JPWO2007116506A1 - リニアモータ - Google Patents

Abstract

従来技術によるリニアモータは、電機子と可動子の間に磁気吸引力が一方向に働くため、可動子の支持機構に大きな負担がかかり、構造に歪みが生じて様々な弊害を生じる。また、永久磁石表面の保護も困難であった。本発明のリニアモータは、電機子巻線を有する固定子と永久磁石を有する可動子が相対的に移動可能な構成をするリニアモータであって、該リニアモータの固定子はリング状コアと電機子歯，電機子巻線で磁気回路を構成し、該電機子歯には空隙を介して前記可動子の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯にスリット溝を配置し、該電機子歯のスリット溝に沿って、走行可能な凸部材と内部が中空部を有する部材を備え、該中空部に前記複数の永久磁石は前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように配置されたことを特徴とするものである。

Description

本発明はリニアモータに関し、特に、該リニアモータの一次側部材はリング状コアと電機子歯，電機子巻線で磁気回路を構成し、このリング状コア一部には空隙を介して永久磁石の二次側部材が往復駆動するリニアモータに関する。

従来のリニアモータは、回転機を切り開いて直線上に展開した構造が主であり、電機子巻線を有する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子で構成されている。従って、固定子と可動子との間には大きな磁気吸引力が働き、エアギャップを一定に保つ支持機構の負担が大きく、装置全体が大型化になる。
従来のリニアモータは、回転機を切り開いて直線上に展開した構造が主であり、電機子巻線を有する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子で構成されている。従って、固定子と可動子との間には大きな磁気吸引力が働き、エアギャップを一定に保つ支持機構の負担が大きく、装置全体が大型化になる。
更に、前記の従来技術によると、１つの固定子ユニットに複数の巻線が巻回されて、さらに、隣接する固定子磁極には相異なる巻線が巻回される構造になっており、装置全体の構造が複雑になっていた。
本発明の目的は、前記の欠点を解消するために、電機子巻線の配置方法を工夫しコンパクトな構造でありながら、かつ一次側部材（固定子）と二次側部材（可動子）との間に働く磁気吸引力が相殺し、磁気回路の特性を保ちながら、永久磁石を有する二次側部材の剛性を高くすると共に、シンプルな構造で製作できるリニアモータを提供することにある。
尚、従来のリニアモータに関する特許文献として国際公開特許公報ＷＯ００／６９０５１号が上げられる。

上記課題を達成するために本発明は、進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、該凸部材は内部が中空部を有し、１つ以上の永久磁石を保持する部材が複数組み合わさることで、前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように前記中空部に配置されたことを特徴とするものである。
また、上記課題を達成するために本発明は、進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、該凸部材は内部が中空部を有し、該中空部に磁性体を配置したことを特徴とするものである。

