JPH069373U - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 永久磁石の磁束のロスを小さくして効率良く
大きな推力を得る。 【構成】 第１ヨーク２３の外周側に第２ヨーク２４、
第２ヨーク２４の外周側に第３ヨーク２５を配設する。
各ヨーク２３、２４、２５の対向する面に異極を対向さ
せるように永久磁石２９、３０、３１、３２を取り付け
る。電機子コイル２２に、第１ヨーク２３と第２ヨーク
２４の間に挿入される内側コイル群３５と、第２ヨーク
２４と第３ヨーク２５の間に挿入される外側コイル群３
６を一体に設ける。個々のコイル群３５、３６の巻き数
を増加することなく、内側コイル群３５と外側コイル群
３６によって電機子コイル２２の総コイル長を稼ぎ、対
向する永久磁石２９と３０、３１と３２の間隔を狭め
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は各種装置の直線的な駆動機構に用いられるリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

この種のリニアモータとして、従来、図４に示すようなものが開発されている 。

【０００３】 このリニアモータは、磁性体で形成された柱状の第１ヨーク１と筒状の第２ヨ ーク２が同軸に設けられると共に、第１ヨーク１の外周面と第２ヨーク２の内周 面に夫々異極同士が対向するように筒状の永久磁石３、４、５、６が取り付けら れ、第１ヨーク１と第２ヨーク２の隙間に、円筒状のコイル群７を備えた電機子 コイル８が軸方向変位可能に挿入されている。そして、永久磁石３、４、５、６ の磁束は図示矢印で示すような磁気経路Ｘによって第１ヨーク１と第２ヨーク２ の間を環状に流れ、電機子コイル８のコイル群７には図示のように両端の領域で 異なる向きの電流が流れるようになっており、これらの磁束と電流の作用により 、フレミングの左手の法則に従って電機子コイル８に軸方向の推力Ｆが働くよう になっている。尚、電機子コイル８は、第１ヨーク１の端部と第２ヨーク２に結 合されたキャップ９とに軸受１０、１１を介して軸方向にスライド可能に支持さ れている。

【０００４】 尚、この類似技術は、例えば実開昭６２−４４６７７号公報に示されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記従来のリニアモータにおいては、電機子コイル８のコイル群７ の巻き数を増加することによって推力Ｆの増大を図ろうとした場合、永久磁石３ 、４、５、６や第１、第２ヨーク１、２に対する電機子コイル８の接触を回避す るために各ヨーク１、２の間隔を拡げざるを得ない。しかし、こうして各ヨーク １、２の間隔を拡げると、永久磁石３、４、５、６の磁束が所定の磁気経路Ｘの 外部に拡散されて永久磁石３、４、５、６間の磁束のロスが大きくなるため、効 率良く所望の推力Ｆを得ることが出来ない。即ち、推力Ｆは、以下の式（１）に 示すように電機子コイル８のコイル長Ｌと比例関係にあるため、コイル群７の巻 き数を増加すれば本来推力Ｆの増大を図れるのであるが、磁束密度Ｂと推力Ｆも また式（１）に示すように比例関係にあるため、各ヨーク１、２の間隔が拡がっ て永久磁石３、４、５、６間の磁束密度Ｂが低下すると、その分推力Ｆが低下し てしまう。

【０００６】 Ｆ＝Ｂ・ｉ・Ｌ …（１） 但し、Ｂ：永久磁石の磁束密度、ｉ：電機子コイルに通電する電流値、Ｌ：電 機子コイルのコイル長。

【０００７】 さらにまた、上記従来のリニアモータにあっては、第１ヨーク１と第２ヨーク ２が共に軸方向に亙って断面変化のない一様な形状に形成され、その各周面に永 久磁石３、４、５、６が取り付けられた構造となっているため、各ヨーク１、２ における軸方向中央の磁気経路の断面積が永久磁石３、４、５、６の磁極面の面 積に比較して極端に小さい。このため、各ヨーク１、２の軸方向中央の磁気経路 は磁束が極端に集中し、磁気飽和状態となり易い。したがって、上記従来のリニ アモータの場合、永久磁石３、４、５、６の磁束のロスがこの磁気飽和によって も起こり、推力Ｆの低下を招き易い。

