JPH0847233A - 単極形リニア直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子に所定の間隔を隔て複数の第１の永久
磁石を配列し、可動子に第２の永久磁石を装着すること
で、単極形リニア直流モータの小型化、軽量化、大推力
化および低価格化を伴う長ストローク化を図る。 【構成】 固定子１１は、円筒状を成すセンタ・ヨーク
１２と、その外側円筒面に間隔２１を隔て所定数配列さ
れる円筒状を成す第１の永久磁石１３と、その外側円筒
面に所定数配列されるコイル１７とにより同軸円筒状に
構成される。可動子１６は、円筒状を成す第２の永久磁
石２０により構成され、コイル１７の外側円筒面に対し
て間隙２３を隔て同軸円筒状に配置される。第１の永久
磁石１３と第２の永久磁石２０とは、コイル１７と間隙
２３とを介して、それぞれ異なる極性を有する磁極面が
相対するように形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型化、軽量化、大推
力化および低価格化が可能な長ストローク化を目的とし
た単極形リニア直流モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リニア直流モータは、コイルに
流れる電流Ｉ［Ａ］とコイルに鎖交する磁束Φ［ｗｂ］
との相対関係により、単極形リニア直流モータと多極形
リニア直流モータとに分類され、固定子および可動子の
形状により、円筒形リニア直流モータと平板形リニア直
流モータとに分類され、更に、可動子の構成要素によ
り、コイル可動形リニア直流モータと永久磁石可動形リ
ニア直流モータとに大きく分類される。

【０００３】単極形リニア直流モータは、可動子の位置
にかかわらずコイルに鎖交する磁束Φ［ｗｂ］の方向が
常に一定である構造を有し、多極形リニア直流モータ
は、コイルに鎖交する磁束Φ［ｗｂ］の方向が可動子の
移動に伴い所定の間隔をもって変化する構造を有するも
のである。

【０００４】単極形リニア直流モータは、他の形式のリ
ニア・モータ（多極形リニア直流モータ、リニア誘導モ
ータ、リニア同期モータあるいはリニア・パルスモータ
等）に対して、極めて優れた推力のリニアリティーを有
し、可動子の位置にかかわらずコイルを鎖交する磁束の
方向が常に一定であり、位置検出センサーを装着するこ
とにより全ストロークにわたっての位置制御、速度制御
および推力制御を容易にするものである。しかし、長ス
トローク化に際しては、大型化、大重量化および高価格
化を来すものであり、実用化されている単極形リニア直
流モータの最長ストロークは１００［ｍｍ］程度であ
り、３００［ｍｍ］を越えるストロークに対応すること
は実用上不可能とされている。

【０００５】図１ないし図３に示す単極形リニア直流モ
ータの従来例に従い、構造および動作を説明する。

【０００６】図１は、磁気回路を形成する固定子１と、
コイル７より成る可動子６とを主に構成される円筒状を
成す単極形リニア直流モータ（コイル可動形）を示すも
のである。

【０００７】固定子１は、円筒状を成すセンタ・ヨーク
２と、センタ・ヨーク２の外側円筒面に同軸円筒状に固
着される円筒状を成す永久磁石３と、永久磁石３の外側
円筒面に対し所定の間隔を隔て同軸円筒状に配置される
バック・ヨーク４と、バック・ヨーク４の両端開口部に
センタ・ヨーク２と共に固着される一対のサイド・ヨー
ク５とを主に構成され、永久磁石３は、外側円筒面と内
側円筒面とがそれぞれ異なる極性を有する磁極面と成る
ように形成される。

【０００８】可動子６は、固定子１を構成する永久磁石
３の外側円筒面に所定の間隙８を隔て巻装されるコイル
７を主に構成され、永久磁石３の外側円筒面とバック・
ヨーク４の内側円筒面とが形成する円筒状を成す空間９
内を、固定子１の一部を間隙８を隔て貫通させ、矢印Ａ
方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造を有する
ものである。

【０００９】可動子６は、コイル７に所定の方向と所定
の大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向
あるいは矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ
［Ｎ］をもって移動し、コイル７に異なる方向と所定の
大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に
所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００１０】図２は、磁気回路を形成する固定子１と、
コイル７より成る可動子６とを主に構成される平板状を
成す単極形リニア直流モータ（コイル可動形）を示すも
のである。

【００１１】固定子１は、平板状を成すセンタ・ヨーク
２と、一対のサイド・ヨーク５と、センタ・ヨーク７に
サイド・ヨーク５を介して所定の間隔を隔て相対するよ
うに配置される平板状を成すバック・ヨーク４と、バッ
ク・ヨーク４のセンタ・ヨーク２への相対面に固着され
る平板状を成す永久磁石３とを主に構成され、永久磁石
３は、バック・ヨーク４への固着面とセンタ・ヨーク２
への相対面とがそれぞれ異なる極性を有する磁極面と成
るように形成される。

