(57)【要約】【課題】磁束の漏洩が抑制されるリニアモータを提供する。【解決手段】リニアモータ１は、磁化方向を可動方向（ｘ方向）に直交する方向（ｚ方向）に向けた第１メインマグネット２５Ａと、軸方向の長さが第１メインマグネット２５Ａのｘ方向の長さよりも小さく、軸方向をｘ方向に向けるとともに外周面を第１メインマグネット２５Ａに向けた第１コイル１９Ａと、第１メインマグネット２５Ａの第１コイル１９Ａとは反対側を覆う外ヨーク７と、第１メインマグネット２５Ａのｘ方向の一端に隣接し、第１メインマグネット２５Ａが第１コイル１９Ａに向けている磁極と同一の磁極を第１メインマグネット２５Ａに向けている漏洩防止マグネット３１と、漏洩防止マグネット３１の第１コイル１９Ａとは反対側及び第１メインマグネット２５Ａとは反対側を覆う漏洩防止ヨーク１２とを有する。【選択図】図１
2012244678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向を可動方向に直交する方向に向けた第１メインマグネットと、
軸方向の長さが前記第１メインマグネットの前記可動方向の長さよりも小さく、前記軸方向を前記可動方向に向けるとともに外周面を前記第１メインマグネットに向けた第１コイルと、
前記第１メインマグネットの前記第１コイルとは反対側を覆う外ヨークと、
前記第１メインマグネットの前記可動方向の一端に隣接し、前記第１メインマグネットが前記第１コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第１メインマグネットに向けている漏洩防止マグネットと、
前記漏洩防止マグネットの前記第１コイルとは反対側及び前記第１メインマグネットとは反対側を覆う漏洩防止ヨークと、
を有するリニアモータ。
【請求項２】
前記第１メインマグネットの前記漏洩防止マグネットとは反対側に隣接し、前記第１メインマグネットが前記第１コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第１メインマグネットに向けている第１補助マグネットを更に有し、
前記漏洩防止マグネットは、前記可動方向の長さが前記第１補助マグネットの前記可動方向の長さよりも小さい
請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記第１補助マグネットの前記第１メインマグネットとは反対側に隣接し、磁極の向きが前記第１メインマグネットとは逆向きとされた第２メインマグネットと、
軸方向の長さが前記第２メインマグネットの前記可動方向の長さよりも小さく、前記第１コイルと同軸に配置されるとともに外周面を前記第２メインマグネットに向けた第２コイルと、
前記第２メインマグネットの前記第１補助マグネットとは反対側に隣接し、前記第２メインマグネットが前記第２コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第２メインマグネットに向けている第２補助マグネットと、
を更に有し、
前記外ヨークは、前記第１補助マグネット、前記第２メインマグネット及び前記第２補助マグネットの前記第１コイル及び前記第２コイルとは反対側も覆い、
前記第２補助マグネットの前記第２メインマグネットとは反対側を覆うとともに、前記可動方向に見て前記第２コイルと重なる位置まで延びる端ヨークが設けられている
請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記可動方向及び前記第２メインマグネットの磁化方向に直交する方向において前記第２メインマグネットが前記第２コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第２コイルの外周面に向けたサブマグネットと、
前記サブマグネットの前記第２コイルとは反対側を覆うとともに、前記端ヨークに連続するサブヨークと、
前記第２コイルに挿通されるとともに前記端ヨークに連続するセンターヨークと、
を更に有する請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記可動方向及び前記第１メインマグネットの磁化方向に直交する方向において前記第１コイルの外周面に対向するマグネット及びヨークは設けられていない
