JP5418558B2 - リニアモータの固定子およびリニアモータ - Google Patents

Description

開示の実施形態は、リニアモータの固定子およびリニアモータに関する。

従来、電動機の一種として、固定子に沿って可動子を直線的に移動させるリニアモータが知られており、かかるリニアモータとして、永久磁石が可動子側に配置されるものが提案されている。

例えば、コイルをティースに巻装した電機子に複数の永久磁石を配列した可動子と、所定間隔で表面に突極が形成され、可動子に対向配置される固定子とを備えるリニアモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２１９１９９号公報

しかしながら、上記リニアモータにおいて、固定子を溶接等によって設置用プレートに接合し、かかる設置用プレートをボルトで設置対象に固定する構造を採る場合、かかる設置用プレートがリニアモータの小型化の妨げとなってしまう。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができるリニアモータの固定子およびリニアモータを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るリニアモータの固定子は、直線状に延在するヨーク部と、前記ヨーク部から突出し、前記ヨーク部の延在方向に一定の間隔で配列され、前記ヨーク部の延在方向と直交する方向に直線状に延在する複数の突極と、前記突極間の前記ヨーク部に形成され、当該ヨーク部を設置対象に固定する締結具が取り付けられる複数の取付部と、備える。前記突極は前記突極の長手方向から見た場合に、基部が末広がりに形成され、先端部が円弧状に形成されており、前記ヨーク部は、前記突極間の前記ヨーク部全体に当接するように形成される押さえ板によって前記締結具で前記設置対象に固定される。

実施形態の一態様によれば、小型化を図ることができるリニアモータの固定子およびリニアモータを提供できるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係るリニアモータの正面模式図である。 図２は、第１の実施形態に係るリニアモータの側断面模式図である。 図３は、第１の実施形態に係る固定子の側面模式図である。 図４は、図３のＢ−Ｂ線断面模式図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る固定子を構成する部材の説明図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る固定子を構成する部材の説明図である。 図６は、第１の実施形態に係る他の固定子の断面模式図である。 図７Ａは、第１の実施形態に係るさらに他の固定子の断面模式図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す固定子の断面模式図である。 図８は、第２の実施形態に係るリニアモータの正面模式図である。 図９は、図８のＣ−Ｃ線断面模式図である。 図１０は、第２の実施形態に係る固定子の断面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するリニアモータの固定子およびリニアモータの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、説明の便宜上、各図中、Ｘ軸の正方向および負方向をそれぞれリニアモータの前方および後方、Ｙ軸の正方向および負方向をそれぞれリニアモータの右方および左方、Ｚ軸の正方向および負方向をリニアモータの上方および下方とする。

（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るリニアモータの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係るリニアモータの正面模式図、図２は、第１の実施形態に係るリニアモータの側断面模式図である。なお、図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るリニアモータ１００は、前後方向（ここでは、Ｘ軸方向）に延伸する可動子１１０および固定子１２０を備え、設置対象１４０に設置される。可動子１１０は、間隔Ｐ１を空けて固定子１２０と対向した状態で、固定子１２０に対して前後方向に相対的に移動できるように、図示しない直動軸受によって案内支持される。また、可動子１１０には、リニアモータ１００によって前後方向に移動させる移動対象１５０が上方に取り付けられる。

かかるリニアモータ１００においては、電機子１１１と主極磁石列１３０を備える可動子１１０によって進行磁界が形成される。そして、かかる進行磁界と固定子１２０の突極１２２との間で発生する推力によって、可動子１１０が固定子１２０に対して前後方向へ相対的に移動する。なお、以下では、可動子１１０の移動方向、すなわち、前後方向をストローク方向と呼ぶこととする。

図２に示すように、可動子１１０は、電機子コア１１２と、複数のコイル１１３と、主極磁石列１３０とを備える。電機子コア１１２は、例えば、積層珪素鋼板やＳＭＣコアなどの軟磁性材料から構成される。かかる電機子コア１１２は、ストローク方向を長手方向として延在するヨーク部１１５と、かかるヨーク部１１５からそれぞれ下方に延伸する複数のティース１１６を備える。

