JP2012175850A

JP2012175850A - 円筒リニアモータ

Info

Publication number: JP2012175850A
Application number: JP2011036874A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kamijo; 哲志上條; Takashi Kawakami; 剛史川上
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】モータ外部への漏れ磁束を抑え多軸構成時におけるモータ同士の動作の干渉を無くすことが可能な小形でかつ省スペースの円筒リニアモータを提供する。
【解決手段】多数の磁極を所定のピッチで配置したマグネット８を設けたか界磁２（可動子）と、円筒状のフレーム７の内側に電機子巻線３を配設した電機子１（固定子）と、を備えた円筒リニアモータにおいて、界磁２の負荷側をフレーム７の負荷側端の内側に設けた直動軸受４で案内支持すると共に、界磁２の反負荷側を電機子巻線３の反負荷側端の内径部に接触した直動軸受５で案内支持する。電機子巻線３の内径部には、反負荷側の直動軸受５を保持する軸受保持部３１を一体的に有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒リニアモータに関する。

従来、直動機構の高速化・高精度化を達成できるように、界磁を構成する永久磁石と当該永久磁石の磁極面に磁気ギャップを介して対向した電機子巻線を配する電機子を備えたリニアモータが知られている。
最近ではマウンタ等のピック＆プレイス機のヘッド部等の駆動機構に上記のリニアモータをさらに小形化・単純化するため、軸方向に所定のピッチで多数の磁極を配列させた可動子および円筒状のコイルを積み上げた筒状の固定子で構成された円筒リニアモータが提案されている（特許文献１参照)。

特開２００９−１００６１７特開２００８−１８２８７３

従来の円筒リニアモータは、固定子内部における可動子の駆動方向には当該可動子のマグネット長に加え、ストローク長を含めたスペースが必要であり、また、固定子外部の負荷側にはストローク長分、反負荷側にはストローク長にスケール長を加えた分のスペースが必要となるため、モータ全長を抑えることが困難だった。
また、ロッド全体を界磁部とする場合には、全長を電機子巻線長および負荷側・反負荷側におけるストローク長の和とすることにより短小化が可能だが、その反面、界磁部がモータ固定子外に露出することになり、漏れ磁束によって外部周囲等への影響が避けられず、特に多軸構成時においてモータ同士の動作の干渉が発生してしまう。

上記問題を解決するためになされたものであり、モータ外部への漏れ磁束を抑え多軸構成時におけるモータ同士の動作の干渉を無くすことが可能な小形でかつ省スペースの円筒リニアモータを提供する。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、請求項１は、円筒状のフレームの内側に設けられた電機子と、前記電機子と磁気ギャップを介して多数の磁極を有するマグネットを軸方向に配列させた界磁を構成するロッドと、前記ロッドを案内支持する一対の直動軸受と、を備え、前記電機子と前記ロッドの何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記可動子を前記固定子に対して往復移動させる円筒リニアモータであって、前記電機子は、前記一対の直動軸受のうち、少なくとも一方を保持する軸受保持部を一体的に有することを特徴としている。
請求項２は、請求項１に記載の円筒リニアモータにおいて、前記電機子は、内周面に電機子巻線が設けられ、前記一対の直動軸受のうち反負荷側の軸受を保持する第１軸受保持部を前記電機子巻線の内径部に一体的に有することを特徴意図している。
請求項３は、請求項２に記載の円筒リニアモータにおいて、前記電機子は、前記一対の直動軸受のうち負荷側の軸受を保持する第２軸受保持部を前記電機子巻線の内径部に一体的に有することを特徴としている。
請求項４は、請求項１〜３の何れか１項に記載の円筒リニアモータにおいて、前記電機子内部に磁気センサを配置し、前記マグネットの磁極を読み取ることにより、位置制御を可能にしたことを特徴としている。
請求項５は、請求項１〜３の何れか１項に円筒リニアモータにおいて、前記電機子の軸方向長さが、前記マグネットの軸方向長さと前記ロッドのストローク長さの和にほぼ等しいことを特徴としている。

