JP7441778B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
1.幅寸法が狭く、多軸に並べられる小型リニアモータ。
2.高速運動を実現するために大推力・高加減速に対応できる小型リニアモータ。
3.装置ヘッド構成に柔軟に対応できる単軸、多軸(軸数は使用者側で指定可能)小型リニアモータ。
上記において、前記開口部は、前記バックヨークの一部を、前記軸線方向に沿った長さを短くすることにより形成されたものであることが好ましい。
前記開口部の内側形状は、前記バックヨークの面又は延長面上において、前記軸線方向に沿って直線状(ストレート)に延びる形状を有しても良い。また、前記開口部の内側形状は、前記バックヨークの面又は延長面上において、前記軸線方向に沿って凹凸(ジグザグ)形状を有するようにすると、より好ましい。
前記開口部は、前記バックヨークのうち磁気干渉を最も増加させる面を回避して設けられていることが好ましい。
前記開口部は、モータ取付面側に設けられていることが好ましい。
前記バックヨークは、前記軸線を通る平面にて分割した同形状の2つの磁性板を突き合わせたものからなることが好ましい。
また、バックヨークは磁性材料からなり、モータ取付部(フレーム)10は放熱性が良い材料からなる。モータハウジング3はフレームを含んでも良いし含まなくても良い。
もちろん、モータハウジング3とバックヨークとを別体のものから構成しても良い。
以下、モータハウジング3自体が磁性体材料からなる場合と、別体の磁性体材料からなるバックヨークをモータハウジング3に設けた場合とのいずれの場合も、磁性体として説明する。
モータ固定子は、磁性板、12、13を含めた一体成型された電機子単体6に、電機子コイル6a、動力線結線板(プリント基板)と軸受支持筒14等が入って構成されている。
これらのねじ穴15、16により、リニアガイド8、リニアエンコーダ9関連部品をモータ取付部(フレーム)10、そして負荷機器を含む装置本体側に固定して、可動子の回転を防ぐことができる。
開口部O1、O2は、バックヨークのうち磁気干渉を増加させる面を回避して、すなわち磁気干渉による影響を実質的に許容可能な範囲に維持できる面に設けられていることが好ましい。例えば、後述するように、隣接して他のリニアモータ1を設ける場合には、開口部O1、O2は、モータ取付面(底面)11側に設けられていることが好ましい。
さらに、バックヨークの軸線C方向の長さは推力発生部である電機子(コイル)部分の長さと同じかそれより長くすることで磁力の外部漏洩を抑制することができる。
図3に示すように、図1、図2で説明したリニアモータ1は、可動子シャフト2がモータハウジング3の軸線C方向と交差する方向に、複数密着して使用することがある。このような実施の形態においては、バックヨークを兼ねた磁性板12、13を設けることで、隣接するリニアモータ1間の磁気漏れに起因する磁気干渉の影響を抑制することができる。なお、磁気干渉が発生する原因は、可動子である永久磁石5からの磁束である。特に、複数のリニアモータ1を密接に並べて配置するときに、永久磁石5からの磁束が互いに干渉し、可動子である永久磁石5の移動を妨げることに起因する。
そこで、本発明では、ストロークを長くしても、磁気干渉を防ぐ必要がある面の磁気干渉を防ぐ必要がある隣接面等は軸線方向の長さを保ちつつ、その他の面、すなわち、バックヨークのうち磁気干渉を防ぐ必要がある面以外の面、例えば、図3に示すように隣接して他のリニアモータ1を設ける場合には、底面側の磁性板の長さを短くしても磁気干渉の影響が少ないことを利用して、底面側の磁性板の軸線方向の長さを短くする、換言すれば、底面側の一部に開口部O1、O2を設けることとした。
図4には、本発明のリニアモータ1に内装された一部の構成要素を取り除いたモータハウジング3が示されている。
以下に、モータ取付面11側の面(底面)に形成される開口部O1、O2等の形状について説明する。
1)直線状の開口部についての説明
図1、図5は実施の形態1の磁性板12、13に設けられた開口部O1、O2の軸線方向のバックヨークの面又は延長面上における内側形状が、軸線C方向に沿って直線状である例を示す図であり、図5は、底面図、側面図及び上面図である。直線状とは、例えば開口部O1、O2を形成する四辺のうちの可動子シャフト2の軸線C方向に延在する方向の対向する2辺が直線状であることを意味する。
図6及び図7は、対応する図1及び図5に示すリニアモータ1の底面に設けられた開口部において、開口部O3、O4の軸線方向のバックヨークの面又は延長面上における内側形状が、軸線C方向に延在する2辺において、図1、図5のような直線状ではなく、かかる2辺の少なくとも一部が相対峙して近接乃至は離間する如く凹凸形状(凹凸であれば少なくとも一部に曲面が含まれていても良い)をなす例を示す図である。
図8及び図9は、凹凸形状(2)の開口部を有する例を示す図であり、図6、7と同様に、開口部O5、O6に加えて、磁性板12、13の上面にも凹凸形状の上面開口部41、41が両端に設けられている構造である。
図10は、バックヨークの形状を示す展開図である。
バックヨーク(すなわち、図10(a)の磁性板12、13。以下、「バックヨーク」と称することもある。)においては、図示しない推力発生部とストロークの合計長さがバックヨークの長さと等しくなる。
このバックヨークの開口部O1、O2については、凹凸形状の開口部(図6~図9)や、軸線C方向に沿って内側に凹凸を付けた開口部を採用できる。
バックヨークの端部から順に、開口部O3を例にとり、凹凸形状を有する開口部の形状要素を軸線C方向で見たときの長さは次のとおりとなる。
