JPH08163850A - 単極形リニア直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の間隙を隔て対向する固定子を構成する
第１の永久磁石と可動子を構成する第２の永久磁石との
それぞれの対向面を同一の極性を有する磁極面が対向す
るように構成し、単極形リニア直流モータの小型軽量
化、大推力化および低価格化を伴う長ストローク化を図
る。 【構成】 固定子２１は、平板状を成すセンタ・ヨーク
２２、バック・ヨーク２４および第１の永久磁石２３を
主に構成され、可動子２６は、コイル２７および第２の
永久磁石２８を主に構成される。第１の永久磁石２３と
第２の永久磁２８とは、所定の間隙を隔て、それぞれＳ
極の極性を有する磁極面が対向するように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型軽量化、大推力化
および低価格化が可能な長ストローク化を目的とした単
極形リニア直流モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リニア直流モータは、可動子あ
るいは固定子を構成するコイルに流れる電流Ｉ［Ａ］の
方向と可動子あるいは固定子を構成する永久磁石の形成
する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の方向との相対関係、即ち、コイ
ルに流れる電流Ｉ［Ａ］の方向とコイルに鎖交する磁束
Φ［ｗｂ］の方向との相対関係により単極形リニア直流
モータと多極形リニア直流モータとに分類され、固定子
および可動子の形状により円筒形リニア直流モータと平
板形リニア直流モータとに分類され、更に、可動子の構
成要素によりコイル可動形リニア直流モータと永久磁石
可動形リニア直流モータとに大きく分類される。

【０００３】単極形リニア直流モータは、可動子の位置
にかかわらず可動子あるいは固定子を構成する永久磁石
の形成する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の方向が常に一定である構
造に構成される。即ち、コイルに鎖交する磁束Φ［ｗ
ｂ］の方向が常に一定である構造に構成される。多極形
リニア直流モータは、可動子あるいは固定子を構成する
永久磁石の形成する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の方向が可動子の
移動に伴い所定のピッチをもって変化する構造に構成さ
れる。即ち、コイルに鎖交する磁束Φ［ｗｂ］の方向が
可動子の移動に伴い所定のピッチをもって変化する構造
に構成される。

【０００４】単極形リニア直流モータは、他の形式のリ
ニア・モータ（多極形リニア直流モータ、リニア誘導モ
ータ、リニア同期モータあるいはリニア・パルスモータ
等）に対して、極めて優れた推力のリニアリティーを有
し、位置検出センサーを装着することにより全ストロー
クにわたっての位置制御、速度制御および推力制御を可
能にするものである。しかし、長ストローク化に際して
は、大型化、大重量化および高価格化を来すものであ
り、実用化されている単極形リニア直流モータの最長ス
トロークは１００［ｍｍ］程度であり、３００［ｍｍ］
を越えるストロークに対応することは実用上不可能とさ
れている。

【０００５】図１および図２に示す単極形リニア直流モ
ータの従来例に基づいて、構造および動作を説明する。

【０００６】図１は、磁気回路を形成する固定子１とコ
イルより成る可動子６とを主に構成されるコイル可動形
の単極形リニア直流モータの動作説明を目的とした断面
図である。

【０００７】固定子１は、平板状を成すセンタ・ヨーク
２と、一対のサイド・ヨーク５と、センタ・ヨーク２に
サイド・ヨーク５を介して所定の間隔を隔て対向するよ
うに配置される平板状を成すバック・ヨーク４と、バッ
ク・ヨーク４のセンタ・ヨーク２への対向面に固着され
る平板状を成す永久磁石３とを主に構成され、永久磁石
３は、バック・ヨーク４への固着面とセンタ・ヨーク２
への対向面とがそれぞれ異なる極性を有する磁極面と成
るように構成される。

【０００８】可動子６は、固定子１を構成するセンタ・
ヨーク２に所定の間隙を隔て巻装されるコイル７を主に
構成され、センタ・ヨーク２と永久磁石３とのそれぞれ
の対向面が形成する矩形状断面を有する空間８内を、矢
印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る構造を
有するものである。

【０００９】図１において、永久磁石３はセンタ・ヨー
ク２への対向面がＮ極の極性を有する磁極面に成り、バ
ック・ヨーク４への固着面がＳ極の極性を有する磁極面
に成るようにバック・ヨーク４に固着される。

【００１０】永久磁石３より発生する磁束Φ［ｗｂ］
は、永久磁石３の可動子６の移動方向に対する長さの中
央部を基準に矢印Ａ方向の磁束Φａ［ｗｂ］と矢印Ｂ方
向の磁束Φｂ［ｗｂ］とに分流し、図示の方向に固定子
が構成する磁路を流れる。

【００１１】可動子６は、コイル７に所定の大きさを有
する電流Ｉ［Ａ］を図示の方向９に流すことにより、ｂ
ｉｌ則に従い所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をもっ
て矢印Ａ方向に移動し、コイル７に所定の大きさとを有
する電流Ｉ［Ａ］を図示の方向１０に流すことにより、
ｂｉｌ則に従い所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をも
って矢印Ｂ方向に移動する。

【００１２】図２は、磁路を形成する固定子１と永久磁
石より成る可動子６とを主に構成される永久磁石可動形
の単極形リニア直流モータの動作説明を目的とした断面
図である。

【００１３】固定子１は、平板状を成すセンタ・ヨーク
２と、一対のサイド・ヨーク５と、センタ・ヨーク２に
サイド・ヨーク５を介して所定の間隔を隔て対向するよ
うに配置される平板状を成すバック・ヨーク４と、セン
タ・ヨーク２の周囲に巻装されるコイル１１とを主に構
成される。

