(57)【要約】【課題】リニアモータにおいて、磁束漏れの低減と薄型構成化を可能にする技術の提供。【解決手段】対向した扁平状磁極面を有する複数の扁平状磁極歯を、相互間に非磁性領域を隔てまたは非磁性部材を介して直線状に配列し、かつ、該複数の扁平状磁極歯の、上記扁平状磁極面とは平面的にずれた位置には、扁平状の励磁用コイルを配する。【選択図】  図１
2005039883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子の磁極歯による磁界で可動子を直線状に移動させるリニアモータであって、
直線状に配列され、それぞれが対向する扁平状磁極面を有し、配列方向の相互間に非磁性領域を隔てて配された複数の磁極歯と、
上記複数の磁極歯に対し巻線が、上記扁平状磁極面とは平面的にずれた位置で共通的に鎖交し、該複数の磁極歯を、その配列方向に対し異なる極性の磁極が形成されるように励磁する扁平状の励磁用コイルと、
上記磁極歯の上記扁平状磁極面間に配され該磁極面間の磁界により移動変位する扁平状の可動子と、を備えた構成を特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
電機子の磁極歯による磁界で可動子を直線状に移動させるリニアモータであって、
直線状に配列され、それぞれが対向する扁平状磁極面を有する複数の磁極歯と、
上記複数の磁極歯に対し巻線が、上記扁平状磁極面とは平面的にずれた位置で共通的に鎖交し、該複数の磁極歯を、その配列方向に対し異なる極性の磁極が形成されるように励磁する扁平状の励磁用コイルと、
上記複数の磁極歯間に配された非磁性部材と、
上記磁極歯の対向する上記扁平状磁極面間に配され該磁極面間の磁界により移動変位する扁平状の可動子と、を備え、上記異なる磁極が形成される磁極歯間の磁束の漏洩を上記非磁性部材により抑えた状態で、上記複数の磁極歯を励磁可能にした構成を特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
上記複数の磁極歯は、τを上記可動子の磁極のピッチ、ｋを０、１、２、…なる整数、ｍをモータ相数であって２以上の整数とするとき、その配列ピッチが、ｋ・τ＋ｍ／τとされた構成である請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
上記複数の磁極歯は、τを上記可動子の磁極ピッチ、ｋを０、１、２、…なる整数、ｍをモータ相数であって２以上の整数とするとき、同相の磁極歯の配列ピッチがｋ・τ、異なる相の磁極歯の配列ピッチがｋ・τ＋ｍ／τとされた構成である請求項１または請求項２に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、リニアモータの電機子構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連する従来技術としては、例えば特開２００２−１４２４３７号公報（特許文献１）や、特開２００２−０２７７３１号公報（特許文献２）や、特開２００２−０２７７２９号公報（特許文献３）や、特開２００２−１２５３６０号公報（特許文献４）に記載されたものがある。特開２００２−１４２４３７号公報には、可動子と固定子との間の磁気吸引力が相殺されるリニアモータの可動子として、該可動子の移動方向に沿い、磁性体で形成した磁気的凸部と非磁性体で形成した磁気的凹部とを交互に備え該凸部と該凹部との間で磁気抵抗差を生じるようにした構成が記載されている。特開２００２−０２７７３１号公報や特開２００２−０２７７２９号公報には、リニアモータのコイル側の全長を短くするために、コイルを巻線部に巻回すコアとして、巻線部を永久磁石の上面に形成したコアと、巻線部を永久磁石の下面に形成したコアとを隣り合わせて配設した構成が記載されている。また、特開２００２−１２５３６０号公報には、電機子の磁極歯間の隙間を通る磁束の漏れを少なくして、電機子と可動子の間に生ずる磁気吸引力を小さくするためのリニアモータとして、Ｇ字状の分割コアにおける磁極歯の対向磁極を、隣り合う磁極歯間で互いに異ならせ、該対向磁極面間に可動子を配し、分割コア上の該可動子に平面的に重なった位置に励磁用コイルを配する構成が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４２４３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−０２７７３１号公報
