WO2012147212A1

WO2012147212A1 - リニアモータの積層鉄心およびその製造方法

Info

Publication number: WO2012147212A1
Application number: PCT/JP2011/060492
Authority: WO
Inventors: 諭山代; 橋本　昭
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2012-11-01
Also published as: CN103430435A; JPWO2012147212A1; CN103430435B; KR101514167B1; KR20130136549A; JP5518258B2; TWI454018B; TW201244330A; DE112011105199T5

Abstract

【課題】鉄心の材料歩留まりを向上したリニアモータの積層鉄心を提供する。【解決手段】バックヨーク部とバックヨーク部から突出したティース部を有する磁極ティースを備えたリニアモータの積層鉄心において、ティース部を略平行になるように複数個直線状に並べた状態で打ち抜きしたとき、隣接するティース部間に形成される空間に略同形状のティース部を配置して打ち抜きできるように構成している。

Description

リニアモータの積層鉄心およびその製造方法

この発明は、リニアモータ用積層鉄心の構造及びその製造方法に係り、特に、積層鉄心の材料歩留まりと特性の改善に関するものである。

リニアモータは、駆動コイルを巻回した磁極ティースを複数個連設してなる可動子と、この可動子と所定の空隙を介して対設され進行方向に互いに異なる極性の永久磁石を配列してなる固定子とからなり、上記駆動コイルを励磁することにより、発生する進行磁界によって可動子に推力を与え、この推力によって可動子に搭載された被搬送物を搬送するものである。上記可動子は所定のピッチでスロットが形成された櫛歯状の磁性鉄板を複数枚積層して形成されるが、その製造に際しては、駆動コイルの組み込みの関係上、磁極ティースごとに分割して構成するもの（例えば、特許文献１参照）や、各磁極ティースの少なくとも一対の縁部同士を屈曲可能に連結する連結手段を設けたもの（例えば、特許文献２参照）等がある。

特開２０００－２１７３３４号（請求項１、図１等）特許第３４２８４８６号（請求項１、図７等）

一般に、上記積層鉄心を構成する磁極ティースは、その形状がバックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなっており、これらを一枚の磁性鋼板からプレス打ち抜きにより製造される。また、プレス打ち抜きは２枚１組で打ち抜かれる。即ち、２枚の抜き板は、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部が位置するように、互いに逆向きに、かつ、ピッチをずらして打ち抜かれる。

ところが、トルク脈動を低減しトルク性能を向上させるために、ティース部の先端の幅寸法を大きくした（スロット開口幅を小さくした）場合に、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部を配置することができなくなり、材料歩留まりが低下するという問題がある。逆に言うと、１つ目の抜き板のティース部間に２つ目の抜き板のティース部を配置するために、ティース部の先端の幅寸法が制限され、トルク特性の改善を妨げていた。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ティース部の先端の幅寸法を大きくした場合でも、リニアモータの特性を低下させることなく、比較的簡単な手法により、材料歩留まりの向上ならびにトルク性能の改善を図ったリニアモータの積層鉄心およびリニアモータ用積層鉄心の製造方法を得るようにしたものである。

この発明に係るリニアモータの積層鉄心は、バックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、各ティース部は、中間部に設けられたティース主部と、バックヨーク部側端部に設けられティース主部よりも幅寸法が小さい縮幅部と、先端部に設けられティース主部よりも幅寸法が大きい拡幅部とからなり、且つ、上記互いに隣接する縮幅部間の距離が拡幅部の幅寸法よりも大きいことを特徴とするものである。

また、この発明に係るリニアモータ用積層鉄心の製造方法においては、バックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成されるものにおいて、前記磁極ティースコア片は、上記隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状のティース部が配置されるよう反対向きに磁極ティースを複数個直線状に並べた状態で打ち抜き加工されるようにしたことを特徴とするものである。

本発明に係るリニアモータの積層鉄心およびその製造方法においては、ティース部のバックヨーク部側端部に縮幅部が設けられており、磁極ティースコア片を直線状に並べた状態では、隣接する縮幅部間の距離が拡幅部の幅寸法よりも大きいので、ティース部に拡幅部を設けた場合でも、複数の磁極ティースコア片を直線状に並べてなるコア部材をプレス加工する際に、ティース部間に他のコア部材のティース部を配置した状態で２個のコア部材を打ち抜くことができ、高トルク性能を有する積層鉄心を材料歩留まり及び生産性を向上させながら実現できる効果がある。