【００１４】可動子６は、平板状を成す永久磁石１２を
主に構成され、バック・ヨーク４とコイル１１とのそれ
ぞれの対向面が形成する矩形状断面を有する空間８内
を、矢印Ａ方向あるいは矢印Ｂ方向に円滑に移動し得る
構造を有するものであり、永久磁石１２は、バック・ヨ
ーク４への対向面とコイル１１への対向面とがそれぞれ
異なる極性を有する磁極面と成るように構成される。

【００１５】図２において、永久磁石１２はコイル１１
への対向面がＮ極の極性を有する磁極面に成り、バック
・ヨーク４への対向面がＳ極の極性を有する磁極面に成
るように空間８内に配置される。永久磁石１２より発生
する磁束Φ［ｗｂ］は、永久磁石１２の可動子６の移動
方向に対する長さの中央部を基準に矢印Ａ方向の磁束Φ
ａ［ｗｂ］と矢印Ｂ方向の磁束Φｂ［ｗｂ］とに分流
し、図示の方向に固定子が構成する磁路を流れる。

【００１６】可動子６は、コイル１１に所定の大きさを
有する電流Ｉ［Ａ］を図示の方向９に流すことにより、
ｂｉｌ則に従い所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］をも
って矢印Ａ方向に移動し、コイル１１に所定の大きさを
有する電流Ｉ［Ａ］を図示の方向１０に流すことによ
り、ｂｉｌ則に従い所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］
をもって矢印Ｂ方向に移動する。

【００１７】図１ないし図２に示す従来の単極形リニア
直流モータは、長ストローク化に際して、磁路を構成す
る各種ヨークの断面積を広くせねば成らず、大型化、大
重量化および高価格化を来す欠点を有するものであり、
ストロークの増加は、磁路長および永久磁石端部からの
漏洩磁束を増加させ、推力の減少と推力のリニアリティ
ーの悪化とを来す欠点をリニア直流モータに与えるもの
である。更に、推力増加を目的として、コイルに流れる
電流Ｉ［Ａ］を増加させると、コイルの周囲に発生する
磁界Ｈ［Ａ／ｍ］あるいは磁束Φ［ｗｂ］により、可動
子の推力発生に関与する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］あるいは磁束
Φ［ｗｂ］が、可動子の移動方向に対して変動し、推力
のリニアリティーを極端に低下させるものである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来の単極形リニア直流モータが長ストローク化
に対応できない点である。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の単極形リニア直
流モータは、前記課題を解決するために、下記のように
構成することにより、小型軽量化、高推力化、低価格化
および推力のリニアリティーの向上を伴う長ストローク
化という目的を実現した。

【００２０】図１に示すコイル可動形の単極形リニア直
流モータにあっては、固定子１を構成する永久磁石３
（第１の永久磁石）に対向する可動子６の対向面に、永
久磁石３（第１の永久磁石）の形成する第１の磁界Ｈａ
［Ａ／ｍ］と同一方向の第２の磁界Ｈｂ［Ａ／ｍ］を形
成する永久磁石（第２の永久磁石）を装着する。即ち、
永久磁石３（第１の永久磁石）とのそれぞれの対向面が
同一の極性を有する磁極面に成るように可動子６に永久
磁石（第２の永久磁石）を装着する。

【００２１】図２に示す永久磁石可動形の単極形リニア
直流モータにあっては、可動子６を構成する永久磁石１
２（第２の永久磁石）に対向する固定子１の対向面に、
永久磁石１２（第２の永久磁石）の形成する第２の磁界
Ｈｂ［Ａ／ｍ］と同一方向の第１の磁界Ｈａ［Ａ／ｍ］
を形成する永久磁石（第１の永久磁石）を装着する。即
ち、永久磁石１２（第２の永久磁石）とのそれぞれの対
向面が同一の極性を有する磁極面に成るように固定子１
に永久磁石（第１の永久磁石）を装着する。

【００２２】

【作用】本発明の単極形リニア直流モータは、固定子を
構成する第１の永久磁石と可動子を構成する第２の永久
磁石可動子とを、第１の永久磁石が形成する第１の磁界
Ｈａ［Ａ／ｍ］と第２の永久磁石の形成する第２の磁界
Ｈｂ［Ａ／ｍ］とが、それぞれ同一方向に成るように所
定の間隙を隔て対向させ配置することにより、即ち、そ
れぞれの永久磁石の対向面が同一の極性を有する磁極面
に成るように所定の間隙を隔て対向させ配置することに
より、可動子あるいは固定子を構成するコイルに所定の
大きさを有する電流Ｉ［Ａ］を所定の方向に流した際
に、コイルの周囲に発生する磁界Ｈｃｏ［Ａ／ｍ］によ
り、固定子を構成する第１の永久磁石と可動子を構成す
る第２の永久磁石との、それぞれの対向面が形成する空
間内の可動子の移動方向に電流の大きさに比例した磁気
勾配を発生させ、可動子に前記磁気勾配に比例した推力
Ｆ［Ｎ］を作用させるものである。

【００２３】従って、本発明の単極形リニア直流モータ
によれば、可動子の位置にかかわらず推力Ｆ［Ｎ］の大
きさは常に一定であり、可動子の移動方向に対して垂直
方向に磁路を構成することが可能と成り、薄型化、小型
軽量化、大推力化および低価格化を伴う長ストローク化
を可能とするものである。即ち、単極形リニア直流モー
タの特性を活かした長ストローク化を可能とするもので
ある。

