JPWO2013069148A1 - 筒型リニアモータ - Google Patents

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、前記小径シャフト部２４ｂが挿通されて該小径シャフト部２４ｂと同軸に配置され、前記界磁部２０の段部又は前記フレーム１１の端部に固定された筒状又はリング状の緩衝部材２６と、を備える。

Description

本発明は、筒型リニアモータに関する。

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。

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。

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）。

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）。

特開２００２−３５５８６８号公報 特開平０７−２３２６４２号公報（第３、４頁、図１）

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働き、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、モータ外部に緩衝部材を配置するため、緩衝部材の劣化が激しく、また、意匠性を損なう、という問題がある。

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、低コストで信頼性が高く、劣化が少ないと共に意匠性のよい緩衝部材を備える筒型リニアモータを得ることを目的とする。

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、前記小径シャフト部が挿通されて該小径シャフト部と同軸に配置され、前記界磁部の段部又は前記フレームの端部に固定された筒状又はリング状の緩衝部材と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる筒型リニアモータは、小径シャフト部が挿通されて小径シャフト部と同軸に配置され、段付シャフトの段部又はフレームの端部に固定された筒状又はリング状の緩衝部材を備えるので、緩衝部材の部品点数が少なく、低コストで信頼性が高い、という効果を奏する。

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る。 図２は、図１のＡ部拡大図である。 図３は、実施の形態１の筒型リニアモータの可動子が左方へ移動した状態を示す縦断面図である。 図４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は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態３を示す縦断面図である。 図６は、図５のＢ部拡大図である。 図７は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態４を示す部分拡大縦断面図である。 図８は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態５を示す部分拡大縦断面図である。 図９は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態６を示す部分拡大縦断面図である。 図１０は、実施の形態６の筒型リニアモータの衝突時の緩衝材の変形状態を示す部分拡大縦断面図である。 図１１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態７を示す部分拡大縦断面図である。 図１２は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態８を示す部分拡大縦断面図である。

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。

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部拡大図であり、図３は、実施の形態１の筒型リニアモータの可動子が左方へ移動した状態を示す縦断面図である。

図１〜図３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。

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。

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。

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に軸方向に往復動自在に支持されている。

一方（図１の左側）の段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂの大径部２４ａ側付け根部（界磁部２０の段部）には、非磁性体（アルミニウム、樹脂等）製のリング状のスプリングホルダー２５が外嵌されている。スプリングホルダー２５の外周部には、螺旋溝が設けられ、螺旋溝には、段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂが挿通されて小径シャフト部２４ｂと同軸に配置された筒状又はリング状の緩衝部材としてのコイルスプリング２６が装着されている。なお、図示はしないが、他方（図１の右側）の段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂにもスプリングホルダー２５及びコイルスプリング２６を装着してもよい。

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。

筒型リニアモータ９１の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２０が暴走すると、図３に示すように、界磁部２０に装着されたコイルスプリング２６の左側先端部が電機子部１０の軸受ホルダ１６の右側端面に衝突し、コイルスプリング２６が圧縮されて界磁部２０の運動エネルギーを吸収し、衝撃を緩和する。コイルスプリング２６の線径やターン数は、界磁部２０の運動エネルギーに応じて決定する。

実施の形態１の筒型リニアモータ９１は、段付シャフト２４の段部に、小径シャフト部２４ｂと同軸に、１つのコイルスプリング２６を装着したので、部品点数が少なく、コイルスプリング２６に軸対称の反発力が発生するため、小径シャフト部２４ｂに曲げ力が働くことはない。

実施の形態２．
図４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４に示すように、実施の形態２の筒型リニアモータ９２は、段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂの大径部２４ａ側付け根部（段部）に、リング状の緩衝部材としての、柔らかいゴム製のＯリング２６ａが外嵌されている。

Ｏリング２６ａは、自らの締め代によって段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂの大径部２４ａ側付け根部（段部）に固定されるので、ホルダー類を必要としない。コイルスプリング２６に換えてＯリング２６ａを用いても、コイルスプリング２６と同様の効果を奏する上に、緩衝部材として低コストである。

