(57)【要約】【課題】駆動時における推力のリップルを低減しつつ、非通電停止時における軸状体Ｓと筒状体Ｃとの位置変動を防止することを可能とする。【解決手段】細長棒状の界磁マグネット１１を有する軸状体Ｓの外周側に相対移動可能に配置した複数個の電機子コイル１２を有する筒状体Ｃの中空ケース１３を非磁性材料とし、その中空ケース１３に対して磁性ヨークを介在することなく複数個の電機子コイル１２を装着したことによって、通電駆動時におけるコギングの発生をほとんどなくしつつ推力のリップルを小さく抑えるとともに、軸状体Ｓの界磁マグネット１１を吸引して適宜の位置に保持する磁性保持部材１４を筒状体Ｃに設けて、リニアモータを垂直状態に立てた場合などにおいても軸状体Ｓと筒状体Ｃとを停止状態に維持して離脱を防止したもの。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空ケース内に複数個の電機子コイルが軸方向に並設された筒状体と、その筒状体内の中心軸に沿って軸方向に適宜の範囲内で相対移動するように配置された細長棒状の界磁マグネットを有する軸状体と、を備えたリニアモータにおいて、
前記筒状体の中空ケースが、非磁性材料から形成されているとともに、
前記電機子コイルが、前記中空ケースの内壁面に対して磁性ヨークを介在することなく装着され、
前記筒状体に、前記電機子コイルの非通電停止時に前記軸状体の界磁マグネットを吸引して前記軸状体を適宜の軸方向位置に保持する磁性保持部材が設けられていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記磁性保持部材は、前記筒状体と軸状体との相対移動範囲の少なくとも一方側の終端位置において前記界磁マグネットの軸方向端部分に対向するように配置されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記磁性保持部材は、前記界磁マグネットの外周面に対して半径方向に対向可能となるように配置されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記筒状体または軸状体には、相手方部材との相対移動を規制するストッパが設けられているとともに、
前記磁性保持部材が、前記ストッパを相手方部材に当接させる方向に吸引する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記筒状体と前記軸状体との相対移動の方向が、略垂直方向となるように設置されていることを特徴とする請求項１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、細長棒状の界磁マグネットを有する軸状体と、電機子コイルを有する筒状体とが、軸方向に沿って相対移動するように組み付けられたリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、界磁マグネットを有する軸状体と、電機子コイルを有する筒状体とが相対移動可能に組み付けられたリニアモータにおいては、軸状体の界磁マグネットが、表面にＮ極とＳ極とを軸方向に交互に配置した棒状体から形成されているとともに、筒状体の電機子コイルが、複数個の環状コイル巻回体を上記軸状体の界磁マグネットに外嵌した構成になされている。そして、それら軸状体および筒状体のいずれか一方側が固定子として構成されるとともに、いずれか他方側が可動子として構成される。
【０００３】
そのとき、上記筒状体に設けられた電機子コイルは、中空ケースの内壁面に沿って複数個のものが軸方向に並列するように取り付けられた構成になされているが、その電機子コイルを取り付けるにあたっては、上記中空ケースに固定された磁性ヨークを介して装着する型式のもの（例えば特許文献１）の他に、磁性ヨークを介することなく中空ケースの内壁面に直接取り付けるようにした型式のもの（例えば特許文献２）などがある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５１５３１公報
【特許文献２】
特開平８−２７５４９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような各種従来構造のリニアモータのうち、上述した特許文献１にかかるもの、つまり磁性ヨークを有する型式のリニアモータでは、非通電停止時において、軸状体を構成する界磁マグネットと筒状体側の磁性ヨークとが相互に磁気吸引し合うこととなり、互いに吸引し合う位置において両部材どうしを保持する作用力が得られることから、例えば図６に示されているように、リニアモータ１の全体を略垂直状態に立てて使用する場合などにおいても、軸状体２と筒状体３と停止した位置に保持され、両部材２，３どうしが軸方向に離脱して外れてしまうような事態が防止されるという利点がある。しかしながら、その反面、磁性ヨークの磁気的吸引力に基づくコギングが発生し、駆動時の推力にリップルを生じる要因となる。
