JP2015119615A - リニアモータおよびそれを用いたモータ組 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気回路の干渉を効果的に避けるとともに、モータ出力を向上させて機構の剛性を最適化可能なリニアモータおよびそれを用いたモータ組を提供する。【解決手段】リニアモータ２は、ケース２０と、固定子構造と、可動子構造２２とを含む。ケース２０は、第１方向ｄ１に沿って設けられる。固定子構造は、少なくとも２つの第１磁石２１１を含む。少なくとも２つの第１磁石２１１は、２つの第１透磁背板４の間にそれぞれ対応して設けられる。可動子構造２２は、露出部２２１０を有するコイル巻線２２１を含む。露出部２２１０は、第２方向ｄ２に沿って延びて２つの第１透磁背板４の間に設けられとともに、第３方向ｄ３において少なくとも２つの第１磁石２１１と少なくとも部分的に重ね合うことにより、コイル巻線２２１が磁力によって可動子構造２２とケース２０とを第１方向ｄ１に沿って往復運動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、リニアモータに関し、特に、独立した閉磁界を有するとともに、複数で組み合わせて使用できるリニアモータおよびそれを用いたモータ組に関する。

工業製造または自動制御等の分野において、従来、直線運動の位置制御を行うため、サーボモータとボールねじを連結する駆動方式が多く使用されている。主な適用分野としては、例えば、半導体、電子、光電、医療装置および自動化制御等の工業の高速開発および競争激化により、各分野においてモータの直線運動に対する性能要求も日々高まっており、高速度、低騒音および位置決め高精度等の特徴を有するモータが期待されている。そのため、多くのモータの用途では、従来のサーボモータ等の機械的な運動方式の代わりに、リニアモータが用いられている。

一般的に、従来のシャフトリニアモータを用いたモータ組では、複数のリニアモータが独立動作できるが、機構上の特徴によって、微小化して高推力を有するとともにモータによる磁界の間が互いに独立することは、非常に困難となっている。さらに、従来のシャフトリニアモータとしては、リニアガイドレールと位置検出装置を互いに整合する必要があり、整合不良または整合上の考慮による追加スペースが生じやすくなっている。

図１Ａは、従来のシャフトリニアモータを示す図である。図１Ａに示すように、従来のシャフトリニアモータ１は、ケース１０および軸部１１を有する。モータに用いられるコイル巻線は、軸部１１を取囲んでケース１０の内部に設けられる。前記コイル巻線が円状であるため、従来のシャフトリニアモータ１の高さまたは幅がスペースの制限で規制された場合、モータの出力を増加させようとするとモータの全長を増加させる必要がある。しかし、従来のシャフトリニアモータ１の細長比が大きすぎると、機構の剛性不良および製造困難等の問題を引き起こしてしまい、さらに、製造時に巻線およびポッティング等のプロセスの問題もある。

図１Ｂは、従来のシャフトリニアモータを用いたモータ組を示す図である。図１Ｂに示すように、モータ組１００は、複数の従来のシャフトリニアモータ１により構成される。上述した欠点以外に、モータ組における各従来のシャフトリニアモータ１による磁界は、互いに開放して存在するため、従来のシャフトリニアモータ１による磁界の間の干渉問題が容易に生じるという問題点があった。なお、モータのケースが互いに密着連結されるため、ケースの表面温度によって、モータ組に連結される位置検出部材では、高熱による故障等が発生するという問題点もあった。

従って、上述した各欠点および問題点を解決し、産業上の実用性を向上させるため、独立した閉磁界を有するリニアモータおよびそれを用いたモータ組の開発が必要となっている。