本発明の実施の形態１によるリニアモータの運転状態を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１によるコア部材のプレス加工状態を示す平面図である。図２の要部拡大平面図である。図４（a）は図３の磁極係合部材を回動させた状態を示す平面図、図４(b)は図４（a）の磁極係合部材をさらに回動させて磁極切欠部に係合させた状態を示す平面図である。本発明の実施の態様２の実施対象となるリニアモータの運転状態を示す概略構成図である。本発明の実施の形態２によるコア部材のプレス加工状態を示す平面図である。本発明の実施の形態３によるコア部材のプレス加工状態を示す平面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の実施の対象となるリニアモータの運転状態を示す概略構成図である。
　図１に示すように、リニアモータ１は、固定子２と可動子３により構成される。固定子２は、モータ駆動方向（図中、両向き矢印の方向）に延在する板状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石２２、２３とから構成されている。

一方、可動子３は、上記固定子２の永久磁石２２、２３と所定の間隔を介して配置され、モータ駆動方向に沿って順次連設された複数の磁極ティースコア片３０と、各磁極ティースコア片３０にインシュレータ３２を介して巻回された駆動コイル３３とから構成されている。各磁極ティースコア片３０は、バックヨーク部１２と、バックヨーク部１２から固定子２側に突出したティース部１３とを有する形状とし、これを紙面方法に複数個積層してなる分割積層鉄心を、複数個（図では６個）互いのバックヨーク部１２を当接しながら、例えば接着等で直線状に連結されて磁極連設体３０を構成されている。

図２は図１に示すコア部材のプレス加工状態を示す平面図であり、図３は図２の要部拡大図である。図２に示すように、２つの磁極ティースコア片３０、３１が互いに反対方向から嵌め合いした配置が採用されている。磁極ティースコア片３０、３１は例えば磁性鋼板で構成され、プレス加工して製造されるが、一方の磁極ティースコア片３０のティース部１３a間に他方のコア部材３１のティース部１３ｂが位置するように配置された状態でプレス加工される。すなわち、一方の磁極ティースコア片３０のティース部１３aが略平行となるように複数個直線状に並べられた状態で、上記隣接するティース部１３a間に形成される空間に、他方の磁極ティースコア片３１のティース部１３ｂが配置されるようにして、プレス機（図示していない）により打ち抜きされる。上記ティース部１３aとティース部１３ｂは同形状である。

　図３から明らかなように、ティース部１３の根元部（バックヨーク部１２側端部）の幅方向両側には、一対の台形の磁極切欠部１３eが設けられ、これにより、ティース部１３の根元部には、縮幅部１３ｆが形成されている。ティース部１３の先端部には鉄心のトルク特性を高めるための拡幅部１３ｄが設けられており、ティース部１３の中間部、即ち上記縮幅部１３ｆと拡幅部１３ｄとの間には、ティース主部１３ｇが形成されている。従って、ティース部１３の縮幅部１３ｆの幅寸法は、ティース主部１３ｇの幅寸法よりも小さく、ティース主部１３ｇの幅寸法は拡幅部１３ｄの幅寸法より小さい。

　すなわち、図２に戻り、一方の磁極ティースコア片３０の互いに隣接するティース部１３aの縮幅部１３ｆ間には、他方の磁極ティースコア片３１の磁極ティース部１３bの拡幅部１３ｄが位置している。このため、コア片１３を直線状に並べた状態で、拡幅部１３ｄの幅寸法をＢｔ、隣接する幅縮小部１３ｆ間の距離をＢｓとした場合、Ｂｓ＞Ｂｔとなっている。なお、プレス金型の刃物の損傷等を抑制するためには、磁極ティースコア片３１（磁性鋼板）の板厚をＴとした場合、Ｂｓ≧（Ｂｔ＋２Ｔ）と設定することが好ましい。

