JPH11262235A - 永久磁石可動形リニア直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子を構成する巻線を、同一の巻線仕様を
有し、並列に接続された二つあるいは三つの巻線により
構成し、可動子を構成する永久磁石の固定子に相対する
磁極面と異なる極性を有する磁極面にヨークを固着し、
推力変動の減少、大推力化、ロング・ストローク化、小
型軽量化および低価格化を共に実現するという目的を可
能にした。 【構成】 固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
と、第１のヨーク２に巻装され、それぞれ同一の巻線仕
様を有し、並列に接続された第１の巻線３および第２の
巻線４とにより構成され、可動子１０は、固定子１に所
定の間隙を隔てＮ極の極性を有する磁極面が相対するよ
うに同軸円筒状に配置された円筒状を成す永久磁石１１
と、永久磁石１１のＳ極の極性を有する磁極面に固着さ
れた円筒状を成す第２のヨーク１２とにより構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種ＯＡ機器、各種Ｆ
Ａ機器、各種光学機器および各種測定機器等において、
振動および推力変動を嫌う各種移動部の駆動の用に供さ
れ、脈動のない推力の発生、推力変動の減少、大推力
化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化
を共に可能とする永久磁石可動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、巻線を主
に構成される可動子を有するコイル可動形リニア直流モ
ータと、永久磁石を主に構成される可動子を有する永久
磁石可動形リニア直流モータとに分類され、脈動のない
推力を発生し得る唯一のリニア・モータであり、各種位
置検出装置を装着してサーボ制御することにより、推力
および速度の広範囲の制御と、停止位置の高精度の制御
とを可能とし、振動を嫌う負荷および広範囲の速度での
運転を必要とする負荷に対応し得るリニア・アクチュエ
ータである。

【０００３】従来の永久磁石可動形リニア直流モータ
は、給電線の移動を必要とせず、脈動のない推力を発生
し、小型軽量化および低価格化を可能とする反面、推力
変動の減少、大推力化およびロング・ストローク化を困
難とするものであった。

【０００４】図８は、円筒状に構成された従来の永久磁
石可動形リニア直流モータの構造説明図であり、円筒状
を成す固定子１と、固定子１の外側円筒面に所定の間隙
を隔て同軸円筒状に配置された円筒状を成す可動子１０
とにより構成される。

【０００５】固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
と、第１のヨーク２の可動子１０の移動範囲に対応する
範囲に巻装された巻線６とにより構成される。可動子１
０は、Ｎ極の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て固
定子１に相対するように同軸円筒状に配置された円筒状
を成す永久磁石１１と、永久磁石１１のＳ極の極性を有
する磁極面に同軸円筒状に固着された円筒状を成す第２
のヨーク１２とにより構成される。

【０００６】可動子１０は、巻線６に図示の方向に所定
の電流を流すことにより、所定の推力をもって矢印Ａ方
向に移動し、巻線６に図示と異なる方向に所定の電流を
流すことにより、所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動
する。

【０００７】図９は、図８に示す従来の永久磁石可動形
リニア直流モータの推力特性図であり、曲線Ａはストロ
ークを３０［ｍｍ］に設定した際の推力特性を示し、曲
線Ｂは固定子１の可動子１０の移動方向の寸法のみを増
加させ、ストロークを１００［ｍｍ］に設定した際の推
力特性を示し、曲線Ｃは固定子１の可動子１０の移動方
向の寸法のみを増加させ、ストロークを２００［ｍｍ］
に設定した際の推力特性を示す。

【０００８】従来の永久磁石可動形リニア直流モータ
は、図９の曲線Ａおよび曲線Ｂに示すように可動子１０
の移動に伴い推力が減少し、図９の曲線Ｃに示すように
ロング・ストローク化に際しては、全ストロークに対応
する推力の発生が困難と成る欠点があり、更に、電流の
増加に伴い推力変動が増大し、電流の増加による全スト
ロークに対する大推力化が困難と成る問題点があった。

