WO2008013053A1 - Armature de moteur linéaire cylindrique, pôle de champ de moteur linéaire cylindrique et moteur linéaire cylindrique les utilisant - Google Patents

Description

明 細 書

円筒形リニアモータ電機子および円筒型リニアモータ界磁極並びにこれ らを用いた円筒型リニアモータ

技術分野

[0001] 本発明は、パイプ状の界磁極の周囲に空隙を介して円筒型ヨークを取り付けること によって高特性が得られる円筒型リニアモータに関し、特に、円筒形リニアモータ電 機子および円筒型リニアモータ界磁極並びにこれらを用いた円筒型リニアモータの 構造に関する。

背景技術

[0002] 図 5は従来公知の円筒型リニアモータの概観側面図、図 6はその側断面図を示す。

本発明が対象とする円筒型リニアモータは、図 5に示すように、界磁極 10を有する固 定子と、この界磁極 10に同心配置される電機子 20を有する可動子とから構成されて いる。本発明は、この界磁極 10と電機子 20とのそれぞれ改良に係るものである。 まず、界磁極 10は、図 6に示すように、それぞれ軸方向に磁化された複数の円柱 状のマグネット 10aと、各マグネット 10a間に間揷される磁性体からなる円柱状のポー ルピース 10bと、マグネット 10aおよびポールピース 10bを内部に収納するステンレス パイプ 10cと、このステンレスパイプ 10cの軸方向両端に備えたエンドブロック 10dと 力、ら構成される。各マグネット 10aは極性が交互に異なるように、言い換えれば N極と S極の磁極が同極で向き合う様に配置している。エンドブロック 10dは、各マグネット 間に生じる反発力を抑えるためのもので、ステンレスパイプ 10cの両端部に取り付け た構造となっている。

一方、電機子 20は、同じく図 6に示すように、円筒形コイル 20aと、磁性体からなる 円筒形ヨーク 20bと、アルミフレーム 20dから構成される。すなわち、円筒形コイル 20 aを複数個軸方向に並べ、これらを円筒形ヨーク 20bの内側に配し、更に、円筒形ョ ーク 20bの外側にアルミフレーム 20dを取り付けた構造となっている。フレーム 20dは 、電機子 20の機械的剛性を確保しつつ、かつ電機子 20の軽量化を図るためにアル ミ材にて構成している。 このような界磁極 10と電機子 20とが磁気ギャップを介してそれぞれが同軸上に配 置され、界磁極 10を固定子 1に、電機子 20を可動子 2として、相対的に走行するよう にしてリニアモータが構成されて!/、る。

円筒形ヨーク 20bを用いることによって、ギャップ磁束密度が向上し、モータの高性 能化を実現するとともに、界磁極 10から発生する磁束を円筒形ヨーク 20b内に誘導 することで、アルミフレーム 20dへの漏れ磁束が低減され、粘性制動力を抑制するこ と力 Sできる。

[0003] また、同極が向き合うように複数のマグネット 10aを収納したステンレスパイプ 10cの 端部の堅固な固定としてのエンドブロック 10dについては、例えば特許文献 1がある 。図 7はエンドブロックを説明する固定子 1の断面図である。

図 7において、 70は界磁極、 70aは互いに同極が向き合うように配置された複数の マグネット、 70cはその外周を抑える非磁性材料から成るパイプ、 70eは両端にネジ を形成したマグネット 70aを全て貫通する非磁性材料のシャフトであり、 70dはシャフ ト 70eのネジをはめ込むエンドブロックである。マグネット 70aから発生する漏れ磁束と 可動子 10内部の通電されたコイルによって、固定子軸方向に駆動力が発生するよう になっており、その固定子の締結は、エンドブロック 70dをシャフト 70eのネジ部 70f が締め付けることによって行われている。

特許文献 1 :特開平 10— 313566号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しかしな力 Sら、図 6に示す電機子 20の両端部付近において、界磁極 10から漏れた 磁束がアルミフレーム 20dへ鎖交して渦電流が流れ、結果として粘性制動力が発生 してしまうという欠点があった。

また、図 7に示す円筒型リニアモータ装置は、シャフト 70eがマグネット 70a全てを貫 通しなければならないため、マグネット 70aの幅を広げたり又は数を増やすことで電 機子 20を長くすると、シャフト 70eも同様の長さが必要となるため、長い電機子 20を 作るのに不向きであった。