請求項４に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイスコイルモータ等のリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイスコイルモータ等のリニアモータは広く知られている。なお、特許文献１では、コイルに鎖交する磁束を発生するメインマグネットに隣接して、メインマグネットの磁化方向と直交する方向を磁化方向とする補助マグネットを設けることにより、ヨークを不要としたリニアモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、リニアモータを含む装置の小型化が図られている。その結果、リニアモータと、リニアモータによって駆動される磁性体の被駆動部材とが近接する。そして、リニアモータから漏洩する磁束によって被駆動部材がリニアモータに吸引される。このような吸引は、高速制御性能や一定推力性能の低下を招く。そこで、リニアモータからの磁束の漏洩が抑制されることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係るリニアモータは、磁化方向を可動方向に直交する方向に向けた第１メインマグネットと、軸方向の長さが前記第１メインマグネットの前記可動方向の長さよりも小さく、前記軸方向を前記可動方向に向けるとともに外周面を前記第１メインマグネットに向けた第１コイルと、前記第１メインマグネットの前記第１コイルとは反対側を覆う外ヨークと、前記第１メインマグネットの前記可動方向の一端に隣接し、前記第１メインマグネットが前記第１コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第１メインマグネットに向けている漏洩防止マグネットと、前記漏洩防止マグネットの前記第１コイルとは反対側及び前記第１メインマグネットとは反対側を覆う漏洩防止ヨークと、を有する。
【０００６】
好適には、前記リニアモータは、前記第１メインマグネットの前記漏洩防止マグネットとは反対側に隣接し、前記第１メインマグネットが前記第１コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第１メインマグネットに向けている第１補助マグネットを更に有し、前記漏洩防止マグネットは、前記可動方向の長さが前記第１補助マグネットの前記可動方向の長さよりも小さい。
【０００７】
好適には、前記リニアモータは、前記第１補助マグネットの前記第１メインマグネットとは反対側に隣接し、磁極の向きが前記第１メインマグネットとは逆向きとされた第２メインマグネットと、軸方向の長さが前記第２メインマグネットの前記可動方向の長さよりも小さく、前記第１コイルと同軸に配置されるとともに外周面を前記第２メインマグネットに向けた第２コイルと、前記第２メインマグネットの前記第１補助マグネットとは反対側に隣接し、前記第２メインマグネットが前記第２コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第２メインマグネットに向けている第２補助マグネットと、を更に有し、前記外ヨークは、前記第１補助マグネット、前記第２メインマグネット及び前記第２補助マグネットの前記第１コイル及び前記第２コイルとは反対側も覆い、前記第２補助マグネットの前記第２メインマグネットとは反対側を覆うとともに、前記可動方向に見て前記第２コイルと重なる位置まで延びる端ヨークが設けられている。
【０００８】
好適には、前記リニアモータは、前記可動方向及び前記第２メインマグネットの磁化方向に直交する方向において前記第２メインマグネットが前記第２コイルに向けている磁極と同一の磁極を前記第２コイルの外周面に向けたサブマグネットと、前記サブマグネットの前記第２コイルとは反対側を覆うとともに、前記端ヨークに連続するサブヨークと、前記第２コイルに挿通されるとともに前記端ヨークに連続するセンターヨークと、を更に有する。
【０００９】