本発明の主な目的は、従来のシャフトリニアモータでは、整合不良によって追加スペースが必要となり、規格がスペースの制限で規制された場合に出力が効果的に増加せず、出力を増加させようとするとモータの細長比が大きすぎて、機構の剛性が不良かつ製造が困難で、巻線およびポッティングプロセスの難易度が高まる等の問題を解決することができるリニアモータおよびそれを用いたモータ組を提供することにある。また、本発明によれば、磁界の開放による、従来の複数のシャフトリニアモータの間における磁気回路干渉、およびコイルからケースの表面へ伝達した熱による位置検出部材の故障等の問題を解決することもできる。

本発明の別の目的は、コイル巻線の形状、位置設計、さらに第１透磁背板によって磁気回路が独立した閉磁界になるように閉じ込められることにより、リニアモータの間による磁気回路干渉の問題を効果的に解決可能なリニアモータおよびそれを用いたモータ組を提供することにある。また、モータ磁石および第１透磁背板の相互結合によって、スペースの制限を回避するとともに、細長比が増加することなく、モータ出力の効率を大幅に向上させ、さらに、機構の剛性を最適化し、製造プロセスを簡単にし、製造の難度を低下させるようになっている。

本発明の他の目的は、リニアモータのケースの第１本体と第２本体との間が連結部によって連結される機構特性により、検出部材までの熱伝達を効果的に減少させて放熱面積を増やすことのできるリニアモータおよびそれを用いたモータ組を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の好適な実施形態に係るリニアモータは、第１方向に沿って設けられるケースと、少なくとも２つの第１磁石を含む固定子構造と、露出部を有するコイル巻線を含む可動子構造と、を含む。少なくとも２つの前記第１磁石は、２つの第１透磁背板にそれぞれ対応して設けられる。第１透磁背板は、２つの第２透磁背板の間に対応して設けられる。前記露出部は、第２方向に沿って延びて２つの前記第１透磁背板の間に設けられるとともに、第３方向において前記少なくとも２つの第１磁石と少なくとも部分的に重ね合うことにより、前記コイル巻線が磁力によって前記可動子構造と前記ケースとを前記第１方向に沿って往復運動させる。

本発明によれば、前記第１方向と、前記第２方向と、前記第３方向とは、相互に直交する。さらに、前記第１方向、前記第２方向、および前記第３方向のうちのいずれか２つの方向は、互いに直交する。

一部の実施例において、各前記第１透磁背板は、第２磁石である。他の一部の実施例において、各前記第２磁石と少なくとも１つの前記第１磁石とが一体形成されて第３磁石を整合する。

一部の実施例において、前記ケースは、第１本体と、第２本体と、少なくとも１つの連結部とを含む。前記連結部は、前記第１本体と前記第２本体とに連結される。前記可動子構造の前記露出部は、前記第２方向に沿って前記第１本体から突出する。

上記の目的を達成するために、本発明の他の好適な実施形態に係るモータ組は、複数の第１透磁背板と、２つの隣り合う前記第１透磁背板の間に部分的に設けられる複数のリニアモータと、複数の前記第１透磁背板の対向する両側に設置されるとともに、前記対向する両側に設けられる２つの前記第１透磁背板にそれぞれ連結される２つの第２透磁背板と、を含む。複数の前記リニアモータは、第１方向に沿って設けられるケースと、少なくとも２つの第１磁石を含む固定子構造と、露出部を有するコイル巻線を含む可動子構造と、を含む。少なくとも２つの前記第１磁石は、２つの隣り合う前記第１透磁背板にそれぞれ対応して設けられる。第１透磁背板は、２つの第２透磁背板の間に対応して設けられる。
前記露出部は、第２方向に沿って前記ケースから延びて２つの隣り合う前記第１透磁背板の間に設けられるとともに、第３方向において前記少なくとも２つの第１磁石と少なくとも部分的に重ね合うことにより、前記コイル巻線が磁力によって前記可動子構造と前記ケースとを前記第１方向に沿って往復運動させる。

本発明によれば、各前記第１透磁背板は、第２磁石である。一部の実施形態の変形例において、各前記第２磁石と、隣り合う２つの前記リニアモータの前記固定子構造の前記第１磁石とが一体形成されて第３磁石を整合する。

