(57)【要約】【構成】リニアモータ１０は、移動子１２および移動子１２の周囲に設けられる固定子１４を含む。移動子１２の軸上にはたとえば所定長さＬの永久磁石１６が形成される。固定子１４は、複数の固定子コア片２２を含み、固定子コア片２２において所定ピッチＬで形成された複数の溝２６には、複数の固定子巻線２４が受容される。そして、これら複数の固定子コア片は、たとえば移動子１２の放射方向から周方向へ所定角度θ傾けた状態で配置される。また、このリニアモータ１０を製造する際には、複数の固定子コア片２２をずらしながら重ね合わせたコア材を固定子巻線２４に巻き付けることによって、固定子１４を簡単に形成することができる。【効果】固定子コア部品を小型化しなくても、リニアモータ全体を小型化することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動子と、前記移動子の周囲に設けられる複数の固定子コア片を含む固定子とを備えるリニアモータであって、
前記固定子コア片を前記移動子に対して傾けて配置するようにした、リニアモータ。
【請求項２】
前記固定子コア片は、前記移動子の放射方向から周方向へ所定角度傾けて配置された、請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記固定子コア片には、複数の溝が長手方向に所定ピッチで形成されていて、
前記複数の溝には、前記移動子の周囲を取り囲む複数の固定子巻線が受容される、請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記固定子は、前記複数の固定子コア片をずらしながら重ね合わせたコア材を前記固定子巻線に巻きつけることによって形成された、請求項３記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記移動子は、前記複数の固定子巻線の設けられるピッチのｎ倍（ｎは１以上の整数）の長さを有する永久磁石が軸上に形成された、請求項３記載のリニアモータ。
【請求項６】
移動子と、前記移動子の周囲に設けられる複数の固定子コア片および複数の固定子巻線を含む固定子とを備えるリニアモータの製造方法であって、
前記複数の固定子コア片をずらしながら重ね合わせたコア材を準備するステップ、および
前記複数の固定子巻線の外側から前記コア材を巻き付けるステップを備える、リニアモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はリニアモータおよびその製造方法に関し、特にたとえば移動子とその周囲に設けられる複数の固定子コア片を含む固定子とを備えるリニアモータおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータは、固定子と移動子とを互いに接触しないように何らかの支持機構を介して平行に並べて形成され、固定子か移動子のどちらか一方もしくはその両方に移動磁界を発生させることにより駆動力を得るようにしている。
【０００３】
図８に従来のリニアモータ１の一例を示す。このリニアモータ１は、たとえば平板状の固定子コア２，磁気を持った移動子３，および固定子コア２と移動子３との接触を防ぐ支持機構４を備え、固定子コア２に巻かれた導線である巻線５に順次電流を流すことによって固定子コア２に磁極が発生し、これにより移動子３が駆動される。
【０００４】
図８のリニアモータ１は固定子２を移動子３に対して一方向にのみ設けた構造を有しているが、固定子を移動子に対して対称に配置する、たとえば積層鉄板からなる筒状の固定子を有するような構造のもの（たとえば特許文献１参照）等も存在している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１７７７２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、固定子を一方向にのみ有する構造（図８）の場合には、固定子２と移動子３との間に働く吸引力に対抗して移動子３を支持するために、頑強な支持機構４が必要となってしまう。
【０００７】
一方、従来の固定子を移動子に対して対称に設ける構造の場合、特に筒状構造では吸引力が全体で相殺されて支持機構への負担を抑えることができるが、モータ全体が大きくなってしまうという問題がある。また、固定子を小型にするには固定子コア部品の小型化が必要となるが、磁性材料によって形成される固体子コア部品自体の小型化は困難である。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、頑強な支持機構を必要とせず、固定子コア部品を小型化しなくても全体を小型化することができる、リニアモータおよびその製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、移動子と、移動子の周囲に設けられる複数の固定子コア片を含む固定子とを備えるリニアモータであって、固定子コア片を移動子に対して傾けて配置するようにした、リニアモータである。
