(57)【要約】【課題】小型で簡易な構造のリニアモータを提供すること。【解決手段】筒状の磁極部１０と磁極部１０の長手方向に並んで配置されたコイルユニット２０とを備えるステータ３と、磁極部１０の長手方向に沿って移動可能なリング磁石５とを備え、磁極部１０が、長手方向に間隔をあけて複数配列された磁極歯１３ａ１，１３ａ２と連結部１５ａ１，１５ａ２とから櫛歯形状に形成された一対の磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２を備えるとともに、磁極歯１３ａ１，１３ａ２どうしが相互に隙間をあけて交互に噛み合うように筒状に構成され、コイルユニット２０が、筒状のヨーク２１Ａとこれに巻かれたコイル２３Ａとを備え、磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２の連結部１５ａ１がヨーク２１Ａの一端に接続され、連結部１５ａ２がヨーク２１Ａの他端に接続され、リング磁石５が磁極を磁極部１０の長手方向に交互に配列してなるマグネットを備えるリニアモータ１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の磁極部と該磁極部の長手方向に並んで配置されたコイルユニットとを備えるステータと、前記長手方向に沿って移動可能な可動体とを備え、
前記磁極部が、前記長手方向に間隔をあけて複数配列された磁極歯と、該磁極歯を連結する連結部とから櫛歯形状に形成された板材からなる少なくとも一対の磁極歯部材を備えるとともに、これら磁極歯部材を前記磁極歯どうしが相互に隙間をあけて交互に噛み合うように組み合わせられて筒状に構成され、
前記コイルユニットが、磁性材料からなる筒状のヨークと、該ヨークの周方向に沿って巻かれたコイルとを備え、
対になる前記磁極歯部材の一方の前記連結部が前記ヨークの軸方向の一端に接続され、他方の前記連結部が前記ヨークの軸方向の他端に接続され、
前記可動体が、前記磁極歯に対向させる磁極を前記磁極部の長手方向に交互に配列してなるマグネットを備えるリニアモータ。
【請求項２】
前記磁極歯部材が周方向に間隔をあけて複数対設けられ、前記コイルユニットが各対の前記磁極歯部材に個別に設けられ、異なる対の磁極歯部材の各前記磁極歯の位置が前記長手方向に相互にずらされて配置されている請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記ヨークが、円筒状のコイル巻きつけ部を有する請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子と可動体とを相対的に直線方向に移動させるリニアモータが知られている（特許文献１）。
このようなリニアモータは、例えば、コイル等を有する固定子と永久磁石等を有する可動体との組み合わせで構成されており、コイルを励磁することにより、永久磁石との間に作用する磁束により推進力を得て、可動体が固定子の軸方向に沿って移動するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−５１８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のリニアモータは、周方向に環状コイルが巻かれた大径円筒状の電機子ヨークの内周面に沿って磁極歯が配置され、この電機子ヨークの内周側を小径円筒部材が移動するようになっている。そのため、磁極歯とコイルとが中心軸の半径方向に並んで配置されている分だけモータ自体が半径方向に大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型で簡易な構造のリニアモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、筒状の磁極部と該磁極部の長手方向に並んで配置されたコイルユニットとを備えるステータと、前記長手方向に沿って移動可能な可動体とを備え、前記磁極部が、前記長手方向に間隔をあけて複数配列された磁極歯と、該磁極歯を連結する連結部とから櫛歯形状に形成された板材からなる少なくとも一対の磁極歯部材を備えるとともに、これら磁極歯部材を前記磁極歯どうしが相互に隙間をあけて交互に噛み合うように組み合わせられて筒状に構成され、前記コイルユニットが、磁性材料からなる筒状のヨークと、該ヨークの周方向に沿って巻かれたコイルとを備え、対になる前記磁極歯部材の一方の前記連結部が前記ヨークの軸方向の一端に接続され、他方の前記連結部が前記ヨークの軸方向の他端に接続され、前記可動体が、前記磁極歯に対向させる磁極を前記磁極部の長手方向に交互に配列してなるマグネットを備えるリニアモータを提供する。
【０００７】
本発明によれば、コイルに通電すると、ヨークが励磁されることにより発生した磁束が磁極歯部材の磁極歯へと向かう磁気回路が形成される。これにより、磁極部の長手方向に沿って交互に噛み合うように組み合わせた一対の磁極歯部材の隣接する磁極歯には、異なる極性の磁極が形成される。そして、コイルに通電する電流の向きを変えることで、磁極歯に形成される磁極を交互に切り替えることができる。これにより、磁極歯に対向するマグネットとの間の磁気吸引力および磁気反発力によって、可動体を磁極部の長手方向に移動させることができる。
