WO2011145359A1 - リニアモータ - Google Patents

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WO2011145359A1
WO2011145359A1 PCT/JP2011/051348 JP2011051348W WO2011145359A1 WO 2011145359 A1 WO2011145359 A1 WO 2011145359A1 JP 2011051348 W JP2011051348 W JP 2011051348W WO 2011145359 A1 WO2011145359 A1 WO 2011145359A1
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WO
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bobbin
pipe
coil
peripheral surface
linear motor
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PCT/JP2011/051348
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Inventor
敏夫 山田
真一 斎藤
克如 堀江
篤志 佐々木
Original Assignee
株式会社コガネイ
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • This relates to a linear motor in which a reciprocating rod reciprocates in the axial direction.
  • a shaft type linear motor includes a magnet assembly formed by arranging a plurality of permanent magnets in a linear direction, and a coil assembly formed by arranging a plurality of cylindrical coils in a linear direction so as to surround the magnet assembly.
  • the plurality of permanent magnets are arranged with their end faces having the same polarity facing each other, and the end faces are abutted against each other to form a magnet assembly.
  • Patent Literature 1 describes a rod-type linear motor in which a magnet assembly is provided on a reciprocating rod on the mover side, and a coil assembly is provided on a housing case on the stator side.
  • a rod type linear motor in which a magnet assembly is formed by housing a plurality of permanent magnets in a nonmagnetic metal pipe provided in a reciprocating rod.
  • a coil assembly is formed by winding a plurality of coils around an outer peripheral surface of a cylindrical bobbin through which a reciprocating rod is inserted.
  • the bobbin is made of a nonmagnetic metal material in order to improve the heat dissipation against heat generation of the coil.
  • the bobbin When the bobbin is formed of a non-magnetic metal material in this way, seizure may occur due to sliding contact between the pipe formed of the metal material and the bobbin.
  • a bearing member is attached to the housing case, and a predetermined gap (air gap) is provided between the pipe and the bobbin so that the pipe does not contact the inner peripheral surface of the bobbin. Therefore, the distance between the magnet assembly and the coil assembly is increased by a predetermined gap between the pipe and the bobbin. For this reason, the electromagnetic force acting on the magnet assembly and the coil assembly is reduced, and the thrust of the linear motor is reduced. Further, if a bearing member is provided in the housing case in order to prevent seizure due to sliding contact between the metal materials of the bobbin and the pipe, the number of parts of the linear motor increases and the structure of the linear motor becomes complicated.
  • An object of the present invention is to improve the thrust of a linear motor.
  • Another object of the present invention is to simplify the structure of a linear motor.
  • the linear motor of the present invention is a linear motor that reciprocates in the axial direction by projecting a reciprocating rod that is reciprocally attached to a housing case from the housing case, and has a plurality of permanent magnets having end faces of the same polarity.
  • a pipe made of a non-magnetic metal material that is accommodated in abutment with each other and that constitutes the reciprocating rod, and a support inner circumferential surface that is fixed to the accommodation case and contacts the outer circumferential surface of the pipe are entirely axial.
  • a pipe-shaped resin bobbin formed to support the pipe so as to reciprocate, and a plurality of coils wound around the outer peripheral surface of the bobbin so as to surround each of the permanent magnets. The outer peripheral surface of the pipe is supported by the entire inner peripheral surface of the resin bobbin.
  • the linear motor of the present invention is characterized in that a plurality of partition members for partitioning the plurality of coils are formed integrally with the bobbin.
  • the linear motor of the present invention is characterized in that the plurality of coils are resin-molded with a heat-dissipating resin material.
  • the support inner peripheral surface of the resin bobbin is brought into contact with the outer peripheral surface of the nonmagnetic metal pipe, so that the pipe and the bobbin formed of the metal material do not slide and contact each other.
  • the distance between the permanent magnet and the coil can be reduced.
  • the electromagnetic force which acts on a permanent magnet and a coil becomes large, and it can improve the thrust of a linear motor.
  • the pipe is supported by the bobbin so as to be able to reciprocate, there is no need to provide a bearing member separately from the bobbin, and the number of parts of the linear motor can be reduced, simplifying the structure of the linear motor and reducing costs. Can be planned.
  • the partition member is formed integrally with the bobbin, the number of parts of the linear motor can be reduced as compared with the case where the partition member is provided separately from the bobbin, and the structure of the linear motor Simplification and cost reduction.
  • each coil is resin-molded with a heat radiating resin (heat radiating resin), it is possible to improve the heat radiating performance against the heat generation of the coil. Therefore, compared to the case where the bobbin is formed from a metal material, when the bobbin is formed from a resin material, the heat dissipation of the coil against heat generation is reduced. Thus, it is possible to sufficiently ensure heat dissipation against the heat generation of the coil.
  • heat radiating resin heat radiating resin
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. It is sectional drawing which shows the linear motor as a comparative example.
  • the motor 10 is a rod-type linear motor that reciprocates a reciprocating rod 11 with a constant stroke in its axial direction, that is, in a linear direction.
  • the motor 10 has a reciprocating rod 11 as a mover extending in the axial direction, and a housing case 12 as a stator on which the reciprocating rod 11 is reciprocally mounted.
