(57)【要約】従来技術によるリニアモータは、電機子と可動子の間に磁気吸引力が一方向に働くため、可動子の支持機構に大きな負担がかかり、構造に歪みが生じて様々な弊害を生じていた。  本発明のリニアモータでは、電機子巻線を有する固定子と永久磁石を有する可動子が相対的に移動可能な構成をするリニアモータであって、該リニアモータの固定子はリング状コアと電機子歯，電機子巻線で磁気回路を構成し、該電機子歯には空隙を介して前記可動子の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯にスリット溝を配置し、該電機子歯のスリット溝に沿って走行可能な凸部材を永久磁石面に備えたことで、磁気吸引力を相殺し、かつ永久磁石からなる部材の剛性を高くすることを実現した。
2007116508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、
前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、
該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、
１つ以上の永久磁石を保持する部材が複数組み合わさることで、前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように前記凸部材に配置されたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１のリニアモータにおいて、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は同じ形状を有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１のリニアモータにおいて、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は、前記凸部材と組み合うことを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項３のリニアモータにおいて、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は、前記凸部材に設けられた穴に差し込まれて、組み合うことを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記固定子が固定的に支持され、前記可動子が移動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記可動子が固定的に支持され、前記固定子が移動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、
前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、
該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は、前記凸部材と組み合うことを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
請求項７のリニアモータにおいて、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は、前記凸部材に設けられた穴に差し込まれて、組み合うことを特徴とするリニアモータ。
【請求項９】
請求項７のリニアモータにおいて、
前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は同じ形状を有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項１０】
進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、
前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、
該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、
該凸部材は前記１つ以上の永久磁石を保持する部材の両面に他の部材を組合わせて形成したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項１１】
請求項１０のリニアモータにおいて、
前記凸部材は永久磁石を保持する部材の両面に他の部材を組み合わせる際に、接合部材を用いて組合わせたことを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアモータに関し、特に、該リニアモータの一次側部材はリング状コアと電機子歯，電機子巻線で磁気回路を構成し、このリング状コア一部には空隙を介して永久磁石の二次側部材が往復駆動するリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータは、回転機を切り開いて直線上に展開した構造が主であり、電機子巻線を有する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子で構成されている。従って、固定子と可動子との間には大きな磁気吸引力が働き、エアギャップを一定に保つ支持機構の負担が大きく、装置全体が大型化になる。