さらに、電機子 20の各長さに対してシャフト 70eをそれぞれ用意しなければならず、 コスト面 ·製造面 ·保管面での問題があった。

そして、エンドブロック 70dとシャフト 70eのネジ締め付けのみの締結であるため、ネ ジの緩み '磨耗が生じた際に、マグネットの反発力によりエンドブロック 70dごと界磁 極 70が破壊されてしまう問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、粘性制動力を限りなく 小さくし、製作性'組立性に優れ、安価な円筒型リニアモータを提供することを目的と する。

課題を解決するための手段

[0005] 上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項 1記載の発明は、円筒形リニアモータ電機子に係り、磁性体力 なる円筒形 ヨークの内側に複数個の円筒形コイルを軸方向に並べて配置し、前記円筒形ヨーク の外側を覆うフレームで構成された円筒形リニアモータ電機子において、前記フレー ムを導電率がほぼ 0である樹脂材にて構成したことを特徴としている。

請求項 2記載の発明は、請求項 1記載の円筒型リニアモータ電機子において、前 記円筒形ヨークが存在する軸方向領域に限りアルミフレームとし、前記電機子の軸方 向両端部を樹脂キャップとしたことを特徴としている。

請求項 3記載の発明は、円筒形リニアモータ界磁極に係り、軸方向に磁化された複 数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き 合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロックを配設して構成された 円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックをボルトを取り付けたエンド ブロックで構成したことを特徴としてレ、る。

請求項 4記載の発明は、円筒形リニアモータ界磁極に係り、軸方向に磁化された複 数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き 合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロックを配設して構成された 円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックをピンを取り付けたエンドブ ロックで構成したことを特徴としてレ、る。

[0006] 請求項 5記載の発明は、請求項 3又は 4記載の円筒型リニアモータ界磁極におい て、前記エンドブロックが外径にネジが切られており、前記パイプは内径に同様のネ ジを持たせることでネジ固定が可能であることを特徴としている。

請求項 6記載の発明は、請求項 3又は 4記載の円筒型リニアモータ界磁極におい て、前記エンドブロックが前記パイプに対して逃げがあり、前記パイプとの嵌合後に 前記パイプを逃げと同形状に変形させることで固定することを特徴としている。

請求項 7記載の発明は、請求項 3又は 4記載の円筒型リニアモータ界磁極におい て、前記エンドブロック及び前記パイプは、溶接により固定されることを特徴としている

〇

請求項 8記載の発明は、円筒型リニアモータ界磁極に係り、軸方向に磁化された複 数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き 合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロックを配設して構成された 円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックを外径にネジが切られたェ ンドブロックで構成し、前記エンドブロックを前記パイプにねじ込み締めることにより前 記マグネットを押し付ける方向に作用して前記マグネット間の隙間を密着させ、かつ、 前記エンドブロックは、前記パイプに対して逃げがあり、前記パイプとの嵌合後に前 記パイプを逃げと同形状に変形させることで固定することを特徴としている。

請求項 9記載の発明は、円筒型リニアモータ界磁極に係り、軸方向に磁化された複 数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き 合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロックを配設して構成された 円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックを外径にネジが切られたェ ンドブロックで構成し、前記エンドブロックを前記パイプにねじ込み締めることにより前 記マグネットを押し付ける方向に作用して前記マグネット間の隙間を密着させ、かつ、 前記エンドブロック及び前記パイプは、溶接により固定されることを特徴としている。 請求項 10記載の発明は、請求項 3、 4、 8または 9記載の円筒型リニアモータ界磁 極において、前記各マグネット間に磁性体からなる円柱状のポールピースを間揷さ せたことを特 ί毁としている。

請求項 11記載の発明は、円筒型リニアモータに係り、請求項 1または 2記載の円筒 形電機子の中空空間内に磁気ギャップを介してパイプ状の界磁極を互いに同軸状 に配置し、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行移動するようにしたことを特徴と している。

請求項 12記載の発明は、円筒型リニアモータに係り、円筒形電機子の中空空間内 に磁気ギャップを介して請求項 3〜； 10のいずれか 1項記載の界磁極を互いに同軸状 に配置し、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行移動するようにしたことを特徴と している。

請求項 13記載の発明は、円筒型リニアモータに係り、請求項 1または 2記載の円筒 形電機子の中空空間内に磁気ギャップを介して請求項 3〜； 10のいずれか 1項記載 の界磁極を互いに同軸状に配置し、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行移動 するようにしたことを特 ί毁として!/、る。

