(57)【要約】【課題】直線駆動装置において、コアの磁気飽和に起因して最大推力を大きくすることができない。【解決手段】直線駆動装置を、磁性体で形成された複数のコア１１とコア１１に巻回した第１巻線１２とを有する１次側１０と、コア１１に設けられた磁極歯１３ａ，１３ｂと、磁極歯１３ａ，１３ｂと空隙を介して設けられた２次側２０とを有し、第１巻線１２よりも磁極歯１３ａ，１３ｂの端部に近い箇所に第２巻線１５を巻回したものとする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる複数のコアと前記コアに巻回した第１巻線と前記コアに設けられた磁極歯とを有する１次側と、前記磁極歯と空隙を介して設けられ１次側に対し相対移動可能に支持される２次側とを有し、前記第１巻線よりも前記磁極歯の端部に近い箇所に第２巻線を巻回したことを特徴とする直線駆動装置。
【請求項２】
磁性体で形成されたコアと前記コアに巻回した巻線とを有する１次側と、前記１次側と空隙を介して相対移動可能に支持された２次側とを備え、前記コアには磁極歯が設けられ、前記複数のコアに共通して巻回された第１巻線よりも前記磁極歯の端部に近い箇所に第２巻線を巻回したことを特徴とする直線駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記コアに設けられた磁極歯は複数であり、前記複数の磁極歯は対向して設けられ、前記対向して設けられた磁極歯の間に前記２次側が配置されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記コアは前記２次側の相対移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、前記２次側の相対移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、前記一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と前記他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが前記２次側の相対移動方向に沿って交互に配列され、前記一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と前記他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記２次側の相対移動方向に沿って交互に配列され、前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯との間に前記２次側が配置されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項５】
請求項１又は２において、前記２次側は巻線又は永久磁石又はその両方を有し、前記２次側の相対移動方向に沿って一方の磁極と他方の磁極とが交互に配置されていることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項６】
請求項１又は２において、前記２次側は磁性体で形成されたコアを有し、前記２次側の相対移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項７】
請求項１又は２において、前記１次側が固定的に支持され、前記２次側が移動することを特徴とする直線駆動装置。
【請求項８】
請求項１又は２において、前記２次側が固定的に支持され、前記１次側が移動することを特徴とする直線駆動装置。
【請求項９】
請求項１又は２において、相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記１次側を１ユニットとして複数ユニットを備え、相異なる１次側ユニットの磁極同士の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）であることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１０】
請求項１又は２において、相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記２次側は複数ユニットから構成され、相異なる２次側ユニットの磁極同士の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）であることを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１１】
請求項１又は２において、前記２次側の相対移動方向に対して略垂直方向に開口部を有することを特徴とする直線駆動装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記２次側を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、前記２次側に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を前記２次側と前記１次側との間に発生させることを特徴とする直線駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直線駆動装置に関し、特に、巻線がコアの複数磁極歯に共通して巻回されている直線駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に直線駆動装置は、複数の磁極歯を有する１次側と、１次側と空隙を介して相対移動可能に支持された２次側とを備える。そのうち、同極性の複数磁極歯に共通して巻線を巻回することでコンパクト化を図ったものが特開平１０−
１７４４１８号公報に開示されている。また特開２００１−２８８７５号公報に開示されているような、異極性の磁極歯も含めて一括して巻線を巻回することでさらなるコンパクト化を実現した直線駆動装置もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、次のような課題があった。すなわち、コアに巻回した巻線に励磁電流を流したとき、コア中の磁束密度が高くなって磁気飽和を起こすと、コアが磁束を有効に導けなくなるため励磁電流を増やしてもそれ以上は推力が増えなくなる。これは、複数磁極歯に共通して巻線を巻回するために巻線箇所が磁極歯端部から離れた位置になっていることに起因する。
