JPS611255A - 有鉄芯型直流リニアモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （本発明の技術分野） 本発明は、物体をダイレクトに直線運動させるための直
流リニアモータに関するっ （技術背景） 従来、多くの製品に見られるリニアモータとしては、リ
ニアパルスモータがほとんどである。しかし、かかるリ
ニアパルスモータは、著しい機械加工精度を要求され、
高価で１重量が重く、また走行子を高速に移動できず、
走行子を高速移動させようとすると脱調現象を起こし、
誤動作を伴う。

しかるに、リニアモータとしては、直流リニアモータの
方が望ましい。

またボイスコイル型の直流リニアモータが知られている
が、従来この種の直流リニアモータは。

磁気回路の構成がやっかいであるために、一般にはスト
ロークの短いものしか形成できないものであった。

かかる欠点を解消するために１本件出願人は。

Ｎ、Ｓの磁極を長手（移動子の移動）方向に沿って、交
互にｐ　（Ｔ）ｌ−４２以上の正の整数）極を有する界
磁マグネットを設け、推力に寄与する導体部の開角幅が
上記界磁マグネットの駆動用磁極幅の略２ｎ　−１（ｎ
は１以上の正の整数）倍に形成された１以上の空芯型の
電機子コイル群からなるコアレス電機子を上記界磁マグ
ネットに相対的移動をなすように相対向して設け、上記
界磁マグネット又は電機子のいずれか一方を固定子とし
、他方を移動子とした直流リニアモータを多数出願した
。

かかる直流リニアモータは、従来公知のボイスコイル型
リニアモータやリニアパルスモータのもつ欠点を解消で
きるので有用なものである。

かかるコアレス直流リニアモータなので、応答性、構造
簡単、また安価で、極めて容易に、直流リニアモータの
欠点となっているユニット化が容易で１種々の長さのも
のが極めて容易に量産できる特徴を有する。またコアレ
ス（無鉄芯型）直流リニアモータなので、当該鉄芯と界
磁マグネットとが吸引し合うことがないので、軸受や移
動子のカイト支持部に負担がかからず、この結果、安価
な軸受やガイド支持部を用いることができるので。

安価に量産できるメリットがある。その池、電機子コイ
ル・Ｄ形成が極めて容易で、任意の位置に容易に配設可
能である。ヨークが極めて簡単である。

この結果、総合的にも、有鉄芯型直流リニアモータに比
較して、性能上、製造上、ユニット化、設計変更、及び
量産価格的にも非常に有用である。

しかしながら、コアレス直流リニアモータの場合（こは
、コア（鉄芯）がないことから、有鉄芯型直流リニアモ
ータに比較して大きな推力が得られない欠弘がある。コ
アレス直流リニアモータの場合には、コア（鉄芯）がな
いために、コキングが生じないメリットがある反面、コ
キングトルクか生じないため、すなわら、コア（鉄芯）
と界磁マグネットとが吸引し合う力がないために、有鉄
芯型直流リニアモータに比較して、大きな推力が得られ
ない欠点がある。

このことは、コアレスとコア有のもののもつそれぞれの
性質上から当然生じるもので、いずれが良いかは、適用
せんとする装置によって、それぞれ適宜選択されるもの
であることは言うまでもない。コアレスの特徴とコア有
の直流リニアモータの特徴とが異なるからである。

しかるに、従来の有鉄芯型直流モータのほとんど多くの
ものは、電機子コイルを巻装するための鉄芯（コア）の
構造が複雑で、電機子コイルを巻線するための巻線機が
複雑且つ高価で、また鉄芯に電機子コイルを巻線するの
にやっかいで量産に適さず、高価になる欠点があった。

また従来の多フツ有鉄芯型直流リニアモータのほとんど
は１反推力が入り高効率のものが得られない欠点があっ
た。

（本発明の目的） 本発明は、上記事情に基いてなされた有鉄芯型直流リニ
アモータで、（１）極めて電機子コイルを巻装するため
の突極（鉄芯）の構造が簡単で、（２）該突極（鉄芯）
に巻装するための電機子コイルの形状も簡単で、簡易な
巻線機を用いて極めて安価に形成できるので、（３）を
記突極（鉄芯）に電機子コイルを容易に巻装できるよう
にし、（４）安価に量産でき、（５）大きな推力が得ら
れ、（６）はとんど反推力が入らず高効率のものにでき
、（７）またユニット化も可能で、設計仕様に基いてス
トロークの短いものも長いものも容易に形成でき、（８
）必要に応じて電機子を長短適宜なものに容易に変更で
き、（９）大きな推力を要求される箇所には、多くの電
機子コイルを、小さな推力しか要求されない箇所には少
ない数の電機子コイルを適宜配設形成することができる
ようにすることで、００）性能及びコストに応じたもの
を安価且つ容易に量産できる。ようにすることを１０勺
になされたものである。

