(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体の可動子ヨークの片面に永久磁石を複数個配置して摺動可能に支持された可動子と、磁性体の固定子ヨークの片面に前記可動子に対向してコイルを複数個配置した電機子とを備えた可動磁石形リニアモータにおいて、前記可動子ヨークとエアギャップを介して磁性体の天蓋を設けるとともに、前記永久磁石の磁束の一部を前記天蓋に通すことを特徴とする可動磁石形リニアモータ。
【請求項２】
前記コイルの中心に磁性体の磁極片を設け、該磁極片が前記固定子ヨークと一体或いは別体とすることを特徴とする請求項１記載の可動磁石形リニアモータ。
【請求項３】
非磁性体の保持枠の内部に前記永久磁石を挿着し、表面に前記可動子ヨークを固着し、前記保持枠ごと摺動可能に支持することを特徴とする請求項１記載の可動磁石形リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子に巻回したコイルを励磁することにより、永久磁石を有する可動子がガイドに沿って直線往復運動する可動磁石形リニアモータに関し、特に可動子運動速度の向上やガイドの長寿命化、小形化を図ることが容易な可動磁石形リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可動磁石形リニアモータは例えば図５に示すような構成のものが用いられている。図５のうち、（ａ）は一部を切り欠いた平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は正面図であり、可動子３は、磁性体の可動子ヨーク３２に、その移動方向に４個の永久磁石３１ａ〜３１ｄを等間隔に固着したものと、この周囲に設けた支持部材３３とで構成している。この支持部材３３は磁性体であっても非磁性体であってもよい。固定子４は、可動子３の移動方向に４個の空心のコイル４１ａ〜４１ｄを電気角３００゜相当の間隔で磁性体の固定子ヨーク４３に配置したものと、コイル４１ａ〜４１ｄの反対側から可動子３を覆う天蓋４４とで構成されている。この天蓋４４は磁性体であっても非磁性体であってもよい。各コイル４１ａ〜４１ｄは一端を共通に、他端を相端子に各々接続され、可動子３との相対位置に対応する電流を各相に流すことによって可動子３を駆動する。また、可動子３は固定子ヨーク４３上のリニアガイド４２に取り付けられており、直線的に移動自由に支持されている。この例において、コイル４１ａ〜４１ｄを省略して描いた無通電状態の磁気回路は、図６に示すように可動子ヨーク３２と永久磁石３１ａ〜３１ｄ、固定子ヨーク４３、コイル４１ａ〜４１ｄを配置する永久磁石３１ａ〜３１ｄと固定子ヨーク４３の間のエアギャップで構成され、永久磁石３１ａ〜３１ｄにより発生する磁束６は図６のように流れる。従って、磁気飽和に伴なう磁束６の減少によりモータ推力の低下を来たさないよう、モータの可動子ヨーク３２と固定子ヨーク４３の厚さを十分に取っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図６のような従来技術では、永久磁石３１ａ〜３１ｄと固定子ヨーク４３との間に働く磁気的吸引力が強大であるため、この力を直接支持するリニアガイド４２に大きな負担を掛けることになり、リニアガイド４２の寿命を縮めてしまう。また、この吸引力によって可動子３がたわむことを防止するために、磁気飽和のみならず、機械的強度の面からも可動子ヨーク３２の厚みを十分に取る必要があり、そのために可動子重量が増加し、可動子３の運動性能が低下してしまうという問題があった。
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、可動子運動速度の向上やガイドの長寿命化、小形化を図ることが容易な可動磁石形リニアモータの供給を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、磁性体の可動子ヨークの片面に永久磁石を複数個配置して摺動可能に支持された可動子と、磁性体の固定子ヨークの片面に前記可動子に対向してコイルを複数個配置した電機子とを備えた可動磁石形リニアモータにおいて、前記可動子ヨークとエアギャップを介して磁性体の天蓋を設けるとともに、前記永久磁石の磁束の一部を前記天蓋に通すことを特徴としたのである。
また、前記コイルの中心に磁性体の磁極片を設け、該磁極片が前記固定子ヨークと一体或いは別体とすることを特徴とし、あるいは、非磁性体の保持枠の内部に前記永久磁石を挿着し、表面に前記可動子ヨークを固着して前記保持枠ごと摺動可能に支持することを特徴としたのである。
上記手段によれば、可動子ヨークの磁気飽和により漏れ出た永久磁石の磁束が天蓋に流れ、両者間に磁気的吸引力が発生する。固定子から見ると、この可動子ヨークからの漏れ磁束による吸引力と、可動子と固定子ヨーク間の磁気的吸引力とが逆向きとなり、可動子を固定子ヨーク側から支持するリニアガイドに掛かる吸引力が減少するので、ガイドの長寿命化や小形化が可能となる。また、可動子の機械的剛性を軽減できるため、可動子の軽量化を図ることが可能となり、可動子の運動速度の向上が容易となる。なお、この作用は、リニアガイドを天蓋側に配置した場合にも同様に働く。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施例の三面図であり、（ａ）は一部を切り欠いた平面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は正面図である。図において、可動子１は磁性体の可動子ヨーク１２に４個の永久磁石１１ａ〜１１ｄを移動方向に等間隔に配置したものと、この周囲に設けた支持部材１３とで構成している。この支持部材１３は磁性体であっても非磁性体であっても良い。可動子ヨーク１２は、永久磁石１１ａ〜１１ｄの磁界により磁気的に飽和するような厚さを有している。固定子２は、可動子１の移動方向に４個の空心のコイル２１ａ〜２１ｄを電気角３００゜相当の間隔で磁性体の固定子ヨーク２３に配置したものと、コイル２１ａ〜２１ｄの反対側から可動子１を覆う、磁性体の天蓋２４とで構成される。各コイル２１ａ〜２１ｄは一端を共通に、他端を相端子に各々接続されており、可動子１との相対位置に対応する電流を各相に流すことによって可動子１を駆動する。また，可動子１は固定子ヨーク２３上のリニアガイド２２に取り付けており、直線的に移動可能に支持されている。