好適には、前記可動方向及び前記第１メインマグネットの磁化方向に直交する方向において前記第１コイルの外周面に対向するマグネット及びヨークは設けられていない。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によれば、リニアモータからの磁束の漏洩が抑制される。その結果、例えば、リニアモータによる磁性体の吸引が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るリニアモータの外観を示す斜視図。
【図２】図１のリニアモータの他の向きからの外観を示す斜視図。
【図３】図１のリニアモータの可動子の外観を示す斜視図。
【図４】図１のリニアモータを可動方向において見た図。
【図５】図１のリニアモータを可動方向の側方から見た図。
【図６】図１のリニアモータの作用を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、同一若しくは同様の構成については、同一の符号を付すことがある。また、この場合において、「コイル１９」を「第１コイル１９Ａ」「第２コイル１９Ｂ」とするなど、名称の頭に数字を付すとともに、符号に大文字のアルファベットを付し、同一若しくは同様の構成を区別することがある。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態に係るリニアモータ１の外観を示す斜視図である。また、図２は、リニアモータ１を図１の紙面奥手側から見た斜視図である。
【００１４】
リニアモータ１は、ｘ方向に駆動力を発揮するリニアモータである。すなわち、リニアモータ１は、固定子３と、固定子３に対してｘ方向へ移動可能な可動子５とを有している。なお、図１においては、可動子５は、一部のみが示されている。
【００１５】
リニアモータ１は、いわゆる可動コイル型のリニアモータとして構成されている。すなわち、固定子３は、マグネット（２５、２７、２９及び３１）と、ヨーク（７、９、１１、１２及び１３）とを有し、可動子５は、コイル１９を有している。
【００１６】
ヨークは、マグネットの磁気経路を構成するだけでなく、マグネットを保持する部材を兼ねており、リニアモータ１の概ね直方体状の外形（箱体）を構成している。具体的には、固定子３は、直方体状のｚ方向の面を構成する一対の外ヨーク７と、ｙ方向の面を構成する一対のサブヨーク９と、ｘ方向の面を構成する端ヨーク１１（図２）と、外ヨーク７のｘ方向の端部に設けられた漏洩防止ヨーク１２とを有している。また、固定子３は、これらの外形を構成するヨークの中央においてｘ方向に延びるように配置されたセンターヨーク部１３を有している。
【００１７】
一対の外ヨーク７は、それぞれ概ね矩形の平板状に形成されており、可動子５を挟んでｚ方向において互いに対向している。一対のサブヨーク９は、それぞれ概ね矩形の平板状に形成されており、可動子５を挟んでｙ方向において互いに対向している。サブヨーク９は、ｘ方向の長さが外ヨーク７の概ね半分程度とされており、一対の外ヨーク７により形成されたｙ方向の隙間の半分程度を塞いでいる。端ヨーク１１は、概ね矩形の平板状に形成されており、一対の外ヨーク７及び一対のサブヨーク９により形成されたｘ方向の正側に形成された開口を塞いでいる。
【００１８】
漏洩防止ヨーク１２は、外ヨーク７のｘ方向に直交する断面形状と同一の断面形状の外側部１２ａと、外側部１２ａからコイル１９側へ突出する端面部１２ｂとを有している。端面部１２ｂは、外側部１２ａよりもｘ方向の厚みが薄く形成されるとともに、外側部１２ａよりもｙ方向の幅が小さく形成されている。
【００１９】
センターヨーク部１３は、その本体たるセンターヨーク１５（図１）と、センターヨーク１５を囲む管状部材１７とを有している。
【００２０】
センターヨーク１５は、鉄等の磁性体により形成され、例えば、断面矩形状に形成されている。センターヨーク１５は、ｘ方向において一対の外ヨーク７と概ね同等の長さを有している。
【００２１】
管状部材１７は、センターヨーク１５の外形と相似形の筒状（本実施形態では断面矩形の筒状）に形成され、センターヨーク１５の概ね全体を覆っている。管状部材１７は、非磁性且つ導電性を有する材料により形成されている。このような材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレスが挙げられる。管状部材１７は、１対のコイル１９の相互インダクタンスの抑制に寄与する。