（本発明の目的達成手段） かかる本発明の有鉄芯型直流リニアモータは、移動子の
走行方向に沿ってＮ極、Ｓ極のを有するｐ　（ｐは２以
上の正の整数）極の界磁マグネットを設け、該界磁マグ
ネットと相対的移動をなすヨークに上記界磁マグネット
の磁極幅と同一又はほぼ等しい開角幅の突極を１以上適
宜間隔で形成し。

該突極の開角と略々一致する内径を有する空芯型の電機
子コイルを上記突極の外周に装着し、上記界磁マグネッ
ト又は突極に電機子コイルを装着したヨークのいずれか
一方を移動子とし、他方を相射的移動をなす固定子とす
ることによって達成される。

以下１図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

（第一実施例） 第１図は本発明の第一実施例の可動マグネット型の有鉄
芯型直流リニアモータの上面図、第２図は第１図の側面
図、第３図は第１図及び第２図のものを走行方向から見
た縦断面図、主に第１図乃至第３図を参照して本発明第
一実施例を説明する。

本発明の可動マグネット型の有鉄芯型直流すニアモーク
ＬＭは、長板状のステータヨーク１上に。

該ステータヨーク１の幅よりも狭い長板状のステータ板
２を固着している。ステータ板２には、後記する電機子
コイルを装着するための磁性体からなる複数の突極（鉄
芯）４が貼着、軸着、固着あるいはステータヨーク１と
一体形成することで一体化形成されて突出している。該
突極９は、第４図に示すように後記する界磁マグネット
のＮ極。

Ｓ極の磁極幅Ｔと略々等しい開角幅γのものとなってい
る。該突極４はステータヨーク１の上面に複数適宜間隔
で配置形成することができるが、この実施例ては、突極
をステータヨーク１の上面に等間隔に形成している。上
記ステータ板２は、ス形成している。またステータ板２
はアルミニウム等の非磁性体によって形成され、その表
面にエツチング等の手段によって図示しないプリント配
電パターンを形成している。電機子コイル３は、第４図
及び第６図に示すように、上記突極４の開角Ｔと略々一
致する内径Ｔを有する空芯型の矩形枠状のものに形成さ
れ、該電機子コイル３を上記それぞれの突極４の外周に
装着してステータ板２に貼着等によって固定してステー
タ電機子を形成している。尚、電機子コイル乙の端子は
、ステータ板２上の図示しないプリント配電パターンに
半田付けして接続している。上記ステータヨーク１（ス
テータ板２）上に突極４を等間隔に形成した場合におい
て、該突極４及び電機子コイル６は極めて簡易な形状の
ため、上記突極４の外周に電機子コイル６を極めて容易
に装着てきる。また電機子コイル３は、第６図に示すよ
うに極めて簡単な空芯型コイルで良いので、簡易な巻線
機を用いて容易且つ安価に量産形成できる。また、上記
ステータヨーク２」二に上記条件の突極４を等間隔に形
成した場合、該突極４に上記した条件の電機子コイル３
を装着した場合、電機子コイル６は互いに重畳すること
なく１等間隔に配設され安住Ｗぞなる。電機子コイル６
の導体部６ａと導体部６ｂとのクロスする位置に１位置
検知素子５（例えば。

ホール素子、ホールＩＣ等の磁電変換素子）が配設され
ている。上記突極４及び電機子コイル３群からなるステ
ータ電機子と相対向して縦断面コ字状の走行磁性体ヨー
ク７が設けられ、走行磁性体ヨーク７はその側面部に回
動自在に軸支された走行ローラ８が、上記ステータ板２
の側面部に案内されて、走行方向にスムーズに走行移動
するようになっている。

