(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向する電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子とのいずれか一方を固定子に、他方を移動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記電機子コアは、電磁鋼板より略長方形に打ち抜いてなる電機子鉄板の両側面に形成した巻線収納溝と凹凸状の係合部を有し、かつこの電機子鉄板を積層して一つのコアブロックを構成してあり、
前記電機子は、前記各々のコアブロックの巻線収納溝に前記電機子巻線を整列巻きして収納すると共に、複数のコアブロックの係合部を互いに係合して構成してあることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記各々のコアブロックにおける永久磁石列と直交する方向の長手方向を、前記電磁鋼板の圧延ロール方向と同一方向にしてある請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記電磁鋼板を方向性電磁鋼板としてある請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記電機子巻線を収納し、複数のコアブロックを係合してなる電機子コアを第１コアブロック群とし、
前記第１コアブロック群の永久磁石列方向の両端における少なくとも一方の端部に、間隙を空けて電機子巻線を収納しないダミーとなる第２コアブロックを設けてあり、前記第２コアブロックは、前記第１コアブロック群を構成する各々のコアブロックと同一形状を有している請求項１から３までの何れか１項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記第１コアブロック群と第２コアブロックの間隔を、前記永久磁石のピッチの１／２としてある請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記第２コアブロックを前記第１コアブロック群の両側に設けると共に、前記第１コアブロック群と第２コアブロックの間隔を、前記永久磁石のピッチの２／３もしくは１／３としてある請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機等のテーブル送りに利用されるリニアモータの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータは、図９に示すように構成されている。
図において、リニアモータは、移動子３１と、移動子３１に取付けられた電機子３２と、電機子３２に空隙を介して対向する固定部３８と、固定部３８に取付けられた永久磁石３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…とから構成されている。電機子３２は、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜き、巻線収納溝３３ａを形成するティース３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…と、ティース３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…を連結するヨーク３５とを有する電機子鉄板を積層固定した電機子コア３３の巻線収納溝３３ａに電機子巻線３６を収納して構成し、移動子３１の裏面に取付けている。永久磁石３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…は、電機子コア３３に対向させて隣同士が異極となるように固定部３８に取付けて構成している。
このような構成において、リニアモータ３０の電機子巻線３６に通電すると、この電機子巻線３６と永久磁石３７ａ、３７ｂ、３７ｃ…との電磁作用により、移動子が軸線方向に移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のリニアモータは次のような問題があった。
（１）巻線収納溝を形成するティース３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…と、ティース３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…を連結するヨーク３５とを櫛歯状に一体に打ち抜いて電機子コアを構成しているため、１つのブロックとしての電機子コアの軸線方向の長さが長くなり、リニアモータの軸線方向の長さを適宜の長さに構成することができなかった。
（２）ティース３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…とヨーク３５とを一体に打ち抜いており、電機子巻線３６からの磁束が図９において点線で示すように、電機子コア３３のティース３４ａから永久磁石３７ａに渡り、永久磁石３７ａを通った磁束が隣の永久磁石３７ｂを経てティース３４ｂよりヨーク３５を通る磁気回路を構成し、ティースとヨークとで磁束の流れる方向が異なるため、電機子コア３３は方向性のない無方向性のものを使用する必要がある。このため、透磁率が低くなりピーク推力が低下するという欠点があった。