【０００６】
これに対して、上述した特許文献２にかかる磁性ヨークを備えていない型式のリニアモータにおいては、中空ケースを非磁性材料から形成しておきさえすればコギングの発生がなくなり、推力のリップルを小さくすることが可能である。しかしながら非通電停止時における軸状体と筒状体とを保持する作用力が得られないことから、例えば図６に示されているように、リニアモータを略垂直状態に立てた場合などにおいて、非通電状態にする毎に可動子側が図示矢印のように自重で落下してしまい、軸状体２と筒状体３との位置合わせをその都度行わねばならなかったり、それら両部材２，３どうしが軸方向に離脱して外れてしまうような事態も発生することがある。
【０００７】
そこで本発明は、駆動時における推力のリップルを低減しつつ、非通電停止時における軸状体と筒状体との位置変動を防止することができるようにしたリニアモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１にかかるリニアモータでは、複数個の電機子コイルが軸方向に並設された筒状体の中空ケースが、非磁性材料から形成されているとともに、前記電機子コイルが前記中空ケースの内壁面に対して磁性ヨークを介在することなく装着され、前記筒状体には、前記電機子コイルの非通電停止時に軸状体の界磁マグネットを吸引して前記軸状体を適宜の軸方向位置に保持する磁性保持部材が設けられている。
このような構成を有する請求項１にかかるリニアモータによれば、筒状体に設けられた電機子コイルが、磁性ヨークを介在することなく非磁性材料の中空ケースにより保持されていることから、通電駆動時におけるコギングの発生がほとんどなくなり、推力のリップルが小さく抑えられるようになっている。
また、非通電停止時においては、軸状体を構成する界磁マグネットが筒状体側の磁性保持部材に磁気吸引され、それらの両部材どうしが互いに保持し合うことから、例えばリニアモータを垂直状態に立てた場合などにおいても、それら軸状体と筒状体とが停止した状態に維持され、一方が他方から外れてしまうような事態が防止される。
【０００９】
また、本発明の請求項２にかかるリニアモータでは、上記請求項１における磁性保持部材が、筒状体と軸状体との相対移動範囲の少なくとも一方側の終端位置において界磁マグネットの軸方向端部分に対向するように配置されている。
このような構成を有する請求項２にかかるリニアモータによれば、通電駆動時において磁性保持部材が界磁マグネットと対向することがなくなるため、その磁性保持部材によるコギングの発生を完全になくすことが可能となる。また、非通電停止時においては、磁性保持部材が配置された終端位置に界磁マグネットの軸方向端部分が常時セットされることから、その後の位置決め制御が容易に行われることとなる。
【００１０】
さらに、本発明の請求項３にかかるリニアモータでは、上記請求項１における磁性保持部材が、界磁マグネットの外周面に対して半径方向に対向可能となるように配置されていることから、磁性保持部材の取付が、電機子コイルと同様な手順で効率的に行われるようになっている。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項４にかかるリニアモータでは、上記請求項１における筒状体または軸状体に、相手方部材との相対移動を規制するストッパが設けられているとともに、磁性保持部材が、前記ストッパを相手方部材に当接させる方向に吸引する位置に配置されている。このような構成を有する請求項４にかかるリニアモータによれば、軸状体側との相対移動がストッパにより良好かつ高精度に規制されることとなる。
【００１２】
また、本発明の請求項５にかかるリニアモータでは、上記請求項１における筒状体と軸状体との相対移動の方向が略垂直方向となるように設置されており、そのような垂直配置されるリニアモータにおける可動子側の落下現象や、軸状体と筒状体との離脱現象が良好に防止されるようになっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示された３相駆動のリニアモータ１０においては、細長棒状の界磁マグネット１１を有する軸状体Ｓが可動子を構成するように軸方向に沿って往復移動自在に配置されているとともに、その軸状体Ｓの外周側には、電機子コイル１２を一体に有する固定子としての筒状体Ｃが同心状に配置されている。
【００１４】
上記軸状体Ｓに配置された界磁マグネット１１は、表面磁極（Ｎ，Ｓ）が交互に配列されるように着磁された複数個のマグネット片１１ａ，・・・の集合体からなり、それら複数のマグネット片１１ａが軸方向に沿って接合された状態に連結されている。そして、その界磁マグネット１１の位置が、図示を省略した位置センサー部により検出されることによって位置制御されながらモータ駆動が行われるようになっている。
【００１５】