発明の効果

[0008] 上記構成により、粘性制動力を限りなく抑制した高性能な円筒型リニアモータが得 られる。

また、マグネットの幅や数が増えて固定子が長くなつてもシャフトの長さを変える必 要のない、したがって長い固定子を作るのに適した、そしてシャフトとエンドブロックの ネジ締めのネジの緩み '磨耗が生じてマグネットの反発力によりエンドブロックごと固 定子が破壊される恐れのない高性能な円筒型リニアモータが得られる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]本発明の実施例 1を示す円筒型リニアモータの断面図である。

[図 2]本発明の実施例 2を示す円筒型リニアモータである。

[図 3]本発明の実施例 3を示す円筒型リニアモータの界磁極を示す図で、（a)は実施 例 1 , (b)はその変形例である。

[図 4]本発明の実施例 4を示す円筒型リニアモータの界磁極を示す図である。

[図 5]円筒型リニアモータの外観図を示す図である。

[図 6]従来公知の円筒型リニアモータの断面図である。

[図 7]従来の公知の円筒型リニアモータの界磁極近傍を示す断面図である。

符号の説明

[0010] 1 磁極を有する固定子

10 界磁極 a マグネット b ポーノレピース c ステンレスパイプ d エンドブロック 電機子を有する可動子 電機子

a 円筒形コイルb 円筒形ヨークc 樹脂フレームd ァノレミフレームe 樹脂キャップ 、 30 ' 界磁極a マグネットc ステンレスノ ィ:d エンドブロックf ボノレト

g ピン

界 fe極

a マグネットc パイプ

d エンドブロックf ボノレト

g ピン

h 逃げ (変形） 界 極

a マグネットc パイプ

d エンドブロック 70e シャフト

70f ネジ部

発明を実施するための最良の形態

[0011] 以下、本発明について図を参照して説明する。

実施例 1

[0012] 図 1は本発明の実施例 1に係る円筒型リニアモータを示す断面図である。

図 1において、 10は界磁極、 10aはそれぞれ軸方向に磁化された複数の円柱状の マグネットと、 10bは各マグネット 10a間に間揷される磁性体からなる円柱状のポール ピースである。ポールピース 10bはこれを挟み込むことにより、エアギャップ中の空間 磁束密度が正弦波分布に近くなり、電機子コイルに生じる誘起電圧に関して絶対値 が大きくなりかつ正弦波に近い分布となり、磁力線を効率よく電機子 20側へ向かわ せるのに有効な働きをするので、モータ定数の向上と推力リプルの低減につながる ので好ましいが、必須ではない。 10cはマグネット 10aおよびポールピース 10bを内 部に収納するステンレスパイプ、 10dはステンレスパイプ 10cの端部を封止するエンド プ'ロックである。

以上の要素で固定子 1を構成している。

一方、可動子 2は、 20の電機子、 20aの円筒形コイル、 20bの磁性体からなる円筒 形ヨーク、 20cの樹脂フレームで構成される。

このような界磁極 10と電機子 20とが磁気ギャップを介してそれぞれが同軸上に配 置され、界磁極 10を固定子 1に、電機子 20を可動子 2として、相対的に走行するよう にしてリニアモータが構成されて!/、る。

上記のように、円筒形ヨーク 20bの外側のフレーム 20cを樹脂材で構成しているた め、導電率がほぼ 0となっている。したがって、電機子 20の両端部付近において、界 磁極から漏れた磁束が樹脂フレーム 20cへ鎖交しても渦電流が発生しないため、渦 電流ブレーキ (粘性制動力）が発生しなくなる。

実施例 2

[0013] 図 2は、本発明の実施例 2に係る円筒型リニアモータを示す断面図である。

図 2において、図 1と同じ要素には同じ符号を使っているので、重複説明は省略す る。実施例 1との違いは、フレームを、軸方向に円筒形ヨーク 20bが存在する領域に 限りアルミフレーム 20dとし、電機子 20の両端部は樹脂キャップ 20eにて構成してい る点、である。

このように、円筒形ヨーク 20bが存在する領域では、界磁極 10から生じる磁束が円 筒形ヨーク内 20bに誘導され、アルミフレーム 20dには磁束が漏れないため、粘性制 動力はほとんど生じない。また、電機子 20の両端部 20eに樹脂材を入れることにより 、界磁極 10から磁束が漏れても渦電流が生じないため、粘性制動力が生じることは ない。更に、粘性制動力を極めて低減しつつ、フレーム部はアルミ材で構成されてい るため、電機子 20の機械的剛性が確保されている。

