JP2008245399A - シャフト型リニアモータの電機子、シャフト型リニアモータ、及びシャフト型リニアモータの電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ推力を大きくするとともに、コギングを低減し、モータ効率を向上させることができるリニアモータを提供する。
【解決手段】リニアモータの駆動方向に沿って複数のリング状コア８を順次配置し、リング状コア８の間にあってリニアモータの駆動方向に沿ってリング状コイル７を配置し、リング状コイル７とリング状コア８の外周側にブラケット１３を配設したリニアモータの電機子構造において、リング状コア８の内周に、その内径がリング状コイル７の内径と略等しい凸部８ａと、その内径がリング状コイル７の内径より大きい凹部８ｂが形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、シャフト型リニアモータの構造に係り、特にその電機子構造に関するものである。

従来、この種のリニアモータとして、軸方向に延びる円筒状のパイプの内側にＮ極とＳ極の磁極が交互に配置された界磁部と、界磁部の外周に磁気的空隙を介して同心配置され、円筒状のヨークの内周にリング状の複数個のコイルを軸方向に設けた電機子とにより構成されたものが示されている（例えば、特許文献１参照）。このようなリニアモータは、界磁部及び電機子のいずれか一方が可動子とされ、いずれか他方が固定子とされる。

特開２００６−２２３０９０号公報

上記のリニアモータの電機子において、軸方向に配置されているリング状コイルの間に磁性体からなるリング状コアを配置することにより、エネルギー密度を大きくして、リニアモータの推力をさらに大きくすることができる。しかしながら、このような構造には以下のような問題があった。

すなわち、リング状コイルの間にリング状コアを配置する電機子において、リング状コイルの内径：ｄ_１と、リング状コアの内径：ｄ_２との関係がｄ_１＜ｄ_２になるようにすることによりコギングを低減することができることは、数値解析等により解明されている。この場合の電機子の製造方法は、リング状コイルの外径：Ｄ_１とリング状コアの外径Ｄ_２をＤ_１＝Ｄ_２としておけば、外径Ｄ_１、Ｄ_２と等しい内径（穴）を設けたブラケットを用意し、このブラケットの穴にリング状コイルとリング状コアを交互に挿入することで電機子を構成することができる。しかし、上記電機子の組み立ての際、リング状コイルが崩れないようにするために、ボビンに銅線を巻き付けて形成したり、または、コイルを形成する銅線に自己融着層の皮膜を有したものを使用し、コイルに通電加熱することでコイルを固着する必要がある。

前者の場合、ボビンに銅線を巻きつけるため、コイル内径がボビンの厚み分だけ大きくなる。そのため界磁部との磁気ギャップが大きくなるため、磁気抵抗が大きくなりその分推力が小さくなる。また、後者の場合、通電加熱工程が増え、製作コストが上がるという問題がある。

上記の電機子の構造及び組み立て方法とは別に、あらかじめ巻芯にリング状コアを所定のピッチを開けて嵌めておき、リング状コア間に銅線を巻き付けることでコイルを形成し、これらをモールド樹脂で固めた後、巻芯を引き抜くことで電機子を構成する方法がある。しかし、この方法では、リング状コアの内径は巻芯の外径寸法と同じにする必要があり、ｄ_１＜ｄ_２にすることによるコギング低減の効果を出すことができない。

この発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、モータ推力を大きくするとともに、コギングを低減し、モータ効率を向上させることができるリニアモータを提供するものである。

この発明に係るシャフト型リニアモータの電機子は、リニアモータの駆動方向に沿って順次配置された複数のリング状コアと、リング状コアの間にあってリニアモータの駆動方向に沿って配設されたリング状コイルと、リング状コイルとリング状コアの外周側に配設されたブラケットを備え、リング状コアの内周には、その内径がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径がリング状コイルの内径より大きい凹部が形成されている。