一方、上記筒状体Ｃは、非磁性材料からなる中空ケース１３を有しており、その中空ケース１３の内壁面に沿って、複数個の電機子コイル１２が軸方向に３相をなすように並列して取り付けられている。それらの各電機子コイル１２は、上記軸状体Ｓと同心状となるようにコイルが巻回されたものであって、磁性ヨークを介在することなく、上記中空ケース１３の内壁面に対して直接的に装着されている。
【００１６】
このとき、上記筒状体Ｃにおける電機子コイル１２の内周側壁面は、全周・全長にわたって潤滑性軸受面に形成されており、その筒状体Ｃに形成された潤滑性軸受面を介して、上記軸状体Ｓが、軸方向に適宜の範囲内で相対的に往復移動可能に挿通されている。すなわち上記軸状体Ｓは、図１のように図示右側まで移動し切った状態を一方側の終端位置として、図示左右方向に往復移動するように配置されている。
【００１７】
また、上記筒状体Ｃの中空ケース１３内には、上述した界磁マグネット１１の図示右側端に位置する終端界磁マグネット１１ｂに対応して、磁性保持部材１４が配置されている。この筒状体Ｃに設けられた磁性保持部材１４は、界磁マグネット１１を半径方向外周側から取り囲むように配置されており、電機子コイル１２への非通電停止時に、上記軸状体Ｓの界磁マグネット１１を吸引する機能を備えている。そして、上述したように軸状体Ｓが図１のような終端位置に来たときに、上記終端界磁マグネット１１ｂが上記磁性保持部材１４と半径方向に対向するように位置し、その終端界磁マグネット１１ｂを半径方向外周側から磁性保持部材１４により吸引することによって、上記界磁マグネット１１の全体を図１の終端位置に保持する構成になされている。
【００１８】
このように本実施形態においては、筒状体Ｃの電機子コイル１２が、磁性ヨークを介在することなく非磁性材料の中空ケース１３により保持されていることから、通電駆動時におけるコギングの発生がほとんどなくなり、推力のリップルが小さく抑えられるようになっている。
【００１９】
また、非通電停止時においては、軸状体Ｓを構成する界磁マグネット１１が筒状体Ｃ側の磁性保持部材１４に磁気吸引され、それら両部材１１，１４どうしが互いに保持し合うこととなる。従って、例えばリニアモータを垂直状態に立てた場合（図６参照）などにおいても、それら軸状体Ｓと筒状体Ｃとが停止した状態に維持され、一方が他方から外れてしまうような事態が防止される。
【００２０】
さらに本実施形態では、軸状体Ｓと筒状体Ｃとの相対移動範囲の少なくとも一方側の終端位置において界磁マグネット１１の軸方向端部分１１ｂと磁性保持部材１４が対向するように配置されていることから、通電駆動時において磁性保持部材１４が界磁マグネット１１と対向することがなくなるため、その磁性保持部材１４によるコギングの発生を完全になくすことが可能となる。また、非通電停止時においては、磁性保持部材１４が配置された終端位置に界磁マグネット１１の軸方向端部分１１ｂが常時セットされることから、その後の位置決め制御が容易に行われることとなる。
【００２１】
特に、このようなリニアモータにおいて、筒状体Ｃと軸状体Ｓとの相対移動の方向が略垂直方向となるように設置した場合（図６参照）においては、可動子である軸状体Ｓの落下現象や、軸状体Ｓと筒状体Ｃとの離脱現象が良好に防止されることとなる。
【００２２】
さらに本実施形態では、上述した磁性保持部材１４が、界磁マグネット１１の外周面と半径方向に対向可能に配置されていることから、磁性保持部材１４の取付が、電機子コイル１２と同様な手順で効率的に行われるようになっている。
【００２３】
このとき例えば、上述した軸状体Ｓの図示左端側にストッパーを設け、軸状体Ｓが終端位置に来たときに、そのストッパーを筒状体Ｃ側に当接させることによって軸状体Ｓを確実かつ正確に停止させるように構成することも可能であり、そのようなストッパを設けておけば、軸状体Ｓの移動がストッパにより良好かつ高精度に規制されることとなる。
【００２４】
その場合、前述した終端界磁マグネット１１ｂの位置からやや図示右方にずらして磁性保持部材１４を配置することとすれば、上述した軸状体Ｓのストッパーが筒状体Ｃの図示左端面に当接する位置まで確実に吸引させる構成とすることが可能となり、終端位置での停止をさらに確実かつ高精度に行わせることが可能となる。
【００２５】
また、上述した軸状体Ｓの界磁マグネット１１は、図２に示されている実施形態のように、軸方向に着磁されたマグネット片１１ｃを同極どうしが軸方向に対向するように連接させた構造や、図３に示されている実施形態のように、その軸方向に着磁されたマグネット片１１ｃと、径方向に着磁されたマグネット片１１ｄとを軸方向に交互に配置した構造としても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【００２６】