  • the reciprocating rod 11 has a pipe 13 made of a nonmagnetic metal material such as stainless steel.
  • the pipe 13 constituting the reciprocating rod 11 has a thin cylindrical shape extending in the axial direction of the reciprocating rod 11 and is formed to be open at both ends thereof.
  • a projecting shaft 14 made of non-magnetic metal such as duralumin is fixed by caulking to one end of the pipe 13, and one end of the pipe 13 is closed by the projecting shaft 14.
  • a connection hole 14 a for connecting a driven member (not shown) to the reciprocating rod 11 is formed on one end face of the protruding shaft portion 14 formed in a substantially cylindrical shape.
  • a driven member is connected to the reciprocating rod 11 by a screw member fastened to the connecting hole 14 a, and the driven member is reciprocated in the axial direction together with the reciprocating rod 11.
  • annular member 15 made of nonmagnetic metal such as stainless steel is fixed to the other end of the pipe 13 by welding.
  • the annular member 15 has an outer diameter that is larger than the outer diameter of the pipe 13 and an inner diameter that is slightly larger than the inner diameter of the pipe 13, and the pipe 13 is connected to the other end via the annular member 15. Open to the side.
  • a female screw portion 15 a is formed on the inner peripheral surface of the annular member 15, and a screw shaft member 16 is fixed to the annular member 15 with screws.
  • the screw shaft member 16 is formed of a nonmagnetic metal material such as an aluminum alloy, and includes a male screw portion 16 a that is screwed to the female screw portion 15 a of the annular member 15 and a pressing portion 16 b that protrudes into the pipe 13. It has a cylindrical shape with a mark.
  • a magnet assembly 17 is provided in the pipe 13 between the projecting shaft portion 14 and the screw shaft member 16.
  • the magnet assembly 17 includes a plurality of solid (cylindrical) permanent magnets 18 magnetized in the axial direction, and the plurality of permanent magnets 18 are alternately axially oriented with their magnetic poles in opposite directions. Are arranged side by side.
  • the plurality of permanent magnets 18 are clamped between the projecting shaft portion 14 and the screw shaft member 16 against the magnetic repulsion force acting on the end surfaces of the magnets of the same polarity facing each other.
  • the plurality of permanent magnets 18 are accommodated in the pipe 13 in a state where the end surfaces of the magnets having the same polarity are abutted against each other.
  • the plurality of permanent magnets 18 formed to have the same axial length are fastened with the magnet end surfaces having the same polarity against the magnetic repulsion force being brought into contact with each other to form the magnet assembly 17. Yes.
  • the magnetic flux concentrates in the radial direction in the vicinity of the end surfaces of the permanent magnets 18 abutted against each other, and a high magnetic flux density is generated in the radial direction.
  • the magnet assembly 17 is formed in the pipe 13 by fastening a plurality of permanent magnets 18 inserted into the pipe 13 between the protruding shaft portion 14 and the screw shaft member 16.
  • the structure of the reciprocating rod 11 is not limited to this.
  • the housing case 12 made of a nonmagnetic metal such as an aluminum alloy has a rectangular shape with a substantially rectangular cross section extending in the axial direction of the reciprocating rod 11, and the coil housing hole 20 penetrating in the axial direction in the axial center. Is formed.
  • the coil housing hole 20 is provided with a resin bobbin 21 positioned on one end side of the housing case 12.
  • the bobbin 21 has a thin cylindrical shape (pipe shape) extending in the axial direction of the reciprocating rod 11. Yes.
  • One end 21 a of the bobbin 21 is fitted to the inner peripheral surface of a cylindrical fastening member 22 screwed to one end of the coil housing hole 20.
  • One end of the reciprocating rod 11 projects from the one end of the housing case 12 through the fastening member 22.
  • the other end 21 b of the bobbin 21 is fitted to the inner peripheral surface of the stopper 23 that protrudes radially inward from the inner peripheral surface of the coil housing hole 20 at the axial central portion of the coil housing hole 20.
  • the bobbin 21 is fixed to the housing case 12 by being fastened between the fastening member 22 and the stopper 23.
  • the bobbin 21 has a support inner peripheral surface 21 c that is in contact with the outer peripheral surface of the pipe 13 of the reciprocating rod 11 in the entire axial direction.
  • the pipe 13 is inserted into the bobbin 21 and the reciprocating rod 11 is inserted into the bobbin 21. It is supported reciprocally. That is, the support inner peripheral surface 21c of the bobbin 21 and the outer peripheral surface of the pipe 13 are opposed to each other in a radial direction through a minute gap in which the bobbin 21 and the pipe 13 are in sliding contact with each other.
  • the bobbin 21 is integrally formed with a plurality of annular partition members 24 projecting radially outward from the outer peripheral surface.
  • the plurality of partition members 24 are provided at substantially equal intervals in the axial direction of the bobbin 21, and a plurality of coil grooves are defined between the partition members 24 on the outer peripheral side of the bobbin 21.
  • a plurality of coils 25 are wound around the outer periphery of the bobbin 21 so as to surround the magnet assembly 17 provided on the reciprocating rod 11.
