JPH1042496A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で歯部への磁束の集中を適切に緩
和できるようにしてコギング力の影響を低減させ、これ
により一次側をスムーズに移動させる。 【解決手段】 二次側２と、二次側２に対向して設けら
れる一次側３とからリニアモータ１を構成した。一次側
３は、コアと、このコアに装着されるコイル１５とから
構成した。コアは、複数の第１単位コア７及び第２単位
コア８を幅方向に重ね合わせて一体化する構成とした。
第１単位コア７は薄板部９に一定間隔で歯部１０を設け
た櫛型の形状とし、第２単位コア８は、支持部１２の下
部に一定間隔で歯部１３を設けた櫛型の形状とした。そ
して、各歯部１０，１３が幅方向に重なるように第１単
位コア７及び第２単位コア８を交互に重ね合わせるとと
もに、幅方向に重ね合わされる歯部１０，１３に対して
コイル１５を装着し、ボルト１６、ナット１７で第１単
位コア７及び第２単位コア８を結合一体化した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直交座標型ロボッ
ト等の直線移動機構に用いられるリニアモータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、極性が交互に異なるように複
数の永久磁石を直線状に敷設することにより固定子とし
ての二次側を構成し、この二次側にエアギャップを介し
て可動子としての一次側を対向して設けたリニアモータ
は一般に知られている。

【０００３】このようなリニアモータにおいて、一次側
は、例えば特開平６−３８５００号公報に開示されるよ
うに多数の歯部を備えた櫛歯型のコアに複数のコイルが
装着された構成となっており、各コイルに対して所定の
順序で通電が行われることにより二次側に対して一次側
が所定方向に移動するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のリニ
アモータでは、コアが上記のような櫛型となっていて、
二次側に対向する側で各歯部がスリットを介して分離し
ているために各歯部に磁束が集中し易く、歯部で磁束密
度が最も高く、その前後では磁束密度が著しく低くなっ
ている。そのため、一次側の移動に際して、推力は高め
られるが、その反面コア（歯部）と磁石との間の吸引に
よるいわゆるコギング力が大きく影響し、一次側のスム
ーズな移動を阻害するという問題がある。

【０００５】そのため、例えば特開平６−５４４６８号
公報に開示されるような電動機のステータ構造をリニア
モータに適用し、つまり、隣合う歯部の先端を互いに橋
結部で連結して歯部への磁束の集中を適度に緩和し、こ
れによって一次側の移動に際してのコギング力の影響を
低減することが考えられる。

【０００６】しかしながら、磁束の変化は橋絡部の厚み
や幅等の形状に微妙に影響され、例えば、幅が広すぎる
と磁束が分散されすぎて一次側の推力を低下させ、逆
に、幅が狭いと歯部への磁束の集中が十分に緩和されな
い等、橋絡部の形状の特定が難しい。また、設計上有効
な形状が特定できたとしても、加工誤差等により十分に
橋絡部の機能が発揮されない場合もある。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、簡単な構成で歯部への磁束の集中を適
切に緩和できるようにしてコギング力の影響を低減さ
せ、これにより一次側をスムーズに移動させることがで
きるリニアモータを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のリニアモータ
は、極性が交互に異なる複数の永久磁石を移動方向に敷
設した二次側と、前記二次側にエアギャップを介して対
向して設けられる一次側とで構成されるリニアモータに
おいて、前記一次側は、コアと、このコアに装着される
コイルとからなり、前記コアは、上記移動方向と平面上
で直交する方向である幅方向に並べて設けられる複数の
第１単位コアと、各第１単位コアの間に介装される第２
単位コアと、これらの各単位コアを結合する結合手段と
から構成され、前記第１単位コアは、二次側に対向して
移動方向に延びる薄板部を有し、この薄板部に前記二次
側とは反対側に突出する複数の歯部を移動方向に一定間
隔で備えた櫛型に形成され、前記結合手段は、各第１単
位コアの歯部が第２コアを挾んで幅方向に互いに対応す
る状態で第１及び第２単位コアを結合一体化するように
構成され、上記コイルは、各第１及び第２単位コアが結
合一体化された状態で、幅方向に対応する各第１コアの
歯部にわたって巻回されてなるものである（請求項
１）。

