(57)【要約】【課題】リニア駆動装置の可動子のストローク長等の設計の変更を容易にすることができ、しかも、リニア駆動装置の小型化を実現しながらも、コア部材と永久磁石とのずれを防止することができるリニア駆動装置及びその可動子を提供すること。また、可動子の移動方向における剛性が高められた可動子を備えたリニア駆動装置及びその可動子を提供すること。【解決手段】可動子３は、可動子コア３１の磁性材板３１１の積層方向に沿って移動し、各永久磁石３２１〜３２３は、その磁性材板３１１の積層方向に配列されて設けられている。したがって、設計者が可動子３のストローク長を変更しようとする場合、実質的に同じ形状の磁性材板３１１をその積層方向で増減させる等すればよく、永久磁石の長さ、磁極のピッチ等を容易に変更することができる。【選択図】図３
2011217535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の磁性材板と、前記複数の磁性材板に貫通して設けられた埋設穴とを有し、リニア駆動装置の固定子に対して配置され、前記複数の磁性材板の積層方向に移動可能なコア部材と、
前記コア部材の前記埋設穴に挿入されて固定された永久磁石と
を具備するリニア駆動装置の可動子。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア駆動装置の可動子であって、
前記永久磁石は平板形状を有するリニア駆動装置の可動子。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニア駆動装置の可動子であって、
前記永久磁石が、前記積層方向である前記可動子の移動方向に沿う軸の周りに複数設けられているリニア駆動装置の可動子。
【請求項４】
固定子と、
積層された複数の磁性材板と、前記複数の磁性材板に貫通して設けられた埋設穴とを有するコア部材であって、リニア駆動装置の固定子に対して配置され、前記複数の磁性材板の積層方向に移動可能なコア部材と、前記コア部材の前記埋設穴に挿入されて固定された永久磁石とを有する可動子と
を具備するリニア駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な作用によりリニア駆動を行うリニア駆動装置及びその可動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リニアな駆動力や動きを得るためのリニア駆動装置として、リニアアクチュエータやリニアモータがある。リニアアクチュエータとしては、主にレシプロモータなど、比較的短いストロークで動作するものが多く、リニアモータとしては、比較的長いストロークで動作するものが多い。
【０００３】
特許文献１に記載のリニアモータは、多数の強磁性体板が積層されることにより構成された固定子を有する。固定子には、永久磁石が挿入されて装着される複数の孔が設けられている。可動子は、その永久磁石が並ぶ方向である、固定子の強磁性体板の積層方向に直交する方向で移動する（例えば、特許文献１の段落[０００６]、図２、４参照）。
【０００４】
特許文献２に記載のリニアアクチュエータは、コイルが固定されたヨークと、ヨークの内側で往復移動可能に設けられた可動子とを有する。可動子は、円筒状の鉄部材の表面にリング状の永久磁石が設けられることにより構成されている（例えば、特許文献２の段落[００１６]、[００２０]、図１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７５１６８４号公報
【特許文献２】特許第３８７３８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のリニアモータにおいて、可動子のストローク長の設計を変更しようとして、各永久磁石のピッチ、磁極数、固定子コアの長さを変更しようとする場合に、強磁性体板の積層方向が可動子の進行方向に直交する方向であるため、その変更が容易でない。これらの設計を変更しようとする場合、各強磁性体板の金型設計の変更が必要になる。
【０００７】
また、特許文献１のリニアモータでは、可動子がコイルの巻線を有するため、可動子が大型化し、エネルギー損失が大きいという問題がある。そこで、特許文献２のリニアアクチュエータのように、固定子側にコイルが設けられる構成が考えられるが、このリニアアクチュエータでは、鉄部材の表面に永久磁石が設けられているので、予想外の力等が加わった場合には鉄部材から永久磁石がずれたりする等の恐れを若干残していた。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、リニア駆動装置の可動子のストローク長、磁極ピッチ等の設計の変更を容易にすることができ、しかも、リニア駆動装置の小型化を実現しながらも、コア部材と永久磁石とのずれを防止できるリニア駆動装置及びその可動子を提供することにある。本発明のさらなる目的は、可動子の移動方向における剛性が高められた可動子を備えたリニア駆動装置及びその可動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリニア駆動装置の可動子は、
積層された複数の磁性材板と、前記複数の磁性材板に貫通して設けられた埋設穴とを有し、リニア駆動装置の固定子に対して配置され、前記複数の磁性材板の積層方向に移動可能なコア部材と、
前記コア部材の前記埋設穴に挿入されて固定された永久磁石と
を具備する。
【００１０】
リニア駆動装置が、駆動力を得るための装置として用いられる場合、リニア駆動装置は次のように動作する。例えば固定子側にコイルが設けられる場合に、コイルに位相が異なる交流電流が印加されることにより、例えば固定子から時間的に変化する磁束が発生する。可動子の永久磁石の磁極を含む永久磁石が発生する磁束と、上記時間的に変化する磁束との相互作用により、可動子が磁性材板の積層方向に移動可能となる。