本発明によれば、モータ外部への漏れ磁束を抑え多軸構成時におけるモータ同士の動作の干渉を無くすことが可能な小形でかつ省スペースの円筒リニアモータを供給することができる。

本発明の第１実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。本発明の第２実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。本発明の第３実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。本発明の第４実施形態を示す円筒リニアモータの電機子巻線部分の製造工程を説明するための側断面図である。図４における断面Ｘ−Ｘに沿う正断面図である。図４における断面Ｙ−Ｙに沿う正断面図である。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。
図において、１は電機子、２は界磁、３は電機子巻線、４、５は直動軸受、７はフレーム、８はマグネット、９はロッドである。
円筒リニアモータは、界磁２と電機子１を備え、界磁２を可動子とし、電機子１を固定子として、可動子を固定子に対し往復移動可能なロッド型のリニアモータである。
界磁２はロッド９の外周に軸方向に向かって多数の磁極を所定のピッチで配置したマグネット８を設けたものとなっている。電機子１は界磁２と磁気ギャップを介して設けられ、円筒状のフレーム７の内側に銅線を円筒状に巻回してなる電機子巻線３を配設している。電機子１において、界磁２の負荷側をフレーム７の負荷側端の内側に設けた直動軸受４で案内支持すると共に、界磁２の反負荷側を電機子巻線３の反負荷側端の内径部に接触し、かつ電機子１との磁気ギャップを保持する直動軸受５で案内支持するようになっている。
ここで、一対の直動軸受４、５のうち反負荷側の軸受を保持する軸受保持部３１を電機子巻線３の内径部に一体的に有している。なお、軸受保持部３１が、特許請求の範囲に記載の第１の軸受保持部に相当する。

次に動作について説明する。
電機子１および界磁２を備えた円筒リニアモータにおいて、電機子巻線３に通電すると、マグネット８および電機子巻線３の電磁相互作用により、固定子である電機子１に対し可動子である界磁２を軸方向に移動し、位置決め駆動させることが出来る。

本実施形態の円筒リニアモータは、従来の円筒リニアモータの可動子支持を固定子両端に設けた直動軸受で行う構成に替えて、可動子の反負荷側における支持構成として固定子内径部に直動軸受を設けるようにしたので、可動子である界磁２が固定子である電機子１の反負荷側端部より外には飛び出すことは一切無く、漏れ磁束の周囲への影響を低減することができると共に、モータ全長（固定子長≒マグネット長＋可動子ストローク長）の短縮及び構造の簡略化を可能にすることができる。
また、固定子である電機子内径部に直動軸受を設けることにより、直動軸受５がマグネット８と隣接しているため、マグネットと電機子巻線間の磁気ギャップを一定の状態で保持することができると共に、固定子および可動子の部品精度を高め、可動子ロッドの剛性を大きくすることができ、駆動効率も上げることが可能である。

＜第２実施形態＞
図２は本発明の第２実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。
図２において、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、界磁２の負荷側および反負荷側の両方を、電機子巻線３の内径部に接触し、かつ界磁２との磁気ギャップを保持する二つの直動軸受５、５で案内支持するようにした点である。具体的には、界磁２に設けたマグネット８が電機子１内部の反負荷側における最も左端に位置したときに、マグネット８の負荷側及び反負荷側の位置がちょうど直動軸受５の位置と同じ位置になるよう構成してある。
ここで、反負荷側の直動軸受５、負荷側の直動軸受５をそれぞれ保持する軸受保持部３１、３２を電機子巻線３の内径部に一体的に有している。なお、軸受保持部３２が特許請求の範囲に記載の第２の軸受保持部に相当する。
したがって、第１実施形態で使用していた直動軸受４を排した構造であることから、さらに単純で省スペースな構造の円筒リニアモータを提供することができる。