【０００９】このリニアモータの構成によれば、コアに
二次側に対向する薄板部が設けられこれに歯部が突設さ
れている、換言すれば、コアの各歯部の二次側への対向
部分が薄板部によって連結されているため、歯部への磁
束の集中が緩和され、歯部を中心としたその前後での磁
束変化が緩やかになる。また、第２単位コアの幅方向寸
法を変更して各第１単位コアの間隔を変化させることに
より、薄板部の厚み等の形状を一定としたまま歯部近傍
での磁束分布を変化させることが可能となる。

【００１０】また、このリニアモータにおいて、第２単
位コアは、移動方向に延びる支持部を有し、この支持部
に前記二次側に向かって突出する複数の歯部を移動方向
に所定間隔で備えた櫛型に形成され、上記結合手段は、
各単位コアの歯部が幅方向に互いに重なるように第１及
び第２単位コアを結合一体化するように構成され、上記
コイルは、各第１及び第２単位コアが結合一体化された
状態で、幅方向に重なり合う各第１及び第２コアの各歯
部にわたって装着されていることが（請求項２）好まし
い。

【００１１】このようにすると、第１及び第２単位コア
の各歯部をつなぐことにより永久磁石からの磁束がコイ
ルを通過し易くなり、大きな推力が要求される場合等に
有利となる。

【００１２】さらに、コイルは、電線をボビンに巻回し
たものであって、ボビンを介して単位コアの歯部に装着
されるようにしておけばよい（請求項３）。

【００１３】このようにすれば、ボビンを介して歯部に
装着するだけでコイルをコアに装着することができるた
め一次側の組立て性が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。

【００１５】図１及び図２は本発明に係るリニアモータ
の一例を示している。同図に示すようにリニアモータ１
は、固定子としての二次側２と、この二次側２の上方に
エアギャップを介して設けられる可動子としての一次側
３とから構成されている。

【００１６】上記二次側２は、極性が交互に異なる複数
の永久磁石５が基台４上に左右方向（移動方向）に並設
されることにより構成されている。

【００１７】一方、上記一次側３は、珪素鋼材からなる
コアと、このコアに装着されるコイル１５とから構成さ
れている。

【００１８】コイル１５は、図示を省略しているが、角
筒状のボビンに予め電線が巻きつけられることによって
構成されている。

【００１９】コアは、図２及び図３に示すように複数の
第１単位コア７及び第２単位コア８が幅方向（平面上で
移動方向に直交する方向）に重ね合わされて結合一体化
された構成となっており、図示の例では、４つの第１単
位コア７の間に３つの第２単位コア８が介装されて一体
化されている。

【００２０】第１単位コア７は、左右方向に延びる薄板
部９の上部に一定間隔で柱状の歯部１０を設けた櫛型の
形状となっており、各歯部１０の上端部には幅方向に貫
通する貫通孔１１がそれぞれ形成されている。一方、第
２単位コア８は、左右方向に延びる支持部１２の下部に
一定間隔で柱状の歯部１３を設けた櫛型の形状となって
おり、支持部１２には、各歯部１３に対応する部分に幅
方向に貫通する貫通孔１４が形成されている。

【００２１】各単位コア７，８において、第１単位コア
７及び第２単位コア８の各歯部１０，１３はそれぞれ左
右方向に同一間隔で設けられており、また、第１単位コ
ア７及び第２単位コア８の貫通孔１１，１４はそれぞれ
左右方向に同一間隔で設けられている。

【００２２】そして、図１〜図３に示すように、歯部１
０及び歯部１３が幅方向に互いに重なるように第１単位
コア７及び第２単位コア８が交互に重ね合わされるとと
もに、幅方向に重ね合わされる歯部１０及び歯部１３に
対してコイル１５が装着され、第１単位コア７及び第２
単位コア８がボルト１６及びナット１７により結合一体
化されることによって一次側３が構成されている。

