JPWO2013065180A1 - Cylindrical linear motor - Google Patents
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Abstract
筒状のフレーム11と、前記フレーム11に内嵌された磁性体製の筒状のヨーク12と、前記ヨーク12内に軸方向に配列された複数のリング状のコイル13u、13v、13wと、前記フレーム11の両端部に固定された軸受ホルダ16と、前記軸受ホルダ16に保持された軸受17と、を有する電機子部10と、前記電機子部10内に挿通され、複数の永久磁石22が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受17に挿通される小径シャフト部24bと、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部20と、前記軸受ホルダ16に保持されて前記小径シャフト部24bが挿通され、前記小径シャフト部24bとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材19と、を備える。A cylindrical frame 11, a cylindrical yoke 12 made of a magnetic material fitted in the frame 11, and a plurality of ring-shaped coils 13u, 13v, 13w arranged in the axial direction in the yoke 12, An armature part 10 having a bearing holder 16 fixed to both ends of the frame 11 and a bearing 17 held by the bearing holder 16, and a plurality of permanent magnets 22 inserted into the armature part 10. Having a large diameter intermediate portion arranged in the axial direction, and a small diameter shaft portion 24b extending from the large diameter intermediate portion to both sides in the axial direction and inserted into the bearing 17, and formed in a stepped shaft shape. The magnetic part 20 and the friction member 19 that is held by the bearing holder 16 and through which the small-diameter shaft part 24b is inserted and generates a static friction force between the small-diameter shaft part 24b are provided.
Description
本発明は、筒型リニアモータに関する。 The present invention relates to a cylindrical linear motor.
筒型リニアモータは、磁性体製の筒状のヨーク内に、U相、V相及びW相のリング状のコイルを軸方向に複数組配列した固定子としての電機子部と、前記電機子部内に挿通されるシャフトに、複数の永久磁石を、磁性体製の板状のスペーサを介してN極同士、S極同士を対向させて軸方向に配列した可動子としての界磁部と、前記電機子部の両端部に設けられ前記シャフトを軸方向に直動自在に支持するリニアブッシュ又はボールブッシュ等の軸受部と、を備えている。 The cylindrical linear motor includes an armature portion as a stator in which a plurality of U-phase, V-phase, and W-phase ring coils are arranged in an axial direction in a cylindrical yoke made of a magnetic material, and the armature A field part as a mover arranged in the axial direction with a plurality of permanent magnets arranged in a shaft direction through a plate-like spacer made of a magnetic material, with N poles and S poles facing each other, And a bearing portion such as a linear bush or a ball bush that is provided at both end portions of the armature portion and supports the shaft so as to be movable in the axial direction.
上記の筒型リニアモータは、加速動作中に電源が切れたとき、制御がきかず暴走したとき、又は、制御指令を間違えたときに、界磁部が軸受部に衝突し、電機子部又は界磁部が破損する危険性がある。また、筒型リニアモータを縦置きで用いる場合、電源が切られると、界磁部が自重により落下して軸受部に衝突する。この衝突を繰り返すと、摩擦破壊、疲労破壊が発生し、筒型リニアモータの破損につながる。 In the above cylindrical linear motor, when the power is cut off during the acceleration operation, when the control runs out of control or when the control command is wrong, the field part collides with the bearing part, and the armature part or field There is a risk of damage to the magnetic part. Further, when the cylindrical linear motor is used in a vertical position, when the power is turned off, the field portion falls due to its own weight and collides with the bearing portion. If this collision is repeated, frictional failure and fatigue failure occur, leading to damage to the cylindrical linear motor.
従来、リニアモータを用いて溶融した樹脂の射出動作を行う射出成形機において、金型と、この金型の空隙に連通する中空部を有し、該中空部に受け入れた樹脂原料を加熱して溶融させる加熱手段を備えたバレルと、前記中空部に挿入され、軸方向に進退駆動されるスクリュウと、このスクリュウの後端部に連結された出力軸を有し、溶融した樹脂が前記中空部から金型の空隙に向けて射出されるように前記出力軸を軸方向に動かすリニアモータの可動部と、このリニアモータの可動部を支持し案内するためのリニアガイドを有するマウント部と、ストロークリミット時に前記リニアモータの可動部が衝突しようとする前後のマウント部の夫々2箇所の部位に取り付けられ、前記リニアモータの可動部の衝突により生じる衝撃力を吸収して低減させるスプリング又はウレタンクッションから成る緩衝部材と、を備えた射出成形機が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an injection molding machine that performs an operation of injecting molten resin using a linear motor, a mold and a hollow portion that communicates with a gap of the mold are heated, and a resin raw material received in the hollow portion is heated. A barrel having a heating means for melting, a screw inserted into the hollow portion and driven to advance and retreat in the axial direction, and an output shaft connected to a rear end portion of the screw, and the molten resin is the hollow portion A movable part of a linear motor that moves the output shaft in the axial direction so as to be injected toward the gap of the mold, a mount part having a linear guide for supporting and guiding the movable part of the linear motor, and a stroke At the limit, the movable part of the linear motor is attached to two parts of the front and rear mounting parts that are about to collide and absorbs the impact force caused by the collision of the movable part of the linear motor to reduce the impact. Injection molding machine is disclosed which includes a, a buffer member made of spring or urethane cushion is (e.g., see Patent Document 1).
