(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用の永久磁石を有する固定子が固定された固定子レールと、コイルボビンに巻回された電機子コイルを有する可動子と、前記固定子レールの長手方向における前記可動子の前記固定子レールに対する円滑な移動を確保すると共に前記固定子レールの長手方向に垂直な方向における前記可動子の前記固定子レールに対する位置を規制するガイド機構とを備え、前記電機子コイルと前記永久磁石との間に作用する電磁力によって前記固定子レールの長手方向に沿って前記可動子が移動する可動コイル型リニアモータであって、前記ガイド機構は、前記電機子コイルのコイルボビンの鍔部から前記固定子レールの長手方向に垂直な方向に突出する摺動部と、前記固定子レールに設けられたガイド突起とからなり、前記ガイド突起が前記摺動部を前記固定子レールの長手方向に沿って摺動自在に保持すると共に、その摺動方向に垂直な方向における位置を規制し、前記可動子は前記固定子レールの長手方向に所定ピッチで配設された複数の電機子コイルを有し、前記複数の電機子コイルのコイルボビンのうち、所定個数に１個の割合で前記摺動部が設けられ、前記コイルボビンの鍔部から軸方向に垂
直な方向に、かつ、両側に前記摺動部が形成され、前記複数の電機子コイルを所定ピッチで保持する可動子ヨークに対する前記コイルボビンの固定角度を所定個数に１個の割合で９０度変えることにより、所定個数に１個の割合で前記コイルボビンの摺動部が前記ガイド突起に係合するように構成されていることを特徴とする可動コイル型リニアモータ。
【請求項２】
前記コイルボビンと前記摺動部が樹脂成形によって一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の可動コイル型リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動コイル型リニアモータに関し、さらに詳しくは、永久磁石を有する固定子と電機子コイルを有する可動子とを備え、カーテン等の搬送に用いられる可動コイル型リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定子側の界磁として永久磁石を用い、この界磁が発生する磁束を効率よく使用するために電機子コイルに鉄心やヨークを設けた可動コイル型リニアモータは、カーテン等の搬送用として広く使用されている。このような可動コイル型リニアモータにおいて、固定子に対する可動子の進行方向に垂直な方向での磁気的平衡を得るのは非常に困難である。
【０００３】
通常は、固定子の長手方向に対して可動子の円滑な進行を確保しながら、その進行方向に垂直な方向における可動子の固定子に対する位置を規制するガイド機構が必要になる。このガイド機構は、可動子の進行方向が鉛直方向でない場合は、可動子に掛かる重力を受け止めるためにも必要である。
【０００４】
図９は、従来の可動コイル型リニアモータの構造例を示す断面図である。アルミニウムの押出し成形等によって作られる固定子レール１の内部空間に、永久磁石４１を有するリニアモータ固定子４と電機子コイル３２を有するリニアモータ可動子３が配置されている。電機子コイル３２は樹脂製のコイルボビン３１に銅線を巻回したものであり、樹脂製のガイド部材３５に固定されている。
【０００５】
ガイド部材３５の左右両端は、固定子レール１の内面に形成されたガイド突起１ｂに係合し、固定子レール１の長手方向（紙面に垂直な方向）には摺動自在であるが、その垂直方向（上下方向及び左右方向）には動きが規制されている。このようなガイド機構により、電機子コイル３２を含むリニアモータ可動子３は、固定子レール１（に固定されたリニアモータ固定子４）の長手方向には円滑に進行できるが、その進行方向に垂直な方向におけるニアモータ固定子４に対する位置が規制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、リニアモータ可動子３のガイド部材３５は、固定子レール１のガイド突起１ｂとの円滑な摺動性能を確保するために、摩擦力の小さい樹脂材料で作られている。