JP2015047002A - リニアモータの電機子及びリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】電機子コアに生じる反りを低減するリニアモータの電機子及びリニアモータを提供する。【解決手段】電機子は、互いに対向する２つの主面を有する長尺状のベース部、及び、ベース部の一方の主面上にベース部の長手方向に向かって離間して設けられた複数のティース部を有する電機子コアと、複数のティース部に巻装された電機子巻線と、電機子コアを幅方向から挟むように対向して配置され、電気コアにおける長手方向に沿ってそれぞれ延びる長尺状の２つの支持部材と、を備え、電機子コア、電機子巻線及び２つの支持部材は、樹脂を用いた成形により一体に固着されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータの電機子及びリニアモータに関する。

従来、リニアモータの電機子として、電機子コアのティース部に電機子巻線を巻装した電機子が知られている（例えば特許文献１参照。）。特許文献１記載の電機子では、電機子巻線及び電機子コアが、モールド樹脂を用いて固着されている。

特開２０１２−１７５８５２号公報

しかしながら、特許文献１記載の電機子にあっては、モールド樹脂と電機子コアとの熱収縮率の違いに起因して、電機子コアに反りが生じる場合がある。本技術分野では、電機子コアに生じる反りを低減することが望まれている。

本発明の一側面に係る電機子は、互いに対向する２つの主面を有する長尺状のベース部、及び、前記ベース部の一方の主面上に前記ベース部の長手方向に向かって離間して設けられた複数のティース部を有する電機子コアと、前記複数のティース部に巻装された電機子巻線と、前記電機子コアを幅方向から挟むように対向して配置され、前記電気コアにおける長手方向に沿ってそれぞれ延びる長尺状の２つの支持部材と、を備え、前記電機子コア、前記電機子巻線及び前記２つの支持部材は、樹脂を用いた成形により一体に固着されている。

本発明の一側面に係る電機子によれば、電機子コアに生じる反りを低減することができる。

実施形態に係るギャップ対向形のリニアモータの側断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示す支持部材の取り付けを説明する概要図である。 図１のリニアモータの作用効果を説明する概要図である。 変形例の電機子コアを説明する概要図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係るリニアモータは、界磁と電機子とが空隙を介して対向配置されたリニアモータであって、例えば工作機械のテーブル装置や半導体製造装置等の駆動機構に採用され得る。

図１は、実施形態に係るギャップ対向形のリニアモータ１の側断面図である。図２は、図１に示すリニアモータ１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示すリニアモータ１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。以下、リニアモータ１のストローク方向がＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向がＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向に直交する鉛直方向がＺ方向の場合を一例として説明する。図１に示すように、リニアモータ１は、固定子である界磁９及び可動子である電機子２を備える。

界磁９は、界磁ヨーク７及び複数の永久磁石８を備える。界磁ヨーク７は、長手方向を有する平板形状を呈し、その主面が水平面（ＸＹ平面）と平行となるように配置されるとともに、その長手方向がリニアモータ１のストローク方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。複数の永久磁石８は、界磁ヨーク７上に、界磁ヨーク７の長手方向に沿って交互に極性が異なるように等間隔で離間配置されている。

図１〜３に示すように、電機子２は、電機子コア３を有する。電機子コア３は、長尺状（略直方体状）を呈するベース部３ｆを有する。ベース部３ｆは、リニアモータ１のストローク方向（Ｘ方向）に延在している。ベース部３ｆは、互いに対向し水平面（ＸＹ平面）と平行な２つの主面３ａ、３ｇを有する。主面３ｇは、界磁９における複数の永久磁石８と対向するように配置される。主面３ａには移動対象物が載置される。

主面３ｇには、主面３ｇの長手方向に向かって等間隔に離間した複数のティース部３ｂが設けられている。各ティース部３ｂは、水平方向（ＸＹ方向）の断面が略長方形であり、断面の長手方向がストローク方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）となるように形成されている。複数のティース部３ｂ間には、空隙である複数の巻線収納部３ｃが形成されている。複数のティース部３ｂのそれぞれには、電機子巻線５が巻装されている。電機子巻線５の一部は、巻線収納部３ｃに収容される。また、電機子巻線５が巻装されることで、電機子２は、電機子巻線５の厚さの分だけＹ方向に拡大している。

電機子２は、２つの支持部材１０，１５を有する。支持部材１０，１５は、剛性を有する長尺状の部材である。支持部材１０，１５は、それぞれベース部３ｆの長手方向に延在しており、それらの長さはベース部３ｆの長手方向の長さよりも長く形成されている。支持部材１０，１５は、ベース部３ｆの幅方向（Ｙ方向）から挟むように対向して配置されている。支持部材１０，１５は、鉛直方向（Ｚ方向）からみて、電機子巻線５の厚さの分だけＹ方向に拡大した部分と重なる位置に配置されている。支持部材１０の両端部には、縮径されたネジ部１０ａ，１０ｂが形成されている。支持部材１５の両端部には、縮径されたネジ部１５ａ，１５ｂが形成されている。

