JPWO2019193659A1 - リニアモータ - Google Patents

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Abstract

リニアモータ(11)は、直線状に延びる固定子(12)と、この固定子(12)の両側に沿って平行に延びる2本のガイドレール(21)と、2本のガイドレール(21)に跨がってスライド可能に支持されたスライド部材である可動子プレート(22)と、この可動子プレート(22)に支持されて固定子(12)と対向する可動子(13)とを備える。固定子(12)と可動子(13)との間のエアギャップ(26)がリニアモータ(11)の設置面に対して傾斜する方向に延在するように構成されている。

Description

本明細書は、固定子と可動子との間のエアギャップの構造を改良したリニアモータに関する技術を開示したものである。
リニアモータには、フラット型、センターマグネット型、シャフト型(円筒型)等の様々なタイプのリニアモータがあるが、一般に、推力を大きくしたい場合は、フラット型やセンターマグネット型のリニアモータが用いられる。
フラット型のリニアモータは、特許文献1(国際公開WO2015/145550号公報)に記載されているように、固定子と可動子とが平行に対向し、固定子と可動子との間のエアギャップが水平方向又は鉛直方向(重力の方向)に延在するように構成されている。
一方、センターマグネット型のリニアモータは、特許文献2(特開2017−34817号公報)に記載されているように、リニアモータの中央に、可動子の移動方向に延びる固定子を配置すると共に、その固定子の両側面にそれぞれ界磁用の磁石を可動子の移動方向に配列し、一方、可動子に、固定子を嵌める凹条溝を形成して、その可動子の凹条溝の両側面に、固定子の両側面の磁石とそれぞれエアギャップを介して水平方向に対向するコイルを設けた構成となっている。
国際公開WO2015/145550号公報 特開2017−34817号公報
上記特許文献1のフラット型のリニアモータは、固定子の上方に可動子を配置した構成となっているが、可動子に連結する駆動対象物が部品実装機の実装ヘッドのように下方に垂れ下がる物体である場合には、リニアモータ11を横向きに設置して、固定子と可動子とを水平方向に対向させるように配置した構成とする場合がある。この場合は、固定子の上下両側に沿って平行に延びる2本のガイドレールを設け、これら2本のガイドレールに跨がってスライド可能に支持されたスライド部材の内側に可動子を取り付け、そのスライド部材の外側に実装ヘッド等の駆動対象物を取り付けるようにしている。
この構成では、駆動対象物の荷重は、スライド部材を介して2本のガイドレールで支持されるため、ガイドレールやスライド部材を機械的に強固に構成しなければならず、その分、リニアモータが大型化したり、重量が増加する欠点がある。
また、部品実装機のようにリニアモータを天井側に吊して設置する場合は、大型化したリニアモータを設置するスペースを確保しにくくなったり、重量が増加したリニアモータの加減速・停止の繰り返しにより部品実装機の本体フレームの振動が増大して実装ヘッドの位置決め精度が悪化するという問題も発生する。
一方、特許文献2のセンターマグネット型のリニアモータは、可動子の凹条溝の中心と固定子の中心との位置関係がずれると、固定子の両側面と可動子の凹条溝の両側面との間のエアギャップの大きさがアンバランスとなるため、固定子の両側面に作用する磁気吸引力がアンバランスとなって、その磁気吸引力の差が固定子に大きな倒れ込み力として作用する。つまり、固定子の両側面に作用する磁気吸引力の向きが180°反対方向であるため、固定子の両側面に作用する磁気吸引力がアンバランスとなると、その磁気吸引力の差がそのまま固定子の倒れ込み力となる。この対策として、固定子が倒れないようにするために、固定子を支持する構造を機械的に強固に構成しなければならず、その分、リニアモータが大型化したり、重量が増加する欠点がある。リニアモータの大型化や重量増加は、上述したように省スペース化や位置決め精度向上を阻害する要因となる。
上記課題を解決するために、直線状に延びる固定子と、前記固定子の両側に沿って平行に延びる2本のガイドレールと、前記2本のガイドレールに跨がってスライド可能に支持されたスライド部材と、前記スライド部材に支持されて前記固定子と対向する可動子とを備えたリニアモータにおいて、前記固定子と前記可動子との間のエアギャップがリニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在するように構成されている。
このように、固定子と可動子との間のエアギャップがリニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在するように構成すれば、固定子や駆動対象物を支持する部分に作用する外力を軽減することができる。
図1は実施例1のリニアモータの構成を示す側面図である。 図2は実施例1のリニアモータの固定子側の構成を示す平面図である。 図3は実施例1のリニアモータの固定子に作用する力を説明する図である。 図4は実施例2のリニアモータの構成を示す側面図である。 図5は実施例2のリニアモータの可動子に作用する力を説明する図である。
以下、2つの実施例1,2を説明する。
図1乃至図3を参照して実施例1を説明する。