尚１位置検知素子５を上記位置に配置してやると滑らか
な推力（トルク）リップルの直流リニアモータＬ、Ｍが
得られて望ましいし、また位置検知素子５を適する位置
に容易に配設できるので、量産において便利である利ζ
がある。磁性体ヨーク７の内面には、第５図に示す界磁
マグネット６が固設され、上記突極４及び電機子コイル
６群からなるステータ電機子と相対向している。また位
置検知素子である磁電変換素子５は、界磁マグネット６
の側面部と対向しており、界磁マグネット６のＮあるい
はＳ極の磁極の漏れ磁束をひろい、半導体整流装置（駆
動回路）１６に適切な信号を出力する。かかる位置に磁
電変換素子５を配設できるのは、電機子コイル乙の導体
部３ｂの幅だけ。

界磁マグネット６の幅を狭くできるからである。

従って、界磁マグネット乙の側面部と対向してステータ
電機子側に磁電変換素子５を配設できるスペースができ
ることによる。上記界磁マグネット６はその長手方向に
磁極福がＴのＩｔＭＮ極、Ｓ極の磁極を交互に有するも
のに形成されている。この界磁マグネット６はｐ極（ｐ
は２以上の正の整数）以上のものであれば、所定の目的
を達成できるものであるが、この実施例では多数極の界
磁マグネット６を形成している。尚、かかる多数極の界
磁マグネット６を用いる場合、これは一体向なものであ
る必要はないことは、この分野の常識である。すなわら
、一体向なものに形成することは。

やつかいて、また非常にコスト高になるため、界磁マグ
ネットセグメントで形成しても良いわけである。また、
かかる界磁マグネットセグメントは必ずしも密に隣接配
置されている必要はないことは言うまでもない。

第７図は界磁マグネット６とステータ電機子との展開図
で、この第７図から明らかなように、電機子コイル６は
界磁マグネット６の磁極幅と略等しくなっており、また
各電機子コイル６群は互いに重畳しないように配設され
ている。このようになるのは、突極４の幅Ｔが界磁マグ
ネット６の磁極幅Ｔと等しく形成されているため、界磁
４束が磁気抵抗の高い電機子コイル乙に通らず、磁気抵
抗の小さい突極４にのみ通るようになるがらである。従
って、コアレスタイプの直流リニアモータにおいて、電
機子コイル６が、推力に寄与する導体部６ａと３ａとの
開角を界磁マグネット乙の磁極幅と略等しい開角幅のも
のを用いた場合と同じものとなる。このため反推力が入
りにりく、有鉄芯型なので大きな推力の直流リニアモー
タＬＭが得られる。従って、１個の電機子コイル乙の通
電角は電気角で１８０度となるため、電機子コイル６群
には電気角で１８０度の切換通電がなされ。

上記したように反推力が入りにクク、効率の良い可動マ
グネット型の有鉄芯型直流リニアモータＬＭが得られる
。いま、可動マグネット型の有鉄芯型直流リニアモータ
ＬＭの電源がオンされているとすると、ステータ電機子
を構成する電機子コイル３群には第７図に示すように矢
印方向の電流が流れ、矢印Ｆ方向の推力が得られ、界磁
マグネット６は矢印Ｆ方向に走行移動する。尚、各電機
子コイル３群の両端子は、半導体整流装置１０に接続さ
れ１位置検知素子５としての磁電変換素子５の両出力端
子は半導体整流装置１０に接続されている。１１−１’
、１１−２は、それぞれ半導体整流装置１３のプラス電
源端子、マイナス電源端子であるっ （第二実施例） 上記実施例においては可動マグネット型の有鉄芯型直流
リニアモータＬＭを示したが、電機子コイル３が走行子
となり、界磁マグネット６が固定子となっている可動電
機子コイル型の有鉄芯型直流リニアモータとしても良い
ことは言うまでもない。この場合、上記実施例の場合に
おいて、界磁マグネット６と電機子コイル６群からなる
電機子との配置を逆にすれば良いので、特に詳細ｒ説明
を必要としないので、第１図乃至第３図に対向する図を
第８図乃至第１０図に示しておく。尚、この場合、第８
図及び第９図から明らかなように固定子となる界磁マグ
ネット６をＮ極、Ｓ極を交互に長手方向に長クシ、可動
電機子側と短かいものにすると都合良い。また突極４は
走行磁性体ヨーク７の下面に一体形成しておくと良い。