【００２４】

【実施例】図３ないし図１０に示す本発明の可動コイル
形の単極形リニア直流モータの実施例に基づいて構造お
よび動作を説明し、図１１ないし図１５に示す本発明の
永久磁石可動形の単極形リニア直流モータの実施例に基
づいて構造および動作を説明する。

【００２５】図３は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第１の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図であ
り、図４および図５は、図３に示す本発明の単極形リニ
ア直流モータの第１の実施例の動作説明を目的とした断
面図である。

【００２６】図３に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第１の実施例において、固定子２１は、平板状を成
すセンタ・ヨーク２２、平板状を成すバック・ヨーク２
４、センタ・ヨーク２２とバック・ヨーク２４との両端
部を磁気的かつ機械的に接続する一対のサイド・ヨーク
２５およびセンタ・ヨーク２２のバック・ヨーク２４へ
の対向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石２３
を主に構成され、可動子２６は、センタ・ヨーク２２と
第１の永久磁石２３との周囲に所定の間隙を隔て巻枠２
９を介して巻装されるコイル２７およびコイル２７の第
１の永久磁石２３への対向面に固着される平板状を成す
第２の永久磁石２８を主に構成される。

【００２７】図４および図５において、固定子２１を構
成する第１の永久磁石２３は、センタ・ヨーク２２のバ
ック・ヨーク２４への対向面にＮ極の極性を有する磁極
面が固着され、可動子２６を構成する第２の永久磁石
は、コイル２７の第１の永久磁石２３への対向面にＮ極
の極性を有する磁極面が固着される。即ち、第１の永久
磁石２３と第２の永久磁石２８とは、それぞれＳ極の極
性を有する磁極面が所定の間隙を隔て対向するように配
置される。

【００２８】第１の永久磁石２３より発生する磁束Φ
［ｗｂ］は、第１の永久磁石２３の可動子２６の移動方
向に対する長さの中央部を基準に磁束Φａｍａ［ｗｂ］
と磁束Φａｍｂ［ｗｂ］とに図示の方向に分流し、第２
の永久磁石２８より発生する磁束Φ［ｗｂ］は、第２の
永久磁石２８の可動子２６の移動方向に対する長さの中
央部を基準に磁束Φｂｍａ［ｗｂ］と磁束Φｂｍｂ［ｗ
ｂ］とに図示の方向に分流する。

【００２９】図４はコイル２７に所定の大きさを有する
電流Ｉ［Ａ］を方向２９に流した際の磁束Φ［ｗｂ］の
分布を示すものであり、図５はコイル２７に所定の大き
さを有する電流Ｉ［Ａ］を方向３０に流した際の磁束Φ
［ｗｂ］の分布を示すものである。

【００３０】図４において、コイル２７に図示の方向２
９に電流Ｉ［Ａ］を流すと、コイル２７の周囲に所定の
大きさを有する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］が発生し、図示の方向
に磁束Φｃｏ［ｗｂ］が流れ、第１の永久磁石２３と第
２の永久磁石２８とのそれぞれの対向面が形成する空間
内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が
変化し、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２８との
それぞれの対向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部
と矢印Ｂ方向の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化
する。即ち、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２８
とのそれぞれの対向面間に磁気勾配が発生し、可動子に
は矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］が作
用する。

【００３１】図５において、コイル２７に図示の方向３
０に電流Ｉ［Ａ］を流すと、コイル２７の周囲に所定の
大きさを有する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］が発生し、図示の方向
に磁束Φｃｏ［ｗｂ］が流れ、第１の永久磁石２３と第
２の永久磁石２８とのそれぞれの対向面が形成する空間
内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が
変化し、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２８との
それぞれの対向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部
と矢印Ｂ方向の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化
する。即ち、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２８
とのそれぞれの対向面間に磁気勾配が発生し、可動子に
は矢印Ａ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］が作
用する。

【００３２】図６は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第２の実施例の構造説明を目的とした断面図である。

【００３３】図６に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第２の実施例において、固定子２１は、平板状を成
すセンタ・ヨーク２２、平板状を成すバック・ヨーク２
４、センタ・ヨーク２２とバック・ヨーク２４との両端
部を磁気的かつ機械的に接続する一対のサイド・ヨーク
２５およびバック・ヨーク２４のセンタ・ヨーク２２へ
の対向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石２３
を主に構成され、可動子２６は、センタ・ヨーク２２の
周囲に所定の間隙を隔て巻装されるコイル２７およびコ
イル２７の第１の永久磁石２３への対向面に固着される
平板状を成す第２の永久磁石２８を主に構成される。

【００３４】固定子２１を構成する第１の永久磁石２３
は、バック・ヨーク２４のセンタ・ヨーク２２への対向
面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、可動子２６
を構成する第２の永久磁石は、コイル２７の第１の永久
磁石２３への対向面にＮ極の極性を有する磁極面が固着
される。即ち、第１の永久磁石２３と第２の永久磁石２
８とは、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が所定の間
隙を隔て対向するように配置される。

【００３５】図７は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第３の実施例の構造説明を目的とした断面図である。

【００３６】図７に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第３の実施例において、固定子２１は、平板状を成
すセンタ・ヨーク２２、平板状を成すバック・ヨーク２
４、センタ・ヨーク２２とバック・ヨーク２４との両端
部を磁気的かつ機械的に接続する一対のサイド・ヨーク
２５、センタ・ヨーク２２のバック・ヨーク２４への対
向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石２３ａお
よびバック・ヨーク２４のセンタ・ヨーク２２への対向
面に固着される平板状を成す第１の永久磁石２３ｂを主
に構成され、可動子２６は、センタ・ヨーク２２と第１
の永久磁石２３ａとの周囲に所定の間隙を隔て巻装され
るコイル２７、コイル２７の第１の永久磁石２３ａへの
対向面に固着される平板状を成す第２の永久磁石２８ａ
およびコイル２７の第１の永久磁石２３ｂへの対向面に
固着される平板状を成す第２の永久磁石２８ｂを主に構
成される。