  • Each coil 25 is partitioned in the axial direction from each other by a partition member 24, and is wound around the bobbin 21 with the coil end faces of the coils 25 being abutted against each other via the partition member 24.
  • a coil assembly 26 is formed in the coil housing hole 20 by arranging a plurality of cylindrical coils 25 formed in the axial direction so as to be approximately half the axial length of each permanent magnet 18. .
  • Each coil 25 of the coil assembly 26 is electrically connected to a connector 27 provided in the housing case 12.
  • a connector 27 provided in the housing case 12.
  • magnetic poles are formed in each coil 25 so that the coil end faces adjacent to each other have the same polarity.
  • the magnetic flux concentrates in the radial direction in the vicinity of the coil end surfaces adjacent to each other of the coils 25, and a high magnetic flux density is generated in the radial direction.
  • the reciprocating rod 11 is moved from one end of the housing case 12 by the electromagnetic force between each permanent magnet 18 of the magnet assembly 17 and each coil 25 of the coil assembly 26. It protrudes and reciprocates in the axial direction.
  • Each coil 25 of the coil assembly 26 is integrally resin-molded with a heat-dissipating resin material (heat-dissipating resin 28).
  • the resin mold of each coil 25 is prepared by injecting molten heat-dissipating resin 28 into the coil housing hole 20 in a state where the bobbin 21 around which each coil 25 is wound is fixed in the coil housing hole 20. This is done by cooling and solidifying 28. Since the coils 25 are resin-molded with the heat-dissipating resin 28 in this manner, the heat generated in the coils 25 is easily transferred to the housing case 12 through the heat-dissipating resin 28, so that the heat dissipation of the coil 25 with respect to the heat generation is achieved. Has been improved.
  • the stroke of the reciprocating rod 11 is set in relation to the axial length of the magnet assembly 17 and the axial length of the coil assembly 26, and the magnet is moved when the reciprocating rod 11 reciprocates in the axial direction.
  • the axial range where the assembly 17 and the coil assembly 26 face each other is the stroke of the reciprocating rod 11. That is, the stroke of the reciprocating rod 11 is set by the difference between the axial length of the magnet assembly 17 and the axial length of the coil assembly 26.
  • a guide hole 30 is formed on the inner peripheral surface of the coil accommodation hole 20 so as to be positioned on the other end side of the accommodation case 12.
  • the diameter of the guide hole 30 is larger than the outer diameter of the annular member 15, and the annular member 15 reciprocates in the guide hole 30 as the reciprocating rod 11 reciprocates.
  • the guide hole 30 is formed between the cover 31 provided at the other end of the coil accommodation hole 20 and closing the other end of the coil accommodation hole 20 and the stopper 23.
  • the length is slightly longer than the stroke of the reciprocating rod 11. That is, when the reciprocating rod 11 moves to the projecting limit position, one end surface of the annular member 15 is opposed to the stopper 23 with a predetermined gap.
  • the other end surface of the annular member 15 faces the cover 31 with a predetermined gap as shown in FIG.
  • a plurality of mounting holes are formed on the outer peripheral surface of the housing case 12, and the motor 10 is mounted on a conveying device (not shown) by a screw member inserted into the mounting holes.
  • a sensor groove 12 a is formed on the outer peripheral surface of the housing case 12 along the axial direction of the housing case 12 to detect the position of the reciprocating rod 11.
  • a sensor (not shown) can be attached to the sensor groove 12a.
  • a cable groove 12b is formed on the outer peripheral surface of the housing case 12 along the axial direction of the housing case 12, so that the cable 32 electrically connected to the connector 27 is inserted into the cable groove 12b. It has become.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a linear motor as a comparative example.
  • the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • a coil assembly 26 is formed by winding a plurality of coils 25 around an outer peripheral surface of a bobbin 41 made of nonmagnetic metal such as stainless steel.
  • the bobbin 41 has a thin cylindrical shape extending in the axial direction of the reciprocating rod 11, and the pipe 13 of the reciprocating rod 11 is inserted into the bobbin 41 so as to freely reciprocate.
  • the inner peripheral surface of the bobbin 41 and the outer peripheral surface of the pipe 13 are opposed to each other in a radial direction through a predetermined gap 42 so that the bobbin 41 and the pipe 13 are not in sliding contact with each other.
  • the seizure caused by the sliding contact between the bobbin 41 and the pipe 13 each formed of a metal material is prevented.
  • the bobbin 41 is provided with a plurality of annular partition members 43 that extend radially outward from the outer peripheral surface of the bobbin 41.
  • the plurality of resin partition members 43 are fixed by bonding or the like at substantially equal intervals in the axial direction of the bobbin 41, and a plurality of coil grooves are defined between the partition members 43 on the outer peripheral side of the bobbin 41. ing.
  • a plurality of coils 25 are wound around the partition members 43, that is, coil grooves, so as to surround the magnet assembly 17 provided on the reciprocating rod 11.
  • Each coil 25 is partitioned in the axial direction from each other by a partition member 43, and is wound around the bobbin 41 with the coil end faces of each coil 25 abutting each other through the partition member 43.