【００２２】
外形を構成するヨーク（７、９、１１及び１２）は、例えば、鉄等の磁性体により形成されている。上述したヨーク（７、９、１１、１２及び１３）は、ねじや接着剤等、適宜な方法により互いに固定されてよい。また、一部のヨークは互いに一体的に形成されていてもよいし、一のヨークが複数の部材から構成されていてもよい。例えば、外側部１２ａが外ヨーク７と一体的に形成されるとともに端面部１２ｂが外側部１２ａとは別部材により形成されてもよい。
【００２３】
図３は、可動子５の外観を示す斜視図である。
【００２４】
可動子５は、２つのコイル１９と、２つのコイル１９を保持する保持部材２１と、保持部材２１に固定された連結部材２３とを有している。なお、図１及び図２では、保持部材２１及び連結部材２３の図示を省略した。
【００２５】
コイル１９は、特に図示しないが、例えば、線材が整列巻きされることにより構成されている。線材は、丸線でも平角線でもよい。なお、占積率を向上させる観点からは、線材は、平角線が好ましい。また、線材は、銅等の適宜な導電材料により形成されてよい。なお、可動子５の軽量化（高速化）を図る観点からは、線材はアルミニウムにより形成されていることが好ましい。
【００２６】
コイル１９は、例えば、軸方向（開口方向）に見て矩形状に形成されている。２つのコイル１９は、例えば、互いに同一の構成であり、互いに同軸的に配置され、保持部材２１により保持されている。なお、２つのコイル１９は、互いに接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。
【００２７】
保持部材２１は、樹脂等の絶縁材料により形成されてもよいし、金属等の導電材料により形成されてもよい。絶縁材料により形成される場合には、渦電流の発生を抑制でき、導電材料（金属）により形成される場合には、強度を確保しつつ保持部材２１の小型化を図ることができる。なお、保持部材２１は、金属により形成された場合には、渦電流の発生を抑制するために、複数の孔部が形成されてもよい。コイル１９と保持部材２１とは例えば接着剤により互いに固定されている。
【００２８】
連結部材２３は、リニアモータ１の駆動対象に連結される部材であり、図３では模式的に直方体状に図示している。連結部材２３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂等の樹脂により形成されている。連結部材２３は、ねじ、接着剤、埋設等の適宜な方法により保持部材２１に固定されている。
【００２９】
なお、図１及び図２に示した固定子３において、サブヨーク９及び端ヨーク１１がｘ方向の負側にのみ設けられ、ｘ方向の正側が開放されているのは、連結部材２３が移動可能な空間を確保するためである。
【００３０】
図４は、リニアモータ１をｘ方向に見た図であり、図５は、リニアモータをｙ方向に見た図である。なお、図４及び図５においても、可動子５は、一部が省略されて図示されている。
【００３１】
固定子３は、メインマグネット２５（図１、図２及び図５）と、サブマグネット２７（図１及び図４）と、補助マグネット２９（図１及び図５）と、漏洩防止マグネット３１（図１、図２及び図５）とを有している。
【００３２】
メインマグネット２５としては、具体的には、ｚ方向において対向する一対の第１メインマグネット２５Ａと、ｚ方向において対向し、一対の第１メインマグネット２５Ａに対してｘ方向の負側に配置された一対の第２メインマグネット２５Ｂとが設けられている。
【００３３】
第１メインマグネット２５Ａ及び第２メインマグネット２５Ｂは、例えば、互いに同一の構成である。メインマグネット２５は、例えば、矩形の平板状に形成され、厚さ方向を磁化方向として形成されている。また、メインマグネット２５は、ｚ方向において磁極をコイル１９の外周面に向けるようにして外ヨーク７の内側面に設けられている。また、メインマグネット２５は、コイル１９よりもｘ方向の長さが大きく形成されている。
【００３４】