【００３７】固定子２１を構成する第１の永久磁石２３
ａは、センタ・ヨーク２２のバック・ヨーク２４への対
向面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、固定子２
１を構成する第１の永久磁石２３ｂは、バック・ヨーク
２４のセンタ・ヨーク２２への対向面にＳ極の極性を有
する磁極面が固着され、可動子２６を構成する第２の永
久磁石２８ａは、コイル２７の第１の永久磁石２３ａへ
の対向面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、可動
子２６を構成する第２の永久磁石２８ｂは、コイル２７
の第１の永久磁石２３ｂへの対向面にＳ極の極性を有す
る磁極面が固着される。即ち、第１の永久磁石２３ａと
第２の永久磁石２８ａとは、それぞれＳ極の極性を有す
る磁極面が所定の間隙を隔て対向するように配置され、
第１の永久磁石２３ｂと第２の永久磁石２８ｂとは、そ
れぞれＮ極の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て対
向するように配置される。

【００３８】図８は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第４の実施例および第５の実施例の構造説明を目的と
した断面図である。

【００３９】図８に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第４の実施例において、固定子２１は、平板状を成
すセンタ・ヨーク２２、平板状を成すバック・ヨーク２
４ａ、平板状を成すバック・ヨーク２４ｂ、センタ・ヨ
ーク２２とバック・ヨーク２４ａおよびバック・ヨーク
２４ｂとの両端部を磁気的かつ機械的に接続する一対の
サイド・ヨーク２５、センタ・ヨーク２２のバック・ヨ
ーク２４ａへの対向面に固着される平板状を成す第１の
永久磁石２３ａおよびセンタ・ヨーク２２のバック・ヨ
ーク２４ｂへの対向面に固着される平板状を成す第１の
永久磁石２３ｂを主に構成され、可動子２６は、センタ
・ヨーク２２と第１の永久磁石２３ａおよび第１の永久
磁石２３ｂとの周囲に所定の間隙を隔て巻装されるコイ
ル２７、コイル２７の第１の永久磁石２３ａへの対向面
に固着される平板状を成す第２の永久磁石２８ａおよび
コイル２７の第１の永久磁石２３ｂへの対向面に固着さ
れる平板状を成す第２の永久磁石２８ｂを主に構成され
る。

【００４０】固定子２１を構成する第１の永久磁石２３
ａは、センタ・ヨーク２２のバック・ヨーク２４ａへの
対向面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、固定子
２１を構成する第１の永久磁石２３ｂは、センタ・ヨー
ク２２のバック・ヨーク２４ｂへの対向面にＮ極の極性
を有する磁極面が固着され、可動子２６を構成する第２
の永久磁石２８ａは、コイル２７の第１の永久磁石２３
ａへの対向面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、
可動子２６を構成する第２の永久磁石２８ｂは、コイル
２７の第１の永久磁石２３ｂへの対向面にＮ極の極性を
有する磁極面が固着される。即ち、第１の永久磁石２３
ａと第２の永久磁石２８ａとは、それぞれＳ極の極性を
有する磁極面が所定の間隙を隔て対向するように配置さ
れ、第１の永久磁石２３ｂと第２の永久磁石２８ｂと
は、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が所定の間隙を
隔て対向するように配置される。

【００４１】図８に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第５の実施例において、固定子２１は、円筒状を成
すセンタ・ヨーク２２、円筒状を成すバック・ヨーク２
４、センタ・ヨーク２２とバック・ヨーク２４との両端
部を磁気的かつ機械的に接続する円板状を成す一対のサ
イド・ヨーク２５およびセンタ・ヨーク２２の外側円筒
面に固着される円筒状を成す第１の永久磁石２３を主に
構成され、可動子２６は、第１の永久磁石２３の外側円
筒面に所定の間隙を隔て配置される円筒状を成す第２の
永久磁石２８および第２の永久磁石２８の外側円筒面に
巻装されるコイル２７を主に構成される。

【００４２】固定子２１を構成する円筒状を成す第１の
永久磁石２３は、センタ・ヨーク２２の外側円筒面にＮ
極の極性を有する磁極面を構成する内側円筒面が固着さ
れ、可動子２６を構成する円筒状を成す第２の永久磁石
２８は、コイル２７の内側円筒面にＮ極の極性を有する
磁極面を構成する外側円筒面が固着される。即ち、第１
の永久磁石２３と第２の永久磁石２８は、それぞれＳ極
の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て対向するよう
に配置される。

【００４３】図８に示す本発明の単極形リニア直流モー
タの第５の実施例において、可動子２６に作用する推力
Ｆ［Ｎ］は、円筒状を成すバック・ヨーク２４の一部に
所定の幅をもって可動子２６の移動方向に設けられた開
口を介して外部に伝達されるものである。

【００４４】図９および図１０は、本発明の単極形リニ
ア直流モータの第６の実施例の動作説明を目的とした断
面図である。

【００４５】図９および図１０に示す本発明の単極形リ
ニア直流モータの第６の実施例において、固定子２１
は、平板状を成すセンタ・ヨーク２２、コの字状を成す
バック・ヨーク２４、センタ・ヨーク２２のバック・ヨ
ーク２４への１つの対向面に固着される平板状を成す第
１の永久磁石２３ａおよびセンタ・ヨーク２２のバック
・ヨーク２４への他の１つの対向面に固着される平板状
を成す第１の永久磁石２３ｂを主に構成され、可動子２
６は、センタ・ヨーク２２と第１の永久磁石２３ａおよ
び第１の永久磁石２３ｂとの周囲に所定の間隔を隔て巻
装されるコイル２７およびコイル２７の第１の永久磁石
２３ｂへの対向面に固着される平板状を成す第２の永久
磁石２８を主に構成される。