【００１１】
リニア駆動装置が発電機として用いられる場合、外部から可動子が駆動され、可動子が積層方向に移動することにより、例えば固定子に磁束変化が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【００１２】
本発明では、磁性材板が積層されることによりコア部材の主要部または全部が形成され、可動子は、そのコア部材の磁性材板の積層方向に沿って移動する。設計者が可動子のストローク長を変更しようとする場合、実質的に同じ形状の磁性材板をその積層方向で増減させ、また、永久磁石もその積層方向で増減させるだけでよい。また、磁性材板の枚数を変更するだけでよいので、永久磁石の長さや、磁極のピッチなども容易に変更することができる。
【００１３】
また、本発明では、可動子側にコイルが設けられていない場合、可動子を小型化することができる上、永久磁石がコア部材の埋設穴の挿入されて固定されているので、コア部材と永久磁石とのずれを防止でき、永久磁石がコア部材から剥がれ落ちるおそれもない。
【００１４】
さらに、可動子が磁性材板の積層方向に沿って移動するので、可動子に対して積層方向に力が加わる。したがって、例えば可動子が磁性材板の積層方向に直交する方向に沿って移動する場合に比べ、可動子の移動方向における剛性を高めることができる。
【００１５】
前記永久磁石が、前記積層方向である前記可動子の移動方向に沿う軸の周りに複数設けられていてもよい。これにより、永久磁石が１つ設けられる場合に比べ、永久磁石が発生する磁束を増やすことができる。また、永久磁石の個数を変更することにより、磁束量を変更することができ、磁束量の設計の自由度を高めることができる。また、各永久磁石の埋め込み位置も自由に設計することができる。
【００１６】
前記永久磁石は平板形状をそれぞれ有してもよい。これにより、曲面形状を有する永久磁石を用いる必要がなく、永久磁石の製造が容易になる。
【００１７】
本発明の一形態に係るリニア駆動装置は、
固定子と、
積層された複数の磁性材板と、前記複数の磁性材板に貫通して設けられた埋設穴とを有するコア部材であって、リニア駆動装置の固定子に対して配置され、前記複数の磁性材板の積層方向に移動可能なコア部材と、前記コア部材の前記埋設穴に挿入されて固定された永久磁石とを有する可動子と
を具備する。
【００１８】
本発明では、磁性材板が積層されることによりコア部材の主要部または全部が形成され、可動子は、そのコア部材の磁性材板の積層方向に沿って移動する。設計者が可動子のストローク長を変更しようとする場合、実質的に同じ形状の磁性材板をその積層方向で増減させ、また、永久磁石もその積層方向で増減させるだけでよい。また、磁性材板の枚数を変更するだけでよいので、永久磁石の長さや、磁極のピッチなども容易に変更することができる。
【００１９】
また、本発明では、可動子側にコイルが設けられていない場合、可動子を小型化することができる上、永久磁石がコア部材の埋設穴の挿入されて固定されているので、コア部材と永久磁石とのずれを防止でき、永久磁石がコア部材から剥がれ落ちるおそれもない。
【００２０】
さらに、可動子が磁性材板の積層方向に沿って移動するので、可動子に対して積層方向に力が加わる。したがって、例えば可動子が磁性材板の積層方向に直交する方向に沿って移動する場合に比べ、可動子の移動方向における剛性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、リニア駆動装置の可動子のストローク長等の設計の変更を容易にすることができ、また、永久磁石の剥がれ落ちを防止し、さらに可動子の移動方向における剛性を高めることができる。また、コア部材と永久磁石とのずれを防止できる。また、可動子のコア部材が、可動子の移動方向で磁性材板が積層されているので、例えばコア部材の、永久磁石の表面側領域において、その移動方向での溝（隙間等）の長さまたは形状等の設計を容易に変更でき、その表面側領域における磁束密度分布を容易に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、可動子を示す斜視図である。
【図４】図４は、可動子を示す正面図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６（Ａ）及び（Ｂ）は、その動作を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るリニア駆動装置の可動子を示す斜視図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る可動子を示す平面図である。
【図９】図９は、図８におけるＣ−Ｃ線断面図であり、可動子コアに設けられた溝付近を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、この可動子コアを形成する磁性材板をそれぞれ示す正面図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係る可動子コアによる効果を説明するために用いる、本実施形態に係る動子コアの比較例にかかる可動子を示す模式図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態の別の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態のさらに別の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係る可動子を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、図１５においてそのＸ軸方向で見た断面の一部を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第４の実施形態に係る可動子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