また、固定部と可動部からなるリニアモータであって、固定部は、継鉄を兼ねるケース、ケースの上下内壁面に軸方向に並べて取付けられた複数個の突極型の鉄心及びこの鉄心の夫々に巻装された巻線からなり、可動部は、継鉄とその両側に取付けられた複数の永久磁石及び可動部の軸方向の移動を外部に伝達する出力軸からなり、出力軸はケースに設けられた貫通孔を貫通して外部に引き出され、ケースの軸方向の端面の2箇所には、可動部がぶつかったときの運動エネルギーを吸収するゴムのような弾性体からなる2つの緩衝部材が配置されているリニアモータが開示されている(例えば、特許文献2参照)。 The linear motor includes a fixed portion and a movable portion, and the fixed portion includes a case that also serves as a yoke, a plurality of salient pole type iron cores that are attached to the upper and lower inner wall surfaces of the case in the axial direction, and the iron core The movable part consists of a winding wound around each, the movable part is composed of a yoke, a plurality of permanent magnets mounted on both sides of the yoke, and an output shaft that transmits the movement of the movable part in the axial direction to the outside. Two shock absorbers made of rubber and other elastic bodies that absorb the kinetic energy when the movable part hits are provided at two locations on the axial end face of the case. A linear motor in which members are arranged is disclosed (for example, see Patent Document 2).
また、転動部材を介して可動子を搖動自在に支持する固定子と、該固定子の左右両内側面と前記可動子の左右両外側面との間に配設され、該可動子の搖動軌道を制御するガイド部材を具備して成るリニアモータの構成において、前記固定子の一方の内面側に接触するガイド部材は、可動子および固定子に接触する部分の回転半径が共に等しく形成され、他方のガイド部材は、前記可動子および固定子に接触する部分の回転半径が、それぞれ異なるように形成され、可動子が固定子に対して移動すると、すべり摩擦により摩擦制動力を発生させるリニアモータの制動機構が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, the stator is movably supported via the rolling member, and is disposed between the left and right inner surfaces of the stator and the left and right outer surfaces of the stator. In the configuration of the linear motor comprising a guide member that controls the track, the guide member that contacts one inner surface side of the stator is formed such that the rotation radius of the portion that contacts the mover and the stator is equal, The other guide member is formed so that the rotation radii of the portions contacting the mover and the stator are different from each other, and when the mover moves relative to the stator, a linear motor that generates a friction braking force by sliding friction A braking mechanism is disclosed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1、2に開示された従来の技術によれば、2つの緩衝部材が出力軸の上下又は左右の2箇所に配置されている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動部が2つの緩衝部材のいずれかに先に衝突すると、可動部及び出力軸に曲げ力が作用し、出力軸を支持する軸受に偏荷重がかかる、という問題がある。また、可動部は、緩衝部材に衝突した位置でしか停止することができない、という問題がある。
However, according to the conventional techniques disclosed in
また、特許文献3に開示された従来の技術によれば、摩擦制動力を発生させるために、一方と他方の2種類のガイド部材を用いている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動子の他方の側にのみ摩擦制動力が作用するので、可動子に曲げ力が作用し、偏荷重がかかる、という問題がある。
Further, according to the conventional technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に可動子に曲げ力が作用することのない筒型リニアモータを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a cylindrical linear motor that has a small number of parts and is low in cost and that does not act on a movable element during driving and braking. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a cylindrical frame, a cylindrical yoke made of a magnetic material fitted in the frame, and an axial arrangement in the yoke. A plurality of ring-shaped coils, a bearing holder fixed to both ends of the frame, and a bearing held by the bearing holder; and an armature portion inserted into the armature portion, and a plurality of permanent coils A field having a large-diameter intermediate portion in which magnets are arranged in the axial direction and a small-diameter shaft portion extending from the large-diameter intermediate portion to both sides in the axial direction and inserted into the bearing, and formed in a stepped shaft shape And a friction member that is held by the bearing holder and through which the small-diameter shaft portion is inserted, and that generates a static friction force between the small-diameter shaft portion.
