WO2015132864A1

WO2015132864A1 - リニアモータ

Info

Publication number: WO2015132864A1
Application number: PCT/JP2014/055323
Authority: WO
Inventors: 高野　透
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-09-11
Anticipated expiration: 2016-09-03

Abstract

【課題】バネ等のシャフトの保持機構を要することなく無通電時にリニアモータのシャフトを所定の位置に保持可能にする。【解決手段】固定子１０と可動子２０を有するリニアモータ１であって、可動子２０のストローク方向に並設された複数のコイル１１を備えた筒状の電機子部１２と、電機子部１２の内周面に対向して配置された永久磁石１１を備え、電機子部１２に対して上記ストローク方向に相対移動するように構成された界磁部２２と、電機子部１２が内周面に固定され、電機子部１２への無通電時に可動子２０が移動範囲内に位置する状態で界磁部２２を電機子部１２の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように上記ストローク方向における界磁部２２のストローク端部からの突出量ｄ１が設定された、筒状のヨーク２と、を有する。

Description

リニアモータ

　開示の実施形態は、リニアモータに関する。

　特許文献１には、円筒状のヨークと、ヨークの内側に固定され複数のコイルを軸方向に並設したコイル組立体と、コイル組立体の内側に軸方向に相対移動可能に設けられたシャフトと、シャフトに固定され複数の永久磁石を軸方向に並設した永久磁石組立体と、を有するリニアモータが記載されている。

特開２０１３－２５５３１３号公報

　上記従来技術のような構造のリニアモータでは、無通電時にシャフトを初期位置に戻したり、リニアモータを鉛直方向に沿って設置する場合には無通電時にシャフトの落下防止を図るために、バネ等を用いたシャフトの保持機構を設置する場合がある。

　本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、バネ等を用いたシャフトの保持機構を設置することなく無通電時にシャフトを所定の位置に保持可能なリニアモータを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子と可動子を有するリニアモータであって、前記可動子のストローク方向に並設された複数のコイルを備えた筒状の電機子部と、前記電機子部の内周面に対向して配置された永久磁石を備え、前記電機子部に対して前記ストローク方向に相対移動するように構成された界磁部と、前記電機子部が内周面に固定され、前記電機子部への無通電時に前記界磁部の移動範囲内に位置する状態で前記界磁部を前記電機子部の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように前記ストローク方向における前記界磁部のストローク端部からの突出量が設定された、筒状のヨークと、を有するリニアモータが適用される。

　また、本発明の別の観点によれば、固定子と可動子を有するリニアモータであって、筒状のヨークと、前記ヨークの内周面に固定され、前記可動子のストローク方向に並設された複数のコイルを備えた筒状の電機子部と、前記電機子部の内周面に対向して配置された永久磁石を備え、前記電機子部に対して前記ストローク方向に相対移動するように構成された界磁部と、前記電機子部への無通電時に、前記ヨークと前記界磁部との間に作用する磁気吸引力により前記可動子を前記界磁部の移動範囲内の所定位置に保持する手段と、を有するリニアモータが適用される。

　本発明によれば、バネ等を用いたシャフトの保持機構を設置することなく無通電時にリニアモータのシャフトを所定の位置に保持できる。

実施形態に係るリニアモータの縦断面図である。ヨーク端部を界磁部のストローク端部に近接させることによる磁気吸引力の発生原理を説明するための説明図である。実施形態に係るリニアモータを鉛直方向に設置した場合の縦断面図である。ヨークの両端部が界磁部のストローク両端部に近接する変形例におけるリニアモータの縦断面図である。電機子部の寸法が界磁部の寸法より短い変形例におけるリニアモータの縦断面図である。界磁部の寸法が電機子部の寸法とほぼ等しい変形例におけるリニアモータの縦断面図である。

　以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、リニアモータ等の構成の説明の便宜上、上下左右等の方向を適宜使用するが、リニアモータ等の各構成の位置関係を限定するものではない。