【０００８】 そこで本考案は、永久磁石の磁束のロスを出来る限り小さくすることによって 効率良く大きな推力を得ることが出来るリニアモータを提供しようとするもので ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は上述した課題を解決するための一つの手段として、閉磁路を構成する 複数のヨークと、前記各ヨークの対向面に異極を対向させるように取り付けられ る複数の永久磁石と、前記ヨーク間に挿入され、永久磁石の磁束と通電電流の作 用によって軸方向に移動する電機子コイルとを備えたリニアモータにおいて、前 記複数のヨークを径方向に三重に配設する一方で、前記電機子コイルに、各ヨー ク間に挿入される内側コイル群と外側コイル群とを一体に設け、この内側コイル 群と外側コイル群の夫々の内外両側に前記永久磁石が配置されるようにした。

【００１０】 また、別の手段として、閉磁路を構成する複数のヨークと、前記各ヨークの対 向面に異極を対向させるように取り付けられる複数の永久磁石と、前記ヨーク間 に挿入され、永久磁石の磁束と通電電流の作用によって軸方向に移動する電機子 コイルとを備えたリニアモータにおいて、前記各ヨークの永久磁石取付部以外の 磁気経路の断面を永久磁石取付部の断面よりも大きく形成するようにした。

【００１１】

【作用】

前者の場合、個々のコイル群の巻き数を増加させなくても電機子コイルの内側 コイル群と外側コイル群とによって総コイル長を稼ぐことが出来る。このため、 対向する永久磁石同士の間隔を拡げなくて良いため、永久磁石間の磁束のロスが 少なくなる。

【００１２】 後者の場合、各ヨークの磁気経路の磁束が極端に集中しなくなり、磁気飽和の 状態になり難い。このため、各ヨークにおける永久磁石の磁束のロスが少なくな る。

【００１３】

【実施例】

次に、本考案の一実施例を図１〜図３に基づいて説明する。

【００１４】 図１〜図３は、請求項１の考案と請求項２の考案を共に含むリニアモータの一 実施例を示すものであり、２１は閉磁路を構成するヨークブロック、２２はこの ヨークブロツク２１に軸方向変位可能に装着された電機子コイルである。

【００１５】 ヨークブロック２１は、磁性体によって円柱状に形成された第１ヨーク２３と 、同じく磁性体によって円筒状に形成された第２、第３ヨーク２４、２５とを備 えており、第１ヨーク２３の外周側に第２ヨーク２４が、第２ヨーク２４の外周 側に第３ヨーク２５が夫々径方向に所定の隙間を介して配置されている。第３ヨ ーク２５の一端は、非磁性体によって有底円筒状に形成されたキャップ２６の開 口端に直接結合されていて、第１ヨーク２３と第２ヨーク２４の一端は夫々軸部 材２７と筒状部材２８を介してこのキャップ２６の内部に結合されている。各ヨ ーク２３、２４、２５は、こうしてキャップ２６に結合された状態において互い が同軸となっている。また、第１ヨーク２３の外周面と第２ヨーク２４の内周面 、第２ヨーク２４の外周面と第３ヨーク２５の内周面には、夫々異極面同士、即 ち、Ｎ極面とＳ極面が対向するように円筒状の永久磁石２９、３０、３１、３２ が四つずつ接着固定されている。そして、各ヨーク２３、２４、２５の同一周面 上の永久磁石２９、３０、３１、３２は異極が軸方向に交互に並ぶように配置さ れ、第２ヨーク２４の内外両面の永久磁石３０、３１は同極面が背中合わせにな るように配置されており、これにより、対向するヨーク２３と２４、２４と２５ の各間に、図１中矢印Ｙ₁〜Ｙ₃、Ｚ₁〜Ｚ₃で示すような磁気経路が形成されるよ うになっている。

