JP3835112B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として引戸を電動走行させる際に用いるリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リニアモータは、図６に示すように、引戸などに設けた可動子２との間に磁力による推力を生じさせて可動子２を走行させる固定子１を備え、固定子１には可動子２の走行方向に列設された複数のコイル１１が設けられる。また、各コイル１１にはそれぞれ鉄心１３が挿通されており、鉄心１３の一端が可動子２に対面するように配置され、各鉄心１３の他端同士は固定子ヨーク１４により磁気的に結合される。一方、可動子２は、進行方向において複数の磁極が交互に異磁極となるように配置された永久磁石２１を備え、永久磁石２１の磁極が固定子に設けた鉄心１３の一端に対面することにより、可動子２には固定子１との間の磁力による推力が生じるようにしてある。可動子２を走行させる推力を発生させるには、各コイル１１に通電するタイミングを可動子２の位置に応じて制御する必要があるから、可動子２の位置を検出する磁気センサ（図示せず）が固定子１側に設けられ、磁気センサの出力に基づいて各コイル１１への通電タイミングが制御される。
【０００３】
ところで、上述した構成のブラシレスリニアモータにおいては、固定子１と可動子２との間に作用する磁力によって、可動子２を固定子１に対して進行させる推力だけではなく、固定子１と可動子２とを互いに近付ける向きの吸引力および互いに引き離す向きの反発力が発生する。このような吸引力および反発力によって固定子ヨーク１４には曲げ応力が生じ、しかも固定子ヨーク１４は可動子２の進行方向に沿って配置されており長寸であるから撓みやすいものである。固定子ヨーク１４が大きく撓むと固定子１と可動子２が接触し、固定子１と可動子２とが接触すれば騒音が発生したり、摩擦によって可動子２が移動できなくなったりするから、固定子ヨーク１４の撓みを防止することが要求される。
【０００４】
従来から提供されているリニアモータにおける固定子ヨーク１４は平板状であって、固定子ヨーク１４の撓みを防止する技術として、固定子ヨーク１４が取り付けられる固定子枠４に対する固定箇所を増やすことが考えられている。つまり、固定子ヨーク１４を固定子枠４にねじ止めする箇所や接着する箇所を多くすることで固定子ヨーク１４の撓みを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように固定子ヨーク１４を固定子枠４に固定する箇所を増やすようにすれば、固定子ヨーク１４の撓みを減少させることができるものの、固定箇所が多くなるほど固定子ヨーク１４の固定作業に手間がかかることになる。
【０００６】
そこで、固定子ヨーク１４の厚み寸法を大きくすることが考えられるが、固定子ヨーク１４の厚み寸法は、可動子２を移動させるための推力を得るのに必要な磁束に応じて設計されるものであり、この磁束により要求される厚み寸法に比較して、固定子ヨーク１４の強度を確保するための厚み寸法のほうが大幅に大きいと、固定子ヨーク１４を形成する材料に無駄が生じ、しかも固定子ヨーク１４の重量が増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、固定子ヨークの材料増加を抑制しながらも固定子ヨークの剛性を高めることによって、固定子ヨークの固定箇所を比較的少なくして製造を容易にし、かつ材料に多くの無駄を生じさせたり重量増を生じさせることがないリニアモータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、可動子の進行方向に沿って列設されコイルボビンに巻装された複数個のコイルと、前記各コイルにそれぞれ挿通された鉄心と、各鉄心の一端部が磁気的に結合され可動子の進行方向に並ぶ鉄心間を磁気的に結合する固定子ヨークとを固定子に備え、可動子は進行方向において異磁極が交互に並び鉄心の他端部との間の磁力により推力を受ける磁石を備え、固定子ヨークが、鉄心を一面に配列した主片を有するとともに、可動子の進行方向に直交する断面において主片の両端に主片の厚み方向に突出する一対の補強片が連続一体に形成されたコ字状に形成され、主片と両補強片とに囲まれる空間が配線用に用いられているものである。
この構成によれば、固定子ヨークが、鉄心を配列した主片の厚み方向に突出する一対の補強片を連続一体に設けたコ字状に形成されていることによって、平板状の固定子ヨークに比較すれば曲げ応力に対する変形量が小さくなる。つまり、平板状の固定子ヨークと同程度の曲げ応力を許容するとすれば、固定子枠などへの固定箇所の間隔を平板状の固定子ヨークよりも広くとることが可能になって固定箇所を従来構成よりも減少させて組立作業を容易にすることができる。しかも、固定子ヨークの剛性を高めるために、固定子ヨークの全体の厚み寸法を大きくするのではなく、固定子ヨークの一部に補強片を形成しているだけであるから、固定子ヨークの厚み寸法を大きくする場合に比較すると材料増を抑制することができ、結果的に重量増も抑制される。つまり、可動子を移動させる推力を得るのに必要な磁束によって決まる固定子ヨークの断面積に対する大幅増を避けながらも固定子ヨークの剛性を高めることができる。