【００４６】固定子２１を構成する第１の永久磁石２３
ａは、センタ・ヨーク２２のバック・ヨーク２４への１
つの対向面にＳ極の極性を有する磁極面が固着され、固
定子２１を構成する第１の永久磁石２３ｂは、センタ・
ヨーク２２のバック・ヨーク２４ｂへの他の１つの対向
面にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、可動子２６
を構成する第２の永久磁石２８は、コイル２７の第１の
永久磁石２３ｂへの対向面にＮ極の極性を有する磁極面
が固着される。即ち、第１の永久磁石２３ｂと第２の永
久磁石２８は、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が所
定の間隙を隔て対向するように配置される。

【００４７】図９および図１０において、第１の永久磁
石２３ａおよび第１の永久磁石２３ｂより発生する磁束
Φａｍ［ｗｂ］は、第１の永久磁石２３ａのＮ極の極性
を有する磁極面よりバック・ヨーク２４、第１の永久磁
石２３ｂおよびセンタ・ヨーク２２を介して第１の永久
磁石２３ａのＳ極の極性を有する磁極面に流入する。第
２の永久磁石２８より発生する磁束Φ［ｗｂ］は、第２
の永久磁石２８の可動子２６の移動方向に対する長さの
中央部を基準に磁束Φｂｍａ［ｗｂ］と磁束Φｂｍｂ
［ｗｂ］とに図示の方向に分流する。

【００４８】コイル２７に図示の方向に電流Ｉ［Ａ］を
流すと、コイル２７の周囲に所定の大きさを有する磁界
Ｈ［Ａ／ｍ］が発生し、図示の方向に磁束Φｃｏ［ｗ
ｂ］が流れ、第１の永久磁石２３ｂと第２の永久磁石２
８とのそれぞれの対向面が形成する空間内の矢印Ａ方向
の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が変化し、第１の
永久磁石２３ｂと第２の永久磁石２８とのそれぞれの対
向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ方向
の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化する。即ち、
第１の永久磁石２３ｂと第２の永久磁石２８とのそれぞ
れの対向面間に磁気勾配が発生し、第１の永久磁石２３
ｂとバック・ヨーク２４のそれぞれの対向面が形成する
空間内に位置する可動子２６には、矢印Ａ方向に所定の
大きさを有する推力Ｆａ［Ｎ］が作用する。更に、第１
の永久磁石２３ａとバック・ヨーク２４のそれぞれの対
向面が形成する空間内に位置する可動子２６には、ｂｉ
ｌ則に従う所定の大きさを有する推力Ｆｂ［Ｎ］が矢印
Ａ方向に作用する。

【００４９】コイル２７に図示の方向と異なる方向に電
流Ｉ［Ａ］を流すと、第１の永久磁石２３ｂと第２の永
久磁石２８とのそれぞれの対向面間に、前記磁気勾配と
逆方向に磁気勾配が発生し、第１の永久磁石２３ｂとバ
ック・ヨーク２４のそれぞれの対向面が形成する空間内
に位置する可動子２６には矢印Ｂ方向に所定の大きさを
有する推力Ｆａ［Ｎ］が作用する。更に、第１の永久磁
石２３ｂとバック・ヨーク２４のそれぞれの対向面が形
成する空間内に位置する可動子２６には、ｂｉｌ則に従
う所定の大きさを有する推力Ｆｂ［Ｎ］が矢印Ｂ方向に
作用する。

【００５０】図１１および図１２は、本発明の単極形リ
ニア直流モータの第７の実施例の動作説明を目的とした
断面図である。

【００５１】図１１および図１２に示す本発明の単極形
リニア直流モータの第７の実施例において、固定子３１
は、平板状を成すセンタ・ヨーク３２、平板状を成すバ
ック・ヨーク３４、センタ・ヨーク３２とバック・ヨー
ク３４との両端部を磁気的かつ機械的に接続する一対の
サイド・ヨーク３５、センタ・ヨーク３２の周囲に巻装
されるコイル３６およびコイル３６のバック・ヨーク３
４への対向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石
３３を主に構成され、可動子３７は、バック・ヨーク３
４と第１の永久磁石３３とのそれぞれの対向面が形成す
る空間内に配置される平板状を成す第２の永久磁石３８
を主に構成される。

【００５２】固定子３１を構成する第１の永久磁石３３
は、コイル３６のバック・ヨーク３４への対向面にＮ極
の極性を有する磁極面が固着され、可動子３７を構成す
る第２の永久磁石３８は、バック・ヨーク３４への対向
面がＮ極の極性を有する磁極面に成るようにバック・ヨ
ーク３４と第１の永久磁石３３のそれぞれの対向面が形
成する空間内に配置される。即ち、第１の永久磁石３３
と第２の永久磁石３８は、それぞれＳ極の極性を有する
磁極面が所定の間隙を隔て対向するように配置される。

【００５３】第１の永久磁石３３より発生する磁束Φ
［ｗｂ］は、第１の永久磁石３３の可動子３７の移動方
向に対する長さの中央部を基準に磁束Φａｍａ［ｗｂ］
と磁束Φａｍｂ［ｗｂ］とに図示の方向に分流し、第２
の永久磁石３８より発生する磁束Φ［ｗｂ］は、第２の
永久磁石３８の可動子３７の移動方向に対する長さの中
央部を基準に磁束Φｂｍａ［ｗｂ］と磁束Φｂｍｂ［ｗ
ｂ］とに図示の方向に分流する。