また、コイルボビン３１は、巻回される銅線とその内側に配置される鉄心との絶縁性能を確保するために樹脂成形品が使用される。従来は、これら２つの部材が個別の部材として作られ、管理され、組み立てられていたので、部品点数が多くなり、管理コストや組立コストを削減する観点から改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、従来の可動コイル型リニアモータの部品点数を削減してコスト低減を図ることができる合理的な構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による可動コイル型リニアモータは、界磁用の永久磁石を有する固定子が固定された固定子レールと、コイルボビンに巻回された電機子コイルを有する可動子と、前記固定子レールの長手方向における前記可動子の前記固定子レールに対する円滑な移動を確保すると共に前記固定子レールの長手方向に垂直な方向における前記可動子の前記固定子レールに対する位置を規制するガイド機構とを備え、前記電機子コイルと前記永久磁石との間に作用する電磁力によって前記固定子レールの長手方向に沿って前記可動子が移動する可動コイル型リニアモータであって、前記ガイド機構は、前記電機子コイルのコイルボビンの鍔部から前記固定子レールの長手方向に垂直な方向に突出する摺動部と、前記固定子レールに設けられたガイド突起とからなり、前記ガイド突起が前記摺動部を前記固定子レールの長手方向に沿って摺動自在に保持すると共に、その摺動方向に垂直な方向における位置を規制し、前記可動子は前記固定子レールの長手方向に所定ピッチで配設された複数の電機子コイルを有し、前記複数の電機子コイルのコイルボビンのうち、所定個数に１個の割合で前記摺動部が設けられ、前記コイルボビンの鍔部から軸方向に垂直な方向に、かつ、両側に前記摺動部が形成され、前記複数の電機子コイルを所定ピッチで保持する可動子ヨークに対する前記コイルボビンの固定角度を所定個数に１個の割合で９０度変えることにより、所定個数に１個の割合で前記コイルボビンの摺動部が前記ガイド突起に係合するように構成されている。
【０００９】
このような構成によれば、コイルボビンと摺動部材が別部材であった従来の構成に比べて部品点数及び組立工数が削減されるので、可動コイル型リニアモータのコスト低減が可能になる。また、複数の摺動部と固定子レールのガイド突起との接触面積（ひいては摺動抵抗）の増加を抑えることができる。あるいは、複数の摺動部の寸法ばらつきに起因する摺動部とガイド突起との摺動抵抗の増加を抑えることができる。さらに、２種類のコイルボビン（摺動部付きと摺動部無し）を用意する必要がなくなるので、樹脂成形の金型コストや部品の管理コストの面で有利になる。
【００１０】
好ましい実施形態において、前記コイルボビンと前記摺動部が樹脂成形によって一体に形成されている。これにより、可動コイル型リニアモータの更なるコスト低減が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は、参考形態に係るリニアモータの全体を示す断面図である。このリニアモータは、固定子レール１とその内部空間に配置されたリニアモータ可動子３、リニアモータ固定子４及び整流基板５を備えている。
【００１７】
固定子レール１は略Ｃ字形状の断面を有し、アルミの押出し成形等により形成される。その内面には、リニアモータ固定子４を保持する磁石保持突起１ａ、リニアモータ可動子３を摺動自在に案内するガイド突起１ｂ、及び整流基板５を保持する基板保持突起１ｃがそれぞれ形成されている。リニアモータ固定子４は、磁気回路を構成する永久磁石４１及び固定子ヨーク４２を有する。リニアモータ可動子３は、電機子コイル３２とその鉄心３３及び可動子ヨーク３４を有する。整流基板５は電機子コイル３２に接続されたブラシ６と電気接触し、コントローラから出力される駆動電圧を電機子コイル３２に供給する働きを有する。
【００１８】
図２は、コントローラのブロック図である。コントローラ２は整流平滑部２ａ、電圧調整部２ｂ及び正負反転部２ｃから構成されている。コントローラ２の入力側（整流平滑部２ａの入力端子）は商用電源（ＡＣ電圧）に接続され、出力側（正負反転部２ｃの出力端子）は整流基板５及びブラシを介して電機子コイル３２に接続されている。