さらに、コイルを励磁する電力を供給する電力用配線や可動子の位置を検出するセンサの出力を取り出す信号用配線を収納する配線用の空間として、コ字状に形成された固定子ヨークの内部空間を利用しているから、従来構成に比較して体積増がほとんど生じない。つまり、従来構成においても電力用配線や信号用配線を収納する配線用の空間は必須であったから固定子ヨークとは別に配線用の空間を設けていたが、断面コ字状の固定子ヨークの内部空間を配線用に流用することで固定子ヨークの体積増と配線用の空間の体積減とが相殺されて、全体としての体積増はほとんど生じないことになる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が前記主片における前記一面とは反対側に突出する形で形成されているものである。
この構成によれば、請求項１の発明の効果に加えて、配線用の空間が鉄心を配置した面の反対側に設けられているから、固定子ヨークの横幅寸法の増加は生じない。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記固定子ヨークの両補強片の先端間に跨る形で両補強片と主片とに囲まれる空間を閉塞する金属製の固定子枠が設けられ、固定子枠に両補強片の中間部で分割する突片が一体に設けられるとともに、突片により分離された各空間に電力用配線と信号用配線とが分離して配線されるものである。この構成によれば、固定子枠を金属（たとえば、アルミニウム、鉄など）で形成しておき、固定子枠に設けた突片で配線用の空間を分離しているから、電力用配線と信号用配線とを分離して混触を防止することができ、しかも固定子ヨークおよび固定子枠で信号用配線の電磁シールドを行うことになって、電力用配線から信号用配線へのノイズの混入による誤動作を防止することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が、前記主片における前記一面側に突出する形で形成されているものである。
この構成によれば、請求項１の発明の効果に加えて、補強片が鉄心を設けている側に突出しているから、補強片の突出寸法を固定子ヨークの主片からの鉄心の突出寸法以下に設定しておくことで、固定子ヨークの剛性を増加させるための補強片を設けたことによる全体の嵩の増加を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本実施形態は、図１ないし図３に示すように、固定子ヨーク１４として板金を断面コ字状に折曲したものを用いている。つまり、固定子ヨーク１４は可動子２の進行方向に直交する断面において、主片１４ａの両端にそれぞれ補強片１４ｂを連続一体に突設した形状であって、主片１４ａと補強片１４ｂとによりコ字状に形成されている。主片１４ａには鉄心１３の一端がかしめて固着されており、鉄心１３の他端部は主片１４ａに対して補強片１４ｂとは反対向き（つまり、図１の上向き）に突出する。この固定子ヨーク１４は、電磁軟鉄などの磁性材料からなる平板をプレス加工することによって、図１における上面が開放された断面コ字状に形成してある。
【００１３】
本実施形態の構成をさらに具体的に説明する。図１、図２に示すように、固定子１と可動子２とは対置され、固定子１は複数個の電磁石１０を等ピッチで列設した構成を有する。各電磁石１０は図２、図３に示すように、可動子２の走行方向において一直線上に列設されており、各電磁石１０はそれぞれコイル１１が合成樹脂成形品のコイルボビン１２に巻装され、コイルボビン１２の中心孔に鉄心１３が挿通された構成を有する。鉄心１３の一端部は他の部位よりも大径となったヘッド１３ａを形成しており、このヘッド１３ａは可動子２に対面する磁極として機能する。また、鉄心１３の他端にはダボ１３ｂが突設され、断面コ字状に軟磁性体で形成した固定子ヨーク１４の主片１４ａに形成した孔にダボ１３ｂが圧入されるとともに、ダボ１３ｂがかしめられることによって鉄心１３が固定子ヨーク１４に固定される。固定子ヨーク１４には複数個の鉄心１３が結合され、各鉄心１３が固定子ヨーク１４に磁気的に結合されるとともに、各鉄心１３間が固定子ヨーク１４を介して磁気的に結合される。
【００１４】
図２に示す固定子ヨーク１４は金属製（本実施形態では、アルミニウム製）の固定子枠４に対して３箇所でねじ５により固定されている。固定子枠４は固定子ヨーク１４の両補強片１４ｂの先端間に跨る（つまり、固定子ヨーク１４の開口面を閉塞する）ように固定子ヨーク１４と結合される。また、固定子枠４には、固定子ヨーク１４において主片１４ａと両補強片１４ｂとに囲まれる空間内に挿入されて、この空間を２分割する突片４ａが形成されている。ここに、ねじ５は突片４ａに螺合する。さらに、鉄心１３のヘッド１３ａ側には下面開放された断面コ字状に形成された合成樹脂成形品の固定子カバー１７が配置されている。この固定子カバー１７は可動子２がヘッド１３ａに接触するのを防止する保護機能を有し、かつ可動子２が図１の左右方向に外れないようにする案内機能も有している。
【００１５】