【０００９】

【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、永久磁石可動形リニア直流モータの推力変動の減
少、大推力化、ロング・ストローク化、小型軽量化およ
び低価格化を共に実現することが困難な点である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】固定子を構成する巻線
を、同一の巻線仕様を有し、並列に接続された二つある
いは三つの巻線により構成し、従来の永久磁石可動形リ
ニア直流モータの推力変動の減少、大推力化、ロング・
ストローク化、小型軽量化および低価格化を共に実現す
るという目的を可能にした。

【００１１】

【実施例】図１ないし図６示す実施例および図７に示す
推力特性図に基づいて、本発明の永久磁石可動形リニア
直流モータの構造および動作を説明する。

【００１２】図１は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第１の実施例の構造説明図であり、本発明の
永久磁石可動形リニア直流モータは、円筒状を成す固定
子１と、固定子１の外側円筒面に所定の間隙を隔て同軸
円筒状に配置された円筒状を成す可動子１０とにより構
成される。

【００１３】固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
と、第１のヨーク２の可動子１０の移動範囲に対応する
範囲に巻装され、それぞれ同一の巻線仕様を有し、並列
に接続された第１の巻線３および第２の巻線４とにより
構成される。第１の巻線３は、可動子１０の移動範囲に
対応する第１のヨーク２の中央部から矢印Ｂ方向の端部
までの範囲に巻装され、第２の巻線４は、可動子１０の
移動範囲に対応する第１のヨーク２の中央部から矢印Ａ
方向の端部までの範囲に巻装される。

【００１４】可動子１０は、Ｎ極の極性を有する磁極面
が所定の間隙を隔て固定子１に相対するように同軸円筒
状に配置された円筒状を成す永久磁石１１と、永久磁石
１１のＳ極の極性を有する磁極面に同軸円筒状に固着さ
れた円筒状を成す第２のヨーク１２とにより構成され
る。

【００１５】可動子１０は、第１の巻線３および第２の
巻線４に図示の方向に所定の電流を流すことにより、所
定の推力をもって矢印Ａ方向に移動し、第１の巻線３お
よび第２の巻線４に図示と異なる方向に所定の電流を流
すことにより、所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動す
る。

【００１６】図２は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第２の実施例の構造説明図であり、本発明の
永久磁石可動形リニア直流モータは、平板状を成す固定
子１と、固定子１の一つの面に所定の間隙を隔て平行に
配置された平板状を成す可動子１０とにより構成され
る。

【００１７】固定子１は、平板状を成す第１のヨーク２
と、第１のヨーク２の可動子１０の移動範囲に対応する
範囲に巻装され、それぞれ同一の巻線仕様を有し、並列
に接続された第１の巻線３および第２の巻線４とにより
構成される。第１の巻線３は、可動子１０の移動範囲に
対応する第１のヨーク２の中央部から矢印Ｂ方向の端部
までの範囲に巻装され、第２の巻線４は、可動子１０の
移動範囲に対応する第１のヨーク２の中央部から矢印Ａ
方向の端部までの範囲に巻装される。

【００１８】可動子１０は、Ｎ極の極性を有する磁極面
が所定の間隙を隔て固定子１に相対するように平行に配
置された平板状を成す永久磁石１１と、永久磁石１１の
Ｎ極およびＳ極の極性を有する面の一部を覆う形状を有
し、永久磁石１１のＳ極の極性を有する磁極面に固着さ
れた平板状を成す第２のヨーク１２とにより構成され
る。

【００１９】可動子１０は、第１の巻線３および第２の
巻線４に図示の方向に所定の電流を流すことにより、所
定の推力をもって矢印Ａ方向に移動し、第１の巻線３お
よび第２の巻線４に図示と異なる方向に所定の電流を流
すことにより、所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動す
る。