さらに、図４に示されている実施形態は、電機子コイル１２を２相配置にしたものに本発明を適用したものであり、また図５に示されている実施形態は、３相配置した電機子コイル１２の二組Ａ，Ｂを配置したものに対して本発明を適用したものである。このような各実施形態においても、上述した実施形態と同様な作用・効果を得ることができる。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００２８】
例えば、上述した実施形態では、軸状体Ｓを可動子として筒状体Ｃを固定子としているが、それとは逆に、軸状体Ｓを固定子とし、筒状体Ｃを可動子とすることも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１記載にかかるリニアモータは、細長棒状の界磁マグネットを有する軸状体の外周側に相対移動可能に配置した複数個の電機子コイルを有する筒状体の中空ケースを非磁性材料とし、その中空ケースに対して磁性ヨークを介在することなく複数個の電機子コイルを装着したことによって通電駆動時におけるコギングの発生をほとんどなくしつつ推力のリップルを小さく抑えるとともに、軸状体の界磁マグネットを吸引して適宜の位置に保持する磁性保持部材を筒状体に設けて、非通電停止時に両部材どうしを互いに保持し合うことによって、リニアモータを垂直状態に立てた場合などにおいても軸状体と筒状体とを停止状態に維持して離脱を防止したものであるから、駆動時における推力のリップルを低減しつつ、非通電停止時における軸状体Ｓと筒状体Ｃとの位置変動を防止することができ、リニアモータの特性を向上させつつ使用性も同時に高めることができる。
【００３０】
また、本発明の請求項２にかかるリニアモータは、上記請求項１における磁性保持部材を、筒状体と軸状体との相対移動範囲の少なくとも一方側の終端位置において界磁マグネットの軸方向端部分に対向するように配置し、通電駆動時において磁性保持部材が界磁マグネットと対向しないこととして磁性保持部材によるコギングの発生を完全になくすとともに、非通電停止時においては、磁性保持部材を配置した終端位置に界磁マグネットの軸方向端部分を常時セットして、その後の位置決め制御を容易に行うように構成したものであるから、上述した効果を高めることができる。
【００３１】
さらに、本発明の請求項３にかかるリニアモータは、上記請求項１における磁性保持部材を界磁マグネットの外周面と半径方向に対向可能に配置したことによって、磁性保持部材の取付を界磁マグネットと同様な手順で効率的に行い得るように構成したものであるから、上述した効果に加えて、生産性を向上させることができる。
【００３２】
さらにまた、本発明の請求項４にかかるリニアモータは、上記請求項１における筒状体に軸状体側との相対移動を規制するストッパを設けるとともに、界磁マグネットの軸方向にけおる一端部分をストッパに向かって吸引させる位置に磁性保持部材を配置したことによって、軸状体側との相対移動をストッパにより良好かつ高精度に規制する構成としたものであるから、上述した効果をさらに向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の請求項５にかかるリニアモータは、上記請求項１における筒状体と軸状体との相対移動の方向を略垂直方向となるように設置しても、可動子の落下や、軸状体と筒状体との離脱現象を良好に防止したものであるから、上述した効果のうちの使用性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したリニアモータの概略構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図２】本発明の他の実施形態における界磁マグネットの構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態における界磁マグネットの構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図４】本発明を２相の電機子コイルを有するリニアモータに適用した場合における概略構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図５】本発明を３相二組の電機子コイルを有するリニアモータに適用した場合における概略構造を模式的に表した縦断面説明図である。
【図６】一般のリニアモータを垂直配置とした例を概略的に表した側面説明図である。
【符号の説明】
１０  リニアモータ
１１  界磁マグネット
１１ａ  マグネット片
１１ｂ  終端界磁マグネット
１１ｃ，１１ｄ  マグネット片
１２  電機子コイル
１３  中空ケース
Ｓ  軸状体（可動子）
Ｃ  筒状体（固定子）
１４  磁性保持部材
【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】
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