【００２３】一次側３の組立ては、例えば、図２に示す
ように、歯部１０が幅方向に対応するように各第１単位
コア７を適度な間隔で配置し、幅方向に対応する各歯部
１０にコイル１５を挿通する。そして、これらの各歯部
１０の上方から各歯部１０の間に歯部１３を嵌め込みな
がら各第１単位コア７の間に第２単位コア８を介在さ
せ、その後、幅方向に対応する貫通孔１１，１４にわた
ってボルト１６を挿通して反対側からナット１７で締結
することにより各単位コア７，８を結合一体化する。こ
れにより一次側３が組立てられる。そして、この状態で
は、コイル１５が第１単位コア７及び第２単位コア８の
各歯部１０，１３に挿通されるとともに、薄板部９及び
支持部１２によって上下方向に挾まれ、コイル１５がコ
アから離脱することがないようになっている。

【００２４】以上のように構成されたリニアモータ１に
よれば、上記各コイル１５に所定の順番で通電が行われ
ると、磁極と電極の相互作用により一次側３に推力が生
じて一次側３が移動する。

【００２５】そして、このような一次側３の移動に際
し、リニアモータ１では上述のように各歯部１０の二次
側２への対向部分が薄板部９によって連結された構造と
なっているために各歯部１０，１３への磁束の集中が適
度に緩和され、その結果、歯部１０を中心したその左右
近傍での磁束の変化が緩やかになっている。

【００２６】そのため、歯部に磁束が集中している従来
のこの種のリニアモータと比較するとコギング力による
一次側３の移動への影響が少なく、一次側３をスムーズ
に移動させることができる。

【００２７】しかも、上記リニアモータ１では、第１単
位コア７と第２単位コア８とが重ね合わされることによ
りコアが構成されるようになっているため、歯部１０，
１３近傍での磁束分布を比較的簡単に調整することがで
きるという利点がある。

【００２８】すなわち、歯部１０，１３近傍での磁束分
布は、薄板部９の面積と各薄板部９間の面積との割合に
よって変化し、薄板部９の面積が一定である上記コアで
は、各薄板部９の間隔を変化させることにより歯部１
０，１３近傍での磁束分布を変化させることができる。
そのため、例えば、幅方向寸法の異なる複数種類の第２
単位コア８を予め準備しておいてこれらを選択的に第１
単位コア７に重ね合わせたり、あるいは第１単位コア７
と第２単位コア８との間に調整用のシム等を挾む等する
ことにより歯部１０，１３近傍での磁束分布を適宜変化
させ、これによりコギング力による影響が最も少なくな
るように歯部１０，１３近傍での磁束分布を調整するこ
とができる。また、第１単位コア７の幅寸法を変えるこ
とによって磁束分布を調整することもできる。

【００２９】なお、上記のように磁束分布を変化させる
他の方法として、例えば、歯部及び薄板部が幅方向に連
続した構造において、薄板部の厚みを変化させる構造も
考えられるが、この場合には、推力確保のため薄板部を
かなり薄くし、かつ薄板部の厚みを微妙に調整しなけれ
ばならず、適切な磁束分布を得るには薄板部を極めて精
密に形成する必要があり製造が著しく難しくなる。しか
し、上記リニアモータ１によれば、薄板部９に適当な厚
さをもたせつつ、上記単位コア７，８の幅を変えたり、
シム等を挾み込むことにより微妙な磁束分布の調整が可
能であるため、薄板部９を精密に形成しなくても、磁束
分布を簡単に、かつ精密に調整することが可能であると
いう利点がある。

【００３０】さらに、リニアモータ１の一次側３では、
コイル１５が薄板部９及び支持部１２の間に挾まれる構
造であるため、コイルとして上述のように予めボビンに
電線を巻回したコイル１５を用いても、コイル１５がコ
アから脱落することがない。従って、上記のようにボビ
ンに電線を巻回したコイル１５を用いることができるこ
とにより一次側３の組立てが容易になる。また、従来の
コア形状として、櫛歯状コアにコイルを装着して歯部先
端に鉄等を接着剤で接着して磁界を形成するとともにコ
イルを固定するようにしたものがあるが、このようにす
ると、接着剤がエアギャップの寸法誤差の要因となる。
しかし、当実施形態によれば、接着剤を使用しないた
め、エアギャップの寸法精度向上にも有利となる。

【００３１】なお、上記実施形態のリニアモータ１は、
本発明のリニアモータの一例であって、その具体的な構
成は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であ
る。