【００２０】図３は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第３の実施例の構造説明図であり、本発明の
永久磁石可動形リニア直流モータは、平板状を成す固定
子１と、固定子１の面７および面８にそれぞれ所定の間
隙を隔て配置される可動子１０とにより構成され、固定
子１は、図２に示す本発明の実施例と同様に構成され
る。

【００２１】可動子１０は、Ｓ極の極性を有する磁極面
が所定の間隙を隔て固定子１の面７に相対するように平
行に配置された平板状を成す永久磁石１１ａと、永久磁
石１１ａのＮ極の極性を有する磁極面に固着された平板
状を成す第２のヨーク１２ａと、Ｓ極の極性を有する磁
極面が所定の間隙を隔て固定子１の面８に相対するよう
に平行に配置され、永久磁石１１ａと同一の仕様に構成
された平板状を成す永久磁石１１ｂと、永久磁石１１ｂ
のＮ極の極性を有する磁極面に固着され、第２のヨーク
１２ａと同一の仕様に構成された平板状を成す第２のヨ
ーク１２ｂとにより構成される。

【００２２】可動子１０は、第１の巻線３および第２の
巻線４に図示の方向に所定の電流を流すことにより、所
定の推力をもって矢印Ａ方向に移動し、第１の巻線３お
よび第２の巻線４に図示と異なる方向に所定の電流を流
すことにより、所定の推力をもって矢印Ｂ方向に移動す
る。

【００２３】図４は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第４の実施例の構造説明図であり、可動子１
０は、図１、図２あるいは図３に示す本発明の実施例と
同様に構成される。

【００２４】固定子１は、円筒状あるいは平板状を成す
第１のヨーク２と、第１のヨーク２の可動子１０の移動
範囲に対応する範囲に巻装され、それぞれ同一の巻線仕
様を有し、並列に接続された第１の巻線３、第２の巻線
４および第３の巻線５とにより構成される。第３の巻線
５は、可動子１０の移動範囲に対応する第１のヨーク２
の中央部の範囲に巻装され、第１の巻線３は、可動子１
０の移動範囲に対応する第１のヨーク２の中央部から一
方の端部までの範囲に第３の巻線５に隣接して巻装さ
れ、第２の巻線４は、可動子１０の移動範囲に対応する
第１のヨーク２の中央部から他方の端部までの範囲に第
３の巻線５に隣接して巻装される。

【００２５】図５は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第５の実施例の構造説明図であり、可動子１
０は、図１、図２あるいは図３に示す本発明の実施例と
同様に構成される。

【００２６】固定子１は、円筒状あるいは平板状を成す
第１のヨーク２と、第１のヨーク２の可動子１０の移動
範囲に対応する範囲に巻装され、それぞれ同一の巻線仕
様を有し、並列に接続された第１の巻線３（巻線３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄ）および第２の巻線４（巻線４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄ）とにより構成される。第１の巻線３
は、可動子１０の移動範囲に対応する第１のヨーク２の
中央部から一方の端部までの範囲に巻装され、それぞれ
同一の巻線仕様を有する巻線３ａ、巻線３ｂ、巻線３ｃ
および巻線３ｄを並列あるいは直列に接続して構成され
る。第２の巻線４は、可動子１０の移動範囲に対応する
第１のヨーク２の中央部から他方の端部までの範囲に巻
装され、それぞれ同一の巻線仕様を有する巻線４ａ、巻
線４ｂ、巻線４ｃおよび巻線４ｄを並列あるいは直列に
接続して構成される。

【００２７】同様に、図４に示す本発明の実施例の固定
子１を構成する第１の巻線３、第２の巻線４および第３
の巻線５においても、それぞれ複数の巻線を直列あるい
は並列に接続して構成しえるものである。

【００２８】図６は、本発明の永久磁石可動形リニア直
流モータの第６の実施例の構造説明図であり、固定子１
は、図１、図４あるいは図５に示す本発明の永久磁石可
動形リニア直流モータの実施例と同様に構成される。

