WO2007037298A1 - リニアモータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

　コイルユニットの組立てを簡素化することができ、しかもコイルユニットの全長寸法及びコイルピッチを安定化することができるリニアモータを提供する。 　リニアモータを、マグネット３を有するロッド１と、ロッド１を囲み、ロッド１の軸線方向に配列される複数のコイル４と、複数のコイル４を覆うハウジング２と、ハウジング２内で複数のコイル４を保持するコイルホルダ５とで構成する。コイルホルダ５は、隣接する全てのコイル４間に介在されてコイル４同士を絶縁させる複数の樹脂製のスペーサ部５ｂを、コイルの配列方向に細長く伸びるホルダ本体部５ａに一体に成型してなる。

Description

明 細 書

リニアモータ及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、マグネットの磁界とコイルに流す電流によって、直線運動するための推 力を得るリニアモータに関し、特に積層された複数のコイルに、マグネットを有する口 ッドを挿入したロッドタイプのリニアモータに関する。

背景技術

[0002] リニアモータは、回転形のモータの固定子側と回転子側を直線状に引き伸ばしたも ので、電気工ネルギを直線運動するための推力に変換する。直線的な推力が得られ るリニアモータは、移動体を直線運動させる一軸のァクチユエータとして用いられる。

[0003] リニアモータを形状的に分けると、ロッドタイプとフラットタイプがある。ロッドタイプの リニアモータは、複数の円筒形のコイルを積層し、積層して出来たコイルの孔内にマ グネットを有するロッドを挿入した構成になっている。そして、例えば u'v'w相の三 相に分けたコイルに 120° ずつ位相が異なる三相電流を流し、コイルの軸線方向に 移動する移動磁界を発生させる。ロッドは移動磁界により推力を得て、移動磁界の速 さに同期してコイルに対して相対的に直線運動を行なう。他方、フラットタイプのリニ ァモータは、平板状のマグネットを複数個並べた軌道レールに複数のコイルを対向さ せる構成になっている。マグネットに対してコイルが相対的に直線運動を行なう原理 は、ロッドタイプのリニアモータと同じである。

[0004] ロッドタイプのリニアモータのコイルの組立て方法は、以下のように行なわれていた 。まず、コイル、コイル間に介在されるスぺーサを治具としてのコイル配列用シャフト に順番に挿入する。リング状のスぺーサは、隣接するコイル同士を絶縁する役割を持 つ。全てのコイル'スぺーサを揷入し終わったら、 U'V'W相に分けたコイルを配線す るために、三つ置きに表れるコイルのリード線を互いに半田付けする。半田付けされ たリード線には、絶縁チューブが巻かれる。

[0005] し力し、従来のリニアモータのコイルの組立て方法では、コイル'スぺーサがコイル 組立て用シャフトに順番に挿入され、その後、コイルの数と等しい回数コイルの結線 作業が行われるので、コイルの数が多数になると、非常に手間 ·時間の力かる作業に なる。し力も、コイル 'スぺーサを順番に並べていくと、コイルピッチにばらつきが生ず るだけでなぐ一つ一つのコイルの寸法差が累積してコイルユニット全長の寸法にば らつきが生ずる。

[0006] 特許文献 1には、コイルを一つずつあるいは二つを一組にしてコイルガイドに挿入 し、コイルが挿入されたコイルガイドを複数個積層してコイルユニットを構成する方法 が開示されている。

[0007] 特許文献 1：特開 2004— 357464号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] しかし、特許文献 1に記載の方法であっても、コイルガイドを積層するので、やはりコ ィルユニット全長の寸法にばらつきが生ずる。そして、コイル群の数と等しい回数結 線作業を行う必要があるので、やはり結線作業に手間が力かる。

