JP2010130843A - コアレスリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コアレスリニアモータの可動子の移動速度の更なる高速化を実現し、且つ、コアレスリニアモータの可動子を高速で移動させた場合であっても、可動子の加減速にともなう応力によって可動子が破損することのないコアレスリニアモータを提供する。
【解決手段】固定子と、前記固定子と相対的に移動可能な可動子とを備え、前記固定子は、長手方向に延びる溝を有するヨークと、前記溝内に、磁気空隙を有して互いに極性が異なるように対向して配列されると共に、隣接する極性が互いに異なるように配列された界磁マグネットを備え、前記可動子は、並列に配列された複数のコイルを備えると共に、前記磁気空隙内に配置されたコアレスリニアモータにおいて、前記コイルの前記界磁マグネットと対向する部位を除いた部位に形成された固定手段を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、コアレスリニアモータに関するものであり、具体的には、可動子を高速移動させてもコイルが破損することのないコアレスリニアモータに関するものである。

従来より、可動子を移動させるリニアモータとして、固定子は、長手方向に延びる溝を有するヨークと、前記溝内に、磁気空隙を有して互いに極性が異なるように対向して配列されると共に、隣接する極性が互いに異なるように配列された界磁マグネットを備え、可動子は、並列に配列された複数のコイルを備えると共に、前記磁気空隙内に配置され、可動子が固定子に対して相対的に移動可能に配置されたコアレスリニアモータが知られている。

かかる構成のコアレスリニアモータは、複数のコイルをずらして配列して多相コイルを形成し、この多相コイルを構成するコイルにそれぞれＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルとして駆動電流を印加することにより、フレミングの左手の法則に基づいて、固定子に配列された界磁マグネットによって生じる磁束に応じた推力を発生することができる。

このようなコアレスリニアモータは、鉄心（コア）にコイルを巻回して形成していないので、可動子から重量の大きな鉄心を省略することができるので、可動子の重量の低減に寄与し、可動子の高速移動を実現することができる。

しかし、近時の産業界からは、更なる高速移動を実現したコアレスリニアモータが望まれている。コアレスリニアモータの推力の向上としては、特許文献１に記載されたコイルの配列方法が知られている。このコイルの配列方法によると、一対の直線部を有する長円環状に巻回されたコイルの長手方向の端部を巻回方向と直交する一方向に曲げて逃げ部を形成し、巻線の内側に両隣のコイルの直線部の片側の巻線が配置されており、それぞれのコイルの長手方向の端部においてコイルが互いに接触しないように、逃げ部の曲げの方向を反転させてコイルを配列している。また、コイルは、ガラスエポキシ樹脂等からなる絶縁体枠によって挟まれて固定されている。

このようにコイルを配列することで、隣接するコイルの端部が重なることなく配列することができ、コイルを隙間なく密接に配列できる。また、コイル自体を薄く形成することができ、界磁マグネットの磁気空隙を小さくすることができる。このように、特許文献１に記載されたコアレスリニアモータは、コイルの巻線の隙間と界磁マグネットの磁気空隙を小さく形成することができるので、推力を向上することができる。

特開２００２−１１２５２３号公報

しかし、可動子の更なる高速化を図ろうとすると、従来のコアレスリニアモータの構成では可動子の移動速度の上昇に伴って、可動子の加減速によって可動子にかかる応力も増大し、可動子を高速移動させると、該応力の集中によって可動子が破損してしまうといった問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、コアレスリニアモータの可動子の移動速度の更なる高速化を実現し、且つ、コアレスリニアモータの可動子を高速で移動させた場合であっても、可動子の加減速にともなう応力によって可動子が破損することのないコアレス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本発明に係るコアレスリニアモータは、固定子と、前記固定子と相対的に移動可能な可動子とを備え、前記固定子は、長手方向に延びる溝を有するヨークと、前記溝内に、磁気空隙を有して互いに極性が異なるように対向して配列されると共に、隣接する極性が互いに異なるように配列された界磁マグネットを備え、前記可動子は、並列に配列された複数のコイルを備えると共に、前記磁気空隙内に配置されたコアレスリニアモータにおいて、前記コイルの前記界磁マグネットと対向する部位を除いた部位に形成された固定手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コイルの界磁マグネットと対向する部位を除いた部位のみに固定手段を備えているので、可動子の重量の低減に寄与し、可動子の移動速度の更なる高速化を実現することができると共に、可動子の加減速に伴う応力が集中する部位に固定手段を形成しているので、該応力の集中による可動子の破損を防止することができる。