【００１６】 また、前記各ヨーク２３、２４、２５の永久磁石２９、３０、３１、３２が取 り付けられる各面には環状突部５０が軸方向に所定間隔をおいて設けられている 。この環状突部５０は各ヨーク２３、２４、２５の隣接する永久磁石取付部５１ 、５１の各間に設けられていて（図２参照。）、各ヨーク２３、２４、２５の永 久磁石取付部５１、５１間の磁気経路の断面が、この環状突部５０がある分だけ 永久磁石取付部５１の断面よりも大きくなっている。各環状突部５０は、図２、 図３に拡大して示すように断面が台形状に形成されて、軸方向の両端に傾斜面５ ０ａが夫々設けられている。また、これに対し、永久磁石２９、３０、３１、３ ２の端部には傾斜したカット面２９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａが設けられてい て、この各カット面２９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａが上記各環状突部５０の傾 斜面５０ａと当接するようになっている。ただし、カット面２９ａ、３０ａ、３ １ａ、３２ａは傾斜面５０ａよりも短く形成されていて、永久磁石２９、３０、 ３１、３２が各ヨーク２３、２４、２５に取り付けられた状態において、永久磁 石２９、３０、３１、３２の各端面と環状突部５０の各頂部面の間に所定の空間 ｄが確保されるようになっている。この空間ｄは、永久磁石２９（３０、３１、 ３１）の磁束が、図３中の矢印Ｄで示すようにその端部から環状突部５０の頂部 面に直接流れるのを可及的少なくするために設けられている。尚、環状突部５０ は、各ヨーク２３、２４、２５の中央部のものを除いて総てヨーク２３、２４、 ２５と同質の磁性体によって別体に形成され、永久磁石２９、３０、３１、３２ を取り付けるときに後付けされている 一方、電機子コイル２２は、非磁性体製の小径ボビン３３と大径ボビン３４と 、この各ボビン３３、３４の外周面に含浸固定される内側コイル群３５と外側コ イル群３６とを備え、小径ボビン３３と内側コイル群３５が第１ヨーク２３と第 ２ヨーク２４の隙間に挿入され、大径ボビン３４と外側コイル群３６が第２ヨー ク２４と第３ヨーク２５の隙間に挿入されている。したがって、内側コイル群３ ５の内外両側には永久磁石２９と３０が、外側コイル群３６の内外両側には永久 磁石３１、３２が夫々対向して配置されるようになっている。また、小径ボビン ３３と大径ボビン３４は、その一端側が非磁性体製の有底円筒状のキャップ３７ に結合されていて、このキャップ３７を介して互いが同軸となっている。さらに また、内側コイル群３５と外側コイル群３６は共に複数のコイルが軸方向に配列 されてなり、軸方向で隣接する同一コイル群３５（３６）上の各コイルと、径方 向で対向する異コイル群３５、３６の各コイルに、図１に示すような逆向きの電 流が流れるようになっている。したがって、この電機子コイル２２は前記永久磁 石２９、３０、３１、３２による磁束と各コイルに流れる電流の作用により、フ レミングの左手の法則に従って軸方向に推力Ｆを発生する。尚、この電機子コイ ル２２は、小径ボビン３３と筒状部材２８、大径ボビン３４とキャップ２６の各 間に設けられた軸受３８、３９、及び、ブッシュ３８ａ、３９ａと、第１ヨーク ２３と小径ボビン３３、第２ヨーク２４と大径ボビン３４の各間に設けられた軸 受４０、４１、及び、ブッシュ４０ａ、４１ａを介してヨークブロック２１に軸 方向にスライド可能に支持されている。

【００１７】 この実施例のリニアモータは、以上構成を詳述したように電機子コイル２２が 内側コイル群３５と外側コイル群３６を一体に備えた内外二重の構造となってい るため、個々のコイル群３５、３６のコイルの巻き数を多くすることなく電機子 コイル２２全体としてのコイル長を充分に確保することが出来る。そして、この ように個々のコイル群３５、３６のコイルの巻き数を増加しなくて良いため、コ イル群３５、３６の内外両側に配置される永久磁石２９と３０、３１と３２の各 間隔を狭めることにより、これらの永久磁石間で磁束が外部に拡散することによ る磁束のロスを極めて小さく抑えることが出来る。

