(57)【要約】  可動子のコアへの接触を抑制するリニアモータ及び機器を提供する。  永久磁石を有する可動子と、可動子の上下方向に位置する磁極歯と、磁極歯に巻回された巻線と、可動子の左右方向を通る腕部と、を有する電機子を備え、可動子及び電機子は、前後方向に相対移動するリニアモータであって、腕部及び可動子の間に位置し、可動子に対向する可動子対向面が巻線の外端より内側に位置する保護部材を備える。
2017025998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する可動子と、
該可動子の上下方向に位置する磁極歯と、該磁極歯に巻回された巻線と、前記可動子の左右方向を通る腕部と、を有する電機子を備え、
前記可動子及び前記電機子は、前後方向に相対移動するリニアモータであって、
前記腕部及び前記可動子の間に位置し、前記可動子に対向する可動子対向面が前記巻線の外端より内側に位置する保護部材を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記保護部材は、
中実構造であり、
前記磁極歯の端面よりも上下方向外側に位置し、前記巻線に対向する巻線対向面と、前記腕部に対向する腕部対向面と、を備え、
前記巻線対向面は、前記可動子対向面及び前記腕部対向面並びに前記中実構造によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記保護部材は、
中空構造であり、
前記磁極歯の端面よりも上下方向外側に位置し、前記巻線に対向する巻線対向面と、前記腕部に対向する腕部対向面と、を備え、
前記巻線対向面は、前記可動子対向面及び前記腕部対向面によって支持されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記可動子対向面がテーパ状又は曲面であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記保護部材は、前後方向に延在する形状であり
前記保護部材の前後方向それぞれの側を固定する固定部を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記保護部材は、前記コアに固定されたブロック状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記保護部材が非磁性体であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記可動子が保護シートで覆われていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項９】
請求項１乃至８何れか一項に記載のリニアモータを備えた機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ及びリニアモータを備える機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
推力発生機構を有するリニアモータは、回転機を切り開いた形状をしており、永久磁石列からなる可動子と電機子との間に大きな磁気吸引力が働く。このため、可動子が電機子に吸引されて可動子が電機子に接触するおそれがある。【０００３】
特許文献１，２は、永久磁石を挟んで上下に対向する磁極を備えることで磁気吸引力を相殺するリニアモータを開示している。
特許文献１は、巻線保持部品１８を開示している（００４９、図２９）。
特許文献２は、可動子を支持するローラベアリング１を開示している（００１２、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０２６９５号公報
【特許文献２】特開２００３−２４４９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の巻線保持部品１８の構造や機能は詳細には開示されていない。また、巻線保持部品１８の構成を図示されたようなものにすると、巻線を支持する部分が外力や経時によって変形し、巻線の脱落を抑制できなくなるおそれがある。さらに、巻線保持部品１８の端面のうち、可動子に対向する面は、コア（電機子の磁性体部分）に面している。このため、巻線保持部品１８に可動子が接触すると、衝撃がコアに伝わり、可動子又はコアが破損するおそれがある。【０００６】
特許文献２では、可動子がローラベアリング１によってｚ方向に拘束されているものの、ｙ方向には拘束されていない。そのため、振動等によって可動子がｙ方向にずれてコアに接触すると、可動子またはコアが破損したり、永久磁石と磁極歯との対向面積が減って、駆動力が低下したりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記事情に鑑みてなされた本発明は、永久磁石を有する可動子と、該可動子の上下方向に位置する磁極歯と、該磁極歯に巻回された巻線と、前記可動子の左右方向を通る腕部と、を有する電機子を備え、前記可動子及び前記電機子は、前後方向に相対移動するリニアモータであって、前記腕部及び前記可動子の間に位置し、前記可動子に対向する可動子対向面が前記巻線の外端より内側に位置する保護部材を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１によるリニアモータの斜視図。