  • a coil assembly 26 is formed in the coil housing hole 20 by arranging a plurality of cylindrical coils 25 formed in the axial direction so as to be approximately half the axial length of each permanent magnet 18. .
  • resin bearing members 44a and 44b are provided in the coil housing hole 20 so as to be positioned on the axially outer sides of both ends of the bobbin 41.
  • the bearing members 44 a and 44 b are fitted to the inner peripheral surface of a cylindrical bearing housing 45 formed of a nonmagnetic metal material such as an aluminum alloy, and the bearing housings 45 are abutted against both ends of the bobbin 41. .
  • the bearing housing 45 and the bobbin 41 are fixed to the housing case 12 by being fastened between the fastening member 22 and the stopper 23.
  • one end side of the reciprocating rod 11 (pipe 13) is supported by a bearing member 44a disposed on one end side of the bobbin 41 so as to freely reciprocate, and is reciprocated by a bearing 44b disposed on the other end side of the bobbin 41.
  • the other end of the rod 11 (pipe 13) is supported so as to reciprocate.
  • the bobbin 41 is formed of a nonmagnetic metal material, so that seizure due to sliding contact between the metal material of the pipe 13 and the bobbin 41 is prevented. Therefore, it is necessary to provide a gap 42 of about 0.5 mm between the outer peripheral surface of the pipe 13 and the inner peripheral surface of the bobbin 41.
  • the bobbin 21 is formed of a resin material, it is not necessary to provide a predetermined gap 42 between the pipe 13 and the bobbin 21.
  • the bobbin 21 is formed of a resin material, a resin partition member 24 for partitioning the coils 25 can be formed integrally with the bobbin 21. Therefore, by forming the partition member 24 integrally with the bobbin 21, the number of parts of the motor 10 can be reduced as compared with the case where the partition member 43 is provided separately from the bobbin 41 as in the motor 40 shown in FIG. Can do. Then, by reducing the number of parts of the motor 10, the structure of the motor 10 can be simplified and the cost can be reduced.
  • each coil 25 is resin-molded with the heat-dissipating resin 28, the heat-dissipating property against the heat generated by the coil 25 can be improved. Therefore, compared to the case where the bobbin 41 is formed of a metal material as in the motor 40 shown in FIG. 4, when the bobbin 21 is formed of a resin material, the heat dissipation against the heat generation of the coil 25 is reduced. In addition, by resin molding each coil 25 with the heat-dissipating resin 28, it is possible to sufficiently ensure the heat-dissipating property against the heat generated by the coil 25.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • the bobbin 21 is fixed to the housing case 12 by tightening the bobbin 21 between the fastening member 22 and the stopper 23.