（３）また、ムービングコイル形リニアモータの巻線パターンの一例を図１０に示す。電機子コイルを巻装する電機子コアは、相数をｎ、永久磁石の数をｐ、１極あたりに対向するティースの数をｑとすれば、電機子コアに設けるティース数Ｎは、Ｎ＝ｎ×ｐ×ｑであり、このティース数を等間隔にそなえた電機子コアに、電機子巻線の３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗを、少なくとも２以上のティースピッチとなるコイル飛びによって巻装している。しかしながら、移動する電機子コアの磁気回路がエンドレスになっておらず、両端で開放されている。これにより、端効果が発生し、界磁磁石の磁極ピッチの中にコア端部に起因する磁気抵抗の変化により１周期のコギング推力Ｔｃを生じ、それが電機子と界磁との相対移動時に推力ムラを発生させるという問題があった。
そこで、本発明は、リニアモータの軸線方向の長さを適宜の長さに構成でき、かつ、ピーク推力を高くできると共に、コギング推力の発生を低減できるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１記載の本発明は、交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向する電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子とのいずれか一方を固定子に、他方を移動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記電機子コアは、電磁鋼板より略長方形に打ち抜いてなる電機子鉄板の両側面に形成した巻線収納溝と凹凸状の係合部を有し、かつこの電機子鉄板を積層して一つのコアブロックを構成してあり、前記電機子は、前記各々のコアブロックの巻線収納溝に前記電機子巻線を整列巻きして収納すると共に、複数のコアブロックの係合部を互いに係合して構成してある。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記各々のコアブロックにおける永久磁石列と直交する方向の長手方向を、前記電磁鋼板の圧延ロール方向と同一方向にしてある。
請求項３記載の本発明は、請求項２記載のリニアモータにおいて、前記電磁鋼板を方向性電磁鋼板としてある。
請求項４記載の本発明は、請求項１から３までの何れか１項に記載のリニアモータにおいて、前記電機子巻線を収納し、複数のコアブロックを係合してなる電機子コアを第１コアブロック群とし、前記第１コアブロック群の永久磁石列方向の両端における少なくとも一方の端部に、間隙を空けて電機子巻線を収納しないダミーとなる第２コアブロックを設けてあり、前記第２コアブロックは、前記第１コアブロック群を構成する各々のコアブロックと同一形状を有している。
請求項５記載の本発明は、請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータにおいて、前記第１コアブロック群と第２コアブロックの間隔を、前記永久磁石のピッチの１／２としてある。
請求項６記載の本発明は、請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータにおいて、前記第２コアブロックを前記第１コアブロック群の両側に設けると共に、前記第１コアブロック群と第２コアブロックの間隔を、前記永久磁石のピッチの２／３もしくは１／３としてある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すもので、（ａ）は一部を破断したリニアモータの上面から見た平面図、（ｂ）は電機子鉄板の正面図である。
図において、１はリニアモータの移動子で、この移動子１の裏面に電機子２を固定している。電機子２は、電機子コア３の巻線収納溝３ａに電機子巻線４を整列巻きして収納している。５は、電機子２に磁気的空隙を介して対向し、図示しない架台に固定された界磁ヨーク、６ａ、６ｂ、６ｃ…は界磁ヨーク５に交互に極性が異なるように等ピッチで並べて配置した永久磁石である。なお、リニアモータは、界磁ヨーク５が電機子２の両側にある磁束貫通形構造の例であって、基本構成は従来と同じである。
本発明が従来と異なる点を、以下説明する。
電機子コア３は、図１（ｂ）に示すように方向性電磁鋼板より電機子鉄板を略長方形に打ち抜き、略長方形の電機子鉄板の長手方向が矢印Ａ方向で示す圧延ロール方向と同じ方向となるようにしている。この電機子鉄板の端部の両側に巻線収納溝３ａを設け、長方形の中央部の一方側面に凸状の係合部３ｂを、他方側面に凹状の係合部３ｃを設けており、また、電機子鉄板の中央には、移動子１に電機子鉄板を取り付けるための取付穴３ｄを設けている。このように長方形に打ち抜いた電機子鉄板を積層して一つのコアブロックを構成すると共に、各々のコアブロックの係合部３ｂを、これに並べて設けたコアブロックの係合部３ｃに嵌合させて電機子を構成する。
このように構成したリニアモータの電機子の軸線方向の長さは、並設したコアブロックの数を増減させることで適宜の長さにすることができる。
次に、リニアモータの動作について説明する。