　各バックヨーク部１２のティース部１３が突出している側から、一対の台形の磁極係合部材１５が上記磁極ティースコア片のプレス加工と同時あるいは別個の工程で薄肉連結部１６を残すように打ち抜かれる。その際、上記薄肉連結部１６はティース部１３との間で寸法Ｂ(図３参照)だけ連結されており、磁極係合部材１５は、その薄肉連結部１６を介してバックヨーク部１３からティース部側に回動可能に連結されている。上記寸法Ｂは薄肉連結部１６を矢印の方向に回動しても折れて分離することのないような大きさに設定されている。従って、図４は磁極係合部材１５の利用方法を示す状態図であり、図４（a）の状態から磁極係合部材１５をティース部１３側へさらに回動させることにより図４(b)に示すように、磁極係合部材１５は磁極切欠部１３eである縮幅部１３fに係合（嵌合）する。

　すなわち、ティース部１３に駆動コイル３３を巻回する際には、磁極係合部材１５は縮幅部１３fに係合され、ティース部１３の外周に設けられたインシュレータ３２によって縮幅部１３f内に保持される。
　このような積層鉄心５では、磁極ティース部１３の先端部に拡幅部１３ｄが設けられているので、トルク脈動を低減しトルク性能を向上させることができる。また、ティース部１３の根元部に縮幅部１３ｆが設けられているので、ティース部１３に拡幅部１３ｄを設けても、磁極ティースコア片３０、３１をプレス加工する際に、磁極ティースコア片３０のティース部１３a間に他のコア片３１の磁極ティース部１３ｂを配置した状態で２個のコア片３１を打ち抜くことができ、材料歩留まり及び生産性を向上させることができる。

　また、組立後には磁極係合部材１５により磁極切欠部１３eが埋められているので、磁極切欠部１３eによる磁路が狭くなる影響を低減し、トルクの低下を抑制することができ、良好な性能を得ることができる。
　さらに、磁極係合部材１５がインシュレータ３２によって保持されるので、部品点数を増やすことなく磁極係合部材１５を保持することができる。
　さらにまた、プレス加工後には、磁極係合部材１５が薄肉連結部１６によってバックヨーク部１２に回動可能に連結されているので、磁極係合部材１５を磁極ティースコア片３０、３１と一体に扱うことができ、組立の際の搬送性に優れている。

なお、上記実施例では、磁極係合部材１５を薄肉連結部１６によってバックヨーク部１２に連結しているが、分離した状態でプレス加工して組み立てても良いし、磁極係合部材１５を例えば磁性粉の焼結や磁性粉に樹脂がコーティングされたものを過熱成形して成形したものを用いても良い。また、プレス時の直線状に配置する磁極ティースの個数を６個としたが、これに限ったものではない。また、磁極切欠部１３eや磁極係合部材１５の形状も略台形状以外の形状としても良い。

更に、上記実施の形態１では、各磁極ティースが互いに完全に分離して構成していた例を示したが、バックヨーク部１２の端部上側に各磁極ティースを回転可能に連結する回転軸部を設け、隣接する磁極ティースが上記回転軸部により互いに回転可能に連結されるようにしても良い。このように構成した場合でも、実施の形態１と同様に、一方の隣接するティース部１３a間に形成される空間に他方の磁極ティース部３１のティース部１３bを配置して打ち抜いて製造することができ、同一の効果を奏するものである。

実施の形態２．
　図５は本発明の実施の形態２によるリニアモータの運転状態を示す概略構成図である。
図５において、両側式リニアモータ１００は上下２列の固定子１１１、１１１とその間に配置され矢印の方向に移動する可動子１１２により構成されている。固定子１１１はモータ駆動方向（図中、両向き矢印の方向）に沿って上下２列に延在する板状の固定子鉄心１２１と、この固定子鉄心１２１上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石１２２、１２３とから構成されている。

一方、可動子１１２は上記固定子１１１の上下２列に配列された永久磁石１２２、１２３間に所定の間隔を介して配置され、モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極ティース１３０からなり、この磁極ティース１３０は、２列の固定子１１１間中央に位置し、隣接する磁極ティース１３０と当接するバックヨーク部２１２と、このバックヨーク部２１２から永久磁石１２２、１２３と対向する両側に突出して形成されるティース部２１３とからなる。この磁極ティース１３０のティース部２１３にはインシュレータ１３２を介して駆動コイル１３３を巻回されている。