複数のティース１１６は、ストローク方向に沿って直線状に所定の間隔で配列され、各ティース１１６には、三相の電機子巻線であるコイル１１３が絶縁材を介して集中巻きにより巻装される。コイル１１３は、例えば、銅線などの絶縁被覆電線によって形成される。

なお、電機子コア１１２に形成される９つのティース１１６は、例えば、ストローク方向に連続する３つのティース１１６を１つのグループとして前方から順に第１〜第３グループに分けられる。そして、第１グループのティース１１６にＵ相のコイル１１３が、第２グループのティース１１６にＶ相のコイル１１３が、第３グループのティース１１６にＷ相のコイル１１３がそれぞれ集中巻きにより巻装される。

また、電機子コア１１２のストローク方向両端には、それぞれヨーク部１１５から下方へ向かって突出する補助ティース１１８ａ，１１８ｂが形成される。かかる補助ティース１１８ａ，１１８ｂによって、推力変動の要因となるコギングが低減される。

電機子コア１１２は、複数のティース１１６のそれぞれにコイル１１３が巻装された様態で、モールド樹脂１１４によって全体的にモールドされる。電機子１１１のティース１１６側が平坦状に形成される。このように平坦状に形成された電機子１１１のティース１１６側には、推力を発生させるための主極磁石列１３０が接着材などによって固定される。

主極磁石列１３０は、異なる極性の主極磁石１３１ａ，１３１ｂがティース１１６の配列方向に沿って交互に配列されて構成される。各主極磁石１３１ａ，１３１ｂは、前後方向を長手方向として略直方体状に形成され、矢印方向を磁化方向としている。すなわち、主極磁石１３１ａは、下方をＮ極、上方をＳ極とする永久磁石であり、主極磁石１３１ｂは、上方をＮ極、下方をＳ極とする永久磁石である。なお、主極磁石１３１ａ，１３１ｂは、永久磁石に限定されるものではなく、例えば、電磁石であってもよい。

次に、固定子１２０の構成について説明する。固定子１２０は、図２に示すように、前後方向に直線状に延在するヨーク部１２１と、前後方向に所定の間隔で配列される突極１２２とを備える突極子である。かかる固定子１２０は、例えば、積層珪素鋼板、ＳＭＣコア、３％Ｓｉ鉄、または鉄製の構造材などの軟磁性材料から構成される。

ヨーク部１２１は、前後方向を長手方向として略直方体状に形成される。突極１２２は、左右方向を長手方向とし、ヨーク部１２１から上方に突出して形成される。固定子１２０の突極１２２は、可動子１１０によって形成される磁界との間で推力を発生させるために設けられており、かかる推力によって可動子１１０が固定子１２０に対して前後方向に相対的に移動する。具体的には、電機子１１１のコイル磁束が、主極磁石列１３０を構成する主極磁石１３１ａ，１３１ｂの磁束に重畳し、１３極の進行磁界が形成される。この１３極の進行磁界と１３個の突極１２２との間で推力が発生し、かかる推力によって可動子１１０が固定子１２０に対して前後方向に相対的に移動する。

第１の実施形態に係るリニアモータ１００では、小型化を図るために、ヨーク部１２１を設置対象１４０に固定する締結具が取り付けられる取付部がヨーク部１２１に設けられる。以下、かかる取付部について、図３、図４、図５Ａおよび図５Ｂを参照して説明する。図３は、固定子１２０の側面模式図、図４は、図３のＢ−Ｂ線断面模式図、図５Ａおよび図５Ｂは、固定子１２０を構成する部材の説明図である。

図３に示すように、固定子１２０のヨーク部１２１には、締結具であるボルト１６０が取り付けられる貫通孔１２３が取付部として前後方向に間隔を空けて形成される。かかる貫通孔１２３は、突極１２２よりも幅広に形成されたヨーク部１２１のうち、突極１２２が配列されない領域に形成される。すなわち、図４に示すように、突極１２２の領域と突極１２２間の領域とを含む突極形成領域１２４には形成されず、突極形成領域１２４の左右に隣接するヨーク部領域１２５，１２６のそれぞれに形成される。