電機子巻線４に通電すると、この電機子巻線４に発生する磁束が図１の点線で示すように電機子コア３の圧延ロール方向に沿って流れ、永久磁石６ａを通って界磁ヨーク５より隣の永久磁石６ｂから電機子コア３に流れる。電機子コア３に流れた磁束が電機子コア３を通って対向する永久磁石６ｂより隣の永久磁石６ａを経て電機子コア３に流れる。この磁束と永久磁石６の磁束との電磁作用により、電機子コア３を取付けた移動子１を直線方向に移動する。
次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図２は本発明の第２の実施例を示すリニアモータの側断面図である。なお、本実施例のリニアモータは、第１の実施例に示した磁束貫通形構造のものに替えて、上記磁束貫通形構造の軸対称位置から半分にカットした構造と同等で、かつ従来例と同じタイプの、いわゆるギャップ対向型構造のリニアモータの例を示す。
図において、７ａ、７ｂ、７ｃ…は永久磁石で、図示しない固定部に固定した界磁ヨーク８に交互に極性が異なるように隣接して配置している。９は電機子で、略長方形に打ち抜いた電機子鉄板の一方側端部に巻線収納溝１０ａを有し、中央部の一方側面に凸状の係合部１０ｂを設け、他方側面に凹状の係合部１０ｃを設けた電機子鉄板を積層した電機子コア１０を設け、電機子コア１０の巻線収納溝１０ａに電機子巻線１１を整列巻きして収納し、電機子コア１０の係合部１０ｂを、並べて設けた電機子コア１０の係合部１０ｃに嵌め込み、移動子１の下面に固定している。このように構成により、第１実施例と同様に、リニアモータの電機子の軸線方向の長さを、並設したコアブロックの数を増減させることで適宜の長さにすることができる。なお、動作については、第１の実施例と概略同じなので省略する。
したがって、第１および第２実施例において、電機子コアを構成する各々のコアブロックは、方向性電磁鋼板より略長方形に打ち抜いて得られた電機子鉄板の長手方向を圧延ロール方向と同じ方向にすると共に、この電機子鉄板を積層して構成し、電機子巻線の磁束が電機子コアの圧延ロール方向に沿って流れるので、磁束密度を大きくでき、その結果ピーク推力を増大することができる。
また、リニアモータの永久磁石列の長手方向の長さを、並設した電機子コア１０を増減させることで適宜の長さすることができる。
【０００６】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図３は本発明の第３の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図である。なお、９個のコアブロックからなる電機子に対して、８個の界磁磁極が対向する磁束貫通形のリニアモータの例を用いて示している。
第３の実施例が、第１および第２実施例と異なる点は、以下のとおりである。図において、電機子巻線を収納し、複数のコアブロックを係合してなる電機子コア３を第１コアブロック群とし、１２、１３は、第１コアブロック群を構成する各々のコアブロックと同一形状を有し、かつ電機子巻線を収納しないダミーとなる電機子コア（以下、第２コアブロックと呼ぶ）である。この第２コアブロック１２、１３は永久磁石列６ａ、６ｂ、６ｃ…の長手方向に向かって係合した第１コアブロック群の両端の端部に間隙を空けて配置したものである。すなわち、第１コアブロック群と第２コアブロック１２、１３の間を、永久磁石のピッチＰｍの２／３の間隙を持たせて配置しており、第１コアブロック群は取付穴３ｄを介して図示しない移動子に固定し、第２コアブロック１２、１３は、取付穴１２ａ、１３ａを介して同じく移動子に固定する。
図４は、本実施例におけるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。図に示すように、電機子２の端効果によって生じるコギング推力Ｔｃは、磁石ピッチＰｍの１ピッチ（電気角）に１周期の割合で生じる。したがって、電機子部で生じるコギング推力Ｔｃと、この他、２／３Ｐｍの位相を持った、第２コアブロック１２、１３に生じるコギング推力Ｔａ、Ｔｂがあるため、全体としては、これら３つのコギング推力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが足しあわされて、電機子２の端効果によって生じるコギング推力を相殺することができる。
次に、本発明の第４の実施例を説明する。
図５は、第４の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図、図６は、本実施例によるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。
第４の実施例は、第３の実施例と同様に、第２コアブロック１２、１３を第１コアブロック群の両側に設けると共に、第１コアブロック群と第２コアブロック１２、１３の間隔を、永久磁石のピッチの１／３Ｐｍとしたものである。これにより、電機子部２で生じるコギング推力Ｔｃと、この他、１／３Ｐｍの位相を持った、第２コアブロック１２、１３に生じるコギング推力Ｔａ、Ｔｂがあるため、結果的にコギング推力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが足しあわされて、電機子２の端効果によって生じるコギング推力を相殺することができる。なお、動作については、第３の実施例と同じなので省略する。