更に、前記の従来技術によると、１つの固定子ユニットに複数の巻線が巻回されて、さらに、隣接する固定子磁極には相異なる巻線が巻回される構造になっており、装置全体の構造が複雑になっていた。
本発明の目的は、前記の欠点を解消するために、電機子巻線の配置方法を工夫しコンパクトな構造でありながら、かつ一次側部材（固定子）と二次側部材（可動子）との間に働く磁気吸引力が相殺し、磁気回路の特性を保ちながら、永久磁石を有する二次側部材の剛性を高くするリニアモータを提供することにある。
尚、従来のリニアモータに関する特許文献として国際公開特許公報ＷＯ００／６９０５１号が上げられる。
【発明の開示】
【０００３】
上記課題を達成するために本発明は、進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、１つ以上の永久磁石を保持する部材が複数組み合わさることで、前記進行方向に沿って隣り合う磁極が異極になるように前記凸部材に配置されたことを特徴とするものである。
また、上記課題を達成するために本発明は、進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、前記１つ以上の永久磁石を保持する部材は、前記凸部材と組み合うことを特徴とするものである。
また、上記課題を達成するために本発明は、進行方向に沿って配置された複数の永久磁石と、該永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成するコアを備えたリニアモータにおいて、前記コアの電機子歯にはスリット溝が形成され、該スリット溝に沿って走行可能な凸部材とを備え、該凸部材は前記１つ以上の永久磁石を保持する部材の両面に他の部材を組合わせて形成したことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成を示す。
第２図は本発明の一実施形態によるリニアモータのリング状コアを示す。
第３図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第４図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第５図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子の分解を示す。
第６図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子の組立方法を示す。
第７図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の組立（その１）を示す。
第８図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の組立（その２）を示す。
第９図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の組立（その３）を示す。
第１０図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の組立（その４）を示す。
第１１図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の分解を示す。
第１２図は本発明のリニアモータの永久磁石ユニットの一例を示す。
第１３図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子の組立（その５）を示す。
第１４図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコイル配置を示す。
第１５図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコアと可動子を示す。
第１６図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第１７図は本発明のリニアモータに適用するサーボ制御システム構成図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。また、図中において、同一符号で示す構成要素は、同一物又は相当物である。
第１図は本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成図を示す。
第１図において、電機子巻線４を有する一次側部材である固定子と永久磁石を有する二次側部材である可動子２１０が相対的に移動可能な構成をするリニアモータであり、特に言及する以外に基本的なシステム構成は国際公開特許公報ＷＯ００／６９０５１号に示されている内容と同じである。
このリニアモータの固定子はリング状コア１と電機子歯３，電機子巻線４で磁気回路を構成し、該リング状コアの一部には空隙を介して前記可動子の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３にスリット溝１０を配置し、該電機子歯３のスリット溝１０に沿って走行可能な凸部材２２０を永久磁石面に備えたことを特徴とするリニアモータである。
また、リング状コア一部には空隙を介して可動子２１０の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３が配置され、前記可動子の長手方向に沿ってガイドレール２３０を備え、前記ガイドレール２３０に合わせて支持機構２３１がリング状コア１側に配置されている。複数のリング状コア１を組立てるために、前記リング状コアの一部には貫通穴８を備えている。