【００１２】可動子６は、固定子１を構成するセンタ・
ヨーク２に所定の間隙８を隔て巻装されるコイル７を主
に構成され、センタ・ヨーク２と永久磁石３との、それ
ぞれの相対面が形成する矩形状断面を有する空間９内
を、センタ・ヨーク２を所定の間隙８を隔て貫通させ、
矢印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造
を有するものである。

【００１３】可動子６は、コイル７に所定の方向と所定
の大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向
あるいは矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ
［Ｎ］をもって移動し、コイル７に異なる方向と所定の
大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に
所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００１４】図３は、磁路を構成する各種ヨークおよび
コイル７より成る固定子１と、永久磁石３より成る可動
子６とを主に構成される円筒状を成す単極形リニア直流
モータ（永久磁石可動形）を示すものである。

【００１５】固定子１は、円筒状を成すセンタ・ヨーク
２と、センタ・ヨーク２の外側円筒面に同軸円筒状に巻
装される円筒状を成すコイル７と、コイル７の外側円筒
面に対し所定の間隔を隔て同軸円筒状に配置されるバッ
ク・ヨーク４と、バック・ヨーク４の両端開口部にセン
タ・ヨーク２と共に固着される一対のサイド・ヨーク５
とを主に構成される。

【００１６】可動子６は、固定子１を構成するコイル７
の外側円筒面に対して所定の間隙８を隔て配置される円
筒状を成す永久磁石３を主に構成され、コイル７の外側
円筒面とバック・ヨーク４の内側円筒面とが形成する円
筒状を成す空間９内を、固定子１の一部を間隙８を隔て
貫通させ、矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し
得る構造を有するものである。永久磁石３の外側円筒面
と内側円筒面とは、それぞれ異なる極性を有する磁極面
と成るように形成される。

【００１７】可動子６は、コイル７に所定の方向と所定
の大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向
あるいは矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ
［Ｎ］をもって移動し、コイル７に異なる方向と所定の
大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に
所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００１８】図１ないし図３に示す従来の単極形リニア
直流モータは、長ストローク化に際して、磁路を構成す
る各種ヨークの断面積を広くせねば成らず、大型化、大
重量化および高価格化を来す欠点を有するものである。
更に、ストロークの増加は、磁路長を増加させ、永久磁
石端部からの漏洩磁束を増加させる。漏洩磁束の増加
は、推力の減少と推力のリニアリティーの悪化とを来す
欠点をリニア直流モータに与えるものである。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の単極形リニア直流モータが長ストローク化
に対応できない点である。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の単極形リニア直
流モータは、前記課題を解決するために、下記のように
構成することにより、小型化、軽量化、高推力化、低価
格化および推力のリニアリティーの向上を伴う長ストロ
ーク化という目的を実現した。 （１）コイル可動形にあっては、固定子を構成する第１
の永久磁石を所定の間隔を隔て複数配列させ、可動子を
構成するコイルの周囲に第２の永久磁石を装着し、固定
子を構成する第１の永久磁石と可動子を構成する第２の
永久磁石との相対面がそれぞれ異なる極性を有する磁極
面に成るように構成する。 （２）永久磁石可動形にあっては、固定子を構成する第
１の永久磁石を所定の間隔を隔て複数配列させ、第１の
永久磁石の周囲にそれぞれコイルを複数巻装し、固定子
を構成する第１の永久磁石と可動子を構成する第２の永
久磁石との相対面がそれぞれ異なる極性を有する磁極面
に成るように構成する。

【００２１】

【作用】従って、本発明の単極形リニア直流モータによ
れば、固定子を構成する第１の永久磁石を所定の間隔を
隔て複数配列させ、第１の永久磁石と可動子を構成する
第２の永久磁石とを、それぞれ異なる極性を有する磁極
面が相対するように構成することにより、推力の発生に
関与する磁路を短くし、コイルに鎖交する磁束を収束さ
せ、更に、永久磁石より発生する磁束Φ［ｗｂ］の磁路
を分散させるので、優れた推力のリニアリティーを有す
る小型化、軽量化、大推力化および低価格化を伴う長ス
トローク化が可能と成る。即ち、単極形リニア直流モー
タの特性を活かした長ストローク化を可能とするもので
ある。

【００２２】

【実施例】図４ないし図１３に示す本発明の単極形リニ
ア直流モータの実施例に従い、構造および動作を説明す
る。

【００２３】図４は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第１の実施例を示す斜視断面図であり、磁路を構成す
るセンタ・ヨーク１２および第１の永久磁石１３より成
る固定子１１と、コイル１７および第２の永久磁石２０
より成る可動子１６とを主に構成される円筒状を成す単
極形リニア直流モータ（コイル可動形）を示すものであ
る。