[第１の実施形態]
＜リニア駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２５】
リニア駆動装置１００は、固定子１及び可動子３を備える。図１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）で見た図である。固定子１は、固定子コア１１及び１２と、固定子コア１１及び１２にそれぞれ設けられたコイル１３、１４、１５及び１６とを備える。固定子コア１１及び１２は、可動子３を挟んでＹ軸方向で対向するように設けられている。
【００２６】
固定子コア１１には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１１１及び１１２が設けられている。また同様に、固定子コア１２には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１２１及び１２２が設けられている。これらの固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ上記コイル１３、１４、１５及び１６が巻回されている。
【００２７】
図１に示すように、固定子歯１１１は、後述するように円柱状の可動子３の側面に沿った曲面１１１ａを有している。そのほかの固定子歯１１２、１２１、１２２も、固定子歯１１１と同様の形状を有している。固定子コア１１の固定子歯１１１と、固定子コア１２の固定子歯１２１とがＹ軸方向で対向するように配置されている。また、固定子コア１１の固定子歯１１２と、固定子コア１２の固定子歯１２２とがＹ軸方向で対向するように配置されている。図２に示すように、可動子３は、それらの固定子歯１１１及び１２１、１１２及び１２２に対面するように配置されている。固定子コア１１及び１２は、図示しないケーシングに収められて互いに位置決めされる。
【００２８】
図２に示すように、可動子３の中央には、Ｚ軸方向に沿って貫通した、シャフト３３の挿通穴３１ｃが形成されている。シャフト３３は、図示しない軸受やバネ等の支持部材によってシャフト３３がＺ軸方向に沿って移動可能となるように支持される。可動子３のＺ軸方向の両端にはカバー部材３６が取り付けられ、カバー部材３６はシャフト３３と一体的になるようにシャフト３３に固定される。カバー部材３６は、可動子コア３１とシャフト３３との固定の機能のほか、後述する永久磁石の抜け防止の機能も有する。しかし、必ずしもカバー部材３６はなくてもよい。
【００２９】
なお、リニア駆動装置１００がリニアクチュエータとして用いられる場合、シャフト３３を支持する支持部材としてバネ部材が用いられ、例えばスパイラル状の板バネが用いられる。スパイラル状の板バネが用いられることにより、その板バネの変形によって可動子３が円周方向に回転し、可動子３が本実施形態のように埋め込み構造及び円柱構造であることのメリットが高められる。支持部材の他の例として、８の字形状の板バネ、リニアブッシュ、ボールスプライン、エアベアリング、リニアガイド等が挙げられる。
【００３０】
図３は、可動子３を示す斜視図である。図４は可動子３を示す正面図であり、図５は図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００３１】
可動子３は、円柱形状に近い形状を有する。可動子３は、コア部材としての可動子コア３１と、可動子コア３１に埋め込まれた永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３とを有する。可動子コア３１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）に積層された複数の磁性材板３１１を含む。磁性材板３１１としては、典型的には電磁鋼板が用いられる。電磁鋼板の表面には絶縁被膜がそれぞれ形成されている。電磁鋼板は珪素を含んでいてもよい。このような磁性材板３１１が積層されて可動子コア３１が形成されることにより、固定子１から可動子コア３１の表面に対して流入出する磁束による渦電流の発生を抑制することができる。
【００３２】
これらの磁性材板３１１は、実質的に同一形状を有している。図４に示すように１枚の磁性材板３１１には、永久磁石が埋め込まれる複数の埋設穴３１ａが形成されている。図５に示すように、可動子コア３１の１つの埋設穴３１ａには、磁性材板３１１の積層方向にも複数の永久磁石３２１、３２２及び３２３（３４１、３４２及び３４３）が配列されている。これらの永久磁石は、平板形状を有している。
【００３３】
１枚の磁性材板３１１に設けられた複数の埋設穴３１ａは、Ｚ軸方向で見て磁性材板３１１の中心より固定子１に近い側で、磁性材板３１１のＺ軸の周りの方向に沿って設けられている。具体的には、これらの複数の埋設穴３１ａは固定子１にできるだけ近い側に設けられ、本実施形態では、１枚の磁性材板に８つの埋設穴３１ａが設けられている。
【００３４】
磁性材板３１１の積層方向の１列分の複数の永久磁石３２１、３２２及び３２３（３４１、３４２及び３４３）を、以下、永久磁石セット３２（３４）と呼ぶ。後述するように、固定子コア１１側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３２とし、固定子コア１２側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３４とする。本実施形態に係る可動子３には、４つの永久磁石セット３２及び４つの永久磁石セット３４が設けられ、合計２４個の永久磁石が可動子コア３１に埋め込まれている。また、以降では、永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３を、永久磁石３２１等という場合もある。