本実施例1のリニアモータ11は、固定子12と可動子13とが鉛直方向(上下方向)に配置され、固定子12の上方に可動子13が位置する構成となっている。固定子12は、可動子13の移動方向に沿って延びるヨーク14と、このヨーク14の上面側に可動子13の移動方向に沿ってN極とS極の磁界を交互に形成するように2列に配列した多数の磁石15(図2参照)とから構成されている。
固定子12のヨーク14は、リニアモータ11の設置面側の外殻を構成する固定子プレート16上にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。固定子12のヨーク14は、可動子13の移動方向から見て略二等辺三角形(山型)の断面形状となるように形成され、その傾斜する2つの面に、それぞれ可動子13の移動方向に沿ってN極とS極の磁界を交互に形成するように多数の磁石15が配列されている。
固定子プレート16の上面には、可動子13の移動方向に沿って延びる固定子12の両側に沿って平行に延びる2本のガイドレール21がねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。2本のガイドレール21に跨がってスライド部材である可動子プレート22が両側の支持枠23を介してスライド可能に水平に支持されている。これにより、可動子プレート22が固定子プレート16と平行に配置され、該可動子プレート22の下面側に可動子13が取り付けられている。
可動子13は、可動子プレート22の下面にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されたヨーク24と、このヨーク24の下面側に固定子12の磁石15と対向するように装着された複数のコイル25とから構成されている。可動子13のヨーク24は、固定子12のヨーク14の山型の断面形状に対応して谷型(V溝状)の断面形状となるように形成されている。これにより、固定子12の磁石15と可動子13のコイル25との間のエアギャップ26がリニアモータ11の設置面(固定子プレート16の下面)に対して傾斜する方向に延在するように構成され、且つ、エアギャップ26が可動子13の移動方向から見て三角形の2辺に沿った断面形状(逆V字状)となるように構成されている。
以上のように構成した本実施例1のリニアモータ11は、例えば、部品実装機の実装ヘッドをX方向又はY方向に移動させるリニア駆動装置等、各種の産業機械のリニア駆動装置として使用可能であり、実装ヘッド等の駆動対象物を可動子プレート22に支持させるようになっている。
以上のように構成した本実施例1のリニアモータ11は、固定子12と可動子13との間のエアギャップ26が可動子13の移動方向から見て三角形の2辺に沿った断面形状となるように構成されているため、図3に示すように、固定子12と可動子13との間に作用する磁気吸引力の作用方向がリニアモータ11の中心を境にして異なる方向となるが、180°反対方向ではなく、エアギャップ26の傾斜角度分だけ磁気吸引力の作用方向が180°反対方向からずれる。このため、たとえ、可動子13の中心と固定子12の中心との位置関係がずれて、固定子12の両側のエアギャップ26の大きさがアンバランスとなって、固定子12の両側に作用する磁気吸引力がアンバランスとなった場合でも、両側の磁気吸引力の差がそのまま固定子12の倒れ込み力とはならず、両側の磁気吸引力の水平方向成分の差が固定子12の倒れ込み力となるだけである。これにより、固定子12の倒れ込み力を軽減でき、固定子12や駆動対象物を支持する部分(可動子プレート22、支持枠23、ガイドレール21、固定子プレート16)の機械的強度の設計基準を緩和することができて、その分、リニアモータ11の小型化や軽量化を実現できて、省スペース化や位置決め精度向上に貢献できる。
尚、本実施例1では、固定子12と可動子13との間のエアギャップ26が可動子13の移動方向から見て三角形の2辺に沿った断面形状(逆V字状)となるように構成したが、固定子と可動子との間のエアギャップが可動子の移動方向から見て逆三角形の2辺に沿った断面形状(V字状)となるように構成しても良い。この構成でも、本実施例1と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例1では、リニアモータ11の設置面(固定子プレート16の下面)を水平面として、固定子12が下、可動子13が上に位置する構成となっているが、これとは反対に、固定子12が上、可動子13が下に位置する構成としても良い。
或は、リニアモータ11の設置面を鉛直面として、固定子12と可動子13とを水平方向に配置した構成としても良い。その他、リニアモータ11の設置面は、水平面や鉛直面に限定されず、それ以外の角度の面としても良いことは言うまでもない。
次に、図4及び図5を用いて実施例2を説明する。但し、上記実施例1と実質的に同じ部分については説明を省略又は簡略化して、主として異なる部分について説明する。
本実施例2のリニアモータ31は、固定子32と可動子33とが水平方向に配置されている。固定子32は、可動子33の移動方向に沿って延びるヨーク34と、このヨーク34の内側に可動子33の移動方向に沿ってN極とS極の磁界を交互に形成するように配列した多数の磁石35とから構成されている。
固定子32のヨーク34は、リニアモータ31の設置面側の外殻を構成する固定子プレート36の内側にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。固定子32のヨーク34は、可動子33の移動方向から見て内側面が鉛直面に対して傾斜面となるように形成され、その傾斜面に、可動子13の移動方向に沿ってN極とS極の磁界を交互に形成するように多数の磁石35が配列されている。