次に、本発明の第５の実施例を説明する。
図７は、第５の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図、図８は、本実施例によるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。
第５の実施例は、第３、第４の実施例と異なり、第２コアブロックを第１コアブロック群における両端の片側に設けると共に、第１コアブロック群と第２コアブロックの間隔を、永久磁石のピッチの１／２Ｐｍとしたものである。これにより、電機子部２で生じるコギング推力Ｔｃと、この他、１／２Ｐｍの位相を持った、第２コアブロック１３に生じるコギング推力Ｔａ、Ｔｂがあるため、結果的にコギング推力Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃが足しあわされて、電機子２の端効果によって生じるコギング推力を相殺することができる。なお、動作については、第３、第４の実施例と同じなので省略する。
したがって、第３〜第５実施例において、電機子巻線を有しないダミーとなる第２コアブロックを、永久磁石列の長手方向に向かって係合した第１コアブロック群の少なくとも一方の端部に間隙を空けて配置するこにより、電機子の第１コアブロックの端効果によって生じるコギング推力が、第２コアブロックに生じるコギング推力と足しあわされるので、結果的に電機子の端効果によって生じるコギング推力を相殺することができる。
また、コギング相殺に用いる第２コアブロックの形状は、電機子部に用いる各々の第１コアブロックと同一形状であることから、補助的な部品と主部品を共用できるので、生産性、コストの面からの効果も大きい。
なお、第１、第２の実施例では、電機子を移動子に取付け、界磁ヨークを固定部に取付けたが、これに限ることなく、電機子を固定部に取付け、界磁ヨークを移動子に取付けてもよい。また、実施例では、電磁鋼板を方向性電磁鋼板を用いたが、これに限ることなく、無方向性電磁鋼板を用いてもよい。
また、第３〜第５実施例では、磁束貫通形のリニアモータの例を用いて説明したが、これに限ることなく、ギャップ対向形のリニアモータにも適用可能できることは言うまでもない。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、以下の効果がある。
（１）電機子コアを簡単に増設できるので、リニアモータの電機子コアの移動方向の長さを適宜の長さに構成できる。また、電機子コアの透磁率を高くでき、ピーク推力を大きくすることができる。
（２）リニアモータにおいて、電機子巻線を収納しないダミーとなる第２コアブロックを、永久磁石列の長手方向に向かって係合した第１コアブロック群の両端あるいは一方端の端部に間隙を空けて配置したので、電機子の第１コアブロック群の端効果によって生じるコギング推力が、第２コアブロックに生じるコギング推力と足しあわされ、結果的に電機子の端効果によって生じるコギング推力を相殺することができ、リニアモータを滑らかに動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータであって、（ａ）は一部を破断したリニアモータの上面から見た平面図、（ｂ）は電機子鉄板の正面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図である。
【図４】第３実施例によるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図である。
【図６】第４実施例によるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。
【図７】本発明の第５の実施例を示すリニアモータの上面から見た平面図である。
【図８】第５実施例によるコギング推力相殺の考え方を説明した図である。
【図９】従来のリニアモータの側断面図である。
【図１０】従来のリニアモータの巻線パターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  移動子
２  電機子
３  電機子コア（第１コアブロック）
３ａ  巻線収納溝
３ｂ  係合部（凸状）
３ｃ係合部（凹状）
３ｄ  取付穴
４  電機子巻線
５  界磁ヨーク
６ａ、６ｂ、６ｃ、７ａ、７ｂ、７ｃ  永久磁石
８  界磁ヨーク
９  電機子
１０  電機子コア（第１コアブロック）
１０ａ  巻線収納溝
１０ｂ  係合部（凸状）
１０ｃ  係合部（凹状）
１１  電機子巻線
１２、１３  電機子コア（第２コアブロック）
１２ａ、１３ａ  取付穴
【図１】
0003700915.tif 000002
【図２】
0003700915.tif 000003
【図３】
0003700915.tif 000004
【図４】
0003700915.tif 000005
【図５】
0003700915.tif 000006
【図６】
0003700915.tif 000007
【図７】
0003700915.tif 000008
【図８】
0003700915.tif 000009
【図９】
0003700915.tif 000010
【図１０】
0003700915.tif 000011