従って、メインマグネット２５から出た磁束は、コイル１９のｙ方向に延びる部分に対してｚ方向に鎖交する。従って、コイル１９に電流が流されると、フレミングの左手の法則に従ってコイル１９にはｘ方向の力が付与される。
【００３５】
なお、可動子５の有効ストロークは、例えば、図５に示すように、メインマグネット２５のｘ方向の長さＬ１からコイル１９のｘ方向の長さＬ２を差し引いた長さ（Ｌ３＋Ｌ４）により定義される。第１コイル１９Ａ及び第２コイル１９Ｂの間隔は、第１コイル１９Ａの第１メインマグネット２５Ａに対する相対位置と、第２コイル１９Ｂの第２メインマグネット２５Ｂに対する相対位置が同一になるように設定されている。
【００３６】
第１メインマグネット２５Ａ及び第２メインマグネット２５Ｂは、第１コイル１９Ａ及び第２コイル１９Ｂに対する磁極の向きが互いに逆向きとされている。従って、第１メインマグネット２５Ａ及び第２メインマグネット２５Ｂ間において、内側の磁極同士を結ぶ磁気経路がセンターヨーク部１３により構成され、外側の磁極同士を結ぶ磁気経路が外ヨーク７により構成される。その結果、磁束が効率的にコイル１９に鎖交する。
【００３７】
また、一対のコイル１９は、電流の向きが互いに逆回りとなるように電流が供給される。これにより、一対のコイル１９に電流が供給されることにより生じる磁束は互いに打ち消され、鉄損が抑制される。
【００３８】
サブマグネット２７は、例えば、矩形の平板状に形成され、厚さ方向を磁化方向として形成されている。また、サブマグネット２７は、第２メインマグネット２５Ｂが第２コイル１９Ｂに向けている磁極と同一の磁極（本実施形態ではＮ極）をｙ方向において第２コイル１９Ｂの外周面に向けるようにしてサブヨーク９の内側面に設けられている。また、サブマグネット２７は、ｘ方向において第２メインマグネット２５Ｂと同等の長さを有している。
【００３９】
従って、サブマグネット２７から出た磁束は、第２コイル１９Ｂのｚ方向に延びる部分に対してｙ方向に鎖交する。従って、第２コイル１９Ｂに電流が流されると、フレミングの左手の法則に従って第２コイル１９Ｂにはｘ方向の力が付与される。
【００４０】
サブマグネット２７の２つの磁極（Ｎ極及びＳ極）に対向するセンターヨーク部１３及びサブヨーク９は端ヨーク１１により連結されている。従って、センターヨーク部１３、端ヨーク１１及びサブヨーク９により、サブマグネット２７のＮ極から出た磁束がサブマグネット２７のＳ極へ入る磁気経路が構成される。その結果、磁束が効率的にコイル１９に鎖交する。
【００４１】
補助マグネット２９としては、具体的には、第１メインマグネット２５Ａと第２メインマグネット２５Ｂとの間に配置され、これらメインマグネット２５に隣接する一対の第１補助マグネット２９Ａと、第２メインマグネット２５Ｂの第１補助マグネット２９Ａとは反対側に隣接する一対の第２補助マグネット２９Ｂとが設けられている。
【００４２】
第１補助マグネット２９Ａ及び第２補助マグネット２９Ｂは、例えば、互いに同一の構成である。補助マグネット２９は、例えば、細長い直方体状に形成され、長手方向に直交する幅方向を磁化方向として形成されている。また、補助マグネット２９は、隣接するメインマグネット２５がコイル１９に向けている磁極と同一の磁極をその隣接するメインマグネット２５に向けるようにして外ヨーク７の内側面に設けられている。すなわち、本実施形態では、第１補助マグネット２９Ａは、Ｓ極を第１メインマグネット２５Ａに向けるとともにＮ極を第２メインマグネット２５Ｂに向け、第２補助マグネット２９ＢはＮ極を第２メインマグネット２５Ｂに向けている。
【００４３】
従って、第１補助マグネット２９Ａにより、第２メインマグネット２５ＢのＮ極から出た磁束がセンターヨーク部１３を通過せずに第１メインマグネット２５ＡのＳ極へ流れてしまうことが抑制され、効率的に磁束をコイル１９に鎖交させることができる。
【００４４】
また、第２補助マグネット２９Ｂにより、第２メインマグネット２５ＢのＮ極から出た磁束がセンターヨーク部１３を通過せずに第２メインマグネット２５ＢのＳ極へ流れてしまうことが抑制され、効率的に磁束をコイル１９に鎖交させることができる。
【００４５】