【００１９】
整流平滑部２ａは商用電源（ＡＣ電圧）をＤＣ電圧に変換する。電圧調整部２ｂはＦＥＴのようなスイッチング素子とそのゲート制御回路とを有し、整流平滑部２ａで得られたＤＣ電圧からリニアモータへの調整された出力電圧を生成する。正負反転部２ｃはリレーにより構成されている。このような構成によりコントローラ２は、リニアモータ可動子３を所定の速度で駆動するのに必要な正負の駆動電圧を商用電源から生成し、整流基板５及びブラシを介して電機子コイル３２に駆動電圧を供給する。
【００２０】
図３は、リニアモータ可動子３の構造を示す斜視図である。リニアモータ可動子３は、電機子コイル３２とその鉄心３３及び可動子ヨーク３４を有する。電機子コイル３２は、樹脂成形品であるコイルボビン３１の周りに銅線を略円筒形に巻回したものである。鉄心３３及び可動子ヨーク３４は、電機子コイル３２が発生する磁束が通る磁気回路を形成する。これにより、界磁である永久磁石４１と電機子コイル３２との間に働く電磁力が強められる。
【００２１】
また、可動子ヨーク３４は、複数の鉄心３３を所定間隔で機械的に保持する働きも有する。鉄心３３は可動子ヨーク３４に対して例えばかしめ接合によって固定され、それぞれの鉄心３３の周囲に電機子コイル３２が一つずつ配置されている。本参考形態では隣接する電機子コイルの間隔が、リニアモータ固定子４の永久磁石４１の磁極ピッチＰ（図５参照）に対して２Ｐ／３となるように設定され、これにより三相リニアモータが構成されている。
【００２２】
それぞれの電機子コイル３２の一端側は、ブラシ台６１に固定された個別のブラシ６に電気接続されており、他端側は共通接続されている。前述のコントローラ２から出力される正負の駆動電圧は、整流基板５及びブラシ６を介して電機子コイル３２に供給される。電機子コイル３２に流れる電流と永久磁石４１が発生する磁束との間に働く電磁力によってリニアモータが動作する。すなわち、永久磁石４１が固定されたリニアモータ固定子４に対して、電機子コイル３２が固定されたリニアモータ可動子３が直線的に移動する。なお、上述の三相リニアモータの構成に限らず、二相や四相以上の多相リニアモータの構成を採用してもよい。
【００２３】
図４は、電機子コイル３２を構成するコイルボビン３１の斜視図である。コイルボビン３１は、銅線が巻回されると共に鉄心が挿入され両者を絶縁する円筒部３１ｂと、その両端部に位置して巻回された銅線を保持する一対の鍔部３１ａとを有する。また、一方の鍔部３１ａから軸方向と直角に両側に一対の摺動部３１ｃが突出している。この一対の摺動部３１ｃは、図１及び図３から分かるように、固定子レール１の内面に形成された一対のガイド突起１ｂに対して係合し、固定子レール１の長手方向に摺動自在である。
【００２４】
図５は、リニアモータ固定子４の構造を示す斜視図である。リニアモータ固定子４は、界磁である複数の永久磁石４１が細長い板状の固定子ヨーク４２の長手方向に一列に配設されてなる。図１から分かるように、固定子レール１の内面に形成された一対の磁石保持突起１ａに固定子ヨーク４２の幅方向両端部が係合するようにして、リニアモータ固定子４が固定子レール１の内部空間上部に配置されている。
【００２５】
固定子レール１の略全長にわたってリニアモータ固定子４の固定子ヨーク４２が設けられ、固定子ヨーク４２の略全長にわたって複数の永久磁石４１が一列に並んでいる。複数の永久磁石４１は、表側にＮ極とＳ極が交互に並ぶように固定子ヨーク４２に固定されている。固定子ヨーク４２と複数の永久磁石４１は、お互い作用する磁気吸引力によって固定されているが、接着剤等を併用して固定してもよい。隣り合う永久磁石４１の磁極ピッチが図６にＰで示されている。
【００２６】
永久磁石４１の表側（固定子ヨーク４２と反対側）の面（下面）は、図１に示すようにリニアモータ可動子３の鉄心３３の上面と所定のギャップを挟んで対向する。永久磁石４１と鉄心３３との間には磁気吸引力が働く。しかし、永久磁石４１を含むリニアモータ固定子４は固定子レール１の磁石保持突起１ａによって固定され、鉄心３３を含むリニアモータ可動子３はコイルボビン３１の摺動部３１ｃと固定子レール１のガイド突起１ｂとの係合によって上下方向の動きが規制されている。したがって、永久磁石４１と鉄心３３との間（リニアモータ固定子４とリニアモータ可動子３との間）のギャップは一定に保たれ、良好な推力特性を有するリニアモータが構成されている。
