KR20150127748A

KR20150127748A - 가동자 및 리니어 모터

Info

Publication number: KR20150127748A
Application number: KR1020157031673A
Authority: KR
Inventors: 요스케 다카이시; 가츠미 하야미
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2015-11-17
Also published as: WO2014167720A1; CN105103422A; JP5872108B2; JPWO2014167720A1; TWI500238B; TW201440388A

Abstract

본 발명은, 제1 방향으로 연장하는 막대 모양 형상을 나타내는 샤프트(11)와, 통 모양 형상을 나타내고 그 내측에 샤프트(11)가 통과되는 복수의 자석(12, 13)을 구비하며, 복수의 자석(12, 13)은, 제1 방향에 평행한 자속을 발생시키는 스러스트 자석(12)과, 통 모양 형상의 지름 방향으로 자속을 발생시키는 래디얼 자석(13)을 가지며, 스러스트 자석(12)이 양단에 배치되도록 스러스트 자석(12)과 래디얼 자석(13)이 교호로 나란히 배열되고, 양측의 단부에 배치된 각각의 스러스트 자석(12)에 대해서 제1 방향을 따른 더 외측에 인접하여 배치된 자성체로 이루어지는 고정부(14)를 더 구비한다.

Description

가동자 및 리니어 모터{MOVABLE ELEMENT AND LINEAR MOTOR}

본 발명은, 가동자 및 리니어 모터에 관한 것이다.

종래부터, 가동자가 직선적 동작을 행하는 리니어 모터가 이용되고 있다. 이러한 리니어 모터에는, 고정자에 형성된 관통 구멍에 관통된 샤프트가 가동자로서 동작하는 샤프트형 리니어 모터가 있다.

샤프트형 리니어 모터에서 가동자로서 기능을 하는 샤프트에는, 원통 형상을 나타내는 복수의 자석이 장착되는 경우가 있다. 예를 들면, 샤프트에 장착되는 자석에는, 샤프트가 연장하는 방향과 평행한 방향으로 자속(磁束)을 발생시키는 자석(이하, 간단하게 '스러스트(thrust) 자석'이라고도 함)과, 원통 형상의 지름 방향으로 자속을 발생시키는 자석(이하, 간단하게 '래디얼(radial) 자석'이라고도 함)이 이용된다. 그리고, 예를 들면 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 스러스트 자석과 래디얼 자석이 교호로 배열된, 이른바 할바흐(Halbach) 배열로 자석이 배열되는 경우가 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2011－147333호 공보

그렇지만, 상기 종래의 기술에 의하면, 할바흐 배열로 배열된 자석 중, 단부에 배열된 자석으로부터 발생하는 자속의 경로와, 중앙부에 배열된 자석으로부터 발생하는 자속의 경로가 다름으로써, 누설 자속이 발생되기 쉬워진다. 그리고, 누설 자속의 발생에 의해, 리니어 모터의 추력(推力) 특성이 악화되는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 할바흐 배열로 배열된 자석으로부터의 누설 자속을 억제하여, 리니어 모터의 추력 특성의 향상을 도모할 수 있는 가동자를 얻는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 제1 방향으로 연장하는 막대 모양 형상을 나타내는 샤프트와, 통 모양 형상을 나타내고 그 내측에 샤프트가 통과되는 복수의 자석을 구비하며, 복수의 자석은, 제1 방향에 평행한 자속(磁束)을 발생시키는 스러스트(thrust) 자석과, 통 모양 형상의 지름 방향으로 자속을 발생시키는 래디얼(radial) 자석을 가지고, 스러스트 자석이 양단에 배치되도록 스러스트 자석과 래디얼 자석이 교호로 나란히 배열되고, 양측의 단부에 배치된 각각의 스러스트 자석에 대해서 제1 방향을 따른 더 외측에 인접하여 배치된 자성체로 이루어지는 고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 가동자는, 누설 자속의 발생을 억제하여 리니어 모터의 추력 특성의 향상을 도모할 수 있는 가동자를 얻을 수 있다고 하는 효과를 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 리니어 모터의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는, 가동자의 제조 순서를 나타내는 도면이다.
도 3은, 가동자의 제조 순서를 나타내는 도면이다.
도 4는, 가동자의 제조 순서를 나타내는 도면이다.
도 5는, 가동자의 제조 순서를 나타내는 도면이다.
도 6은, 실시 형태 1에 관한 리니어 모터에서, 가동자가 구비하는 자석으로부터 발생하는 자속에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 비교예로서 나타내는 리니어 모터에서, 가동자가 구비하는 자석으로부터 발생하는 자속에 대해 설명하기 위한 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 관한 가동자 및 리니어 모터를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 형태 1.