【００３５】
このように実質的に同じ形状を有する磁性材板３１１が積層されることにより、埋設穴３１ａがＺ軸方向で連なり、各永久磁石３２１等がこれらの埋設穴３１ａに挿通されて固定され、位置決めされる。
【００３６】
各永久磁石３２１等は、図４に示すようにＺ軸方向（またはそのＺ軸方向の一断面）で見て、可動子コア３１の径方向にそれぞれ着磁されている。すなわち、可動子コア３１は実質的な円柱構造であるため、その円柱構造の周囲（外周側である固定子１側）に磁極が向くように、永久磁石３２１等が着磁されている。また、可動子コア３１の、上側の固定子コア１１に近い側に配置された永久磁石３２１、３２２及び３２３（永久磁石セット３２）の、固定子コア１１側に向く磁極と、下側の固定子コア１２に近い側に配置された永久磁石３４１、３４２及び３４３（永久磁石セット３４）の、固定子コア１２側に向く磁極とは、それぞれ異なっている。
【００３７】
さらに図５に示すように、永久磁石セット３２（３４）の各磁極であって固定子コア１１（１２）側に向く磁極は、磁性材板３１１の積層方向で交互に異なるように配置されている。
【００３８】
３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３について、両端に設けられた永久磁石３２１及び３２３のＺ軸方向の長さより、中央に設けられた永久磁石３２２のＺ軸方向の長さが長くなるようにそれぞれ形成されている。３つの永久磁石３４１、３４２及び３４３についても同様である。これらの永久磁石３２１、３２２及び３２３のＺ軸方向の長さ（及びＺ軸方向に沿って並ぶ永久磁石の個数等）は、固定子コア１１及び１２の各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２のＺ軸方向の長さ、個数、あるいは、可動子３のストローク長等によって適宜設定される。
【００３９】
図３及び４に示すように、各磁性材板３１１の両側部には切り欠き３１ｄが形成されている。これらの切り欠き３１ｄは、可動子コア３１の軽量化を実現し、また、各磁性材板３１１を互いに位置決めさせる揃え溝の機能も兼ね備える。さらに、この切り欠き３１ｄは、リニア駆動装置１００の組み立て時において、可動子３を位置決めするための溝としての機能も備える。さらに、各磁性材板３１１の切り欠き３１ｄと埋設穴３１ａとの間には、小貫通穴３１ｅが形成されている。小貫通穴３１ｅは例えば４つ形成されている。この小貫通穴３１ｅも、可動子３１の軽量化を実現し、また、各磁性材板３１１の位置決め、漏れ磁束を軽減する機能を備える。
【００４０】
また、図２及び４に示すように、可動子コア３１には、磁性材板３１１の積層方向に貫通した貫通穴３１ｂが形成されている。すなわち、各磁性材板３１１にこの貫通穴３１ｂに対応する貫通穴がそれぞれ形成され、それらの磁性材板３１１が積層されることにより可動子コア３１を貫通する貫通穴３１ｂが形成される。貫通穴３１ｂは、シャフト３３が挿通された挿通穴３１ｃを中心としてＹ軸方向で対称位置に２つ配置されている。
【００４１】
図４に示すように、貫通穴３１ｂは、仮にこの貫通穴３１ｂが可動子コアに設けられていない場合において、永久磁石３２１等によって可動子コア３１内で生成される磁束のうち、磁束密度の比較的低くなる領域に設けられている。可動子コア３１の中央にはシャフト３３の挿通穴３１ｃが形成されており、また、永久磁石３２１、３２４等が、そのシャフト３３の周方向で配列されているので、その挿通穴３１ｃの上下において挿通穴３１ｃと隣接する領域における磁束密度が比較的低くなる。
【００４２】
このような領域に貫通穴３１ｂが設けられていることにより、可動子コア３１内の磁束を極力低減させることなく、つまり永久磁石セット３２及び３４により可動子コア３１内で生成される磁束の使用効率を低減することなく、可動子コア３１の重量を軽減することができる。これにより、駆動の際のエネルギー損失を減らすことができる。
【００４３】
また図４に示すように、これらの貫通穴３１ｂは、その貫通穴３１ｂを形成する少なくとも一辺が、可動子コア３１内に形成される磁束に沿うような形状となっている。本実施形態ではその形状は、Ｙ軸方向において永久磁石セット３２及び３４にそれぞれ近い側に頂点を有する三角形状となっている。これにより、上記したように、磁束の使用効率を低減させないという作用が促進される。
【００４４】
なお、貫通穴３１ｂが形成される位置やその形状は、その貫通穴３１ｂを形成する少なくとも一辺が磁束に沿うような形状であればよく、可動子コア３１内で生成される磁束の向きや磁束密度によって適宜変更可能である。言い換えれば、その位置や形状は、挿通穴３１ｃの大きさ、形状、あるいは挿通穴３１ｃと周囲の永久磁石セット３２（３４）との距離等によって適宜変更可能である。
【００４５】
＜リニア駆動装置の動作＞
次に、以上のように構成されたリニア駆動装置１００の動作を説明する。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、その動作を説明するための図である。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）で表された、可動子３の永久磁石セット３２及び３４の極性は、固定子コア１１及び１２側に向く磁極を示している。
【００４６】
図６（Ａ）に示すように、固定子コア１１側の２つのコイル１３及び１４に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられ、かつ、固定子コア１１及び１２側の２つのコイル１５及び１６に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられる。Ｙ軸方向で同じ位置に配置されたコイル１３（１４）及び１５（１６）にも互いに逆向きの電流が加えられる。そうすると、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に磁束が発生し、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に図示するように磁極が生成される。各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に発生した磁束と、可動子３に設けられた永久磁石３２１等により生成される磁束との相互作用により、可動子３は図６（Ａ）中、右へ移動する。