固定子プレート36の内面には、可動子33の移動方向に沿って延びる固定子32の両側に沿って平行に延びる2本のガイドレール41がねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されている。2本のガイドレール41に跨がってスライド部材である可動子プレート42が両側の支持枠43を介してスライド可能に支持されている。これにより、可動子プレート42が固定子プレート36と平行に配置され、該可動子プレート42の内側に可動子33が取り付けられている。
可動子33は、可動子プレート42の内側にねじ止め、かしめ付け、溶着等の固定手段により固定されたヨーク44と、このヨーク44の内側に固定子32の磁石35と対向するように装着されたコイル45とから構成されている。可動子33のヨーク44は、固定子32のヨーク34の内側面の形状に対応して内側面が鉛直面に対して傾斜面となるように形成されている。これにより、固定子32の磁石35と可動子33のコイル45との間のエアギャップ46がリニアモータ31の設置面(固定子プレート36の外面)に対して傾斜する方向に延在し、且つ、固定子32と可動子33との間に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成されている。
以上のように構成した本実施例2のリニアモータ31は、例えば、部品実装機の実装ヘッドをX方向又はY方向に移動させるリニア駆動装置等、各種の産業機械のリニア駆動装置として使用可能であり、実装ヘッド等の駆動対象物を可動子プレート42に支持させるようになっている。
以上のように構成した本実施例2のリニアモータ31は、固定子32と可動子33との間のエアギャップ46がリニアモータ31の設置面(固定子プレート36の外面)に対して傾斜する方向に延在し、且つ、可動子33に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成されているため、図5に示すように、可動子13に作用する磁気吸引力が上向きの成分を持ち、その磁気吸引力が可動子プレート42に取り付けた駆動対象物の荷重を支持する力を補助する役割を果たすようになる。これにより、駆動対象物を支持する部分(可動子プレート42、支持枠43、ガイドレール41、固定子プレート36)の機械的強度の設計基準を緩和することができて、その分、リニアモータ31の小型化や軽量化を実現できて、省スペース化や位置決め精度向上に貢献できる。
尚、本実施例2では、可動子33に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め上向きとなるように構成したが、駆動対象物から可動子プレート42に作用する荷重の作用方向によっては可動子に作用する磁気吸引力の作用方向が斜め下向きとなるように構成しても良い。
また、本実施例2では、リニアモータ31の設置面(固定子プレート36の外面)を鉛直面として、固定子32と可動子33とが水平方向に配置された構成となっているが、リニアモータ31の設置面(固定子プレート36の外面)を水平面として、固定子32と可動子33とが上下方向に配置された構成としても良い。その他、リニアモータ31の設置面は、水平面や鉛直面に限定されず、それ以外の角度の面としても良いことは言うまでもない。
[その他の実施例]
上記実施例1,2では、固定子12,32に磁石15,35を設け、可動子13,33にコイル25,45を設けたが、これとは反対に、固定子にコイルを設け、可動子に磁石を設けた構成としても良い。
その他、本発明は、上記各実施例に限定されず、例えば、ヨーク24,44の形状を変更したり、駆動対象物に応じてエアギャップ26,46の傾斜角度を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
11…リニアモータ、12…固定子、13…可動子、14…ヨーク、15…磁石、16…固定子プレート、21…ガイドレール、22…可動子プレート(スライド部材)、33…支持枠、24…ヨーク、25…コイル、26…エアギャップ、31…リニアモータ、32…固定子、33…可動子、34…ヨーク、35…磁石、36…固定子プレート、41…ガイドレール、42…可動子プレート(スライド部材)、43…支持枠、44…ヨーク、45…コイル、46…エアギャップ

Claims (5)

  1. 直線状に延びる固定子と、
    前記固定子の両側に沿って平行に延びる2本のガイドレールと、
    前記2本のガイドレールに跨がってスライド可能に支持されたスライド部材と、
    前記スライド部材に支持されて前記固定子と対向する可動子と
    を備えたリニアモータにおいて、
    前記固定子と前記可動子との間のエアギャップがリニアモータの設置面に対して傾斜する方向に延在するように構成されている、リニアモータ。
  2. 前記エアギャップは、前記可動子の移動方向から見て三角形又は逆三角形の2辺に沿った断面形状となるように構成されている、請求項1に記載のリニアモータ。
  3. 前記リニアモータの設置面は水平面であり、前記固定子と前記可動子とが鉛直方向に配置されている、請求項1又は2に記載のリニアモータ。
  4. 前記リニアモータの設置面は鉛直面であり、前記固定子と前記可動子とが水平方向に配置されている、請求項1又は2に記載のリニアモータ。
  5. 前記スライド部材に部品実装機の実装ヘッドが支持されている、請求項1乃至4のいずれかに記載のリニアモータ。
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