２つの支持部材１０，１５は、互いに対向する端部同士が連結部材１１，１２によって連結されている。連結部材１１，１２は、剛性を有する長尺状の部材である。支持部材１０，１５は、それぞれベース部３ｆの幅方向（Ｙ方向）に延在しており、それらの長さはベース部３ｆの幅方向の長さよりも長く形成されている。連結部材１１，１２は、ベース部３ｆの両端部側面にＹ方向に沿って形成された切欠部３ｅ内にそれぞれ収容される。連結部材１１，１２の両端部には、貫通孔が形成されている。

支持部材１０のネジ部１０ａ及び支持部材１５のネジ部１５ａは、連結部材１２の両端部に形成された貫通孔に挿通され、ボルト１４，１７によって連結部材１２に固定されている。同様に、支持部材１０のネジ部１０ｂ及び支持部材１５のネジ部１５ｂは、連結部材１１の両端部に形成された貫通孔に挿通され、ボルト１３，１６によって連結部材１１に固定されている。このように、支持部材１０，１５及び連結部材１１，１２によって、ベース部３ｆの外周を囲む長方形の枠体が構成されている。締め付けられたボルトによって、枠体は、ベース部３ｆの長手方向へ圧縮荷重を与えてベース部３ｆを締め付けた状態で固定されている。すなわち、ネジ部１０ａ，１０ｂ，１５ａ，１５ｂ及びボルト１３，１４，１６，１７は、連結部材１１，１２の支持部材１０，１５との連結箇所をＹ方向へ変位させて固定可能な調整機構として機能する。そして、電機子コア３、電機子巻線５及び枠体は、樹脂６によって覆われて、成形により一体に固着されている。

上記構成において、リニアモータ１の電機子巻線５に図示しない電源により交流が通電されると、電機子巻線５と永久磁石８との電磁作用により、電機子コア３のティース部３ｂを貫通するように界磁磁束が発生し、リニアモータ１の電機子２と界磁９とが相対的に移動する。

次に、リニアモータ１の電機子２の製造方法について説明する。まず、長尺の電磁鋼板を用意し、その一側端を長手方向に沿って等間隔に櫛歯状に打ち抜くことでコア片を形成する。このとき、電磁鋼板の両端であって、櫛歯状に打ち抜かれた領域と長手方向において重ならない部分に、凹状の切欠を設ける。次に、コア片を複数重ねて積層して積層体を作成し、電機子コア３とする。各電磁鋼板を積層した際に、櫛歯状に打ち抜かれた領域が重なって複数のティース部３ｂを形成し、切欠が設けられた領域が重なって切欠部３ｅを形成する。

次に、図４に示すように、電機子コア３の一端部に形成された切欠部３ｅに、連結部材１２を嵌め込んで固定した後に、支持部材１０のネジ部１０ａを連結部材１２の貫通孔１２ａに挿通させてボルト１４で固定する。同様に、支持部材１５のネジ部１５ａを連結部材１２の貫通孔１２ａに挿通させてボルト１７で固定する。次に、支持部材１０のネジ部１０ｂを連結部材１１の貫通孔１１ａに挿通させ、支持部材１５のネジ部１５ｂを連結部材１１の貫通孔１１ａに挿通させ、連結部材１１を電機子コア３の他端部に形成された切欠部３ｅに嵌め込んで固定する。そして、ボルト１３，１６をそれぞれ支持部材１０のネジ部１０ｂ、支持部材１５のネジ部１５ｂに取り付けて締め付ける。各ボルトの締め付けによって、連結部材１１，１２間の距離が短くなるように変位し、支持部材１０，１５が強固に電機子コア３に固定される。これによって、ベース部３ｆの長手方向（ティース部３ｂ間の距離が広がる方向）へ圧縮荷重が加わり、主面３ａが凹となるような円弧状に反った状態となる。この状態で、複数のティース部３ｂに電機子巻線５を巻装し、樹脂６を用いて全体を覆い、固定する。以上で電機子２が製造される。

ところで、図５の（Ａ）に示すように、支持部材１０，１５を備えない場合、電機子コア３全体を覆うように樹脂６により固着する時に、ティース部３ｂ間に充填される樹脂６と電機子コア３等の温度の収縮率の違いがあるため、ティース部３ｂ間の距離が縮まる方向に応力Ｆ１が発生する。このため、電機子コア３は、樹脂６で固定された際に、長手方向に沿って主面３ａが凸となるような円弧状に反りが発生する。このような反りが発生した場合、ティース部３ｂ間のピッチ精度が変化するため、電機子２と永久磁石８との相対位置が設計値と乖離し、コギングが発生する場合がある。また、このような反りは、電機子コア３の長さが長くなるほど発生しやすいため、電機子コア３の寸法を制限する要因となる可能性がある。そして、電機子コア３の寸法は、推力特性に大きく影響することから、電機子コア３の寸法が制限されるとモータ特性も制限されることになる。このような反りを排除するためには、樹脂６によって固着した後に、切削等によりティース部３ｂの高さを揃える平面加工作業を行う必要がある。