各貫通孔１２３は、固定子１２０を設置対象１４０に設置する際に、図３および図４に示すように、ボルト１６０が挿通される。設置対象１４０には、ボルト穴が形成されており、これにより、ボルト１６０の頭部１６１がヨーク部１２１の上面に押し当てられた状態で、ボルト１６０の軸部１６２が設置対象１４０に固定される。

なお、設置対象１４０には、ボルト１６０の軸部１６２が螺合するボルト穴に代えて、貫通孔を形成し、かかる貫通孔から露出するボルト１６０の軸部１６２にナットと取り付け、これによりボルト１６０を設置対象１４０に設置することもできる。

また、取付部としてヨーク部１２１に形成される貫通孔１２３をボルト孔として、ボルト１６０を貫通孔１２３に螺合させるようにしてもよい。このようにすることで、固定子１２０の設置対象１４０への固定をより強固に行うことができる。なお、締結具としてボルト１６０を用いることに代えて、釘などを用いることもできる。

固定子１２０は、例えば、突極形成領域１２４を形成する第１コア部材、ヨーク部領域１２５を形成する第２コア部材、およびヨーク部領域１２６を形成する第３コア部材の３つのコア部材によって構成することができる。例えば、第２コア部材および第３コア部材をそれぞれ第１コア部材の右側面側および左側面側に連接することで、固定子１２０を形成する。

突極形成領域１２４を形成する第１コア部材として、例えば、図５Ａに示すように、前後方向に直線状に延在するヨーク部１７１と、ヨーク部１７１から上方に突出する複数の突極１２２とを備えるコア部材１７０を用いることができる。

また、ヨーク部領域１２５，１２６を形成する第２および第３コア部材として、図５Ｂに示すように、前後方向に直線状に延在するヨーク部１８１からなるコア部材１８０を用いることができる。なお、ここでは、ヨーク部１７１の上下方向の高さとヨーク部１８１の上下方向の高さを同じ高さとしている。

コア部材１７０，１８０は、例えば、積層珪素鋼板、ＳＭＣコア、３％Ｓｉ鉄、または鉄製の構造材などの軟磁性材料から構成される。なお、積層珪素鋼板などのように厚みの薄い電磁鋼板を左右方向に複数枚積層してコア部材１７０，１８０を構成することで、渦電流を抑制することができ、リニアモータ１００の特性を向上させることができる。また、突極１２２の左右方向の幅をヨーク部１７１の左右方向の幅と同一とすることによって、コア部材１７０を同一形状の電磁鋼板によって形成することができる。

このように、第１の実施形態に係るリニアモータ１００では、突極１２２よりも幅広に形成したヨーク部１２１に貫通孔１２３を形成し、かかる貫通孔１２３に直接ボルト１６０を挿通して固定子１２０を固定するため、リニアモータの小型化を図ることができる。

例えば、固定子を溶接等によって設置用プレートに接合し、かかる設置用プレートをボルトで設置対象に固定する構造を採る場合、かかる設置用プレートがリニアモータの小型化の妨げとなってしまう。一方、リニアモータ１００では、ヨーク部１２１を直接固定することができるため、設置用プレートが不要となり、これにより、リニアモータの小型化を図ることができる。

また、複数の突極１２２が配置されるヨーク部１７１と、ヨーク部１７１の側面側に連接するヨーク部１８２とによりヨーク部１２１を構成し、かかるヨーク部１２１のうちヨーク部１８１に取付部である貫通孔１２３を配置している。したがって、突極形成領域１２４にはボルト１６０が取り付けられないため、例えば、ボルト１６０を磁性体で形成した場合であっても、可動子１１０によって形成される進行磁界に対する影響を抑制することができる。

なお、上述した例では、ヨーク部１２１に貫通孔１２３を形成して取付部としているが、これに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、図６に示す固定子１２０Ａのように構成することができる。図６は、第１の実施形態に係る他の固定子の断面模式図である。図６に示す固定子１２０Ａでは、ヨーク部領域１２５，１２６のヨーク部１２１に凹部１２８を形成し、かかる凹部１２８に貫通孔１２３を形成する。

これにより、ボルト１６０の頭部１６１の一部または全部が凹部１２８に収納され、ボルト１６０の頭部１６１の位置を下げることができる。したがって、例えば、ボルト１６０を磁性体で形成した場合であっても、可動子１１０によって形成される進行磁界に対する影響を抑制することができる。