一方、可動子２は走行方向において交互に異磁極が並ぶ永久磁石２１を備える。永久磁石２１は厚み方向の一面が鉄心１３のヘッド１３ａに対面するように配置され、永久磁石２１の厚み方向の他面には可動子ヨーク２２が重ね合わされている。可動子ヨーク２２は永久磁石２１の上記他面側への磁束の漏洩を抑制して磁気効率を高めるために設けられている。永久磁石２１と可動子ヨーク２２とは重ね合わせた状態で合成樹脂成形品の磁石ケース２３に収納されている。磁石ケース２３は可動子ヨーク２２側が開放された断面Ｃ字状に形成され、永久磁石２１における固定子１との対面部位を保護する。永久磁石２１は複数個の永久磁石を並べた形でもよいが、本実施形態では１枚の磁性体板に長手方向に沿って多極に着磁することによって永久磁石２１を形成してある。永久磁石２１の各磁極は等ピッチに形成されている。
【００１６】
図２に示すように、固定子１には磁気センサブロック３も設けられる。磁気センサブロック３は可動子２に設けた永久磁石２１の磁極の位置を検出するための磁気センサ（ホールＩＣなど）を備え、磁気センサブロック３の出力を図示しない制御回路に与えることによって、制御回路が各コイル１１への通電タイミングを制御し、これによって可動子２と固定子１との間に磁力が作用して可動子２が推力を受ける。磁気センサブロック３と制御回路との間は信号用配線１６により接続され、コイル１１を励磁する電力は電力用配線１５を通して供給される。電力用配線１５と信号用配線１６とは固定子ヨーク１４の内部空間に配置されており、かつ電力用配線１５と信号用配線１６とは、互いに混触しないように突片４ａで分離された各空間に分離された形で収納される。このように電力用配線１５と信号用配線１６とを独立した別空間に収納することで、誤配線の可能性を低減することができる。しかも、各空間はともに金属製である固定子枠４と固定子ヨーク１４とにより囲まれているから、電力用配線１５と信号用配線１６とは電磁シールドされていることになり、パルス状の電流が流れる電力用配線１５からのノイズが信号用配線１６に混入することがなく、磁気センサブロック３から制御回路への信号にノイズが混入することによる誤動作を防止することができる。
【００１７】
ここで、本実施形態のように断面コ字状の固定子ヨーク１４を用いた場合と、従来構成のように平板状の固定子ヨーク１４を用いた場合との曲げ剛性について考察しておく。いま、図４（ｂ）のように、幅寸法がｂ、厚みがｔであって均等な厚みを有し、材料のヤング率がＥである平板状の固定子ヨーク１４について、曲げ剛性を求めると、次式のようになる。
Ｅ×ｂ×ｔ3／１２
一方、図４（ａ）のように幅寸法がｂ、厚みがｔであって均等な厚みを有し、補強片１４ａの突出寸法がｈであるようなコ字状の固定子ヨーク１４について、曲げ剛性を求めると、次式のようになる。
Ｅ×［２｛ｔ×ｈ3／１２ + （ｈ／２＋ｔ−ｙ０）２×（ｈ×ｔ）｝＋（ｂ×ｔ3／１２）＋（ｔ／２−ｙ０）２×（ｂ×ｔ）］
と表せる。ただし、
ｙ０＝｛（ｂ×ｔ）×ｔ／２＋（ｈ×ｔ）×（ｈ／２＋ｔ）×２｝／｛ｂ×ｔ＋２（ｈ×ｔ）｝である。
【００１８】
これらの式に具体的に数値を当てはめれば、固定子ヨーク１４が平板状である場合と断面コ字状である場合との曲げ剛性の増加率を評価することができる。たとえば、幅が２６ｍｍ、厚みが２ｍｍの平板状の固定子ヨーク１４と、幅が２６ｍｍ、厚みが２ｍｍであって、補強片１４ａの突出寸法が４ｍｍであるコ字状の固定子ヨーク１４とを比較すると、コ字状の固定子ヨーク１４は、約８．６倍の曲げ剛性を持つことになり、平板状の固定子ヨーク１４の厚みを２倍にしたときの剛性（８倍）と同程度の曲げ剛性を持つことになる。言い換えると、同じ大きさの吸引力を受けたときの変形量は約１／８となるから、平板状の固定子ヨーク１４を使用した場合と比較して固定箇所を少なくしても変形を小さく抑えることができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図５に示すように、固定ヨーク１４に設けた補強片１４ｂを主片１４ａに対して鉄心１３と同じ向きに突出させているものである。つまり、主片１４ａと補強片１４ｂとに囲まれた空間内に鉄心１３の一部を収納した形になっており、図５の上下方向における寸法を図２に示す構成よりも小さくすることができる。つまり、固定子枠４からの固定子１の突出寸法を第１の実施の形態よりも小さくすることができる。ただし、本実施形態における固定子ヨーク１４は図５における左右幅が第１の実施の形態よりも広く設定してあり、コイル１１と一方の補強片１４ｂと間の空間を配線用の空間として利用している。つまり、電力用配線と信号用配線とはコイル１１と補強片１４ｂとの間に配置される。なお、電力用配線と信号用配線とは必ずしも固定子ヨーク１４の中に収納する必要はなく、固定子ヨーク１４の外部で配線してもよい。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２０】