[0009] そこで、本発明は、コイルユニットの組立てを簡素化することができ、し力もコイルュ ニットの全長寸法及びコイルピッチを安定ィ匕することができるリニアモータ及びその製 造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0010] 上記課題を解決するために、請求項 1に記載の発明は、マグネットの磁界とコイル に流す電流によって、直線運動するための推力を得るリニアモータにおいて、マグネ ットを有するロッドと、前記ロッドを囲み、前記ロッドの軸線方向に配列される複数のコ ィルと、前記複数のコイルを覆うハウジングと、前記ハウジング内で複数の前記コイル を保持するコイルホルダと、を備え、前記コイルホルダは、隣接する全ての前記コイル 間に介在される複数の榭脂製のスぺーサ部を、前記コイルの配列方向に細長く伸び るホルダ本体部に一体に成型してなることを特徴とする。

[0011] 請求項 2に記載の発明は、請求項 1に記載のリニアモータにおいて、複数の前記コ ィルのリード線を通すためのスルーホールが空けられると共に、複数の前記コイルを 配線するための導電パターンが形成された絶縁基板を用いて、複数の前記コイルを 配線することを特徴とする。 [0012] 請求項 3に記載の発明は、請求項 2に記載のリニアモータにおいて、前記絶縁基板 は、前記ホルダ本体部とは別体であり、かつ前記コイルのリード線を通すための配線 用孔が空けられる前記ホルダ本体部に取り付けられることを特徴とする。

[0013] 請求項 4に記載の発明は、請求項 1ないし 3いずれかに記載のリニアモータにおい て、前記ホルダ本体部は、板状に形成されると共に、前記コイルを挟むように前記コ ィルの中心線を挟んだ両側に設けられ、前記コイルの両側に設けられる一対の前記 ホルダ本体部それぞれに、一対の前記ホルダ本体部を組み合わせたときに円環状 の前記スぺーサ部を構成する分割スぺーサ部が一体に成型されることを特徴とする

[0014] 請求項 5に記載の発明は、マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲み、前記ロッ ドの軸線方向に配列される複数のコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コィ ルに流す電流によって、直線運動するための推力を得るリニアモータの製造方法に ぉ 、て、隣接する全ての前記コイル間に介在される複数の榭脂製のスぺーサ部を、 前記コイルの配列方向に細長く伸びるホルダ本体部に一体に成型してなるコイルホ ルダに、複数の前記コイル全てを保持させる工程と、複数の前記コイルをハウジング にて覆う工程と、を備えることを特徴とする。

[0015] 請求項 6に記載の発明は、請求項 5に記載のリニアモータの製造方法において、複 数の前記コイルを配線するための導電パターンが形成された絶縁基板のスルーホー ルに複数の前記コイルのリード線を通して、前記コイルのリード線を半田付けするェ 程を備えることを特徴とする。

発明の効果

[0016] 請求項 1に記載の発明によれば、コイルホルダのスぺーサ部間にコイルを嵌めこめ ば、コイルユニットを構成することができるので、コイルユニットの組立工数を減らすこ とができ、し力もコイルユニットの全長寸法及びコイルピッチを安定できる。

[0017] 請求項 2に記載の発明によれば、コイルホルダにより位置決めされたコイルのリード 線を、絶縁基板の配線用孔に通して半田付けすれば、コイルの配線がされるので、 配線作業を簡素化することができる。

[0018] 請求項 3に記載の発明によれば、コイルホルダと絶縁基板とを別体にすることで、コ ィルホルダ及び絶縁基板自体を容易に製造できる。

[0019] 請求項 4に記載の発明によれば、コイルの中心線を挟んで両側に設けられた一対 のホルダ本体部でバランスよくコイルを保持するので、ハウジング内でコイルを安定し て保持することができる。

[0020] 請求項 5に記載の発明によれば、コイルホルダのスぺーサ部間にコイルを嵌めこめ ば、コイルユニットを構成することができるので、コイルユニットの組立工数を減らすこ とができ、し力もコイルユニットの全長寸法及びコイルピッチを安定できる。

