JPS611256A - 有鉄芯型直流リニアモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は有鉄芯型直流リニアモータに関する。

（技術背景） 従来、多くの製品に見られるリニアモータとしては、リ
ニアパルスモータがほとんどである。しかし、かかるリ
ニアパルスモータは、著しい機械ＩＪＤ工精度を要求さ
れ、高価で１重量が重く、また走行子を高速に移動でき
ず、走行子を高速移動さげようとすると税調現象を起こ
し、誤動作を伴う。

しかるに、リニアモータとしては、直流リニアモータの
方が望ましい。

また、ボイスコイル型の直流リニアモータが知られてい
るが、従来この種の直流リニアモータは、磁気回路の構
成がやっかいであるために、一般にはストロークの短い
ものしか形成できないものであった。

かかる欠点を解消するために０本件出願人は。

Ｎ、Ｓの磁極を長手（移動子の移動）方向に沿って、交
互にｐ　（ｐは２以りの正の整数）極を有する界磁マグ
ネット盆設は推力に寄与する導体部の開角幅が上記界磁
マグネットの駆動用磁極幅の略２ｎ−１（ｎは１以上の
正の整数）倍に形成された１以りの空芯型の電機子コイ
ル群からなるコアレス電機子を上記界磁マグネットに相
対的移動をなすように相対向して設け、上記界磁マグネ
゛ント又は電機子のいずれか一方を固定子とし、他方を
移動子とした直流リニアモータを多数出頭した。

かかる直流リニアモータは、従来公知のボイスコイル型
リニアモータやリニアパルスモータのもつ欠点を解消で
きるもので有用なものである。

かかるコアレス直流リニアモータなので応答性、構造簡
単、また安価で、極めて容易に、直流リニアモータの欠
点となっているユニット化が容易で。

種々の長さのものが極めて容易に量産できる特徴を有す
る。

また、コアレス（無鉄芯型）直流リニアモータなので、
当該鉄芯と界磁マグネットとが吸引し合うことがないの
で、軸受や移動子のガイド支持部に負担がかからす、こ
の結果、安ｌ１ｌｌｉな軸受やガイド支持部を用いるこ
とができるので、安価に量産できるメリットがある。

その他、電機子コイルの形成が極めて容易で、任意の位
置に容易に配役可能である。ヨークが極めて簡単である
。この結果、総合的にも、有鉄芯型直流リニアモータに
比較して性能上、製造上、ユニット化、設計変更、及び
量産価格的にも非常に有用である。

しかしながら、コアレス直流リニアモータの場合には、
コア（鉄芯）がないことから、有鉄芯型直流リニアモー
タに比較して大きな推力が得られない欠点がある。コア
レス直流リニアモータの場合には、コア（鉄芯）がない
ために、コキングが生じないメリットがある反面、コキ
ングトルクが生しないため、すなわら、コア（鉄芯）と
界磁マクネットとが吸引し合う力がないために、有鉄芯
型直流リニアモータに比較して、大きな推力が得られな
い欠点がある。

このことはコアレスとコア有のもののもつそれぞれの性
質上から当然生じるもので、いずれが良いかは、適用せ
んとする装置によって、それぞれ適宜選択されるもので
あることは言うまでもない。

コアレスの特徴とコア有の直流リニアモータの特徴とが
異なるからである。

しかるに、従来の有鉄芯型直流モータのほとんと多くの
ものは、電機子コイルを巻装するための鉄芯（コア）の
構造が複雑で、電機子コイルを巻線するだめの巻線機が
複雑且つ高価で、また鉄芯に電機子コイルを巻線するの
にやっかいで量産に適さず高価になる欠点があった。

また、従来の多くの有鉄芯型直流リニアモータのほとん
とは反推力が入いつ高効率のものが得られない欠点があ
った。また、従来の有鉄芯型直流リニアモータは、突極
に電機子コイルを巻線しにくく、しかも電機子コイルを
多く巻線できないため大きな推力を得ることができない
欠点があった。

更にまた。従来の有鉄芯型直流リニアモータによると、
界磁マグネットのＮ極とＳ極との切り換わり貞において
大きな推力（トルク）リップルを有するので、滑らかに
走行子（移動子）を走行移動できない欠点があった。

