する機械加工
工程は、保護層１００の固着工程に先立って行なうこと
が可能となる。したがって固定子８０においても、リニ
アモータの製造時に貫通孔の形成工程に起因して保護部
材と基部との間に剥離が生じる課題や、保護部材で覆わ
れた永久磁石の表面に磁性材料の切削粉が付着する課題
が排除される。

【００３０】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明はそれに限定されず、特許請求の
範囲の記載の範囲内で様々な変更が可能である。例えば
上記実施例において、界磁を可動子とし電機子を固定子
とすることもできる。その場合、前述の基部に設けた貫
通孔及び座部は、可動子の本体に基部を固定するために
使用できる。また上記実施例において、電機子を直流モ
ータの形態とすることにより、本発明を直流リニアモー
タに適用することもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、永久磁石界磁リニアモータの界磁の基部に、複数の
永久磁石を配置する凹所を形成する壁を設け、この壁と
複数の永久磁石との間に、複数の永久磁石の少なくとも
電機子対向面を覆う保護部材を配置し、壁の頂面に固定
部材用の貫通孔を穿設する構成としたから、貫通孔を保
護部材から容易に分離でき、貫通孔の形成工程を保護部
材の配置に先立って行なうことが可能となる。したがっ
て本発明によれば、リニアモータの製造時に、貫通孔の
形成工程に起因して保護部材と基部との間に剥離が生じ
る課題や、保護部材で覆われた永久磁石の表面に磁性材
料の切削粉が付着する課題が排除され、以ていかなる環
境下でも永久磁石を外傷に対し確実に保護できる作動信
頼性に優れた永久磁石界磁リニアモータが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による永久磁石界磁リニアモー
タの斜視図である。

【図２】図１のリニアモータにおける固定子の図で、
（ａ）部分平面図、及び（ｂ）線II−IIに沿った断面
図、である。

【図３】本発明の他の実施例による永久磁石界磁リニア
モータにおける固定子の平面図である。

【図４】図３の固定子の、（ａ）線ａ−ａに沿った断面
図、及び（ｂ）線ｂ−ｂに沿った断面図、である。

【図５】本発明のさらに他の実施例による永久磁石界磁
リニアモータにおける固定子の、（ａ）平面図、及び
（ｂ）線Ｖ−Ｖに沿った断面図、である。

【符号の説明】

１２…可動子 １４、４６、８０…固定子 １６…電機子鉄心 ２０…電機子巻線 ２２、４８、８２…基部 ２４、５０、８４…永久磁石 ２６、５２、８６…支持面 ２８、５４、８８…支持部 ３０、５６、６０、９０…壁面 ３２、５８、９２…壁 ３４、６４、９４…凹所 ３６、６６、６８、９６…頂面 ３８、７０、９８…電機子対向面 ４０…保護部材 ４２、７６、１０２…貫通孔 ４４、７８、１０４…座 ６２…壁部材 ７２…樹脂部材 ７４、１００…保護層 １０６…切欠部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基部上に並置される複数の永久磁石を備
   えた界磁と、該界磁との間に所定空隙を介して配置さ
   れ、該複数の永久磁石に対し直線的に相対移動する巻線
   を備えた電機子とを具備する永久磁石界磁リニアモータ
   において、 前記基部は、前記複数の永久磁石を支持する支持面と、
   該支持面から突出して該複数の永久磁石を配置する凹所
   を該支持面上に形成する壁とを備え、 前記壁と前記複数の永久磁石との間に、該複数の永久磁
   石の少なくとも前記電機子に対向する表面を覆う保護部
   材を配置し、 前記基部を物体に固定する固定部材を挿入する貫通孔
   を、前記壁の頂面から穿設したこと、を特徴とする永久
   磁石界磁リニアモータ。