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 리니어 모터의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 리니어 모터(50)는, 케이싱(1)에 형성된 관통 구멍(1a)에 관통된 샤프트(11)가, 화살표 Z로 나타내는 방향(제1 방향)을 따라서 직선적으로 동작하는 리니어 모터이다. 즉, 리니어 모터(50)는, 샤프트(11)측이 가동자로서 기능을 하고, 케이싱(1)측이 고정자로서 기능을 하는 샤프트형 리니어 모터이다.

케이싱(1)의 내측에는, 샤프트(11)를 내부에 수용할 수 있는 공간이 형성되어 있다. 케이싱(1)에는, 내부에 수용한 샤프트(11)의 양단을 관통시키는 관통 구멍(1a)이 형성되어 있다. 관통 구멍(1a)에는, 샤프트(11)를 화살표 Z로 나타내는 방향을 따라서 이동 가능하게 유지하는 리니어 부시(4)가 장착되어 있다.

케이싱(1)의 내부에는, 코일(2)과 요크(3)가 마련되어 있다. 코일(2)은, 케이싱(1)의 내부에서, 샤프트(11)의 주위를 둘러싸도록 마련된다. 요크(3)는, 케이싱(1)의 내부에서, 코일(2)의 외측에 마련된다. 상술한, 케이싱(1), 코일(2), 요크(3), 리니어 부시(4)를 가지고 리니어 모터(50)의 고정자가 구성된다.

리니어 모터(50)의 가동자는, 샤프트(11), 자석(12, 13), 스냅 링(snap ring, 고정부)(14)을 가지고 구성된다. 도 2 ~ 도 4는, 가동자의 제조 순서를 나타내는 도면이다. 이하에, 가동자의 제조 순서의 설명에, 가동자의 상세한 구성의 설명도 포함하여 설명한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 샤프트(11)는 화살표 Z로 나타내는 방향으로 연장하는 막대 모양 형상을 나타낸다. 샤프트(11)에는, 둘레 방향을 따라서 연장하는 2개의 홈(11a)이 형성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 2개의 홈(11a) 중 일방의 홈(11a)에, 스냅 링(14)이 끼워 넣어진다. 스냅 링(14)은, 철 등의 자성체로 구성된다.

그리고, 통 모양 형상을 나타내는 복수의 자석(12, 13)이 샤프트(11)에 장착된다. 보다 구체적으로는, 통 모양 형상을 나타내는 복수의 자석(12, 13)의 내측에 샤프트(11)가 통과된다. 샤프트(11)에 최초로 장착되는 자석(12, 13)은, 미리 일방의 홈(11a)에 끼워 넣어져 있던 스냅 링(14)에 의해 꽉 눌러진다. 게다가, 복수의 자석(12, 13)이, 2개의 홈(11a)의 사이에 서로 인접하도록 배치된다.

샤프트(11)에 장착되는 자석(12, 13)은, 발생시키는 자속의 방향이 샤프트(11)가 연장하는 방향과 평행이 되는 스러스트 자석(12)과, 발생시키는 자속의 방향이 샤프트(11)의 지름 방향이 되는 래디얼 자석(13)으로 구성된다.

최초로 샤프트(11)에 장착되는 자석과 최후에 장착되는 자석이 스러스트 자석(12)이다. 또, 스러스트 자석(12)과 래디얼 자석(13)이 교호로 늘어 놓여진다. 즉, 샤프트(11)에는, 양단이 스러스트 자석(12)이 되는 할바흐(Halbach) 배열로 자석(12, 13)이 장착된다.