漏洩防止マグネット３１は、例えば、細長い平板状に形成され、厚み方向を磁化方向として形成されている。また、漏洩防止マグネット３１は、漏洩防止ヨーク１２の外側部１２ａの内側（コイル１９側）且つ端面部１２ｂと第１メインマグネット２５Ａとの間に設けられている。換言すれば、漏洩防止マグネット３１は、第１コイル１９Ａとは反対側及び第１メインマグネット２５Ａとは反対側が漏洩防止ヨーク１２により覆われている。また、漏洩防止マグネット３１は、第１メインマグネット２５Ａがコイル１９に向けている磁極と同一の磁極（本実施形態ではＳ極）を第１メインマグネット２５Ａに向けている。
【００４６】
従って、第１メインマグネット２５ＡのＳ極に向かう磁束がリニアモータ１の開放端側（ｘ方向の負側）に漏れることが抑制される。また、漏洩防止マグネット３１のＮ極から出る磁束の開放端側への漏れは、磁束が漏洩防止ヨーク１２に流れることにより抑制される。
【００４７】
なお、漏洩防止マグネット３１は、磁束の漏洩を主たる目的とするものであることから、磁束を効率的にコイル１９に鎖交させるための補助マグネット２９に比較して、大きさ（ひいては磁界の強さ）が小さくてもよい。また、漏洩防止マグネット３１を小さくすることにより、漏洩防止マグネット３１からの磁束の漏洩を防止する漏洩防止ヨーク１２を小さくすることができ、小型化が相乗的に図られる。漏洩防止マグネット３１は、例えば、補助マグネット２９に対してｘ方向の大きさが半分以下とされている。
【００４８】
図６は、リニアモータ１の作用を説明する図である。
【００４９】
図６において、横軸はｘ方向の位置を示し、縦軸はコイル１９の位置における磁界の強さを示している。実線Ｌｎ１は、リニアモータ１の磁界の強さを示し、実線Ｌｎ０は、比較例の磁界の強さを示している。比較例としては、リニアモータ１から補助マグネット２９、漏洩防止マグネット３１及び漏洩防止ヨーク１２を無くしたものを想定した。
【００５０】
実線Ｌｎ０及び実線Ｌｎ１において、正方向及び負方向に高くなっている領域Ｒ１及びＲ２は、それぞれメインマグネット２５の磁界に対応している。リニアモータ１は、比較例に比較して、領域Ｒ１及びＲ２における、磁界の強さが一定となるｘ方向の長さが長くなっている。すなわち、推力が一定に維持されるストロークが長くなっている。また、リニアモータ１は、領域Ｒ１の正方向の負側において、磁界の強さが速やかに低下しており、磁束の漏洩が抑制されている。
【００５１】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【００５２】
マグネット及びコイルは、いずれが可動子又は固定子であってもよい。また、双方がリニアモータが設けられる機器の筐体等に対して移動してもよい。
【００５３】
第２メインマグネット（２５Ｂ）及び第２コイル（１９Ｂ）は設けられなくてもよい。換言すれば、メインマグネットは、可動方向において一対設けられなくてもよい。例えば、リニアモータ１は、第１メインマグネットのＮ極からＳ極へ磁束が流れるように、ヨーク等が構成されてもよい（実施形態のサブマグネット２７参照）。また、サブマグネット及び補助マグネットも本発明の必須要件ではない。
【００５４】
マグネットやコイルの形状は適宜に設定されてよい。例えば、コイルは円形であってもよいし、マグネットはコイルの外周面を囲む環状に形成されていてもよいし、この場合において円形に形成されていてもよい。また、メインマグネット等のマグネットは、複数のマグネットから構成されてもよいし、逆に、メインマグネット及びサブマグネットが一体的に形成されるなどしてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１…リニアモータ、７…外ヨーク、１２…漏洩防止ヨーク、１９Ａ…第１コイル、２９Ａ…第１メインマグネット、３１…漏洩防止マグネット。
【図１】
2012244678.tif 000003
【図２】
2012244678.tif 000004
【図３】
2012244678.tif 000005
【図４】
2012244678.tif 000006
【図５】
2012244678.tif 000007
【図６】
2012244678.tif 000008