【００４７】
図６（Ｂ）に示すように、図６（Ａ）で示した各電流の向きとは逆向きの電流がコイル１３〜１６にそれぞれ同じタイミングで加えられる。そうすると、図６（Ａ）で示した磁極とは反対の磁極が、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ生成される。これにより、可動子３は図６（Ｂ）中、左へ移動する。
【００４８】
以上のように、コイル１３〜１６にそれぞれ交流電流（交流電圧）が印加されることにより、可動子３はＺ軸方向で振動する。この場合、リニア駆動装置１００をリニアアクチュエータとして利用することができる。
【００４９】
コイル１３〜１６に加えられる交流電圧の波形は、正弦波、矩形波、三角波など、適宜設定可能である。また、その波形にＤＣ成分等のオフセット電圧が加えられてもよい。その場合、そのオフセット電圧値に応じて可動子３のストロークエンド（死点）の位置を適宜調整することができる。そのほかにも、三相コイルに三相交流を流すといった、交流電圧の波形に応じた種々の駆動方法を実現することができる。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る可動子３は、可動子コア３１の磁性材板３１１の積層方向に沿って移動し、永久磁石セット３２（３４）における各永久磁石３２１〜３２３（３４１〜３４３）は、その磁性材板３１１の積層方向に配列されて設けられている。したがって、設計者が可動子３のストローク長を変更しようとする場合、実質的に同じ形状の磁性材板３１１をその積層方向で増減させ、また、永久磁石もその積層方向で増減させるだけでよい。また、磁性材板３１１の枚数を変更するだけでよいので、永久磁石の長さや、磁極のピッチなども容易に変更することができる。
【００５１】
また、可動子３側にコイルが設けられていないので、可動子３を小型化することができる上、永久磁石３２１等が可動子コア３１に埋め込まれているので、可動子コア３１と永久磁石３２１等とのずれを防止でき、また、永久磁石３２１等が可動子コア３１から剥がれ落ちるおそれもない。特に、可動子３に永久磁石３２１等が設けられていることにより、可動子３の長年の移動による加速度が永久磁石３２１等に加えられても、永久磁石３２１等をコア部材に確実に保持しておくことができる。
【００５２】
さらに、可動子３が磁性材板３１１の積層方向に沿って移動するので、可動子３に対して積層方向に力が加わる。したがって、例えば可動子３が磁性材板３１１の積層方向に直交する方向に沿って移動する場合に比べ、可動子３の移動方向における剛性を高めることができる。
【００５３】
本実施形態では、永久磁石３２１等がＺ軸の周りに複数設けられていている。これにより、永久磁石が１つ設けられる場合に比べ、永久磁石が発生する磁束を増やすことができる。また、永久磁石３２１等の個数を変更することにより、磁束量を変更することができ、磁束量の設計の自由度を高めることができる。また、各永久磁石３２１等の埋め込み位置も自由に設計することができる。
【００５４】
本実施形態では、永久磁石３２１等は平板形状を有しているので、可動子３の外周面の形状に合わせた曲面形状を有する永久磁石を必要がなく、永久磁石の製造が容易になり、コストを低く抑えることができる。
【００５５】
また、上述したように可動子コア３１に貫通穴３１ｂが設けられているので、可動子コア３１の重量を軽減することができ、駆動の際のエネルギー損失を減らすことができる。また、可動子コア３１の重量を軽減できることにより、例えば可動子３を支持する図示しない支持部材の重量や強度も減らすことができ、リニア駆動装置１００の全体の重量も格段に減らすことができる。
【００５６】
また、可動子コア３１に貫通穴３１ｂが設けられることにより、可動子３が移動する時、その貫通穴３１ｂを空気等や液体等の媒体が通り抜けるため、その媒体が可動子コア３１に比べ温度の低い媒体である場合、可動子コア３１及び永久磁石３２１等を冷却することができる。リニア駆動装置１００の駆動時には、永久磁石も温度が上昇する場合があり、永久磁石の温度上昇を放置すると、永久磁石の特性が落ちるので、永久磁石を冷却することにはメリットがある。
【００５７】
さらに、そのような媒体が貫通穴３１ｂを通り抜けることができることによって、可動子３が移動する時の可動子３の移動抵抗を減らすことができ、エネルギー損失を低減できる。可動子３が図示しないケーシングにより密閉される場合は、本実施形態に係る可動子コア３１は特に有用性が高い。
【００５８】
[第２の実施形態]
図７は、本発明の第２の実施形態に係るリニア駆動装置の可動子を示す斜視図である。図８は、この第２の実施形態に係る可動子２３を示す平面図である。これ以降の説明では、上記第１の実施形態に係るリニア駆動装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００５９】
本実施形態に係る可動子２３の可動子コア２３１は、第１の実施形態に係る可動子コア３１と同様に、磁性材板３１１が積層されることにより形成されるほぼ円柱状を有している。また、可動子コア２３１には、第１の実施形態に係る可動子コア３１と同様に、永久磁石セット３２及び３４が埋め込まれるＺ軸方向に貫通した複数の埋設穴３１ａが設けられている。
【００６０】
