JPH07170708A - 円筒形リニア直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子を構成する円筒状を成す巻線の内側円
筒面あるいは外側円筒面に円筒状を成す永久磁石を装着
することにより、円筒形リニア直流モータの長ストロー
ク化、高推力化および推力のリニアリティーの向上を図
る。 【構成】 固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２１
と、第１のヨーク２１の外側円筒面に同軸円筒状に固着
される第１の永久磁石２２と、第１の永久磁石２２の外
側円筒面に電気的に絶縁され同軸円筒状に固着される巻
線２３とにより円筒状に構成され、可動子２は、巻線２
３の外側円筒面に対して所定の間隙を隔て軸方向に円滑
に移動し得る構造を有し、円筒状を成す第２の永久磁石
２５により構成される。第１の永久磁石２２と第２の永
久磁石２５とは、巻線２３を鎖交する半径方向の磁界を
形成し、それぞれ対向する磁極面が異なる極性を有する
ように同軸円筒状に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長ストローク化、大推
力化、小型軽量化および推力のリニアリティーの向上等
を可能とする円筒形リニア直流モータに関するものであ
り、スキャナー装置、ハンドリング装置、キャッチング
装置、検査装置（各種コンタクトプローブ類）、光学装
置（各種ミラー類、各種レンズ類）、検出装置（各種セ
ンサ類）、記録装置（各種ペン類）および記憶装置（各
種磁気ヘッド類）等の全体あるいは一部の駆動の用に供
されるものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リニア直流モータは、ヨークあ
るいは永久磁石の形状により平板形と円筒形とに分類さ
れ、可動子の構成により巻線可動形と永久磁石可動形と
に分類され、更に、永久磁石の配置あるいは巻線に鎖交
する磁束の方向により単極形と多極形とに分類される。
本発明のリニア直流モータは、単極・永久磁石可動・円
筒形リニア直流モータ（以後、円筒形リニア直流モータ
と記す。）に関するものである。

【０００３】単極のリニア直流モータは、他の形式のリ
ニアモータに対して極めて優れた推力のリニアリティー
を有し、可動子の位置に係わらず巻線を鎖交する磁束の
方向が一定であり、全ストロークにわたって制御が容易
である等の利点を有するものである。永久磁石可動形の
リニア直流モータは、巻線可動形のリニア直流モータに
対して、給電線の引回し等が不要と成り、実質的な小形
化であり、長ストローク化に際しては、極めて有利なも
のである。円筒形のリニア直流モータは、他の形状のリ
ニア直流モータに対して推力に関与しない漏洩磁束が少
なく、永久磁石の有効利用を可能とする利点を有するも
のである。

【０００４】従来の円筒形リニア直流モータの構造と動
作を、図１、図２および図３（ａ）、（ｂ）に基づいて
説明する。

【０００５】図１は、従来の円筒形リニア直流モータの
構造説明を目的とした斜視断面図であり、図２は、図１
に示す従来の円筒形リニア直流モータの可動子２が固定
子１の中央部に位置した際の、磁束の構成説明を目的と
した縦断面図であり、図３（ａ）は、図１に示す従来の
円筒形リニア直流モータの可動子２が固定子１の一方の
端部に位置した際の、磁束の構成説明を目的とした縦断
面図であり、図３（ｂ）は、図１に示す従来の円筒形リ
ニア直流モータの可動子２が固定子１の他方の端部に位
置した際の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図であ
る。

【０００６】図１に示すように、従来の円筒形リニア直
流モータは、それぞれ円筒状を成す固定子１と可動子２
とを主に同軸円筒状に構成される。

【０００７】固定子１は、円筒状を成すヨーク３とヨー
ク３の外側円筒面に電気的に絶縁され固着される円筒状
を成す巻線４とにより同軸円筒状に構成され、可動子２
は、円筒状を成す固定子１の外側円筒面に対して、所定
の間隙を隔て軸方向に円滑に移動し得る構造を有し、半
径方向に着磁された円筒状を成す永久磁石５により構成
される。

【０００８】図２に示すように、永久磁石５は、Ｓ極の
極性を有する磁極面の形成する内側円筒面が、円筒状を
成す巻線４の外側円筒面に所定の間隙を隔て対向するよ
うに同軸円筒状に配置される。永久磁石５のＮ極の極性
を有する磁極面より放出され、永久磁石５のＳ極の極性
を有する磁極面に流入する全磁束は、永久磁石５のＮ極
の極性を有する磁極面より放出され、永久磁石５のＳ極
の極性を有する磁極面に直接流入し、推力の発生に関与
しない漏洩磁束Φａｒ、Φｂｒと、永久磁石５のＮ極の
極性を有する磁極面より放出され、巻線４を鎖交して永
久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する磁束Φ
ａｉ、Φｂｉとにより構成される。

【０００９】磁束Φａｉは、永久磁石５のＮ極の極性を
有する磁極面より放出され、巻線４に２度鎖交して永久
磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する磁束Φａ
ｂと、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、ヨーク３を介して巻線４を鎖交して永久磁石５の
Ｓ極の極性を有する磁極面に流入する磁束Φａｃとによ
り構成される。同様に、磁束Φｂｉは、磁束Φｂｂと磁
束Φｂｃにより構成される。

【００１０】磁束Φａｒ、磁束Φａｂおよび磁束Φａｃ
は、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極面より永久磁
石５のＳ極の極性を有する磁極面へ矢印Ａ方向に、それ
ぞれ円周方向に連続した閉磁路を形成し、磁束Φｂｒ、
磁束Φｂｂおよび磁束Φｂｃは、永久磁石５のＮ極の極
性を有する磁極面より永久磁石５のＳ極の極性を有する
磁極面へ矢印Ｂ方向に、それぞれ円周方向に連続した閉
磁路を形成する。

【００１１】巻線４を鎖交する磁束Φａｉと磁束Φｂｉ
とが推力を発生させる磁束と成るが、磁束Φａｉを構成
する磁束Φａｂおよび磁束Φｂｉを構成する磁束ｂｂ
は、それぞれ巻線４を軸より半径方向に向かって鎖交す
ると共に、軸方向に向かって巻線４を鎖交するため推力
に関与しない磁束と成る。即ち、磁束Φａｃと磁束ｂｃ
のみが推力の発生に関与する磁束と成る。

【００１２】図３（ａ）は、永久磁石５が矢印Ｂ方向の
端部に位置した際の磁束の構成を示し、永久磁石５のＮ
極の極性を有する磁極面より放出され、永久磁石５のＳ
極の極性を有する磁極面に流入する全磁束は、永久磁石
５のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、永久磁石
５のＳ極の極性を有する磁極面に直接流入する推力の発
生に関与しない漏洩磁束Φａｒ、Φｂｒと、永久磁石５
のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線４を鎖
交して永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入す
る磁束Φａｉ、Φｂｉとにより構成される。

【００１３】磁束Φａｉは、永久磁石５のＮ極の極性を
有する磁極面より放出され、巻線４を逆方向に２度鎖交
し、永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
磁束Φａｂと、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極面
より放出され、ヨーク３を介して巻線４を鎖交し、永久
磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する磁束Φａ
ｃとにより構成される。

【００１４】磁束Φａｒ、磁束Φａｂおよび磁束Φａｃ
は、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極面より永久磁
石５のＳ極の極性を有する磁極面へ矢印Ａ方向に、それ
ぞれ円周方向に連続した閉磁路を形成し、磁束Φｂｒお
よび磁束Φｂｉは、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁
極面より永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面へ矢印
Ｂ方向に、それぞれ円周方向に連続した閉磁路を形成す
る。

【００１５】図３（ｂ）は、永久磁石５が矢印Ａ方向の
端部に位置した際の磁束の構成を示し、永久磁石５のＮ
極の極性を有する磁極面より放出され、永久磁石５のＳ
極の極性を有する磁極面に流入する全磁束は、永久磁石
５のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、永久磁石
５のＳ極の極性を有する磁極面に直接流入する推力の発
生に関与しない漏洩磁束Φａｒ、Φｂｒと、永久磁石５
のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線４を鎖
交して永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入す
る磁束Φａｉ、Φｂｉとにより構成される。

【００１６】磁束Φｂｉは、永久磁石５のＮ極の極性を
有する磁極面より放出され、巻線４を逆方向に２度鎖交
し、永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
磁束Φｂｂと、永久磁石５のＮ極の極性を有する磁極面
より放出され、ヨーク３を介して巻線４を鎖交し、永久
磁石５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する磁束Φｂ
ｃとにより構成される。

【００１７】磁束Φａｒ、および磁束Φａｉは、永久磁
石５のＮ極の極性を有する磁極面より永久磁石５のＳ極
の極性を有する磁極面へ矢印Ａ方向に、それぞれ円周方
向に連続した閉磁路を形成し、磁束Φｂｒ、磁束Φｂｂ
および磁束Φｂｃは、永久磁石５のＮ極の極性を有する
磁極面より永久磁石５のＳ極の極性を有する磁極面へ矢
印Ｂ方向に、それぞれ円周方向に連続した閉磁路を形成
する。

【００１８】巻線４を鎖交する磁束Φａｉと磁束Φｂｉ
とが推力を発生させる磁束と成るが、図３（ａ）におけ
る磁束Φａｉの大部分は、推力に関与しない磁束Φａｂ
により構成され、図３（ｂ）における磁束Φｂｉの大部
分は、推力に関与しない磁束Φｂｂにより構成されるた
め、有効ストロークの始動点および有効ストロークの移
動終了点の推力は極めて小さな値と成る。

【００１９】図１、図２および図３（ａ）、（ｂ）に示
す従来の円筒形リニア直流モータは、構成部材が少な
く、構造が簡単で、小型軽量かつ低価格であり、長スト
ローク化への対応が可能である反面、推力が小さく、得
に始動推力が極めて小さい値を示し、大きな始動電流を
必要とする。更に、推力増大を目的として巻線４に流れ
る電流を増加させると推力のリニアティーが悪化する等
の問題点を有するものである。

【００２０】

【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、円筒形リニア直流モータの高推力化、小型軽量
化、長ストローク化、低価格化および推力のリニアリテ
ィーの向上を可能とさせる点である。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の円筒形リニア直
流モータは、前記問題点を解決するために、従来の円筒
形リニア直流モータの固定子２を構成する円筒状を成す
巻線４の外側円筒面あるいは内側円筒面に、永久磁石を
装着する構成としている。

【００２２】

【作用】従って、本発明の円筒形リニア直流モータによ
れば、固定子に永久磁石を装着することにより、固定子
と可動子との間に形成される磁界を大きくし、巻線を鎖
交する磁束の鎖交密度を大きくすることが可能と成り、
円筒形リニア直流モータの高推力化および小型軽量化が
可能と成り、更に、円筒形リニア直流モータの高磁束密
度運転による長ストローク化、高推力化および低電流運
転による推力のリニアリティーの向上を可能とするもの
である。

【００２３】

【実施例】本発明の円筒形リニア直流モータの第１の実
施例を、図４、図５および図６（ａ）、（ｂ）に基づい
て、第２の実施例を図７、図８、図９および図１０
（ａ）、（ｂ）に基づいて、第３の実施例を図１１に基
づいて、それぞれ説明する。

【００２４】図４は、本発明の円筒形リニア直流モータ
の第１の実施例の斜視断面図であり、図５は、図４に示
す本発明の円筒形リニア直流モータの第１の実施例の可
動子２が固定子１の中央部に位置した際の、磁束の構成
説明を目的とした縦断面図であり、図６（ａ）は、図４
に示す本発明の円筒形リニア直流モータの第１の実施例
の可動子２が固定子１の一方の端部に位置した際の、磁
束の構成説明を目的とした縦断面図であり、図６（ｂ）
は、図４に示す本発明の円筒形リニア直流モータの第１
の実施例の可動子２が固定子１の他方の端部に位置した
際の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図である。

【００２５】図４に示すように、本発明の円筒形リニア
直流モータは、それぞれ円筒状を成す固定子１と可動子
２とを主に同軸円筒状に構成される。

【００２６】固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
１と、第１のヨーク２１の外側円筒面に同軸円筒状に固
着される第１の永久磁石２２と、第１の永久磁石２２の
外側円筒面に電気的に絶縁され同軸円筒状に固着される
巻線２３とにより円筒状に構成され、可動子２は、巻線
２３の外側円筒面に対して、所定の間隙を隔て軸方向に
円滑に移動し得る構造を有し、円筒状を成す第２の永久
磁石２５により構成される。

【００２７】固定子１を構成する第１の永久磁石２２と
可動子２を構成する第２の永久磁石２５とは、巻線２３
を鎖交する半径方向の磁界を形成し、それぞれ対向する
磁極面が異なる極性を有するように同軸円筒状に配置さ
れる。

【００２８】第５図に示すように、第１の永久磁石２２
より放出される磁束は、第１の永久磁石２２のＮ極の極
性を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖交して第
２の永久磁石２５および第１のヨーク２１を介し、第１
の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第
１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、巻線２３を鎖交して第２の永久磁石２５および第
１のヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極
性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成
する磁束Φｂｉの一部と、第１の永久磁石２２の矢印Ａ
方向の端部の漏洩磁束Φｍａｒと、第１の永久磁石２２
の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｍｂｒと、第１の永久
磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻
線２３を鎖交して第１のヨーク２１を介し、第１の永久
磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ａ
方向に閉磁路を形成する磁束Φｍａと、第１の永久磁石
２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２
３を鎖交して第１のヨーク２１を介し、第１の永久磁石
２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向
に閉磁路を形成する磁束Φｍｂとにより構成される。

【００２９】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第１のヨーク２１および第１の永久磁石２
２を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久磁石２５のＳ
極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉磁路
を形成する磁束Φａｉの一部と、第２の永久磁石２５の
Ｎ極の極性を有する磁極面より放出され、第１のヨーク
２１および第１の永久磁石２２を介して巻線２３を鎖交
し、第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に
流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一
部と、第２の永久磁石２５の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁
束Φａｒと、第２の永久磁石２５の矢印Ｂ方向の端部の
漏洩磁束Φｂｒとにより構成される。

【００３０】図６（ａ）は、可動子２を構成する第２の
永久磁石２５が固定子１を構成する巻線２３の矢印Ｂ方
向の端部に位置した際の磁束の構成を示し、第１の永久
磁石２２より放出される磁束は、第１の永久磁石２２の
Ｎ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖
交して第２の永久磁石２５および第１のヨーク２１を介
し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に
流入する矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一
部と、第１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面
より放出され、巻線２３を鎖交して第２の永久磁石２５
および第１のヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２の
Ｓ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁
路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第１の永久磁石２２
の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φｍａｒと、第１の永久
磁石２２の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｍｂｒと、第
１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、巻線２３を鎖交して第１のヨーク２１を介し、第
１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入す
る矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φｍａとにより構
成される。

【００３１】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第１のヨーク２１および第１の永久磁石２
２を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久磁石２５のＳ
極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉磁路
を形成する磁束Φａｉの一部と、第２の永久磁石２５の
Ｎ極の極性を有する磁極面より放出され、第１のヨーク
２１および第１の永久磁石２２を介して巻線２３を鎖交
し、第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に
流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一
部と、第２の永久磁石２５の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁
束Φａｒと、第２の永久磁石２５の矢印Ｂ方向の端部の
漏洩磁束Φｂｒとにより構成される。

【００３２】図６（ｂ）は、可動子２を構成する第２の
永久磁石２５が固定子１を構成する巻線２３の矢印Ａ方
向の端部に位置した際の磁束の構成を示し、第１の永久
磁石２２より放出される磁束は、第１の永久磁石２２の
Ｎ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖
交して第２の永久磁石２５および第１のヨーク２１を介
し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に
流入する矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一
部と、第１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面
より放出され、巻線２３を鎖交して第２の永久磁石２５
および第１のヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２の
Ｓ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁
路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第１の永久磁石２２
の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φｍａｒと、第１の永久
磁石２２の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｍｂｒと、第
１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、巻線２３を鎖交して第１のヨーク２１を介し、第
１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入す
る矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｍｂとにより構
成される。

【００３３】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第１のヨーク２１および第１の永久磁石２
２を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久磁石２５のＳ
極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉磁路
を形成する磁束Φａｉの一部と、第２の永久磁石２５の
Ｎ極の極性を有する磁極面より放出され、第１のヨーク
２１および第１の永久磁石２２を介して巻線２３を鎖交
し、第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に
流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一
部と、第２の永久磁石２５の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁
束Φａｒと、第２の永久磁石２５の矢印Ｂ方向の端部の
漏洩磁束Φｂｒとにより構成される。

【００３４】図５および図６（ａ）、（ｂ）において、
磁束Φａｒは、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有す
る磁極面より第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有する
磁極面へ矢印Ａ方向に、磁束Φａｉ、磁束Φｍａおよび
磁束Φｍａｒは第１の永久磁石２２のＮ極の極性を有す
る磁極面より第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する
磁極面へ矢印Ａ方向に、それぞれ円周方向に連続した閉
磁路を形成し、磁束Φｂｒは第２の永久磁石２５のＮ極
の極性を有する磁極面より永久磁石２５のＳ極の極性を
有する磁極面へ矢印Ｂ方向に、磁束Φｂｉ、磁束Φｍｂ
および磁束Φｍｂｒは第１の永久磁石２２のＮ極の極性
を有する磁極面より第１の永久磁石２２のＳ極の極性を
有する磁極面へ矢印Ｂ方向に、それぞれ円周方向に連続
した閉磁路を形成する。

【００３５】推力に関与する磁束は、磁束Φａｉと磁束
Φｂｉであり、可動子２の位置にかかわらず常に変わら
ぬ値を有するものである。第２の永久磁石２５のＮ極の
極性を有する磁極面より放出され、第２の永久磁石２５
のＳ極の極性を有する磁極面へ直接流入する漏洩磁束Φ
ａｒと漏洩磁束Φｂｒは、第１の永久磁石２２のＮ極の
極性を有する磁極面の影響により、極めて小さな値と成
る。

【００３６】図７は、本発明の円筒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斜視断面図であ
り、図８は、図７に示す本発明の円筒形リニア直流モー
タの第２の実施例の構造説明を目的とした縦断面図であ
り、図９は、図７に示す本発明の円筒形リニア直流モー
タの第２の実施例の可動子２が固定子１の中央部に位置
した際の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図であ
り、図１０（ａ）は、図７に示す本発明の円筒形リニア
直流モータの第２の実施例の可動子２が固定子１の一方
の端部に位置した際の、磁束の構成説明を目的とした縦
断面図であり、図１０（ｂ）は、図７に示す本発明の円
筒形リニア直流モータの第２の実施例の可動子２が固定
子１の他方の端部に位置した際の、磁束の構成説明を目
的とした縦断面図である。

【００３７】図７および図８に示すように、本発明の円
筒形リニア直流モータは、それぞれ円筒状を成す固定子
１と可動子２とにより同軸円筒状に構成され、可動子２
を軸受装置を介して固定子１内に支持する構造に構成さ
れる。

【００３８】固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
１と、第１のヨーク２１の外側円筒面に同軸円筒状に固
着される第１の永久磁石２２と、第１の永久磁石２２の
外側円筒面に電気的に絶縁され同軸円筒状に固着される
巻線２３と、巻線２３の外側円筒面に所定の間隔を隔て
同軸円筒状に配置され、軸方向に形成される開口３０を
有する円筒状を成す第２のヨーク２４と、第２のヨーク
２４の内側円筒面の両端部および第１のヨーク２１の外
側円筒面の両端部に固着される円板状を成す一対の第３
のヨーク２６ａ、２６ｂとにより円筒状に構成される。

【００３９】可動子２は、固定子１を構成する巻線２３
の外側円筒面および固定子１を構成する第２のヨーク２
４の内側円筒面に対し、それぞれ所定の間隙を隔て軸受
装置を介して軸方向に円滑に移動し得る構造を有し、円
筒状を成す第２の永久磁石２５と、第２の永久磁石２５
の一部に固着され第２のヨーク２４の開口３０を介して
軸方向に円滑に移動し得る構造を有し、更に、第２のヨ
ーク２４の外部に突出する構造を有する永久磁石保持部
材２７とにより構成される。

【００４０】可動子２は、永久磁石保持部材２７の一部
に装着され、軸受装置を構成する軸受２８を介して、一
方の端部を第３のヨーク２６ａの一部に固定し、他方の
端部を第３のヨーク２６ｂの一部に固定した軸受装置を
構成する軸２９により、固定子１を構成する巻線２３の
外側円筒面および固定子１を構成する第２のヨーク２４
の内側円筒面の形成する円筒状空間３１内に保持され
る。軸受装置は、軸受２８の円周方向の変位を規制する
構造を成す、リニア・ボールスプライン軸受より成る軸
受２８とリニア・ボールスプライン軸より成る軸２９と
により構成されるものである。

【００４１】通常、可動子２は、第２のヨーク２４に設
けられた二つの開口３０を介して、軸２９と軸受２８に
より構成される一対の軸受装置により固定子１内に形成
される円筒状空間３１内を、円周方向に変位することな
く軸方向に円滑に移動する構造に構成される。

【００４２】第１の永久磁石２２と第２の永久磁石２５
とは、開口３０を介して同軸円筒状に構成される第２の
ヨーク２４の内側円筒面と巻線２３の外側円筒面とが形
成する円筒状空間３１内に、巻線２３を鎖交する半径方
向の磁界を形成し、それぞれ対向する磁極面が異なる極
性を有するように同軸円筒状に配置される。

【００４３】図９に示すように、第１の永久磁石２２よ
り放出される磁束は、第１の永久磁石２２のＮ極の極性
を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖交して第２
の永久磁石２５、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６
ａおよび第１のヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２
のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉
磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第１の永久磁石２
２のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３
を鎖交して第２の永久磁石２５、第２のヨーク２４、第
３のヨーク２６ｂおよび第１のヨーク２１を介し、第１
の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第
１の永久磁石２２の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φｍａ
ｒと、第１の永久磁石２２の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁
束Φｍｂｒと、第１の永久磁石２２のＮ極の極性を有す
る磁極面より放出され、巻線２３を鎖交して第２のヨー
ク２４、第３のヨーク２６ａおよび第１のヨーク２１を
介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面
に流入する矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φｍａ
と、第１の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、巻線２３を鎖交して第２のヨーク２４、第
３のヨーク２６ｂおよび第１のヨーク２１を介し、第１
の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｍｂとにより構成
される。

【００４４】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ａ、
第１のヨーク２１および第１の永久磁石２２を介して巻
線２３を鎖交し、第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有
する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁
束Φａｉの一部と、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を
有する磁極面より放出され、第２のヨーク２４、第３の
ヨーク２６ｂ、第１のヨーク２１および第１の永久磁石
２２を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久磁石２５の
Ｓ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁
路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第２の永久磁石２５
の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φａｒと、第２の永久磁
石２５の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｂｒとにより構
成される。

【００４５】図１０（ａ）は、可動子２を構成する第２
の永久磁石２５が固定子１を構成する巻線２３の矢印Ｂ
方向の端部に位置した際の磁束の構成を示し、第１の永
久磁石２２より放出される磁束は、第１の永久磁石２２
のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を
鎖交して第２の永久磁石２５、第２のヨーク２４、第３
のヨーク２６ａおよび第１のヨーク２１を介し、第１の
永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢
印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第１
の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出さ
れ、巻線２３を鎖交して第２の永久磁石２５、第２のヨ
ーク２４、第３のヨーク２６ｂおよび第１のヨーク２１
を介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極
面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉ
の一部と、第１の永久磁石２２の矢印Ａ方向の端部の漏
洩磁束Φｍａｒと、第１の永久磁石２２の矢印Ｂ方向の
端部の漏洩磁束Φｍｂｒと、第１の永久磁石２２のＮ極
の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖交し
て第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ａおよび第１の
ヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を
有する磁極面に流入する矢印Ａ方向に閉磁路を形成する
磁束Φｍａとにより構成される。

【００４６】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ａお
よび第１のヨーク２１を介して巻線２３を鎖交し、第２
の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第
２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ｂおよび第
１のヨーク２１を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久
磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ
方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第２の永
久磁石２５の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φａｒと、第
１の永久磁石の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｂｒとに
より構成される。

【００４７】図１０（ｂ）は、可動子２を構成する第２
の永久磁石２５が固定子１を構成する巻線２３の矢印Ａ
方向の端部に位置した際の磁束の構成を示し、第１の永
久磁石２２より放出される磁束は、第１の永久磁石２２
のＮ極の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を
鎖交して第２の永久磁石２５、第２のヨーク２４、第３
のヨーク２６ａおよび第１のヨーク２１を介し、第１の
永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢
印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第１
の永久磁石２２のＮ極の極性を有する磁極面より放出さ
れ、巻線２３を鎖交して第２の永久磁石２５、第２のヨ
ーク２４、第３のヨーク２６ｂおよび第１のヨーク２１
を介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を有する磁極
面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉ
の一部と、第１の永久磁石２２の矢印Ａ方向の端部の漏
洩磁束Φｍａｒと、第１の永久磁石２２の矢印Ｂ方向の
端部の漏洩磁束Φｍｂｒと、第１の永久磁石２２のＮ極
の極性を有する磁極面より放出され、巻線２３を鎖交し
て第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ｂおよび第１の
ヨーク２１を介し、第１の永久磁石２２のＳ極の極性を
有する磁極面に流入する矢印Ｂ方向に閉磁路を形成する
磁束Φｍｂとにより構成される。

【００４８】第２の永久磁石２５より放出される磁束
は、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面よ
り放出され、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ａお
よび第１のヨーク２１を介して巻線２３を鎖交し、第２
の永久磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する
矢印Ａ方向に閉磁路を形成する磁束Φａｉの一部と、第
２の永久磁石２５のＮ極の極性を有する磁極面より放出
され、第２のヨーク２４、第３のヨーク２６ｂおよび第
１のヨーク２１を介して巻線２３を鎖交し、第２の永久
磁石２５のＳ極の極性を有する磁極面に流入する矢印Ｂ
方向に閉磁路を形成する磁束Φｂｉの一部と、第２の永
久磁石２５の矢印Ａ方向の端部の漏洩磁束Φａｒと、第
２の永久磁石２５の矢印Ｂ方向の端部の漏洩磁束Φｂｒ
とにより構成される。

【００４９】図９および図１０（ａ）、（ｂ）におい
て、磁束Φａｒは、第２の永久磁石２５のＮ極の極性を
有する磁極面より第２の永久磁石２５のＳ極の極性を有
する磁極面へ矢印Ａ方向に、磁束Φａｉ、磁束Φｍａお
よび磁束Φｍａｒは、第１の永久磁石２２のＮ極の極性
を有する磁極面より第１の永久磁石２２のＳ極の極性を
有する磁極面へ矢印Ａ方向に、それぞれ円周方向に連続
した閉磁路を形成する。磁束Φｂｒは、第２の永久磁石
２５のＮ極の極性を有する磁極面より第２の永久磁石２
５のＳ極の極性を有する磁極面へ矢印Ｂ方向に、磁束Φ
ｂｉ、磁束Φｍｂおよび磁束Φｍｂｒは、第１の永久磁
石２２のＮ極の極性を有する磁極面より第１の永久磁石
２２のＳ極の極性を有する磁極面へ矢印Ｂ方向に、それ
ぞれ円周方向に連続した閉磁路を形成する。

【００５０】推力に関与する磁束は、磁束Φａｉと磁束
Φｂｉであり、可動子２の位置にかかわらず常に変わら
ぬ値を有するものである。第２の永久磁石２５のＮ極の
極性を有する磁極面より放出し、第２の永久磁石２５の
Ｓ極の極性を有する磁極面へ直接流入する漏洩磁束Φａ
ｒと漏洩磁束Φｂｒは、第１の永久磁石２２のＮ極の極
性を有する磁極面の影響により、極めて小さな値と成
る。

【００５１】図１１は、本発明の円筒形リニア直流モー
タの第３の実施例の構造説明を目的とした横断面図であ
り、本発明の円筒形リニア直流モータは、固定子１を構
成する第１の永久磁石２２と可動子２を構成する第２の
永久磁石２５を除いて、図７ないし図１０（ａ）、
（ｂ）に示す本発明の円筒形リニア直流モータの第２の
実施例と同様に構成されるものである。

【００５２】固定子１は、円筒状を成す第１のヨーク２
１と、第１のヨーク２１の外側円筒面に同軸円筒状に固
着される第１の永久磁石２２と、第１の永久磁石２２の
外側円筒面に電気的に絶縁され同軸円筒状に固着される
巻線２３と、巻線２３の外側円筒面に所定の間隔を隔て
同軸円筒状に配置され、永久磁石保持部材２７が軸方向
に円滑に移動し得る空間を形成する開口３０を有する円
筒状を成す第２のヨーク２４と、第２のヨーク２４の内
側円筒面の両端部および第１のヨーク２１の外側円筒面
の両端部に固着される円板状を成す一対の第３のヨーク
２６ａ、２６ｂとにより円筒状に構成される。

【００５３】可動子２は、固定子１を構成する巻線２３
の外側円筒面および固定子１を構成する第２のヨーク２
４の内側円筒面に対し、それぞれ所定の間隙を隔て軸受
装置を介して軸方向に円滑に移動し得る構造を有するも
のであり、円筒状を成す第２の永久磁石２５と、第２の
永久磁石２５の一部に固着され第２のヨーク２４の開口
３０を介して軸方向に円滑に移動し得る構造を有し、更
に、第２のヨーク２４の外部に突出する構造を有する永
久磁石保持部材２７とにより構成される。

【００５４】通常、円筒形リニア直流モータの可動子２
は、複数の軸受装置により軸方向、半径方向および円周
方向の位置が保持されるが、図７ないし図１０（ａ）、
（ｂ）に示す本発明の第２の実施例においては、円周方
向の変位を保持する目的で、軸受装置をボールスプライ
ン軸受にて構成し、単一の軸受装置で可動子２を保持す
る構造にしている。

【００５５】図１１に示す本発明の円筒形リニア直流モ
ータの第３の実施例においては、固定子１を構成する第
１の永久磁石２２および可動子２を構成する第２の永久
磁石２５を、所定の角度θの開口あるいは非着磁部を有
する構造とし、第１の永久磁石２２と第２の永久磁石２
５との間に作用する互いに円周方向の変位を妨げる力に
より、可動子２を固定子１の形成する円筒状空間３１内
に保持することが可能と成り、軸受２８を固体潤滑材料
を主に構成される各種ドライ・ベアリングあるいはリニ
ア・ベアリングで構成し得るので、小形軽量化および低
価格化が容易に成る。

【００５６】一般に、図１ないし図１１に示す円筒形リ
ニア直流モータのヨーク３、第１のヨーク２１、第２の
ヨーク２４および第３のヨーク２６（ａ）、（ｂ）は、
電磁軟鉄、炭素鋼等の各種磁性材料により形成され、そ
れぞれ圧入、カシメあるいはネジ等により機械的および
磁気的に接続して固定子１の一部を構成するものであ
る。固定子１の他の一部を構成する第１の永久磁石２２
および巻線２３は、それぞれ複数の部材により同軸円筒
状に構成され、第１のヨーク２１の外側円筒面に固着さ
れ得るものであり、巻線２３は、小型軽量化および長ス
トローク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る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の円筒形リニ
ア直流モータエータは、固定子を、それぞれ円筒状を成
す複数のヨーク、巻線および永久磁石を主に同軸円筒状
に構成しものであり、下記のような効果を有するもので
ある。 （１）可動子２の位置にかかわらず、推力の大きさが一
定である。 （２）可動子２を構成する第２の永久磁石２５の端部の
漏洩磁束を小さくすることが可能と成り、永久磁石の有
効利用を実現するものである。 （３）小形軽量化および低価格化を実現するものであ
る。 （４）高磁束密度化により、巻線２３に流す電流値を減
少させることが可能と成り、推力のリニアリティーの向
上を実現するものである。 （５）巻線２３に流す電流値を減少させることが可能と
成り、消費電力の減少を実現するものである。 （６）高磁束密度運転が可能と成り、長ストローク化が
容易に実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来の円筒形リニア直流モータの構造
説明を目的とした斜視断面図である。

【図２】図２は、図１に示す従来の円筒形リニア直流モ
ータの可動子が固定子の中央部に位置した際の、磁束の
構成説明を目的とした縦断面図である。

【図３】図３（ａ）は、図１に示す円筒形リニア直流モ
ータの可動子が固定子の一方の端部に位置した際の、磁
束の構成説明を目的とした縦断面図であり、図３（ｂ）
は、図１に示す円筒形リニア直流モータの可動子が固定
子の他方の端部に位置した際の、磁束の構成説明を目的
とした縦断面図である。

【図４】図４は、本発明の円筒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５】図５は、図４に示す本発明の円筒形リニア直流
モータの可動子が固定子の中央部に位置した際の、磁束
の構成説明を目的とした縦断面図である。

【図６】図６（ａ）は、図４に示す本発明の円筒形リニ
ア直流モータの可動子が固定子の一方の端部に位置した
際の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図であり、図
６（ｂ）は、図４に示す本発明の円筒形リニア直流モー
タの可動子が固定子の他方の端部に位置した際の、磁束
の構成説明を目的とした縦断面図である。

【図７】図７は、本発明の円筒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斜視断面図である。

【図８】図８は、図７に示す本発明の円筒形リニア直流
モータの構造説明を目的とした断面図である。

【図９】図９は、図７に示す本発明の円筒形リニア直流
モータの可動子が固定子の中央部に位置した際の、磁束
の構成説明を目的とした縦断面図である。

【図１０】図１０（ａ）は、図７に示す本発明の円筒形
リニア直流モータの可動子が固定子の一方の端部に位置
した際の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図であ
り、図１０（ｂ）は、図７に示す本発明の円筒形リニア
直流モータの可動子が固定子の他方の端部に位置した際
の、磁束の構成説明を目的とした縦断面図である。

【図１１】図１１は、本発明の円筒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横断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 固定子 ２ 可動子 ３ ヨーク ４ 巻線 ５ 永久磁石 ２１ 第１のヨーク ２２ 第１の永久磁石 ２３ 巻線 ２４ 第２のヨーク ２５ 第２の永久磁石 ２６ａ 第３のヨーク ２６ｂ 第３のヨーク ２７ 永久磁石保持部材 ２８ 軸受 ２９ 軸 ３０ 開口 ３１ 円筒状空間 Φａｒ、Φｂｒ 漏洩磁束 Φｍａｒ、Φｍｂｒ 漏洩磁束 Φａｉ、Φｂｉ 巻線を鎖交する磁束 Φａｂ、Φｂｂ 巻線を鎖交する推力に関与しない磁束 Φａｃ、Φｂｃ 巻線を鎖交する推力に関与する磁束 Φｍａ、Φｍｂ 巻線を鎖交する推力に関与しない磁束

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状を成す第１のヨークと、該第１の
   ヨークの外側円筒面に同軸円筒状に固着され、半径方向
   の磁界を形成する円筒状を成す第１の永久磁石と、該第
   １の永久磁石の外側円筒面に電気的に絶縁され、同軸円
   筒状に固着される円筒状を成す巻線とにより成る固定子
   と、前記巻線の外側円筒面に対して所定の間隙を隔て軸
   方向に円滑に移動し得る構造を有し、前記第１の永久磁
   石と同方向の磁界を形成する円筒状を成す第２の永久磁
   石より成る可動子とを主に構成することを特徴とする円
   筒形リニア直流モータ。
2. 【請求項２】 請求項１の固定子を、円筒状を成す第１
   のヨークと、該第１のヨークの外側円筒面に電気的に絶
   縁され、同軸円筒状に固着される円筒状を成す巻線と、
   該巻線の外側円筒面に電気的に絶縁され、同軸円筒状に
   固着され半径方向の磁界を形成する円筒状を成す第１の
   永久磁石とにより構成することを特徴とする請求項１の
   円筒形リニア直流モータ。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２の第１の永久
   磁石を、円周方向に所定の間隔を隔て、少なくとも一つ
   以上の磁界が形成されるように構成し、請求項１あるい
   は請求項２の第２の永久磁石を、円周方向に所定の間隔
   を隔て、少なくとも一つ以上の磁界が形成されるように
   構成することを特徴とする請求項１あるいは請求項２の
   円筒形リニア直流モータ。
4. 【請求項４】 円筒状を成す第１のヨークと、該第１の
   ヨークの外側円筒面に同軸円筒状に固着され、半径方向
   の磁界を形成する円筒状を成す第１の永久磁石と、該第
   １の永久磁石の外側円筒面に電気的に絶縁され、同軸円
   筒状に固着される円筒状を成す巻線と、該巻線の外側円
   筒面に所定の間隔を隔て同軸円筒状に配置され、軸方向
   に少なくとも一つ以上の開口を有する円筒状を成す第２
   のヨークと、該第２のヨークおよび前記第１のヨークの
   軸方向の両端部に固着され、円板状を成す一対の第３の
   ヨークとにより成る固定子と、前記巻線の外側円筒面お
   よび前記第２のヨークの内側円筒面に対してそれぞれ所
   定の間隙を隔て軸方向に円滑に移動し得る構造を有し、
   前記第１の永久磁石と同方向の磁界を形成する円筒状を
   成す第２の永久磁石より成る可動子とを主に構成するこ
   とを特徴とする円筒形リニア直流モータ。
5. 【請求項５】 請求項４の固定子を、円筒状を成す第１
   のヨークと、該第１のヨークの外側円筒面に電気的に絶
   縁され、同軸円筒状に固着される円筒状を成す巻線と、
   該巻線の外側円筒面に電気的に絶縁され、同軸円筒状に
   固着される半径方向の磁界を形成する円筒状を成す第１
   の永久磁石と、該第１の永久磁石の外側円筒面に所定の
   間隔を隔て同軸円筒状に配置され、軸方向に少なくとも
   一つ以上の開口を有する円筒状を成す第２のヨークと、
   該第２のヨークおよび前記第１のヨークの軸方向の両端
   部に固着される円板状を成す一対の第３のヨークとによ
   り構成することを特徴とする請求項４の円筒形リニア直
   流モータ。
6. 【請求項６】 請求項４あるいは請求項５の第１の永久
   磁石を、円周方向に所定の間隔を隔て、少なくとも一つ
   以上の磁界が形成されるように構成し、請求項４あるい
   は請求項５の第２の永久磁石を、円周方向に所定の間隔
   を隔て、少なくとも一つ以上の磁界が形成されるように
   構成することを特徴とする請求項４あるいは請求項５の
   円筒形リニア直流モータ。