【００５４】図１１において、コイル３６に図示の方向
３９に電流Ｉ［Ａ］を流すと、コイル３６の周囲に所定
の大きさを有する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］が発生し、図示の方
向に磁束Φｃｏ［ｗｂ］が流れ、第１の永久磁石３３と
第２の永久磁石３８のそれぞれの対向面が形成する空間
内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が
変化し、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８との
それぞれの対向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部
と矢印Ｂ方向の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化
する。即ち、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８
とのそれぞれの対向面間に磁気勾配が発生し、可動子３
７には矢印Ａ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］
が作用する。

【００５５】図１２において、コイル３６に図示の方向
４０に電流Ｉ［Ａ］を流すと、コイル３６の周囲に所定
の大きさを有する磁界Ｈ［Ａ／ｍ］が発生し、図示の方
向に磁束Φｃｏ［ｗｂ］が流れ、第１の永久磁石３３と
第２の永久磁石３８のそれぞれの対向面が形成する空間
内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が
変化し、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８との
それぞれの対向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部
と矢印Ｂ方向の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化
する。即ち、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８
とのそれぞれの対向面間に磁気勾配が発生し、可動子３
７には矢印Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆ［Ｎ］
が作用する。

【００５６】図１３は、本発明の単極形リニア直流モー
タの第８の実施例および第９の実施例の構造説明を目的
とした断面図である。

【００５７】図１３に示す本発明の単極形リニア直流モ
ータの第８の実施例において、固定子３１は、平板状を
成すセンタ・ヨーク３２、平板状を成すバック・ヨーク
３４ａ、平板状を成すバック・ヨーク３４ｂ、センタ・
ヨーク３２とバック・ヨーク３４ａおよびバック・ヨー
ク３４ｂとの両端部を磁気的かつ機械的に接続する一対
のサイド・ヨーク３５、センタ・ヨーク３２の周囲に巻
装されるコイル３６、コイル３６のバック・ヨーク３４
ａへの対向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石
３３ａおよびコイル３６のバック・ヨーク３４ｂへの対
向面に固着される平板状を成す第１の永久磁石３３ｂを
主に構成され、可動子３７は、第１の永久磁石３３ａと
バック・ヨーク３４ａとのそれぞれの対向面が形成する
空間内に配置される平板状を成す第２の永久磁石３８ａ
および永久磁石３３ｂとバック・ヨーク３４ｂとのそれ
ぞれの対向面が形成する空間内に配置される平板状を成
す第２の永久磁石３８ｂを主に構成される。

【００５８】固定子３１を構成する第１の永久磁石３３
ａは、コイル３６のバック・ヨーク３４ａへの対向面に
Ｎ極の極性を有する磁極面が固着され、固定子３１を構
成する第１の永久磁石３３ｂは、コイル３６のバック・
ヨーク３４ｂへの対向面にＮ極の極性を有する磁極面が
固着され、可動子３７を構成する第２の永久磁石３８ａ
は、バック・ヨーク３４ａへの対向面がＮ極の極性を有
する磁極面に成るように配置され、可動子３７を構成す
る第２の永久磁石３８ｂは、バック・ヨーク３４ｂへの
対向面がＮ極の極性を有する磁極面に成るように配置さ
れる。即ち、第１の永久磁石３３ａと第２の永久磁石３
８ａは、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が所定の間
隙を隔て対向するように配置され、第１の永久磁石３３
ｂと第２の永久磁石３８ｂは、それぞれＳ極の極性を有
する磁極面が所定の間隙を隔て対向するように配置され
る。

【００５９】図１３に示す本発明の単極形リニア直流モ
ータの第９の実施例において、固定子３１は、円筒状を
成すセンタ・ヨーク３２、円筒状を成すバック・ヨーク
３４、センタ・ヨーク３２とバック・ヨーク３４との両
端部を磁気的かつ機械的に接続する円板状を成す一対の
サイド・ヨーク３５、センタ・ヨーク３２の外側円筒面
に巻装されるコイル３６およびコイル３６の外側円筒面
に固着される円筒状を成す第１の永久磁石３３を主に構
成され、可動子３６は、第１の永久磁石３３の外側円筒
面とバック・ヨーク３４の内側円筒面とのそれぞれの対
向面が構成する円筒状断面を有する空間内に配置される
円筒状を成す第２の永久磁石３８を主に構成される。

【００６０】固定子３１を構成する円筒状を成す第１の
永久磁石３３は、コイル３６の外側円筒面にＮ極の極性
を有する磁極面を構成する内側円筒面が固着され、可動
子３７を構成する円筒状を成す第２の永久磁石３８は、
バック・ヨーク３４の内側円筒面にＮ極の極性を有する
磁極面を構成する外側円筒面が対向するように配置され
る。即ち、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８と
は、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が所定の間隙を
隔て対向するように配置される。

【００６１】図１３に示す本発明の単極形リニア直流モ
ータの第９の実施例において、可動子３６に作用する推
力Ｆ［Ｎ］は、円筒状を成すバック・ヨーク２４の一部
に所定の幅をもって可動子３７の移動方向に設けられた
開口を介して外部に伝達されるものである。