【００２４】固定子１１は、円筒状を成すセンタ・ヨー
ク１２と、幅２２を有する円筒状を成す複数の第１の永
久磁石１３とを主に同軸円筒状に構成され、第１の永久
磁石１３は、センタ・ヨーク１２の外側円筒面に間隔２
１を隔て所定数配列（図面では８個を配列）される。

【００２５】可動子１６は、幅２４を有する円筒状を成
すコイル１７と、幅２４を有する円筒状を成す第２の永
久磁石２０とを主に同軸円筒状に構成され、第２の永久
磁石２０は、コイル１７の外側円筒面に電気的に絶縁さ
れ固着される。

【００２６】固定子１１を構成する第１の永久磁石１３
の外側円筒面と、可動子１６を構成する第２の永久磁石
２０の内側円筒面とは、コイル１７と間隙２３とを介し
て相対し、それぞれ異なる極性を有する磁極面と成るよ
うに構成される。

【００２７】可動子１６は、可動子１６を構成するコイ
ル１７の内側円筒面が、固定子を構成する第１の永久磁
石１３の外側円筒面に対して間隙２３を隔て、矢印Ａ方
向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に構成さ
れ、コイル１７に所定の方向と所定の大きさとを有する
電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向
に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動し、
コイル１７に異なる方向と所定の大きさとを有する電流
Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に所定の大きさを有する
推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００２８】図５は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第２の実施例を示す斜視断面図であり、磁路を構成す
るセンタ・ヨーク１２、第１の永久磁石１３および第１
の永久磁石２６より成る固定子１１と、コイル１７、第
２の永久磁石２０および第２の永久磁石２７より成る可
動子１６とを主に構成される平板状を成す単極形リニア
直流モータ（コイル可動形）を示すものである。

【００２９】固定子１１は、平板状を成すセンタ・ヨー
ク１２と、幅２２を有する平板状を成す複数の第１の永
久磁石１３と、幅２２を有する平板状を成す複数の第１
の永久磁石２６とを主に構成される。第１の永久磁石１
３は、センタ・ヨーク１２の１つの外側平面に間隔２１
を隔て所定数配列（図面では８個を配列）され、第１の
永久磁石２６は、センタ・ヨーク１２の前記外側平面に
相対する他の外側平面に間隔２１を隔て所定数配列（図
面では８個を配列）される。

【００３０】可動子１６は、幅２４を有するコイル１７
と、幅２４を有する平板状をなす第２の永久磁石２０
と、幅２４を有する平板状を成す第２の永久磁石２７と
を主に構成される。第２の永久磁石２０は、第１の永久
磁石１３に相対するコイル１７の外側を構成する平面に
電気的に絶縁され固着され、第２の永久磁石２７は、第
１の永久磁石２６に相対するコイル１７の外側を構成す
る平面に電気的に絶縁され固着される。

【００３１】固定子１１を構成する第１の永久磁石１３
と、可動子１６を構成する第２の永久磁石２０とのそれ
ぞれの相対面は、コイル１７と間隙２３とを介して、そ
れぞれ異なる極性を有する磁極面と成るように構成さ
れ、固定子１１を構成する第１の永久磁石２６と、可動
子１６を構成する第２の永久磁石２７とのそれぞれの相
対面は、コイル１７と間隙２３とを介して、それぞれ異
なる極性を有する磁極面と成るように構成される。

【００３２】可動子１６は、可動子１６を構成するコイ
ル１７と固定子を構成する第１の永久磁石１３との、間
隙２３を隔て相対するそれぞれの相対面が形成する空間
と、可動子１６を構成するコイル１７と固定子を構成す
る第１の永久磁石２６との、間隙２３を隔て相対するそ
れぞれの相対面が形成する空間とを介して、矢印Ａ方向
および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に構成され、
コイル１７に所定の方向と所定の大きさとを有する電流
Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向に所
定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動し、コイ
ル１７に異なる方向と所定の大きさとを有する電流Ｉ
［Ａ］を流すと、異なる方向に所定の大きさを有する推
力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００３３】図６は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第３の実施例を示す斜視断面図であり、磁路を構成す
るセンタ・ヨーク１２、第１の永久磁石１３およびコイ
ル１７より成る固定子１１と、第２の永久磁石２０より
成る可動子１６とを主に構成される円筒状を成す単極形
リニア直流モータ（永久磁石可動形）を示すものであ
る。