＜第３実施形態＞
図３は本発明の第３実施形態を示す円筒リニアモータの側断面図である。
図３において、円筒リニアモータは、電機子１内部にエンコーダとしての機能を備えた磁気センサ６を組み込み、モータ単体で位置制御を可能にしたことを特徴としている。
磁気センサ６を配置する箇所は、具体的には、磁気センサ６とマグネット８の間に磁力を遮断するものがあってはならないため、電機子１内部に磁気センサ６を設ける空間となる孔部を設けると共に、電機子巻線３の軸方向を予め負荷側と反負荷側の各々の部分に分割するようにしてある。
これにより磁気センサ６も含めて構成される円筒リニアモータとして扱うことが可能となる。

＜第４実施形態＞
図４は本発明の第４実施形態を示す円筒リニアモータの電機子巻線部分の製造工程を説明するための側断面図、図５は図４における断面Ｘ−Ｘに沿う正断面図、図６は、図４における断面Ｙ−Ｙに沿う正断面図である。
図４〜図６は、円筒リニアモータにおいて、電機子１内部に磁気センサ６を設ける際に、電機子巻線３の部分を一体で製作する手段の一例となっている。ここで、内側注型治具１０は電機子巻線３の内径側を拘束し、外側注型治具１１は電機子巻線３の外径側を拘束し、磁気センサ６を配置するための空間となる部分には中子１２を配置する。そして注型樹脂１３を注型口１４から注型することにより、磁気センサ６を配置するための空間を形成しつつ電機子巻線３全体の同軸度を保った構造を得ることができる。
この場合、注型作業は電機子巻線３単体で行っても良いが、固定子を構成するフレーム７ごと行う事も可能である。また電機子巻線３の内径側には必要に応じて非磁性材料のパイプ等を挿入し、直動軸受案内としての精度及び強度を確保することができる。
また、電機子巻線３の構造及び直動軸受の構造などを考慮した専用のボビンを用意することで、直動軸受としての精度及び強度を確保する方法などを用いても良い。

なお、本実施形態において、電機子巻線３の内径側に設けた直動軸受５には、通常、樹脂製のすべり軸受けを用いられるが、これに替えて、非磁性体からなるリニアブッシュ、または流体軸受等を用いても構わない。
また、反負荷側の直動軸受５の位置は必ずしも可動子２の反負荷側端部に限らず、マグネット８の負荷側、もしくはスペースに余裕がある場合には、マグネット８の外周に設けても良い。上記のように、マグネット８の外周に直動軸受の案内部材を設けた場合には、磁気ギャップは常に確実に保持されることとなることは言うまでもない。

１固定子
２可動子
３電機子巻線
４、５直動軸受
６磁気センサ
７フレーム
８マグネット
９ロッド
１０内側注型治具
１１外側注型治具
１２中子
１３注型樹脂
１４注型口
３１、３２軸受保持部

Claims

円筒状のフレームの内側に設けられた電機子と、
前記電機子と磁気ギャップを介して多数の磁極を有するマグネットを軸方向に配列させた界磁を構成するロッドと、
前記ロッドを案内支持する一対の直動軸受と、
を備え、前記電機子と前記ロッドの何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記可動子を前記固定子に対して往復移動させる円筒リニアモータであって、
前記電機子は、前記一対の直動軸受のうち、少なくとも一方を保持する軸受保持部を一体的に有することを特徴とする円筒リニアモータ。
前記電機子は、
内周面に電機子巻線が設けられ。
前記一対の直動軸受のうち反負荷側の軸受を保持する第１軸受保持部を前記電機子巻線の内径部に一体的に有することを特徴とする請求項１に記載の円筒リニアモータ。
前記電機子は、
前記一対の直動軸受のうち負荷側の軸受を保持する第２軸受保持部を前記電機子巻線の内径部に一体的に有することを特徴とする請求項２に記載の円筒リニアモータ。
前記電機子内部に磁気センサを配置し、前記マグネットの磁極を読み取ることにより、位置制御を可能にしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の円筒リニアモータ。
前記電機子の軸方向長さが、前記マグネットの軸方向長さと前記ロッドのストローク長さの和にほぼ等しいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に円筒リニアモータ。