可動子２１０の両脇には支持機構２３１が配置されているが、該支持機構らの形状と可動子のガイドレール（図示せず）とは混合して組み合わせても構わない。また、支持方法についても、空気静圧軸受け，油静圧軸受けなどによる非接触支持方法と平面摺動，リニアガイドレールなどで支持する方法も採用可能である。
第２図は本発明の一実施形態によるリニアモータのリング状コアの概念を示す。
第２図において、奇数番目リング状コア１ａと偶数番目リング状コア１ｂには共通の電機子巻線４が配置されている概略を示す。第２図（ｂ）において、リング状コアは二つしか示してないが、二つ以上に奇数番目リング状コアと偶数番目リング状コアが幾つ有っても１つの電機子巻線４で配置可能である。
これにより、１つの電機子巻線に電流を通すことで、隣り合うコアの磁極場の間に逆方向の磁場を形成することを実現している。
第１４図は本発明の一実施形態によるリニアモータのコイル配置を複数個にした概念を示す。
第１４図において、電機子巻線４はリング状コアの左右に分かれて配置された一例である。電機子巻線４は必ずしも各リング状コアに全体に対して、共通に巻く必要は無く可動子２１０の移動に不自由しない場所であれば何処に配置しても良い。電機子巻線は二つ示してあるが、一つだけ選択して組み合わせても良い。
第３図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第３図において、可動子２１０の中央部表裏面には凸部材２２０ａ，２２０ｂを備え、可動子２１０長手方向の両脇にガイドレール２３０を備えた構造を示したものである。
このように、二次側部材の可動子２１０の中央部の表と裏面に凸部材２２０ａ，２２０ｂを配置することで、リニアモータの長手方向に沿って二次側部材の可動子を長く形成したとしても、可動子の剛性を高めることが実現出来る。これにより、高速に可動子を駆動したとしても可動子の歪みを少なく出来る。
第４図は本発明の一実施形態によるリニアモータの可動子と従来技術によるリニアモータの可動子を比較して示す。
第４図（ａ）は可動子２１０の中央部表裏面には凸部材２２０を備えた構造である本発明のリニアモータの可動子を示し、第４図（ｂ）は可動子２１０の中央部表裏面には凸部材無しである従来技術のリニアモータの可動子を示す。本発明のリニアモータにおいては、可動子２１０の中央部表裏面に凸部材２２０を備えることで、可動子の二次断面モーメントが大きくなり剛性が強くなる効果が得られる。
第５図は本発明のリニアモータの可動子を分解した一例を示す。
永久磁石ケース２５０には永久磁石が複数個ユニット化して入る形状になっている。凸部材２２０は永久磁石ケース２５０を差し込むために板の中央部には所定間隔の穴を備えており、両脇から永久磁石ケース２５０を挟み込む形状になっているのがガイトレール２３０である。この第５図に示す実施例では、第３図に示す可動子２１０の中央部表裏面に備えた凸部材２２０ａと２２０ｂの二つの部材を一つの凸部２２０で形成出来る効果がある。
第６図は本発明のリニアモータの二次側部材である可動子を組み立てる一例を示す。
第６図において、永久磁石ケース２５０には永久磁石２１１がＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極の順番になるように所定の間隔に配置して構成され、板の中央部には所定間隔の穴を備えた凸部２２０の両側から永久磁石ケース２５０を差し込む構造になっている。
この構造によれば、共通の永久磁石ケース２５０を形成して、このケースに永久磁石２１１を入れて、凸部２２０に差し込むことで二次側部材である可動子を組み立てることが実現出来る。
第７図は本発明のリニアモータの可動子を組み立てる他の一例を示す。
第７図において、永久磁石ケース２５０の形状，凸部材２２０の形状は第６図と同じ構造であるが、永久磁石２１１を複数個同極になるように配置したことが異なり、永久磁石２１１をＮ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｓ極になるように配置した一例を示す。
これにより、同じ形状の永久磁石や凸部材を用いて、極ピッチを変えたリニアモータを製作する時に有効な製作手法となる。
第８図は本発明のリニアモータの可動子を組み立てる他の実施例を示す。
第８図においては前述の実施例と比較して永久磁石ケース２５０をよりシンプルに製作し、その代わりに永久磁石ケース両脇にあった一部分をスペーサ２４１として備えて組み立てる構成になっている。
第９図と第１０図は本発明のリニアモータの可動子を組み立てる他の一例を示す。
第９図において、永久磁石ケース２５０には永久磁石２１１がＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極の順番になるように所定の間隔に配置して構成されている。
第１０図において、永久磁石ケース２５０の形状，凸部材２２０の形状は第９図と同じ構造であるが、永久磁石２１１を複数個同極になるように配置したことが異なる。第１０図では、永久磁石２１１をＮ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｓ極になるように配置した一例を示す。
このように構成することで、同じ形状の永久磁石ケースを用いて、凸部材２２０と組み合わせることで容易に二次側部材である可動子を構成することが実現出来る。
第１１図は本発明のリニアモータの二次側部材である可動子を分解した他の一実施例を示す。