本発明によれば、前記ケースは、第１本体と、第２本体と、少なくとも１つの連結部とを含む。前記連結部は、前記第１本体と前記第２本体とに連結される。前記可動子構造の前記露出部は、前記第２方向に沿って前記第１本体から突出する。

本発明によれば、各前記第１透磁背板は、透磁材料から製造されるもの、または永久磁石である。各前記第２透磁背板は、透磁材料から製造される。前記第１透磁背板および第２透磁背板の材料は、第１磁石、第２磁石および第３磁石に応じて選択されて、限られたスペースにおけるモータの推力を向上させる。

一部の実施例において、本発明に係るモータ組は、前記ケースの前記第２本体上に設けられるとともに、運動をガイドするための運動ガイド装置を含む。前記運動ガイド装置は、少なくとも１つのガイドレールを有する本体と、前記本体と前記ケースの前記第２本体とに連結され、前記本体を載せるための、少なくとも１つのスライダと、を含む。モータ組は、位置検出を行うためのリニア位置検出装置をさらに含む。前記リニア位置検出装置は、固定機構上に設けられる検出部材と、第２本体上に設けられるリニアスケールと、を含む。前記検出部材は、前記検出部材と前記リニアスケールとの間の相対運動によって、リニア位置の検出を行う。

図１Ａは、従来のシャフトリニアモータを示す図である。 図１Ｂは、従来のリニアモータを用いたモニタ組を示す図である。 図２は、本発明の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の構造を示す図である。 図３は、本発明の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。 図４は、本発明の他の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。 図５は、本発明の別の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。 図６は、本発明の好適な実施例に係るモータ組およびそれの運動ガイド装置、リニア位置検出装置の構造を示す図である。 図７は、図６に示すモータ組およびそれの運動ガイド装置、リニア位置検出装置の一部の正面図である。

以下、本発明の特徴とメリットを表す典型的な実施例について詳細に説明する。ここで理解すべきことは、本発明が異なる態様において様々な変更を含み、これらはいずれも本願発明の範囲を逸脱することではなく、しかも明細書および図面は、本願発明に対して制限することなく、本質的には本願発明を説明するものである。

図２は、本発明の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の構造を示す図である。図３は、本発明の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。図２および図３に示すように、本発明に係るリニアモータ２は、ケース２０と、固定子構造２１と、可動子構造２２とを含む。ケース２０は、第１方向ｄ１に沿って設けられる。固定子構造２１は、少なくとも２つの第１磁石２１１を含み、２つの第１磁石２１１は、２つの第１透磁背板４にそれぞれ対応して設けられる。可動子構造２２は、コイル巻線２２１を含み、コイル巻線２２１は、露出部２２１０を有する。露出部２２１０は、第２方向ｄ２に沿ってケース２０から延びて２つの前記第１透磁背板４の間に設けられるとともに、第３方向ｄ３において少なくとも２つの第１磁石２１１と少なくとも部分的に重ね合うことにより、コイル巻線２２１が磁力によって可動子構造２２とケース２０とを第１方向ｄ１に沿って往復運動させる。第１方向ｄ１と、第２方向ｄ２と、第３方向ｄ３とは、相互に直交し、かつ第１方向ｄ１、第２方向ｄ２、および第３方向ｄ３のうちのいずれか２つの方向が互いに直交する。言い換えれば、第１方向ｄ１、第２方向ｄ２、および第３方向ｄ３は、立体空間または３次元座標系において相互に直交する３つの軸方向である。