この発明に係るシャフト型リニアモータの電機子の製造方法は、その内径ｄ_１がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径ｄ_２がリング状コイルの内径より大きい凹部を有する上記リング状コアを、内径ｄ_１と略等しい外径Ｄを有する巻芯に所定のスペースを空けて配置する工程と、巻芯のスペースに巻線を巻回することにより、リング状コア間にその内径が略ｄ_１となるリング状コイルを形成する工程と、巻芯に形成されたリング状コイル及びリング状コアに対して樹脂モールドを施した後、巻芯を抜き取りコイル組立体を形成する工程を備えたものである。

この発明のシャフト型リニアモータの電機子によれば、リニアモータの駆動方向に沿ってリング状コアとリング状コイルが交互に配置されたものにおいて、リング状コアの内周に、その内径がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径がリング状コイルの内径より大きい凹部を形成することにより、コギング低減に必要なリング状コイルの内径とリング状コアの内径のギャップを等価的に形成することができる。その結果、モータ推力を大きくするとともに、コギングを低減し、モータ効率を向上させることができるリニアモータを提供することができる。

また、この発明のシャフト型リニアモータの電機子の製造方法によれば、リング状コアの内周に、その内径ｄ_１がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径ｄ_２がリング状コイルの内径より大きい凹部を有するものを用意して、内径ｄ_１と略等しい外径Ｄを有する巻芯にリング状コアを所定のスペースを空けて配置するとともに、巻芯のスペースに巻線を巻回することにより、リング状コア間にその内径が略ｄ_１となるリング状コイルを形成するようにしたので、モータ推力が大きくコギングの低減が図れるシャフト型リニアモータの製造工程が簡素化されるとともに、製造コストも押さえることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータを示す側断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

図１及び図２において、シャフト型リニアモータ１００は、リニアモータの駆動方向に延設される円柱状の界磁部１と、この界磁部１の外周に所定の空隙を有して配置される筒状の電機子部６を備えている。本実施の形態の場合、界磁部１はリニアモータの可動子として働き、電機子部６はリニアモータの固定子として働く。

界磁部１は、リニアモータの駆動方向に延びる段付シャフト２と、段付シャフト２の段差部２ａにＮ極磁石とＳ極磁石が交互に挿入されて形成されるリング状磁石３と、段付シャフト２の一端に固定されるシャフト４を備えている。この界磁部１は、リニアモータの駆動方向に延びる段付シャフト２の段差部２ａに、複数のリング状磁石３をそのＮ極とＳ極が交互に配置するように挿入することにより組み立てる。複数のリング状磁石３は互いに反発しあうために段付シャフト２の反対側からリング状磁石３を押さえ込むために反対側シャフト４を取り付ける。反対側シャフト４と段付シャフト２の固定は、ねじ加工による固定のほかに、圧入あるいは接着による固定でもよい。反対側シャフト４の固定によりリング状磁石３の反発を押さえ込むことができる。

電機子部６には、複数のリング状コア８がリニアモータの駆動方向（シャフトの軸方向）に順次配置されており、各リング状コア８の間にはリング状コイル７が配設されている。リング状コイル７の内周と界磁部１のリング状磁石３の外周とは、所定の磁気的空隙９を有している。リング状コア８の内周には、その内径がリング状コイル７の内径と同じ凸部８ａと、その内径がリング状コイル７の内径より大きい凹部８ｂが交互に形成されている。すなわち、リング状コア８の内周には、図２に示すように、凸部８ａ及び凹部８ｂが歯車状に交互に形成されている。本実施の形態では、リング状コア８の凸部８ａ及び凹部８ｂは、それぞれ３個ずつ界磁部１の軸を中心として対称位置に配置されている。また、リング状コア８の外周には少なくとも１個の凹部１０が配設されている。