　＜リニアモータの構成＞
　図１を用いて、本実施形態に係るリニアモータ１の構成について説明する。図１に示すように、リニアモータ１はシリンダ型のリニアモータである。図１では、リニアモータ１を例えば水平方向に配置して横置き状態で使用する場合を一例として示している。リニアモータ１は、ヨーク２と、固定子１０と、可動子２０と、を有する。

　固定子１０は、筒状の電機子部１２を備えている。電機子部１２は、可動子２０のストローク方向（図１中左右方向）に並設された複数（この例では９）の環状のコイル１１を有する。この電機子部１２は、ヨーク２の内周面に固定されている。

　可動子２０は、界磁部２２を備えている。界磁部２２は、上記ストローク方向に並設された複数（この例では４）の永久磁石２１と、磁性部材２３と、を有する。永久磁石２１は、電機子部１２の内周面と磁気的空隙を空けて対向して配置されている。隣り合う２つの永久磁石２１は、ＮＳの磁極のうち一方の磁極が対向するように配置されている。磁性部材２３は、隣り合う２つの永久磁石２１の対向面の間に配置されている。これら永久磁石２１及び磁性部材２３の径方向中心部には、軸方向に貫通するシャフト５が設けられている。

　シャフト５は、ヨーク２の軸方向一方側（図１中右側）及び他方側（図１中左側）の端部に設けられた負荷側ブラケット３及び反負荷側ブラケット４に、直動軸受６，７（例えば滑り軸受、転がり軸受、ボールスプライン等）を介して上記ストローク方向に移動自在に支持されている。これにより、界磁部２２（可動子２０）は、電機子部１２（固定子１０）に対して上記ストローク方向に相対移動するように構成されている。

　ヨーク２は、磁性材料により筒状（例えば円筒状）に形成されている。なお、本実施形態では、ヨーク２がリニアモータ１のハウジングを兼ねた構成としているが、ヨーク２のさらに外周にハウジングを別に設けてもよい。

　図１に示すように、ヨーク２は、上記ストローク方向における一方側（図１中右側）の端部２ａが界磁部２２のストローク端部と近接するように、界磁部２２のストローク端部からわずかに所定の突出量ｄ１だけ突出するように形成されている。一方、ヨーク２の上記ストローク方向における他方側（図１中左側）の端部２ｂは、界磁部２２のストローク端部から所定の突出量ｄ２だけ突出するように形成されている。突出量ｄ２は、突出量ｄ１よりも大きく設定される。その結果、リニアモータ１は、ストローク（電機子部１２）の中心位置Ｏｓとヨーク２の中心位置Ｏｙとがストローク方向にずれた構成となっている。

　なお、上記「ストローク端部」とは、界磁部２２がストローク方向一方側及び他方側に移動可能な範囲（以下「移動範囲」という）の端部をいう。本実施形態では、界磁部２２の移動範囲は電機子部１２のストローク方向の長さよりも僅かに長くなっている。

　上記突出量ｄ１は、電機子部１２への無通電時に、界磁部２２が移動範囲内（例えばストローク端部）に位置する状態で、ヨーク２と界磁部２２との間で界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように、設定される。所定の大きさは、シャフト５と軸受６，７の摩擦力等に応じて界磁部２２及びシャフト５が固定子１０等に対して移動可能な大きさとなるように、決定される。

　上記突出量ｄ２は、電機子部１２への通電時に、界磁部２２が上記他方側（図１中左側）のストローク端部に位置する状態で、ヨーク２と界磁部２２との間で界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力がほぼ０となる（影響が無い程度に小さくなる）ように、設定される。