【００３４】固定子１１は、円筒状を成すセンタ・ヨー
ク１２と、幅２２を有する円筒状を成す複数の第１の永
久磁石１３と、幅２２を有する円筒状を成す複数のコイ
ル１７とを主に同軸円筒状に構成される。第１の永久磁
石１３は、センタ・ヨーク１２の外側円筒面に間隔２１
を隔て所定数配列（図面では４個を配列）され、コイル
１７は、第１の永久磁石１３の外側円筒面に間隔２１を
隔て所定数巻装（図面では４個を巻装）される。

【００３５】可動子１６は、幅２４を有する円筒状を成
す第２の永久磁石２０を主に構成される。

【００３６】固定子１１を構成する第１の永久磁石１３
の外側円筒面と、可動子１６を構成する第２の永久磁石
２０の内側円筒面とは、コイル１７と間隙２３とを介し
て相対し、それぞれ異なる極性を有する磁極面と成るよ
うに構成される。

【００３７】可動子１６は、可動子１６を構成する第２
の永久磁石２０の内側円筒面が、固定子を構成するコイ
ル１７の外側円筒面に対して間隙２３を隔て、矢印Ａ方
向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造に構成さ
れ、コイル１７に所定の方向と所定の大きさとを有する
電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向
に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動し、
コイル１７に異なる方向と所定の大きさとを有する電流
Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に所定の大きさを有する
推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００３８】図７は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第４の実施例を示す斜視断面図であり、磁路を構成す
るセンタ・ヨーク１２、第１の永久磁石１３およびコイ
ル１７より成る固定子１１と、第２の永久磁石２０より
成る可動子１６とを主に構成される平板状を成す単極形
リニア直流モータ（永久磁石可動形）を示すものであ
る。

【００３９】固定子１１は、平板状を成すセンタ・ヨー
ク１２と、幅２２を有する平板状を成す複数の第１の永
久磁石１３と、幅２２を有する複数のコイル１７とを主
に構成される。第１の永久磁石１３は、センタ・ヨーク
１２の１つの外側平面に間隔２１を隔て所定数配列（図
面では４個を配列）され、コイル１７は、センタ・ヨー
ク１２および第１の永久磁石１３の周囲に電気的に絶縁
され所定数巻装（図面では４個巻装）される。

【００４０】可動子１６は、幅２４を有する平板状を成
す第２の永久磁石２０を主に構成される。

【００４１】固定子１１を構成する第１の永久磁石１３
と、可動子１６を構成する第２の永久磁石２０とのそれ
ぞれの相対面は、コイル１７と間隙２３とを介してそれ
ぞれ異なる極性を有する磁極面と成るように構成され
る。

【００４２】可動子１６は、固定子１１を構成するコイ
ル１７と固定子を構成する第２の永久磁石２０との、間
隙２３を隔て相対するそれぞれの相対面が形成する空間
を介して、矢印Ａ方向および矢印Ｂ方向に円滑に移動し
得る構造に構成され、コイル１７に所定の方向と所定の
大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、矢印Ａ方向あ
るいは矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］
をもって移動し、コイル１７に異なる方向と所定の大き
さとを有する電流Ｉ［Ａ］を流すと、異なる方向に所定
の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもって移動する。

【００４３】図８ないし図１１おいて図４に示す本発明
の単極形リニア直流モータの動作を説明する。

【００４４】図８は、固定子１１の断面を示すものであ
り、固定子１１は、円筒状を成すセンタ・ヨーク１２の
外側円筒面に円筒状を成す第１の永久磁石１３をピッチ
τにて所定数配列（図面では３個を配列）させ構成され
る。第１の永久磁石１３は、磁極片１３ａ、磁極片１３
ｂおよび磁極片１３ｃにより構成され、磁極片１３ａ、
１３ｂ、１３ｃは、それぞれ幅２２を有し、間隔２１を
隔てセンタ・ヨーク１２に固着される。即ち、それぞれ
ピッチτ（幅２１＋幅２２）をもってセンタ・ヨーク１
２に固着される。

【００４５】磁極片１３ａからは磁束Φａａと磁束Φａ
ｂとが、磁極片１３ｂからは磁束Φｂａと磁束Φｂｂと
が、磁極片１３ｃからは磁束Φｃａと磁束Φｃｂとがそ
れぞれ図示の方向に発生し、全周にわたり連続した閉磁
路を形成する。尚、各磁極片１３ａ、１３ｂ、１３ｃに
おいて、外側円筒面と内側円筒面とは、図示の極性を有
するように均一に磁化されるので、磁束Φａａと磁束Φ
ａｂ、磁束Φｂａと磁束Φｂｂおよび磁束Φｃａと磁束
Φｃｂとは、等しい値を有するものである。