一方、本実施形態に係るリニアモータ１の電機子２によれば、図５の（Ｂ）に示すように、支持部材１０，１５を備え、樹脂６によって固定する前に、固定後に生じる反りとは反対の方向に圧縮荷重Ｆ２を予め与えることができる。このため、電機子コア３は、樹脂６による固定の前において、長手方向に沿って主面３ａが凹となるような円弧状に反った状態となる。この状態で樹脂６によって固定した場合、図５の（Ａ）に示すような応力Ｆ１が発生するものの、圧縮荷重Ｆ２が既に与えられているため、応力Ｆ１と圧縮荷重Ｆ２とが互いに相殺される。このため、樹脂６によって固定した後には、結果として反りが解消され、ティース部３ｂ間の距離は等間隔となる。支持部材１０，１５を用いて反りを解消することで、電機子２と永久磁石８との相対位置が設計値と一致し、コギングが発生することを回避することができる。また、電機子コア３の長さ寸法の制限を緩和し、推力特性等のモータ特性を向上させることができる。また、平面加工作業等の後工程が不要となるため、作業効率化を図ることが可能となる。さらに、鉛直方向（Ｚ方向）からみて、支持部材１０，１５が、電機子巻線５の厚さの分だけ幅方向（Ｙ方向）に拡大した部分と重なる位置に配置されているため、支持部材１０，１５を設けるにあたり、電機子コア３の幅方向の長さを変更する必要がない。したがって、寸法を維持しながら、電機子コアに生じる反りを低減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施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様々な変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、支持部材１０，１５と連結部材１１，１２とをねじ止めにより固定して枠体とする例を説明したが、固定方法は上記に限定されるものではなく、例えば溶接で固着してもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、支持部材１０，１５がベース部３ｆの側方に設けられた例を説明したが、支持部材をティース部３ｂの側方に設けてもよい。図６は、支持部材をティース部３ｂの側方に設けた変形例である。図６に示すように、支持部材５０，５１は、それぞれ長尺状を呈し、電機子コア３を幅方向から挟むように対向して配置され、長手方向に沿って延在している。支持部材５０，５１は、それぞれトラス構造を有しており、反り方向に対して反発する構造となっている。支持部材５０，５１は、電機子コア３の幅方向（Ｙ方向）から見た側面視で三角形状となるようにティース部３ｂの側方にそれぞれ配置されている。支持部材５０，５１は、ティース部３ｂの側方に隣接して設けられているため、樹脂６で固着される際に、支持部材５０，５１がティース部３ｂ間の距離を一定に保ちながら固着させられる。このように、支持部材５０，５１をティース部３ｂの側方に設けた場合であっても電機子コアに生じる反りを低減することができる。

１…リニアモータ、２…電機子、３…電機子コア、３ｂ…ティース部、３ｃ…巻線収納部、４…溶接部、５…電機子巻線、６…樹脂、７…界磁ヨーク、８…永久磁石、９…界磁、１０，１５，５０，５１…支持部材、１１，１２…連結部材。

Claims (5)

1. 互いに対向する２つの主面を有する長尺状のベース部、及び、前記ベース部の一方の主面上に前記ベース部の長手方向に向かって離間して設けられた複数のティース部を有する電機子コアと、
   前記複数のティース部に巻装された電機子巻線と、
   前記電機子コアを幅方向から挟むように対向して配置され、前記電機子コアにおける長手方向に沿ってそれぞれ延びる長尺状の２つの支持部材と、を備え、
   前記電機子コア、前記電機子巻線及び前記２つの支持部材は、樹脂を用いた成形により一体に固着されている、リニアモータの電機子。
2. 前記２つの支持部材の端部同士を連結して枠体を構成する２つの連結部材を備え、
   前記枠体は、前記ベース部を囲んで配置され、前記２つの連結部材間の距離を変位させて前記ベース部の長手方向へ前記ベース部を締め付けて前記ベース部に固定され、
   前記電機子コア、前記電機子巻線及び前記枠体は、樹脂を用いた成形により一体に固着されている、請求項１に記載のリニアモータの電機子。
3. 前記２つの連結部材の連結箇所を変位させて固定可能な調整機構を備え、
   前記枠体は、前記調整機構により、前記２つの連結部材間の距離を変位させて前記ベース部の長手方向へ前記ベース部を締め付けて前記ベース部に固定される請求項２に記載のリニアモータの電機子。
4. 前記２つの支持部材は、トラス状にそれぞれ形成されており、前記電機子コアの幅方向から見た側面視で三角形状となるように前記ティース部の側方にそれぞれ配置される請求項１に記載のリニアモータの電機子。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の電機子を可動子とするリニアモータ。

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