【特許文献３】
特開２００２−０２７７２９号公報
【特許文献４】
特開２００２−１２５３６０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、上記特開２００２−１４２４３７号公報記載の技術は、固定子（電機子）側における磁極歯間の磁束漏れを減らすための技術ではないし、特開２００２−０２７７３１号公報、特開２００２−０２７７２９号公報及び特開２００２−１２５３６０号公報に記載された技術はいずれも、分割コア上において可動子に平面的に重なる位置に励磁用コイルを配する構成であって、薄型のリニアモータは形成しにくい構成である。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、電機子側における磁極歯間の磁束漏れを減らし、かつ、薄型のリニアモータを構成可能にすること、である。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、基本的に、リニアモータとして、電機子の、対向する扁平状磁極面を有する複数の扁平状の磁極歯を、相互間に非磁性領域を隔てまたは非磁性部材を介して直線状に配列し、かつ、該複数の磁極歯の、上記扁平状磁極面とは平面的にずれた位置に、扁平状の励磁用コイルを配した構成とする。上記非磁性領域または上記非磁性部材は、上記複数の磁極歯相互間を磁気的に隔てて該相互間の磁束の漏洩を抑え、上記扁平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の第１の実施例の説明図である。図１は、本発明のリニアモータの基本構成を示す図、図２は、図１のリニアモータの分解図、図３は、図１のリニアモータの電機子の磁極歯における磁束の流れを示す図、図４は、本発明の第１の実施例のリニアモータの構成例図である。
【０００７】
図１において、４は電機子を構成する偏平状の励磁用コイル、６は、マグネットの磁極を移動方向に交互に極性を変化させて配列した構成の偏平状の可動子、１１ａ１、１１ａ２は互いに対向する扁平状の磁極歯、１１ｂ１、１１ｂ２も互いに対向する扁平状の磁極歯、１２ａ１、１２ａ２も互いに対向する扁平状の磁極歯、１２ｂ１、１２ｂ２も互いに対向する扁平状の磁極歯、５３ａ１１、５３ａ２１は、互いに対向して配され、磁極歯１１ａ１と１２ａ１との間と、磁極歯１１ａ２と１２ａ２との間を磁気的に隔てる扁平状の非磁性部材、５３ａ１２、５３ａ２２は、互いに対向して配され、磁極歯１２ａ１と１１ｂ１との間と、磁極歯１２ａ２と１１ｂ２との間を磁気的に隔てる扁平状の非磁性部材、５３ｂ１１、５３ｂ２１は、互いに対向して配され、磁極歯１１ｂ１と１２ｂ１との間と、磁極歯１１ｂ２と１２ｂ２との間を磁気的に隔てる扁平状の非磁性部材、５１ａは磁極歯１１ａ１、１１ａ２の根元側部分、５１ｂは磁極歯１１ｂ１、１１ｂ２の根元側部分、５２ａは磁極歯１２ａ１、１２ａ２の根元側部分、５２ｂは磁極歯１２ｂ１、１２ｂ２の根元側部分である。
【０００８】
扁平状の磁極歯１１ａ１、１１ａ２とその根元側部分５１ａ、扁平状の磁極歯１１ｂ１、１１ｂ２とその根元側部分５１ｂ、扁平状の磁極歯１２ａ１、１２ａ２とその根元側部分５２ａ、及び扁平状の磁極歯１２ｂ１、１２ｂ２とその根元側部分５２ｂはそれぞれ、電磁軟鉄等の磁性材で構成され、電機子のコアを形成する。磁極歯１１ａ１、１１ａ２、磁極歯１１ｂ１、１１ｂ２、磁極歯１２ａ１、１２ａ２、及び、磁極歯１２ｂ１、１２ｂ２はそれぞれ、可動子６の移動方向に沿って略一直線状に配列され、対向部に偏平状磁極面が形成され該偏平状磁極面間に可動子６が配される第１の部分▲１▼と、励磁用コイル４が配される第２の部分▲２▼とを備える。該それぞれの磁極歯において、該第１の部分▲１▼と該第２の部分▲２▼とは互いに平面的に重ならないようにずれた位置に形成される。各磁極歯の第２の部分▲２▼には、扁平状の励磁用コイル４の巻線が共通的に鎖交し、各磁極歯を、その配列方向に対し互いに異なる極性の磁極が形成されるように励磁する。
【０００９】