なお、上述した実施形態において、断面コ字状の固定子ヨーク１４を用いたが、断面Ｌ字状の固定子ヨーク１４を用いても固定子ヨーク１４の剛性を高めることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、可動子の進行方向に沿って列設されコイルボビンに巻装された複数個のコイルと、前記各コイルにそれぞれ挿通された鉄心と、各鉄心の一端部が磁気的に結合され可動子の進行方向に並ぶ鉄心間を磁気的に結合する固定子ヨークとを固定子に備え、可動子は進行方向において異磁極が交互に並び鉄心の他端部との間の磁力により推力を受ける磁石を備え、固定子ヨークが、鉄心を一面に配列した主片を有するとともに、可動子の進行方向に直交する断面において主片の両端に主片の厚み方向に突出する一対の補強片が連続一体に形成されたコ字状に形成され、主片と両補強片とに囲まれる空間が配線用に用いられているものであり、固定子ヨークが、鉄心を配列した主片の厚み方向に突出する一対の補強片を連続一体に設けたコ字状に形成されていることによって、同じ厚み寸法の平板状の固定子ヨークに比較すれば曲げ応力に対する変形量が小さくなる（曲げ剛性が増加する）。つまり、平板状の固定子ヨークと同程度の曲げ応力を許容するとすれば、固定子枠などへの固定箇所の間隔を平板状の固定子ヨークよりも広くとることが可能になって固定箇所を従来構成よりも減少させて組立作業を容易にすることができる。固定箇所を従来構成と等しくするのであれば、固定子ヨークの変形量が従来構成よりも少なくなり、高精度なリニアモータを提供することが可能になる。しかも、固定子ヨークの剛性を高めるために、固定子ヨークの全体の厚み寸法を大きくするのではなく、固定子ヨークの一部に補強片を形成しているだけであるから、固定子ヨークの厚み寸法を大きくする場合に比較すると材料増を抑制することができ、結果的に重量増も抑制される。つまり、可動子を移動させる推力を得るのに必要な磁束によって決まる固定子ヨークの断面積に対する大幅増を避けながらも固定子ヨークの剛性を高めることができる。さらに、コイルを励磁する電力を供給する電力用配線や可動子の位置を検出するセンサの出力を取り出す信号用配線を収納する配線用の空間として、コ字状に形成された固定子ヨークの内部空間を利用しているから、従来構成に比較して体積増がほとんど生じない。つまり、従来構成においても電力用配線や信号用配線を収納する配線用の空間は必須であったから固定子ヨークとは別に配線用の空間を設けていたが、断面コ字状の固定子ヨークの内部空間を配線用に流用することで固定子ヨークの体積増と配線用の空間の体積減とが相殺されて、全体としての体積増はほとんど生じないことになる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が前記主片における前記一面とは反対側に突出する形で形成されているものであり、固定子ヨークの横幅寸法の増加が生じないという利点がある。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記固定子ヨークの両補強片の先端間に跨る形で両補強片と主片とに囲まれる空間を閉塞する金属製の固定子枠が設けられ、固定子枠に両補強片の中間部で分割する突片が一体に設けられるとともに、突片により分離された各空間に電力用配線と信号用配線とが分離して配線されるものであり、固定子枠を金属で形成し固定子枠に設けた突片で配線用の空間を分離しているから、電力用配線と信号用配線とを分離して混触を防止することができ、しかも固定子ヨークおよび固定子枠で信号用配線の電磁シールドを行うことになって、電力用配線から信号用配線へのノイズの混入による誤動作を防止することができるという利点がある。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が、前記主片における前記一面側に突出する形で形成されているものであり、補強片が鉄心を設けている側に突出しているから、補強片の突出寸法を固定子ヨークの主片からの鉄心の突出寸法以下に設定しておくことで、固定子ヨークの剛性を増加させるための補強片を設けたことによる全体の嵩の増加を防止することができる。しかも、鉄心の突出寸法以下であれば体積増が生じないから、主片からの補強片の突出寸法を比較的大きくとることができ、固定子ヨークの剛性を体積増を伴わずに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す全体構成の側面図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上に用いる固定子の斜視図である。
【図４】固定子ヨークの断面形状の相違による剛性を比較説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 可動子
３ 磁気センサブロック
４ 固定子枠
４ａ 突片
１０ 電磁石
１１ コイル
１２ コイルボビン
１３ 鉄心
１４ 固定子ヨーク
１４ａ 主片
１４ｂ 補強片
１５ 電力用配線
１６ 信号用配線
２１ 永久磁石
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として引戸を電動走行させる際に用いるリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、リニアモータは、図６に示すように、引戸などに設けた可動子２との間に磁力による推力を生じさせて可動子２を走行させる固定子１を備え、固定子１には可動子２の走行方向に列設された複数のコイル１１が設けられる。また、各コイル１１にはそれぞれ鉄心１３が挿通されており、鉄心１３の一端が可動子２に対面するように配置され、各鉄心１３の他端同士は固定子ヨーク１４により磁気的に結合される。一方、可動子２は、進行方向において複数の磁極が交互に異磁極となるように配置された永久磁石２１を備え、永久磁石２１の磁極が固定子に設けた鉄心１３の一端に対面することにより、可動子２には固定子１との間の磁力による推力が生じるようにしてある。可動子２を走行させる推力を発生させるには、各コイル１１に通電するタイミングを可動子２の位置に応じて制御する必要があるから、可動子２の位置を検出する磁気センサ（図示せず）が固定子１側に設けられ、磁気センサの出力に基づいて各コイル１１への通電タイミングが制御される。