本発明にかかる筒型リニアモータは、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に界磁部(可動子)に曲げ力が作用することがない、という効果を奏する。 The cylindrical linear motor according to the present invention has an effect that the number of parts is small and the cost is low, and the bending force does not act on the field part (movable element) during driving and braking.
以下に、本発明にかかる筒型リニアモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a cylindrical linear motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態1を示す縦断面図であり、図2は、図1のA部拡大図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a cylindrical linear motor according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
図1及び図2に示すように、実施の形態1の筒型リニアモータ91は、固定子となる筒型の電機子部10と、電機子部10内に電機子部10と同軸に挿通、配置され、可動子となる、中間部が大径の段付シャフト状に形成された界磁部20と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cylindrical
電機子部10は、アルミニウムや樹脂等の非磁性体製の筒状のフレーム11と、フレーム11に内嵌された磁性体金属製の筒状のヨーク12と、ヨーク12内に軸方向に配列された複数のリング状のU相コイル13u、V相コイル13v、W相コイル13wと、U、V、W相コイル13u、13v、13w間を絶縁するリング状絶縁板14と、U、V、W相コイル13u、13v、13wが巻装された筒状のボビン15(リング状絶縁板14とボビン15は、樹脂により一体に形成するとよい。)と、フレーム11の両端部に固定された軸受ホルダ16と、軸受ホルダ16に保持されたリニアブッシュやボールブッシュ等の軸受17と、を備えている。
The
界磁部20は、磁束を透過させるステンレス鋼(SUS304)やアルミニウム等の非磁性材料製のパイプ21と、パイプ21内に軸方向に配列された複数の厚板状又は柱状の永久磁石22と、隣り合う永久磁石22間に挿入された磁性体金属製のスペーサ23と、を備えている。永久磁石22は、スペーサ23を挟んでN極同士、S極同士が対向するように配置されている。
The
パイプ21の両端部には、段付シャフト24の大径部24aが内嵌され、段付シャフト24の小径シャフト部24bは、パイプ(大径中間部)21から軸方向両側に延びている。可動子としての界磁部20は、パイプ21の両端部に段付シャフト24の大径部24aが嵌合されて、全体として、中央部が太い段付シャフト状に形成されている。段付シャフト24の小径シャフト部24bは、電機子部10の両端部の軸受17に軸方向に直進動自在に支持されている。
A large-
筒型リニアモータ91は、電機子部(固定子)10に設けられた磁気センサ(ホール素子)により、界磁部(可動子)20の磁極の位置を検出し、又は、リニアエンコーダにより界磁部20の移動位置を検出し、この検出位置情報に基づいて、U、V、W相コイル13u、13v、13wへの通電を切りかえ、界磁部20を電機子部10に沿って軸方向に直線駆動する。
The cylindrical
軸受ホルダ16の外端部には、小径シャフト部24bが挿通される摩擦部材としてのオイルシール又はダストシール19が保持されている。オイルシール又はダストシール19は、オイル又はダストをシールすると共に、小径シャフト部24bに静摩擦力を作用させる。筒状リニアモータ91が鉛直に設置される場合、界磁部20は、重力により落下しようとするが、オイルシール又はダストシール19の静摩擦力によって保持され、自由落下による破損を防ぐことができる。
An oil seal or
図3は、実施の形態1の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子(界磁部20)重量(自由落下荷重)が0kgf〜0.20kgfの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図3に示すように、可動子重量が0kgfのときは、摩擦部材(オイルシール又はダストシール)19の静摩擦力が1Nのときより2Nのときの方が、必要実効推力が大きくなる。しかし、可動子重量が0.14kgfを越えると、静摩擦力が1Nのときより2Nのときの方が、必要実効推力が小さくなる。これは、自由落下荷重を静摩擦力によって支えることによりロスが低減できるためである。 FIG. 3 shows that when the cylindrical linear motor according to the first embodiment is installed vertically, the mover is reciprocally driven in the range where the weight (free fall load) of the mover (field portion 20) is 0 kgf to 0.20 kgf. It is a figure which shows the calculated value of required effective thrust required for this. As shown in FIG. 3, when the weight of the mover is 0 kgf, the required effective thrust is greater when the static frictional force of the friction member (oil seal or dust seal) 19 is 2N than when it is 1N. However, if the weight of the mover exceeds 0.14 kgf, the required effective thrust becomes smaller when the static friction force is 2N than when it is 1N. This is because the loss can be reduced by supporting the free fall load by the static friction force.