【図２】実施例１によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図３】実施例１によるリニアモータの、左右方向に垂直な面の断面図。
【図４】実施例２によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図５】実施例３によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図６】実施例４によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図７】実施例５によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図８】実施例６によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図９】実施例７によるリニアモータの、前後方向に垂直な面の断面図。
【図１０】実施例８によるリニアモータの、左右方向に垂直な面の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、同一の説明は繰り返さない。説明のため、互いに直交する前後、左右、及び上下方向という語を用いるが、必ずしも重力方向は下向きである必要はなく、上、右、左、前若しくは後方向又はそれ以外の方向に平行にできる。
【実施例１】
【００１０】
重力方向が下向きであるとして説明する。図１は実施例１によるリニアモータ１００の斜視図、図２は実施例１によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な断面図である。リニアモータ１００は、固定子１および可動子２からなる。【００１１】
［固定子１］
固定子１は、電機子３とその前後方向の両端に配置された端部部材４とからなる。
電機子３は、磁性体のコア３００を有している。固定子１は、電機子３を１つ又は２つ以上前後方向に並べて有している。電機子３の前後方向には非磁性体の非磁性スペーサ３２０を配することができる。電機子３は、２つ以上のコア３００を磁性体のスペーサ３１０で繋いで構成しても良い。本実施例の固定子１は３つの電機子３を有しており、それぞれの電機子３には、前後方向に並んだ２つのコア３００の間にスペーサ３１０を配している。これにより、２つのコア３００及びスペーサ３１０を含む磁路を形成できるようにしている。なお、非磁性スペーサ３２０を各電機子３の間や、電機子３及び端部部材４の間に配することで、電機子３同士の磁束漏れや、電機子３から端部部材４への磁束漏れを抑制できる。【００１２】
端部部材４は、磁性体又は非磁性体で形成することができる。端部部材４には、可動子２を上下方向から支持するローラベアリング５が配置されている。ローラベアリング５は、前後方向に回転することで可動子２及び端部部材４が前後方向に相対移動できるようにしており、また、可動子２は、ローラベアリング５によって上下方向への位置ずれを抑制されている。なお、端部部材４は、前後方向の一方側のみに配しても良いし、両側に配しても良い。また、ローラベアリング５は、可動子の上下方向の一方側のみに配してもよいし、両側に配してもよい。例えば、下側にのみローラベアリング５を配してもよい。【００１３】
［可動子２］
可動子２は、前後方向に１つ又は２つ以上並んだ永久磁石２００と、永久磁石２００を固定する永久磁石固定部材２１０を有しており、前後方向を長手方向としている。永久磁石２００はそれぞれ上下方向に磁化しており、磁化配向方向が交互に反転するように並べられている。また、可動子２は、後述する２つの磁極歯３０１の間、かつ２つの腕部３０２の間の空間に配されている。なお、永久磁石２００は上下方向に垂直な平板形状にできる。【００１４】
永久磁石固定部材２１０は、永久磁石２００を嵌装する空隙を備えたはしご状にすることができ、接着剤等を用いて永久磁石２００を固定できる。なお、空隙に代えて永久磁石２００を貼付する凹部を備えた態様にしても良い。【００１５】
［コア３００］
コア３００は、可動子２の上下それぞれに配置された磁極歯３０１と、これら２つの磁極歯３０１をつなぐ腕部３０２とからなる。磁極歯３０１及び腕部３０２は、電磁鋼板を前後方向に積層して構成できる。磁極歯３０１には巻線７を巻回している。
腕部３０２は、巻線７及び可動子２の左右方向外側を上下に通る磁性体であり、永久磁石２００から発せられ、磁極歯３０１に進入した磁束を、この磁極歯３０１に対向する別の磁極歯３０１に導くことができる。これにより、コア３００は、磁極歯３０１に対向する永久磁石２００の両面、２つの磁極歯３０１、及び腕部３０２を含む磁路を形成できる。【００１６】
［スペーサ３１０］
スペーサ３１０は、隣接するコア３００を流れる磁束を通過させることができる。このため、２つのコア３００の間にスペーサ３１０を配した電機子３は、永久磁石２００の前後方向間隔等の設計に応じて、２つのコア３００及び２つの永久磁石２００を含む磁路を形成できる。【００１７】
［保護部材１１０］
図３は、実施例１によるリニアモータ１００の、左右方向に垂直な面の断面図である。保護部材１１０は、左右方向に厚みを有し、前後方向を長手方向とする部材である。保護部材１１０は、電機子３の前後方向側に配置された端部部材４に、例えばネジ等の固定部材によって固定され、それぞれの電機子３の腕部３０２及び可動子２の間に設けられている。【００１８】