도 4에 나타내는 바와 같이 샤프트(11)에 모든 자석(12, 13)이 장착되면, 도 5에 나타내는 바와 같이 타방의 홈(11a)에도 스냅 링(14)이 끼워 넣어진다. 자석(12, 13)의 내주면과 샤프트(11)의 외주면이, 접착제 등에 의해서 접착된다. 이것에 의해, 자석(12, 13)이 샤프트(11)에 고정된다.

도 1로 되돌아와, 일방의 스냅 링(14)에는, 단부에 마련된 스러스트 자석(12)이 밀착하도록 배치된다. 타방의 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이에는 간극이 마련된다. 타방의 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이의 간극에는, 경화부(15)가 충전된다. 경화부(15)는, 예를 들면 접착제이며, 간극에 충전된 후, 경화함으로써 자석(12, 13)을 스냅 링(14)의 사이에 고정시킨다. 경화부(15)는, 접착제에 한정되지 않고, 간극에 충전된 후에 경화하는 것이면 좋다.

가동부 중 적어도 자석(12, 13)이 배열된 영역이 케이싱(1)의 내부에 수용된다. 또, 케이싱(1)의 내부에서, 가동자인 자석(12, 13)과 고정자인 코일(2)이 대향한다. 그리고, 코일(2)에 흐르는 전류를 제어함으로써, 화살표 Z로 나타내는 방향으로 가동자를 이동시키는 것이 가능해진다.

도 6은, 실시 형태 1에 관한 리니어 모터(50)에서, 가동자가 구비하는 자석으로부터 발생하는 자속에 대해 설명하기 위한 도면이다. 리니어 모터(50)에서는, 샤프트(11) 상에 배열된 자석(12, 13) 중, 양측의 단부에 배치된 각각의 스러스트 자석(12)에 대해서, 샤프트(11)가 연장하는 방향을 따른 더 외측에 인접하여, 자성체인 스냅 링(14)이 마련되어 있다.

단부의 스러스트 자석(12)의 외측에 스냅 링(14)이 마련됨으로써, 단부의 스러스트 자석(12)으로부터 발생한 자속은, 자성체인 스냅 링(14)의 외주면을 통과한다. 이것에 의해, 단부의 스러스트 자석(12)으로부터 발생하는 자속은, 스러스트 자석(12)의 외측에 추가로 래디얼 자석이 마련되어 있는 것과 동일한 경로를 통과한다. 이것은, 단부의 스러스트 자석(12)으로부터 발생하는 자속이, 스러스트 자석(12)의 양측에 래디얼 자석(13)이 마련되어 있는 것과 동일한 경로를 통과한다고 환언할 수 있다.

따라서, 단부측에서 발생하는 자속의 경로(X1, X5)와, 그것 이외의 부분, 즉 스러스트 자석(12)의 양측에 래디얼 자석(13)이 마련되어 있는 부분에서 발생하는 자속의 경로(X2 ~ X4)에 의해서, 자속이 공기 중을 통과하는 거리의 균일화를 도모할 수 있다. 이것에 의해, 가동자인 자석(12, 13)으로부터 발생되는 자속의 경로(X1 ~ X5)의 자기 저항의 균일화를 도모하고, 경로(X1 ~ X5)를 통과하는 자속량의 균일화를 도모할 수 있다.

도 7은, 비교예로서 나타내는 리니어 모터(100)에서, 가동자가 구비하는 자석(12, 13)으로부터 발생하는 자속에 대해 설명하기 위한 도면이다. 비교예로서 나타내는 리니어 모터(100)에서는, 샤프트(11) 상에 배열된 자석(12, 13)의 양측에 자성체가 마련되어 있지 않다.