【０００８】
このリニアモータは、コイルユニットが磁極部の長手方向に並んで配置されているので、コイルの内周面に磁極歯を配置した場合に比べて、同じ径寸法の磁極歯を用いた場合でも、コイルの径方向の寸法を小さくすることができる。したがって、リニアモータの小型化を図ることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記磁極歯部材が周方向に間隔をあけて複数対設けられ、前記コイルユニットが各対の前記磁極歯部材に個別に設けられ、異なる対の磁極歯部材の各前記磁極歯の位置が前記長手方向に相互にずらされて配置されていることとしてもよい。
【００１０】
このような構成によれば、通電するコイルを切り替えることで、励磁される対の磁極歯部材を異なる対の磁極歯部材に切り替えることができる。各対の磁極歯部材は、それぞれ磁極歯の位置が長手方向に相互にずらされて配置されているので、通電するコイルを高速で切り替えることにより、可動体を磁極歯のピッチよりも小さいピッチで移動させることができる。また、各磁極歯部材を可動体の移動方向に並べて配列する場合に比べて、リニアモータの小型化を図ることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記ヨークが、円筒状のコイル巻きつけ部を有することとしてもよい。
【００１２】
このような構成によれば、巻線の作業性がよく、コイルをヨークに緊密に巻きつけることができる。したがって、巻線抵抗を小さくし、モータの効率を向上させることができる。また、コイルをヨークに密着させることができ、磁束の効率の低下を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型で簡易な構造にすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係るリニアモータ１について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るリニアモータ１は、２相のコイルにそれぞれ複数の磁極歯が接続されたステッピングモータである。このリニアモータ１は、図１および図２に示すように、円筒状の磁極部１０とこの磁極部１０を励磁するコイルユニット２０とを備えるステータ３と、磁極部１０の長手方向に沿って移動可能なリング磁石（可動体）５とを備えている。
【００１５】
磁極部１０は、長手方向に沿って延在する２対の磁極歯板（磁極歯部材）１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２により、ほぼ円筒状に構成されている。各対の磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２は、それぞれ一対でほぼ半円筒形状となるように組み合わされており、これらが周方向に間隔をあけて配置されている。
【００１６】
磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２は、それぞれ磁性材料からなる櫛歯形状の板材であり、磁極部１０の長手方向に間隔をあけて複数配列された磁極歯１３ａ１，１３ａ２と、各磁極歯１３ａ１，１３ａ２をそれぞれ磁極部１０の長手方向に沿って連結する連結部１５ａ１，１５ａ２とを備えている。
【００１７】
連結部１５ａ１，１５ａ２は、磁極部１０の長手方向に沿って互いに平行に設けられており、一端がコイルユニット２０に接続されている。
磁極歯１３ａ１，１３ａ２は、連結部１５ａ１，１５ａ２から櫛歯状に延び、長さ方向に沿って湾曲している。なお、これら磁極歯１３ａ１，１３ａ２はエッチング加工で作ることができ、例えば、エッチングによる電鋳加工で磁極歯１３ａ１，１３ａ２を形成すれば、直径が数ミリの超小型リニアモータを作成するのに有効である。
【００１８】
このように形成された磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２は、磁極歯１３ａ１，１３ａ２どうしが相互に隙間をあけて交互に噛み合うように組み合わせられている。
磁極歯板１１Ｂ１，１１Ｂ２は、磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２と同様に構成された湾曲する櫛歯形状の板材であり、磁極歯１３ｂ１，１３ｂ２と、連結部１５ｂ１，１５ｂ２とを備えている。
【００１９】
これら２対の磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２は、それぞれ磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２の磁極部１０の長手方向における位置が磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２のピッチの１／２相互にだけずらされて配置されている。
【００２０】
