JP5572907B2

JP5572907B2 - コアレスリニアモータ

Info

Publication number: JP5572907B2
Application number: JP2011156062A
Authority: JP
Inventors: 秀作吉田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: JP2013027055A

Description

開示の実施形態は、電機子に空芯型の電機子コイルを備えたコアレスリニアモータに関する。

特許文献１には、複数の空芯型の電機子コイルからなる電機子を可動子側に設けたコアレスリニアモータが開示されている。これら電機子コイルは可動子の移動方向に並列に配置され、それら全体が樹脂モールドによる一体成型で固定されて電機子を構成している。各電機子コイルに所定の電流を流すと、各電機子コイルがその中心軸方向で挟まれた固定子側の２列の永久磁石との電磁作用により、モールド樹脂を介して電機子及び可動子の全体を移動させる推進力が発生する。また、１枚の薄板で構成された非磁性部材の両面に電機子コイルの列を２列挟み、これら全体を樹脂モールドにより一体成型で固定した構成の電機子も開示されている。

特開２００１−８６７２６号公報

しかしながら、各電機子コイルが受けた推進力を可動子全体に伝えるには、モールド樹脂だけでは剛性が低すぎる。また、上記非磁性部材を備えた電機子の場合でも、非磁性部材の平坦な表面に電機子コイルを面接触させて樹脂モールドで覆っただけの構成でしかない。このため、各電機子コイルが受けた推進力がモールド樹脂に対して剪断力として作用し、非磁性部材の表面とモールド樹脂との間の接合を剥離しやすくなっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電機子に不良が生じる可能性を低減できるコアレスリニアモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記界磁と前記電機子を相対的に移動可能なコアレスリニアモータにおいて、前記電機子は、回路パターンが形成された略長方形状の基板と、前記基板の片側に前記可動子の移動方向に沿って設けられた複数の電機子コイルと、前記基板に前記電機子コイルを覆うように設けられたモールド樹脂と、を有し、前記基板は、樹脂モールド時に前記モールド樹脂が流入可能な長孔状の樹脂流入部を、長孔方向が前記基板の長手方向に沿うように、前記回路パターンと干渉しない領域に有しているコアレスリニアモータが適用される。

本発明のコアレスリニアモータによれば、電機子に不良が生じる可能性を低減できる。

一実施形態に係るコアレスリニアモータの外観全体を斜視で表した図である。可動子を分解した状態を斜視で表した図である。図１中の矢視Ａから見たコアレスリニアモータの側面図であり、可動子の一部を透過して断面を表した図ある。図２中の矢視Ｂからプリント基板だけを見た正面図である。モールド樹脂の硬化収縮と、それによるプリント基板への影響と、樹脂流入孔による影響の抑制を説明する図である。長孔方向が電機子の短手方向に沿った形状の樹脂流入孔を有するプリント基板の正面図である。略十字状の樹脂流入孔を有するプリント基板の正面図である。樹脂流入孔を千鳥状の配置で有するプリント基板の正面図である。

以下、一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３において、コアレスリニアモータ１００は、固定子１と可動子２を備えている。固定子１は、２つの界磁ヨーク板１１と、界磁ヨーク固定部１２と、複数の永久磁石１３とを有している。２つの界磁ヨーク板１１は、それぞれ同じ長尺の略矩形形状の平板であり、固定子１の長手方向に渡って互いに対向するよう配置されている。界磁ヨーク固定部１２は、固定子１の長手方向全体に渡ってそれら２つの界磁ヨーク板１１の間の下方部分を連結するよう固定している。

複数の永久磁石１３は、それぞれ固定子１の長手方向に短い略矩形形状の平板で構成されており、各界磁ヨーク板１１のそれぞれの対向面に２つ一組で対向する配置で設けられている。そのような複数組の永久磁石１３が、固定子１の長手方向に沿って所定の間隔で並設されており、つまり各界磁ヨーク板１１の内側面にそれぞれ長手方向に沿った永久磁石列１４が設けられている。同じ組で対向する２つの永久磁石１３どうしでは、それらの対向方向、つまり固定子１の幅方向で磁極の向きが逆であり、また固定子１の長手方向で隣接する２つの永久磁石１３どうしでも、互いに磁極の向きは逆となる。

また、界磁ヨーク固定部１２の上面には長手方向に渡って溝部１２ａが形成されており、この溝部１２ａの幅は、上記一組の永久磁石１３の対向間隔とほぼ同じ寸法に設定されている。このため、図３に示すように、固定子１全体を側面で見た形状は略Ｕ字型となっている。