【００６２】図１４および図１５は、本発明の単極形リ
ニア直流モータの第１０の実施例の構造説明を目的とし
た断面図である。

【００６３】図１４および図１５に示す本発明の単極形
リニア直流モータの第１０の実施例において、固定子３
１は、平板状を成すセンタ・ヨーク３２、コの字状を成
すバック・ヨーク３４、センタ・ヨーク３２の周囲に巻
装されるコイル３６およびコイル３６のバック・ヨーク
３４の一部への対向面に固着される平板状を成す第１の
永久磁石３３を主に構成され、可動子３７は、第１の永
久磁石３３とバック・ヨーク３４の一部とのそれぞれの
対向面が形成する空間内に配置される平板状を成す第２
の永久磁石３８ｂおよびコイル３６とバック・ヨーク３
４の他の一部とのそれぞれの対向面が形成する空間内に
配置される平板状を成す第２の永久磁石３８ａを主に構
成される。

【００６４】固定子３１を構成する第１の永久磁石３３
は、コイル３６のバック・ヨーク３４の一部への対向面
にＮ極の極性を有する磁極面が固着され、可動子３７を
構成する第２の永久磁石３８ｂは、バック・ヨーク３４
の一部にＮ極の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て
対向するように配置され、可動子３７を構成する第２の
永久磁石３８ａは、バック・ヨーク３４の他の一部にＳ
極の極性を有する磁極面が所定の間隙を隔て対向するよ
うに配置される。即ち、第１の永久磁石３３と第２の永
久磁石３８ｂは、それぞれＳ極の極性を有する磁極面が
所定の間隙を隔て対向するように配置される。

【００６５】コイル３６に図示の方向に電流Ｉ［Ａ］を
流すことにより、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石
３８ｂとのそれぞれの対向面が形成する空間内の矢印Ａ
方向の端部と矢印Ｂ方向の端部の磁束分布が変化し、第
１の永久磁石３３と第２の永久磁石３８ｂとのそれぞれ
の対向面の形成する空間内の矢印Ａ方向の端部と矢印Ｂ
方向の端部の磁界Ｈ［Ａ／ｍ］の大きさが変化する。即
ち、第１の永久磁石３３と第２の永久磁石２８ｂとのそ
れぞれの対向面間に磁気勾配が発生し、第１の永久磁石
３３とバック・ヨーク３４の一部とのそれぞれの対向面
が形成する空間内に位置する第２の永久磁石３８ｂに
は、矢印Ａ方向に所定の大きさを有する推力Ｆａ［Ｎ］
が作用する。更に、コイル３６とバック・ヨーク３４の
他の一部とのそれぞれの対向面が形成する空間内に位置
する第２の永久磁石３８ａには、ｂｉｌ則に従う所定の
大きさを有する推力Ｆｂ［Ｎ］が矢印Ａ方向に作用す
る。

【００６６】コイル３６に図示の方向と異なる方向に電
流Ｉ［Ａ］を流すと、第１の永久磁石３３と第２の永久
磁石３８ｂとのそれぞれの対向面間に前記磁気勾配と異
なる方向に磁気勾配がが発生し、第１の永久磁石３３と
バック・ヨーク３４の一部とのそれぞれの対向面が形成
する空間内に位置する第２の永久磁石３８ｂには、矢印
Ｂ方向に所定の大きさを有する推力Ｆａ［Ｎ］が作用す
る。更に、コイル３６とバック・ヨーク３４の他の一部
とのそれぞれの対向面が形成する空間内に位置する第２
の永久磁石３８ａには、ｂｉｌ則に従う所定の大きさを
有する推力Ｆｂ［Ｎ］が矢印Ｂ方向に作用する。

【００６７】一般に、図３ないし図１５に示す本発明の
単極形リニア直流モータの第１の実施例ないし第１０の
実施例において、固定子２１、３１の一部を構成するセ
ンタ・ヨーク２２、３２、バック・ヨーク２４、２４
ａ、２４ｂ、３４、３４ａ、３４ｂおよびサイド・ヨー
ク２５、３５は、電磁軟鉄鋼、炭素鋼あるいは快削鋼等
の磁気特性の優れた各種磁性材料により形成され、通常
は、より優れた特性および小型軽量化を目的として焼鈍
等の熱処理が施される。固定子２１、３１を構成する第
１の永久磁石２３、２３ａ、２３ｂ、３３、３３ａ、３
３ｂおよび可動子を構成する第２の永久磁石２８、２８
ａ、２８ｂ、３８、３８ａ、３８ｂは、複数の永久磁石
片により所定の長さに平板状あるいは円筒状に構成され
るものである。

【００６８】図１１ないし図１５に示す本発明の単極形
リニア直流モータの第７の実施例ないし第１０の実施例
において、固定子３１を構成するコイル３６は、複数の
コイルを列設して所定の長さに構成され、通常、図１１
ないし図１５に示す本発明の単極形リニア直流モータ
は、可動子３７に対向するコイルのみに通電し運転され
る。