実施例 3

[0014] 図 3は、本発明の実施例 3に係る円筒型リニアモータの界磁極を示す断面図である 。図 3において、マグネット 30aの外周を非磁性材料のパイプ 30cで覆い、ノイプ 30c と嵌め合レ、であるエンドブロック 30dに対しボルト 30fを取り付け、マグネット 30aを押 し付ける機能を備えた円筒型リニアモータの固定子（界磁極 30)を示している。した がって、パイプ 30cの両側のエンドブロック 30dに対し、片側からボルト 30fを押し込 むことでマグネット 30aを密着させ、パイプ 30cとエンドブロック 30dに対し嵌め合!/、を 備える様になつている。

実施例 3が特許文献 1記載の発明と異なる部分は、固定子軸方向全体を貫通して V、るシャフト 70e (図 7)を必要とせず、固定子 30 (図 3)が如何なる長さであっても片 側のエンドブロック 30dに取り付けることでマグネット 30aの密着を可能とするボルト 3 Ofを備えた部分と、特許文献 1では固定子 70の締結をエンドブロック 70dとシャフト 7 0eの間でのみ行っているのに対し、実施例 3ではエンドブロック 30dとボルト 30f間の 締結に加え、パイプ 30cとエンドブロック 30dの間にも締結を加えている部分である。

[0015] その動作は、図 3 (a)に示すように、パイプ 30cの両側のエンドブロック 30dに対し片 側からボルト 30fを押し込むことで、固定子長と同等長さであるシャフト 70e (図 7)を 必要とせずにマグネット 30aを密着させることが可能となる。

また、マグネット 30aの中心部に図 7のようなシャフト 70eを通す必要が無くなるため 、最大限までマグネット 30aの磁束を高めることが可能となり、モータ特性の向上が可 能となる。

更に、パイプ 30cとエンドブロック 30dの間に締結を加えていることで、万が一ボルト 30fの締結に緩みや磨耗が生じた際にも、パイプ 30cとの締結によってマグネット 30 aの反発力を抑えることが可能となり、固定子 30の破壊を防止し、円筒型リニアモー タとしての機能を保つことが可能となる。

[0016] 図 3 (b)は、図 3 (a)のボルト 30fの代わりにピン 30gに変更した実施例 3の変形例を 示して!/、る。パイプ 30cの両側のエンドブロック 30dに対し片側からピン 30gを打ち付 けることで、固定子 30 'の長さと同等の長さであるシャフト 70e (図 7)を必要とせずに マグネット 30aを密着させることが可能となる。

この場合、ピン 30gはエンドブロック 30dと嵌め合!/、である必要がある。

ボルト 30f及びピン 30gはエンドブロック 30dの片側又は両側に取り付けることが可 能である力 S、構成を簡素化するために片側取付であることが望ましい。

実施例 4

[0017] 図 4は、本発明の実施例 4に係る円筒型リニアモータの界磁極を示す断面図で、パ ィプ 40cとエンドブロック 40dに対する機械的締結を詳細に示した図である。エンドブ ロック 40dはノ イプ 40cに対して逃け、 40hカあり、ノ イプ 40cとの嵌合後にノ イプ 40c を逃げ 40hと同形状に変形させることで固定するものである。すなわち、実施例 3の 構成であるパイプ 30cとエンドブロック 30dの嵌め合いに代わり、エンドブロック 40dに 予めパイプ 40cからの逃げ 40hを持たせ、パイプ 40cに揷入後にパイプ 40cの形状 をエンドブロック 70dの逃げに合わせて変形させることで同様の機能を果たすもので ある。

この効果はパイプ 40cとエンドブロック 40dを接着固定することによつても得ることが 可能であるが、エンドブロックをボルトやピンを取り付けたエンドブロックで構成したり 、溶接やねじ込みのような機械的な固定であることが望ましい。

実施例 5

[0018] 本発明の実施例 5は、例えば図 1において、エンドブロック 10dの外径にネジを切つ ておき、かつ、ステンレスパイプ 10cにもその対向部位の内径に同様のネジを切って おき、エンドブロック 10dをステンレスパイプ 10cの内部にネジ込んでゆくことで、最終 的に堅固な固定をすることができるものである。

これを上記の実施例 3の構成であるパイプ 30cとエンドブロック 30dの嵌め合いや、 実施例 4のエンドブロック 40dに予めパイプ 40cからの逃げを持たせ、パイプ 40cに 揷入後にパイプ 40cの形状をエンドブロック 70dの逃げに合わせて変形させることを 併用させることで、相乗的な大きな効果が得られることとなる。