【００２９】可動子１０は、円筒状を成す第２のヨーク
１２と、第２のヨーク１２の内側円筒面の円周方向の１
／２の範囲内に、所定の極性を有する磁極面が固着され
た半円筒状を成す永久磁石１１ａと、永久磁石１１ａと
同一の仕様に構成され、第２のヨーク１２の内側円筒面
の円周方向の他の１／２の範囲内に、永久磁石１１ａと
同一の極性を有する磁極面が固着された半円筒状を成す
永久磁石１１ｂとにより構成される。

【００３０】図７は、図１に示す本発明の実施例の推力
特性図であり、直線Ａはストロークを３０［ｍｍ］に設
定した際の推力特性を示し、直線Ｂは固定子１の長手方
向（可動子１０の移動方向）の寸法のみを増加させ、ス
トロークを１００［ｍｍ］に設定した際の推力特性を示
し、曲線Ｃは固定子１の長手方向（可動子１０の移動方
向）の寸法のみを増加させ、ストロークを２００［ｍ
ｍ］に設定した際の推力特性を示す。

【００３１】図７に示す直線Ａ、直線Ｂおよび曲線Ｃ
は、図９に示す従来の永久磁石可動形リニア直流モータ
の推力特性図の曲線Ａ、曲線Ｂおよび曲線Ｃに対応する
ものであり、本発明の永久磁石可動形リニア直流モータ
が、従来の永久磁石可動形リニア直流モータの推力変動
の減少、ロング・ストローク化および大推力化を可能と
する状態を示すものである。

【００３２】曲線Ｃで表される推力特性を有する本発明
の永久磁石可動形リニア直流モータは、固定子１を構成
する第１のヨーク２および可動子１０を構成する第１の
永久磁石１１の体積の増加により推力変動が大きく減少
する。更に、固定子１を構成する第１の巻線３および第
２の巻線４の起磁力の減少により、推力のリニア領域
（推力変動の無い領域）の拡大が可能となる。

【００３３】図１、図４、図５および図６に示す円筒状
に構成された本発明の実施例は、大推力化を目的とした
ものであり、図２、図３、図４および図５に示す平板状
に構成される本発明の実施例は、薄型化を目的としたも
のであり、図２に示す実施例は、薄型化、小型軽量化お
よび低価格化を目的としたものである。

【００３４】図１、図３および図６に示す実施例は、図
２に示す実施例に対して、固定子１と可動子１０との間
に作用する吸引力（非通電時の保持力）の減少および可
動子１０の支持装置（軸受装置）の簡略化を可能とし、
図４に示す実施例は、図１、図２および図３に示す実施
例に対して、推力変動の減少を可能とし、図５に示す実
施例は、図１、図２および図３に示す実施例に対して、
推力変動の減少およびロング・ストローク化を可能とす
るものである。

【００３５】本発明の永久磁石可動形リニア直流モータ
の可動子１０を構成する永久磁石１１は、図６の実施例
に示すように、可動子１０の低価格化を目的として、永
久磁石の寸法、着磁条件および組立条件に応じて複数の
永久磁石を積層あるいは列設して構成され、更に、必要
に応じて磁性材料を介在させ構成される。

【００３６】第２のヨーク１２は、永久磁石１１より発
生する磁束の外部への漏洩防止および磁束の有効利用を
目的として装着され、永久磁石１１のＮ極の極性を有す
る磁極面から放出され、永久磁石１１のＳ極の極性を有
する磁極面に至る磁束を飽和すること無く流し得る体積
に構成される。

【００３７】本発明の永久磁石可動形リニア直流モータ
は、固定子１を構成する二つの巻線（第１の巻線３およ
び第２の巻線４）あるいは三つの巻線（第１の巻線３、
第２の巻線４および第３の巻線５）の長さ（可動子の移
動方向の長さ）を、それぞれ可動子１０を構成する永久
磁石１１の長さ（可動子の移動方向の長さ）と同一に構
成することにより、図１ないし図６に示す本発明の永久
磁石可動形リニア直流モータの実施例に対して、推力変
動の減少およびロング・ストローク化が可能となる。