コイルユニット２０は、円筒部材であり、磁極部１０の長手方向に並んで配置されている。このコイルユニット２０は、磁性材料からなるヨーク２１Ａ，２１Ｂと、ヨーク２１Ａ，２１Ｂの周方向に沿って巻かれたコイル２３Ａ，２３Ｂと、ヨーク２１Ａ，２１Ｂに巻かれたコイル２３Ａ，２３Ｂを周方向に覆うように設けられたカバー２５とを備えている。
【００２１】
ヨーク２１Ａ，２１Ｂは、コイル２３Ａ，２３Ｂが周方向に沿って巻きつけられた円筒状のコイル巻きつけ部２７ａ，２７ｂと、コイル巻きつけ部２７ａ，２７ｂの軸方向の両端にそれぞれ配置されたリング板状のヨーク板２９ａ１、２９ａ２，２９ｂ１，２９ｂ２とを備えている。
ヨーク２１Ａ，２１Ｂは、ヨーク板２９ａ２とヨーク板２９ｂ１とを隣接させて軸方向に連結されている。
【００２２】
ヨーク板２９ａ１には磁極歯板１１Ａ１の連結部１５ａ１が接続されており、ヨーク板２９ａ２には磁極歯板１１Ａ２の連結部１５ａ２が接続されている。また、ヨーク板２９ｂ１には磁極歯板１１Ｂ１の連結部１５ｂ１が接続されており、ヨーク板２９ｂ２には磁極歯板１１Ｂ２の連結部１５ｂ２が接続されている。
なお、ヨーク板２９ａ２，２９ｂ１，２９ｂ２の内周縁には、連結部１５ａ２，１５ｂ１，１５ｂ２を軸方向に沿って挿通させる切欠（図示略）がそれぞれ設けられている。
【００２３】
リング磁石５は、磁極部１０の外筒寸法より大きい内径寸法を有するリング状部材である。このリング磁石５は、磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２にそれぞれ対向させる磁極を軸方向に交互に配列してなるマグネット（図示略）を内周面に備えている。
【００２４】
また、リング磁石５は、図示しない支持部材により、マグネットと磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２との間に径方向に微小間隙が空けられるように支持されている。なお、リング磁石５には、図示しないスライダが取り付けられるようになっている。
【００２５】
このように構成された本実施形態に係るリニアモータ１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るリニアモータ１において、磁極部１０の長手方向に沿ってリング磁石５を移動させる場合、例えば、コイル２３Ａにパルスを入力して、このコイル２３Ａが巻かれているヨーク２１Ａを励磁するとともに、ヨーク板２９ａ１を介して磁極歯板１１Ａ１の磁極歯１３ａ１を励磁する。以下、コイル２３Ａからコイル板２９ａ１および磁極歯板１１Ａ１に向かう磁束を発生させる場合のパルスの入力方向を「コイル２３Ａ１方向」とする。
【００２６】
この場合、磁極部１０ａの半径方向外方に磁極歯１３ａ１と微小空隙をあけて対向しているマグネットから、隣接する磁極歯板１１Ａ２の磁極歯１３ａ２およびヨーク板２９ａ２を介した磁気回路が形成される。これにより、磁極歯１３ａ１とマグネットとの磁気中心のずれに基づく磁気吸引力および磁気反発力によってリング磁石５に推進力が発生する。
【００２７】
同様に、コイル２３Ａからコイル板２９ａ２および磁極歯板１１Ｂ２に向かう磁束を発生させる場合のパルスの入力方向を「コイル２３Ａ２方向」とする。また、コイル２３Ｂからコイル板２９ｂ１および磁極歯板１１Ｂ１に向かう磁束を発生させる場合のパルスの入力方向を「コイル２３Ｂ１方向」とし、コイル２３Ｂからコイル板２９ｂ２および磁極歯板１１Ｂ２に向かう磁束を発生させる場合のパルスの入力方向を「コイル２３Ｂ２方向」とする。
【００２８】
また、各コイル２３Ａ１方向，２３Ａ２方向，２３Ｂ１方向，２３Ｂ２方向には、それぞれ連続して２パルスずつ入力することとする。そして、図３に示すように、コイル２３Ａ１方向に連続して入力する２パルス目とコイル２３Ｂ１方向に入力する１パルス目とを同期させる。続いて、コイル２３Ｂ１方向に連続して入力する２パルス目とコイル２３Ａ２方向に入力する１パルス目とを同期させる。
【００２９】
このように、コイル２３Ａ１方向とコイル２３Ｂ１方向、コイル２３Ｂ１方向とコイル２３Ａ２方向、コイル２３Ａ２方向とコイル２３Ｂ２方向との間で、それぞれ１パルスずつ同期させるように連続して電流を供給する。
【００３０】
このようにすることで、１パルスでリング磁石５を移動させるピッチを磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２のピッチよりも小さくすることができる。そして、４パルスで磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２の１ピッチ分ずつリング磁石５を移動させることができる。
【００３１】
このように、本実施形態に係るリニアモータ１においては、電流の供給先をコイル２３Ａ，２３Ｂ間で高速に切り替えたり、通電する電流の向きを高速で切り替えたりすることにより、リング磁石５を磁極部１０の長手方向に移動させることができる。
【００３２】