第１１図において、凸部２２０の中央部の穴に永久磁石ケース２５０を挟み込んで永久磁石ケースとの間にはスペーサ２４１を備えてガイドレール２３０で永久磁石ケースとスペーサ２４１を抑える仕組みである。各部品同士は接着剤，溶接，ボルト，ピン，リベットなどを用いて固定することも可能である。
第１２図は本発明のリニアモータの永久磁石ユニット一例を示す。
第１２図において、第１２図（ａ），（ｂ）は永久磁石ケースに永久磁石を備えたタイプであり、共通の永久磁石ケースを作成して、そこに永久磁石を組み込むことで、長い二次側部材である可動子であっても構成することが実現出来る。また、第１２図（ｃ）は一つの永久磁石ブロックを複数極になるように着磁した一例を示し、この永久磁石ブロックを採用することでより強度の強い二次側部材の可動子を構成することが実現出来る。更に、第１２図（ｄ）は永久磁石単体のみ複数個合わせてユニット化した一例を示したものであり、より、少ない部材を用いて二次側部材である可動子を形成することが実現出来る。
第１３図は本発明のリニアモータの可動子を組み立てる他の一実施例を示す。
第１３図の実施例において、永久磁石２１１を挟んだ凸部同士はボルト２４０を用いて組立している一例を示す。勿論、ボルト２４０の代わりにピン，リベット接着材，溶接などでも良い。
本発明のリニアモータの永久磁石２１１において、該永久磁石はスキューする場合、Ｎ極とＳ極間の所定の間隔を変化させることも可能であり、永久磁石の形状を四角以外の形状に形成することも可能である。
また、本発明のリニアモータに示す可動子２１０を構成する永久磁石２１１の代わりに強磁性体を用いたリニアモータも可能であり、永久磁石と強磁性体を組み合わせた構造のリニアモータも可能である。更に、永久磁石の代わりに空心コイルによる電磁石、若しくは、強磁性体にコイルを巻いた電磁石をＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極の順番になるように配置した組み合わせのリニアモータも構成することが可能である。
第１５図は本発明の他の実施形態によるリニアモータのコアと可動子を示す。
第１５図（ａ）には、リング状コア一部には空隙を介して可動子２１０の永久磁石表裏両面に対向した電機子歯３にはスリット溝１０を複数箇所（第１５図では上部３箇所，下部３箇所合計６箇所）配置した例が示されている。そして、第１５図（ｂ）には、その電機子歯の溝形状に対応した可動子２１０の表裏両面には凸部材２２０が複数個備えている例か示されている。このような構成を備えることで、二次側部材である可動子の剛性をより高めることを実現している。
第１６図は本発明の他の実施形態によるリニアモータの可動子を示す。
第１６図（ａ）は、可動子２１０の表裏両面には凸部材を複数個配置する際に、中央部から少しずらした場所の２箇所に配置したものであり、この構成においても可動子の剛性を高めることが実現出来る。
また、第１６図（ｂ）は、可動子２１０の表裏両面の片面だけに凸部材を可動子２１０の長手方向に沿って配置したものであり、この構成においても可動子の剛性を高めることが実現出来る。
第１７図は本発明のリニアモータを用いたサーボ制御システム構成図を示す。
本発明のリニアモータ２０は移動体２１と連結され、ドライバ２２，コントローラ２３，変位センサー２４などから構成され、目標指令に従って駆動するシステムである。第１７図では、変位センサー２４を用いたクロースループ制御システム構成を示しているが、用途によっては変位センサー無しのオープンループ制御も可能である。また、電流センサー，磁極検出センサーなど（図示せず）を用いて高精度，高性能のサーボ制御システム構成が可能である。
第１７図において、変位センサー２４は従来のリニアモータと同じく、可動子２１０の長手方向に沿ってエンコーダスケール（図示せず）が配置されると共に、該エンコーダスケールに対向する場所には、エンコーダ検出器（図示せず）を設け、直線駆動装置として用いることが実現出来る。
尚、上記に示す本発明のリニアモータにおいて、リング状コア、または電機子歯などに配置される電機子巻線の一例について述べたが、お互いに混合して組み合わせた配置でも構わない。
また、前述した本発明のリニアモータの実施形態においては、可動子が永久磁石側で、固定子が電機子巻線側とした説明を行ったが、これとは逆に、電機子巻線側が可動子として、永久磁石側を固定子として用いることも可能である。
更に、上記に述べた組み合わせの実施形態以外でも、一部だけを採用する組み合わせによるものでも良い。各図で示すリニアモータの各々の構成要素は各図の実施例に関係なく、跨って組み合わせにしても良いし、それらの組み合わせでモールドすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
以上説明したように、本発明によれば、電機子巻線の配置方法を工夫しコンパクトな構造でありながら、かつ固定子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるようなリニアモータを提供出来る。更に、永久磁石からなる部材の剛性を高くしたリニアモータを提供することが実現できる。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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2007116508.tif 000021