（本発明の目的） 本発明は、」１記事情に基いてなされた佇鉄芯型直流リ
ニアモータて、　（１）ｆｉめで電機子コイルを巻装す
るための突極（鉄芯）の構改が簡単で、（２）該突極（
鉄芯）に巻装するための電機子コイルの形状も簡単で簡
易な巻線機を用いて極めて安価に形成できるので、（３
）上記突極（鉄芯）に電機子コイルを容易に巻装できる
ようにし、（４）安価に量産でき、（５）また、突極に
は導線を多数ター゛ン巻線できて、大きな推力が得られ
、（６）はとんと反推力が入らず、また１２０度通主通
電最も効率の良い位置で電機子コイルに通電することで
、高効率のものにてき、（７）また、ユニット化も可能
で、設計仕様に基いてストロークの短いものも長いもの
も容易に形成でき、（８）必要に応して、電機子を長短
適宜なものに容易に変更でき、（９）大きな推力を要求
される箇所には、多くの電機子コイルを、小さｒＳ推力
しか要求されない両所には少ない数の電機子コイルを適
宜数配役形成することができるようにすることで、　（
１０１性能泣びコストに応じたものを安価且つ容易に量
産できるようにすることを目的になされたものである。

（本発明の目的達成手段） かかる本発明の有鉄芯型直流リニアモータは。

移動子の走行方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極を有するｐ
　（ｐは２以上の正の整数）極の界磁マグネットを設け
、該界磁マグネットと相対的移動をなすヨークに上記界
磁マグネットの磁極幅の３分の２又はほぼ３分の２の開
角幅の突極を１以上適宜間隔て形成し、該突極の開角幅
と略々一致する内径を有する空芯型の電機子コイルを上
記突極の外周に装着し、」−記界磁マグネット又は突極
に電機子コイルを装着したヨークのいずれが一方を移動
子とし、他方を固定子とすることによって達成される。

突ｒ中　−ｍ　　　　−一　　　　　”（本発明の実施
例） 以下、第１図乃至第７図を参照して本発明第１実施例の
可動マグネット型の付鉄芯型直流リニアモータＬＭを、
第８図乃至第１１図を参照して本発明第２実施例の可動
コイル型の有鉄芯型直流リニアモータＬＭ’を説明する
。

（第２実施例） 第１図は可動コイル型の有鉄芯型直流リニアモータＬＭ
の」−面図、第２図は第１図の側面図、第３図は第１図
及び第２図のものを走行方向から見た縦断面図で、主に
この第１図乃至第３図を参照して、可動コイル型の有鉄
芯型直流リニアモータＬＭの構成を説明する。

本発明第１実施例の可動コイル型の有鉄芯型直流リニア
モータＬＭは、長板状のステータヨーク１」二に、該ス
テータヨーク１の幅よりも狭い長板状のガイド突起２を
一体形成し、その上に第１図及び第４図に示すように厚
み方向に着磁されたＮ極、Ｓ極の磁極を着磁幅Ｔの間隔
で交互に長手方向に多数有する長板状の界磁マグネット
６が第１図に示すように同役されている。尚、この界磁
マグネット６は各磁極を形成する界磁マグネットセグメ
ントで形成し、上記ガイド突起２上に第４図に示すよう
に界磁マグネット６を形成しても良いことは言うまでも
ない。Ｌ記界磁マグネット６と相対向してコ字状の走行
磁性体ヨーク７が設けられ、走行磁性体ヨーク７はその
側面部に回動自在に軸支された走行ローラ８が、上記ガ
イド突起２の側面部に案内されて、走行方向にスムーズ
に走行移動するようになっている。走行磁性体ヨーク７
の内面には、第５図に示すように上記界磁マグはほぼｉ
Ｔ）の開角幅の突極４を長手方向に適数個、１例えば４
個を適宜な間隔で一体的に（あるいは間接的に）形成し
ている。電機子コイル６は。

のとなっている。複数の電機子コイル３は、各１個をそ
れぞれの突極４の外周に装着して走行磁は体ヨーク７の
内面に貼着等によって固定して可動電機子を構成してい
る。

尚、突極４は、この外周に電機子コイル３を装着した場
合、電機子コイル６が互いに重ならないように、突極４
と突極４間の間隔を適宜設計して決定する。尚、突極４
を丁・Ｔ開角幅のものにした理由は、１２０度通電する
ことができるようにするためである。叩ら、１８０度通
電した場合には、１個の電機子コイル乙によって、界磁
マグネツト６の一磁乳Ｊの範囲に渡って通電できるので
。

即ち、電気角で１８０度と長い範囲に渡って通電できる
利貞がある。しかし１反面、界磁マグネット６のＮ極と
Ｓ極の境界弘における通電切り換えによって大きな推力
リップルを生ずるので、移動子を滑らかに走行すること
ができない。従って。