  • the bobbin 21 is housed in the housing case 12 by another structure. You may make it fix to.
  • the present invention is used for a positioning device, a conveying device, etc. in an industrial product production line or assembly line.

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Abstract

　往復動ロッド１１に設けられた非磁性金属製のパイプ１３に、複数の永久磁石１８を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容することにより、磁石組立体１７を形成する。また、パイプ１３の外周面に接触する支持内周面２１ｃが軸方向全体に形成された樹脂製のボビン２１の外周面に、磁石組立体１７を囲むように複数のコイル２５を巻き付けることにより、コイル組立体２６を形成する。このボビン２１を樹脂材料により形成することで、パイプ１３とボビン２１とが摺動接触しないようにパイプ１３とボビン２１との間に所定の空隙を設ける必要がなく、ボビン２１の支持内周面２１ｃをパイプ１３の外周面に接触させて、ボビン２１によりパイプ１３が往復動自在に支持されるようにする。

Description

リニアモータ
　往復動ロッドが軸方向に往復動するリニアモータに関する。
　リニアモータは、高速駆動が可能であるとともに位置決め精度が高いため、例えば、工業製品の生産ラインや組立ラインにおける位置決め装置や搬送装置などの駆動源として用いられている。シャフトタイプのリニアモータは、複数の永久磁石を直線方向に並べて形成される磁石組立体と、磁石組立体を囲むように複数の円筒状のコイルを直線方向に並べて形成されるコイル組立体とを有している。複数の永久磁石は同極性の端面を相互に対向させて配置され、端面相互を突き当てて磁石組立体を形成している。そして、コイル組立体の各コイルに通電することで磁石組立体とコイル組立体との電磁気力により、磁石組立体とコイル組立体とを直線方向に相対駆動するようになっている。例えば、特許文献１には、可動子側の往復動ロッドに磁石組立体が設けられ、固定子側の収容ケースにコイル組立体が設けられたロッド式のリニアモータが記載されている。
特開２００８－８６１４４号公報
　ところで、ロッド式のリニアモータでは、往復動ロッドに設けられた非磁性金属製のパイプ内に複数の永久磁石を収容することで、磁石組立体を形成するようにしたものがある。また、往復動ロッドが挿通される円筒状のボビンの外周面に複数のコイルを巻き付けることで、コイル組立体を形成するようにしたものがある。このボビンは、コイルの発熱に対する放熱性を向上させるために非磁性金属材料により形成されるようになっている。
　このようにボビンを非磁性金属材料により形成した場合には、それぞれ金属材料により形成されたパイプとボビンとが摺動接触することで焼き付きを生じるおそれがあるため、ボビンの両端部の軸方向外方に軸受部材を収容ケースに取り付け、パイプをボビンの内周面に接触させないようにパイプとボビンとの間に所定の空隙(エアギャップ)を設けている。したがって、パイプとボビンとの間に所定の空隙を設けた分だけ磁石組立体とコイル組立体との距離が大きくなる。このため、磁石組立体とコイル組立体とに作用する電磁気力が小さくなり、リニアモータの推力が低下することになる。また、ボビンとパイプとの金属材料同士の摺動接触による焼き付きを防止するために収容ケースに軸受部材を設けると、リニアモータの部品点数が多くなり、リニアモータの構造が複雑となる。
　本発明の目的は、リニアモータの推力を向上させることにある。
　本発明の他の目的は、リニアモータの構造を簡略化することにある。
　本発明のリニアモータは、収容ケースに往復動自在に装着された往復動ロッドを前記収容ケースから突出させて軸方向に往復動するリニアモータであって、複数の永久磁石を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容し、前記往復動ロッドを構成する非磁性の金属材料からなるパイプと、前記収容ケースに固定され、前記パイプの外周面に接触する支持内周面が軸方向全体に形成され前記パイプを往復動自在に支持するパイプ状の樹脂製のボビンと、それぞれの前記永久磁石を囲むように前記ボビンの外周面に巻き付けられる複数のコイルとを有し、金属製の前記パイプの外周面を樹脂製の前記ボビンの内周面全体で支持することを特徴とする。
　本発明のリニアモータは、前記複数のコイルを相互に仕切る複数の仕切り部材を前記ボビンに一体に形成することを特徴とする。
　本発明のリニアモータは、放熱性を有する樹脂材料により前記複数のコイルを樹脂モールドすることを特徴とする。
　本発明によれば、樹脂製のボビンの支持内周面を非磁性金属製のパイプの外周面に接触させるようにしたので、それぞれ金属材料により形成されたパイプとボビンとが摺動接触しないようにパイプとボビンとの間に所定の空隙を設けた場合と比べて、永久磁石とコイルとの距離を小さくすることができる。これにより、永久磁石とコイルとに作用する電磁気力が大きくなり、リニアモータの推力を向上させることができる。また、ボビンによりパイプを往復動自在に支持するようにしたので、軸受部材をボビンと別体に設ける必要がなく、リニアモータの部品点数を減らして、リニアモータの構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。