【０００３】
ところで、上述した構成のブラシレスリニアモータにおいては、固定子１と可動子２との間に作用する磁力によって、可動子２を固定子１に対して進行させる推力だけではなく、固定子１と可動子２とを互いに近付ける向きの吸引力および互いに引き離す向きの反発力が発生する。このような吸引力および反発力によって固定子ヨーク１４には曲げ応力が生じ、しかも固定子ヨーク１４は可動子２の進行方向に沿って配置されており長寸であるから撓みやすいものである。固定子ヨーク１４が大きく撓むと固定子１と可動子２が接触し、固定子１と可動子２とが接触すれば騒音が発生したり、摩擦によって可動子２が移動できなくなったりするから、固定子ヨーク１４の撓みを防止することが要求される。
【０００４】
従来から提供されているリニアモータにおける固定子ヨーク１４は平板状であって、固定子ヨーク１４の撓みを防止する技術として、固定子ヨーク１４が取り付けられる固定子枠４に対する固定箇所を増やすことが考えられている。つまり、固定子ヨーク１４を固定子枠４にねじ止めする箇所や接着する箇所を多くすることで固定子ヨーク１４の撓みを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように固定子ヨーク１４を固定子枠４に固定する箇所を増やすようにすれば、固定子ヨーク１４の撓みを減少させることができるものの、固定箇所が多くなるほど固定子ヨーク１４の固定作業に手間がかかることになる。
【０００６】
そこで、固定子ヨーク１４の厚み寸法を大きくすることが考えられるが、固定子ヨーク１４の厚み寸法は、可動子２を移動させるための推力を得るのに必要な磁束に応じて設計されるものであり、この磁束により要求される厚み寸法に比較して、固定子ヨーク１４の強度を確保するための厚み寸法のほうが大幅に大きいと、固定子ヨーク１４を形成する材料に無駄が生じ、しかも固定子ヨーク１４の重量が増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、固定子ヨークの材料増加を抑制しながらも固定子ヨークの剛性を高めることによって、固定子ヨークの固定箇所を比較的少なくして製造を容易にし、かつ材料に多くの無駄を生じさせたり重量増を生じさせることがないリニアモータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、可動子の進行方向に沿って列設されコイルボビンに巻装された複数個のコイルと、前記各コイルにそれぞれ挿通された鉄心と、各鉄心の一端部が磁気的に結合され可動子の進行方向に並ぶ鉄心間を磁気的に結合する固定子ヨークとを固定子に備え、可動子は進行方向において異磁極が交互に並び鉄心の他端部との間の磁力により推力を受ける磁石を備え、固定子ヨークが、鉄心を一面に配列した主片を有するとともに、可動子の進行方向に直交する断面において主片の両端に主片の厚み方向に突出する一対の補強片が連続一体に形成されたコ字状に形成され、主片と両補強片とに囲まれる空間が配線用に用いられているものである。
この構成によれば、固定子ヨークが、鉄心を配列した主片の厚み方向に突出する一対の補強片を連続一体に設けたコ字状に形成されていることによって、平板状の固定子ヨークに比較すれば曲げ応力に対する変形量が小さくなる。つまり、平板状の固定子ヨークと同程度の曲げ応力を許容するとすれば、固定子枠などへの固定箇所の間隔を平板状の固定子ヨークよりも広くとることが可能になって固定箇所を従来構成よりも減少させて組立作業を容易にすることができる。しかも、固定子ヨークの剛性を高めるために、固定子ヨークの全体の厚み寸法を大きくするのではなく、固定子ヨークの一部に補強片を形成しているだけであるから、固定子ヨークの厚み寸法を大きくする場合に比較すると材料増を抑制することができ、結果的に重量増も抑制される。つまり、可動子を移動させる推力を得るのに必要な磁束によって決まる固定子ヨークの断面積に対する大幅増を避けながらも固定子ヨークの剛性を高めることができる。さらに、コイルを励磁する電力を供給する電力用配線や可動子の位置を検出するセンサの出力を取り出す信号用配線を収納する配線用の空間として、コ字状に形成された固定子ヨークの内部空間を利用しているから、従来構成に比較して体積増がほとんど生じない。つまり、従来構成においても電力用配線や信号用配線を収納する配線用の空間は必須であったから固定子ヨークとは別に配線用の空間を設けていたが、断面コ字状の固定子ヨークの内部空間を配線用に流用することで固定子ヨークの体積増と配線用の空間の体積減とが相殺されて、全体としての体積増はほとんど生じないことになる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が前記主片における前記一面とは反対側に突出する形で形成されているものである。