以下、本発明に係るコアレスリニアモータについて図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係るコアレスリニアモータを示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係るコアレスリニアモータの正面図であり、図３は、本実施形態に係るコアレスリニアモータの固定子を示す斜視図であり、図４は、本実施形態に係るコアレスリニアモータの可動子を示す斜視図であり、図５は、本実施形態に係るコアレスリニアモータの可動子の構成を説明するための分解図であり、図６は、本実施形態に係るコアレスリニアモータのコイルの形状を説明するための側面図であり、図７は、本実施形態に係るコアレスリニアモータのコイルの配列方法を説明するための側面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るコアレスリニアモータ１は、固定子１０と可動子２０とから構成されている。

また、図２に示すように、可動子２０のコイル２１が固定子１０に形成された溝１３に挿入され、可動子２０が固定子１０に対して相対的に移動可能に配置されている。また、図１に示すように、固定子１０は、長手方向（可動子の移動方向）に沿って、ヨーク１１を複数連結して形成されている。このように、連結するヨーク１１の数の適宜変更することで、可動子２０の移動可能範囲（ストローク量）を容易に変更することができる。なお、可動子２０のコイル２１は、図示しない駆動電源と電気的に接続されており、コイル２１に印加される駆動電流の制御を行うことで、可動子２０に固定子１０に対して相対的に移動可能な推力を付与することができるようになっている。

次に、本実施形態に係るコアレスリニアモータ１を構成する固定子１０及び可動子２０について図面を用いて説明する。

図３に示すように、固定子１０は、長手方向に延びる溝１３が形成されたヨーク１１と、この溝１３内に磁気空隙を介して互いに対向して配列された永久磁石からなる界磁マグネット１２ａ,１２ｂとを備えている。ヨーク１１は、底部材１１ａと、底部材１１ａの両側面から上方に立設して取り付けられた一対の側板１１ｂ,１１ｂから構成されており、底部材１１ａと側板１１ｂ,１１ｂの対向する面間とで溝１３を形成している。また、側板１１ｂ,１１ｂは底部材１１ａにボルト等で締結固定されている。

さらに、側板１１ｂ,１１ｂの対向する面には、夫々界磁マグネット１２ａ,１２ｂが対向して配列されている。界磁マグネット１２ａ,１２ｂは、互いに極性の異なる界磁マグネット１２ａ,１２ｂを対向して配列し、さらに、隣接する界磁マグネット１２ａ,１２ｂの極性が互いに異なるように配列されている。即ち、Ｎ極の界磁マグネット１２ａ及びＳ極の界磁マグネット１２ｂとが溝１３内で対向して配置され、該Ｎ極の界磁マグネット１２ａと隣接する界磁マグネットは、Ｓ極の界磁マグネット１２ｂとなるように配列されている。なお、界磁マグネット１２ａ,１２ｂは、底部材１１ａから側板１１ｂの上端面に向かって延びる板状に形成されており、可動子２０の進行方向における界磁マグネット１２ａ,１２ｂの幅は可動子２０の移動に求められる推力に応じて適宜変更することが可能である。

また、底部材１１ａは、溝１３に沿って形成された逃げ溝１１ｃが形成されており、この逃げ溝１１ｃは、後述するコイル２１の端部に形成された固定手段２２ａとの干渉を防止するために形成されている。