一部の実施例において、本発明に係るモータ組２００は、複数のリニアモータ２と、複数の第１透磁背板４と、２つの第２透磁背板５とを含む。各リニアモータ２は、２つの隣り合う第１透磁背板４の間に部分的に設けられ、すなわち、各２つの第１透磁背板４の間には、１つのリニアモータ２が設けられる。そのため、リニアモータ２の個数は、第１透磁背板４の個数から１を引いた数に等しい。各リニアモータ２は、上述したように、ケース２０と、固定子構造２１と、可動子構造２２とを含む。固定子構造の少なくとも２つの第１磁石が、前記２つの隣り合う第１透磁背板４にそれぞれ対応して設けられ、しかも、可動子構造２２のコイル巻線２２１における露出部２２１０が、第２方向ｄ２に沿ってケース２０から突出し、２つの隣り合う前記第１透磁背板４の間に少なくとも部分的に設けられる以外に、ケース２０、固定子構造２１および可動子構造２２については、上述した実施例と同様である。従って上述した実施例と同様なところについては、詳細な説明を省略する。また、２つの第２透磁背板５は、複数の第１透磁背板４の対向する両側に設けられるとともに、前記対向する両側に設けられる２つの前記第１透磁背板４にそれぞれ連結されることにより、第１透磁背板４の位置決めを補助する。上述に鑑み、本発明に係るリニアモータ２およびそれを用いたモータ組２００は、コイル巻線２２１の形状、位置設計、さらに第１透磁背板４によって磁気回路が独立した閉磁界になるように閉じ込まれることにより、リニアモータ２の間の磁気回路干渉問題を効果的に解決すると同時に、スペースの制限を回避し、かつ細長比が増加することなく、モータ出力の効率を大幅に向上させ、さらに、機構の剛性を最適化し、製造プロセスを簡単にし、製造の難易度を低下させることができる。

本発明によれば、第１透磁背板４および第２透磁背板５の全部または一部は、透磁材料、例えば、L字状の透磁材料または逆T字状の透磁材料から製造されてもよい。図面を容易に理解するために、図３には、第１透磁背板４および第２透磁背板５の一部が、異なる材質で示されているが、種々の実施形態においてそれに限定されない。

図４は、本発明の他の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。図４に示すように、本発明の第１透磁背板４は、第２磁石であってもよい。しかも、各第１透磁背板４の全部または一部は、第２磁石であってもよい。すなわち、各第１透磁背板４は、第１磁石２１１の設置部材および固定子構造２１の支持部材とされる以外に、永久磁石部材として機能していることで、リニアモータ２またはそれを用いたモータ組２００については、限られたスペースにおいてモータの推力を向上させるように、磁気回路の要求に応じて設計を変更することができる。

図５は、本発明の別の好適な実施例に係るリニアモータおよびそれを用いたモータ組の側面図である。図４および図５に示すように、一部の実施例において、各第２磁石、すなわち、第１透磁背板４と、少なくとも１つの第１磁石２１１とが一体形成されて第３磁石６を整合する。しかも、１つの第２磁石と、２つの隣り合う第１磁石２１１とが一体形成されて第３磁石６を整合することが好ましい。前記２つの隣り合う第１磁石２１１は、隣り合う２つのリニアモータ２の固定子構造２１の第１磁石２１１であり、しかも、同一の第１透磁背板４に設けられる第１磁石２１１であることが好ましいがそれに限定されない。言い換えれば、本発明の第１透磁背板４は、第１磁石２１１の設置部材および固定子構造２１の支持部材とされる以外に、永久磁石部材、または、第１磁石２１１と共に整合される、磁力の大きい他の永久磁石部材として機能してもよいが、いずれも本発明の保護範囲に属するものである。