【００４６】図９は、可動子１６の断面を示すものであ
り、可動子１６は、幅２４を有する円筒状を成すコイル
１７の外側円筒面に幅２４を有する円筒状を成す第２の
永久磁石２０を装着させ構成される。第２の永久磁石２
０の幅２４およびコイル１７の幅２４は、第１の永久磁
石１３を構成する磁極片１３ａ、１３ｂ、１３ｃがセン
タ・ヨーク１２に配列されるピッチτ以上の長さにて構
成される。

【００４７】第２の永久磁石２０からは磁束Φｍａと磁
束Φｍｂとがそれぞれ図示の方向に発生し、全周にわた
り連続した閉磁路を形成する。尚、第２の永久磁石２０
において、外側円筒面と内側円筒面とは、図示の極性を
有するように均一に磁化されるので、磁束Φｍａと磁束
Φｍｂとは、等しい値を有するものである。

【００４８】図１０は、可動子１６が固定子１１に対
し、図示の位置に配置あるいは移動した際の磁束Φ［ｗ
ｂ］の構成説明図である。第１の永久磁石１３を構成す
る磁極片１３ａおよび磁極片１３ｂは、それぞれピッチ
τにてセンタ・ヨーク１２へ固着され、磁極片１３ａお
よび磁極片１３ｂの幅２２は、それぞれ２／３・τと成
るように構成され、コイル１７と第２の永久磁石２０と
の幅２４は、それぞれピッチτと等しく成るように構成
される。

【００４９】推力の発生に関与する磁束Φ［ｗｂ］は、
第２の永久磁石２０と磁極片１３ａとの相対面間に位置
するコイル１７の一部を鎖交する磁束Φａである。

【００５０】数１に示すように磁束Φａは、磁極片１３
ａの一部より発生する磁束Φａａと、磁極片１３ａの一
部より発生する磁束Φａｂと、第２の永久磁石２０の一
部より発生する磁束Φｍａと、第２の永久磁石２０の一
部より発生する磁束Φｍｂの一部とにより構成される。

【００５１】磁束Φａａの一部は、磁極片１３ａの端部
においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有
する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束
Φｌａａと成り、磁束Φａｂの一部は、磁極片１３ａの
端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性
を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩
磁束Φｌａｂと成り、磁束Φｍａの一部は、第２の永久
磁石２０の端部においてＮ極の極性を有する磁極面より
Ｓ極の極性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与
し無い漏洩磁束Φｌｍａと成る。

【００５２】

【数１】

【００５３】可動子１６は、可動子１６を構成するコイ
ル１７に図示の方向と所定の大きさとを有する電流Ｉ
［Ａ］を流すと、数２に示す磁束Φ［ｗｂ］と電流Ｉ
［Ａ］との積に比例した推力Ｆ［Ｎ］をもって、矢印Ａ
方向に移動する。

【００５４】

【数２】

【００５５】図１１は、可動子１６が固定子１１に対
し、矢印Ａ方向に１／３・τ移動した際の磁束Φ［ｗ
ｂ］の構成説明図である。

【００５６】推力の発生に関与する磁束Φ［ｗｂ］は、
第２の永久磁石２０と磁極片１３ａとの相対面間に位置
するコイル１７の一部に鎖交する磁束Φａと、第２の永
久磁石２０と磁極片１３ｂとの相対面間に位置するコイ
ル１７の一部に鎖交する磁束Φｂとである。

【００５７】数３に示すように磁束Φａは、磁極片１３
ａの一部より発生する磁束Φａｂと、第２の永久磁石２
０の一部より発生する磁束Φｍａとにより構成される。

【００５８】磁束Φａｂの一部は、磁極片１３ａの端部
においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有
する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束
Φｌａｂと成り、磁束Φｍａの一部は、第２の永久磁石
２０の端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極
の極性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無
い漏洩磁束Φｌｍａと成る。

【００５９】数３に示すように磁束Φｂは、磁極片１３
ｂの一部より発生する磁束Φｂａと、第２の永久磁石２
０の一部より発生する磁束Φｍｂとにより構成される。

【００６０】磁束Φｂａの一部は、磁極片１３ｂの端部
においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有
する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束
Φｌｂａと成り、磁束Φｍｂの一部は、第２の永久磁石
２０の端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極
の極性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無
い漏洩磁束Φｌｍｂと成る。

【００６１】

【数３】

【００６２】可動子１６は、可動子１６を構成するコイ
ル１７に図示の方向と所定の大きさとを有する電流Ｉ
［Ａ］を流すと、数４に示す磁束Φ［ｗｂ］と電流Ｉ
［Ａ］との積に比例した推力Ｆ［Ｎ］をもって、矢印Ａ
方向に移動する。