図４及び図５に示すように、可動子２０は、コイル線を一対の直線部を有する長円環状に巻回した複数のコイル２１ａ,２１ａ…を可動子２０の移動方向に沿って並列に配列し、コイル２１を形成している。また、コイル２１の上端部は伝熱部材２７を介してブラケット２６で挟持して固定されている。

また、図５〜図７に示すように、コイル２１ａは、一対の直線部２１ｂを有する長円環状に巻回されたコイルの長手方向の端部を巻回方向と直交する一方向に曲げて逃げ部２１ｃを形成し、巻線の内側に両隣のコイル２１ａの直線部２１ｂの片側の巻線が配置されており、それぞれのコイル２１ａの長手方向の端部においてコイルが互いに接触しないように、逃げ部２１ｃの曲げの方向を反転させてコイル２１ａを配列している。

また、図４及び図５に示すように、可動子の移動方向に沿ったコイル２１の両端面には、ステンレスにより形成されたサイドバー２３が固定されており、上述したブラケット２６とサイドバー２３とにより、コイル２１の枠部材を形成している。さらに、上記ブラケット２６で固定された端部と反対に位置するコイル２１の下端部は、サイドバー２３の下端を連結するように樹脂モールドされた固定手段２２ａが形成されている。なお、図２に示すように、コイル２１の下端部は、逃げ溝１１ｃ内に配置されているので、界磁マグネット１２と対向する部位を除いた部位に形成されている。

このように、本実施形態に係る可動子２０は、コイル２１の界磁マグネット１２と対向する部位を除いた部位に固定手段２２ａが形成されているので、コイル全体を樹脂モールドした場合と比較して、樹脂モールドの量を低減することができ、可動子２０の重量を低減することができる。また、コイル２１の界磁マグネット１２と対向する面に樹脂モールドを形成していないので、コイル２１と界磁マグネット１２との間の磁気空隙を小さく設定することができる。さらに、可動子２０の高速移動によって応力を受けるサイドバー２３の下端を連結するように樹脂モールドによる固定手段２２ａが形成されているので、可動子２０の加減速に伴う応力に対する剛性が付与されている。以上のように、本実施形態に係る可動子２０は、重量を低減して移動速度を向上させる一方、剛性の必要な部位に樹脂モールドを施しているので、移動速度の高速化と、移動速度の高速化に伴う可動子２０の破損の防止の両立を図ることができる。

また、サイドバー２３の長手方向の端面（可動子２０の移動方向の端面）には、補強手段としてのサポート部材２４が固定されている。なお、サポート部材２４もサイドバー２３と同様にステンレスにより形成されている。このように、サイドバー２３の長手方向の端面にサポート部材２４が固定されているので、可動子２０の加減速に伴って、サイドバー２３に集中する応力に対する剛性を付与することができる。

さらに、コイル２１の界磁マグネット１２と対向する面にはガラスエポキシ板などで形成された薄板状の保護手段２５が貼付けられている。このように、コイル２１の界磁マグネット１２と対向する面に保護手段が形成されているので、コイル２１全体を樹脂モールドする場合と比較して界磁マグネット１２と対向する面を薄板によって固定子１０と可動子２０との隙間から侵入する塵埃などから保護することができ、可動子２０の軽量化と、界磁マグネット１２とコイル２１間の磁気空隙の縮小の両立を図ることができる。

次に、図２を再び参照して、固定子１０と可動子２０との配置について説明する。

図２に示すように、コイル２１をブラケット２６が挟持する部位にも上述した固定手段２２ａと同様に樹脂モールドによって固定手段２２ｂが形成されている。このように、固定手段２２ｂをコイル２１の長手方向に沿って形成したので、樹脂モールドは放熱効果が低いことにより、コイル２１で発生した熱を効率良く伝熱部材２７に伝導することができ、伝熱部材２７に取付けた図示しないヒートシンクなどの放熱手段によりコイル２１に発生した熱を効率よく冷却することができる。