図６は、本発明の好適な実施例に係るモータ組およびそれの運動ガイド装置、リニア位置検出装置の構造を示す図である。図７は、図６に示すモータ組およびそれの運動ガイド装置、リニア位置検出装置の一部の正面図である。図６および図７に示すように、本発明に係るモータ組２００のリニアモータ２のケース２０は、第１本体２０１と、第２本体２０２と、少なくとも１つの連結部２０３とを含む。第１本体２０１は、第１方向ｄ１に沿って設けられる。可動子構造２２の露出部２２１０は、第２方向ｄ２に沿って第１本体２０１から突出する。連結部２０３は、第１本体２０１および第２本体２０２に連結される。本実施例において、連結部２０３は、２個で示されるがそれに限定されない。しかも、連結部２０３の個数は、機構の強度または剛性、熱伝達または放熱面積等の様々な要求に応じて設計されてもよいが、１個以上であることが好ましい。言い換えれば、ケース２０は、連結部２０３によって連結される第１本体２０１および第２本体２０２を含む。ケース２０は、中空に設計されてもよい。これにより、全体の重量を軽減することができるとともに、熱伝達を減少して放熱面積を増やす効果が得られ、熱に敏感な電子部品、例えば、第２本体２０２上に設けられる電子部品（未図示）を保護するようになる。

本発明によれば、モータ組２００は、ケース２０の第２本体２０２上に設けられる運動ガイド装置７をさらに含んでもよい。運動ガイド装置７は、本体７０と、少なくとも１つのスライダ７１とを含む。本体７０は、ガイドレール７０１を有する。スライダ７１は、本体７０およびケース２０の第２本体２０２に連結されて本体７０を載せる。また、モータ組２００は、リニア位置検出装置８をさらに含む。リニア位置検出装置８は、検出部材８１およびリニアスケール８２を含む。検出部材８１は、固定機構上に設けられる。リニアスケール８２は、ケース２０の第２本体２０２上に設けられる。検出部材８１は、検出部材８１とリニアスケール８２との間の相対運動によって、例えば、光学スケールまたは磁性スケール等を読み取ることでリニア位置検出を行うがそれらに限定されない。本発明に係るリニアモータ２のケース２０は、上述した特殊な設計を採用するため、運動ガイド装置７とリニア位置検出装置８と効果的に整合されてスペースをさらに最適化する。

以上の説明により、本発明は、リニアモータおよびそれを用いたモータ組を提供する。本発明では、コイル巻線の形状、位置設計、さらに第１透磁背板によって磁気回路が独立した閉磁界になるように閉じ込められることにより、リニアモータ間の磁気回路の干渉問題を効果的に解決することができる。なお、スペースの制限を回避するとともに、細長比を増加することなく、モータ出力の効率を大幅に向上させる効果が得られ、さらに機構の剛性を最適化し製造プロセスと加工難度を簡単にする。また、リニアモータのケースの第１本体と第２本体との間が連結部によって連結される機構特性により、検出装置と共に整合されてスペースを最適化する以外に、熱伝達を減少して放熱面積を増やすことができる。

本発明の実施例についての詳細な説明により、本発明は、当該技術を熟知する当業者によって種々の改良を加えてもよいが、いずれも特許請求の範囲に保護される範囲から逸脱しない。

１００ モータ組
１ 従来の軸式リニアモータ
１０ ケース
１１ 軸部
２００ モータ組
２ リニアモータ
２０ ケース
２０１ 第１本体
２０２ 第２本体
２０３ 連結部
２１ 固定子構造
２１１ 第１磁石
２２ 可動子構造
２２１ コイル巻線
２２１０ 露出部
４ 第１透磁背板
５ 第２透磁背板
６ 第３磁石
７ 運動ガイド装置
７０ 本体
７０１ ガイドレール
７１ スライダ
８ リニア位置検出装置
８１ 検出部材
８２ リニアスケール
ｄ１ 第１方向
ｄ２ 第２方向
ｄ３ 第３方向

Claims (14)