【００６３】

【数４】

【００６４】図１２および図１３おいて図６に示す本発
明の単極形リニア直流モータの動作を説明する。尚、固
定子単体での第１の永久磁石１３の磁束Φ［ｗｂ］の構
成および可動子単体での第２の永久磁石２０の磁束Φ
［ｗｂ］の構成は、図８および図９に示す磁束Φ［ｗ
ｂ］の構成に準ずるものとする。

【００６５】図１２は、可動子１６が固定子１１に対
し、図示の位置に配置あるいは移動した際の磁束Φ［ｗ
ｂ］の構成説明図である。

【００６６】第１の永久磁石１３は、磁極片１３ａおよ
び磁極片１３ｂにて構成され、コイル１７は、コイル１
７ａおよびコイル１７ｂにて構成される。磁極片１３ａ
およびコイル１７ａと、磁極片１３ｂおよびコイル１７
ｂとは、それぞれピッチτにてセンタ・ヨーク１２へ固
着され、磁極片１３ａ、磁極片１３ｂ、コイル１７ａお
よびコイル１７ｂの幅２２は、それぞれ３／４・τと成
るように構成され、第２の永久磁石２０の幅２４は、５
／４・τと成るように構成される。

【００６７】推力の発生に関与する磁束Φ［ｗｂ］は、
第２の永久磁石２０と磁極片１３ａとの相対面間に位置
するコイル１７ａを鎖交する磁束Φａと、第２の永久磁
石２０と磁極片１３ｂとの相対面間に位置するコイル１
７ｂの一部を鎖交する磁束Φｂとである。

【００６８】数５に示すように磁束Φａは、磁極片１３
ａの一部より発生する磁束Φａａと、磁極片１３ａの一
部より発生する磁束Φａｂと、第２の永久磁石２０の一
部より発生する磁束Φｍａと、第２の永久磁石２０の一
部より発生する磁束Φｍｂの一部とにより構成される。

【００６９】磁束Φａａの一部は、磁極片１３ａの端部
においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有
する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束
Φｌａａと成り、磁束Φａｂの一部は、磁極片１３ａの
端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性
を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩
磁束Φｌａｂと成り、磁束Φｍａの一部は、第２の永久
磁石２０の端部においてＮ極の極性を有する磁極面より
Ｓ極の極性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与
し無い漏洩磁束Φｌｍａと成る。

【００７０】数５に示すように磁束Φｂは、磁極片１３
ｂの一部より発生する磁束Φｂａの一部と、第２の永久
磁石２０の一部より発生する磁束Φｍｂの一部とにより
構成される。

【００７１】

【数５】

【００７２】磁束Φｂａの一部は、磁極片１３ｂの端部
においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有
する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束
Φｌｂａと成り、磁束Φｍｂの一部は、第２の永久磁石
２０の端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極
の極性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無
い漏洩磁束Φｌｍｂと成る。

【００７３】可動子１６は、固定子１１を構成するコイ
ル１７に図示の方向と所定の大きさとを有する電流Ｉ
［Ａ］を流すと、数６に示す磁束Φ［ｗｂ］と電流Ｉ
［Ａ］との積に比例した推力Ｆ［Ｎ］をもって、矢印Ａ
方向に移動する。

【００７４】

【数６】

【００７５】図１３は、可動子１６が固定子１１に対
し、矢印Ａ方向に１／４τ移動した際の磁束Φ［ｗｂ］
の構成説明図である

【００７６】推力の発生に関与する磁束Φ［ｗｂ］は、
第２の永久磁石２０と磁極片１３ａとの相対面間に位置
するコイル１７ａの一部を鎖交する磁束Φａと、第２の
永久磁石２０と磁極片１３ｂとの相対面間に位置するコ
イル１７ｂの一部を鎖交する磁束Φｂである。

【００７７】数７に示すように磁束Φａは、磁極片１３
ａの一部より発生する磁束Φａａの一部と、磁極片１３
ａの一部より発生する磁束Φａｂと、第２の永久磁石２
０の一部より発生する磁束Φｍａとにより構成される。

【００７８】磁束Φａｂの一部は磁極片１３ａの端部に
おいてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有す
る磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束Φ
ｌａｂと成り、磁束Φｍａの一部は第２の永久磁石２０
の端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極
性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏
洩磁束Φｌｍａと成る。

【００７９】数７に示すように磁束Φｂは、磁極片１３
ｂの一部より発生する磁束Φｂａと、磁極片１３ｂの一
部より発生する磁束Φｂｂの一部と、第２の永久磁石２
０の一部より発生する磁束Φｍｂとにより構成される。