この構成によれば、請求項１の発明の効果に加えて、配線用の空間が鉄心を配置した面の反対側に設けられているから、固定子ヨークの横幅寸法の増加は生じない。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記固定子ヨークの両補強片の先端間に跨る形で両補強片と主片とに囲まれる空間を閉塞する金属製の固定子枠が設けられ、固定子枠に両補強片の中間部で分割する突片が一体に設けられるとともに、突片により分離された各空間に電力用配線と信号用配線とが分離して配線されるものである。この構成によれば、固定子枠を金属（たとえば、アルミニウム、鉄など）で形成しておき、固定子枠に設けた突片で配線用の空間を分離しているから、電力用配線と信号用配線とを分離して混触を防止することができ、しかも固定子ヨークおよび固定子枠で信号用配線の電磁シールドを行うことになって、電力用配線から信号用配線へのノイズの混入による誤動作を防止することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が、前記主片における前記一面側に突出する形で形成されているものである。
この構成によれば、請求項１の発明の効果に加えて、補強片が鉄心を設けている側に突出しているから、補強片の突出寸法を固定子ヨークの主片からの鉄心の突出寸法以下に設定しておくことで、固定子ヨークの剛性を増加させるための補強片を設けたことによる全体の嵩の増加を防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本実施形態は、図１ないし図３に示すように、固定子ヨーク１４として板金を断面コ字状に折曲したものを用いている。つまり、固定子ヨーク１４は可動子２の進行方向に直交する断面において、主片１４ａの両端にそれぞれ補強片１４ｂを連続一体に突設した形状であって、主片１４ａと補強片１４ｂとによりコ字状に形成されている。主片１４ａには鉄心１３の一端がかしめて固着されており、鉄心１３の他端部は主片１４ａに対して補強片１４ｂとは反対向き（つまり、図１の上向き）に突出する。この固定子ヨーク１４は、電磁軟鉄などの磁性材料からなる平板をプレス加工することによって、図１における上面が開放された断面コ字状に形成してある。
【００１３】
本実施形態の構成をさらに具体的に説明する。図１、図２に示すように、固定子１と可動子２とは対置され、固定子１は複数個の電磁石１０を等ピッチで列設した構成を有する。各電磁石１０は図２、図３に示すように、可動子２の走行方向において一直線上に列設されており、各電磁石１０はそれぞれコイル１１が合成樹脂成形品のコイルボビン１２に巻装され、コイルボビン１２の中心孔に鉄心１３が挿通された構成を有する。鉄心１３の一端部は他の部位よりも大径となったヘッド１３ａを形成しており、このヘッド１３ａは可動子２に対面する磁極として機能する。また、鉄心１３の他端にはダボ１３ｂが突設され、断面コ字状に軟磁性体で形成した固定子ヨーク１４の主片１４ａに形成した孔にダボ１３ｂが圧入されるとともに、ダボ１３ｂがかしめられることによって鉄心１３が固定子ヨーク１４に固定される。固定子ヨーク１４には複数個の鉄心１３が結合され、各鉄心１３が固定子ヨーク１４に磁気的に結合されるとともに、各鉄心１３間が固定子ヨーク１４を介して磁気的に結合される。
【００１４】
図２に示す固定子ヨーク１４は金属製（本実施形態では、アルミニウム製）の固定子枠４に対して３箇所でねじ５により固定されている。固定子枠４は固定子ヨーク１４の両補強片１４ｂの先端間に跨る（つまり、固定子ヨーク１４の開口面を閉塞する）ように固定子ヨーク１４と結合される。また、固定子枠４には、固定子ヨーク１４において主片１４ａと両補強片１４ｂとに囲まれる空間内に挿入されて、この空間を２分割する突片４ａが形成されている。ここに、ねじ５は突片４ａに螺合する。さらに、鉄心１３のヘッド１３ａ側には下面開放された断面コ字状に形成された合成樹脂成形品の固定子カバー１７が配置されている。この固定子カバー１７は可動子２がヘッド１３ａに接触するのを防止する保護機能を有し、かつ可動子２が図１の左右方向に外れないようにする案内機能も有している。
【００１５】
一方、可動子２は走行方向において交互に異磁極が並ぶ永久磁石２１を備える。永久磁石２１は厚み方向の一面が鉄心１３のヘッド１３ａに対面するように配置され、永久磁石２１の厚み方向の他面には可動子ヨーク２２が重ね合わされている。可動子ヨーク２２は永久磁石２１の上記他面側への磁束の漏洩を抑制して磁気効率を高めるために設けられている。永久磁石２１と可動子ヨーク２２とは重ね合わせた状態で合成樹脂成形品の磁石ケース２３に収納されている。磁石ケース２３は可動子ヨーク２２側が開放された断面Ｃ字状に形成され、永久磁石２１における固定子１との対面部位を保護する。永久磁石２１は複数個の永久磁石を並べた形でもよいが、本実施形態では１枚の磁性体板に長手方向に沿って多極に着磁することによって永久磁石２１を形成してある。永久磁石２１の各磁極は等ピッチに形成されている。
【００１６】