また、リング状コイル７とリング状コア８は樹脂モールド１１が施され一体化されてコイル組立体（ＣＯＩＬ ＡＳＳＹ）１２を形成している。コイル組立体１２の外周には保護用のブラケット１３が配置されている。コイル組立体１２はブラケット１３の内周に圧入もしくは焼きばめされてブラケット１３に固定される。ブラケット１３の両端には軸受ホルダ１４がネジ止めにより取り付けられ、ブラケット１３と軸受ホルダ１４を固定する。この軸受ホルダ１４には、滑り軸受やボールブシュ等の軸受１５が取り付けられており、界磁部１を摺動可能に支持する。また、軸受ホルダ１４はブラケット１３の両端側から挟みこむことにより、ブラケット１３内に配置されたコイル組立体１２の軸方向への抜け止めにも効果がある。ブラケット１３には取付穴（図示せず）が設けてあり、この取付穴と固定側の取付ベース（図示しない）とをネジにより固定して、シャフト型リニアモータとして使用する。

次に、コイル組立体１２の製造方法について述べる。図３に示すように、外径Ｄの円柱型の巻芯１６に複数のリング状コア８を所定のスペース１７を空けて配置する。そして、リング状コア８の間の各スペース１７（１７ａ〜１７ｌ）に銅線をセットして巻芯１６を巻取り方向に回転させ銅線を巻き取って行くことによりリング状コイル７を形成する。図４に示すように、Ｕ相のコイルはスペース１７ａ，１７ｄ，１７ｇ，１７ｊに、Ｖ相のコイルはスペース１７ｂ，１７ｅ，１７ｈ，１７ｋに、Ｗ相のコイルはスペース１７ｃ，１７ｆ，１７ｉ，１７ｌに巻線される。また、リニアモータのストロークを長くしたい場合には、上記３相のリング状コイル７をそれぞれ軸方向に増やしていくことで容易に対応できる。各スペース１７に巻回されたコイル銅線は、その両隣のリング状コア８が側壁となり、多層に巻いたコイル銅線であっても崩れにくく、容易にリング状コイル７を形成することが可能である。

全てのスペース１７にコイル銅線を巻回した後、巻芯１６に形成されたリング状コイル７及びリング状コア８をモールド治具（図示しない）に組み付けて、図５に示すように樹脂モールド１１で固める。樹脂モールド１１を施した後、巻芯１６を抜き取ることにより図６に示すようなコイル組立体１２を作成する。

図７は図６のコイル組立体１２の断面図を示したものである。図７において、リング状コイル７の内径とリング状コア８の凸部８ａの内径はともに略等しくｄ_１であり、上記巻芯１６の外径Ｄと略等しくなるように設定している（Ｄ＝ｄ_１）。また、リング状コア８の凹部８ｂの内径はｄ_２であり、凸部８ａの内径ｄ_１より大きく設定されている（ｄ_２＞ｄ_１）。そして、このコイル組立体１２に対して、その外周に保護用のブラケット１３を固定する。

上記実施の形態において、リング状コア８の表面には、例えばエポキシ系塗料を使用したカチオン電着塗装が施されており、コイル銅線との絶縁を確保している。同相のリング状コイル７は渡り線１８を介してそれぞれ繋がっている。また、この渡り線１８は、図７に示すように、リング状コア８の外周側に設けた凹部１０の内部に配置され、案内されている。

以上のように本実施の形態によれば、リニアモータの駆動方向に沿ってリング状コアとリング状コイルが交互に配置されたものにおいて、リング状コアの内周に、その内径がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径がリング状コイルの内径より大きい凹部を形成することにより、コギング低減に必要なリング状コイルの内径とリング状コアの内径のギャップを等価的に形成することができる。その結果、モータ推力を大きくするとともに、コギングを低減し、モータ効率を向上させることができるリニアモータを提供することができる。