図4は、実施の形態1の筒型リニアモータ91を鉛直に設置し、可動子重量を0.05kgf(0.49N)とし静摩擦力を0Nから2Nまで変化させたときの、可動子(界磁部20)を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図4に示すように、摩擦部材19の静摩擦力が0.9N付近のとき必要実効推力が最小となり、高効率となる。
FIG. 4 shows a movable element (field) when the cylindrical
図4に示すグラフから明らかなように、可動子重量の1〜3倍(0.49N〜1.47N)程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させることにより、筒型リニアモータ91の往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。筒型リニアモータ91を鉛直でなく傾斜させて設置したときも上記と同様の効果を奏する。また、可動子(界磁部20)に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の1〜3倍程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させるようにする。
As is apparent from the graph shown in FIG. 4, a cylindrical linear motor is generated by generating a static frictional force between the mover and the stator that is about 1 to 3 times (0.49N to 1.47N) the weight of the mover. The required effective thrust of the 91 reciprocating drive can be reduced, and the drive can be performed more efficiently. The same effect as described above can be obtained when the cylindrical
実施の形態1の筒型リニアモータ91は、軸受ホルダ16に保持されて小径シャフト部24bが挿通され、小径シャフト部24bとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材(オイルシール又はダストシール)19を備えるので、部品点数が少なく、小径シャフト部24b(界磁部20)に曲げ力が働くことはない。また、オイルシール又はダストシール19を備えるので、電機子部10のシールをすることができる。
The cylindrical
実施の形態2.
図5は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態2を示す部分拡大縦断面図である。図5に示すように、実施の形態2の筒型リニアモータ92は、実施の形態1の筒型リニアモータ91の軸受17と摩擦部材19の替わりに、小径シャフト部24bとの間に、可動子(界磁部20)の重量以上で、且つ、可動子の重量の3倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受17aを用いている。
FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional
可動子(界磁部20)に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の1〜3倍程度の静摩擦力を、小径シャフト部24bとの間に発生させるようにする。実施の形態2の筒型リニアモータ92の滑り軸受17a以外の部分は、実施の形態1の筒型リニアモータ91と異なるところはない。
When the load connected to the mover (field portion 20) has a constant weight, a static friction force of about 1 to 3 times the sum of the weight of the mover and the load is applied to the small
実施の形態2の筒型リニアモータ92によれば、水平設置以外の傾斜設置又は鉛直設置状態において、往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。
According to the cylindrical
10 電機子部(固定子)
11 フレーム
12 ヨーク
13u U相コイル
13v V相コイル
13w W相コイル
14 リング状絶縁板
15 ボビン
16 軸受ホルダ
17 軸受
17a 滑り軸受
19 摩擦部材(オイルシール、ダストシール)
20 界磁部(可動子)
21 パイプ
22 永久磁石
23 スペーサ
24 段付シャフト
24a 大径部
24b 小径シャフト部
91、92 筒型リニアモータ10 Armature part (stator)
11
20 Field part (mover)
21
本発明は、筒型リニアモータに関する。 The present invention relates to a cylindrical linear motor.
筒型リニアモータは、磁性体製の筒状のヨーク内に、U相、V相及びW相のリング状のコイルを軸方向に複数組配列した固定子としての電機子部と、前記電機子部内に挿通されるシャフトに、複数の永久磁石を、磁性体製の板状のスペーサを介してN極同士、S極同士を対向させて軸方向に配列した可動子としての界磁部と、前記電機子部の両端部に設けられ前記シャフトを軸方向に直動自在に支持するリニアブッシュ又はボールブッシュ等の軸受部と、を備えている。 The cylindrical linear motor includes an armature portion as a stator in which a plurality of U-phase, V-phase, and W-phase ring coils are arranged in an axial direction in a cylindrical yoke made of a magnetic material, and the armature A field part as a mover arranged in the axial direction with a plurality of permanent magnets arranged in a shaft direction through a plate-like spacer made of a magnetic material, with N poles and S poles facing each other, And a bearing portion such as a linear bush or a ball bush that is provided at both end portions of the armature portion and supports the shaft so as to be movable in the axial direction.