図６は実施の形態２によるいわゆる両側式リニアモータ１００の可動子用積層鉄心の磁極ティースの製造過程を説明するものである。図６に示すように、バックヨーク部３１１a、３１１bから片方向に突出したティース部３１２a、３１２bを有する片側式磁極ティース３００、３０１と、バックヨーク部３１１cから両方向に突出したティース部３１２c１、３１２c２を有する両側式磁極ティース３０２を備え、上記２つの片側式磁極ティース３００、３０１がそれぞれ上記両側式磁極ティース３０２に対し互いに反対方向から嵌め合いした配置が採用されている。なお、実施の形態１では図２で示したように、磁極ティースコア片を完全に分離した構成としたが、本実施の形態ではバックヨーク部１２の上部に設けた薄肉連結部５０を介して互いに連結されている。

一方の片側式磁極ティース３００のティース部３１２a、３１２a間に両側式磁極ティース３０２のティース部３１２c１が位置し、また、他方の片側式磁極ティース３０１のティース部３１２c、３１２c間に両側式磁極ティース３０２のティース部３１２c２が位置するように配置された状態でプレス加工される。この実施の形態においても各ティース部３１２a、３１２b、３１２cの根元部の幅方向両側には、一対の台形の磁極切欠部１１３eが設けられ、これにより、ティース部３１２の根元部には、縮幅部１１３ｆが形成されている。ティース部３１２の先端部には鉄心のトルク特性を高めるための拡幅部１１３ｄが設けられており、ティース部３１２の中間部には、ティース主部１１３ｇが形成されている。

　すなわち、一方の磁極ティースコア片の互いに隣接するティース部３１２の縮幅部１１３ｆ間には、他方の磁極ティースコア片の磁極ティース部３１２の拡幅部１１３ｄが位置している。すなわち、上記互いに隣接する縮幅部１１３ｆ間の距離が拡幅部１１３ｄの幅寸法よりも大きくなっているのは実施の形態１と同一の関係にあり、従って、同一の効果を有するものである。上記の方法で打ち出された両側式磁極ティース３０２は本実施の形態２の両側式リニアモータ１００の可動子用積層鉄心として使用され、また、片側式磁極ティース３００、３０１は実施の形態１の片側式リニアモータ１の可動子用積層鉄心として使用される。

実施の形態３．
図７は実施の形態３による両側式リニアモータ１００の可動子用積層鉄心の磁極ティースの製造過程を説明する図であり、全てを両側式磁極ティースに打ち抜く場合を示すものである。すなわち、両側式磁極ティース４００、４０１、４０２、４０３を全て互いに反対方向から嵌め合い配置した状態でプレス加工する。

具体的には、両側式磁極ティース４００の一方のティース部３１２ｃ、３１２ｃ間に両側式磁極ティース４０１の一方のティース部３１２ｄ１が位置し、また、他方のティース部３１２d２が両側式磁極ティース４０２の一方のティース部３１２e間に位置するように配置された状態（以下同様）でプレス加工される。この実施の形態においても各ティース部３１２c、３１２d、３１２eの根元部の幅方向両側には、一対の台形の磁極切欠部１１３eが設けられ、これにより、ティース部３１２の根元部には、縮幅部１１３ｆが形成されている。ティース部３１２の先端部には鉄心のトルク特性を高めるための拡幅部１１３ｄが設けられており、ティース部３１２の中間部には、ティース主部１１３ｇが形成されている。

　以上のように、実施の形態３においても、一方の磁極ティースコア片の互いに隣接するティース部３１２の縮幅部１１３ｆ間には、他方の磁極ティースコア片の磁極ティース部３１２の拡幅部１１３ｄが位置している。すなわち、上記互いに隣接する縮幅部１１３ｆ間の距離が拡幅部１１３ｄの幅寸法よりも大きくなっているのは実施の形態１と同一の関係にあり、従って、同一の効果を有するものである。