[0021] 請求項 6に記載の発明によれば、コイルホルダにより位置決めされたコイルのリード 線を、絶縁基板の配線用孔に通して半田付けすれば、コイルの配線がされるので、 配線作業を簡素化することができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]本発明の一実施形態におけるリニアモータの斜視図（一部断面図を含む)。

[図 2]上記リニアモータのコイルとマグネットを示す断面図。

[図 3]コイルホルダに保持されたコイルユニットを示す断面図。

[図 4]絶縁基板の平面図 (導電パターンを示す)。

[図 5]コイルホルダを示す図（図中（A)は正面図を示し、図中（B)は軸線に沿った断 面図を示す)。

[図 6]コイルホルダの他の例を示す図（図中（A)は平面図を示し、図中（B)は側面図 を示し、図中（C)は底面図を示し、図中（D)は正面図を示す)。

[図 7]コイルホルダの他の例を示す分解図（図中（A)は側面図を示し、図中（B)は正 面図を示す)。

符号の説明

[0023] 1· ··ロッド

2…ハウジング

3…マグネット

4· ··=ιイノレ

4a…リード線

5, 13· ··コイノレホノレダ 5a…ホノレダ本体咅

5b…スぺーサ部

6· · ·絶縁基板

6a…スノレーホ一ノレ

6b…導電パターン

11a, 12a…ホルダ本体部

l ib, 12b…分割スぺーサ部

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。図 1は本発明の 一実施形態におけるリニアモータの斜視図を示す。この実施形態のリニアモータは、 ロッド 1がハウジング 2に対してロッド 1の軸線方向に移動する一軸のァクチユエータ で、電子部品等の移動体を一軸方向に移動させるのに用いられる。具体的には、例 えばチップ状の電子部品を所定の位置にマウントするチップマウンタのヘッド軸に用 いられる。このリニアモータは一軸のみで使用されることもあるし、作業効率を上げる ために複数のリニアモータが並列に組み合わされて多軸のァクチユエータとして使用 されることちある。

[0025] リニアモータは回転形のモータと同様に、マグネット 3の磁界とコイル 4に流す電流 によって運動するための力を得る。その一方、リニアモータは回転形のモータと異なり 、直線運動を行うものなので、複数のコイル 4が直線状に積層され、マグネット 3が挿 入されるロッド 1が積層されたコイル 4を貫通する。そして、コイル 4に電流を流すと、口 ッド 1がその軸線方向に移動する。

[0026] リニアモータの原理を説明する。図 2は、リニアモータのマグネット 3とコイル 4の位置 関係を示す。ロッド 1内の中空空間には、円盤状の複数のマグネット 3 (セグメント磁石 )が互いに同極が対向するように、すなわち N極と N極力 S極と S極とが対向するよう に、積層される。ロッド 1の周囲には、ロッド 1を囲むコイル 4が複数個積層される。コィ ル 4は 3つで U'V'W相力もなる一組の三相コイルとなる。一組の三相コイルを複数 組み合わせて、コイルユニットが構成される。そして、 U'V'W相の三相に分けた複 数のコイルに 120° ずつ位相が異なる三相電流を流すと、コイル 4の軸線方向に移 動する移動磁界が発生する。ロッド 1内のマグネット 3は、移動磁界により推力を得て 、移動磁界の速さに同期してコイル 4に対して相対的に直線運動を行なう。

[0027] 次に、リニアモータの構造について説明する。図 1に示されるように、リニアモータの ロッド 1は、ハウジング 2にロッド 1の軸線方向に移動可能に支持されている。コイルュ ニットはコイルホルダ 5に保持され、これらコイルユニット及びコイルホルダ 5はハウジ ング 2に覆われている。

[0028] ロッド 1は、例えばステンレス等の非磁性材力 なり、パイプのように中空の空間を有 する。ロッド 1の中空空間には、上述のように、円柱状の複数のマグネット 3 (セグメント 磁石）が互いに同極が対向するように積層される。マグネット 3の間には、例えば鉄等 の磁性体力 なるポールシユー 7 (磁極ブロック）が介在される。