　本発明によれば、仕切り部材をボビンと一体に形成するようにしたので、仕切り部材をボビンと別体に設けた場合に比べて、リニアモータの部品点数を減らすことができ、リニアモータの構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。
　本発明によれば、放熱性を有する樹脂(放熱性樹脂)により各コイルを樹脂モールドするようにしたので、コイルの発熱に対する放熱性を向上することができる。したがって、金属材料によりボビンを形成した場合に比べて、樹脂材料によりボビンを形成した場合には、コイルの発熱に対する放熱性が低下することになるが、放熱性樹脂により各コイルを樹脂モールドすることで、コイルの発熱に対する放熱性を十分に確保することが可能となる。
本発明の一実施の形態であるリニアモータの断面図である。 図１におけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。 図１におけるＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 比較例としてのリニアモータを示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。このモータ１０は、図１に示すように、往復動ロッド１１をその軸方向つまり直線方向に一定のストロークで往復動するロッド式のリニアモータである。モータ１０は、軸方向に延びる可動子としての往復動ロッド１１と、往復動ロッド１１を往復動自在に装着する固定子としての収容ケース１２とを有している。
　往復動ロッド１１は、ステンレス鋼等の非磁性金属材料により形成されたパイプ１３を有している。往復動ロッド１１を構成するパイプ１３は、往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状をしており、その両端側に開口して形成されている。パイプ１３の一端部には、ジュラルミン等の非磁性金属製の突出軸部１４がカシメにより固定されており、パイプ１３の一端側が突出軸部１４により閉塞されている。略円柱形状に形成された突出軸部１４の一端面には、図示しない被駆動部材を往復動ロッド１１に連結するための連結孔１４ａが形成されている。この連結孔１４ａに締結されるねじ部材により被駆動部材が往復動ロッド１１に連結されて、被駆動部材が往復動ロッド１１とともに軸方向に往復動されるようになっている。
　また、パイプ１３の他端部には、ステンレス鋼等の非磁性金属製の環状部材１５が溶接により固定されている。環状部材１５は、その外径がパイプ１３の外径よりも大きく形成されるとともに、その内径がパイプ１３の内径よりも僅かに大きく形成されており、パイプ１３は環状部材１５を介して他端側に開口している。この環状部材１５の内周面には雌ねじ部１５ａが形成されており、環状部材１５にねじ軸部材１６がねじ固定されている。ねじ軸部材１６はアルミ合金等の非磁性金属材料により形成されており、環状部材１５の雌ねじ部１５ａにねじ結合される雄ねじ部１６ａと、パイプ１３内に突出される押付部１６ｂとを備える段付き円柱形状をしている。
　これら突出軸部１４とねじ軸部材１６との間に位置して、パイプ１３内には磁石組立体１７が設けられている。磁石組立体１７は、軸方向に着磁された複数の中実状(円柱形状)の永久磁石１８を備えており、複数の永久磁石１８を相互に磁極の向きを逆向きにして交互に軸方向に並べて配置している。そして、これら複数の永久磁石１８の相互に対向された同極性の磁石端面に作用する磁気反発力に抗して、複数の永久磁石１８が突出軸部１４とねじ軸部材１６との間で締め付けられることにより、複数の永久磁石１８が同極性の磁石端面を相互に突き当てた状態でパイプ１３内に収容されている。つまり、等しい軸方向長さに形成された複数の永久磁石１８は、磁気反発力に抗して同極性となる磁石端面を相互に突き当てた状態で締結されて磁石組立体１７を形成している。これにより、各永久磁石１８の相互に突き当てられた磁石端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い磁束密度を生じている。なお、本実施の形態においては、パイプ１３内に挿入された複数の永久磁石１８を突出軸部１４とねじ軸部材１６との間で締め付けることにより、パイプ１３内に磁石組立体１７を形成するようにしたが、往復動ロッド１１の構造としてはこれに限られることはない。
　一方、アルミ合金等の非磁性金属製の収容ケース１２は、往復動ロッド１１の軸方向に延びる断面略長方形の矩形状をしており、その軸心には軸方向に貫通するコイル収容孔２０が形成されている。コイル収容孔２０には、収容ケース１２の一端側に位置させて樹脂製のボビン２１が設けられており、ボビン２１は往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状(パイプ状)をしている。ボビン２１の一端部２１ａは、コイル収容孔２０の一端部にねじ結合された円筒状の締結部材２２の内周面に嵌合されている。往復動ロッド１１の一端部は、この締結部材２２を貫通して収容ケース１２の一端部から突出されている。また、ボビン２１の他端部２１ｂは、コイル収容孔２０の軸方向中央部において、コイル収容孔２０の内周面から径方向内側に突出したストッパ２３の内周面に嵌合されている。そして、ボビン２１は締結部材２２とストッパ２３との間で締め付けられることにより、収容ケース１２に固定されている。
　ボビン２１には、往復動ロッド１１のパイプ１３の外周面に接触する支持内周面２１ｃが軸方向全体に形成されており、パイプ１３がボビン２１に挿通されてボビン２１により往復動ロッド１１が往復動自在に支持されている。すなわち、ボビン２１の支持内周面２１ｃとパイプ１３の外周面とは、ボビン２１とパイプ１３とが相互に摺動接触するような微小な空隙を介して径方向に対向されている。このボビン２１には、外周面から径方向外側に突出する複数の環状の仕切り部材２４が一体に形成されている。複数の仕切り部材２４はボビン２１の軸方向にほぼ等間隔に設けられており、ボビン２１の外周側には、仕切り部材２４の相互間において複数のコイル溝が区画形成されている。