１、１００　リニアモータ、　２、１１１　　固定子、
３、１１２　　可動子、　１２、１２a、１２ｂ、２１２　バックヨーク部、
１３、１３a、１３ｂ、２１３　ティース部、　１３ｄ　　拡幅部、
１３e　磁極切欠部、　　１３ｆ　縮幅部、　　１３ｇ　ティース主部、
１５、１１５　磁極係合部材、　　１６　　薄肉連結部、
２１、１２１　固定子鉄心、　　２２、２３、１２２、１２３　　永久磁石
３０、３１　磁極ティースコア片、
３２、１３２　　インシュレータ、　３３、１３３　　駆動コイル、
１３０　　磁極ティース、　　３００、３０１　　片側式磁極ティース、
３０２、４００、４０１、４０２、４０３　　両側式磁極ティース

Claims

バックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなる磁極ティースコア片を、互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成され、各ティース部は、中間部に設けられたティース主部と、バックヨーク部側端部に設けられ上記ティース主部よりも幅寸法が小さい縮幅部と、先端部に設けられ上記ティース主部よりも幅寸法が大きい拡幅部とからなり、且つ、上記互いに隣接する縮幅部間の距離が拡幅部の幅寸法よりも大きいことを特徴とするリニアモータの積層鉄心。
上記縮幅部は、上記ティース部の幅方向両側に一対の磁極切欠部を設けることにより形成されており、上記磁極切欠部には、磁性材料からなる磁極係合部材が係合していることを特徴とする請求項１記載のリニアモータの積層鉄心。
上記磁極係合部材は、上記磁極ティースコア片と同じ磁性板からなるプレス加工された部材であることを特徴とする請求項２記載のリニアモータの積層鉄心。
上記磁極係合部材は、その端部に設けられた薄肉連結部を介して上記バックヨーク部に回動可能に連結されている打ち抜き部材であることを特徴とする請求項２記載のリニアモータの積層鉄心。
上記ティース部の外周に設けられ、上記磁極係合部材を上記磁極切欠部内に保持するインシュレータを備えていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のリニアモータの積層鉄心。
上記磁極切欠部及び上記磁極係合部材の形状は台形であることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの積層鉄心。
バックヨーク部とこのバックヨーク部から突出したティース部とからなる磁極ティースコア片を互いに隣接するティース部が略平行になるように複数個直線状に並べて構成されるものにおいて、前記磁極ティースコア片は、上記隣接するティース部間に形成される空間に他の同形状のティース部が配置されるよう反対向きに他の磁極ティースコア片を複数個直線状に並べた状態で打ち抜き加工されるようにしたことを特徴とするリニアモータ用積層鉄心の製造方法。
一方の磁極ティースコア片の互いに隣接するティース部の縮幅部間には、他方の磁極ティースコア片の磁極ティース部の拡幅部が位置してなり、上記磁極ティースコア片を直線状に並べた状態で、上記拡幅部の幅寸法をＢｔ、隣接する縮幅部間の距離をＢｓとした場合、Ｂｓ＞Ｂｔの関係となっていることを特徴とする請求項７記載リニアモータ用積層鉄心の製造方法。
上記磁極ティースコア片の板厚をＴとした場合、Ｂｓ≧（Ｂｔ＋２Ｔ）と設定することを特徴とする請求項８記載リニアモータ用積層鉄心の製造方法。
バックヨーク部から片方向に突出したティース部を有する片側式磁極ティースと、バックヨーク部から両方向に突出したティース部を有する両側式磁極ティースを備え、上記片側式磁極ティースが上記両側式磁極ティースに対し互いに反対方向から嵌め合いした配置とした状態で打ち抜き加工されるようにしたことを特徴とする請求項７記載のリニアモータ用積層鉄心の製造方法。
バックヨーク部から両方向に突出したティース部を有する両側式磁極ティースを少なくとも２個備え、一の両側式磁極ティースの一方のティース部間に他の両側式磁極ティースの一方のティース部が位置した状態で打ち抜き加工されるようにしたことを特徴とする請求項７記載のリニアモータ用積層鉄心の製造方法。