図２に示すように、固定子１には磁気センサブロック３も設けられる。磁気センサブロック３は可動子２に設けた永久磁石２１の磁極の位置を検出するための磁気センサ（ホールＩＣなど）を備え、磁気センサブロック３の出力を図示しない制御回路に与えることによって、制御回路が各コイル１１への通電タイミングを制御し、これによって可動子２と固定子１との間に磁力が作用して可動子２が推力を受ける。磁気センサブロック３と制御回路との間は信号用配線１６により接続され、コイル１１を励磁する電力は電力用配線１５を通して供給される。電力用配線１５と信号用配線１６とは固定子ヨーク１４の内部空間に配置されており、かつ電力用配線１５と信号用配線１６とは、互いに混触しないように突片４ａで分離された各空間に分離された形で収納される。このように電力用配線１５と信号用配線１６とを独立した別空間に収納することで、誤配線の可能性を低減することができる。しかも、各空間はともに金属製である固定子枠４と固定子ヨーク１４とにより囲まれているから、電力用配線１５と信号用配線１６とは電磁シールドされていることになり、パルス状の電流が流れる電力用配線１５からのノイズが信号用配線１６に混入することがなく、磁気センサブロック３から制御回路への信号にノイズが混入することによる誤動作を防止することができる。
【００１７】
ここで、本実施形態のように断面コ字状の固定子ヨーク１４を用いた場合と、従来構成のように平板状の固定子ヨーク１４を用いた場合との曲げ剛性について考察しておく。いま、図４（ｂ）のように、幅寸法がｂ、厚みがｔであって均等な厚みを有し、材料のヤング率がＥである平板状の固定子ヨーク１４について、曲げ剛性を求めると、次式のようになる。
Ｅ×ｂ×ｔ3／１２
一方、図４（ａ）のように幅寸法がｂ、厚みがｔであって均等な厚みを有し、補強片１４ａの突出寸法がｈであるようなコ字状の固定子ヨーク１４について、曲げ剛性を求めると、次式のようになる。
Ｅ×［２｛ｔ×ｈ3／１２ + （ｈ／２＋ｔ−ｙ０）２×（ｈ×ｔ）｝＋（ｂ×ｔ3／１２）＋（ｔ／２−ｙ０）２×（ｂ×ｔ）］
と表せる。ただし、
ｙ０＝｛（ｂ×ｔ）×ｔ／２＋（ｈ×ｔ）×（ｈ／２＋ｔ）×２｝／｛ｂ×ｔ＋２（ｈ×ｔ）｝である。
【００１８】
これらの式に具体的に数値を当てはめれば、固定子ヨーク１４が平板状である場合と断面コ字状である場合との曲げ剛性の増加率を評価することができる。たとえば、幅が２６ｍｍ、厚みが２ｍｍの平板状の固定子ヨーク１４と、幅が２６ｍｍ、厚みが２ｍｍであって、補強片１４ａの突出寸法が４ｍｍであるコ字状の固定子ヨーク１４とを比較すると、コ字状の固定子ヨーク１４は、約８．６倍の曲げ剛性を持つことになり、平板状の固定子ヨーク１４の厚みを２倍にしたときの剛性（８倍）と同程度の曲げ剛性を持つことになる。言い換えると、同じ大きさの吸引力を受けたときの変形量は約１／８となるから、平板状の固定子ヨーク１４を使用した場合と比較して固定箇所を少なくしても変形を小さく抑えることができる。
【００１９】
（第２の実施の形態）
本実施形態は、図５に示すように、固定ヨーク１４に設けた補強片１４ｂを主片１４ａに対して鉄心１３と同じ向きに突出させているものである。つまり、主片１４ａと補強片１４ｂとに囲まれた空間内に鉄心１３の一部を収納した形になっており、図５の上下方向における寸法を図２に示す構成よりも小さくすることができる。つまり、固定子枠４からの固定子１の突出寸法を第１の実施の形態よりも小さくすることができる。ただし、本実施形態における固定子ヨーク１４は図５における左右幅が第１の実施の形態よりも広く設定してあり、コイル１１と一方の補強片１４ｂと間の空間を配線用の空間として利用している。つまり、電力用配線と信号用配線とはコイル１１と補強片１４ｂとの間に配置される。なお、電力用配線と信号用配線とは必ずしも固定子ヨーク１４の中に収納する必要はなく、固定子ヨーク１４の外部で配線してもよい。他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。
【００２０】
なお、上述した実施形態において、断面コ字状の固定子ヨーク１４を用いたが、断面Ｌ字状の固定子ヨーク１４を用いても固定子ヨーク１４の剛性を高めることが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明は、可動子の進行方向に沿って列設されコイルボビンに巻装された複数個のコイルと、前記各コイルにそれぞれ挿通された鉄心と、各鉄心の一端部が磁気的に結合され可動子の進行方向に並ぶ鉄心間を磁気的に結合する固定子ヨークとを固定子に備え、可動子は進行方向において異磁極が交互に並び鉄心の他端部との間の磁力により推力を受ける磁石を備え、固定子ヨークが、鉄心を一面に配列した主片を有するとともに、可動子の進行方向に直交する断面において主片の両端に主片の厚み方向に突出する一対の補強片が連続一体に形成されたコ字状に形成され、主片と両補強片とに囲まれる空間が配線用に用いられているものであり、固定子ヨークが、鉄心を配列した主片の厚み方向に突出する一対の補強片を連続一体に設けたコ字状に形成されていることによって、同じ厚み寸法の平板状の固定子ヨークに比較すれば曲げ応力に対する変形量が小さくなる（曲げ剛性が増加する）。つまり、平板状の固定子ヨークと同程度の曲げ応力を許容するとすれば、固定子枠などへの固定箇所の間隔を平板状の固定子ヨークよりも広くとることが可能になって固定箇所を従来構成よりも減少させて組立作業を容易にすることができる。