上記の筒型リニアモータは、加速動作中に電源が切れたとき、制御がきかず暴走したとき、又は、制御指令を間違えたときに、界磁部が軸受部に衝突し、電機子部又は界磁部が破損する危険性がある。また、筒型リニアモータを縦置きで用いる場合、電源が切られると、界磁部が自重により落下して軸受部に衝突する。この衝突を繰り返すと、摩擦破壊、疲労破壊が発生し、筒型リニアモータの破損につながる。 In the above cylindrical linear motor, when the power is cut off during the acceleration operation, when the control runs out of control or when the control command is wrong, the field part collides with the bearing part, and the armature part or field There is a risk of damage to the magnetic part. Further, when the cylindrical linear motor is used in a vertical position, when the power is turned off, the field portion falls due to its own weight and collides with the bearing portion. If this collision is repeated, frictional failure and fatigue failure occur, leading to damage to the cylindrical linear motor.
従来、リニアモータを用いて溶融した樹脂の射出動作を行う射出成形機において、金型と、この金型の空隙に連通する中空部を有し、該中空部に受け入れた樹脂原料を加熱して溶融させる加熱手段を備えたバレルと、前記中空部に挿入され、軸方向に進退駆動されるスクリュウと、このスクリュウの後端部に連結された出力軸を有し、溶融した樹脂が前記中空部から金型の空隙に向けて射出されるように前記出力軸を軸方向に動かすリニアモータの可動部と、このリニアモータの可動部を支持し案内するためのリニアガイドを有するマウント部と、ストロークリミット時に前記リニアモータの可動部が衝突しようとする前後のマウント部の夫々2箇所の部位に取り付けられ、前記リニアモータの可動部の衝突により生じる衝撃力を吸収して低減させるスプリング又はウレタンクッションから成る緩衝部材と、を備えた射出成形機が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an injection molding machine that performs an operation of injecting molten resin using a linear motor, a mold and a hollow portion that communicates with a gap of the mold are heated, and a resin raw material received in the hollow portion is heated. A barrel having a heating means for melting, a screw inserted into the hollow portion and driven to advance and retreat in the axial direction, and an output shaft connected to a rear end portion of the screw, and the molten resin is the hollow portion A movable part of a linear motor that moves the output shaft in the axial direction so as to be injected toward the gap of the mold, a mount part having a linear guide for supporting and guiding the movable part of the linear motor, and a stroke At the limit, the movable part of the linear motor is attached to two parts of the front and rear mounting parts that are about to collide and absorbs the impact force caused by the collision of the movable part of the linear motor to reduce the impact. Injection molding machine is disclosed which includes a, a buffer member made of spring or urethane cushion is (e.g., see Patent Document 1).
また、固定部と可動部からなるリニアモータであって、固定部は、継鉄を兼ねるケース、ケースの上下内壁面に軸方向に並べて取付けられた複数個の突極型の鉄心及びこの鉄心の夫々に巻装された巻線からなり、可動部は、継鉄とその両側に取付けられた複数の永久磁石及び可動部の軸方向の移動を外部に伝達する出力軸からなり、出力軸はケースに設けられた貫通孔を貫通して外部に引き出され、ケースの軸方向の端面の2箇所には、可動部がぶつかったときの運動エネルギーを吸収するゴムのような弾性体からなる2つの緩衝部材が配置されているリニアモータが開示されている(例えば、特許文献2参照)。 The linear motor includes a fixed portion and a movable portion, and the fixed portion includes a case that also serves as a yoke, a plurality of salient pole type iron cores that are attached to the upper and lower inner wall surfaces of the case in the axial direction, and the iron core The movable part consists of a winding wound around each, the movable part is composed of a yoke, a plurality of permanent magnets mounted on both sides of the yoke, and an output shaft that transmits the movement of the movable part in the axial direction to the outside. Two shock absorbers made of rubber and other elastic bodies that absorb the kinetic energy when the movable part hits are provided at two locations on the axial end face of the case. A linear motor in which members are arranged is disclosed (for example, see Patent Document 2).