実施の形態３．
図５は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態３を示す縦断面図であり、図６は、図５のＢ部拡大図である。図５及び図６に示すように、実施の形態３の筒型リニアモータ９３は、フレーム１１の端部の小径孔１１ａに、筒状のスプリングホルダー２５ａが内嵌されている。スプリングホルダー２５ａの端部には、内フランジ２５ａａが設けられ、スプリングホルダー２５ａ内に収納された緩衝部材としてのコイルスプリング２６の端部が、内フランジ２５ａａに係合されている。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、コイルスプリング２６を通して外部に突出している。

界磁部２０が暴走すると、段付シャフト２４の大径部２４ａの側面がコイルスプリング２６の右側端面に衝突し、コイルスプリング２６が圧縮されて界磁部２０の運動エネルギーを吸収し、衝撃を緩和する。このように、コイルスプリング２６を電機子部１０の端部に取付けても、界磁部２０側に取付けるのと同様の効果を奏する。コイルスプリング２６を電機子部（固定子）１０側に取付ければ、界磁部（可動子）２０の重量は増加しないので、界磁部２０の駆動特性に影響を与えることはない。

実施の形態４．
図７は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態４を示す部分拡大縦断面図である。図７に示すように、実施の形態４の筒型リニアモータ９４は、フレーム１１の端部の小径孔１１ａに、筒状のＯリングホルダー２５ｂが内嵌されている。Ｏリングホルダー２５ｂの端部には、大内径部２５ｂａが形成され、大内径部２５ｂａに緩衝部材としてのＯリング２６ｂが係合している。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、Ｏリング２６ｂを通して、Ｏリング２６ｂに接触せずに、外部に突出している。

界磁部２０が暴走すると、段付シャフト２４の大径部２４ａの側面がＯリング２６ｂの右側端面に衝突し、Ｏリング２６ｂが圧縮されて界磁部２０の運動エネルギーを吸収し、衝撃を緩和する。このように、Ｏリング２６ｂを電機子１０の端部に取付けても、界磁部２０側に取付けるのと同様の効果を奏する。

実施の形態５．
図８は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態５を示す部分拡大縦断面図である。図８に示すように、実施の形態５の筒型リニアモータ９５は、段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂの大径部２４ａ側付け根部（段部）に筒状の緩衝部材としての筒状弾性体２６ｃが外嵌されている。筒状弾性体２６ｃは、自らの締め代によって段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂに固定されている。実施の形態２のＯリング２６ａに換えて筒状弾性体２６ｃを用いても、Ｏリング２６ａと同様の効果を奏する。

実施の形態６．
図９は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態６を示す部分拡大縦断面図であり、図１０は、実施の形態６の筒型リニアモータの衝突時の緩衝部材の変形状態を示す部分拡大縦断面図である。図９及び図１０に示すように、実施の形態６の筒型リニアモータ９６は、フレーム１１の端部の小径孔１１ａに、緩衝部材としての筒状弾性体２６ｄが内嵌されている。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、筒状弾性体２６ｄを通して、筒状弾性体２６ｄに接触せずに、外部に突出している。

界磁部２０が暴走すると、段付シャフト２４の大径部２４ａの側面が筒状弾性体２６ｄの右側端面に衝突し、筒状弾性体２６ｄが圧縮されて界磁部２０の運動エネルギーを吸収し、衝撃を緩和する。また、図１０に示すように、筒状弾性体２６ｄは、圧縮されて内側に膨らんで段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂに圧接するので、摩擦力によっても衝撃を緩和することができる。筒状弾性体２６ｄを電機子部（固定子）１０側に取付ければ、界磁部（可動子）２０の重量は増加しないので、界磁部２０の駆動特性に影響を与えることはない。

実施の形態７．
図１１は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態７を示す部分拡大縦断面図である。図１１に示すように、実施の形態７の筒型リニアモータ９７は、フレーム１１の端部の小径孔１１ａに、筒状又はリング状の緩衝部材としての永久磁石２６ｅが内嵌されている。フレーム１１の端部に取付けられた永久磁石２６ｅの内側の磁極（Ｓ極）と、界磁部２０の永久磁石２２の端部側の磁極（Ｓ極）とは、同一の磁極になっていて、互いに反発する。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、永久磁石２６ｅを通して、永久磁石２６ｅに接触せずに、外部に突出している。