【００６９】通常、コイル２７、３６は、軽量で優れた
機械的強度を有する非磁性材料であるアルミニュウムあ
るいは各種合成樹脂等により形成される巻枠に巻装さ
れ、巻枠には可動子を固定子に対して所定の間隙を隔て
円滑に移動させる構造を有する軸受装置の一部が装着さ
れる。小型軽量化を目的とする際には、自己融着線によ
りボビンレス構造に構成され、軸受装置および負荷の取
付部材はコイル２７、３６の一部に各種合成樹脂のイン
サート成型等により形成される。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明のコイル可動
形の単極型リニア直流モータは、従来のコイル可動形の
単極形リニア直流モータの可動子を構成するコイルの一
部に永久磁石を装着し、固定子を構成する永久磁石との
それぞれの対向面が同一の極性を有する磁極面と成るよ
うに構成され、本発明の永久磁石可動形の単極形リニア
直流モータは、従来の永久磁石可動形の単極形リニア直
流モータの固定子の一部に永久磁石を装着し、可動子を
構成する永久磁石とのそれぞれの対向面が同一の極性を
有する磁極面と成るように構成されるものであり、下記
のような効果を有するものである。 （１）従来の単極形リニア直流モータにおいて、コイル
に流れる電流の増加は、コイルの可動子の移動方向の両
端部に形成される磁気勾配が大きく成り、推力のリニア
リティーを低下させるが、本発明の単極形リニア直流モ
ータにあっては、磁気勾配は推力のリニアリティーに関
与せず、磁気勾配の大きさに比例して推力が増加するの
で大電流化が可能と成る。 （２）大電流化に伴い、推力のリニアリティーを低下さ
せずに推力の増加が容易に成り、小型軽量化および低価
格化が可能と成る。 （３）本発明の第６の実施例および第１０の実施例に示
すように、可動子の移動方向に対して直角方向に磁路を
構成することにより、無限に近い長ストローク化が可能
と成る。 （４）振動を伴わない、超低速度運転および高速度運転
が可能と成る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来のコイル可動形の単極形リニア直
流モータの動作説明を目的とした断面図である。

【図２】図２は、従来の永久磁石可動形の単極形リニア
直流モータの動作説明を目的とした断面図である。

【図３】図３は、本発明の単極形リニア直流モータの第
１の実施例の構造説明を目的とした斜視断面図である。

【図４】図４は、図３に示す本発明の単極形リニア直流
モータの第１の実施例の動作説明を目的とした断面図で
ある。

【図５】図５は、図３に示す本発明の単極形リニア直流
モータの第１の実施例の動作説明を目的とした断面図で
ある。

【図６】図６は、本発明の単極形リニア直流モータの第
２の実施例の構造説明を目的とした断面図である。

【図７】図７は、本発明の単極形リニア直流モータの第
３の実施例の構造説明を目的とした断面図である。

【図８】図８は、本発明の単極形リニア直流モータの第
４の実施例および第５の実施例の構造説明を目的とした
断面図である。

【図９】図９は、本発明の単極形リニア直流モータの第
６の実施例の動作説明を目的とした断面図である。

【図１０】図１０は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第６の実施例の動作説明を目的とした断面図である。

【図１１】図１１は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第７の実施例の動作説明を目的とした断面図である。

【図１２】図１２は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第７の実施例の動作説明を目的とした断面図である。

【図１３】図１３は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第８の実施例および第９の実施例の構造説明を目的と
した断面図である。

【図１４】図１４は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第１０の実施例の構造説明を目的とした断面図であ
る。

【図１５】図１５は、本発明の単極形リニア直流モータ
の第１０の実施例の構造説明を目的とした断面図であ
る。

【符号の説明】 １ 固定子 ２ センタ・ヨーク ３ 永久磁石 ４ バック・ヨーク ５ サイド・ヨーク ６ 可動子 ７ コイル ８ 空間 ９ 方向 １０ 方向 ２１ 固定子 ２２ センタ・ヨーク ２３、２３ａ、２３ｂ 第１の永久磁石 ２４、２４ａ、２４ｂ バック・ヨーク ２５ サイド・ヨーク ２６ 可動子 ２７ コイル ２８、２８ａ、２８ｂ 第２の永久磁石 ２９ 巻枠 ３０ 方向 ３１ 固定子 ３２ センタ・ヨーク ３３、３３ａ、３３ｂ 第１の永久磁石 ３４、３４ａ、３４ｂ バック・ヨーク ３５ サイド・ヨーク ３６ コイル ３７ 可動子 ３８、３８ａ、３８ｂ 第２の永久磁石 ３９ 方向 ４０ 方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つ以上のヨークおよび少な
   くとも１つ以上の第１の永久磁石を主に構成され、所定
   の間隔を隔て対向して配置される前記構成部材の一部
   の、それぞれの対向面が形成する少なくとも１つ以上の
   空間内に、前記対向面に対して垂直方向にそれぞれ所定
   の方向性を有する少なくとも１つ以上の第１の磁界を形
   成する固定子と、前記空間内に形成される前記第１の磁
   界内を円滑に移動し得る構造を成す少なくとも１つ以上
   のコイルを主に構成される可動子とにより成る単極形リ
   ニア直流モータにおいて、前記第１の磁界内に位置する
   前記コイルの一部に、前記第１の磁界と同一方向に少な
   くとも１つ以上の第２の磁界を形成する少なくとも１つ
   以上の第２の永久磁石を装着することを特徴とする単極
   形リニア直流モータ。
2. 【請求項２】 少なくとも１つ以上のヨークおよび前記
   ヨークの一部に巻装される少なくとも１つ以上のコイル
   を主に構成され、所定の間隔を隔て対向して配置される
   前記構成部材の一部の、それぞれの対向面が形成する少
   なくとも１つ以上の空間を介して磁路を形成する固定子
   と、前記対向面に対して垂直方向にそれぞれ所定の方向
   性を有する少なくとも１つ以上の第２の磁界を形成し、
   前記空間内を円滑に移動し得る構造を成す少なくとも１
   つ以上の第２の永久磁石を主に構成される可動子とによ
   り成る単極形リニア直流モータにおいて、前記第２の永
   久磁石の一部に対向する前記固定子の構成部材の一部
   に、前記第２の磁界と同一方向に少なくとも１つ以上の
   第１の磁界を形成する少なくとも１つ以上の第１の永久
   磁石を装着することを特徴とする単極形リニア直流モー
   タ。