図９（Ａ）は、図８におけるＣ−Ｃ線断面図であり、可動子コア２３１に設けられた、後述の溝付近を拡大して示す図である。なお、図９（Ａ）において図示された各磁性材板３１１及び３１２の厚さのスケールと、図３において図示された各磁性材板３１１及び３１２の厚さのスケールとを比べると、図３の方が粗く表されている。これは図面の作成上の問題であり、両者に違いはない。
【００６１】
図３、７及び８に示すように、可動子コア２３１の表面を含む領域であって、永久磁石セット３２（３４）と、固定子１（図９（Ｂ）参照）との間に設けられた表面側領域２３３には、可動子２３の移動方向であるＺ軸方向に配列された例えば２つの溝２３３２が設けられている。これらの溝２３３２は、各永久磁石セット３２（３４）の３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３（３４１、３４２及び３４３）の磁極間上に形成され、可動子コア２３１の周方向に沿って形成されている。つまり、この可動子コア２３１の表面側領域２３３は、Ｚ軸方向に沿って配列された、磁性材料を有する領域２３３１と磁性材料を有しない領域（溝）２３３２とを含む。この表面側領域２３３において、磁性材料を有する領域２３３１と、溝２３３２とを比べると、溝２３３２の方が当然磁気抵抗が高くなる。
【００６２】
Ｚ軸方向における溝２３３２の幅は、例えば１〜２ｍｍ程度であるが、この範囲に限られず、可動子コア２３１、永久磁石３２１等及び固定子コア１１及び１２などの設計（形状、大きさ、材料または配置等）、あるいはコイル１３〜１６（図１、２参照）に加えられる電流値などにより適宜設計可能である。
【００６３】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、この可動子コア２３１を形成する磁性材板をそれぞれ示す正面図である。磁性材板３１１は、上記第１の実施形態で用いられた磁性材板３１１と同様のものである（図３及び４参照）。磁性材板３１２は、磁性材板３１１と比べ、埋設穴３１ａがない形態であって、Ｚ軸方向で見たその面積が磁性材板３１１の面積より小さく形成されている。磁性材板３１１と３１２とを比べる場合、その横幅（Ｘ軸方向の幅）及びＺ軸方向の厚さは実質的に同一とされる。
【００６４】
図９（Ａ）に示すように、磁性材板３１１は、可動子コア２３１の、磁極間以外の部分に用いられる。磁性材板３１２は、可動子コア２３１の、磁極間における溝２３３２を形成するために複数枚用いられる。
【００６５】
なお、磁性材板３１２にも、上記した三角形状の貫通穴３１ｂが形成されている。また、図９（Ａ）に示すように永久磁石３２１及び３２２間には隙間ｇが設けられている。隙間ｇは無くてもよい。あるいは、隙間ｇに、可動子表面の磁力を強めるようにｚ軸方向に着磁された永久磁石が配置されて、隙間ｇが埋められていてもよい。
【００６６】
図９（Ｂ）に示すように、このように構成された可動子２３では、例えば固定子歯１１１等から発生する磁束及び永久磁石３２１及び３２２から発生する磁束が、表面側領域２３３の磁気抵抗が低い領域２３３１を通り、可動子コア２３１の中心側に向かうようになる。すなわち、磁束が可動子２３の移動方向に沿って表面側領域２３３を流れにくくなり、表面側領域２３３で可動子２３の移動方向に流れようとする、可動子２３の推力に寄与しない無駄な磁束を減らすことができる。つまり、磁極間上での表面側領域２３３での磁束の短絡を抑制することができる。
【００６７】
このような溝２３３２が設けられず平らな表面側領域を有する可動子コアを備えたリニア駆動装置と、本実施形態に係るリニア駆動装置とを比べると、本実施形態に係るリニア駆動装置の可動子２３の推力に寄与する磁束が多くなり、可動子２３の推力特性を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施形態では、可動子コア２３１の磁極間を形成する磁性材板３１２と、可動子コア２３１の磁極間以外を形成する磁性材板３１１が積層されることによって可動子コア２３１が形成され、それらの積層方向に永久磁石３２１等が挿入されて配置されることにより、以下のような別のメリットが得られる。
【００６９】
図１１は、本実施形態に係る可動子コア２３１を用いる別のメリットを説明するために用いる、本実施形態に係る可動子コア２３１との比較例にかかる可動子を示す模式図である。ここで、図１１に示す可動子は、特許第２７５１６８４号公報の図４に記載の固定子を、図１１中左右方向に移動する可動子として用い、本実施形態に係る可動子コア２３１の趣旨と同様に、磁極間上で各磁性材板１９０に溝１９５が形成される場合を想定している。
【００７０】
このように、隣り合う永久磁石１９１及び１９２間（永久磁石１９２及び１９３間）である磁極間上において各磁性材板１９０に溝１９５が形成されると、磁性材板１９０が図１１中左右方向で分割されてしまい、また、中央の磁性材板１９０は、図１１中上下方向にも分割されてしまう。したがって、何らかの方法でこれらの磁性材板１９０を一体的に固定する固定具が必要になる。
【００７１】
これに対して本実施形態に係る可動子コア２３１は、可動子２３の移動方向と磁性材板３１１及び３１２の積層方向が同じであり、その積層方向に各永久磁石３２１等が配列されるので、可動子コア２３１の一体性を維持することができる。
【００７２】
[第２の実施形態の変形例１]
図１２は、第２の実施形態の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。本実施形態に係る可動子４３における可動子コア４３１の表面側領域４３３は、磁気抵抗の低い領域４３３１と、磁気抵抗の高い領域である溝４３３２とを含む。この溝４３３２は、可動子コア２３１の表面から、Ｚ軸方向で指数関数的（図１２の例では、その指数が１より小さいもの）に深さが深くなるように形成されている。具体的には、この溝４３３２を形成する複数の磁性材板３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、・・・のＸ−Ｙ平面内での径が、それぞれ異なるように形成される。