【００１８】 また、このリニアモータの場合、各ヨーク２３、２４、２５の永久磁石取付部 ５１、５１間の磁気経路の断面が環状突部５０の分だけ大きくなっているため、 各ヨーク２３、２４、２５の磁気経路の一部に磁束が極端に集中して磁気飽和を 起こすようなことない。このため、各ヨーク２３、２４、２５における永久磁石 ２９、３０、３１、３２の磁束のロスが極めて小さい。さらに、図３に示すよう に永久磁石２９、３０、３１、３２の各端面と環状突部５０の各頂部面の間に空 間ｄを設け、永久磁石２９、３０、３１、３２の端部から環状突部５０の頂部面 に直接磁束が流れるのをこの空間ｄによって可及的に少なくするようにしてある ため、永久磁石２９、３０、３１、３２と各ヨーク２３、２４、２５との結合部 における磁束のロスも極めて少ない。

【００１９】 したがって、このリニアモータを採用した場合には、永久磁石２９、３０、３ １、３２の磁束のロスを極めて小さく抑えた状態でコイル長を充分に確保するこ とが出来るため、消費電力の増大を招くことなく充分に大きな推力Ｆを得ること が可能である。

【００２０】 また、一般に、この種のリニアモータの場合には、電機子コイルのコイル群に 通電すると、コイル群に発生する磁界によって永久磁石の磁束が乱されることと なり易いが、この実施例のリニアモータは、個々のコイル群３５、３６の巻き数 が少なくコイル群３５、３６に発生する磁界が弱いため、永久磁石２９、３０、 ３１、３２の磁束に悪影響を及ぼすことが少ない。このため、このリニアモータ を採用した場合には、電機子コイル２２の安定した作動を得ることが出来る。

【００２１】

【考案の効果】

以上のように請求項１の考案によれば、複数のヨークを径方向に三重に配設す る一方で、電機子コイルに、各ヨーク間に挿入される内側コイル群と外側コイル 群とを一体に設け、この内側コイル群と外側コイル群の夫々の内外両側に永久磁 石が配置されるようにしたため、対向する永久磁石の間隔を拡げることなく電機 子コイルの総コイル長を稼ぎ、永久磁石間の磁束のロスを抑えた状態で効率良く 推力を得ることが可能なる。また、電機子コイルの個々のコイル群の巻き数を増 加することなく大きな推力を得ることが出来るため、電機子コイルの作動に悪影 響を与えるコイル群の磁気力が小さくなるという効果も得られる。

【００２２】 請求項２の考案によれば、各ヨークの永久磁石取付部以外の磁気経路の断面を 永久磁石取付部の断面よりも大きく形成することによって各ヨークにおける磁束 の集中を確実に回避出来るようにしたため、永久磁石の磁束のロスが極めて小さ くなって効率良く推力を得ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す断面図。

【図２】図１のＡ部を示す拡大断面図。

【図３】図２のＢ部を示す部分断面図。

【図４】従来の技術を示す断面図。

【符号の説明】

２２…電機子コイル、 ２３…第１ヨーク（ヨーク）、 ２４…第２ヨーク（ヨーク）、 ２５…第３ヨーク（ヨーク）、 ２９、３０、３１、３２…永久磁石、 ３５…内側コイル群、 ３６…外側コイル群、 ５１…永久磁石取付部。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉磁路を構成する複数のヨークと、前記
   各ヨークの対向面に異極を対向させるように取り付けら
   れる複数の永久磁石と、前記ヨーク間に挿入され、永久
   磁石の磁束と通電電流の作用によって軸方向に移動する
   電機子コイルとを備えたリニアモータにおいて、前記複
   数のヨークを径方向に三重に配設する一方で、前記電機
   子コイルに、各ヨーク間に挿入される内側コイル群と外
   側コイル群とを一体に設け、この内側コイル群と外側コ
   イル群の夫々の内外両側に前記永久磁石が配置されるよ
   うにしたことを特徴とするリニアモータ。
2. 【請求項２】 閉磁路を構成する複数のヨークと、前記
   各ヨークの対向面に異極を対向させるように取り付けら
   れる複数の永久磁石と、前記ヨーク間に挿入され、永久
   磁石の磁束と通電電流の作用によって軸方向に移動する
   電機子コイルとを備えたリニアモータにおいて、前記各
   ヨークの永久磁石取付部以外の磁気経路の断面を永久磁
   石取付部の断面よりも大きく形成したことを特徴とする
   リニアモータ。