非磁性部材５３ａ１１、５３ａ２１、５３ａ１２、５３ａ１２、５３ｂ１１、５３ｂ２１はそれぞれ、両側の磁極歯間の磁束の漏洩を抑えるために設ける。非磁性部材５３ａ１１は主として磁極歯１１ａ１と１２ａ１との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１１ａ１と磁極歯１１ａ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１２ａ１と磁極歯１２ａ２の第１の部分▲１▼それぞれに形成される偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止し、非磁性部材５３ａ２１は主として磁極歯１１ａ２と１２ａ２との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１１ａ１と磁極歯１１ａ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１２ａ１と磁極歯１２ａ２の第１の部分▲１▼のそれぞれに形成される偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止する。非磁性部材５３ａ１２は主として磁極歯１２ａ１と１１ｂ１との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１２ａ１と磁極歯１２ａ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１１ｂ１と磁極歯１１ｂ２の第１の部分▲１▼のそれぞれに形成される偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止し、非磁性部材５３ａ２２は主として磁極歯１２ａ２と１１ｂ２との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１２ａ１と磁極歯１２ａ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１１ｂ１と磁極歯１１ｂ２の第１の部分▲１▼のそれぞれに形成される偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止する。同様に、非磁性部材５３ｂ１１は主として磁極歯１１ｂ１と１２ｂ１との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１１ｂ１と磁極歯１１ｂ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１２ｂ１と磁極歯１２ｂ２の第１の部分▲１▼それぞれの偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止し、非磁性部材５３ｂ２１は主として磁極歯１１ｂ２と１２ｂ２との間の磁束の漏洩を抑え、磁極歯１１ｂ１と磁極歯１１ｂ２の第１の部分▲１▼及び磁極歯１２ｂ１と磁極歯１２ｂ２の第１の部分▲１▼それぞれの偏平状磁極面間の磁束量を増大させるかまたは減少するのを阻止する。なお、これら非磁性部材５３ａ１１、５３ａ２１、５３ａ１２、５３ａ１２、５３ｂ１１、５３ｂ２１のうちの一部のものまたは全部のものを設けずに、それぞれの磁極歯相互間には非磁性領域としての空隙を設けるようにしてもよい。
【００１０】
図２は、図１のリニアモータの分解図である。非磁性部材５３ａ１１、５３ａ２１、５３ａ１２、５３ａ１２、５３ｂ１１、５３ｂ２１は一体状に構成したものを用いる（本図２では、図１中の非磁性部材５３ａ１２、５３ａ１２の図示を略してある）。
【００１１】
図３は、図１のリニアモータの電機子ユニットの磁極歯における磁束の流れを示す図である。
図３において、６１〜６４は、励磁用コイル４（図１）に通電される電流の方向を示し、７１〜７４は、上記通電電流によって磁極歯１１ａ１、１１ａ２に発生する磁束の流れを示す矢印、７５〜７８は、上記通電電流によって磁極歯１２ａ１、１２ａ２に発生する磁束の流れを示す矢印である。上記電流は、６１から、６２、６３、６４の方向に流れる。磁極歯１１ａ１、１１ａ２においては、磁極歯１１ａ２の第２の部分▲２▼（Ｌ部）が励磁用コイル４（図１）の巻線に鎖交して励磁され、矢印７１〜７４の方向に流れる磁束を発生する。矢印７４は、磁極歯１１ａ１、１１ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面間の磁束の流れの方向を示す。