また、転動部材を介して可動子を搖動自在に支持する固定子と、該固定子の左右両内側面と前記可動子の左右両外側面との間に配設され、該可動子の搖動軌道を制御するガイド部材を具備して成るリニアモータの構成において、前記固定子の一方の内面側に接触するガイド部材は、可動子および固定子に接触する部分の回転半径が共に等しく形成され、他方のガイド部材は、前記可動子および固定子に接触する部分の回転半径が、それぞれ異なるように形成され、可動子が固定子に対して移動すると、すべり摩擦により摩擦制動力を発生させるリニアモータの制動機構が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, the stator is movably supported via the rolling member, and is disposed between the left and right inner surfaces of the stator and the left and right outer surfaces of the stator. In the configuration of the linear motor comprising a guide member that controls the track, the guide member that contacts one inner surface side of the stator is formed such that the rotation radius of the portion that contacts the mover and the stator is equal, The other guide member is formed so that the rotation radii of the portions contacting the mover and the stator are different from each other, and when the mover moves relative to the stator, a linear motor that generates a friction braking force by sliding friction A braking mechanism is disclosed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、特許文献1、2に開示された従来の技術によれば、2つの緩衝部材が出力軸の上下又は左右の2箇所に配置されている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動部が2つの緩衝部材のいずれかに先に衝突すると、可動部及び出力軸に曲げ力が作用し、出力軸を支持する軸受に偏荷重がかかる、という問題がある。また、可動部は、緩衝部材に衝突した位置でしか停止することができない、という問題がある。
However, according to the conventional techniques disclosed in
また、特許文献3に開示された従来の技術によれば、摩擦制動力を発生させるために、一方と他方の2種類のガイド部材を用いている。そのため、部品点数が多い、という問題がある。また、可動子の他方の側にのみ摩擦制動力が作用するので、可動子に曲げ力が作用し、偏荷重がかかる、という問題がある。
Further, according to the conventional technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に可動子に曲げ力が作用することのない筒型リニアモータを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a cylindrical linear motor that has a small number of parts and is low in cost and that does not act on a movable element during driving and braking. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状のフレームと、前記フレームに内嵌された磁性体製の筒状のヨークと、前記ヨーク内に軸方向に配列された複数のリング状のコイルと、前記フレームの両端部に固定された軸受ホルダと、前記軸受ホルダに保持された軸受と、を有する電機子部と、前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、を備え、前記摩擦部材は、前記界磁部の重量以上で、且つ、重量の3倍以下の静摩擦力を発生させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes a cylindrical frame, a cylindrical yoke made of a magnetic material fitted in the frame, and an axial arrangement in the yoke. A plurality of ring-shaped coils, a bearing holder fixed to both ends of the frame, and a bearing held by the bearing holder; and an armature portion inserted into the armature portion, and a plurality of permanent coils A field having a large-diameter intermediate portion in which magnets are arranged in the axial direction and a small-diameter shaft portion extending from the large-diameter intermediate portion to both sides in the axial direction and inserted into the bearing, and formed in a stepped shaft shape And a friction member that is held by the bearing holder and through which the small-diameter shaft portion is inserted and generates a static friction force between the small-diameter shaft portion, and the friction member is a weight of the field portion Above, and static frictional force of 3 times the weight or less Characterized in that to produce.
本発明にかかる筒型リニアモータは、部品点数が少なく低コストで、駆動時及び制動時に界磁部(可動子)に曲げ力が作用することがない、という効果を奏する。 The cylindrical linear motor according to the present invention has an effect that the number of parts is small and the cost is low, and the bending force does not act on the field part (movable element) during driving and braking.
以下に、本発明にかかる筒型リニアモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a cylindrical linear motor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態1を示す縦断面図であり、図2は、図1のA部拡大図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a cylindrical linear motor according to the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG.