【００７３】
このように、可動子４３の移動方向で溝４３３２が徐々に深くなるように形成されることにより、磁極間上において、可動子４３の移動方向での磁気抵抗の変化が滑らかになる。したがって、リニア駆動装置の駆動時、可動子４３の移動方向での動きを滑らかにすることができる。
【００７４】
[第２の実施形態の変形例２]
図１３は、第２の実施形態の別の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。この可動子５３の可動子コア５３１では、Ｚ軸方向で一次関数的に深さが深くなる溝５３３２、つまり断面で見てほぼＶ字形状の溝５３３２が磁極間上に形成されている。つまり、表面側領域５３３において、この溝５３３２における磁気抵抗は、領域５３３１の磁気抵抗より高くなる。この溝５３３２を形成する複数の磁性材板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、・・・のＸ−Ｙ平面内での径が、それぞれ異なるように形成される。
【００７５】
このような構成によっても、磁極間上において、可動子５３の移動方向での磁気抵抗の変化が滑らかになるので、リニア駆動装置の駆動時、可動子５３の移動方向での動きを滑らかにすることができる。
【００７６】
[第２の実施形態の変形例３]
図１４は、第２の実施形態のさらに別の変形例に係る可動子コアの溝付近を示す拡大断面図である。本実施形態に係る可動子６３の可動子コア６３１では、溝６３３２を形成するための複数の磁性材板３１５が設けられている。これらの磁性材板３１５の径は実質的に同じであり、磁性材板３１１の径より小さく形成されている。この溝６３３２における磁気抵抗は、領域６３３１の磁気抵抗より高くなる。
【００７７】
上記変形例１、２及び３のほか、表面側領域における磁極間上において磁気抵抗が高められた領域を形成する構造として、磁性材板３１１の磁気抵抗より高い磁気抵抗を有する板が用いられてもよい。磁性材板３１１の磁気抵抗より高い磁気抵抗を有する板は、磁性材板３１１と実質的に同じ形状及び大きさを有するものであってもよい。その板の材料ととしては、例えばアルミニウム、ステンレス、ガラス、セラミック、ゴム等の非磁性材でもよい。あるいは非磁性材に限られず、それが磁性材であってもよい。
【００７８】
上記変形例１、２及び３に係る磁性材板３１３ａ、３１３ｂ、・・・、磁性材板３１４ａ、３１４ｂ、・・・、または、磁性材板３１５が非磁性材であってもよい。
【００７９】
[第３の実施形態]
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る可動子を示す斜視図である。図１６は、そのＸ軸方向で見た、可動子７３の断面の一部を示す図である。
【００８０】
本実施形態に係る可動子７３は、図１０（Ａ）に示した磁性材板３１１と、図１０（Ｂ）に示した磁性材板３１２とが、可動子７３の移動方向であるＺ軸方向に沿って交互に積層された可動子コア７３１を有する。このような磁性材板３１１及び３１２の交互の積層構造によれば、可動子コア７３１の表面側領域７３３において、Ｚ軸方向に沿って複数の間欠溝７３３２が間欠的に形成され、また、各間欠溝７３３２は周方向に沿って形成される。すなわちこのような構成により、表面側領域７３３において、磁気抵抗の低い領域と磁気抵抗の高い領域とがＺ軸方向に沿って交互に配置される。
【００８１】
このような構成によれば、固定子１（図１等参照）から発生した磁束は、表面側領域７３３では、可動子７３の移動方向に沿って流れにくくなり、可動子コア７３１の中心側に向かう方向に沿って流れやすくなる。これにより、表面側領域７３３をＺ軸方向に流れようとする、可動子７３の推力に寄与しない無駄な磁束を減らすことができる。つまり磁束を効率良く使用することができ、可動子２３の推力特性を向上させることができる。また、移動方向に流れる磁束を減らすことで、表面側領域７３３での鉄損を低減できる。
【００８２】
このような間欠溝７３３２が設けられず平らな表面側領域を有する可動子コアを備えるリニア駆動装置と、本実施形態に係るリニア駆動装置とについて他の条件が同じであれば、本実施形態に係るリニア駆動装置の可動子７３の推力に寄与する磁束が多くなり、可動子７３の推力特性を向上させることができる。
【００８３】
[第４の実施形態]
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る可動子を示す斜視図である。
【００８４】
本実施形態に係る可動子８３は、上記第２及び第３の実施形態に係る可動子コア２３１及び７３１の特徴を組み合わせたものである。すなわち、磁性材板３１１と磁性材板３１２とが交互に配列されることによりＺ軸方向に沿って間欠溝８３３５が形成され、かつ、表面側領域８３３における永久磁石３２１の磁極間上では、複数の磁性材板３１２が連続して積層されることにより溝８３３２が形成されている。
【００８５】
このような構成により、可動子コア８３１の表面側領域８３３であって磁極間上では、固定子歯及び永久磁石３２１等による磁束がＺ軸方向に流れにくくなり、また、表面側領域８３３のＺ軸方向に沿った全領域で磁束がＺ軸方向に流れにくくなる。すなわち、これらの磁束は可動子コア２３１のシャフト３３が設けられる中心側に向かう方向に沿って流れやすくなるので、表面側領域２３３をＺ軸方向に流れようとする、可動子２３の推力に寄与しない無駄な磁束を減らすことができる。
【００８６】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【００８７】
図１に示した固定子コア１１及び１２は、Ｙ軸方向で２つに分割されていたが、これらの固定子コア１１及び１２はＹ軸方向で連続するように接続されていてもよい。