【００８０】磁束Φｂａの一部は磁極片１３ｂの端部に
おいてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極性を有す
る磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏洩磁束Φ
ｌｂａと成り、磁束Φｍｂの一部は第２の永久磁石２０
の端部においてＮ極の極性を有する磁極面よりＳ極の極
性を有する磁極面に向かい、推力の発生に関与し無い漏
洩磁束Φｌｍｂと成る。

【００８１】

【数７】

【００８２】可動子１６は、固定子１１を構成するコイ
ル１７ａおよびコイル１７ｂより成るコイル１７に図示
の方向と所定の大きさとを有する電流Ｉ［Ａ］を流す
と、数８に示す磁束Φ［ｗｂ］および電流Ｉ［Ａ］の積
に比例した推力をもって、矢印Ａ方向に移動する。

【００８３】

【数８】

【００８４】本発明の単極形リニア直流モータは、可動
子１６の幅２４を、固定子１１を構成する第１の永久磁
石１３のピッチτ以上に構成することにより、より優れ
た推力のリニアリティーの向上を可能とするものである
が、可動子１６の幅２４の増加は、可動子１６の質量を
増加させ、停止精度を悪くさせるものである。しかし、
サーボ制御運転をする際には、速度制御性および位置制
御性が向上し、停止精度が改善される。

【００８５】図４に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第１の実施例は、図１に示す従来の単極形リニア直
流モータに対して、無限の長ストローク化を可能とする
ものであり、同一ストロークに際しては、永久磁石の全
体質量を減少させ、センタ・ヨーク１２の体積を減少さ
せ、バック・ヨーク４およびサイド・ヨーク５を不要と
するものであり、小型化、軽量化および低価格化を実現
するものである。

【００８６】図５に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第２の実施例において、図４に示す本発明の第１の
実施例の単極形リニア直流モータに対して、第１の永久
磁石１３および第２の永久磁石２０の可動子の移動方向
に形成される側面の漏洩磁束を考慮せねば成らず、推力
および推力のリニアリティーの低下を来すものである
が、薄型軽量化を可能とするものである。

【００８７】尚、センタ・ヨーク１２にそれぞれピッチ
τにて配列される第１の永久磁石１３と第１の永久磁石
２６とを、所定の距離ずらせ配列することにより、推力
のリニアリティーの向上を可能とするものである。

【００８８】図６に示す本発明の第３の実施例の単極形
リニア直流モータは、図３に示す従来の単極形リニア直
流モータに対して、無限の長ストローク化を可能とする
ものであり、同一ストロークに際しては、永久磁石の全
体質量を減少させ、センタ・ヨーク１２の体積を減少さ
せ、バック・ヨーク４およびサイド・ヨーク５を不要と
するものであり、小型化、軽量化および低価格化を実現
するものである。

【００８９】図６に示す本発明の第３の実施例の単極形
リニア直流モータは、図４に示す本発明の第１の実施例
の単極形リニア直流モータに対して、給電線を固定出来
る利点を有するものであるが、消費電力を大きくする欠
点を有するものである。

【００９０】しかし、可動子の位置を検出する段を装着
する際には、可動子に相対するコイル１７のみに電流を
供給することにより、消費電力の減少が可能と成る。

【００９１】図７に示す本発明の第４の実施例の単極形
リニア直流モータは、図６に示す本発明の第３の実施例
の単極形リニア直流モータに対して、第１の永久磁石１
３および第２の永久磁石２０の可動子の移動方向に形成
される側面の漏洩磁束を考慮せねば成らず、推力および
推力のリニアリティーの低下を来すものであるが、薄型
軽量化を可能とするものである。

【００９２】一般に、図４ないし図７に示す本発明の単
極形リニア直流モータの第１の実施例ないし第４の実施
例において、固定子１の一部を構成するセンタ・ヨーク
１２は、電磁軟鉄鋼、炭素鋼あるいは快削鋼等の磁気特
性の優れた各種磁性材料により形成される。固定子を構
成する第１の永久磁石１３および可動子を構成する第２
の永久磁石２０は、複数の部材により円筒状に構成され
得るものであり、コイル１７は、小型軽量化を目的とす
る際には、自己融着線によりボビンレス構造に構成され
る。