[0029] コイル 4は銅線を螺旋状に卷!、たもので、コイルホルダ 5に保持されて!、る。この実 施形態では、ハウジング 2の寸法を抑えるために、コイル 4及びコイルホルダ 5を射出 成型の金型にセットし、溶融した榭脂又は特殊セラミックスを流すインサート成型によ りハウジング 2を形成する。成型後に成型品を金型から取り出すと、コイル 4の周囲が ハウジング 2で覆われている状態になる。このインサート成型により、ハウジング 2の肉 厚を薄くできるという利点がある。例えばリニアモータを並べて使用する場合には、リ ユアモータの寸法を小さくする必要がある。なお、インサート成型しなくても、コイルホ ルダ 5に保持されたコイル 4をアルミ製のハウジング 2に収納し、コイル 4とハウジング 2 との間の隙間を接着剤で埋めて、コイル 4及びコイルホルダ 5をハウジング 2に固定し てもよい。

[0030] ハウジング 2は、リニアモータをー軸ァクチユエータとして使用する部分に取り付けら れる。そのため、機械的剛性が高い材料で製造される。また、コイル 4との絶縁を保つ 必要があるため、絶縁性の高い材料が使用される。さらに、ハウジング 2には、コイル 4の放熱性を高めるためにフィン 2aが複数形成される。

[0031] ロッド 1はリニアモータの作動中、コイル 4内で浮いている状態になっている。ロッド 1 の直線運動を支えるために、ブッシュ 8が設けられる。ブッシュ 8は、ハウジング 2の両 端に設けたエンド部材 9に固定される。

[0032] 図 3は、コイルホルダ 5に保持されたコイルユニットを示す。コイルユニットは、銅線を 螺旋状に巻いた一つのコイル 4を複数個、例えば数十個積層したものである。コイル 4のリード線 4aは一本一本接続されなければいけないところ、一本一本半田付けする のは非常に工数がかかる。コイル 4のリード線 4aの配線を簡素化するために絶縁基 板 6が用意される。

[0033] 図 4は、絶縁基板 6の平面図を示す。絶縁基板 6には、複数のコイル 4のリード線 4a が通されるスルーホール 6aが空けられると共に、複数のコイル 4を配線するための導 電パターン 6bが形成される。導電パターン 6bは、 U相同士のコイル、 V相同士のコィ ル、 W相同士のコイルを接続するように予め形成されている。スルーホール 6aにコィ ル 4のリード線 4aを通し、スルーホール 6aにてリード線 4aを半田付けしていけば、コ ィル 4の配線が行われる。なお、この作業はリフロー半田付け工程を組み込むこと〖こ より、自動ィ匕することち可會である。

[0034] 図 5は、コイル 4、及びコイル 4を保持するコイルホルダ 5の詳細図を示す。隣接する コイル 4同士は絶縁させる必要があるので、コイル 4間には絶縁材として榭脂製のス ぺーサ部 5bが介在される。スぺーサ部 5bはコイル 4の正面形状と同様に円環形状に 形成される。従来、このスぺーサ部とコイルとを交互に積層してコイルユニットを構成 したが、作業工数がかかるし、コイルユニットの全長寸法が安定しな力つた。この問題 を解決するために本実施形態では、スぺーサ部 5bをコイル 4の配列方向に細長く伸 びる板状のホルダ本体部 5aに一体に成型した。すなわち、コイルホルダ 5は榭脂の 射出成型品であり、コイル 4の配列方向に細長く伸びる板状のホルダ本体部 5aと、ホ ルダ本体部 5aから立設する薄肉の複数のスぺーサ部とがー体に形成された構成に なる。