可動子２は、特に図２に示すように、電機子ベース２１と、プリント基板２２と、フレーム２３と、複数の電機子コイル２４と、モールド樹脂２５と、コネクタ２６とを有している。電機子ベース２１は、略直方体形状で構成されており、その長手方向の長さは固定子１の長さより短い。プリント基板２２は、上記電機子ベース２１と同じ長さの略矩形形状で非磁性体からなる薄板であり、上記複数の電機子コイル２４にそれぞれ電力を供給するための回路パターンの配線２２ａがプリント形成されている（後述の図４参照）。なお、このプリント基板２２は、各請求項記載の基板に相当する。電機子コイル２４は、空芯型で集中巻きのコアレスコイルであり、図示する例では９つ設けられている。各電機子コイル２４は、可動子２の幅方向を中心軸方向として上下方向に長い略矩形状に巻かれている。

フレーム２３は、上記プリント基板２２とほぼ同じ大きさで上記電機子コイル２４より少し幅の広い枠状の構造物であり、その枠内の１つの広い空間に上記複数の電機子コイル２４を可動子２の長手方向に沿った所定の間隔で収納している。なお、図２中では、図示の煩雑を避けるために、図中の最も手前側の１つの電機子コイル２４だけをフレーム２３から抜き出して分解した状態を示し、他の電機子コイル２４はフレーム２３の内部に収納されたままの状態で示している。また図３中の透過断面部分に示すように、各電機子コイル２４はフレーム２３の内部において十分な隙間を介して遊嵌されており、それら隙間にモールド樹脂２５が充填されることで各電機子コイル２４がフレーム２３の内部に固定されている。

そして図２に示すように、複数の電機子コイル２４を内部に収納したフレーム２３の一方の表面にプリント基板２２が張り合わされた全体が電機子３を構成し、この略板状の電機子３の上辺を、上記電機子ベース２１の下面の溝部２１ａに挿入して固定した全体が可動子２を構成する。また、プリント基板２２の上辺の一方側端部に、各電機子コイル２４とそれぞれ接続するプリント配線２２ａの端子が集中して配置されており、コネクタ２６が電機子ベース２１を貫通してこれらプリント配線２２ａの端子と外部ケーブル２７とを接続する。また、図３中の透過断面部分に示すように、各電機子コイル２４のプリント基板２２と逆側の側面（図中の左側の側面）も外気に露出させずにモールド樹脂２５で覆われている。そして、可動子２の下側に設けた電機子３を固定子１における２列の永久磁石列１４の間に挿入した状態で、コアレスリニアモータ１００が構成されている。

この例のコアレスリニアモータ１００は、固定子１側に永久磁石列１４からなる界磁を備え、可動子２側に電機子３を備えた構成である。外部ケーブル２７を介して可動子２側の電機子３に備えられた９つの電機子コイル２４にそれぞれＵ相、Ｖ相、及びＷ相の３相交流電力のいずれかを適宜の位相で供給することで、各電機子コイル２４がその軸方向両側を挟む永久磁石列１４から推進力を受ける。そしてフレーム２３がモールド樹脂２５を介して各電機子コイル２４の推進力をまとめて受け、その力が電機子ベース２１に伝達されることで可動子２全体が固定子１に対してその長手方向に沿った相対移動を行う。

以上の作動により可動子２を移動させるコアレスリニアモータ１００においては、その可動子２の移動時に、各電機子コイル２４どうしの間で推進力から派生した振動が生じる。この振動は固定子１の長手方向、つまり複数の電機子コイル２４の併設方向に沿って生じるため、モールド樹脂２５を介してプリント基板２２が局部的にこの振動を受けることになる。しかし、モールド樹脂２５がプリント基板２２の平坦な表面に単純に面接合しているだけである場合、その接合面に沿って上記振動による剪断力が繰り返し生じるため、モールド樹脂２５とプリント基板２２が剥離しやすくなる。また、例えば、電機子ベース２１に大きな慣性質量が付加されている場合での急激な加減速時や、可動子２の移動方向を切り替えた際には電機子３全体にねじれや撓みが生じる場合があり、これによってもモールド樹脂２５がプリント基板２２から剥離しやすくなる。