本発明では、最も効率良く、大きな推力リップルを生じ
ない位置で電機子コイル乙に１２０度通軍できるように
している。また１８０度通軍にあっては、突極４の開角
をＴとしなければならないため、限られたストローク長
（こおいて多数の電機子コイル６を配設できないため、
大きな推力を得ることができず、また滑らかな推力リッ
プルのものことができるので、限られたストローク長に
おいて多数の電機子コイル５を配設できるため、大きな
推力を得ることができ、また滑らかな推力リップルのも
のを得ることができる。また１８０度通軍の場合には、
突極４の開角がＴてあり、１２０度通軍とする場合には
、突極４の開角力、ＩＴで済むため、限られたストロー
ク長に同数個の突極４を形成し、同数個の電機子コイル
６を配設した場合、１２０度通軍の場合には、突極４と
４との間隔が広いので、導線を多数ターン巻回して形成
した電機子コイル６を突極４の外周に装備できるため、
１８０度通軍に比較して大きな推力が得られる。また、
１２０度通軍の場合には、突極４と４との間隔が１−分
にあるので、１８０度通′亀の場合に比較して電機子コ
イル６の突極４への装着が極めて容易である。

以上の理由から１本発明の突極４の開角が、■・Ｔであ
ることは有用な効果を呈する。第６図に示すように、導
体部６ａと導体部３ｂとのクロスする位置に１位置検知
素子５（例えば、ホール素子。

ホールＩＣ等の磁電変換素子）が半田付けによって配設
されている。該位置検知素子５は、界磁マグネット６の
Ｎ極又はＳ極を検出することで、電機子コイル乙にいず
れかの方向の電流を通電するかを決定するだめのもので
ある。

尚１位置検知素子５を上記位置に配置してやると滑らか
な推ノＪ（１−ルク）リップルの直流リニアモーフＬＭ
が得られて望ましいし、また位置検知素子５を適する位
置に容易に配設てきるので、量産において便利である利
点がある。また位置検知素子５は、界磁マグネット６の
側面部と対向しており、ＮあるいはＳ極の磁極の漏れ磁
束をひろい。

半導体整流装置（駆動回路）１６に適切な信号を出力す
る。かかる位置に位置検知素子５を配設できるのは、電
機子コイル乙の導体部６１〕の幅たけ。

界磁マグネット乙の幅を狭くできるからである。

従って、界磁マグネット乙の側面部と対向して電機子側
に位置検知素子５を配設できるスペースができることに
よる。

第７図は、界磁マグネット６と電機子コイル３群からな
る可動電機子との展開図である。この第７図から明らか
なように、電機子コイルの導体部ろａと６ａの開角が訃
Ｔとなるのは、突極４の開角力３−・］゛に形成されて
いることによる。尚。

電機子コイル６が、実際には’３−・Ｔよりも広い開角
に形成されているにも係らず、電機子コイル６が丁・Ｔ
の開角のものと同しであるのは、突極４があるため、界
磁マグネット乙の界磁磁束が磁気抵抗の高い電機子コイ
ル６に通らず、磁気抵抗の小さい突極４にのみ通るため
である。従って。

コアレスタイプの直流リニアモーフにおいて、電機子コ
イル６を推力に寄与する導体部３ａと６ａとの開角を５
−−　Ｔに形成した場合と同じものとなる。このため１
反推力が入いつにくく、有鉄芯型なので大きな推力の直
流リニアモータＬＭが得られる。従って、１個の電機子
コイル６の通電角は。

電気角で１．２０度となるため、電機子コイル６群ｌこ
は電気角で１２０度の切換通電がなされ、」−記したよ
うに反推力が入りにくく、効率の良い可動コイル型の有
鉄芯型直流リニアモータＬＭが得られる。いま、可動コ
イル型の有鉄芯型直流リニアモータＬＭの電源がオンさ
れているとすると、電機子を構成する電機子コイル３群
には第７図に示すように矢印方向の電流が流イｔ、矢印
Ｆ方向の推力が得られ、電機子、即し、走行子は矢印Ｆ
方向に走行移動する。尚、各電機子コイル６群の両端子
は、半導体整流装置１６に接続され１位置検知索子５の
両出力端子は半導体整流装置９に接続されている。１０
−１．１０−２は、それぞれ半導体整流装置９のプラス
電源端子、マイナス電源端子である。第７図から明らか
なように、電機子コイル６は界磁マグネット乙の磁極幅
の斧・１幅となっており、また各電機子コイル６群は互
いに重畳しないように配設されている。

（第！実施例） 上記実施列においては可動コイル型の有鉄芯型直流リニ
アモータＬＭを示したが、界磁マグネット６が走行子と
なり、電機子が固定子となっている可動界磁マグネット
型の有鉄芯型直流すニアモークとしても良いことは言う
までもない。この場合、」−記実施例の場合において、
界磁マグネット６と電機子コイル３群からなる電機子と
の配置を逆にすれば良いので、特に詳細に説明しないが
。

このような可動界磁マグネット型の有鉄芯型直流リニア
モータの場合には電機子側を長手方向に短かく形成し、
界磁マグネット６を長く形成してやるようにしても良い
。

また第８図乃至第１０図に示すように電機子側を長手方
向に長く形成し、界磁マグネ゛ント６を短かく形成した
可動界磁マグネット型の有鉄芯型直流リニアモータＬＭ
’としても良い。このようにした場合、突極４とガイド
突起２を一体形成すると良い。尚、この場合、ステータ
ヨーク１に代えた他の非磁性体で形成した基板を用いて
も良い。