この例において、コイル２１ａ〜２１ｄを省略して描いた無通電状態の磁気回路は、図２に示すように、天蓋２４と可動子ヨーク１２、永久磁石１１ａ〜１１ｄ、固定子ヨーク２３、天蓋２４と可動子ヨーク１２間のエアギャップ、コイル２１ａ〜２１ｄを配置した永久磁石１１ａ〜１１ｄと固定子ヨーク２３間のエアギャップとで構成され、永久磁石１１ａ〜１１ｄにより発生する磁束５は図２のように流れる。この時、可動子１と可動子ヨーク２３との間に磁気的吸引力が働くとともに、可動子１と天蓋２４との間にも磁気的吸引力が働く。これらの力は、固定子２から見ると各々逆向きとなり、可動子１を固定子ヨーク側２３から支持するリニアガイド２２に掛かる吸引力が軽減される。従って、ガイド２２の長寿命化や小形化を図ることが可能となる。また、先の吸引力による可動子１のたわみも軽減されるため、それに応じて可動子１の機械的剛性を落として可動子１を軽量化することができ、可動子の運動性能の向上、特に往復時間や加減速時間の短縮が容易となる。
図３は、本発明の第２実施例の固定子の斜視図であり、一つのコイル部分を抜き出したものである。同図に示すように、本発明のリニアモータの固定子２は、コイル２１の中心に磁性体の磁極片２５を設けて有心コイルとしてもよい。この場合、磁極片２５は固定子ヨーク２３と別々に製作・加工し、後で組み合わせてもよいし、一体に製作してもよい。リニアガイド２２に掛かる吸引力の点で制限を受けるような従来のリニアモータの場合、磁極片２５の採用は吸引力増大を招くため敬遠されていたが、本発明ではリニアガイド２２に掛かる吸引力が軽減されるため、このような構成としても問題となることはない。
図４は、本発明の第３実施例の可動子の斜視図であり、一部を切り欠いたものを示している。この実施例では、略板状非磁性体に等間隔で抜き穴を設けた保持枠１４内に永久磁石１１ａ〜１１ｄを組み込み、その片面に磁性体の可動子ヨーク１２を配置して可動子１を構成している。このようにすると、永久磁石１１ａ〜１１ｄの位置決めが容易となるばかりでなく，可動子ヨーク１２に加えて保持枠１４が可動子１の強度メンバとなり可動子ヨーク１２を極力薄くすることができるため、保持枠１４をアルミ等の軽量材製とすることで可動子１の更なる軽量化を図ることができる。また、図４では省略しているが、図１に記載しているように、保持枠１４を支持部材１３と一体とすることで、部品点数の削減や組み立て作業の簡素化を同時に図ることができる。
なお、上記実施例は、長方形状を有する４つの永久磁石と４つの集中巻コイルを組み合わせ、可動子を支持するリニアガイドを固定子ヨークに配置した場合について述べたものであるが、何れについても本発明をこれらの形状、構成に限定するものではない。即ち、永久磁石やコイルの数量に拘ることなく、略菱形状を有する永久磁石を用いたり、重ね巻コイルを用いたり、またガイドを固定子の天蓋側に配置してもよい。本発明の趣旨に沿って、任意に構成することができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、可動子ヨークの厚みを薄くして積極的に磁気飽和させ、可動子ヨークから漏れ出た永久磁石の磁束を天蓋に流すため、ここで発生する磁気的吸引力が、可動子と固定子ヨーク間の磁気的吸引力と逆向きとなって一部相殺され、可動子を固定子ヨーク側から支持するリニアガイドに掛かる吸引力が減少し、ガイドの長寿命化や小形化を図ることが可能となる。同じく、可動子の機械的剛性を軽減できるため、可動子の軽量化を図ることが可能となり、可動子運動速度の向上が容易となる。
また、固定子を磁極片付きとして推力増大を図る場合も、吸引力の相殺によりリニアガイドの負担が軽減されるため、ガイドの大幅な強度アップの必要が無くなる。
更に、非磁性の保持枠に永久磁石を組み込むので、永久磁石の位置決めが容易となるばかりでなく、可動子ヨークに加えて保持枠が可動子の強度メンバとなり可動子ヨークを極力薄くすることができ、保持枠をアルミ等の軽量材製とすることで可動子の更なる軽量化を図ることができる。また、保持枠を支持部材と一体とするので、部品点数の削減や組み立て作業の簡素化を同時に図ることができる、といった効果がある。
【０００７】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例の三面図
【図２】  本発明の説明図
【図３】  他の実施例の固定子の斜視図
【図４】  他の実施例の可動子の斜視図
【図５】  従来例の三面図
【図６】  従来例の説明図
【符号の説明】
１、３  可動子
１１、３１  永久磁石
１２、３２  可動子ヨーク
１３、３３  支持部材
１４  保持枠
２、４  固定子
２１、４１  コイル
２２、４２  リニアガイド
２３、４３  固定子ヨーク
２４、４４  天蓋
２５  磁極片
５、６  磁束
【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６】
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【図５】
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