また、磁極歯１２ａ１、１２ａ２においては、磁極歯１２ａ１の第２の部分▲２▼（Ｕ部）が励磁用コイル４（図１）の巻線に鎖交して励磁され、矢印７５〜７８の方向の磁束を発生する。矢印７８は、磁極歯１２ａ１、１２ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面間の磁束の流れの方向を示す。矢印７４と矢印７８で示されるように、磁極歯１１ａ１、１１ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面間の磁束の流れの方向と、磁極歯１２ａ１、１２ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面間の磁束の流れの方向とは互いに逆方向となる。この結果、磁極歯１１ａ１、１１ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面と、磁極歯１２ａ１、１２ａ２の第１の部分▲１▼の扁平状磁極面には互いに極性の異なる磁極が発生する。
【００１２】
上記図３の構成において、磁極歯１１ａ１、１１ａ２と磁極歯１２ａ１、１２ａ２との間には非磁性部材５３ａ１１、５３ａ２１（図１）が介在するために、それぞれの磁極歯の磁気回路間の磁気抵抗が大きい。このため、それぞれの磁極歯で発生した磁束の相手側磁気回路への漏洩が阻止される。該漏洩が阻止される結果、それぞれの磁極歯の磁気回路中の磁束量が確保され、それぞれの第１の部分▲１▼の扁平状磁極面間の磁束量も、増大されるかまたは減少が阻止されて所定量が確保される。なお、図３中には図示されないが、磁極歯１２ａ１、１２ａ２と磁極歯１１ｂ１、１１ｂ２との間、磁極歯１１ｂ１、１１ｂ２と磁極歯１２ｂ１、１２ｂ２との間においても、上記と同様である。
【００１３】
図４は、本発明の第１の実施例のリニアモータの構成例図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＡＡ断面図である。本第１の実施例は、上記図１の基本構成の２個のモータユニットを可動子の移動方向に直列的に配した場合の構成例である。
【００１４】
図４において、１００、１０１はモータユニット、１１’ａ１、１１’ａ２、１２’ａ１、１２’ａ２、１１’ｂ１、１１’ｂ２、１２’ｂ１、１２’ｂ２はそれぞれ、モータユニット１０１内の電機子のコアを構成する扁平状の磁極歯、４’はモータユニット１０１内の扁平状の励磁用コイル、τＳは、モータユニット１００、１０１それぞれの電機子内で隣り合った磁極歯間のピッチ（以下、電機子磁極歯ピッチという）、τｍは、可動子６内の隣り合った磁極間のピッチ（以下、可動子磁極ピッチという）、τは、電機子磁極歯ピッチτＳまたは可動子磁極ピッチτｍに等しい磁極ピッチである。ここで、各モータユニット１００、１０１内において、電機子磁極歯ピッチτＳと可動子磁極ピッチτｍは、同じとしてもよいが、電機子により可動子６に発生する移動推力の脈動を抑えるために互いに異なった値とすることも可能である。モータユニット１００と、モータユニット１０１とは互いに同様の構成で、いずれも、非磁性部材を備えたことを含め、図１に示す基本構成を備える。該モータユニット１００、１０１相互間では、電機子の磁極歯間の間隔を、ｋを０、１、２、…なる整数、ｍをモータ相数であって２以上の整数とするとき、ｋ・τ＋τ／ｍとしてある。これにより、モータユニット１００とモータユニット１０１に同相の電流を通電した場合も、可動子６には所定の方向の推力を発生させて移動変位させることが可能となる。基本構成が同じ３個以上のモータユニットを直列的に設ける場合も同様である。可動子６は電機子のコアとの間で、支持手段２００ａ、２００ｂ、２００ｃにより、所定方向に移動可能な状態で支持されている。
【００１５】
上記第１の実施例によれば、リニアモータとして、非磁性部材により電機子側における磁極歯間の磁束漏れを減らすことでモータ効率を改善でき、かつ、扁平状の励磁用コイルを、扁平状の磁極歯に対し、可動子位置の扁平状磁極面とは平面的にずれた位置に共通的に鎖交させて設ける構成のため、薄型構成にすることができる。
【００１６】
図５は、本発明の第２の実施例のリニアモータの構成例図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＢＢ断面図である。本第２の実施例は、上記図１の基本構成のモータユニット２個を可動子の移動方向に並列的に配した場合の構成例である。