1. リニアモータであって、
   第１方向に沿って設けられるケースと、
   少なくとも２つの第１磁石を含む固定子構造と、
   露出部を有するコイル巻線を含む可動子構造と、を含み、
   少なくとも２つの前記第１磁石は、２つの第１透磁背板の間にそれぞれ対応して設けられ、
   前記露出部は、第２方向に沿って延びて２つの前記第１透磁背板の間に設けられるとともに、第３方向において前記少なくとも２つの第１磁石と少なくとも部分的に重ね合うことにより、前記コイル巻線が磁力によって前記可動子構造と前記ケースとを、前記第１方向に沿って往復運動させることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第１方向と、前記第２方向と、前記第３方向とは、相互に直交し、
   前記第１方向、前記第２方向、および前記第３方向のうちのいずれか２つの方向は、互いに直交することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. ２つの前記第１透磁背板は、透磁材料から製造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。
4. 各前記第１透磁背板は、第２磁石であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
5. 各前記第２磁石と少なくとも１つの前記第１磁石とは、一体形成されて第３磁石を整合することを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記ケースは、第１本体と、第２本体と、少なくとも１つの連結部とを含み、
   前記連結部は、前記第１本体と前記第２本部とに連結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。
7. 前記第１本体は、前記第１方向に沿って設けられ、
   前記可動子構造の前記コイル巻線における前記露出部は、前記第２方向に沿って前記第１本体から突出することを特徴とする請求項６に記載のリニアモータ。
8. モータ組であって、
   複数の第１透磁背板と、
   ２つの隣り合う前記第１透磁背板の間に部分的に設けられる複数のリニアモータと、
   前記複数の第１透磁背板の対向する両側に設けられるとともに、前記対向する両側に設けられる２つの前記第１透磁背板にそれぞれ連結される２つの第２透磁背板と、を含み、
   複数の前記リニアモータは、
   第１方向に沿って設けられるケースと、
   少なくとも２つの第１磁石を含む固定子構造と、
   露出部を有するコイル巻線を含む可動子構造と、を含み、
   少なくとも２つの前記第１磁石は、２つの隣り合う前記第１透磁背板の間にそれぞれ対応して設けられ、
   前記露出部は、第２方向に沿って前記ケースから延びて２つの隣り合う前記第１透磁背板の間に少なくとも部分的に設けられるとともに、第３方向において少なくとも２つの前記第１磁石と少なくとも部分的に重ね合うことにより、前記コイル巻線が磁力によって前記可動子構造と前記ケースとを、前記第１方向に沿って往復運動させることを特徴とするモータ組。
9. 各前記第１透磁背板は、第２磁石であることを特徴とする請求項８に記載のモータ組。
10. 各前記第２磁石と、隣り合う２つの前記リニアモータの前記固定子構造の前記第１磁石とは、一体形成されて第３磁石を整合することを特徴とする請求項９に記載のモータ組。
11. ２つの前記第２透磁背板は、透磁材料から製造されることを特徴とする請求項８に記載のモータ組。
12. 前記ケースは、第１本体と、第２本体と、少なくとも１つの連結部とを含み、
    前記連結部は、前記第１本体と前記第２本部とに連結されることを特徴とする請求項８に記載のモータ組。
13. 前記第１本体は、前記第１方向に沿って設けられ、
    前記可動子構造における前記コイル巻線は、前記第１本体内に部分的に設けられ、
    前記露出部は、前記第２方向に沿って前記第１本体から突出することを特徴とする請求項１２に記載のモータ組。
14. 前記ケースの前記第２本体上に設けられる運動ガイド装置と、
    リニア位置検出装置と、をさらに含み、
    前記運動ガイド装置は、
    少なくとも１つのガイドレールを有する本体と、
    前記本体と前記ケースの前記第２本体とに連結されて、前記本体を載せるための少なくとも１つのスライダと、を含み、
    前記リニア位置検出装置は、
    固定機構上に設けられる検出部材と、
    前記ケースの前記第２本体上に設けられるリニアスケールと、を含み、
    前記検出部材は、前記リニアスケールと前記検出部材との間の相対運動によって、リニア位置の検出を行うことを特徴とする請求項１２に記載のモータ組。