　上記構成により、界磁部２２が上記一方側（図１中右側）のストローク端部近傍に位置する状態（図１に示す状態）で、リニアモータ１の電源が遮断された場合に、ヨーク２と界磁部２２との間で作用する磁気吸引力によって界磁部２２をストローク方向他方側（図１中左側）に向けて移動させ、シャフト５を所定の位置（例えば初期位置等）に戻す等が可能となる。なお、上記と反対に、界磁部２２が上記他方側（図１中左側）のストローク端部近傍に位置する状態で、リニアモータ１の電源が遮断された場合には、界磁部２２を電機子部１２の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力は生じない。

　＜磁気吸引力の発生原理＞
　次に、図２を用いて、ヨーク２の端部２ａを界磁部２２のストローク端部に近接させることによる上記磁気吸引力の発生原理を説明する。図２に示すように、ヨーク２は、ストローク方向における一方側（図２中右側）の端部２ａが界磁部２２の一方側のストローク端部からわずかな突出量ｄ１だけ突出している。界磁部２２がストローク方向一方側に移動してストローク端部に近づくと、ヨーク２の端部２ａの突出量ｄ１が上述のように小さく設定されていることから、界磁部２２の永久磁石２１による磁束がストローク方向一方側の外方へ漏れ出た漏れ磁束Ｆが生じる。このため、界磁部２２とヨーク２との間の磁気回路にストローク方向のアンバランスが発生し、上記漏れ磁束Ｆに起因して界磁部２２を電機子部１２の中心側（ヨーク２の中心側でもある）に引き込む方向に磁気吸引力が発生する。一方、界磁部２２がストローク方向他方側（図２中左側）に移動してストローク端部に近づいても、上記突出量ｄ２が上述のように大きく設定されていることから、界磁部２２とヨーク２との間の磁気回路にストローク方向のアンバランスが発生せず、上記磁気吸引力は発生しない。

　＜リニアモータを縦置き配置とする場合＞
　図３は、本実施形態のリニアモータ１を例えば鉛直方向に配置して縦置き状態で使用する場合を示している。図３に示す例では、リニアモータ１は、可動子２０のストローク方向が実質的に鉛直方向となるように配置される。この場合、ヨーク２は、界磁部２２の下方側のストローク端部がヨーク２の下方側の端部２ａと近接するように、ヨーク２の下方側の端部２ａの界磁部２２の下方側のストローク端部からの突出量ｄ１が設定される。

　上記突出量ｄ１は、電機子部１２への無通電時に、界磁部２２が移動範囲内（例えばストローク下端部）に位置する状態で、界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側（すなわち鉛直方向上側）に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように、設定される。この場合における所定の大きさは、シャフト５及び界磁部２２の重量や軸受６，７の摩擦力等に応じて、界磁部２２及びシャフト５が固定子１０等に対して所定の位置に保持されるように、決定される。このヨーク２の突出量ｄ１以外の構成は、図１に示す構成と同様であるので説明を省略する。

　上記構成により、リニアモータ１を縦置きとする場合には、界磁部２２が下方側のストローク端部近傍に位置する状態（図３に示す状態）で、リニアモータ１の電源が遮断された場合に、ヨーク２と界磁部２２との間で作用する磁気吸引力によって、界磁部２２及びシャフト５の落下を防止することが可能となる。

　以上において、突出量ｄ１が設定されたヨーク２と界磁部２２とは、電機子部１２への無通電時にヨーク２と界磁部２２との間に作用する磁気吸引力により可動子２０を界磁部２２の移動範囲内の所定位置に保持する手段の一例に相当する。

　＜実施形態の効果＞
　以上説明したように、本実施形態によれば、リニアモータ１が例えば水平方向に配置される場合には、ヨーク２と界磁部２２との間で作用する磁気吸引力によって、無通電時に界磁部２２やシャフト５を所定の位置（例えば初期位置）に戻すこと等が可能となる。また、リニアモータ１が例えば鉛直方向に配置される場合には、上記磁気吸引力によって、無通電時に界磁部２２やシャフト５の落下を防止すること等が可能となる。そして、磁気吸引力を利用するので、バネ等を用いたシャフト５の保持機構を設置する必要が無い。したがって、リニアモータ１の体格を大型化することなく、無通電時にシャフト５を所定の位置に保持することができる。また、バネ等を用いた保持機構を備えたリニアモータと比べた場合、寿命部品であるバネが不要になり、且つ、設置スペースの削減及びモータ体格を小型化できるというメリットがある。