本実施例においては、３つの電機子３の巻線７それぞれに、図示しないインバータから三相の電流を供給して磁極歯３０１を磁化すると、可動子２の永久磁石２００との相互作用により前後方向に推力が発生し、可動子２が前後方向に移動する。可動子２は、例えば外力が加えられることで左右方向に移動することがある。【００１９】
ここで、図２に例示するように、腕部３０２及び可動子２の間には、保護部材１１０が配置されている。保護部材１１０の材質は、非磁性体、及び／又は樹脂等の比較的柔らかい部材が好ましい。本実施例のように、保護部材１１０を前後方向に延在させて設け、２箇所を固定、例えば２つの端部部材４において固定することで、取付が容易な保護部材１１０を提供できる。保護部材１１０は、左右方向一方側の腕部３０２及び可動子２の間に設けても良いが、両側それぞれの腕部３０２及び可動子２の間に設けると好ましい。【００２０】
本実施例の保護部材１１０は、可動子２に対向する可動子対向面１２０、腕部３０２に対向する腕部対向面１３０、及び巻線７に対向する巻線対向面１４０を有する中実部材である。すなわち、可動子対向面１２０は腕部対向面１３０よりも可動子２に近接した面であり、また、２つの巻線対向面１４０の間並びに腕部対向面１３０及び可動子対向面１２０の間には、保護部材１１０の中実部分が存在している。【００２１】
保護部材１１０は、可動子２に対向する可動子対向面１２０が、巻線７の左右方向外端より内側に位置するように配されている。これにより、永久磁石２００が磁極歯３０１又は巻線７の外端より外側に位置することを抑制し、リニアモータ１００の駆動効率の低下を抑制できる。また、可動子対向面１２０及び腕部対向面１３０は、それぞれ巻線対向面１４０の左右方向中央から左側及び右側にそれぞれ存在して、巻線対向面１４０を支持している。これにより、保護部材１１０の巻線対向面１４０が位置ずれするのを抑制している。この際、保護部材１１０が中実であるため、保護部材１１０の経時の変形や位置ずれを効果的に抑制して、巻線７が位置ずれすることや、可動子２が磁極歯３０１又は巻線７の外端より外側に位置することを抑制できる。このため、巻線７が可動子２に接触することや、可動子２が腕部３０２に接触することを抑制できる。【００２２】
保護部材１１０は、磁極歯３０２の可動子２に対向する面よりも上下方向外側に位置し、巻線７の外端に対向する巻線対向面１４０を有している。このため、巻線７が位置ずれした場合に巻線７を支持できるので、巻線７が可動子２に接触することを抑制できる。この際、巻線対向面１４０は、腕部対向面１３０、可動子対向面１２０や、中実構造によって上下方向に支持されているから、巻線７による外力が加えられた場合の変形を効果的に抑制できる。すなわち、巻線７の支持を効果的に行うことができる。
【実施例２】
【００２３】
実施例２の構成は、以下の点を除き実施例１と同様にできる。
図４は、実施例２によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例の保護部材１１１は、可動子２との対向面１２１が、可動子２側が先細りとなるテーパ状である。【００２４】
可動子２が保護部材１１１と接触した場合、その接触面積を小さく抑えられるため、摺動抵抗を低減することができる。
【実施例３】
【００２５】
実施例３の構成は、以下の点を除き実施例１又は２と同様にできる。
図５は、実施例３によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例の保護部材１１２は、可動子２との対向面１２２が、可動子２側に凸の曲面である。【００２６】
可動子２が保護部材１１２と接触した場合、その接触面積を小さく抑えられるため、摺動抵抗を低減することができる。
【実施例４】
【００２７】
実施例４の構成は、以下の点を除き実施例１乃至３と同様にできる。
図６は、実施例４によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例の保護部材１１３は、中空である。２つの巻線対向面１４３は、可動子対向面１２３及び腕部対向面１１３で互いに繋がっているため、巻線対向面１４３の位置ずれが抑制されている。【００２８】
可動子２が保護部材１１３と接触した場合、可動子対向面１２３が左右方向外側に変形し、接触の衝撃を抑制することができる。
【実施例５】
【００２９】
実施例５の構成は、以下の点を除き実施例１乃至４と同様にできる。
図７は、実施例５によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例のリニアモータ１００は、保護部材１１４が可動子２と重力方向に平行な向きで対向するように構成されている。可動子２と、可動子２より重力方向下流側の腕部３０２との間には、保護部材１１４に代えて又は加えて、ローラベアリング５が配置されている。【００３０】
ローラベアリング５によって重力を受け止め、可動子２をスムーズにガイドすることができる。ローラベアリング５は、何れかの電機子３の近傍、又は端部部材４近傍に設けることができる。電機子３の近傍に配する場合、端部部材４に設けるローラベアリングを省略してもよく、この場合、端部部材４を小型化又は省略できる。
【実施例６】
【００３１】
実施例６の構成は、以下の点を除き実施例１乃至５と同様にできる。
図８は、実施例６によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例の可動子２は、保護シート１５０で覆われている。【００３２】