また界磁マグネット６が固定子であるため、上記ガイド
レール機能を有するステータ板２に代えたガイド突起１
２をステータヨーク１の上面に形成すると量産に都合良
い。あるいはガイド突起１２をステータヨークとし、上
記ステータヨーク１に代えた他の非磁性体で形成した基
板を用いても良い。

（他の実施例） 上記実施例においては、界磁マグネット乙の磁極をスキ
ュー形成したり、あるいは突極４や電機子コイルをスキ
ューさせたものにも本発明の精神は生きており、当然適
用されるものである。

また、上記実施例においては、移動子を短がいものに形
成し、固定子を長いものに形成したが。

この逆であっても良い。

また、上記多数の突極４はステータヨーク１等に多数形
成し、該突極４それぞれに電機子コイル６を巻装したが
、ステータヨーク１等を短かいものにし、該短かいステ
ータヨーク１等に１又は数個の突極４を形成し、該突極
４に電機子コイル３を巻装した有鉄芯型直流リニアモー
タユニットを形成し、該ユニットを適宜位置に並べて固
設するすることで適宜な長さの有鉄芯型直流リニアモー
タを容易に形成できるようにしても臼い。また上記にお
いては、半導体整流装置及び磁電変換素子を用いて整流
を行なう例を示したが、整流子とブラシとを用いて整流
を行なっても良い。

（本発明の効果） 本発明は、上記構成からなるため、（１）電機子コイル
を巻装するための突極が極めて簡単な構成のものに形成
できるため、（２）該突極に巻装するための電機子コイ
ルを製造容易且つ安価なものに形成できるため、（３）
該電機子コイルを突極に容易に巻装てきるので安価に電
機子を量産できる、（４）また有鉄芯型なので大きな推
力が得られる、（５）また突極の開角が界磁マグネット
の開角と同じなので。

反推力が入らず５１８０度通電を行なうことができるの
で高効率のものが得られる、（６）また、電機子コイル
を重畳型配設しないで済むので、量産に適する。（７）
ユニット化することで、設計仕様、推力、性能及びコス
トに応じて、ストロークの長いものも短かいものも容易
に形成でき、また、必要に応じて電機子を長短適宜容易
に変更でき、更にまた。大きな推力を要求される箇所に
は多くの突極及び電機子コイルを配設し、小さな推力し
か要求されない箇所には少ない数の突極及び電機子コイ
ルを適宜配設形成することで任意の有鉄芯型直流リニア
モータを得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例の可動マグネット型の有鉄芯
型直流リニアモータの上面図、第２図は第１図の側面図
、第３図は第１図及び第２図のものを走行方向から見た
縦断面図、第４図は突極の説明図、第５図はＮ、Ｓの磁
極を交互に形成した界磁マグネットの斜視図、第６図は
位置検知素子の配置と電機子コイルの形状を示す斜視図
、第７図は界磁マグネットと電機子コイル群との展開図
、第８図は第１図に対応する可動電機子コイル型の有鉄
芯型直流リニアモータの上面図、第９図は第８図の側面
図、第１０図は第８図及び第９図のものを走行方向から
見た縦断面図である。 ＬＭ・・・可動マグネット型の有鉄芯型直流リニアモー
タ、　　ＬＭ’・・・可動電機子コイル型の有鉄芯型直
流リニアモータ、　　１・・・ステータヨーク、　　２
・・・ステータ板、　６・・・電機子コイル、　４・・
・突極、５・・・位置検知素子、　６・・・界磁マグネ
ット、７・・・走行磁性体ヨーク、　８・・・走行ロー
ラ、　９・・・透孔、　　１０・・・半導体整流装置、
　１１−１・・・プラス電源端子、　　１１−２・・・
マイナス電源端子、１２・・ガイド突起。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動子の走行方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極を有するｐ
   （ｐは２以上の正の整数）極の界磁マグネットを設け、
   該界磁マグネットと相対的移動をなすヨークに上記界磁
   マグネットの磁極幅と同一又はほぼ等しい開角幅の突極
   を１以上適宜間隔で形成し、該突極の開角と略々一致す
   る内径を有する空芯型の電機子コイルを上記突極の外周
   に装着し、上記界磁マグネット又は突極に電機子コイル
   を装着したヨークのいずれか一方を移動子とし、他方を
   相対的移動をなす固定子としたことを特徴とする有鉄芯
   型直流リニアモータ。