また、リング状コアの内周に、その内径ｄ_１がリング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径ｄ_２がリング状コイルの内径より大きい凹部を有するものを用意して、内径ｄ_１と略等しい外径Ｄを有する巻芯にリング状コアを所定のスペースを空けて配置するとともに、巻芯のスペースに巻線を巻回することにより、リング状コア間にその内径が略ｄ_１となるリング状コイルを形成するようにしたので、モータ推力が大きくコギングの低減が図れるシャフト型リニアモータの製造工程が簡素化されるとともに、製造コストも押さえることができる。

また、リング状コアの内周の凸部及び凹部をリング状コアの内周に沿って交互にかつ等間隔に配設することにより、吸引力のアンバランスをなくすことができ、例えば界磁部のシャフトを支持する軸受への負荷を軽減し、寿命を延ばす効果がある。

また、リング状コアの外周に少なくとも１個の凹部を設けることにより、同相コイルの渡り線を案内することができるため、同相コイルの連続巻きが可能となり結線数を減らすことができ製造コストを低減することができる。

なお、実施の形態の説明では、界磁部１をリニアモータの可動子とし、電機子部６をリニアモータの固定子とした例を示したが、界磁部をリニアモータの固定子とし、電機子部６をリニアモータの可動子とした構造でも同様の効果があることは明らかである。

この発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータを示す側断面図である。 この発明の実施の形態１によるシャフト型リニアモータを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１による巻芯にリング状コアを取付けた状態を示す側断面図ある。 この発明の実施の形態１による巻芯に巻線を施した状態を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１によるモールド後の状態を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１によるコイル組立体を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１によるコイル組立体を示す縦断面図である。

符号の説明

１００ リニアモータ、１ 界磁部、２ 段付シャフト、３ リング状磁石、
６ 電機子部、７ リング状コイル、８ リング状コア、８ａ 凸部、８ｂ 凹部、
１１ 樹脂モールド、１２ 樹脂モールド、１３ ブラケット、１６ 巻芯、
１７ スペース。

Claims (6)

1. リニアモータの駆動方向に沿って順次配置された複数のリング状コアと、
   上記リング状コアの間にあって上記リニアモータの駆動方向に沿って配設されたリング状コイルと、
   上記リング状コイルと上記リング状コアの外周側に配設されたブラケットとを備え、
   上記リング状コアの内周には、その内径が上記リング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径が上記リング状コイルの内径より大きい凹部が形成されているシャフト型リニアモータの電機子。
2. 上記リング状コアの内周に形成された上記凸部及び上記凹部は、上記リング状コアの内周に沿って交互にかつ等間隔に設けられている請求項１に記載のシャフト型リニアモータの電機子。
3. 上記リング状コアの外周には、少なくとも１個の凹部が設けられている請求項１又は請求項２に記載のシャフト型リニアモータの電機子。
4. 上記リング状コアの表面には絶縁のための電着塗装が施されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータの電機子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシャフト型リニアモータの電機子と、上記リニアモータの駆動方向に沿ってＮ極、Ｓ極が交互に配置された界磁用磁石を有する界磁部とを備え、上記電機子の上記リング状コイル及び上記リング状コアの内周と上記界磁部の上記界磁用磁石とが所定の磁気的空隙を有して配置されたシャフト型リニアモータ。
6. リニアモータの駆動方向に沿ってリング状コアとリング状コイルが交互に配置されたシャフト型リニアモータの電機子の製造方法であって、
   その内径ｄ_１が上記リング状コイルの内径と略等しい凸部と、その内径ｄ_２が上記リング状コイルの内径より大きい凹部を有する上記リング状コアを、上記内径ｄ_１と略等しい外径Ｄを有する巻芯に所定のスペースを空けて配置する工程と、
   上記巻芯の上記スペースに巻線を巻回することにより、上記リング状コア間に、その内径が略ｄ_１となる上記リング状コイルを形成する工程と、
   上記巻芯に形成された上記リング状コイル及び上記リング状コアに対して樹脂モールドを施した後、上記巻芯を抜き取りコイル組立体を形成する工程を備えたシャフト型リニアモータの電機子の製造方法。

Images