【００１０】
第２の発明は、移動子と、移動子の周囲に設けられる複数の固定子コア片および複数の固定子巻線を含む固定子とを備えるリニアモータの製造方法であって、複数の固定子コア片をずらしながら重ね合わせたコア材を準備するステップ、および複数の固定子巻線の外側からコア材を巻き付けるステップを備える、リニアモータの製造方法である。
【００１１】
【作用】
第１の発明のリニアモータでは、移動子の周囲に固定子が設けられ、固定子は複数の固定子コア片を含む。そして、これら複数の固定子コア片は、移動子に対して、傾けて配置される。これにより、固定子コア片の外周側の端縁がより内側に位置することとなり、固定子コア部品を小型化しなくても、固定子を小型化することができる。したがって、モータ全体としても小型化することができる。
【００１２】
固定子コア片は、具体的には、移動子の放射方向から周方向へ所定角度傾けた状態で配置されてよい。
【００１３】
また、固定子コア片には、長手方向に所定ピッチで複数の溝を形成し、これら複数の溝に複数の固定子巻線を受容させるようにしてよい。この場合、複数の固定子巻線を移動子の周囲にその軸方向に所定ピッチで配置することができる。さらに、固定子は、複数の固定子コア片をずらしながら重ね合わせたコア材を固定子巻線に巻き付けることによって、簡単に形成され得る。
【００１４】
さらにまた、移動子は、複数の固定子巻線が設けられるピッチのｎ倍（１以上の整数倍）の長さを有する永久磁石がその軸上に形成されてよく、この場合さらに小型化することができる。
【００１５】
第２の発明のリニアモータの製造方法では、固定子を形成する際には、まず、複数の固定子コア片をずらしながら重ね合わせたコア材を準備する。そして、このコア材を固定子巻線の外側から巻き付ける。これにより、複数の固定子コア片を、簡単に移動子に対して傾けて配置することができる。
【００１６】
【発明の効果】
この発明によれば、固定子コア片を移動子に対して傾けて配置するようにしているので、固定子コア部品を小型化しなくても、固定子の大きさを小さくすることができ、リニアモータ全体を小型化することができる。なお、固定子を移動子の周囲に設けるので、支持機構への負担は抑えられる。
【００１７】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１８】
【実施例】
図１を参照して、この実施例のリニアモータ１０は移動子１２および移動子１２の周囲に設けられる固定子１４を含む。移動子１２は、図１（Ａ）からわかるように、その軸方向に所定長さ（この実施例ではＬ）を有する永久磁石１６を含む。
【００１９】
なお、図１（Ａ）では、わかり易くするために、後述する固定子コア片２２は１枚だけ示している（図１（Ｂ）では複数が示される）。また、後述する取付部材３０およびフレーム３２も省略している。
【００２０】
永久磁石１６は移動子１２の軸上の所定位置に設けられ、永久磁石１６の両側には保持部１８ａ，１８ｂが一体的かつ外面平滑で連続的に設けられる。このように、永久磁石１６を移動子１２の軸上に連続的に設けた場合には、さらにリニアモータ１０を小型化できる。永久磁石１６は、移動子１２の軸方向に磁化されており、たとえば略円柱状に形成されたネオジム系磁石等が使用され得る。また、保持部１８ａ，１８ｂは、たとえば非磁性体であるアルミニウム等によって形成され、一例として円筒状のアルミパイプ等が用いられてよい。永久磁石１６と保持部１８ａ，１８ｂとは、たとえば接着，嵌合等によって接合される。具体的には、保持部１８ａ，１８ｂが上述のように管状に形成された場合、永久磁石１６の両端面に、管内面と嵌まり合う凸部を形成して、両者を嵌合するとともに接着すればよい。
【００２１】
移動子１２は、固定子１４内に挿通され、保持部１８ａ，１８ｂの部分で、軸受２０ａ，２０ｂによって移動可能に支持される。軸受２０ａ，２０ｂは、たとえば非磁性のステンレス鋼等からなり、このリニアモータ１０において両端部に設けられる。
【００２２】
固定子１４は、移動子１２と同軸に設けられ、移動子１２の周囲に配置される複数（この実施例では１８枚）の固定子コア片２２，２２，…、および複数（この実施例では８個）の固定子巻線２４，２４，…を含む。固定子コア片２２は、たとえば軟磁性の珪素鋼等によって略矩形の板状等に形成される。固定子巻線２４は、たとえば銅（非磁性体）等の導線によって構成される。
【００２３】
固定子コア片２２には、その一方端面側において、長手方向（移動子１２の軸に対応する軸方向）に所定ピッチＬで複数（この実施例では８個）の溝２６が形成され、これによって、複数（この実施例では９個）の突起２８が所定ピッチＬで溝２６と交互に形成される。溝２６および突起２８の軸方向幅は適宜に設定されるが、この実施例では突起２８の幅は溝２６の幅よりも小さく設定される。このように、この実施例では、上述の永久磁石１６の長さＬは、溝２６および突起２８の形成ピッチＬと同じに設定されている。