尚、この場合においても、界磁マグネ′ント６は。

一体向なものである必要はなく、複数あるいは多数のも
のを用いて形成しても良いことは言うまでもない。

（他の実施例） 」−記実施例においては、界磁マグネット乙の磁極をス
キュー形成したり、あるいは電機子コイル乙の導体部３
ａや突極４をスキューさけ−たちのにも本発明の精神は
生きており、当然適用されるものである。

また、上記突極４はステータヨーク１等に多数形成し、
該突極４それぞれに電機子コイル６を巻装したが、ステ
ータヨーク１等を短いものに形成し、該短いステータヨ
ーク１等に１又は数個の突極４を形成し、該突極４に電
機子コイル３を巻装した有鉄芯型直流リニアモータユニ
ットを形成し。

該ユニットを適宜位置に適数並べて固設することて適宜
なストローク長の有鉄芯型直流リニアモータを容易に形
成できるようにしても良い。

また、」−犯例においては、半導体整流装置及び位置検
知素子を用いて整流を行なう例を示したが。

整流子とブラシを用いて整流を行なっても良い。

（本発明の効果） 本発明は、」−記構成からなるため、（１）電機子コイ
ルを巻装するための突極（鉄芯）の構造が極めて簡単で
、（２）該突極に巻装するための電機子コイルの形状も
簡単で簡易な巻線機を用いて極めて安価に形成でき、（
３１ｈ記電機子コイルを突極に容易に巻線でき、　（４
，＋７に機子を安価に量産形成でき、（５）突極の開角
が界磁マグネットの丁磁極幅となっているので、１２０
度通主通電、電機子コイルを限られたスペースに多数配
役できるので大きな推力が得られ、また滑らかな推力リ
ップルのものが得られる。又は突極に導線を多数ターン
巻線した電機子コイルを巻装できるので大きな推力のも
のが得られる、（６）はとんど反推力が入らず、また１
２０度通主通電最も効率の良い位置で電機子コイルに通
電できるので、滑らかな推力リップルで高効率のものが
得られる。（７）またユニット化も可能で。

設計仕様に基いてストロークの長いものも短かいものも
容易に形成でき、（８）また必要に応して電機子を長短
適宜なものに容易に変更でき、（９）大きな推力を要求
される箇所には、多くの突極及び電機子コイル（あるい
は上記ユニット）を、小さな推力しか要求されない箇所
には、少ない数の突極及び電機子コイル（あるいはユニ
ット）を適宜数配設形成することで、００）性能及びコ
ストに応じたものを安価且つ容易に量産できる。という
効果を有する有鉄芯型直流リニアモータを提供できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明第１実施例の可動コイル型の有鉄芯型
直流リニアモータの上面図、第２図は第１図の側面図、
第３図は第１図及び第２図のものを走行方向から見た縦
断面図、第４図は界磁マグネットの斜視図、第５図は突
極への電機子コイルの配設を示すための説明図、第６図
は位置検知素子の配置と電機子コイルの形状を示す斜視
図、第７図は界磁マグネットと電機子コイル群からなる
電機子との展開図、第８図は本発明第２実施例の第１図
に対応する可動界磁マグネット型の有鉄芯型直流リニア
モータの上面図、第９図は第８図の側面図、第１０図は
第８図及び第９図のものを走行方向から見た縦断面図で
ある。 Ｌ　Ｍ・・・可動コイル型の有鉄芯型直流リニアモータ
、　　ＬＭ’・可動界磁マグネット型の有鉄芯型直流リ
ニアモータ、　　１・・・ヌテータヨ・−り、　　２・
・・カイト突起、　　３・・・電機子コイル、　　４・
・・突極、５・・位置検知素子、　６・・・界磁マグネ
ット、７・・走行磁性体ヨーク、　　８・・・走行ロー
ラ。 ９・・・半導体整流装置、　　　１０−１・・・プラス
電源端子、　　１０−２・・・マイナス電源端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 移動子の走行方向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極を有するｐ
   （ｐは２以上の正の整数）極の界磁マグネットを設け、
   該界磁マグネットと相対的移動をなすヨークに上記界磁
   マグネットの磁極幅の３分の２又はほぼ３分の２の開角
   幅の突極を１以上適宜間隔で形成し、該突極の開角幅と
   略々一致する内径を有する空芯型の電機子コイルを上記
   突極の外周に装着し、上記界磁マグネット又は突極に電
   機子コイルを装着したヨークのいずれか一方を移動子と
   し、他方を固定子としたことを特徴とする有鉄芯型直流
   リニアモータ。