また、このリニアモータ１は、コイルユニット２０が磁極部１０の長手方向に並んで配置されているので、コイル２３Ａ，２３Ｂの内周面に磁極歯１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂを配置した場合に比べて、同じ径寸法の磁極歯を用いた場合でも、コイル２３Ａ，２３Ｂの径方向の寸法を小さくすることができる。したがって、リニアモータ１の小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
また、各磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２をリング磁石５の移動方向に並べて配列する場合に比べて、リニアモータ１の小型化を図ることができる。
また、コイル巻きつけ部２７ａ，２７ｂを円筒状にすることで、巻線の作業性がよく、コイル２３Ａ，２３Ｂをヨーク２１Ａ，２１Ｂに緊密に巻きつけることができる。したがって、巻線抵抗を小さくし、リニアモータ１の効率を向上させることができる。また、コイル２３Ａ，２３Ｂをヨーク２１Ａ，２１Ｂに密着させることができ、磁束の効率の低下を防ぐことができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、２対の磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２とを組み合わせて磁極部１０を構成することとしたが、これに代えて、例えば、ほぼ周方向全長わたって延びる磁極歯を備える一対の磁極歯部材により磁極部を構成することとしてもよいし、また、３対以上の磁極歯部材を組み合わせて円筒状の磁極部を構成することとしてもよい。
【００３５】
また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、内周面に沿ってマグネットが配置されたリング磁石５を例示して説明したが、第１の変形例に係るリニアモータ１０１として、図４に示すように、磁極部１０の内径より小さい外径を有し、外筒面に沿ってマグネット１０４が配置された円柱磁石１０５を採用することとしてもよい。
この場合、円柱磁石１０５としては、永久磁石そのものを用いてもよいし、外筒面に軸方向に沿って交互に凹凸が形成された磁性体を用いてもよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、磁極部１０の長手方向の片側にコイルユニット２０を配置することとしたが、第２の変形例に係るリニアモータ２０１として、例えば、図５に示すように、２つのコイルユニット２０，２２０を磁極部１０の長手方向に所定の間隔をあけて配置することとし、磁極歯板１１Ａ１，１１Ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２の連結部１５ａ１，１５ａ２，１５ｂ１，１５ｂ２の他端をそれぞれコイルユニット２２０に接続することとしてもよい。このようにすることで、２つのコイルユニット２０，２２０の両方に電流を供給して磁束を発生させることで、１つのコイルユニット２０を備える場合に比べて、磁路が長くなっても磁力が弱くなるのを防ぐことができる。
なお、同図においては、円柱磁石１０５を例示したが、これに代えて、リング磁石５を用いることとしてもよい。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態においては、円筒状の磁極部１０を例示して説明したが、筒状であればよく、断面が矩形状であってもよい。また、ヨーク２１Ａ，２１Ｂが円筒状のコイル巻きつけ部２７ａ，２７ｂを備えることしたが、ヨーク２１Ａ，２１Ｂのコイル２３Ａ，２３Ｂが巻きつけられる部分の形状はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るリニアモータを示す斜視図である。
【図２】図１のリニアモータの展開図である。
【図３】図１のリニアステータのコイルにパルスを入力するタイミングを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の第１の変形例に係るリニアモータを示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態の第２の変形例に係るリニアモータを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１０１，２０１    リニアモータ
３    ステータ
５    リング磁石（可動体）
１０    磁極部
１１Ａ１，１１Ａ２，１１Ｂ１，１１Ｂ２    磁極歯部材（磁極歯板）
１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，１３ｂ２    磁極歯
１５ａ１，１５ａ２，１５ｂ１，１５ｂ２    連結部
２０，２２０    コイルユニット
２１Ａ，２１Ｂ    ヨーク
２３Ａ，２３Ｂ    コイル
２７ａ，２７ｂ    コイル巻きつけ部
１０５    円柱磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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