第１図は本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成を示す。
第２図は本発明の一実施形態によるリニアモータのリング状コアの概念と永久磁石部の配置を示す。
第３図は本発明の一実施形態によるリニアモータのリング状コアの概念を示す。
第４図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第５図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子と従来技術によるリニアモータの可動子の比較を示す。
第６図は本発明の一実施形態によるリニアモータの永久磁石部品（その１）を示す。
第７図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの永久磁石部品（その２）を示す。
第８図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの永久磁石部品（その３）を示す。
第９図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の作り方（その１）を示す。
第１０図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の作り方（その２）を示す。
第１１図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコアと可動子（その１）を示す。
第１２図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコアと可動子（その２）を示す。
第１３図は本発明のリニアモータを用いたサーボ制御システム構成図を示す。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。また、図中において、同一符号で示す構成要素は、同一物又は相当物である。
第１図は本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成図を示す。
第１図において、凸部２２０と内部が中空部を有する部材２１０を備え、一定間隔に永久磁石２１１を保つ第三部材２１７中に前記複数の永久磁石を配置し、該第三部材２１７と永久磁石２１１を一緒に前記中空部の中に配置する構成になっている。
また、内部が中空部を有する部材２１０としては、アルミ押し出しで製造することで、簡単で安価に製作することが可能である。この場合に、内部が中空部を有する部材はひとつの部品としてアルミ押し出しで作るが、複数の部品に分けてアルミ押し出して作る方法もある。複数の部品に分けてアルミ押し出して作る場合は、永久磁石２１１を一定間隔に保つ第三部材２１７中に前記複数の永久磁石２１１を配置した後、複数の部品に分けてアルミ押し出しで作った部品を張り合わせて組み合わせることも可能である。
第２図は本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成図を示す。
第２図において、電機子巻線４を有する一次側部材である固定子と永久磁石を有する二次側部材である可動子２１０が相対的に移動可能な構成をするリニアモータであり、特に言及する以外に基本的なシステム構成は国際公開特許公報ＷＯ００／６９０５１号に示されている内容と同じである。
このリニアモータの固定子はリング状コア１と電機子歯３，電機子巻線４で磁気回路を構成し、該リング状コアの一部には空隙を介して前記可動子の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３にスリット溝１０を配置し、該電機子歯３のスリット溝１０に沿って走行可能な凸部材２２０を永久磁石面に備えたことを特徴とするリニアモータである。
また、リング状コア一部には空隙を介して可動子２１０の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３が配置され、前記可動子の長手方向に沿ってガイドレール２３０を備え、前記ガイドレール２３０に合わせて支持機構２３１がリング状コア１側に配置されている。複数のリング状コア１を組み立てるために、前記リング状コアの一部には貫通穴８を備えている。
可動子２１０の両脇には支持機構２３１が配置されているが、該支持機構らの形状と可動子のガイドレール（図示せず）とは混合して組み合わせても構わない。また、支持方法についても、空気静圧軸受け，油静圧軸受けなどによる非接触支持方法と平面摺動，リニアガイドレールなどで支持する方法も採用可能である。
第３図は本発明の一実施形態によるリニアモータのリング状コアの概念を示す。
第３図において、奇数番目リング状コア１ａと偶数番目リング状コア１ｂには共通の電機子巻線４が配置されている概略を示す。第２図（ｂ）において、リング状コアは二つしか示してないが、二つ以上に奇数番目リング状コアと偶数番目リング状コアが幾つ有っても１つの電機子巻線４で配置可能である。
これにより、１つの電機子巻線に電流を通すことで、隣り合うコアの磁極場の間に逆方向の磁場を形成することを実現している。
また、電機子巻線４はリニアモータとしての効果を得るためには、必ずしも各リング状コアに全体に対して共通に巻く必要は無く、可動子２１０の移動に不自由しない場所であれば何処に配置しても良い。例えば、１つの電機子巻線４をリング状コア１の下部に一箇所に設けるのではなく、下部の両側の垂直に立った部分について１つの電機子巻線４を配置したり、下部の両側の垂直に立った部分の両側について２つの電機子巻線４を配置することも可能である。
第４図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第４図において、可動子２１０の中央部表裏面には凸部材２２０ａ，２２０ｂを備え、可動子２１０長手方向の両脇にガイドレール２３０を備えた構造を示したものである。
このように、二次側部材の可動子２１０の中央部の表と裏面に凸部材２２０ａ，２２０ｂを配置することで、リニアモータの長手方向に沿って二次側部材の可動子を長く形成したとしても、可動子の剛性を高めることが実現出来る。これにより、高速に可動子を駆動したとしても可動子の歪みを少なく出来る。
第５図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子と従来技術によるリニアモータの可動を比較して示す。
第５図（ａ）は可動子２１０の中央部表裏面には凸部材２２０を備えた構造である本発明のリニアモータの可動子を示し、第５図（ｂ）は可動子２１０の中央部表裏面には凸部材無しである従来技術のリニアモータの可動子を示す。第５図において、可動子２１０の中央部表裏面に凸部材２２０を備えることで、可動子の二次断面モーメントが大きくなり剛性が強くなる効果が得られる。
第６図は本発明の一実施形態によるリニアモータに用いられる永久磁石部品を示す。
第６図の永久磁石部品は、一定間隔に保つ第三部材２１７中に永久磁石２１１をＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極の順番になるように配置してロール状に巻いた概念を示したものである。
この第三部材２１７の厚さは永久磁石２１１と比較して薄く形成することが可能であり、材質としては非磁性体金属として、アルミやステンレスなどを用いる。また材質としてはある程度の可変性がある樹脂材料を用いることが可能である。
第７図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの永久磁石部品の一例を示す。
第７図の永久磁石部品は、永久磁石２１１をスキューさせて一定間隔に保つ第三部材２１７中にＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極の順番になるように永久磁石２１１を配置したものをロール状に巻いた構成を示している。
第６図の実施例と同様に、この第三部材２１７の厚さは永久磁石２１１と比較して薄く形成することが可能であり、また材質としてはある程度の可変性がある樹脂材料を用いることが可能である。
そして、このように永久磁石２１１をスキューさせて一定間隔に保つことにより、二次側部材の可動子２１０が相対的に移動する際に、推力リップルを小さくして、スムーズな駆動が行えるようになる。
第８図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの永久磁石部品の作成方法の一例を示す。
第８図において、永久磁石２１１を一定間隔に保つ第三部材２１７を、中空部を有する部材に差し込むときに、永久磁石２１１をはめる作業を行うことを示している。永久磁石をはめる時に接着剤（図示せず）を塗りながら差し込んでも良いし、後で中空部を有する部材に接着剤を流し込んでも固めても良い。また、各部品同士は接着剤のみならず、溶接，ボルト，ピン，リベットなどを用いて固定することも可能である。
第９図は永久磁石２１１を一定間隔に保つ第三部材２１７の代わりにスペーサ２１４を用いた可動子の作成方法の一例を示す。
第９図は永久磁石２１１を一定間隔に保つスペーサ２４１を、中空部を有する部材に差し込むときにはめる作業を行うことを示している。永久磁石をはめる時に接着剤（図示せず）を塗りながらスペーサ２１４を差し込んでも良いし、後で中空部を有する部材に接着剤を流し込んでも固めても良い。また、各部品同士は接着剤のみならず、溶接，ボルト，ピン，リベットなどを用いて固定することも可能である。
第１０図は、第５図（ｂ）で示した可動子２１０の中央部表裏面に凸部材が無いアルミ押し出し部品に永久磁石２１１とスペーサ２４１を組み合わせた可動子の作り方の一例を示したものである。
この実施例においても、第９図の実施例と同様に永久磁石２１１を一定間隔に保つスペーサ２１４を、中空部を有する部材に差し込むときにはめる作業を行うことを示している。そして、永久磁石をはめる時に接着剤（図示せず）を塗りながらスペーサ２４１を差し込んでも良いし、後で中空部を有する部材に接着剤を流し込んでも固めても良い。また、各部品同士は接着剤のみならず、溶接，ボルト，ピン，リベットなどを用いて固定することも可能である。
第１１図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコアと可動子を示す。
第１１図（ａ）には、リング状コア一部には空隙を介して可動子２１０の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３にはスリット溝１０を複数箇所（第１５図では上部３箇所、下部３箇所合計６箇所）配置した例が示されている。そして、第１１図（ｂ）には、その電機子歯の溝形状に対応した可動子２１０の表裏両面には凸部材２２０が複数個備えている例か示されている。このような構成を備えることで、二次側部材である可動子の剛性をより高めることを実現している。
第１２図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第１２図（ａ）は、可動子２１０の表裏両面には凸部材を複数個配置する際に、中央部から少しずらした場所の２カ所に配置したものであり、この構成においても可動子の剛性を高めることが実現出来る。
また、第１２図（ｂ）は、可動子２１０の表裏両面の片面だけに凸部材を可動子２１０の長手方向に沿って配置したものであり、この構成においても可動子の剛性を高めることが実現出来る。
第１３図は本発明のリニアモータを用いたサーボ制御システム構成図を示す。
本発明のリニアモータ２０は移動体２１と連結され、ドライバ２２，コントローラ２３，変位センサー２４などから構成され、目標指令に従って駆動するシステムである。第１３図では、変位センサー２４を用いたクロースループ制御システム構成を示しているが、用途によっては変位センサー無しのオープンループ制御も可能である。また、電流センサー，磁極検出センサーなど（図示せず）を用いて高精度，高性能のサーボ制御システム構成が可能である。
第１３図において、変位センサー２４は従来のリニアモータと同じく、可動子２１０の長手方向に沿ってエンコーダスケール（図示せず）が配置されると共に、該エンコーダスケールに対向する場所には、エンコーダ検出器（図示せず）を設け、直線駆動装置として用いることが実現出来る。
尚、上記に示す本発明のリニアモータにおいて、リング状コア、または電機子歯などに配置される電機子巻線の一例について述べたが、お互いに混合して組み合わせた配置でも構わない。
また、前述した本発明のリニアモータの実施形態においては、可動子が永久磁石側で、固定子が電機子巻線側とした説明を行ったが、これとは逆に、電機子巻線側が可動子として、永久磁石側を固定子として用いることも可能である。
更に、上記に述べた組み合わせの実施形態以外でも、一部だけを採用する組み合わせによるものでも良い。各図で示すリニアモータの各々の構成要素は各図の実施例に関係なく、跨って組み合わせにしても良いし、それらの組み合わせでモールドすることも可能である。