【０００４】
本発明の目的は、上記の課題を解消するために、コンパクトな構造を十分に保ちつつ、最大推力をより大きくすることができる直線駆動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の直線駆動装置は、複数磁極歯に共通して巻回された第１巻線よりも磁極歯端部に近い箇所に第２巻線を巻回して、該第２巻線にも励磁電流を流すことで推力を増やす。
【０００６】
また本発明の直線駆動装置は、磁性体で形成されたコアと、コアに巻回した巻線とを有する１次側と、１次側と空隙を介して相対移動可能に支持された２次側とを備え、１次側は２次側の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、同じく２次側の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが２次側の移動方向に沿って交互に配列され、同様に一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記２次側の移動方向に沿って交互に配列され、第１段に属する磁極歯と第２段に属する磁極歯との間に２次側が挟持されている。
【０００７】
さらに本発明の直線駆動装置は、２次側が巻線又は永久磁石又はその両方を有し、２次側の移動方向に沿って一方の磁極と他方の磁極とが交互に現れる。あるいは２次側は磁性体で形成されたコアを有し、２次側の移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れる。
【０００８】
なお、本発明は、１次側が固定的に支持され、２次側が移動する構成に限定されず、２次側が固定的に支持され、１次側が移動する構成にも適用しても効果を得ることができる。
【０００９】
さらに本発明の直線駆動装置は、相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記１次側を１ユニットとして複数ユニットを備え、相異なる１次側ユニットの磁極同士の２次側移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）である。あるいは前記２次側は複数ユニットから構成され、相異なる２次側ユニットの磁極同士の２次側移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）である。
【００１０】
また本発明の直線駆動装置は、前記１次側のコアが、前記２次側の移動方向に対して略垂直方向に該２次側を挿入するのに十分な幅の開口部を有する。
【００１１】
さらに本発明の直線駆動装置は、前記２次側を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、前記２次側に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を２次側と１次側との間に発生させることで、２次側支持機構に加わる負荷を軽減する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態（実施例１と称する）による直線駆動装置の基本構成図である。本実施例の直線駆動装置は、磁性体で形成されたコア１１と、コア１１に巻回した第１巻線１２及び第２巻線１５を有する１次側１０と、１次側と空隙を介して相対移動可能に支持された２次側２０とを備える。本実施例では１次側が固定的に支持され２次側が移動する例を示すが、２次側が固定的に支持され１次側が移動する構成でも構わない。コア１１を形成する磁性体としては、一般的には鉄が使用されるが、他の材料でもよい。２次側２０には永久磁石２１が固着されており、２次側の移動方向に沿って一方の磁極２１ａと他方の磁極２１ｂとが交互に現れている。
【００１３】
コア１１は２次側２０の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、同じく２次側２０の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、第１段及び第２段のそれぞれにおいて、一方の磁極歯列に属する磁極歯と他方の磁極歯列に属する磁極歯とが交互に配列されている。第１段の磁極歯列と第２段の磁極歯列は対向して設けられ、第１段の磁極歯１３ａ及び１４ａと第２段の磁極歯１３ｂ及び１４ｂとに挟まれた空間には、第１巻線１２に電流を流すことで、第１段の磁極歯から第２段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域と、第２段の磁極歯から第１段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域とが交互に並ぶ。２次側２０はその空間に空隙を介して配置され、１次側の発生する磁場と作用して移動する。
【００１４】
第１巻線１２が複数のコアに共通して巻回されているのに対して、第２巻線
１５は第１巻線よりも磁極歯端部の近くに１極ずつ巻回されている。このような位置にあることで、たとえコア１１が磁気飽和を起こした状態でも、２次側２０の磁極２１ａ及び２１ｂから発生する磁束は前記第２巻線１５に直接鎖交する。前記第２巻線１５の巻回箇所は、図１のように２次側２０の上方でも図２のように下方でもよい。あるいは図３のようにその両方でもよい。図３のように両方に巻くとより最大推力を増強させることができる。
【００１５】
さらには性能的には劣るが図４乃至図５のように磁極歯端部からやや離れた箇所に巻回してもよい。
【００１６】
図６に、本発明の別の実施形態（実施例２と称する）を示す。この例においては、コア１１の上部に第２巻線１５が複数磁極歯に共通して巻回されている。あるいは図７のように側部に巻回されていてもよい。
【００１７】
図８に、本発明のさらに別の実施形態（実施例３と称する）を示す。この例においては、１次側１０のコア１１が、２次側２０の移動方向に対して略垂直方向に該２次側２０を挿入するのに十分な幅の開口部を有する。２次側２０が前記開口部方向に変位すると、元の位置へ引き戻す向きの磁気吸引力が２次側２０と１次側１０との間に働く。そのため２次側２０の支持機構は、開口部方向に関しては比較的緩やかでよい。さらには２次側２０を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、２次側２０に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を発生させることで、支持機構に加わる負荷を軽減することも出来る。