[0035] ホルダ本体部 5aのコイル 4の配列方向の長さは、コイルユニットの全長と略等しく、 横幅はコイル 4の直径と略等しい。ホルダ本体部 5aの上面には、コイルユニットの全 長に渡って細長く伸びる絶縁基板 6の取り付け座が形成される。またホルダ本体部 5 aの側面には、射出成型するときにコイルホルダ 5を金型に固定するための突起 5c ( 図 3参照）が設けられる。射出成型時の圧力により、コイルホルダ 5が位置ずれするの を防止するためである。ホルダ本体部 5aの下面には、コイル 4の外形形状に合わせ た曲面状の窪み 5dが形成される。図 3に示されるようにコイル 4にはリード線 4aがある 。リード線 4aを絶縁基板 6のスルーホール 6aまで導くために、ホルダ本体部 5aには 絶縁基板 6のスルーホール 6aと同じ位置に複数の配線用孔が空けられる。

[0036] 図 5に示されるように、スぺーサ部 5bは、コイル 4の正面形状と同様に円環状に形 成され、板状の本体部 5aから下方に立設する。スぺーサ部 5bは、隣接する全てのコ ィル 4間に介在され、そのうえコイルユニットの両端にも設けられる。それゆえ、スぺー サ部 5bの個数はコイルの数よりも一つ多!、数になる。

[0037] 以下に上記コイルホルダを用いたコイルの組立方法について説明する。まず、図 3 に示されるように、コイル 4をコイルホルダ 5に嵌める。スぺーサ部 5bとホルダ本体部 5 aを一体にしたコイルホルダ 5を用いると、コイル 4をコイルホルダ 5に嵌めるだけでコ ィル 4をその配列方向に位置決めすることができる。この段階で、コイル 4のリード線 4 aがコイルホルダ 5の配線用孔を通る。

[0038] その後、コイルユニットに治具としてのコイル整列用シャフトを通して、コイル 4を配 列方向と直交する方向に位置決めをする。次に、絶縁基板 6をコイルホルダ 5に取り 付け、コイル 4のリード線 4aを絶縁基板 6のスルーホール 6aに通す。ここで、コイルュ ニットにコイル整列用シャフトを通す順番と、絶縁基板 6をコイルホルダ 5に取り付ける 順番とは逆でもよい。コイル 4をコイルホルダ⁵に接着剤等で固定した後、コイル 4のリ ード線 4aを絶縁基板 6のスルーホール 6aに半田付けする。その後、コイルホルダ 5、 複数のコイル 4、絶縁基板 6が一体になつたコイル組立体は、上述のようにハウジング 2を形成するためにインサート成型される。

[0039] 図 6及び図 7は、コイルホルダの他の例を示す。図 6はコイル 4を保持した状態のコ ィルホルダ 13を示し、図 7はコイルホルダ 13の分解図を示す。上記のコイルホルダ 5 では、コイル 4の配列方向に細長く伸びるホルダ本体部 5aがコイル 4の片側にのみ 設けられるのに対し、この例のコイルホルダ 13では、ホルダ本体部 11a, 12aがコィ ル 4を挟むようにコイル 4の中心線を挟んだ両側に設けられる。

[0040] コイル組立体をインサート成型するときに、コイル組立体には溶融樹脂の圧力がか かり、また樹脂の収縮により力がかかる。ホルダ本体部 5aがコイル 4の片側だけだと、 コイル 4の反対側に拘束するものがな 、ので、ホルダ本体部 5aが伸びたり反ったりす るおそれがある。この問題を解決するために、ホルダ本体部 11a, 12aをコイル 4の両 側に配置してバランスをよくしている。すなわち、コイルホルダ 13は、コイル 4の両側 に設けられる一対のホルダ本体部 11a, 12aと、一対のホルダ本体部 11a, 12aそれ ぞれに一体に成型された分割スぺーサ部 l ib, 12bとから構成される。そして、分割 スぺーサ部 l ib, 12bは円環を二分割した形状であり、上側のホルダ本体部 11aと下 側のホルダ本体部 1 lbとを組み合わせた状態で、円環状のスぺーサ部を構成する。

[0041] ホルダ本体部 11a, 12aに金型に固定するための突起が形成される点、コイル 4の 外形形状に合わせた窪みが形成される点、上側のホルダ本体部に絶縁基板 6が取り 付けられる点、は上記例のホルダと同一である。