　ボビン２１の外周面には、往復動ロッド１１に設けられた磁石組立体１７を取り囲むように、複数のコイル２５が仕切り部材２４の相互間つまりコイル溝にそれぞれ巻き付けられている。各コイル２５は仕切り部材２４により相互に軸方向に仕切られており、仕切り部材２４を介して各コイル２５のコイル端面を相互に突き当てた状態でボビン２１に巻装されている。そして、各永久磁石１８のほぼ半分の軸方向長さに形成された複数の円筒状のコイル２５を軸方向に並べて配置することにより、コイル収容孔２０内にコイル組立体２６が形成されている。
　コイル組立体２６の各コイル２５は、収容ケース１２に設けられたコネクタ２７に電気的に接続されている。このコネクタ２７を介して各コイル２５に通電することで、相互に隣接するコイル端面が同極性となるような磁極が各コイル２５に形成される。これにより、各コイル２５の相互に隣接するコイル端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い磁束密度が生じることになる。そして、各コイル２５への通電を順次増減することで、磁石組立体１７の各永久磁石１８とコイル組立体２６の各コイル２５との電磁気力により、往復動ロッド１１を収容ケース１２の一端から突出させて軸方向に往復動するようになっている。
　また、コイル組立体２６の各コイル２５は、放熱性を有する樹脂材料(放熱性樹脂２８)により一体に樹脂モールドされている。各コイル２５の樹脂モールドは、各コイル２５が巻装されたボビン２１をコイル収容孔２０内に固定した状態で、コイル収容孔２０内に溶融した放熱性樹脂２８を注入した後、放熱性樹脂２８を冷却して固化させることで行われる。このように放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドすることで、コイル２５で発生した熱が放熱性樹脂２８を介して収容ケース１２に伝達されやすくなるため、コイル２５の発熱に対する放熱性が向上されている。
　このモータ１０では、往復動ロッド１１のストロークが磁石組立体１７の軸方向長さとコイル組立体２６の軸方向長さとの関係で設定され、往復動ロッド１１が軸方向に往復動する際に磁石組立体１７とコイル組立体２６とが対向する軸方向範囲が往復動ロッド１１のストロークとなる。つまり、磁石組立体１７の軸方向長さとコイル組立体２６の軸方向長さとの差により、往復動ロッド１１のストロークが設定されている。
　コイル収容孔２０の内周面には、収容ケース１２の他端側に位置させてガイド孔３０が形成されている。ガイド孔３０の径は環状部材１５の外径よりも大きく形成されており、往復動ロッド１１の往復動に伴って環状部材１５がガイド孔３０内を往復動する。このガイド孔３０は、コイル収容孔２０の他端部に設けられてコイル収容孔２０の他端側を閉塞するカバー３１とストッパ２３との間で形成されており、ガイド孔３０の軸方向長さは往復動ロッド１１のストロークよりも僅かに長く形成されている。すなわち、往復動ロッド１１が突出限位置まで移動したときには、環状部材１５の一端面がストッパ２３に所定の隙間を隔てて対向される。また、往復動ロッド１１が後退限位置まで移動したときには、図１に示すように、環状部材１５の他端面がカバー３１に所定の隙間を隔てて対向される。
　このようなストッパ構造を設けることで、各コイル２５への通電が停止された場合や、往復動ロッド１１に掛かる負荷が大きすぎたり往復動ロッド１１に異常な負荷が掛かったりした場合などには、環状部材１５の端面がストッパ２３またはカバー３１に当接されて、往復動ロッド１１の軸方向への移動が規制される。したがって、上記の場合に、往復動ロッド１１が収容ケース１２から落下したり、往復動ロッド１１により駆動されるワークがワーク台から落下したりすることが防止されるようになっている。なお、環状部材１５の端面がストッパ２３またはカバー３１に当接される際の衝撃を吸収するために、環状部材１５の両端面にそれぞれゴム等の緩衝部材を取り付けるようにしても良い。
　また、収容ケース１２の外周面には複数の取付孔が形成されており、当該取付孔に挿入されるねじ部材によりモータ１０が図示しない搬送装置等に装着されるようになっている。さらに、図２および図３に示すように、収容ケース１２の外周面には、収容ケース１２の軸方向に沿ってセンサ溝１２ａが形成されており、往復動ロッド１１の位置を検出するための図示しないセンサをセンサ溝１２ａに取付可能となっている。さらに、収容ケース１２の外周面には、収容ケース１２の軸方向に沿ってケーブル溝１２ｂが形成されており、コネクタ２７に電気的に接続されるケーブル３２がケーブル溝１２ｂ内に挿通されるようになっている。
　次に、図４に示す比較例としてのリニアモータと本発明のリニアモータとを比較して説明する。図４は比較例としてのリニアモータを示す断面図である。図４において図１に示す部材と同様の部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
　図４に示すモータ４０では、ステンレス鋼等の非磁性金属製のボビン４１の外周面に複数のコイル２５を巻き付けることで、コイル組立体２６が形成されている。ボビン４１は往復動ロッド１１の軸方向に延びる薄肉円筒形状をしており、ボビン４１には往復動ロッド１１のパイプ１３が往復動自在に挿通されている。このボビン４１の内周面とパイプ１３の外周面とは、ボビン４１とパイプ１３とが相互に摺動接触しないように所定の空隙４２を介して径方向に対向されている。これにより、それぞれ金属材料により形成されたボビン４１とパイプ１３とが摺動接触することで焼き付きを生じることが防止されている。
　ボビン４１には、ボビン４１の外周面から径方向外側に延びる複数の環状の仕切り部材４３が別体に設けられている。複数の樹脂製の仕切り部材４３はボビン４１の軸方向にほぼ等間隔に接着等により固定されており、ボビン４１の外周側には、仕切り部材４３の相互間において複数のコイル溝が区画形成されている。このボビン４１の外周面には、往復動ロッド１１に設けられた磁石組立体１７を取り囲むように、複数のコイル２５がそれぞれ仕切り部材４３の相互間つまりコイル溝に巻き付けられている。各コイル２５は仕切り部材４３により相互に軸方向に仕切られており、仕切り部材４３を介して各コイル２５のコイル端面を相互に突き当てた状態でボビン４１に巻装されている。そして、各永久磁石１８のほぼ半分の軸方向長さに形成された複数の円筒状のコイル２５を軸方向に並べて配置することにより、コイル収容孔２０内にコイル組立体２６が形成されている。