【００３８】同様に、図５に示す実施例のおいて、巻線
３ａないし巻線３ｄおよび巻線４ａないし巻線４ｄの長
さ（可動子の移動方向の長さ）を、それぞれ可動子１０
を構成する永久磁石１１の長さ（可動子の移動方向の長
さ）と同一に構成することにより、推力変動の減少およ
びロング・ストローク化がが可能となる。

【００３９】本発明の永久磁石可動形リニア直流モータ
において、第１のヨーク２および第２のヨーク１２は、
電磁軟鉄、構造用圧延鋼あるいは炭素鋼等の優れた磁気
特性を有する金属により構成され、使用目的によって
は、熱処理により磁気特性の向上が図られる。固定子１
を構成する二つの巻線（第１の巻線３および第２の巻線
４）あるいは三つの巻線（第１の巻線３、第２の巻線４
および第３の巻線５）は、巻枠に所定の径を有する素線
を所定数巻いて構成されるが、小型軽量化を図る際には
自己融着線により構成され巻枠が不要となる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の永久磁石可
動形リニア直流モータは、従来の永久磁石可動形リニア
直流モータの推力変動の減少、大推力化およびロング・
ストローク化を可能とするものであり、推力変動の減少
および大推力化に伴い、小型軽量化および低価格化を可
能とするものである。即ち、推力変動の減少、大推力
化、ロング・ストローク化、小型軽量化および低価格化
を共に可能とするものであり、更に、推力のリニア領域
（推力変動の無い領域）の拡大を可能とするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構造説明図である。

【図２】本発明の第２の実施例の構造説明図である。

【図３】本発明の第３の実施例の構造説明図である。

【図４】本発明の第４の実施例の構造説明図である。

【図５】本発明の第５の実施例の構造説明図である。

【図６】本発明の第６の実施例の構造説明図である。

【図７】本発明の永久磁石可動形リニア直流モータの推
力特性図である。

【図８】従来の永久磁石可動形リニア直流モータの構造
説明図である。

【図９】従来の永久磁石可動形リニア直流モータの推力
特性図である。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ 第１のヨーク ３ 第１の巻線 ３ａ 巻線 ３ｂ 巻線 ３ｃ 巻線 ３ｄ 巻線 ４ 第２の巻線 ４ａ 巻線 ４ｂ 巻線 ４ｃ 巻線 ４ｄ 巻線 ５ 第３の巻線 ６ 巻線 ７ 面 ８ 面 １０ 可動子 １１ 永久磁石 １１ａ 永久磁石 １１ｂ 永久磁石 １２ 第２のヨーク １２ａ 第２のヨーク １２ｂ 第２のヨーク

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のヨークと、第１のヨークの可動子
   の移動範囲に対応する範囲に巻装され、それぞれ同一の
   巻線仕様を有し、並列に接続された二つの巻線とにより
   構成される固定子と、 所定の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て固定子に
   相対するように配置された永久磁石と、永久磁石の他の
   極性を有する磁極面に固着された第２のヨークとにより
   構成される可動子とを具備することを特徴とする永久磁
   石可動形リニア直流モータ。
2. 【請求項２】 請求項１の固定子を構成する巻線を、そ
   れぞれ同一の巻線仕様を有し、並列に接続された三つの
   巻線により構成することを特徴とする請求項１の永久磁
   石可動形リニア直流モータ。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２の固定子を構
   成する巻線の長さ（可動子の移動方向の長さ）を、それ
   ぞれ可動子を構成する永久磁石の長さ（可動子の移動方
   向の長さ）と等しく構成することを特徴とする請求項１
   あるいは請求項２の永久磁石可動形リニア直流モータ。