【００２４】
固定子巻線２４は移動子１２の周囲を取り巻くようにして設けられ、複数の固定子コア片２２は、固定子巻線２４の外側からこれに巻きつけるようにして設けられる。固定子コア片２２の溝２６には、固定子巻線２４が嵌め込まれて受容される。したがって、複数の固定子巻線２４は軸方向にピッチＬで配置される。
【００２５】
そして、固定子コア片２２は、移動子１２に対して傾けて配置されている。具体的には、図１（Ｂ）に示すように、固定子コア片２２は、移動子１２の放射方向（移動子１２の軸に直交する断面における放射方向。すなわち、この実施例では半径方向でもある。）から周方向へ所定角度θ（この実施例では４５度）傾斜した状態で配置される。さらに詳しくは、この実施例の矩形状の固定子コア片２２において、長手方向の軸を第１軸とし、第１軸に直交する短手方向の軸を第２軸とすると、第１軸が移動子１２の軸に平行に配置されるとともに、第２軸が放射方向に対して上述の所定角度θで傾斜されている。これにより、固定子コア片２２の外周側の端縁をより内側に位置させることができる。
【００２６】
また、このとき、複数の固定子コア片２２は、移動子１２または固定子巻線２４の周方向にわたって所定角度（この実施例では２０度）ごとに配置される。また、固定子コア片２２の最内側の部分は、移動子１２の外面との間に所定間隔（たとえば０．５ｍｍ程度）のギャップを有するように設定されている。
【００２７】
固定子１４は、図２に示すように、複数（この実施例では３つ）の取付部材３０，３０，３０を介してフレーム３２に固定される。取付部材３０は、図３に示すように、固定子１４の輪郭の形状で打ち抜かれた穴３４を有していて、この穴３４に固定子１４が嵌め込まれる。また、フレーム３２には、図２に示すように、軸受２０ａおよび２０ｂも固定される。このように、固定子１４と軸受２０ａ，２０ｂは、同一フレーム３２に固定されるので互いの位置関係が保持され、また軸受２０ａ，２０ｂと移動子１２との位置関係も固定される。したがって、固定子１４と移動子１２の位置関係も固定され、そのギャップが保持される。
【００２８】
なお、図２でも、わかり易くするため、固定子巻線２４を省略している。
【００２９】
このリニアモータ１０を製造する際には、まず、移動子１２，複数の固定子コア片２２，複数の固定子巻線２４，軸受２０ａおよび２０ｂ，取付部材３０，フレーム３２などを準備する。次に、複数の固定子コア片２２を用いて、図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、固定子１４を形成するためのコア材３６を作る。コア材３６を製造するには、複数の固定子コア片２２を所定長さずらしながら重ね合わせる。このとき、固定子コア片２２の突起２８において、図４（Ｂ）中で「○」印で示した箇所を接着剤によって接着する。これによって、複数の固定子コア片２２が突起２８の先端縁と先端部とで互いに接続されたコア材３６が得られる。
【００３０】
そして、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、このコア材３６を固定子巻線２４の外側から巻き付けていくことによって固定子１４を作る。なお、固定子巻線２４は、予め、たとえば固定子巻線２４の内径とほぼ等しい外径を有する組立用ジグ３８等を用いて、所定ピッチで整列させておく。この巻き付けによって、固定子コア片２２の接続されていない外側の部分が開いていくとともに、固定子巻線２４がその全周にわたって各固定子コア片２２の溝２６内に嵌め込まれ、図１（Ｂ）に示すように、固定子コア片２２が、移動子１２の放射方向から周方向へ傾斜した状態で配置される。
【００３１】
その後、取付部材３０を固定子１４に嵌め込んで固定するとともに、組立用ジグ３８を抜き取る。そして、移動子１２を固定子１４および軸受２０ａ，２０ｂに挿通するとともに、取付部材３０および軸受２０ａ，２０ｂをフレーム３２に固定する。
【００３２】
このように、コア材３６を作成して、このコア材３６を固定子巻線２４に巻き付けることによって、固定子コア片２２を移動子１２に対して傾けて配置するのが容易となり、したがって、簡単に固定子１４（リニアモータ１０）を製造することができる。
【００３３】
なお、リニアモータ１０の製造方法は、上述のようなコア材３６を固定子巻線２４に巻き付けるものに限られず適宜変更されてよい。
【００３４】
このリニアモータ１０の動作の様子は、図６および図７に示される。なお、固定子巻線２４に電圧を印加したとき、図６（Ａ）に示すような磁極（磁界）が発生する。
【００３５】
たとえば初期状態においてどの固定子巻線２４にも電流が流されていないときには、固定子コア片２２と移動子１２の永久磁石１６との吸引力によって、図６（Ｂ）に示すような位置関係で、移動子１２は静止している。つまり、永久磁石１６の長さＬは、この実施例では固定子コア片２２の突起２８および溝２６の形成ピッチと同じに設定されているので、永久磁石１６の両端が突起２８の幅方向略中央に位置する。