【００３２】例えば、上記コアを構成する各第２単位コ
ア８には歯部１３が設けられ、この歯部１３が第１単位
コア７の歯部１０と重ね合わされるようになっている
が、必ずしも第２単位コア８に歯部１３を設ける必要は
なく、支持部１２のみからなる第２単位コアを用いるよ
うにしてもよい。但し、一次側３の推力との関係で永久
磁石５の磁束がコイル１５を通過し易くする必要がある
場合等には、上記のように歯部１３を備えた第２単位コ
ア８を用いる方が有利である。

【００３３】また、第１単位コア７や第２単位コア８の
具体的な形状等も図１乃至３に限定されるものではなく
適宜設定するようにすればよい。

【００３４】ところで、上記リニアモータ１では、コア
に上記薄板部９を設けることにより各歯部１０，１３へ
の磁束の集中を緩和し、これにより一次側３のスムーズ
な移動を確保するようにしているが、これ以外に、例え
ば以下のような構成を採用することによっても一次側を
スムーズに移動させることが可能となる。すなわち、一
般にリニアモータは、一次側の左右両端の歯部とそれ以
外の歯部での磁束密度に差が生じる傾向にあり、このよ
うな磁束密度の差に起因したコギング力の不均一により
一次側の移動が阻害される場合がある。

【００３５】そこで、このような磁束密度差を緩和する
構成として図４に示すような構成が考えられる。以下、
この例について簡単に説明する。

【００３６】同図に示すリニアモータ２１も、二次側２
２と、二次側２２の上方にエアギャップを介して設けら
れる一次側２３とから構成されており、二次側２２は、
極性が交互に異なる複数の永久磁石２５が図外の基台上
に並設されることにより構成されている。

【００３７】一次側２３は、珪素鋼材からなるコアと、
このコアに装着されるコイル２９とから構成されてい
る。コアは、同図に示すように、永久磁石２５の配列方
向に延びる支持部２６の下部に一定間隔で柱状の歯部２
７を設けた櫛型の形状となっており、これらの歯部２７
にそれぞれコイル２９が巻回されている。そして、この
コアの特徴点として、支持部２６の両端部にはコイル２
９を装着しない補助歯２８が歯部２７に並べて設けられ
ている。

【００３８】このような構成のリニアモータ２１によれ
ば、左右両端の歯部２７とそれ以外の歯部２７での磁束
密度差が少なく、そのため一次側２３の移動がスムーズ
に行われる。

【００３９】但し、このような効果も、歯部２７、補助
歯２８及び永久磁石２５の各寸法等が一定の条件を満た
す場合に効果がある。具体的には、図４に示すようにコ
アの左右両端の歯部２７の中心から補助歯２８の外側の
端部までの距離をＤ２（コア外位置）、コアの左右両端
の歯部２７の中心から補助歯２８の内側の端部までの距
離をＤ１（コア内位置）、永久磁石２５の左右方向の寸
法をＬとし、Ｌに対するＤ１，Ｄ２の値を種々変えた場
合につき、コギング指標（コギング力による一次側２３
への影響を示すもので数値が低いほど影響が低い）を調
べると、図５のグラフに示すようになった。このグラフ
から、 Ｄ１＜１／２×Ｌ Ｄ２≒０．８×ｎ（ｎ＝整数） の条件を満たすように歯部２７、補助歯２８及び永久磁
石２５の各寸法等を設定すれば、コギング力による影響
を効果的に低減できることが考察できる。

【００４０】なお、このリニアモータ２１の一次側２３
は、コアが櫛型に形成されているが、例えば、上記リニ
アモータ１のように薄板部９を有するコアに対して補助
歯を設けるようにすれば、一次側の移動をよりスムーズ
に行わせることが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のリニアモ
ータは、コアと、このコアに装着されるコイルとから一
次側を構成し、コアを、幅方向に並べて設けられる複数
の第１単位コアと、各第１単位コアの間に介装される第
２単位コアと、これらの各単位コアを結合する結合手段
とから構成し、第１単位コアに二次側に対向して移動方
向に延びる薄板部を設け、この薄板部に二次側とは反対
側に突出する複数の歯部を移動方向に一定間隔で形成
し、第１単位コアの歯部が第２単位コアを挾んで幅方向
に互いに対応する状態で第１及び第２単位コアを結合一
体化するように結合手段を構成し、各第１及び第２単位
コアを結合一体化した状態で、幅方向に対応する各第１
コアの歯部にわたってコイルを巻回するようにしたの
で、歯部への磁束集中を適度に緩和することができる。
そのため、歯部に磁束が集中している従来のこの種のリ
ニアモータと比較するとコギング力による一次側の移動
への影響が少なく、一次側をスムーズに移動させること
ができる。