【００２７】
図６は、整流基板５の導電パターンを示す図である。整流基板５は、固定子レール１の略全長にわたる細長いプリント配線板５１であり、固定子レール１の基板保持突起１ｃに固定されている。整流基板５のブラシ６と接触する面には、図６に示すような長手方向に延びる一対の導電（銅箔）パターン５２，５３がエッチング等によって形成されている。
【００２８】
それぞれの銅箔パターン５２，５３には、整流基板５の高さ方向の略中央部に所定のピッチで配置されたブラシ接触部５２ａ及び５３ａが形成されている。つまり、上側の銅箔パターン５２に形成されたブラシ接触部５２ａと下側の銅箔パターン５３に形成されたブラシ接触部５３ａとが長手方向に所定のピッチＰで交互に配置されている。このピッチＰは前述の永久磁石４１の磁極ピッチＰと同じである。
【００２９】
一対の銅箔パターン５２，５３はコントローラ２から出力される正負の駆動電圧に接続されている。例えば、上側の銅箔パターン５２が正の駆動電圧に接続され、下側の銅箔パターン５３が負の駆動電圧に接続されている。互いに逆の接続でもよい。
【００３０】
前述のように、各電機子コイル３２の一端側に電気接続されたブラシ６がリニアモータ可動子３のブラシ台６１に固定されており、そのピッチ（隣接ブラシ間隔）は２Ｐ／３である。リニアモータ可動子３が固定子レール１の長手方向に移動するときに、ブラシ６は整流基板５の高さ方向の略中央部を摺接しながら移動する。したがって、リニアモータ可動子３の移動（進行）に伴って、ブラシ６は整流基板５の長手方向に配置されたブラシ接触部５２ａ及び５３ａに交互に接触する。こうして、それぞれの電機子コイル３２に正負の駆動電圧（電流）が整流基板５及びブラシ６を介して交互に供給される。
【００３１】
なお、各電機子コイル３２に正負の駆動電圧を交互に供給する方法は、整流基板５及びブラシ６を用いる方法に限らず、他の方法を用いてもよい。例えばカールコードを用いてブラシレスモータを構成する方法もある。
【００３２】
上述のように、本参考形態の構成によれば、固定子レール１のガイド突起１ｂと摺動自在に係合するリニアモータ可動子３の摺動部３１ｃがコイルボビン３１の鍔部３１ａに一体に形成されているので、コイルボビンと摺動部材が別部材であった従来の構成に比べて部品点数及び組立工数が削減され、可動コイル型リニアモータのコスト低減が可能になる。
【００３３】
図７は、別の参考形態に係るリニアモータを構成するリニアモータ可動子３の斜視図である。なお、リニアモータ固定子４及び整流基板５を含む他の部分については、上記の参考形態と同じ構成であり、図示及び説明を省略する。
【００３４】
上記の参考形態では、リニアモータ可動子３が三相１極のモータを構成しているが、負荷の形態によってはより大きな推進力（駆動力）が必要となる場合がある。その場合は、リニアモータの断面形状（図１）を大きくする必要がある。あるいは、リニアモータ可動子３の進行方向に配置された電機子コイル３２の数を増加する必要がある。
【００３５】
本参考形態は、電機子コイル３２の数を増加する場合に適した構造を提供するものであり、上記の参考形態のようにすべてのコイルボビン３１に摺動部３１ｃを設けるのではなく、複数個のコイルボビン３１に１個の割合で摺動部３１ｃを設ける。図７の例では、４個のコイルボビン３１に１個の割合で、すなわち３個置きに摺動部３１ｃが設けられ、三相３極モータが構成されている。
【００３６】
こうすることにより、複数の摺動部３１ｃと固定子レール１のガイド突起１ｂとの接触面積（ひいては摺動抵抗）の増加を抑えることができる。あるいは、複数の摺動部３１ｃの寸法ばらつきに起因する摺動部３１ｃとガイド突起１ｂとの摺動抵抗の増加を抑えることができる。
【００３７】