【００１７】
図５において、１００、１０２はモータユニット、１１’’ａ１、１１’’ａ２、１２’’ａ１、１２’’ａ２、１１’’ｂ１、１１’’ｂ２、１２’’ｂ１、１２’’ｂ２はそれぞれ、モータユニット１０２内の電機子のコアを構成する扁平状の磁極歯、４’’はモータユニット１０２内の扁平状の励磁用コイル、τＳは、モータユニット１００、１０１それぞれの電機子内で隣り合った磁極歯間のピッチすなわち電機子磁極歯ピッチ、τｍは、可動子６内の隣り合った磁極間のピッチすなわち可動子磁極ピッチ、τは、電機子磁極歯ピッチτＳまたは可動子磁極ピッチτｍに等しい磁極ピッチである。ここで、各モータユニット１００、１０２内において、電機子磁極歯ピッチτＳと可動子磁極ピッチτｍは、同じとしてもよいが、上記第１の実施例と同様、電機子により可動子６に発生する移動推力の脈動を抑えるために互いに異なった値とすることも可能である。さらに、本第２の実施例では、可動子磁極ピッチτｍを、モータユニット１００側の可動子部６ａと、モータユニット１０２側の可動子６ｂとの間で互いにτ／２だけずらせ、可動子６に発生する移動推力の脈動をさらに小さく抑えられるようにしている。各モータユニット１００、１０２は互いに同様の基本構成で、非磁性部材を備えたことを含め、いずれも、図１に示す構成を備えているものとする。基本構成が同じ３個以上のモータユニットを並列的に設ける場合も同様である。可動子６は電機子のコアとの間で、支持手段２００’’ａ他により、所定方向に移動可能な状態で支持されている。
【００１８】
上記第２の実施例によっても、リニアモータとして、非磁性部材により磁極歯間の磁束漏れを減らしてモータ効率を改善でき、かつ、扁平状の励磁用コイルを、扁平状磁極面とは平面的にずれた位置に磁極歯に共通的に設けることにより、薄型構成とすることができる。
【００１９】
図６は、本発明のリニアモータに用いる可動子の他の構成例を示す図である。本構成例では、可動子６’として、その移動方向に凸状部１６と平坦部１３とを交互に設け、該凸状部１６と該平坦部１３とで電機子コアに対する磁気抵抗上の差が発生するようにする。凸状部１６と平坦部１３は、例えば、電磁軟鉄等の磁性材で構成してもよいし、平坦部にマグネットを設ける構成としてもよい。
なお、本発明は、リニアモータに限らず、可動子が相対往復移動する振動型リニアアクチュエータなどにも適用可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、モータ効率の改善が可能となる。また、薄型のリニアモータを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアモータの基本構成を示す図である。
【図２】図１のリニアモータの分解図である。
【図３】図１のリニアモータの磁極歯における磁束の流れを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例としてのリニアモータの構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例としてのリニアモータの構成を示す図である。
【図６】本発明のリニアモータに用いる可動子の他の構成例を示す図である。
【符号の説明】
４、４’、４’’…励磁用コイル、  ６、６’…可動子、  １１ａ１、１１ａ２、１１ｂ１、１１ｂ２、１２ａ１、１２ａ２、１２ｂ１、１２ｂ２、１１’ａ１、１１’ａ２、１２’ａ１、１２’ａ２、１１’ｂ１、１１’ｂ２、１２’ｂ１、１２’ｂ２、１１’’ａ１、１１’’ａ２、１２’’ａ１、１２’’ａ２、１１’’ｂ１、１１’’ｂ２、１２’’ｂ１、１２’’ｂ２…磁極歯、  ５３ａ１１、５３ａ２１、５３ａ１２、５３ａ２２、５３ｂ１１、５３ｂ２１…非磁性部材、  ５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ…根元側部分、  １００、１０１、１０２…モータユニット、  ２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００’’ａ…支持手段。
【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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