【００４２】しかも、第２単位コアの幅方向寸法を変更
することにより歯部及びその近傍での磁束分布を調整す
ることができるので、推力を確保しつつコギング力によ
る影響を少なくするように歯部近傍での磁束分布を比較
的簡単に調整することができる。

【００４３】また、上記のような構成において、移動方
向に延びる支持部に二次側に向かって突出する複数の歯
部を移動方向に所定間隔で設けた櫛型の第２単位コアを
形成し、各単位コアの歯部が幅方向に互いに重なるよう
に第１及び第２単位コアを結合一体化するように結合手
段を構成し、各第１及び第２単位コアが結合一体化され
た状態で、各第１及び第２コアの各歯部にコイルを装着
するようにすれば、第１及び第２単位コアの各歯部をつ
なぐことにより永久磁石からの磁束がコイルを通過し易
くなり、そのため、推力との関係で歯部での磁束を強め
る必要がある場合に有利となる。

【００４４】さらに、ボビンに電線を巻回することによ
りコイルを構成し、ボビンを介してコイルを上記単位コ
アの歯部に装着するようによれば、一次側の組立て性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリニアモータを示す側面図であ
る。

【図２】リニアモータの構成を示す分解斜視図である。

【図３】リニアモータの構成を示す断面図である。

【図４】リニアモータの他の構成を示す側面図である。

【図５】補助歯の形状とコギングによる影響との関係を
示す指標図である。

【符号の説明】

１ リニアモータ ２ 二次側 ３ 一次側 ４ 基台 ５ 永久磁石 ７ 第１単位コア ８ 第２単位コア ９ 薄板部 １０，１３ 歯部 １２ 支持部 １４ 貫通孔 １５ コイル １６ ボルト １７ ナット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 極性が交互に異なる複数の永久磁石を移
   動方向に敷設した二次側と、前記二次側にエアギャップ
   を介して対向して設けられる一次側とで構成されるリニ
   アモータにおいて、前記一次側は、コアと、このコアに
   装着されるコイルとからなり、前記コアは、前記移動方
   向と平面上で直交する方向である幅方向に並べて設けら
   れる複数の第１単位コアと、各第１単位コアの間に介装
   される第２単位コアと、これらの各単位コアを結合する
   結合手段とから構成され、前記第１単位コアは、二次側
   に対向して移動方向に延びる薄板部を有し、この薄板部
   に前記二次側とは反対側に突出する複数の歯部を移動方
   向に一定間隔で備えた櫛型に形成され、前記結合手段
   は、各第１単位コアの歯部が第２単位コアを挾んで幅方
   向に互いに対応する状態で第１及び第２単位コアを結合
   一体化するように構成され、前記コイルは、各第１及び
   第２単位コアが結合一体化された状態で、幅方向に対応
   する各第１コアの歯部にわたって装着されてなることを
   特徴とするリニアモータ。
2. 【請求項２】 上記第２単位コアは、移動方向に延びる
   支持部を有し、この支持部に上記二次側に向かって突出
   する複数の歯部を移動方向に所定間隔で備えた櫛型に形
   成され、上記結合手段は、各単位コアの歯部が幅方向に
   互いに重なるように第１及び第２単位コアを結合一体化
   するように構成され、上記コイルは、各第１及び第２単
   位コアが結合一体化された状態で、幅方向に重なり合う
   各第１及び第２コアの各歯部にわたって装着されてなる
   ことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
3. 【請求項３】 上記コイルは、電線をボビンに巻回した
   ものであって、ボビンを介して上記単位コアの歯部に装
   着されるものであることを特徴とする請求項２記載のリ
   ニアモータ。