　また、本実施形態では特に、ヨーク２のストローク方向における一方側の端部２ａが、界磁部２２のストローク方向における一方側のストローク端部と近接するように、突出量ｄ１が設定される。これにより、界磁部２２が一方側のストローク端部近傍に移動した際に、磁気回路のストローク方向のアンバランスが発生する確実性を高めることができ、その結果、ヨーク２と界磁部２２との間で界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側に引き込む方向に磁気吸引力が発生する確実性を高めることができる。

　また、本実施形態では特に、リニアモータ１のストローク方向が鉛直方向となるように設置された場合は、ヨーク２は、界磁部２２の下方側のストローク端部がヨーク２の下方側の端部２ａと近接するように、突出量ｄ１が設定される。これにより、界磁部２２が下方側のストローク端部近傍に移動した際に、界磁部２２を上方側に引き上げるように磁気吸引力を発生させることができる。その結果、無通電時に界磁部２２やシャフト５が落下するのを防止することができる。

　＜変形例＞
　なお、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

　（１）ヨークの両端部が界磁部のストローク両端部に近接する場合
　上記実施形態では、ヨーク２は、ストローク方向における一方側の端部２ａが界磁部２２の一方側のストローク端部に近接するように構成されたが、ヨーク２の両端部が界磁部２２の両側のストローク端部に近接するように構成されてもよい。本変形例のリニアモータの一例を図４に示す。図４において図１と同一の部材については同一の符号を付して適宜説明を省略又は簡略化する。

　図４に示すように、本変形例のリニアモータ１Ａでは、ヨーク２は、ストローク方向における一方側（図４中右側）の端部２ａに加えて、他方側（図４中左側）の端部２ｂについても、界磁部２２のストローク端部と近接するように構成されている。つまり、ヨーク２は、一方側の端部２ａが界磁部２２のストローク端部からわずかに所定の突出量ｄ１だけ突出すると共に、他方側の端部２ｂが界磁部２２のストローク端部からわずかに所定の突出量ｄ２だけ突出するように形成されている。

　上記突出量ｄ１，ｄ２は、電機子部１２への無通電時に、界磁部２２が移動範囲内（例えば一方側及び他方側のストローク端部）に位置する状態で、ヨーク２と界磁部２２との間で界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように、設定される。一方側及び他方側の磁気吸引力の大きさを等しくする場合には突出量ｄ１，ｄ２は等しく設定され、磁気吸引力の大きさを異ならせる場合には突出量ｄ１，ｄ２も異なるように設定される。

　本変形例によれば、界磁部２２が一方側及び他方側のいずれのストローク端部近傍に移動した場合でも、磁気回路のストローク方向のアンバランスを発生させて、磁気吸引力により界磁部２２を電機子部１２の中心側に引き込むことができる。

　（２）電機子部の寸法が界磁部の寸法より短い場合
　上記実施形態では、電機子部１２のストローク方向の長さが界磁部２２より長い場合を一例として説明したが、界磁部２２より短い構成としてもよい。本変形例のリニアモータの一例を図５に示す。図５において図１等と同一の部材については同一の符号を付して適宜説明を省略又は簡略化する。

　図５に示すように、本変形例のリニアモータ１Ｂでは、界磁部２２は、ストローク方向（図５中左右方向）に並設された複数（この例では４）の永久磁石２１と、各永久磁石２１の間に配置された複数（この例では３）の磁性部材２３と、を有する。電機子部１２は、ストローク方向に並設された複数（この例では３）の環状のコイル１１を有する。電機子部１２は、界磁部２２よりもストローク方向の寸法が短く構成されている。