固定箇所を従来構成と等しくするのであれば、固定子ヨークの変形量が従来構成よりも少なくなり、高精度なリニアモータを提供することが可能になる。しかも、固定子ヨークの剛性を高めるために、固定子ヨークの全体の厚み寸法を大きくするのではなく、固定子ヨークの一部に補強片を形成しているだけであるから、固定子ヨークの厚み寸法を大きくする場合に比較すると材料増を抑制することができ、結果的に重量増も抑制される。つまり、可動子を移動させる推力を得るのに必要な磁束によって決まる固定子ヨークの断面積に対する大幅増を避けながらも固定子ヨークの剛性を高めることができる。さらに、コイルを励磁する電力を供給する電力用配線や可動子の位置を検出するセンサの出力を取り出す信号用配線を収納する配線用の空間として、コ字状に形成された固定子ヨークの内部空間を利用しているから、従来構成に比較して体積増がほとんど生じない。つまり、従来構成においても電力用配線や信号用配線を収納する配線用の空間は必須であったから固定子ヨークとは別に配線用の空間を設けていたが、断面コ字状の固定子ヨークの内部空間を配線用に流用することで固定子ヨークの体積増と配線用の空間の体積減とが相殺されて、全体としての体積増はほとんど生じないことになる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が前記主片における前記一面とは反対側に突出する形で形成されているものであり、固定子ヨークの横幅寸法の増加が生じないという利点がある。
【００２３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記固定子ヨークの両補強片の先端間に跨る形で両補強片と主片とに囲まれる空間を閉塞する金属製の固定子枠が設けられ、固定子枠に両補強片の中間部で分割する突片が一体に設けられるとともに、突片により分離された各空間に電力用配線と信号用配線とが分離して配線されるものであり、固定子枠を金属で形成し固定子枠に設けた突片で配線用の空間を分離しているから、電力用配線と信号用配線とを分離して混触を防止することができ、しかも固定子ヨークおよび固定子枠で信号用配線の電磁シールドを行うことになって、電力用配線から信号用配線へのノイズの混入による誤動作を防止することができるという利点がある。
【００２４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記補強片が、前記主片における前記一面側に突出する形で形成されているものであり、補強片が鉄心を設けている側に突出しているから、補強片の突出寸法を固定子ヨークの主片からの鉄心の突出寸法以下に設定しておくことで、固定子ヨークの剛性を増加させるための補強片を設けたことによる全体の嵩の増加を防止することができる。しかも、鉄心の突出寸法以下であれば体積増が生じないから、主片からの補強片の突出寸法を比較的大きくとることができ、固定子ヨークの剛性を体積増を伴わずに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す全体構成の側面図である。
【図２】同上の断面図である。
【図３】同上に用いる固定子の斜視図である。
【図４】固定子ヨークの断面形状の相違による剛性を比較説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図６】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 可動子
３ 磁気センサブロック
４ 固定子枠
４ａ 突片
１０ 電磁石
１１ コイル
１２ コイルボビン
１３ 鉄心
１４ 固定子ヨーク
１４ａ 主片
１４ｂ 補強片
１５ 電力用配線
１６ 信号用配線
２１ 永久磁石
Claims (4)
- 可動子の進行方向に沿って列設されコイルボビンに巻装された複数個のコイルと、前記各コイルにそれぞれ挿通された鉄心と、各鉄心の一端部が磁気的に結合され可動子の進行方向に並ぶ鉄心間を磁気的に結合する固定子ヨークとを固定子に備え、可動子は進行方向において異磁極が交互に並び鉄心の他端部との間の磁力により推力を受ける磁石を備え、固定子ヨークが、鉄心を一面に配列した主片を有するとともに、可動子の進行方向に直交する断面において主片の両端に主片の厚み方向に突出する一対の補強片が連続一体に形成されたコ字状に形成され、主片と両補強片とに囲まれる空間が配線用に用いられていることを特徴とするリニアモータ。
- 前記補強片は、前記主片における前記一面とは反対側に突出する形で形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
- 前記固定子ヨークの両補強片の先端間に跨る形で両補強片と主片とに囲まれる空間を閉塞する金属製の固定子枠が設けられ、固定子枠に両補強片の中間部で分割する突片が一体に設けられるとともに、突片により分離された各空間に電力用配線と信号用配線とが分離して配線されたことを特徴とする請求項２記載のリニアモータ。
- 前記補強片は、前記主片における前記一面側に突出する形で形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
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