リニアモータ１００が外部から振動を受けるなどして可動子２が左右方向にずれた場合、保護部材１１５が可動子２の左右方向に位置するため、保護部材１１５と保護シート１５０が接触する。両者の材料に摺動特性の良いものを用いれば、摺動抵抗を低減できる。例えば、保護シート１５０には樹脂またはカーボンなどを用いることができる。【００３３】
また、可動子２が保護シート１５０で覆われているため、永久磁石２００の破片が外部に飛び出して可動子２と磁極歯３０１との間に噛み込み、可動子２の駆動が妨げられることを抑制できる。保護シート１５０の厚みは、例えば保護部材１１５より薄くすることで軽量化を図ることができる。なお、保護シート１５０を可動子２の左右側のみに設けてもよい。
【実施例７】
【００３４】
実施例７の構成は、以下の点を除き実施例１乃至６と同様にできる。
図９は、実施例７によるリニアモータ１００の、前後方向に垂直な面の断面図である。本実施例の保護部材１１６は可動子２に設けられており、腕部３０２に対向する永久磁石固定部材２１０の一面側に配置されている。【００３５】
リニアモータ１００が外部から振動を受けるなどして可動子２が左右方向にずれた場合、保護部材１１６が腕部３０２と接触し、永久磁石固定部材２１０は腕部３０２と直接接触しない。ともに金属性の腕部３０２と永久磁石固定部材２１０が直接接触した場合、表面が削れるなどして損傷するが、保護部材１１６が永久磁石固定部材２１０や腕部３０２の損傷を抑制できる。
【実施例８】
【００３６】
実施例８の構成は、以下の点を除き実施例１乃至７と同様にできる。
図１０は、実施例８による固定子１の、左右方向に垂直な面の断面図である。本実施例の保護部材１１７は、一部の電機子３の腕部３０２のみに設けられている。【００３７】
可動子２の前後方向長さは、固定子１の電機子３の前後方向長さの合計よりも長いため、保護部材１１７は全ての電機子３の腕部３０２に設けられなくとも上述の効果を奏し得る。例えば、保護部材１１７を端部部材４に隣接する電機子３を含め、かつ一部の電機子３の腕部３０２に設けることで、保護部材１１７の使用量を低減し、リニアモータ１００を軽量化することができる。【００３８】
本実施例の保護部材１１７は、端部部材４に一端が固定されており、端部部材４近傍の電機子３の腕部３０２及び可動子２の間に位置している。
【実施例９】
【００３９】
実施例９の構成は、以下の点を除き実施例１乃至８と同様にできる。
本実施例の保護部材（不図示）は、一部又は全部のコア３００に予め固定されているブロック形状である（例えば、図２，図１０参照）。固定子１は、コア３００やスペーサ３１０，３２０を並べたものであるから、予めコア３００の腕部３０２に保護部材を固定しておけば、これらを前後方向に並べて固定した後に、改めて保護部材を固定する工程を行う必要を低減できる。保護部材の前後方向寸法は、コア３００の前後方向寸法程度又は以下にすると、組立性を向上できるため好ましい。【００４０】
［その他の態様］
各実施例において、電機子３を固定して可動子２が移動する実施例によって説明をしたが、逆に可動子２を固定して電機子３を移動可能としてもよい。また、可動子２の上下方向それぞれに磁極歯３０１を設ける代わりに、可動子２の上下方向一方側に設ける構成でもよい。この場合、腕部３０２は、一端が磁性体の床面に接触してコア３００を支持することができる。
また、磁極歯３０１や腕部３０２はアモルファス金属を積層して構成してもよいし、圧粉磁心で構成してもよい。アモルファス金属を用いた場合は、磁極歯３０１や腕部３０２で発生する鉄損を低減する効果があり、圧粉磁心を用いた場合は、三次元的に任意に形状を構成することができる。【００４１】
また、保護部材１１０の可動子２との対向面１２０をテーパ状や曲面とする場合、その傾斜部や円弧部を階段状としても同様の効果が得られる。
また、可動子２を支持する直動軸受としてローラベアリング５を用いて説明したが、リニアベアリングやスライドベアリング等、他の直動軸受を用いてもよい。
また、リニアモータ１００の相数は特に制限されず、三相、単相等にできる。【００４２】
本発明は、モータ（リニアモータ）のほか、固定子１及び可動子２を相対移動させる種々の機器に適用できる。例えば、発電機、圧縮機、電磁サスペンション、位置決め装置等に用いても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００４３】
１…固定子
２…可動子
２００…永久磁石
２１０…永久磁石固定部材
３…電機子
３００…コア
３０１…磁極歯
３０２…腕部
４…端部部材
５…ローラベアリング
７…巻線
１００…リニアモータ
１１０−１１７…保護部材
１２０−１２７…可動子対向面
１３０−１３７…腕部対向面
１４０−１４７…巻線対向面
１５０…保護シート
【図１】
2017025998.tif 000003
【図２】
2017025998.tif 000004
【図３】
2017025998.tif 000005
【図４】
2017025998.tif 000006
【図５】
2017025998.tif 000007
【図６】
2017025998.tif 000008
【図７】
2017025998.tif 000009
【図８】
2017025998.tif 000010
【図９】
2017025998.tif 000011
【図１０】
2017025998.tif 000012
【国際調査報告】
2017025998.tif 000013
2017025998.tif 000014
2017025998.tif 000015
2017025998.tif 000016