以上説明したように、本発明によれば、電機子巻線の配置方法を工夫しコンパクトな構造でありながら、かつ固定子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるようなリニアモータを提供することにある。更に、永久磁石からなる部材の剛性を高くして、シンプルな構成で安価に作れるリニアモータを提供することが実現出来る。

Claims (10)

1. 進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、
   前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、
   該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、
   該凸部材は内部が中空部を有し、
   １つ以上の永久磁石を保持する部材が複数組み合わさることで、前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように前記中空部に配置されたことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１のリニアモータにおいて、
   永久磁石を一定間隔に保つ第三部材中に前記複数の永久磁石を配置し、該第三部材と永久磁石を一緒に前記中空部の中に配置することを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１のリニアモータにおいて、
   樹脂材中に前記複数の永久磁石を配置し、該樹脂材を前記中空部の中に配置することを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１のリニアモータにおいて、
   永久磁石を一定間隔に保つ該第三部材は帯状になって、永久磁石を嵌めるスペースが用意され前記複数の永久磁石を配置し、該第三部材と永久磁石を前記中空部の中に配置することを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項１のリニアモータにおいて、
   内部が中空部を有する部材はアルミ押し出しで製造し、該中空部に前記複数の永久磁石は前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように配置されたことを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項１のリニアモータにおいて、
   前記固定子が固定的に支持され、前記可動子が移動することを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項１のリニアモータにおいて、
   前記可動子が固定的に支持され、前記固定子が移動することを特徴とするリニアモータ。
8. 進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、
   前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、
   該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、
   該凸部材は内部が中空部を有し、
   該中空部に磁性体を配置したことを特徴とするリニアモータ。
9. 請求項８のリニアモータにおいて、
   前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように前記磁性体を配置したことを特徴とするリニアモータ。
10. 請求項９のリニアモータにおいて、
    第三部材中に前記複数の磁性体を一定間隔で配置し、該第三部材と磁性体を一緒に前記中空部に配置したことを特徴とするリニアモータ。

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