図1及び図2に示すように、実施の形態1の筒型リニアモータ91は、固定子となる筒型の電機子部10と、電機子部10内に電機子部10と同軸に挿通、配置され、可動子となる、中間部が大径の段付シャフト状に形成された界磁部20と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cylindrical
電機子部10は、アルミニウムや樹脂等の非磁性体製の筒状のフレーム11と、フレーム11に内嵌された磁性体金属製の筒状のヨーク12と、ヨーク12内に軸方向に配列された複数のリング状のU相コイル13u、V相コイル13v、W相コイル13wと、U、V、W相コイル13u、13v、13w間を絶縁するリング状絶縁板14と、U、V、W相コイル13u、13v、13wが巻装された筒状のボビン15(リング状絶縁板14とボビン15は、樹脂により一体に形成するとよい。)と、フレーム11の両端部に固定された軸受ホルダ16と、軸受ホルダ16に保持されたリニアブッシュやボールブッシュ等の軸受17と、を備えている。
The
界磁部20は、磁束を透過させるステンレス鋼(SUS304)やアルミニウム等の非磁性材料製のパイプ21と、パイプ21内に軸方向に配列された複数の厚板状又は柱状の永久磁石22と、隣り合う永久磁石22間に挿入された磁性体金属製のスペーサ23と、を備えている。永久磁石22は、スペーサ23を挟んでN極同士、S極同士が対向するように配置されている。
The
パイプ21の両端部には、段付シャフト24の大径部24aが内嵌され、段付シャフト24の小径シャフト部24bは、パイプ(大径中間部)21から軸方向両側に延びている。可動子としての界磁部20は、パイプ21の両端部に段付シャフト24の大径部24aが嵌合されて、全体として、中央部が太い段付シャフト状に形成されている。段付シャフト24の小径シャフト部24bは、電機子部10の両端部の軸受17に軸方向に直進動自在に支持されている。
A large-
筒型リニアモータ91は、電機子部(固定子)10に設けられた磁気センサ(ホール素子)により、界磁部(可動子)20の磁極の位置を検出し、又は、リニアエンコーダにより界磁部20の移動位置を検出し、この検出位置情報に基づいて、U、V、W相コイル13u、13v、13wへの通電を切りかえ、界磁部20を電機子部10に沿って軸方向に直線駆動する。
The cylindrical
軸受ホルダ16の外端部には、小径シャフト部24bが挿通される摩擦部材としてのオイルシール又はダストシール19が保持されている。オイルシール又はダストシール19は、オイル又はダストをシールすると共に、小径シャフト部24bに静摩擦力を作用させる。筒状リニアモータ91が鉛直に設置される場合、界磁部20は、重力により落下しようとするが、オイルシール又はダストシール19の静摩擦力によって保持され、自由落下による破損を防ぐことができる。
An oil seal or
図3は、実施の形態1の筒型リニアモータを鉛直に設置したとき、可動子(界磁部20)重量(自由落下荷重)が0kgf〜0.20kgfの範囲において、可動子を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図3に示すように、可動子重量が0kgfのときは、摩擦部材(オイルシール又はダストシール)19の静摩擦力が1Nのときより2Nのときの方が、必要実効推力が大きくなる。しかし、可動子重量が0.14kgfを越えると、静摩擦力が1Nのときより2Nのときの方が、必要実効推力が小さくなる。これは、自由落下荷重を静摩擦力によって支えることによりロスが低減できるためである。 FIG. 3 shows that when the cylindrical linear motor according to the first embodiment is installed vertically, the mover is reciprocally driven in the range where the weight (free fall load) of the mover (field portion 20) is 0 kgf to 0.20 kgf. It is a figure which shows the calculated value of required effective thrust required for this. As shown in FIG. 3, when the weight of the mover is 0 kgf, the required effective thrust is greater when the static frictional force of the friction member (oil seal or dust seal) 19 is 2N than when it is 1N. However, if the weight of the mover exceeds 0.14 kgf, the required effective thrust becomes smaller when the static friction force is 2N than when it is 1N. This is because the loss can be reduced by supporting the free fall load by the static friction force.
図4は、実施の形態1の筒型リニアモータ91を鉛直に設置し、可動子重量を0.05kgf(0.49N)とし静摩擦力を0Nから2Nまで変化させたときの、可動子(界磁部20)を往復駆動するのに必要な必要実効推力の計算値を示す図である。図4に示すように、摩擦部材19の静摩擦力が0.9N付近のとき必要実効推力が最小となり、高効率となる。
FIG. 4 shows a movable element (field) when the cylindrical
図4に示すグラフから明らかなように、可動子重量の1〜3倍(0.49N〜1.47N)程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させることにより、筒型リニアモータ91の往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。筒型リニアモータ91を鉛直でなく傾斜させて設置したときも上記と同様の効果を奏する。また、可動子(界磁部20)に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の1〜3倍程度の静摩擦力を可動子と固定子の間に発生させるようにする。
As is apparent from the graph shown in FIG. 4, a cylindrical linear motor is generated by generating a static frictional force between the mover and the stator that is about 1 to 3 times (0.49N to 1.47N) the weight of the mover. The required effective thrust of the 91 reciprocating drive can be reduced, and the drive can be performed more efficiently. The same effect as described above can be obtained when the cylindrical
実施の形態1の筒型リニアモータ91は、軸受ホルダ16に保持されて小径シャフト部24bが挿通され、小径シャフト部24bとの間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材(オイルシール又はダストシール)19を備えるので、部品点数が少なく、小径シャフト部24b(界磁部20)に曲げ力が働くことはない。また、オイルシール又はダストシール19を備えるので、電機子部10のシールをすることができる。
The cylindrical
実施の形態2.