【００３６】
そして、図６（Ｃ）に示すように、永久磁石１６と対向する位置にある固定子巻線２４と、さらに永久磁石１６の進行方向の直前にある２個の固定子巻線２４に対して電流を流す（図中「ＯＮ」で示す）。すると、固定子巻線２４に発生する磁界によって、図６（Ｃ）において矢印で示すように、駆動力が得られ、永久磁石１６は、１ステップ移動して、図６（Ｄ）に示すように、次の固定子巻線２４に対向する位置で静止する。この場合の移動距離はＬに等しい。
【００３７】
このとき、電流を流す固定子巻線２４を、図７（Ａ）に示すように、進行方向に１個ずらすことによって、さらに駆動力が得られ、永久磁石１６はさらに１ステップ移動して、図７（Ｂ）に示すように、その隣の固定子巻線２４に対向する位置で静止する。この状態で電流を止めると、図７（Ｃ）に示すように、固定子コア片２２と永久磁石１６との吸引力によって、永久磁石１６はその位置で静止する。
【００３８】
このように、固定子巻線２４への電圧印加を制御することによって、永久磁石１６すなわち移動子１２の動作を制御することができる。なお、印加電圧はたとえばＰＷＭされたパルス列であり、その印加時間，パルス幅およびパルス高等は、構成するモータや駆動条件等により適宜に設定される。
【００３９】
この実施例によれば、固定子コア片２２を移動子１２に対して傾けて配置するようにしているので、固定子コア部品を小型化しなくても、固定子１４の大きさを小さくすることができ、リニアモータ全体を小型化することができる。なお、固定子１４を移動子１２の周囲に設けるので、支持機構への負担は抑えられ、頑強な支持機構は必要ない。
【００４０】
なお、上述の実施例のリニアモータ１０は一例であり、その態様は適宜変更され得るのは言うまでもない。つまり、たとえば、固定子コア片２２の枚数，放射方向からの傾斜角度θ，移動子１２と固定子コア片２２とのギャップ等は適宜変更される。また、軸受２０ａおよび２０ｂ、取付部材３０、フレーム３２の形状や数等も適宜変更されてよく、たとえばフレーム３２は固定子１４，軸受２０ａおよび２０ｂ，取付部材３０等を収容するように円筒状等に形成されてよい。
【００４１】
また、永久磁石１６の長さは、固定子巻線２４の設けられるピッチＬ（溝２６および突起２８の形成ピッチＬ）と同じに設定されたが、永久磁石１６の長さはピッチＬのｎ倍（ｎは１以上の整数）の長さに設定されればよい。ｎを２以上の整数に設定した場合にも、上述の同じ長さ（ｎ＝１）の場合と同様にして、移動子１２をステップ（歩進）動作させることができる。つまり、永久磁石１６の横に位置する、すなわち対向する位置にあるｎ個の固定子巻線２４と、さらに進行方向の直前にある２個の固定子巻線２４に対して、電流を流すことによって、移動子１２を長さＬだけ移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例のリニアモータを示す図解図であり、（Ａ）はその一部を抜き出した正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＩＢ−ＩＢ断面図である。
【図２】図１実施例のリニアモータの外観を示す図解図（正面図）である。
【図３】図２における取付部材を示す図解図である。
【図４】図１実施例における固定子を形成するためのコア材を示す図解図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図５】図１実施例のリニアモータの製造における固定子の形成工程を示す図解図であり、（Ａ）は固定子巻線にコア材を巻きつける様子を示す側面図であり、（Ｂ）はその正面図である。
【図６】図１実施例のリニアモータの動作を説明するための図解図であり、（Ａ）は電圧印加時に固定子巻線に発生する磁界を示す図解図であり、（Ｂ）は初期の静止状態を示し、（Ｃ）は所定の固定子巻線への電圧印加による移動開始時の様子を示し、（Ｄ）はその移動が終了した状態を示す。
【図７】図６の続きを示す図解図であり、（Ａ）は次の移動を開始したときの様子を示し、（Ｂ）はその移動が終了した状態を示し、（Ｃ）はその後電圧を停止したときの静止状態を示す。
【図８】従来のリニアモータの一例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０  …リニアモータ
１２  …移動子
１４  …固定子
１６  …永久磁石
２２  …固定子コア片
２４  …固定子巻線
２６  …溝
３６  …コア材
【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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【図６】
2004260945.tif 000008
【図７】
2004260945.tif 000009
【図８】
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