界磁部２０が暴走すると、界磁部２０の永久磁石２２の端部側の磁極（Ｓ極）がフレーム１１の端部に取付けられた永久磁石２６ｅの内側の磁極（Ｓ極）に近づき、非接触で反発力を受け、衝突時の衝撃を緩和することができる。強力な永久磁石２６ｅを用いれば、非接触で界磁部２０を止めることができる。永久磁石２６ｅを電機子部（固定子）１０側に取付けるので、界磁部（可動子）２０の重量は増加せず、界磁部２０の駆動特性に影響を与えることはない。また、界磁部２０の永久磁石２２として筒状の永久磁石を用いるようにすれば、フレーム１１の端部に取付けた永久磁石２６ｅとの共通化が可能である。

実施の形態８．
図１２は、本発明に係る筒型リニアモータの実施の形態８を示す部分拡大縦断面図である。図１２に示すように、実施の形態８の筒型リニアモータ９８は、フレーム１１の端部まで延びたヨーク１２に、緩衝部材としてのリング状のコイル（電磁石）２６ｆが内嵌されている。段付シャフト２４の小径シャフト部２４ｂは、コイル２６ｆを通して、コイル２６ｆに接触せずに、外部に突出している。

界磁部２０が暴走すると、界磁部２０の永久磁石２２の端部側の磁極（Ｎ極）がフレーム１１の端部に取付けられたコイル（電磁石）２６ｆに近づき、コイル（電磁石）２６ｆが発生する磁束により非接触で反発力を受け、衝突時の衝撃を緩和することができる。強力なコイル（電磁石）２６ｆを用いれば、非接触で界磁部２０を止めることができる。コイル（電磁石）２６ｆを電機子部（固定子）１０側に取付けるので、界磁部（可動子）２０の重量は増加せず、界磁部２０の駆動特性に影響を与えることはない。コイル２６ｆ（電磁石）は、電機子部１０の、Ｕ、Ｖ、Ｗ相コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと共通化が可能である。また、コイル（電磁石）２６ｆは、短絡コイルであってもよい。短絡コイルの場合、界磁部２０の磁束が鎖交することにより短絡電流が流れ、ダイナミックブレーキのように動作させることができる。

なお、実施の形態１〜８では、電機子部１０を固定子、界磁部２０を可動子としたが、電機子部１０を可動子、界磁部２０を固定子としてもよい。

１０ 電機子部（固定子）
１１ フレーム
１１ａ 小径孔
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
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
２５ スプリングホルダー
２５ａ スプリングホルダー
２５ａａ 内フランジ
２５ｂ Ｏリングホルダー
２６ コイルスプリング（緩衝部材）
２６ａ、２６ｂ Ｏリング（緩衝部材）
２６ｃ、２６ｄ 筒状弾性体（緩衝部材）
２６ｅ 永久磁石（緩衝部材）
２６ｆ コイル（電磁石、緩衝部材）
９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８ 筒型リニアモータ

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、前記小径シャフト部が挿通されて該小径シャフト部と同軸に配置され、前記界磁部の段部又は前記フレームの端部に固定された筒状弾性体と、を備え、前記筒状弾性体は、圧縮された場合に、前記小径シャフト部を圧接するように内側に膨らむことを特徴とする。

Claims (7)

1. 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、
   前記小径シャフト部が挿通されて該小径シャフト部と同軸に前記フレーム内に配置され、前記界磁部の段部又は前記フレームの端部に固定された筒状又はリング状の緩衝部材と、
   を備えることを特徴とする筒型リニアモータ。
2. 前記緩衝部材は、コイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
3. 前記緩衝部材は、Ｏリングであることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
4. 前記緩衝部材は、筒状弾性体であることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
5. 前記緩衝部材は、永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
6. 前記緩衝部材は、電磁石であることを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
7. 前記電磁石は、短絡コイルであることを特徴とする請求項６に記載の筒型リニアモータ。

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