そこで本実施形態においては、上記図２中の矢視Ｂからプリント基板２２だけを見た正面図である図４に示すように、プリント基板２２には樹脂モールド時にモールド樹脂２５が流入可能な長孔状の樹脂流入孔２２ｂを、プリント配線２２ａの回路パターンと干渉しない領域に有している。本実施形態の例では、各樹脂流入孔２２はそれぞれプリント基板２２に設けられた長孔状の開口であり、つまりそれぞれプリント基板２２の表裏両面を貫通する孔で形成されている。また、回路パターンとの干渉がない限り、各樹脂流入孔２２ｂはそれぞれ電機子３の長手方向に対して各電機子コイル２４と重複する位置で、それぞれの長孔方向が電機子３の長手方向に沿った形状で設けられている。なお、これら樹脂流入孔２２ｂが、各請求項記載の樹脂流入部に相当する。

そして、図３中の透過断面部分に示すように、樹脂モールド時にモールド樹脂２５が各樹脂流入孔２２ｂに流入することで、モールド樹脂２５とプリント基板２２との結合力を強化できる。つまり、固定子１の長手方向に沿った上記振動から受ける剪断力を、プリント基板２２とモールド樹脂２５との接合面だけではなく、樹脂流入孔２２ｂ中におけるモールド樹脂２５の流入部分でプリント基板２２に押圧力として伝達できる。これにより、プリント基板２２の表面とモールド樹脂２５との接合面に剥離が生じる可能性を低減できる。また、プリント基板２２に対するモールド樹脂２５の抜去力も向上できるため、電機子３にねじれや撓みが生じてモールド樹脂２５をプリント基板２２から剥離する力が作用した場合でも、プリント基板２２とモールド樹脂２５の剥離が生じる可能性を低減できる。

さらに、本実施形態では樹脂流入孔２２ｂの形状を長孔状とすることにより、次のような効果を奏する。すなわち、一般にモールド樹脂２５として使用されるエポキシ樹脂は、図５（ａ）に示すように硬化反応時に体積収縮を起こすため、硬化後に樹脂内部に残留応力や残留ひずみが生じる。このため、電機子コイル２４及びモールド樹脂２５をプリント基板２２の片側に配置した電機子３においては、図５（ｂ）に示すように、上記残留応力や残留ひずみがプリント基板２２に曲げモーメントを生じさせ、電機子３の強度低下や反り変形などを発生させる場合がある。これに対し本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、プリント基板２２の樹脂流入孔２２ｂの形成部分でモールド樹脂２５がプリント基板２２内部に存在するため、モールド樹脂２５の硬化収縮を電機子３の厚さ方向に均衡化でき、上記残留応力や残留ひずみが生じ難くなる。したがって、樹脂流入孔２２ｂの形状を長孔状とすることにより、硬化収縮が均衡化される領域を長孔方向に連続して形成することができるので、モールド樹脂２５の長孔方向における残留応力や残留ひずみを小さくすることができる。その結果、長孔方向における電機子３の強度低下や反り変形などが生じる可能性を低減できる。

また、本実施形態のように、電機子３が複数の電機子コイルを併設する場合、可動子２の移動方向に長尺状となる。このような場合、モールド樹脂２５の硬化収縮による残留応力や残留ひずみは長手方向で大きくなり、電機子３の長手方向における強度低下や反り変形などを招き易くなる。これに対して本実施形態では、プリント基板２２が、図４に示すように長孔方向が電機子３の長手方向に沿った樹脂流入孔２２ｂを有することにより、モールド樹脂２５の長手方向における残留応力や残留ひずみを小さくすることができる。その結果、長手方向における電機子３の強度低下や反り変形などが生じる可能性を低減できる。

以上のように、本実施形態によればプリント基板２２とモールド樹脂２５の剥離が生じる可能性を低減できるとともに、モールド樹脂２５の硬化収縮による残留応力や残留ひずみを小さくすることができるので、電機子３に不良が生じる可能性を低減できる。

また、本実施形態によれば、樹脂流入孔２２ｂを開口とすることで、凹部とする場合に比べてプリント基板２２に対するモールド樹脂２５の食い込み量が多くなり、モールド樹脂２５とプリント基板２２との結合力を一層強くできる。また、凹部とする場合に比べ、樹脂流入孔２２ｂの形成部分におけるモールド樹脂２５の硬化収縮を電機子の厚さ方向により均衡化することができるので、モールド樹脂２５の長孔方向における残留応力や残留ひずみをさらに小さくすることができる。