그 때문에, 단부의 스러스트 자석(12)으로부터 발생하는 자속의 경로(Y1, Y5)는, 그것 이외의 부분에 마련된 자석(12, 13)으로부터 발생하는 자속의 경로(Y2 ~ Y5)에 비해, 공기 중을 통과하는 부분이 많게 된다. 그 때문에, 경로(Y1, Y5)에서는, 자기 저항이 크게 되어 자속량이 감소하며, 그 만큼, 이웃하는 경로(Y2, Y4)의 자속량이 증가한다. 이것에 의해, 경로(Y2, Y4)에서는, 요크(3)의 외부로 누설하는 누설 자속이 발생되기 쉬워져, 리니어 모터(100)의 추력의 저하를 초래해 버리는 경우가 있다.

한편, 본 실시 형태 1에 관한 리니어 모터(50)의 가동자에서는, 도 6을 이용하여 설명한 바와 같이, 경로(X1 ~ X5)를 통과하는 자속량의 균일화가 도모되므로, 누설 자속이 발생되기 어려워, 추력 특성의 향상을 도모할 수 있다.

또, 최초로 샤프트(11)에 장착되는 스러스트 자석(12)은, 미리 홈(11a)에 끼워 넣어진 스냅 링(14)에 맞닿게 하는 것만으로 위치 결정이 된다. 또, 그 후에 장착되는 자석(12, 13)도, 그 전에 장착된 자석(12, 13)에 맞닿게 하는 것만으로 위치 결정이 된다. 따라서, 자석(12, 13)을 샤프트(11)에 장착할 때의, 위치 결정 작업의 용이화를 도모할 수 있다.

또, 자석(12, 13)을 장착한 후에 끼워 넣어지는 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이의 간극에는, 경화부(15)가 충전되어 있으므로, 자석(12, 13)의 치수 오차에 의해서, 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이에 간극이 있는 경우에도, 자석(12, 13)을 보다 강고하게 고정할 수 있다.

또, 샤프트(11)에 장착된 자석(12, 13)에는, 가동자의 이동 방향과 평행한 방향으로 추력이 가해진다. 또, 자석(12, 13)의 내주면과 샤프트(11)의 외주면이, 접착제 등에 의해서 접착되어 있지만, 그 접착면에는, 가동자의 가감속시에 추력과 평행한 방향으로 관성력이 가해진다. 자석(12, 13)의 내주면과 샤프트(11)의 외주면과의 접착면은, 관성력이 가해지는 방향과 평행이기 때문에, 관성력에 대해서 충분한 접착 강도를 발휘하기 어려운 경우가 있다.

본 실시 형태 1에 관한 가동자에서는, 자석(12, 13)에 가해지는 추력(관성력)을 따른 방향이 되는 양측에 스냅 링(14) 또는 경화부(15)가 마련되어 있기 때문에, 추력(관성력)에 대해서 기계적으로 자석(12, 13)을 고정할 수 있다. 이것에 의해, 가동자에 가해지는 추력(관성력)에 의해서 자석(12, 13)이 어긋나는 것을 보다 확실히 방지할 수 있다.

또, 예를 들면, 스냅 링(14)을 대신하여 샤프트(11)의 외주면에 볼록부를 형성하고, 추력(관성력)에 의해서 자석(12, 13)이 어긋나는 것을 방지하는 경우에는, 볼록부 이외의 부분을 연마하여 샤프트(11)의 굵기로 형성할 필요가 있다. 그 때문에, 가공 정밀도의 요구나, 가공 절차의 증가에 의해 제조 코스트의 증대를 초래해 버리는 경우가 있다.

본 실시 형태 1에서는, 샤프트(11)에 형성된 홈(11a)에 스냅 링(14)을 끼워넣거나, 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이에 경화부(15)를 충전하거나 하는 것만으로, 자석(12, 13)이 추력(관성력)에 의해서 어긋나는 것을 방지할 수 있으므로, 제조 코스트의 억제를 도모할 수도 있다.

또, 리니어 모터(50)가 소형화될수록 샤프트(11)나 자석(12, 13)도 소형으로 되기 때문에, 자석(12, 13)과 샤프트(11)와의 접착면이 작게 된다. 이와 같이 자석(12, 13)과 샤프트(11)와의 접착면이 작게 되어 충분한 접착 강도가 발휘되기 어려운 경우라도, 스냅 링(14)이나 경화부(15)에 의해서 자석(12, 13)의 어긋남을 보다 확실히 방지할 수 있다.

또, 본 실시 형태 1에서는, 양단에 스러스트 자석이 배치되는 할바흐 배열로 복수의 자석(12, 13)이 배열되어 있다. 따라서, 샤프트(11)에 장착되는 자석(12, 13)은, 스러스트 자석(12)보다도 래디얼 자석(13)의 개수의 쪽이 적게 된다. 일반적으로, 스러스트 자석(12)보다도 래디얼 자석(13)의 쪽이 고가이기 때문에, 래디얼 자석(13)의 개수를 억제할 수 있는 본 실시 형태 1에 관한 가동자에서는, 제조 코스트의 억제를 도모할 수 있다.

또, 나중에 장착되는 스냅 링(14)과 스러스트 자석(12)과의 사이에 간극이 형성되지 않은 경우에는, 경화부(15)를 마련하지 않아도 좋다. 또, 샤프트(11)의 단면 형상은, 도 2에 나타내는 바와 같은 원형 형상이라도 좋고, 사각형과 같은 다각형 형상이라도 좋다. 또, 샤프트(11)는, 도 2에 나타내는 바와 같은 기둥 모양 형상이라도 좋고, 통 모양 형상이라도 좋다. 또, 샤프트(11)는, 자성체라도 좋고, 비자성체라도 괜찮다.

[산업상의 이용 가능성]

이상과 같이, 본 발명에 관한 가동자는, 샤프트측이 가동자로서 기능을 하는 샤프트형 리니어 모터의 가동자에 유용하다.

1 : 케이싱 1a : 관통 구멍
2 : 코일 3 : 요크
4 : 리니어 부시 11 : 샤프트
11a : 홈 12 : 스러스트 자석
13 : 래디얼 자석 14 : 스냅 링(고정부)
15 : 경화부 50, 100 : 리니어 모터

Claims

제1 방향으로 연장하는 막대 모양 형상을 나타내는 샤프트와,
통 모양 형상을 나타내고 그 내측에 상기 샤프트가 통과되는 복수의 자석을 구비하며,
상기 복수의 자석은, 상기 제1 방향에 평행한 자속(磁束)을 발생시키는 스러스트(thrust) 자석과, 상기 통 모양 형상의 지름 방향으로 자속을 발생시키는 래디얼(radial) 자석을 가지고,
상기 스러스트 자석이 양단에 배치되도록 상기 스러스트 자석과 상기 래디얼 자석이 교호(交互)로 나란히 배열되고,
양측의 단부에 배치된 각각의 상기 스러스트 자석에 대해서 상기 제1 방향을 따른 더 외측에 인접하여 배치된 자성체로 이루어지는 고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가동자.
청구항 1에 있어서,
상기 샤프트에는, 상기 고정부가 마련되는 위치에 둘레 방향을 따라서 홈이 형성되고,
상기 고정부는, 상기 홈에 끼워 넣어지는 스냅 링(snap ring)인 것을 특징으로 하는 가동자.
청구항 2에 있어서,
상기 고정부 중, 일방의 고정부에는 상기 스러스트 자석이 밀착하도록 배치되고, 타방의 고정부에는 상기 스러스트 자석과의 사이에 간극이 마련되며,
상기 간극에 충전되어 경화한 경화부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가동자.
청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 가동자와,
상기 가동자를 상기 제1 방향을 따라서 이동시키는 고정자를 구비하며,
상기 고정자는,
상기 샤프트 중 적어도 상기 자석이 배열된 영역을 내부에 수용하고, 상기 샤프트의 양단을 관통시키는 관통 구멍이 형성된 케이싱과,
상기 케이싱의 내부에 마련되어 상기 샤프트의 주위를 둘러싸는 코일과,
상기 케이싱의 내부로서 상기 코일의 외측에 마련된 요크를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.