【００１８】
第２巻線１５は、第１巻線１２よりも磁極歯端部の近くに１極ずつ巻かれている。第２巻線１５の巻回箇所は、図８のように第１巻線１２から遠い側の磁極歯端部付近でも図９のように第１巻線１２に近い側の磁極歯端部付近でもよい。あるいは図１０のようにその両方でもよい。
【００１９】
ここで実施例１乃至３において、前記２次側２０に固着された永久磁石２１の代わりに、界磁巻線を設置し該界磁巻線に電流を流すことで磁極を生じさせてもよい。その場合、界磁巻線の芯として磁性体を設置してもよい。あるいは永久磁石と界磁巻線を併用してもよい。また界磁巻線が、互いに一部重なり合うように設置されていてもよい。あるいは界磁巻線が、基板上にプリントされた配線であってもよい。
【００２０】
あるいは、２次側２０に磁性体で形成されたコアを備えさせ、該２次側の移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れるようにすることで、磁気抵抗の差により生じるリラクタンス力を推力として利用することもできる。その場合、永久磁石を２次側２０に固着して併用してもよい。なお磁気的凹部は非磁性体で形成してもよい。さらに２次側２０の断面形状は、矩形以外の形状、例えば円形や楕円形であってもよい。
【００２１】
また、実施例１と同様、実施例２，３においても、１次側１０が固定的に支持されて２次側２０が移動してもよいし、２次側２０が固定的に支持されて１次側１０が移動してもよい。
【００２２】
直線駆動装置の最終形態としては、例えば図１に示した１次側１０を１つの１次側ユニットとし、これを複数個並べて、各１次側ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、相異なる１次側ユニットの磁極同士の２次側移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各１次側ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの位置関係は、図１１のように直列に並べてもよいし、図１２のように並列に並べてもよい。
【００２３】
あるいは２次側２０を複数ユニットから構成し、各２次側ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相異なる２次側ユニットの磁極同士の２次側移動方向の間隔がｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各２次側ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの位置関係は、図１３のように直列に並べてもよいし、図１４のように並列に並べてもよい。ただし図１３の構成を取るには、実施例３のように１次側１０のコア１１が開口部を有する必要がある。
【００２４】
尚、本発明の１次側の構造は実施例１乃至３の構造に限定されない。磁性体からなるコアに巻線を有し、巻線に電流を流しコア内に磁束を発生させることにより推力を発生させる方式の直線駆動装置であれば本発明を適用することにより推力を増強させることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、第１巻線の巻回箇所よりも磁極歯端部に近い位置に第２巻線を巻回して、第２巻線にも励磁電流を流すことで、コアが磁気飽和を起こしていても推力を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１による直線駆動装置の基本構成図。
【図２】本発明の実施例１の第１変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図３】本発明の実施例１の第２変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図４】本発明の実施例１の第３変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図５】本発明の実施例１の第４変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図６】本発明の実施例２による直線駆動装置の基本構成図。
【図７】本発明の実施例２の第１変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図８】本発明の実施例３による直線駆動装置の基本構成図。
【図９】本発明の実施例３の第１変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図１０】本発明の実施例３の第２変形案による直線駆動装置の基本構成図。
【図１１】１次側ユニットを直列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図１２】１次側ユニットを並列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図１３】２次側ユニットを直列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【図１４】２次側ユニットを並列に配置した本発明の直線駆動装置の概念図。
【符号の説明】
１０…１次側、１１…コア（１次側）、１２…第１巻線（１次側）、１３，
１４…磁極歯列、１５…第２巻線、２０…２次側、２１…永久磁石（２次側）。
【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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【図７】
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【図８】
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【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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