[0042] この例のコイルホルダ 13でも、上側のホルダ本体部 1 laの分割スぺーサ部 1 lb間 にコイル 4を嵌めこんだ後、下側のホルダ本体部 12aの分割スぺーサ部 12bを互 ヽ の分割スぺーサ部 l ib, 12bが当接するまで嵌めれば、コイルユニットを構成すること ができるので、コイルユニットの組立工数を減らすことができ、し力もコイルユニットの 全長寸法を安定できる。

[0043] なお、本発明は上記実施形態に限られることなぐ本発明の要旨を変更しない範囲 で種々変更できる。例えば、本発明のリニアモータは、一軸のァクチユエータに用い られるのに限られることなく、自動車用懸架装置の振動抑制に用いられてもよい。こ の場合、コイルに通電することによりロッドを変位させてアクティブに減衰力を発生さ せてもよいし、リニアモータを発電機として使用することによりパッシブに減衰力を発 生させてもよい。また、配線用の絶縁基板がホルダ本体部を兼用してもよい。この場 合、絶縁基板にスぺーサ部が一体に射出成型されることになる。さらに、上記実施の 形態では、ロッド側がコイル側に対して直線運動して ヽるが、コイル側がロッド側に対 して直線運動してもよい。

[0044] 本明細書は、 2005年 9月 28日出願の特願 2005— 282511に基づく。この内容は すべてここに含めておく。

Claims

請求の範囲

[1] マグネットの磁界とコイルに流す電流によって、直線運動するための推力を得るリニ ァモータにおいて、

マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲み、前記ロッドの軸線方向に配列される 複数のコイルと、前記複数のコイルを覆うハウジングと、前記ハウジング内で複数の前 記コイルを保持するコイルホルダと、を備え、

前記コイルホルダは、隣接する全ての前記コイル間に介在される複数の榭脂製の スぺーサ部を、前記コイルの配列方向に細長く伸びるホルダ本体部に一体に成型し てなることを特徴とするリニアモータ。

[2] 複数の前記コイルのリード線を通すためのスルーホールが空けられると共に、複数 の前記コイルを配線するための導電パターンが形成された絶縁基板を用いて、複数 の前記コイルを配線することを特徴とする請求項 1に記載のリニアモータ。

[3] 前記絶縁基板は、前記ホルダ本体部とは別体であり、かつ前記コイルのリード線を 通すための配線用孔が空けられる前記ホルダ本体部に取り付けられることを特徴と する請求項 2に記載のリニアモータ。

[4] 前記ホルダ本体部は、板状に形成されると共に、前記コイルを挟むように前記コィ ルの中心線を挟んだ両側に設けられ、

前記コイルの両側に設けられる一対の前記ホルダ本体部それぞれに、一対の前記 ホルダ本体部を組み合わせたときに円環状の前記スぺーサ部を構成する分割スぺ ーサ部が一体に成型されることを特徴とする請求項 1な 、し 3 、ずれかに記載のリニ ァモータ。

[5] マグネットを有するロッドと、前記ロッドを囲み、前記ロッドの軸線方向に配列される 複数のコイルと、を備え、前記マグネットの磁界と前記コイルに流す電流によって、直 線運動するための推力を得るリニアモータの製造方法において、

隣接する全ての前記コイル間に介在される複数の榭脂製のスぺーサ部を、前記コ ィルの配列方向に細長く伸びるホルダ本体部に一体に成型してなるコイルホルダに 、複数の前記コイル全てを保持させる工程と、

複数の前記コイルをハウジングにて覆う工程と、を備えることを特徴とするリニアモ ータの製造方法。

複数の前記コイルを配線するための導電パターンが形成された絶縁基板のスルー ホールに複数の前記コイルのリード線を通して、前記コイルのリード線を半田付けす る工程を備えることを特徴とする請求項 5に記載のリニアモータの製造方法。