【００８８】
固定子歯、永久磁石、永久磁石セットの数は適宜変更可能である。永久磁石、固定子コア、可動子コアの各形状等も適宜変更可能である。可動子の移動方向における磁極数あるいは永久磁石の数は、上記実施形態では３つであったが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００８９】
例えば、固定子歯は、可動子の移動方向で１つだけ設けられていてもよい。この場合、可動子の移動方向での長さも適宜調整される。
【００９０】
例えば、上記永久磁石３２１等は平板形状を有していたが、所定の曲率の曲面を有するものであってもよい。また、上記各実施形態に係る可動子では、Ｚ軸方向で見て、８つの永久磁石セットが設けられていたが、円筒の一部の形状であって、Ｚ軸方向で見て半円形状に近い形状をそれぞれ有する、Ｙ軸方向で上下にそれぞれ設けられた２つの永久磁石セットが設けられていてもよい。
【００９１】
上記実施形態では、図４に示すように、可動子３の一断面で見て２極構造の例を挙げた。すなわち、図４中、可動子３の上半分の磁極がＮ極（外周側に向く磁極がＮ極）であり、下半分の磁極がＳ極（外周側に向く磁極がＳ極）であった。しかし、このような形態に限られず、可動子３の一断面で見て単極構造、つまり、その一断面におけるすべての永久磁石の外周側に向く磁極がＮまたはＳの１極とされる形態であってもよい。
【００９２】
例えば、上記各実施形態に係る可動子の形状が円柱状ではなく板形状でって、その板形状の可動子の一方側または両側に対向して配置される固定子が設けられたリニア駆動装置が実現されてもよい。このような形態に係るリニア駆動装置は、主にリニアモータとして利用され得る。
【００９３】
図１２〜１４に示した実施形態のうちいずれか１つと、図１６に示した間欠溝７３３２を用いた形態との組合せによる可動子コアが実現されてもよい。
【００９４】
上記各実施形態に係る可動子を示した図に表れるように、すべての可動子コアには貫通穴３１ｂが形成されていたが、それらの可動子のうちいずれか１つは貫通穴を有していなくてもよい。
【００９５】
上記第２の実施形態以降で説明した各実施形態に係る可動子コアにおいて、積層された磁性材板の代わりに、例えば積層でない、磁性材でなるバルク体が用いられてもよい。バルク体は、例えば焼結体が用いられればよい。このようなバルク体により形成された可動子コアの表面側領域に、溝２３３２及び間欠溝７３３２のような構造が設けられればよい。
【００９６】
上記第２の実施形態以降で説明した各実施形態に係る可動子コアにおいて、溝２３３２等（及び間欠溝７３３２等）は、可動子コアのＺ軸周りの方向である周方向について、そのほぼ全周に近い程度で設けられていた。しかし、それら溝（及び間欠溝）は、可動子コアの周方向の一部、あるいは周方向で間欠的に設けられていてもよい。この場合、可動子コアは、積層された磁性材板により形成されてもよいし、バルク体により形成されてもよい。
【００９７】
上記第３及び第４の実施形態に係る可動子コアにおいて、Ｚ軸方向のすべてで間欠溝が設けられる必要はなく、固定子歯と可動子コアとの配置に応じて適宜間欠溝の数が設定されればよい。
【００９８】
上記第２の実施形態以降で説明した実施形態に係る可動子コアにおいて、積層される磁性材板について、異なる形状の磁性材板の厚さは互いに異なっていてもよい。例えば第２の実施形態に係る可動子コアにおいて、可動子コア２３１の溝２３３２を形成しない磁性材板３１１の厚さより、溝２３３２を形成する磁性材板３１２の厚さを厚くしてもよい。この場合、磁性材板３１２は、その１つの溝２３３２に１枚の磁性材板３１２が対応するような厚さを持っていてもよい。
【００９９】
第２の実施形態（あるいは第２の実施形態の変形例１、２及び３）、第３及び４の実施形態に係る各可動子は、固定子として用いられてもよい。
図２に示したカバー部材３６の代わりに、埋設穴３１ａを有しない少なくとも１枚の磁性材板が設けられていてもよい。この磁性材板としても、上記の電磁鋼板等が用いられればよい。
【０１００】
固定子コア１１及び１２も、上記各実施形態に係る可動子コアと同様にＺ軸方向に沿って積層された磁性材板を有していてもよい。
【０１０１】
上記各実施形態に係るリニア駆動装置が発電機として用いられてもよい。この場合、外部から可動子が駆動され、可動子が積層方向に移動することにより、固定子の各固定子歯に磁束変化が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【符号の説明】
【０１０２】
１…固定子
３、２３、４３、５３、６３、７３、８３…可動子
１１、１２…固定子コア
１３〜１６…コイル
３１、２３１、４３１、５３１、６３１、７３１、８３１…可動子コア（コア部材に相当）
３１ａ…埋設穴
３１ｂ…貫通穴
３２、３４…永久磁石セット
１００…リニア駆動装置
１１１、１１２、１２１、１２２…固定子歯
２３３、４３３、５３３、６３３、７３３、８３３…表面側領域
３１１、３１２、３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１５…磁性材板
３２１〜３２３、３４１〜３４３…永久磁石
【図１】
2011217535.tif 000003
【図２】
2011217535.tif 000004
【図３】
2011217535.tif 000005
【図４】
2011217535.tif 000006
【図５】
2011217535.tif 000007
【図６】
2011217535.tif 000008
【図７】
2011217535.tif 000009
【図８】
2011217535.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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