　ヨーク２は、ストローク方向における両端部２ａ，２ｂが界磁部２２のストローク両端部と近接するように構成されている。前述の図４と同様に、突出量ｄ１，ｄ２は、電機子部１２への無通電時に、界磁部２２が移動範囲内（例えば一方側及び他方側のストローク端部）に位置する状態で、ヨーク２と界磁部２２との間で界磁部２２を電機子部１２（ヨーク２）の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように、設定される。

　（３）界磁部の寸法が電機子部の寸法とほぼ等しい場合
　以上では、電機子部１２と界磁部２２とでストローク方向の長さが異なる場合を一例として説明したが、これらの長さがほぼ等しい構成としてもよい。本変形例のリニアモータの一例を図６に示す。図６において図１等と同一の部材については同一の符号を付して適宜説明を省略又は簡略化する。

　図６に示すように、本変形例のリニアモータ１Ｃでは、界磁部２２のストローク方向の寸法が、電機子部１２のストローク方向の寸法と実質的に等しい。つまり、このリニアモータ１Ｃでは、界磁部２２を電機子部１２の端面よりストローク方向外方に一定量突出させつつ界磁部２２を往復移動させる。このようなリニアモータ１Ｃは、要求されるストロークが比較的小さな場合に好適である。

　本変形例によれば、同じストロークを得るのに従来の一般的な構造（電機子部を界磁部より長くする構造）と比べて電機子部１２のコイル１１の個数を少なくすることができる。その結果、リニアモータ１Ｃの全長を短くすることが可能となり、モータの小型化及び軽量化を図ることができる。また、部品点数が少なくなるので、コストを削減することができる。

　（４）その他
　以上では、リニアモータの界磁部２２を可動子とし、電機子部１２を固定子とした場合を説明したが、反対に界磁部２２を固定子とし、電機子部１２を可動子としてもよい。

　なお、以上の説明における「等しい」とは、厳密な意味ではない。すなわち、「等しい」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に等しい」という意味である。

　また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

　その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　　　　　　　　リニアモータ
　２　　　　　　ヨーク
　２ａ，２ｂ　　端部
　１０　　　　　固定子
　１１　　　　　コイル
　１２　　　　　電機子部
　２０　　　　　可動子
　２１　　　　　永久磁石
　２２　　　　　界磁部
　ｄ１，ｄ２　　突出量

Claims

　固定子と可動子を有するリニアモータであって、
　前記可動子のストローク方向に並設された複数のコイルを備えた筒状の電機子部と、
　前記電機子部の内周面に対向して配置された永久磁石を備え、前記電機子部に対して前記ストローク方向に相対移動するように構成された界磁部と、
　前記電機子部が内周面に固定され、前記電機子部への無通電時に前記界磁部の移動範囲内に位置する状態で前記界磁部を前記電機子部の中心側に引き込む方向に生じる磁気吸引力が所定の大きさ以上となるように前記ストローク方向における前記界磁部のストローク端部からの突出量が設定された、筒状のヨークと、
を有することを特徴とするリニアモータ。
　前記ヨークは、
　前記ストローク方向における一方側の端部が前記界磁部の前記ストローク方向における一方側のストローク端部と近接するように、前記突出量が設定される
ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
　前記リニアモータは、
　前記ストローク方向が鉛直方向となるように設置され、
　前記ヨークは、
　前記界磁部の下方側のストローク端部が前記ヨークの下方側の端部と近接するように、前記突出量が設定される
ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
　前記ヨークは、
　前記ストローク方向における他方側の端部が前記界磁部の前記ストローク方向における他方側のストローク端部と近接するように、前記突出量が設定される
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
　前記界磁部は、
　前記ストローク方向の寸法が前記電機子部の前記ストローク方向の寸法と等しい
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータ。