JPH08140332A - 永久磁石界磁リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 性能を劣化させることなく比較的安価で体積
の小さな永久磁石材料を使用できる永久磁石界磁リニア
モータを提供する。 【構成】 リニアモータ１０は、電機子からなる可動子
１２と界磁からなる固定子１４とを備える。可動子１２
は、電機子鉄心１６と、電機子鉄心１６に凹設された複
数のスロット１８に収容される複数の電機子巻線２０と
を備える。固定子１４は、非磁性材料からなる板状の基
部２２と、基部２２上に略平行に並置される複数の永久
磁石２４と、隣合う永久磁石２４の間に１つずつ接触配
置される磁性材料からなる複数の磁極部材２６とを備え
る。隣合う永久磁石２４の相互に対向する側面には同一
の磁極が形成される。各磁極部材２６は、各永久磁石２
４と電機子鉄心１６との間の磁界内で磁化されて、隣接
する永久磁石２４の側面の磁極と同一の磁極を、その電
機子対向面３２に交互的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、界磁に永久磁石を用い
たリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばＯＡ機器の磁気ヘッド駆動
機構や工作機械の主軸／テーブル送り機構等、各種産業
機械の駆動部に、高速駆動が容易で静粛性に優れたリニ
アモータの使用が提案されている。この種のリニアモー
タのうち、リニア直流モータやリニア同期モータでは、
構造を単純にするために界磁に永久磁石を用いたものが
多用される傾向にある。

【０００３】一般に永久磁石界磁リニアモータは、略平
行に並置される複数の永久磁石を備えた界磁と、この界
磁との間に所定空隙を介して配置され、それら永久磁石
による磁界を順次横断する方向へ永久磁石に対し直線的
に相対移動する巻線を備えた電機子とを具備する。従来
の永久磁石界磁リニアモータでは、隣合う永久磁石は交
互的に電機子に接近する方向及び離反する方向へ延びる
磁束を形成する。すなわち各永久磁石の電機子対向面
に、隣合う永久磁石にて交互にＮ極及びＳ極が配置さ
れ、永久磁石自体が界磁の磁極を構成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】小寸法のリニアモータ
で大きな推力を得るためには、界磁（永久磁石）と電機
子との間の空隙における磁束密度を高密度化する必要が
ある。しかしながら、従来のように永久磁石自体が界磁
の磁極を構成する従来構造では、空隙磁束密度を永久磁
石の材料特性値より大きくすることはできない。したが
って、従来のリニアモータにおいて推力を向上させる場
合、永久磁石の材料として磁気特性に優れた希土類磁石
が使用されていた。さらに、磁極を構成する永久磁石
は、電機子反作用に起因する不可逆の減磁作用を直接に
受けて局部的に磁力の弱い部分を生じ、これが可動子
（界磁又は電機子）の移動ムラの一因となる。このよう
な減磁作用に対抗するためには、永久磁石の体積（特に
磁束方向厚み）を充分に大きくする必要があった。

【０００５】このように従来の永久磁石界磁リニアモー
タでは、性能を向上させるために、極めて高価な希土類
磁石を使用したり永久磁石の体積を増大したりする必要
があり、それにより製品価格が高騰する課題が生じてい
た。本発明の目的は、性能を劣化させることなく比較的
安価で体積の小さな永久磁石材料を使用できる永久磁石
界磁リニアモータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、略平行に並置される複数の永久磁石を備
えた界磁と、界磁との間に所定空隙を介して配置され、
複数の永久磁石による磁界を順次横断する方向へ永久磁
石に対し直線的に相対移動する巻線を備えた電機子とを
具備する永久磁石界磁リニアモータにおいて、複数の永
久磁石は、隣合う永久磁石が交互的に相互接近方向及び
相互離反方向へ延びる磁束を形成し、隣合う永久磁石間
に磁性材料からなる磁極部材を１つずつ接触配置したこ
とを特徴とする永久磁石界磁リニアモータを提供する。

【０００７】

【作用】交互的に相互接近方向及び相互離反方向へ延び
る磁束を形成する隣合う永久磁石は、相互に対向するそ
れらの側面に同一の磁極を形成する。隣合う永久磁石間
に１つずつ接触配置される磁極部材は、各永久磁石と電
機子との間の磁界内で磁化される。それにより、隣接す
る永久磁石側面の磁極と同一の磁極が、各磁極部材の電
機子対向面に交互的に形成される。

【０００８】このように、磁極部材が界磁の磁極となる
構成では、隣接する各永久磁石の磁束が磁極部材の電機
子対向面に集結されるので、磁極部材と電機子との間の
空隙における磁束密度を永久磁石の材料特性値よりも大
きくすることができる。したがって、リニアモータの性
能を劣化させずに、フェライト磁石等の比較的安価な材
料を永久磁石に用いることが可能になるとともに、希土
類磁石を用いればモータの推力をさらに上昇させること
ができる。また、電機子反作用に起因する減磁作用によ
って各永久磁石に局部的に磁力の弱い部分が生じても、
磁極部材の磁束集結作用により各磁極部材の電機子対向
面は等磁位面となる。したがって、永久磁石の体積を決
める際に電機子反作用の影響を考慮する必要が無くな
り、最適寸法の永久磁石を使用できる。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその好
適な実施例に基づき詳細に説明する。各図面において、
同一の構成要素には共通の参照符号を付す。図１及び図
２は、本発明の実施例による永久磁石界磁リニアモータ
１０を示す。リニアモータ１０は、電機子を可動子１２
とし界磁を固定子１４としたリニア同期モータである。
可動子１２は、珪素鋼板等の複数の磁性薄板材料の積層
体からなる略直方体形状の電機子鉄心１６と、電機子鉄
心１６の一表面１７に相互に略平行に凹設された複数の
スロット１８に収容される複数の電機子巻線２０とを備
える。各電機子巻線２０には例えば三相交流が流され、
三相交流によって生じる合成起磁力が移動磁界を生成す
る。電機子巻線２０に移動磁界が生じると、移動磁界と
固定子１４の磁極との間に作用する吸引力及び反発力に
より、可動子１２が推力を付与されて固定子１４に沿っ
て直線的に移動する。なお、可動子１２は図示しない支
持手段によって移動可能に支持され、その移動中、可動
子１２に作用する垂直力に抗して固定子１４との間に所
定空隙を維持する。このような可動子１２の構成は従来
周知のものであり、様々な構成の周知の電機子を可動子
１２として使用できる。

【００１０】固定子１４は、アルミニウムやステンレス
等の非磁性材料からなる板状の基部２２と、基部２２上
に略平行に並置される複数の永久磁石２４と、隣合う永
久磁石２４の間に１つずつ接触配置される磁性材料から
なる複数の磁極部材２６とを備える。各永久磁石２４
は、略直方体形状を有し、隣合う永久磁石２４が交互的
に相互接近方向及び相互離反方向へ延びる磁束を形成す
る。すなわち、隣合う永久磁石２４の相互に対向する側
面に同一の磁極が形成される。磁極部材２６は、基部２
２に接する底面及び永久磁石２４に接する両側面を有し
た略直方体の鉄心部２８と、鉄心部２８の上端で所定形
状に膨出する磁極片部３０とを有する。磁極部材２６
は、好ましくは珪素鋼板等の複数の磁性薄板材料の積層
体からなり、各永久磁石２４と電機子鉄心１６との間の
磁界内で磁化される。それにより、隣接する永久磁石２
４の側面の磁極と同一の磁極が、各磁極部材２６の磁極
片部３０の電機子対向面３２に交互的に形成される。し
たがって永久磁石２４による磁束は、図２に矢印Ｆで示
すような閉曲線を形成する。

【００１１】このように、磁極部材２６が界磁の磁極と
なる構成では、隣接する各永久磁石２４の磁束が磁極部
材２６の電機子対向面３２に集結されるので、空隙Ｇに
おける磁束密度を永久磁石２４の材料特性値よりも大き
くすることができる。したがって、リニアモータ１０の
性能を劣化させずに、フェライト磁石等の比較的安価な
材料を永久磁石２４に用いることが可能になるととも
に、希土類磁石を用いればリニアモータ１０の推力をさ
らに上昇させることができる。また、電機子反作用に起
因する減磁作用によって各永久磁石２４に局部的に磁力
の弱い部分が生じても、磁極部材２６の磁束集結作用に
より各磁極部材２６の電機子対向面３２は等磁位面とな
り、可動子１２の移動ムラの発生が回避される。

【００１２】好ましくは磁極部材２６の電機子対向面３
２は、図示のように所定の弯出形状を有する。それによ
り、電機子鉄心１６の表面１７と各磁極部材２６の電機
子対向面３２との間の空隙Ｇは、電機子対向面３２の頂
点を原点とした電気角θ（隣合う磁極部材２６の電機子
対向面３２の各頂点間の電気角はθ＝１８０°）の関数
で表したときに、Ｇ（θ）∝１／ｃｏｓθの関係を呈す
る。このように、空隙Ｇの大きさを可動子１２の移動方
向へ正弦波状に変化させ、空隙Ｇにおける磁束密度の空
間分布を電機子巻線２０への供給電圧と同位相の正弦波
状とすることにより、リニアモータ１０における推力の
変動（移動ムラ）を理論的に排除することができる。

【００１３】磁極部材２６は、様々な方法により基部２
２に固定できる。例えば図１に示すように、各磁極部材
２６の鉄心部２８に長手方向へ貫通する穴３４を設け、
それらの穴３４に１つずつ棒状部材３６を挿入する。各
磁極部材２６の長手方向両端部には、好ましくは非磁性
材料からなる支持板３８を配置し、各支持板３８を例え
ばボルトや接着剤等によって基部２２に固定する。そし
てこれらの支持板３８に、各棒状部材３６の両端部を例
えばピン等によって固定することにより、各磁極部材２
６が基部２２に固定的に支持される。或いはまた、図３
に示すように、いわゆるダブテール式の連結構造４０を
各磁極部材２６と基部２２との間に設けることによって
も、各磁極部材２６を固定支持できる。さらに図４に示
すように、永久磁石２４及び磁極部材２６を長手方向へ
２段以上に連ねて配置し、各段の間に追加の支持板４２
を配置して、１つの長尺の棒状部材４４によって各段に
連なる磁極部材２６を支持する構成とすることもでき
る。

【００１４】図２に示すように、磁極部材２６の磁極片
部３０は、永久磁石２４に接する鉄心部２８の両側面か
ら突出するフック部４６を備える。したがって図１の構
成において、各永久磁石２４は、基部２２と隣接する各
磁極部材２６のフック部４６とによって垂直方向へ拘持
され、両支持板３８によって長手方向へ拘持される。こ
のような構成は、固定子１４の組立てを容易にする点で
有利である。

【００１５】図５は、本発明の他の実施例による永久磁
石界磁リニアモータ４８を概略で示す。リニアモータ４
８は、図１の実施例と同様の電機子からなる可動子１２
と、固定子５０とを備える。固定子５０は、鉄等の磁性
材料からなる板状の基部５２と、基部５２上に略平行に
並置される第１の複数の永久磁石５４と、各永久磁石５
４の上に１つずつ接触配置される磁性材料からなる磁極
部材５６と、隣合う磁極部材５６の間に１つずつ接触配
置される第２の複数の永久磁石５８とを備える。第１の
永久磁石５４は、略直方体形状を有し、隣合う永久磁石
５４にて交互的に垂直方向へ延びる磁束を形成する。す
なわち、隣合う永久磁石５４の磁極部材５６に接触する
上面に異なる磁極が形成される。第２の永久磁石５８
は、略直方体形状を有し、隣合う永久磁石５８が交互的
に相互接近方向及び相互離反方向へ延びる磁束を形成す
る。すなわち、隣合う永久磁石５８の相互に対向する側
面に同一の磁極が形成される。それにより、磁極部材５
６を包囲する３つの永久磁石５４、５８の磁極部材５６
との接触面に、同一の磁極が形成される。

【００１６】磁極部材５６は、第１の永久磁石５４に接
する底面及び第２の永久磁石５８に接する両側面を有し
た略直方体の鉄心部６０と、鉄心部６０の上端で所定形
状に膨出する磁極片部６２とを有する。磁極部材５６
は、好ましくは珪素鋼板等の複数の磁性薄板材料の積層
体からなり、各永久磁石５４、５８と電機子鉄心１６と
の間の磁界内で磁化される。それにより、各永久磁石５
４、５８の磁極部材５６との接触面の磁極と同一の磁極
が、各磁極部材５６の磁極片部６２の電機子対向面６４
に交互的に形成される。したがって各永久磁石５４、５
８による磁束は、図５に矢印Ｆ′で示すような閉曲線を
形成する。

【００１７】なおこの実施例においても、各磁極部材５
６は、鉄心部６０に設けた長手方向貫通穴６６に挿入さ
れる棒状部材６８と、図１の支持板３８とを介して、基
部５２に固定的に支持できる。また、第１及び第２の永
久磁石５４、５８は、その長手方向両端面にて支持板３
８に例えば接着等により固定される。このような構成に
よれば、空隙Ｇにおける磁束密度をさらに高めることが
できるとともに、基部に安価な鉄等の磁性材料を使用で
きるので、製品価格を低減できる。

【００１８】図５の実施例において、図６に示すように
第１の永久磁石５４を省略することもできる。この場
合、基部５２と磁極部材５６との間の空間７０は充分な
磁気抵抗を有するので、永久磁石５８による磁束は図２
の磁束Ｆと同様となる。また図６では、磁極部材５６を
基部５２と非接触の状態に確実に支持するために、鉄心
部６０に設けた２つの長手方向貫通穴７２とそれらに挿
入される棒状部材７４とが示されている。なお、上記各
実施例において、貫通穴及び棒状部材の形状及び個数は
任意である。

【００１９】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明はそれに限定されず、特許請求の
範囲の記載の範囲内で様々な変更が可能である。例えば
上記実施例において、界磁を可動子とし電機子を固定子
とすることもできる。また上記実施例において、電機子
を直流モータの形態とすることにより、本発明を直流リ
ニアモータに適用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、隣接する永久磁石の磁束を磁極部材の電機子
対向面に集結することができるので、性能を劣化させず
にフェライト磁石等の比較的安価な材料を永久磁石に用
いることが可能になるとともに、希土類磁石を用いれば
モータの推力をさらに上昇させることができる。また、
電機子反作用の影響を考慮せずに最適寸法の永久磁石を
使用できるようになる。したがって本発明は、永久磁石
界磁リニアモータの性能の向上、製品価格の低減に寄与
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による永久磁石界磁リニアモー
タの一部切欠き斜視図である。

【図２】図１の線II−IIに沿った部分拡大断面図であ
る。

【図３】図１のリニアモータにおける固定子の変形例の
部分拡大断面図である。

【図４】図１のリニアモータにおける固定子の他の変形
例の部分斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例による永久磁石界磁リニア
モータの部分拡大断面図で、図２に対応する図である。

【図６】図５のリニアモータにおける固定子の変形例の
部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１０，４８…永久磁石界磁リニアモータ １２…可動子 １４，５０…固定子 １６…電機子鉄心 １８…スロット ２０…電機子巻線 ２２，５２…基部 ２４…永久磁石 ２６，５６…磁極部材 ２８，６０…鉄心部 ３０，６２…磁極片部 ３２，６４…電機子対向面 ３４，６６，７２…穴 ３６，４４，６８，７４…棒状部材 ３８，４２…支持板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略平行に並置される複数の永久磁石を備
   えた界磁と、該界磁との間に所定空隙を介して配置さ
   れ、該複数の永久磁石による磁界を順次横断する方向へ
   該永久磁石に対し直線的に相対移動する巻線を備えた電
   機子とを具備する永久磁石界磁リニアモータにおいて、 前記複数の永久磁石は、隣合う該永久磁石が交互的に相
   互接近方向及び相互離反方向へ延びる磁束を形成し、隣
   合う該永久磁石間に磁性材料からなる磁極部材を１つず
   つ接触配置したことを特徴とする永久磁石界磁リニアモ
   ータ。