また、図７Ａに示す固定子１２０Ｂのように構成することができる。図７Ａは、第１の実施形態に係るさらに他の固定子の側面模式図、図７Ｂは、図７Ａに示す固定子の断面模式図である。図７Ａに示す固定子１２０Ｂでは、ヨーク部領域１２５，１２６のヨーク部１２１に両側端まで連続する凹部１２９が形成される。かかる凹部１２９には、図７Ｂに示すように、基端がボルト１６０によって設置対象１４０に固定された係止部材１６３の先端が嵌入する。これにより、固定子１２０Ｂが設置対象１４０に設置される。すなわち、ボルト１６０および係止部材１６３を締結具として、固定子１２０Ｂが設置対象１４０に設置される。

係止部材１６３の先端は凹部１２９内に配置されるため、例えば、係止部材１６３を磁性体で形成した場合であっても、可動子１１０によって形成される進行磁界に対する影響を抑制することができる。なお、ここでは、係止部材１６３は、ボルト１６０用貫通孔が形成された平板状板部材の先端にＬ字状の板部材が形成される形状としているが、係止部材の形状はこれに限定されるものではない。

（第２の実施形態）
まず、第２の実施形態に係る固定子の構成について説明する。図８は、第２の実施形態に係る固定子の正面模式図、図９は、第２の実施形態に係るリニアモータの側断面模式図である。なお、図９は、図８のＣ−Ｃ線断面模式図である。また、以下においては、説明の便宜上、第１の実施形態に係るリニアモータ１００と異なる点を主に説明し、重複説明は適宜省略する。

図８に示すように、第２の実施形態に係るリニアモータ２００は、それぞれ前後方向に延伸する可動子２１０および固定子２２０を備え、設置対象２４０に設置される。上方に移動対象２５０が取り付けられる可動子２１０は、間隔Ｐ１０を空けて固定子２２０と対向した状態で、固定子２２０に対して前後方向に相対的に移動できるように、図示しない直動軸受によって案内支持される。

かかるリニアモータ２００では、リニアモータ１００と同様に、電機子２１１と主極磁石列２３０を備える可動子２１０によって進行磁界が形成される。かかる進行磁界と固定子２２０の突極２２２との間で発生する推力によって、可動子２１０が固定子２２０に対して前後方向へ相対的に移動する。なお、可動子２１０は、第１の実施形態に係る可動子１１０と同様の構成である。

固定子２２０は、図９に示すように、ヨーク部２２１および突極２２２を備える突極子である。ヨーク部２２１は、前後方向を長手方向として略直方体状に形成される。突極２２２は、ヨーク部２２１から上方に突出して形成される。かかる突極２２２は、左右方向を長手方向とし、前後方向に所定の間隔で配列される。

図８に示すように、固定子２２０は、左右方向の幅をヨーク部２２１と突極２２２同一の幅としている。また、突極２２２間のヨーク部２２１には、図９に示すように、締結具であるボルト２６０が挿通される貫通孔２２３が取付部として前後方向に間隔を空けて形成される。

各貫通孔２２３は、固定子２２０を設置対象２４０に設置する際に、図８および図９に示すように、ボルト２６０が挿通される。設置対象２４０には、ボルト穴が形成されており、これにより、ボルト２６０の頭部２６１が押さえ板２６５を介してヨーク部２２１の上面に押し当てられた状態で、ボルト２６０の軸部２６２が設置対象２４０に固定される。押さえ板２６５は、突極２２２間のヨーク部２２１全体に当接するように形成される。これにより、押さえ板２６５によって、突極２２２間のヨーク部２２１が全体的に押さえつけられて、固定子２２０をより精度よく設置対象２４０に固定することができる。

ここで、ボルト２６０は、ステンレスなどの非磁性体の材料で形成することが望ましい。ボルト２６０を非磁性体の材料で形成することで、可動子２１０によって形成される進行磁界に対する影響を低減することができる。さらに、押さえ板２６５をステンレスなどの非磁性体の材料で形成することで、進行磁界に対する影響をさらに低減することができる。

また、突極２２２の先端部は断面視円弧状に形成されており、これにより、ボルト２６０および押さえ板２６５を取り付ける際に、突極２２２間にボルト２６０および押さえ板２６５を容易に挿入することができる。

なお、設置対象２４０には、ボルト２６０の軸部２６２が螺合するボルト穴に代えて、貫通孔を形成し、かかる貫通孔から露出するボルト２６０の軸部２６２にナットと取り付け、これにより、ボルト２６０を設置対象２４０に設置することもできる。また、取付部としてヨーク部２２１に形成される貫通孔２２３をボルト孔として、ボルト２６０を貫通孔２２３に螺合させるようにすることで、固定子２２０の設置対象２４０への固定をより強固に行うことができる。なお、締結具として釘などを用いることもできる。

このように、第２の実施形態に係るリニアモータ２００では、突極２２２間のヨーク部２２１に取付部として貫通孔２２３を形成し、かかる貫通孔２２３に直接ボルト２６０を挿通して固定子２２０を固定する。したがって、第１の実施形態に係る固定子１２０に比べ、さらに、固定子２２０の左右方向の幅を狭くすることができるため、リニアモータの小型化を図ることができる。

なお、上述した例では、ボルト２６０の頭部２６１が押さえ板２６５を介してヨーク部２２１の上面に押し当てるようにしたが、これに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば、図１０に示すように、ヨーク部２２１の突極２２２側にボルト２６０の軸部２６２を突出させ、ボルト２６０の軸部２６２に押さえ板２６６を取り付けることによって、ヨーク部２２１を設置対象２４０へ固定することもできる。この場合、押さえ板２６６は、ステンレスなどの非磁性体の材料で形成することが望ましい。押さえ板２６６を非磁性体の材料で形成することで、可動子２１０によって形成される進行磁界に対する影響を低減することができる。押さえ板２６６に代えて、ナットをボルト２６０の軸部２６２に取り付けるようにしてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施の形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１００，２００ リニアモータ
１１０，２１０ 可動子
１２０，２２０ 固定子
１２２，２２２ 突極
１６０，２６０ ボルト（締結具）
１６３ 係止部材（締結具）

Claims (5)

1. 直線状に延在するヨーク部と、
   前記ヨーク部から突出し、前記ヨーク部の延在方向に一定の間隔で配列され、前記ヨーク部の延在方向と直交する方向に直線状に延在する複数の突極と、
   前記突極間の前記ヨーク部に形成され、当該ヨーク部を設置対象に固定する締結具が取り付けられる複数の取付部と、
   を備え、
   前記突極は、
   前記突極の長手方向から見た場合に、基部が末広がりに形成され、先端部が円弧状に形成されており、
   前記ヨーク部は、
   前記突極間の前記ヨーク部全体に当接するように形成される押さえ板によって前記締結具で前記設置対象に固定される
   ことを特徴とするリニアモータの固定子。
2. 前記取付部には、非磁性体で形成された前記締結具が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの固定子。
3. 前記取付部は、前記締結具を挿通する貫通孔によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータの固定子。
4. 前記締結具は、ボルトであり、
   前記ヨーク部の前記設置対象への固定は、前記ヨーク部の突極側に前記ボルトの軸部を突出させ、当該軸部に前記押さえ板を取り付けることによって行われることを特徴とする請求項３に記載のリニアモータの固定子。
5. 直線状に延在するヨーク部と、
   前記ヨーク部から突出し、前記ヨーク部の延在方向に一定の間隔で配列され、前記ヨーク部の延在方向と直交する方向に直線状に延在する複数の突極と、
   前記突極間の前記ヨーク部に形成され、当該ヨーク部を設置対象に固定する締結具が取り付けられる複数の取付部と、
   を備えた固定子と、
   前記固定子に対向して配置される可動子と、を備え、
   前記突極は、
   前記突極の長手方向から見た場合に、基部が末広がりに形成され、先端部が円弧状に形成されており、
   前記ヨーク部は、
   前記突極間の前記ヨーク部全体に当接するように形成される押さえ板によって前記締結具で前記設置対象に固定される
   ことを特徴とするリニアモータ。

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