この参考形態では、全体の１／４の数のコイルボビン３１にガイド突起１ｂが設けられ、他のコイルボビン３１'にはガイド突起１ｂが設けられない。すなわち、２種類のコイルボビン３１及び３１'が用意される。もちろん、上記の参考形態のように、ガイド突起１ｂが形成された１種類のコイルボビン３１のみを用意し、不要なガイド突起１ｂを切除することによって他のコイルボビン３１'として使用することも可能である。
【００３８】
図８は、本発明の実施形態に係るリニアモータを構成するリニアモータ可動子３の斜視図である。この実施形態でも、リニアモータ固定子４及び整流基板５を含む他の部分については、上記の参考形態と同じ構成であり、図示及び説明を省略する。
【００３９】
上述のように、参考形態では、２種類のコイルボビン３１及び３１'が必要である。あるいは、ガイド突起１ｂが形成された１種類のコイルボビン３１から他のコイルボビン３１'を作るために不要なガイド突起１ｂを切除することが必要になる。
【００４０】
本実施形態では、ガイド突起１ｂが形成された１種類のコイルボビン３１のみを用意し、ガイド機能を持たせないコイルボビン３１については、図８に示すように可動子ヨーク３４に対するコイルボビン３１の向きを９０度回転させて固定している。こうすることにより、２種類のコイルボビンを用意する必要がなくなるので、樹脂成形の金型コストや部品の管理コストの面で有利になる。
【００４１】
なお、本実施形態では９個の電機子コイル３２を用いて三相３極モータを構成しているが、本発明はこれに限定されるわけではない。また、ガイド機能を持たせるコイルボビンと持たせないコイルボビンとの比率及び配置についても、図７及び図８に示す例に限定されるわけではない。負荷の形態等を考慮して適切に設定すればよい。
【００４２】
上述のように本実施例においては、実施例１と同様に、コイルボビンと可動子ガイド片が一体化されているため、部品点数を削減して安価にできるとともに、コイルボビンを選択的に配置することにより固定子ガイドと可動子ガイド片の接触面積を調整できるため、負荷の形態から大推力が必要となり可動子が長尺化した場合においても摺動摩擦抵抗があまり増加しない可動コイル型リニアモータが構成できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の可動コイル型リニアモータによれば、固定子レールのガイド突起と摺動自在に係合するリニアモータ可動子の摺動部がコイルボビンの鍔部に一体に形成されているので、コイルボビンと摺動部材が別部材であった従来の構成に比べて部品点数及び組立工数が削減され、可動コイル型リニアモータのコスト低減が可能になる。
【００４４】
また、複数の電機子コイルのコイルボビンのうち、所定個数に１個の割合で摺動部を設けることにより、複数の摺動部と固定子レールのガイド突起との摺動抵抗の増加を抑えて、可動子の固定子に対する円滑な移動が確保される。
【００４５】
更に、可動子ヨークに対するコイルボビンの固定角度を所定個数に１個の割合で９０度変えることにより、２種類のコイルボビンを用意することなく１種類のコイルボビンのみで、所定個数に１個の割合で摺動部がガイド突起に係合するように構成することができるので、樹脂成形の金型コストや部品の管理コストの面で有利になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考形態に係るリニアモータの全体を示す断面図である。
【図２】コントローラのブロック図である。
【図３】リニアモータ可動子の構造を示す斜視図である。
【図４】電機子コイルを構成するコイルボビンの斜視図である。
【図５】リニアモータ固定子の構造を示す斜視図である。
【図６】整流基板の導電パターンを示す図である。
【図７】参考形態に係るリニアモータを構成するリニアモータ可動子の斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係るリニアモータを構成するリニアモータ可動子の斜視図である。
【図９】従来の可動コイル型リニアモータの構造例を示す断面図である。
【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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