　また、ボビン４１の両端部の軸方向外方側に位置させて、コイル収容孔２０には樹脂製の軸受部材４４ａ，４４ｂが設けられている。軸受部材４４ａ，４４ｂは、アルミ合金等の非磁性金属材料により形成された円筒状の軸受ハウジング４５の内周面に嵌合され、ボビン４１の両端部に軸受ハウジング４５がそれぞれ突き当てられている。これら軸受ハウジング４５およびボビン４１は、締結部材２２とストッパ２３との間で締め付けられることにより、収容ケース１２に固定されている。そして、ボビン４１の一端側に配置される軸受部材４４ａにより往復動ロッド１１(パイプ１３)の一端側が往復動自在に支持されるとともに、ボビン４１の他端側に配置される軸受４４ｂにより往復動ロッド１１(パイプ１３)の他端側が往復動自在に支持されている。
　このように、図４に示す比較例としてのモータ４０においては、ボビン４１を非磁性金属材料により形成しているので、パイプ１３とボビン４１との金属材料同士の摺動接触による焼き付きを防止するために、パイプ１３の外周面とボビン４１の内周面との間に０．５ｍｍ程度の空隙４２を設ける必要がある。一方、本発明のモータ１０においては、ボビン２１を樹脂材料により形成したので、パイプ１３とボビン２１との間に所定の空隙４２を設ける必要がない。すなわち、金属製のパイプ１３と樹脂製のボビン２１とを摺動接触させても焼き付きを生じるおそれがないため、パイプ１３の外周面とボビン２１の支持内周面２１ｃとが摺動接触するような０．０５ｍｍ程度の微小な空隙を設けて、ボビン２１の支持内周面２１ｃの軸方向全体でパイプ１３を往復動自在に支持することが可能となる。したがって、ボビン２１の支持内周面２１ｃをパイプ１３の外周面に接触させることで、図４に示すモータ４０のようにパイプ１３とボビン４１との間に所定の空隙４２を設けた場合と比べて、磁石組立体１７とコイル組立体２６との径方向の距離を小さくすることができる。これにより、磁石組立体１７とコイル組立体２６とに作用する電磁気力が大きくなり、モータ１０の推力を向上させることができる。
　また、ボビン２１によりパイプ１３を往復動自在に支持することで、図４に示すモータ４０のように軸受部材４４ａ，４４ｂをボビン４１と別体に設ける必要がなく、モータ１０の部品点数を減らすことができる。そして、モータ１０の部品点数の削減により、モータ１０の構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。さらに、図４に示すモータ４０のようにボビン４１の両端部の軸方向外方にそれぞれ軸受部材４４ａ，４４ｂを別体に設ける必要がないため、モータ１０を小型化することが可能となる。すなわち、図４に示すモータ４０の軸方向長さＬ１に比べて、軸受部材４４ａ，４４ｂ等を設けない分だけモータ１０の軸方向長さＬ２を小さくすることが可能となる。さらに、ボビン２１の支持内周面２１ｃの軸方向全体でパイプ１３の外周面を支持するため、図４に示すようにボビン４１の両端部の軸方向外方にそれぞれ軸受部材４４ａ，４４ｂを別体に設けた場合に比べて、往復動ロッド１１に掛かる荷重を分散して支持することができる。これにより、往復動ロッド１１を往復動自在に支持する軸受部材としてのボビン２１の支持内周面２１ｃの摩耗が低減され、モータ１０のメンテナンス頻度を抑えることが可能となる。
　また、ボビン２１を樹脂材料により形成したので、各コイル２５を相互に仕切るための樹脂製の仕切り部材２４をボビン２１と一体に形成することが可能となる。したがって、仕切り部材２４をボビン２１と一体に形成することで、図４に示すモータ４０のように仕切り部材４３をボビン４１と別体に設けた場合に比べて、モータ１０の部品点数を減らすことができる。そして、モータ１０の部品点数の削減により、モータ１０の構造の簡略化やコストダウンを図ることができる。
　また、放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドしたので、コイル２５の発熱に対する放熱性を向上することができる。したがって、図４に示すモータ４０のように金属材料によりボビン４１を形成した場合に比べて、樹脂材料によりボビン２１を形成した場合には、コイル２５の発熱に対する放熱性が低下することになるが、放熱性樹脂２８により各コイル２５を樹脂モールドすることで、コイル２５の発熱に対する放熱性を十分に確保することが可能となる。
　本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態においては、締結部材２２とストッパ２３との間でボビン２１を締め付けることにより、ボビン２１を収容ケース１２に固定するようにしたが、他の構造によりボビン２１を収容ケース１２に固定するようにしても良い。
　本発明は、工業製品の生産ラインや組立ラインにおける位置決め装置や搬送装置などに用いられる。

Claims (3)

  1. 　収容ケースに往復動自在に装着された往復動ロッドを前記収容ケースから突出させて軸方向に往復動するリニアモータであって、
    　複数の永久磁石を同極性の端面を相互に突き当てた状態で収容し、前記往復動ロッドを構成する非磁性の金属材料からなるパイプと、
    　前記収容ケースに固定され、前記パイプの外周面に接触する支持内周面が軸方向全体に形成され前記パイプを往復動自在に支持するパイプ状の樹脂製のボビンと、
    　それぞれの前記永久磁石を囲むように前記ボビンの外周面に巻き付けられる複数のコイルとを有し、
    　金属製の前記パイプの外周面を樹脂製の前記ボビンの内周面全体で支持することを特徴とするリニアモータ。
  2. 　請求項１記載のリニアモータにおいて、前記複数のコイルを相互に仕切る複数の仕切り部材を前記ボビンに一体に形成することを特徴とするリニアモータ。
  3. 　請求項１または２記載のリニアモータにおいて、放熱性を有する樹脂材料により前記複数のコイルを樹脂モールドすることを特徴とするリニアモータ。
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