図5は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態2を示す部分拡大縦断面図である。図5に示すように、実施の形態2の筒型リニアモータ92は、実施の形態1の筒型リニアモータ91の軸受17と摩擦部材19の替わりに、小径シャフト部24bとの間に、可動子(界磁部20)の重量以上で、且つ、可動子の重量の3倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受17aを用いている。
FIG. 5 is a partially enlarged longitudinal sectional
可動子(界磁部20)に接続された負荷が一定の重量を有するときは、可動子の重量と負荷の重量の和の1〜3倍程度の静摩擦力を、小径シャフト部24bとの間に発生させるようにする。実施の形態2の筒型リニアモータ92の滑り軸受17a以外の部分は、実施の形態1の筒型リニアモータ91と異なるところはない。
When the load connected to the mover (field portion 20) has a constant weight, a static friction force of about 1 to 3 times the sum of the weight of the mover and the load is applied to the small
実施の形態2の筒型リニアモータ92によれば、水平設置以外の傾斜設置又は鉛直設置状態において、往復駆動の必要実効推力を低減することができ、より効率的に駆動することができる。
According to the cylindrical
10 電機子部(固定子)
11 フレーム
12 ヨーク
13u U相コイル
13v V相コイル
13w W相コイル
14 リング状絶縁板
15 ボビン
16 軸受ホルダ
17 軸受
17a 滑り軸受
19 摩擦部材(オイルシール、ダストシール)
20 界磁部(可動子)
21 パイプ
22 永久磁石
23 スペーサ
24 段付シャフト
24a 大径部
24b 小径シャフト部
91、92 筒型リニアモータ
10 Armature part (stator)
11
20 Field part (mover)
21
Claims (6)
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
前記軸受ホルダに保持されて前記小径シャフト部が挿通され、前記小径シャフト部との間に、静摩擦力を発生させる摩擦部材と、
を備えることを特徴とする筒型リニアモータ。A cylindrical frame, a cylindrical yoke made of a magnetic material fitted into the frame, a plurality of ring-shaped coils arranged in the axial direction in the yoke, and fixed to both ends of the frame An armature portion having a bearing holder and a bearing held by the bearing holder;
A large-diameter intermediate portion that is inserted into the armature portion and a plurality of permanent magnets are arranged in the axial direction; and a small-diameter shaft portion that extends from the large-diameter intermediate portion to both axial sides and is inserted into the bearing. A field part formed in a stepped shaft shape;
A friction member that is held by the bearing holder and through which the small-diameter shaft portion is inserted and generates a static friction force between the small-diameter shaft portion;
A cylindrical linear motor comprising:
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量以上で、且つ、界磁部の重量の3倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。A cylindrical frame, a cylindrical yoke made of a magnetic material fitted into the frame, a plurality of ring-shaped coils arranged in the axial direction in the yoke, and fixed to both ends of the frame An armature portion having a bearing holder and a bearing held by the bearing holder;
A large-diameter intermediate portion that is inserted into the armature portion and a plurality of permanent magnets are arranged in the axial direction; and a small-diameter shaft portion that extends from the large-diameter intermediate portion to both axial sides and is inserted into the bearing. A field part formed in a stepped shaft shape;
In a cylindrical linear motor comprising
The bearing is a sliding bearing that generates a static friction force between the small-diameter shaft portion and a weight of the field portion that is greater than or equal to three times the weight of the field portion. Linear motor.
前記電機子部内に挿通され、複数の永久磁石が軸方向に配列された大径中間部と、前記大径中間部から軸方向両側に延び前記軸受に挿通される小径シャフト部と、を有し、段付シャフト状に形成された界磁部と、
を備える筒型リニアモータにおいて、
前記軸受は、前記小径シャフト部との間に、前記界磁部の重量と該界磁部に接続された負荷の重量の和以上で、且つ、前記和の3倍以下の静摩擦力を発生させる滑り軸受であることを特徴とする筒型リニアモータ。A cylindrical frame, a cylindrical yoke made of a magnetic material fitted into the frame, a plurality of ring-shaped coils arranged in the axial direction in the yoke, and fixed to both ends of the frame An armature portion having a bearing holder and a bearing held by the bearing holder;
A large-diameter intermediate portion that is inserted into the armature portion and a plurality of permanent magnets are arranged in the axial direction; and a small-diameter shaft portion that extends from the large-diameter intermediate portion to both axial sides and is inserted into the bearing. A field part formed in a stepped shaft shape;
In a cylindrical linear motor comprising
The bearing generates a static friction force between the small-diameter shaft portion and a sum of a weight of the field portion and a load connected to the field portion and not more than three times the sum. A cylindrical linear motor characterized by being a plain bearing.
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