また、上述したように、コイル２１の底部材１１ａと対向する側の端面及び、ブラケット２６で挟持される側の端面には、樹脂モールドによって固定手段２２ａ,２２ｂが形成されているため、界磁マグネット１２の可動子２０の移動方向と直交する方向の端面は、面取り１２ｃ,１２ｃが形成されており、界磁マグネット１２と固定手段２２ａ,２２ｂとが干渉しないように形成されている。さらに、コイル２１と界磁マグネット１２とが対向する面積が増え、推力が向上する。

なお、図示しないが、サイドバー２３の固定手段２２ａを樹脂モールドする部位及び、ブラケット２６の固定手段２２ｂを樹脂モールドする部位は、可動子２０の移動方向と直交する向きに複数の溝が段状に形成されており、該溝に樹脂が流れ込んで樹脂モールドを形成しているので、固定手段２２ａ,２２ｂをより強固に固定することができるようになっている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態においては、固定手段を樹脂モールドによって形成した場合について説明したが、固定手段は、金属射出成形を用いて形成しても構わないし、金属又は合成樹脂によって形成した部材を取り付けても構わない。

また、上記実施形態においては、固定手段をコイルの長手方向の両端部に形成した場合について説明したが、固定手段は、リニアモータの構成によっては、片側のみに形成しても構わない。

また、上記実施形態においては、コイル２１の界磁マグネット１２と対向する面に薄板状の保護手段２５を貼り付けて形成したが、更なる軽量化のために、この保護手段２５は省略しても構わない。

さらに、サイドバー２３及びブラケット２６の固定手段２２ａ,２２ｂを樹脂モールドする部位は、可動子２０の移動方向と直交する向きに複数の溝が形成された場合について説明したが、これらは溝形状に限定されず、複数の凹部を形成し、該凹部に樹脂モールドを流し込んで形成しても構わない。

その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態に係るコアレスリニアモータを示す斜視図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータの正面図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータの固定子を示す斜視図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータの可動子を示す斜視図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータの可動子の構成を説明するための分解図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータのコイルの形状を説明するための側面図である。 本実施形態に係るコアレスリニアモータのコイルの配列方法を説明するための側面図である。

符号の説明

１ コアレスリニアモータ、 １０ 固定子、 １１ ヨーク、 １２ａ,１２ｂ 界磁マグネット、 １３ 溝、 ２０ 可動子、 ２１ コイル、 ２２ａ,２２ｂ 固定手段、 ２３ サイドバー、 ２４ サポート部材、 ２５ 保護手段、 ２７ 伝熱部材。

Claims (6)

1. 固定子と、
   前記固定子と相対的に移動可能な可動子とを備え、
   前記固定子は、長手方向に延びる溝を有するヨークと、前記溝内に、磁気空隙を有して互いに極性が異なるように対向して配列されると共に、隣接する極性が互いに異なるように配列された界磁マグネットを備え、
   前記可動子は、並列に配列された複数のコイルを備えると共に、前記磁気空隙内に配置されたコアレスリニアモータにおいて、
   前記コイルの前記界磁マグネットと対向する部位を除いた部位に形成された固定手段を備えることを特徴とするコアレスリニアモータ。
2. 請求項１に記載のコアレスリニアモータにおいて、
   前記固定手段は、前記コイルの前記界磁マグネットと対向する部位を除いた部位を樹脂モールドすることによって形成されていることを特徴とするコアレスリニアモータ。
3. 請求項１又は２に記載のコアレスリニアモータにおいて、
   前記可動子は、移動方向の両端面に前記コイルの補強手段を備えることを特徴とするコアレスリニアモータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータにおいて、
   前記コイルの前記界磁マグネットと対向する部位は、薄板状の保護手段を備えることを特徴とするコアレスリニアモータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータにおいて、
   前記界磁マグネットは、前記可動子の移動方向と直交する方向の端面が面取りされていることを特徴とするコアレスリニアモータ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータにおいて、
   前記可動子は、前記コイルに接続された伝熱部材を備えることを特徴とするコアレスリニアモータ。
   

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