[0019] 以上述べた構成により、粘性制動力を限りなく抑制した高性能な円筒型リニアモー タが得られ、また、マグネットの幅や数が増えて固定子が長くなつてもシャフトの長さ を変える必要のない、したがって長い固定子を作るのに適した、そしてシャフトとェン ドブロックのネジ締めのネジの緩み ·磨耗が生じてマグネットの反発力によりエンドブ ロックごと固定子が破壊される恐れのない高性能な円筒型リニアモータが得られる。 産業上の利用可能性

[0020] このように本発明は、パイプ状の界磁極の周囲に空隙を介して円筒型ヨークを取り 付けることによって、粘性制動力を限りなく小さくし、製作性'組立性に優れ、安価な 円筒型リニアモータを提供することが可能になるので、例えば高速駆動が要求される あらゆる市場の搬送装置等に好適である。

Claims

請求の範囲

[1] 磁性体からなる円筒形ヨークの内側に複数個の円筒形コイルを軸方向に並べて配 置し、前記円筒形ヨークの外側を覆うフレームで構成された円筒形リニアモータ電機 子において、前記フレームを導電率がほぼ 0である樹脂材にて構成したことを特徴と する円筒形リニアモータ電機子。

[2] 前記円筒形ヨークが存在する軸方向領域に限りアルミフレームとし、前記電機子の 軸方向両端部を樹脂キャップとしたことを特徴とする請求項 1記載の円筒型リニアモ ータ電機子。

[3] 軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロ ックを配設して構成された円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックを ボルトを取り付けたエンドブロックで構成したことを特徴とする円筒型リニアモータ界

¾極。

[4] 軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロ ックを配設して構成された円筒型リニアモータ界磁極において、前記エンドブロックを ピンを取り付けたエンドブロックで構成したことを特徴とする円筒型リニアモータ界磁 極。

[5] 前記エンドブロックは外径にネジが切られており、前記パイプは内径に同様のネジ を持たせることでネジ固定が可能であることを特徴とする請求項 3又は 4記載の円筒 型リニアモータ界磁極。

[6] 前記エンドブロックは、前記パイプに対して逃げがあり、前記パイプとの嵌合後に前 記パイプを逃げと同形状に変形させることで固定することを特徴とする請求項 3又は 4 記載の円筒型リニアモータ界磁極。

[7] 前記エンドブロック及び前記パイプは、溶接により固定されることを特徴とする請求 項 3又は 4記載の円筒型リニアモータ界磁極。

[8] 軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と

S極の磁極が同極で向き合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロ ックを配設して構成された円筒型リニアモータ界磁極において、 前記エンドブロックを外径にネジが切られたエンドブロックで構成し、前記エンドブロ ックを前記パイプにねじ込み締めることにより前記マグネットを押し付ける方向に作用 して前記マグネット間の隙間を密着させ、

かつ、前記エンドブロックは、前記パイプに対して逃げがあり、前記パイプとの嵌合 後に前記パイプを逃げと同形状に変形させることで固定することを特徴とする円筒型 リニアモータ界磁極。

軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に N極と S極の磁極が同極で向き合う様に配置し、前記ステンレスパイプの両端にエンドブロ ックを配設して構成された円筒型リニアモータ界磁極において、

前記エンドブロックを外径にネジが切られたエンドブロックで構成し、前記エンドブロ ックを前記パイプにねじ込み締めることにより前記マグネットを押し付ける方向に作用 して前記マグネット間の隙間を密着させ、

かつ、前記エンドブロック及び前記パイプは、溶接により固定されることを特徴とす る円筒型リニアモータ界磁極。

前記各マグネット間に磁性体からなる円柱状のポールピースを間揷させたことを特 徴とする請求項 3、 4、 8または 9記載の円筒型リニアモータ界磁極。

請求項 1または 2記載の円筒形電機子の中空空間内に磁気ギャップを介してパイ プ状の界磁極を互いに同軸状に配置し、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行 移動するようにしたことを特徴とする円筒型リニアモータ。

円筒形電機子の中空空間内に磁気ギャップを介して請求項 3〜； 10のいずれか 1項 記載の界磁極を互いに同軸状に配置し、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行 移動するようにしたことを特徴とする円筒型リニアモータ。

請求項 1または 2記載の円筒形電機子の中空空間内に磁気ギャップを介して請求 項 3〜； 10のいずれか 1項記載の界磁極を互いに同軸状に配置し、前記界磁極と前 記電機子を相対的に走行移動するようにしたことを特徴とする円筒型リニアモータ。