L1は、第1凸部の開口部の長さである。
符号のない第1凹部については後述する。
L01は、開口部O3全体の長さである。
L2は、第2凸部の開口部の長さである。
L02は、第2凹部の開口部の長さである。
L0は開口部を除いたバックヨークの長さ(推力発生部を含む)である。
前述した第1凹部については、L01からL2とL02を減算した長さとなり、独立したパラメータとはならないので、符号を省略した。
以下に、開口部の形状等に依存するコギング対策の効果を比較する。図11から図13において、横軸は位置、縦軸はコギングトルクの大きさ(任意単位)である。
図11は、図10(a)の磁性板12、13、図10(b)の磁性板12、13および図10(c)の磁性板12、13を用いて開口部が設けられたバックヨークを形成した場合のコギング対策の効果を示す図である。
ストロークを含めた全バックヨーク(図10(a))の場合、磁石部の可動子が移動しても磁気変動がないため、コギングは、理論上では0となる。但し、図11の解析結果においては小さな推力の変動が見られる。
軸線C方向に凹凸形状の開口部O3、O4を設けると、磁気変動に起因したコギングは凹凸によりキャンセルされる部分があるため、コギングは直線状の開口部を設けた場合よりも小さくなることがわかる。
図12は、リニアモータのコギングトルクと凹凸形状の関係を示す第1の図であって、コギングに関し、第2凹部L02の長さを変化させたときの状態を示す図である。図12に示すように、L0、L01、L1及びL2を一定値にしておき、L02のみを変化させると、L02-1からL02-3のように、コギングの位相と大きさが変化することがわかる。
図13に示すように、L0、L01、L1及びL02を一定値にしておき、L2のみを変化させると、コギングの位相と大きさが変化することがわかる。
また、第1凹凸形状も同様な解析を行い、第1凹凸と第2凹凸との組み合わせによりコギングを最小になる方向にすることができることがわかる。
まとめてみれば、凹凸部の長さと位置により、コギングの位相と大きさの変化があるため、位相をキャンセル(波形の位相が180°反対となるように)することができ、かつ、大きさが、小さくなるように長さと位置を調整することでコギングの低減を実現することができる、ということである。
可動子シャフト 2
可動子シャフト軸線(軸線) C
モータハウジング 3
直線軸受 4
永久磁石 5
電機子単体 6
電機子コイル 6a
スペーサ 7
リニアガイド 8
リニアエンコーダ 9
モータ取付部(フレーム) 10
モータ取付面 11
第1磁性板 12
第2磁性板 13
軸受支持筒 14
取付用ねじ穴 15
固定用ねじ穴 16
上面開口部 41
直線状の開口部 O1、O2
凹凸形状の開口部 O3、O4、O5、O6、41、
Claims (9)
- モータハウジングと、
前記モータハウジングの一つの軸線方向に対して直線状に往復動が可能であって複数の磁石を交互に積層したモータ可動子と、
前記モータハウジング内において前記モータ可動子が往復動する経路上に前記モータ可動子を一定の間隔を介して取り囲むように設けられた電機子コイルからなる固定子と、
前記モータ可動子に設けられて出力を負荷機器に伝える可動子シャフトと、
前記モータ可動子及び前記可動子シャフトを前記モータハウジングに対して直線状の往復動が可能なように支持する直線軸受と、
前記モータハウジング自体から構成され又はモータハウジングに接して設けられたバックヨークと、
を備えるリニアモータであって、
前記バックヨークの前記電機子コイルが設けられていない領域のみに前記軸線方向に延在する開口部を有し、
前記開口部は、前記バックヨークの一部を、前記軸線方向に沿った長さを短くすることにより形成され、前記リニアモータの端部に設けられたものである
リニアモータ。 - 前記バックヨークは前記モータ可動子の動作範囲を含めた長さより長い
請求項1に記載のリニアモータ。 - 前記開口部は、前記電機子コイルの中央に対して対称な位置に設けられている
請求項1又は2に記載のリニアモータ。 - 前記開口部は、前記バックヨークのうち磁気干渉を最も増加させる面を回避して設けられている
請求項1から3までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記開口部は、モータ取付面側に設けられている
請求項1から4までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記開口部の内側形状は、前記バックヨークの面又は延長面上において、前記軸線方向に沿って直線状に延びる形状を有する
請求項1から5までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記開口部の外側形状は、前記バックヨークの面又は延長面上であった部分において、前記軸線方向に沿って凹凸形状を有する
請求項1から6までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記バックヨークが前記電機子コイルと一体成型されている
請求項1から7までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記バックヨークは、前記軸線を通る平面にて分割した同形状の2つの磁性板を突き合わせたものからなる
請求項1~8のいずれか1項に記載のリニアモータ。
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