【００９３】通常、コイル７は軽量で優れた機械的強度
を有する非磁性材料であるアルミニュウムあるいは各種
合成樹脂等により形成されるコイル保持部材（ボビン）
に巻装され、コイル保持部材（ボビン）には、可動子を
固定子に対して所定の間隙２３を隔て円滑に移動させる
構造を有する軸受装置の一部が装着される。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のコイル可動
式の単極型リニア直流モータは、固定子１１を構成する
第１の永久磁石１３、２６を、所定の間隔２１を隔て配
列し、可動子１６を構成するコイル１７に第２の永久磁
石２０、２７を装着して構成され、本発明の永久磁石可
動式の単極型リニア直流モータは、固定子１１を構成す
る第１の永久磁石１３とコイル１７とを、所定の間隔２
１を隔て配列し、可動子１６を第２の永久磁石にて構成
されるものであり、下記のような効果を有するものであ
る。 （１）無限の長ストローク化を実現するものである。 （２）振動を伴わない、超低速度運転および高速度運転
を可能とするものである。 （３）固定子の形成する磁路をセンタ・ヨーク１２のみ
で構成することが可能となり、構成部材の減少、構造の
簡略化、小型化、軽量化および低価格化を実現するもの
である。 （４）センタ・ヨーク１２に流れる磁束Φは、可動子１
６を構成する第２の永久磁石２０の発生し得る磁束（Φ
ｍａ＋Φｍｂ）と、固定子１１を構成するセンタ・ヨー
ク１２に複数個配列される第１の永久磁石１３を構成す
る磁極片（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、・・・・・・・）
１個の発生し得る磁束（Φａａ＋Φａｂ、Φｂａ＋Φｂ
ｂ、Φｃａ＋Φｃｂ、・・・・・・・）のみを考慮すれ
ば良く、センタ・ヨーク１２の断面積を変化させること
なく、ストロークを任意に設定することを可能とするも
のである。 （５）固定子１１を構成する第１の永久磁石１３および
可動子１６を構成する第２の永久磁石２０の磁束をコイ
ル１７に収束させることが可能と成り、高磁束密度運転
を実現するものである。 （６）高磁束密度化により、コイルに流す電流値を減少
させることが可能と成り、推力のリニアリティーの向上
を実現するものである。 （７）コイルに流す電流値を減少させることにより、消
費電力の減少を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の円筒状を成す単極形リニア直流
モータの構造説明を目的とした断面図である。

【図２】図２は、従来の平板状を成す単極形リニア直流
モータの構造説明を目的とした断面図である。

【図３】図３は、従来の円筒状を成す単極形リニア直流
モータの構造説明を目的とした断面図である。

【図４】図４は、本発明の単極形リニア直流モータの第
１の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図である。

【図５】図５は、本発明の単極形リニア直流モータの第
２の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図である。

【図６】図６は、本発明の単極形リニア直流モータの第
３の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図である。

【図７】図７は、本発明の単極形リニア直流モータの第
４の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図である。

【図８】図８は、図４に示す単極形リニア直流モータの
固定子単体での磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした
断面図である。

【図９】図９は、図４に示す単極形リニア直流モータの
可動子単体での磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした
断面図である。

【図１０】図１０は、図４に示す単極形リニア直流モー
タの磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした断面図であ
る。

【図１１】図１１は、図４に示す単極形リニア直流モー
タの磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした断面図であ
る。

【図１２】図１２は、図６に示す単極形リニア直流モー
タの磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした断面図であ
る。

【図１３】図１３は、図６に示す単極形リニア直流モー
タの磁束Φ［ｗｂ］の構成説明を目的とした断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ センタ・ヨーク ３ 永久磁石 ４ バック・ヨーク ５ サイド・ヨーク ６ 可動子 ７ コイル ８ 間隙 ９ 空間 １１ 固定子 １２ センタ・ヨーク １３ 第１の永久磁石 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ 磁極片 １４ バック・ヨーク １６ 可動子 １７ コイル １７ａ、１７ｂ、１７ｃ コイル ２０ 第２の永久磁石 ２１ 間隔 ２２ 幅 ２３ 間隙 ２４ 幅 ２６ 第１の永久磁石 ２７ 第２の永久磁石

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨークおよび該ヨークに所定の間隔を隔
   て配列される少なくとも２つ以上の第１の永久磁石を主
   に構成される固定子と、該固定子に所定の間隙を隔て巻
   装されるコイルおよび該コイルに装着される第２の永久
   磁石を主に構成される可動子とにより成り、前記第１の
   永久磁石と前記第２の永久磁石とを、それぞれ異なる極
   性をもって均一に磁化された磁極面が前記コイルと前記
   間隙とを介して相対するように構成したことを特徴とす
   る単極形リニア直流モータ。
2. 【請求項２】 ヨークおよび該ヨークに所定の間隔を隔
   て配列される少なくとも２つ以上の第１の永久磁石およ
   び該第１の永久磁石にそれぞれ巻装されるコイルを主に
   構成される固定子と、該固定子に所定の間隙を隔て配置
   される第２の永久磁石を主に構成される可動子とにより
   成り、前記第１の永久磁石と前記第２の永久磁石とを、
   それぞれ異なる極性をもって均一に磁化された磁極面が
   前記コイルと前記間隙とを介して相対するように構成し
   たことを特徴とする単極形リニア直流モータ。