なお、上記実施形態においては、樹脂流入孔２２ｂがプリント基板２２の表裏両面を貫通する開口として設けられていたが、これに限られない。例えば、プリント基板２２が十分な厚さで構成されている場合、樹脂流入部をモールド樹脂２５との接合面から窪んで底を有する凹部として設けてもよい（特に図示せず）。この場合でも、樹脂流入部に十分な深さがあれば、プリント基板２２とモールド樹脂２５の剥離が生じる可能性を低減できる。

なお、上記実施形態においては、各樹脂流入孔２２ｂはそれぞれの長孔方向が電機子３の長手方向に沿った形状で設けられていたが、これに限られない。例えば、上記図４に対応する図６に示すように、各樹脂流入孔２２ｃをそれぞれの長孔方向が電機子３の短手方向に沿った形状で設けてもよい。このようにプリント基板２２Ａが、長孔方向が電機子３の短手方向に沿った樹脂流入孔２２ｃを有することにより、モールド樹脂２５の短手方向における残留応力や残留ひずみを小さくすることができる。したがって、電機子３の短手方向における強度低下や反り変形などが生じる可能性を低減できる。

また例えば、上記図４に対応する図７に示すように、プリント基板２２Ｂが、一方の長孔方向が電機子３の長手方向に沿うと共に、他方の長孔方向が電機子３の短手方向に沿った略十字状の樹脂流入孔２２ｄを有してもよい。これにより、モールド樹脂２５の長手方向と短手方向の両方向における残留応力や残留ひずみを小さくすることができる。したがって、電機子３の長手方向と短手方向の両方向における強度低下や反り変形などが生じる可能性を低減できるので、電機子３に不良が生じる可能性をさらに効果的に低減できる。なお図示するように、プリント配線２２ａの回路パターンと干渉し得る箇所では、樹脂流入孔２２ｄを略アングル状や略Ｔ字状に適宜変形してもよい。

また、上記実施形態においては、各樹脂流入孔２２ｂがそれぞれ電機子３の長手方向に対して各電機子コイル２４と重複する位置で設けられていたが、これに限られない。例えば、上記図４に対応する図８に示すように、プリント基板２２Ｃが、長孔方向に沿って直線状に配置された複数の樹脂流入孔２２ｅを一列として長孔方向に略垂直な方向に複数列配置された樹脂流入孔２２ｅを有しており、各列の樹脂流入孔２２ｅが短手方向に千鳥状となるように配置されていてもよい。これにより、樹脂流入孔２２ｅをプリント基板２２Ｃ上に一様に配置することができるので、モールド樹脂２５とプリント基板２２Ｃとの結合力を電機子３全体においてバランス良く強化することができる。また、モールド樹脂２５の硬化収縮による残留応力や残留ひずみを電機子３全体においてバランス良く小さくすることができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１固定子
２可動子
３電機子
１１界磁ヨーク板
１２界磁ヨーク固定部
１３永久磁石
１４永久磁石列（界磁）
２１電機子ベース
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃプリント基板（基板）
２２ａプリント配線（回路パターン）
２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ樹脂流入孔（樹脂流入部）
２３フレーム
２４電機子コイル
２５樹脂モールド
１００コアレスリニアモータ

Claims

界磁と電機子を備え、前記界磁と前記電機子のいずれか一方を可動子、他方を固定子として、前記界磁と前記電機子を相対的に移動可能なコアレスリニアモータにおいて、
前記電機子は、
回路パターンが形成された略長方形状の基板と、
前記基板の片側に前記可動子の移動方向に沿って設けられた複数の電機子コイルと、
前記基板に前記電機子コイルを覆うように設けられたモールド樹脂と、を有し、
前記基板は、
樹脂モールド時に前記モールド樹脂が流入可能な長孔状の樹脂流入部を、長孔方向が前記基板の長手方向に沿うように、前記回路パターンと干渉しない領域に有している
ことを特徴とするコアレスリニアモータ。
前記基板は、
一方の長孔方向が前記基板の長手方向に沿うと共に、他方の長孔方向が前記基板の短手方向に沿った略十字状の前記樹脂流入部を有している
ことを特徴とする請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
前記基板は、
長孔方向に沿って直線状に配置された複数の前記樹脂流入部を一列として前記長孔方向に略垂直な方向に複数列配置された前記樹脂流入部を有しており、
前記複数列の樹脂流入部は、千鳥状に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のコアレスリニアモータ。
前記樹脂流入部は、
前記基板に設けられた長孔状の開口である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコアレスリニアモータ。