WO2005124981A1 - リニアモータ及びリニアモータの製造方法 - Google Patents

リニアモータ及びリニアモータの製造方法

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WO2005124981A1
WO2005124981A1 PCT/JP2005/010322 JP2005010322W WO2005124981A1 WO 2005124981 A1 WO2005124981 A1 WO 2005124981A1 JP 2005010322 W JP2005010322 W JP 2005010322W WO 2005124981 A1 WO2005124981 A1 WO 2005124981A1
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WO
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pipe
magnet
linear motor
shaped member
motor according
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PCT/JP2005/010322
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hajime Nozawa
Takayuki Narita
Original Assignee
Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor, and more particularly, to a linear motor and a method of manufacturing a linear motor including a stator in which a plurality of magnets are arranged in series, and a movable movable member arranged to face the outer peripheral surface of the stator. It is about.
  • a shaft type linear motor represented by Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-313566 is faster than a linear motor using a conventional flat magnet in terms of speed performance and space saving, and is more precise transport in an OA device or the like in terms of a joint.
  • a cylindrical magnet 100 having a through-hole at the center is used, and a cylindrical shaft 100 housed in a pipe 102 is closely attached to a pipe 102 using a center shaft 101 as shown in FIG.
  • the mover 120 is movably arranged on the stator 110 created in this way.
  • the cylindrical magnet 100 is generally expensive because it has a through-hole, and the number of parts increases because the center shaft 101 is used, which is disadvantageous in cost.
  • Patent Document 1 JP-A-10-313566 (pages 1 to 5, FIGS. 1 to 5)
  • the present invention has been made in view of the power, and has an inexpensive structure with a reduced number of parts.
  • the present invention is configured as follows.
  • a stator in which a plurality of magnets are arranged and housed in series in the pipe-shaped member in a direction in which the same magnetic poles of the magnets adjacent to each other are opposed to each other;
  • a linear motor having a movable element which is disposed to face the outer peripheral surface of the pipe-shaped member and is movable;
  • the linear motor is characterized in that the pipe-shaped member has a stopper structure at one end thereof that restricts the magnet from coming off from inside the pipe-shaped member.
  • the block member is inserted and fixed to the one end of the pipe-shaped member, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of one end of the pipe-shaped member.
  • a mounting block member having a female screw portion is provided at the other end on the opposite side of the pipe-shaped member, and the holding member is screwed to the mounting block member (9). This is the linear motor described in (1).
  • a plurality of magnets are provided at the other end.
  • the stator is housed by arranging it in series in the direction in which the magnetic poles face each other,
  • a holding member for holding the magnet is provided,
  • a method for manufacturing a linear motor wherein a mover is movably arranged on an outer peripheral surface of the nove-shaped member.
  • the present invention has the following effects.
  • the magnet is assembled from the other end. Can be retained. By installing this magnet, the center axis can be eliminated, the number of parts is reduced, and an inexpensive structure prevents multiple magnets from coming off inside the pipe-like member, and is easy and secure as well. Can be fitted with a magnet.
  • one end of the pipe-shaped member is sealed, or the inside diameter of the one end is smaller than the outer diameter of the magnet. It can be provided.
  • a block member is provided at one end of the pipe-shaped member, and the pipe-shaped member can be easily provided with a retaining structure by a separate block member that does not require processing. Can be.
  • the block member has an outer diameter substantially equal to the outer diameter of one end of the pipe-shaped member, is fixedly joined to one end, and the movable element is provided on the outer peripheral surface of the pipe-shaped member.
  • the block member does not hinder the movable arrangement.
  • the block member is fixed by being inserted into and fixed to one end of the pipe-shaped member with an outer diameter greater than the inner diameter of one end of the pipe-shaped member, and the movable element is attached to the outer peripheral surface of the pipe-shaped member.
  • the block member does not become an obstacle when movably arranged.
  • the block member has the abutting portion, and the abutting portion is held in contact with the magnet.
  • the joining and fixing includes welding, adhesion, pressure bonding, and tightening, and the block member can be easily and firmly fixed to one end of the pipe-shaped member.
  • the block member has a columnar shape or a pipe shape, and can be easily provided on the pipe-like member by using an inexpensive block member.
  • the holding member for holding the magnet is provided at the other end opposite to the one end having the pipe-shaped member retaining structure, whereby the pipe-shaped member is provided.
  • the magnets can be easily and securely mounted so that a plurality of magnets do not come out of the inside and there is no backlash.
  • the mounting block member is provided at the other end on the opposite side of the pipe-shaped member, and the holding member is screwed onto the female screw portion of the mounting block member, so that the magnet is provided. It can be easily and securely attached.
  • the magnet by pressing and holding the magnet by the projection of the holding member, the magnet can be easily and securely attached without rattling.
  • the magnet has a columnar shape and penetrates through the center as in the conventional case. Since the holes are not provided, the manufacturing cost of the magnet is reduced.
  • the repulsive force of the magnet can be suppressed and the leakage magnetic flux to the surroundings can be increased. (Improving the thrust) is more preferable.
  • the magnet is a rare earth magnet, and a higher thrust can be obtained as compared with other magnets.
  • the rare earth magnet is a neodymium magnet, and a higher thrust can be obtained as compared with other magnets.
  • a plurality of magnets are connected in series from the other end in the direction in which the same magnetic poles of the magnets adjacent to each other face each other.
  • a holding member is provided at the other end to hold the magnet.
  • FIG. 1 is a view showing a linear motor.
  • FIG. 2 is a sectional view of a main part of one end of a linear motor.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the other end of the linear motor.
  • FIG. 4 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 5 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 6 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 7 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 8 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 9 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 10 is a sectional view of a main part of another embodiment of a retaining structure.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of the other end of the linear motor.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part of an embodiment in which a soft magnetic body is arranged between magnets adjacent to each other.
  • FIG. 13 is a diagram showing a calculation example of a magnetic flux density.
  • FIG. 14 is a view showing a simulation of a thrust when changing the magnet length.
  • FIG. 15 is a diagram showing a simulation of a thrust when changing the magnet inner diameter.
  • FIG. 16 is a diagram showing a simulation of a thrust when changing the magnet outer diameter.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating operating points and permeance coefficients.
  • FIG. 18 is a view showing a conventional linear motor.
  • a force that describes an embodiment of a linear motor and a method of manufacturing a linear motor according to the present invention is not limited to this embodiment.
  • the embodiments of the present invention show the most preferable embodiments of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a diagram showing a linear motor
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of one end of the linear motor
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the other end of the linear motor.
  • the linear motor 1 of this embodiment includes a stator 10 fixed to a holding member (not shown) and a mover 20 that moves linearly along the outer peripheral surface of the stator 10.
  • the stator 10 acts as a pipe-shaped member 11 and a plurality of magnets 12 housed in the pipe-shaped member 11.
  • the plurality of magnets 12 arranged in series in the pipe-shaped member 11 are arranged without gaps so that adjacent magnets 12 are in close contact with each other.
  • the mover 20 has an electromagnetic coil 21 and a bobbin 22 around which the inner peripheral surface of the electromagnetic coil 21 is wound.
  • the bobbin 22 and the outer peripheral surface of the nove-shaped member 11 are held in a small gap.
  • the pipe-shaped member 11 and the electromagnetic coil 21 may or may not slide.
  • the number of turns of the electromagnetic coil 21 should be determined so that the thrust is greater than the desired thrust and the voltage drop of the linear motor and the voltage drop in the drive circuit are less than the power supply voltage. It is preferable to determine the winding diameter.
  • the pipe-shaped member 11 has a stopper structure 30 at one end 11a for restricting the magnet 12 from coming off from inside the pipe-shaped member 11, and a mounting block member 31 at the other end lib.
  • the retaining structure 30 according to the present embodiment has a structure in which a lid 80 is integrally formed at one end 1 la of the pipe-shaped member 11 and hermetically sealed. Bonding May be sealed.
  • the mounting block member 31 has a female screw portion 3la.
  • a plurality of magnets 12 are inserted from the female screw 3 la, and a plurality of magnets 12 are arranged in series from the other end 1 lb of the pipe-shaped member 11 in the direction in which the same magnetic poles of the magnets 12 adjacent to each other are opposed to each other.
  • the male screw 32a of the holding member 32 is screwed into the female screw portion 3la of the mounting block member 31, and assembled.
  • the holding member 32 has a tool engagement groove 32b on its head. Not shown in this tool engagement groove 32b
  • the movable element 20 is movably arranged on the outer peripheral surface from one end 11a side of the pipe-shaped member 11.
  • the plurality of magnets 12 are connected in series in the direction in which the same magnetic poles of the adjacent magnets 12 oppose each other from the other end l ib side.
  • the stator 10 is housed, and the holding member 32 is provided at the other end l ib to hold the magnet 12.
  • the magnet 12 can be easily and securely attached.
  • the magnet 12 has a cylindrical shape, and the manufacturing cost of the magnet 12 is reduced because a through-hole is not provided at the center as in the related art.
  • a rare earth magnet having a high magnetic flux density is preferable.
  • the rare earth magnet is preferably a neodymium magnet, for example, a neodymium iron boron magnet (Nd-Fe-B magnet), and a higher thrust can be obtained as compared with other magnets.
  • the material of the nove-shaped member 11 is formed of a non-magnetic material such as an aluminum alloy, a copper alloy, and a non-magnetic stainless steel. Further, it is preferable that the pipe-shaped member 11 is as thin as possible so as not to reduce the magnetic field acting on the mover 20 disposed outside. As an example, the pipe-shaped member 11 is formed of stainless steel having a thickness of about lmm.
  • the retaining structure 30 according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 can seal the one end 11 a of the pipe-shaped member 11 and easily provide the retaining structure by processing the pipe-shaped member 11.
  • the present invention is not limited to this, and can be configured as shown in FIGS.
  • one end 11a of the pipe-shaped member 11 is bent inward and hermetically sealed. This is a non-sealing structure in which no opening l lal is formed and the diameter D1 of this opening l lal is formed smaller than the outer diameter D2 of the magnet 12.
  • the retaining structure 30 can be easily provided by processing the pipe-shaped member 11.
  • FIG. 5 has a configuration in which a block member 40 is provided at one end 11a of a pipe-shaped member 11.
  • the block member 40 has a columnar shape, but may have a noive shape.
  • the retaining structure can be easily provided by the block member 40 which is a separate member that does not process the pipe-shaped member 11.
  • the block member 40 is formed to have an outer diameter D4 substantially equal to the outer diameter D3 of the one end 11a of the pipe-shaped member 11, and is fixedly joined to the one end 11a. This fixing is performed by welding or bonding.
  • the block member 40 has substantially the same outer diameter D4 as the outer diameter D3 of the one end 11a of the pipe-shaped member 11, and the block member 40 hinders the movable member 20 from being movably arranged on the outer peripheral surface of the pipe-shaped member 11. None be.
  • the embodiment shown in FIG. 6 has a configuration in which a block member 40 is provided at one end 11a of a pipe-shaped member 11.
  • the first end 11a is inserted and fixed to the one end 11a having an outer diameter D6 smaller than the inner diameter D5 of the one end 11a.
  • This fixation is by welding, gluing or crimping.
  • the block member 40 is smaller than the inner diameter D5 of one end 1 la of the pipe-shaped member 11 and has an outer diameter, and the block member 40 becomes an obstacle when the mover 20 is movably arranged on the outer peripheral surface of the pipe-shaped member 11. None.
  • the block member 40 is inserted into one end 11a where the outer diameter D6 is smaller than the inner diameter D5 of the one end 11a of the pipe-shaped member 11.
  • a fastening means 41 such as a bolt is screwed from one end 11a to the block member 40, and is easily and securely fastened and fixed.
  • the tightening means 41 such as bolts is used when the movable member 20 is movably arranged on the outer peripheral surface of the pipe-shaped member 11 by suppressing the length of the head projecting at one end 11a of the pipe-shaped member 11 and suppressing the protrusion. So that the head of the fastening means 41 is not in the way.
  • the block member 40 is joined and fixed to one end 11a of the pipe-shaped member 11, as in the embodiment of FIG.
  • the abutting portion 40a is inserted into the end 11a and abuts on the magnet 12 to hold it.
  • the abutting portion 40a is a force having substantially the same diameter as the inner diameter D5 of the one end 11a of the tip-shaped member 11. The diameter is not limited to this and may be smaller than the inner diameter D5.
  • the block member 40 has one end 11a in which the outer diameter D6 is smaller than the inner diameter D5 of the one end 11a of the tip-shaped member 11.
  • the force block member 40 which is fixed by being inserted into the pipe is pipe-shaped.
  • the inner diameter D10 of the block member 40 is smaller than the outer diameter D2 of the magnet 12, and is held so that the magnet 12 does not come off.
  • the block member 40 is fixed by welding, bonding, or crimping.
  • FIG. 10 shows a modification of the embodiment of the block member 40 shown in FIG.
  • the block member 40 in FIG. 10 (a) is a half of the pipe shape, and the block member 40 in FIG. 10 (b) is a force obtained by dividing the pipe shape into two.
  • the shape may be any shape as long as it does not fall off.
  • the block member 40 has a columnar shape or a nope shape, and can be easily provided on the pipe-shaped member 11 using an inexpensive block member 40.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of the other end of the linear motor.
  • the other end l ib of the pipe-shaped member 11 of this embodiment is provided with a mounting block member 31 similarly to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and the holding member 32 is attached to the mounting block member 31.
  • the holding member 32 has a projection 32c that presses the magnet 12 while being screwed and assembled.
  • the mounting block member 31 is provided at the other end 1 lb on the opposite side of the pipe-shaped member 11, the holding member 32 is screwed to the mounting block member 31, and the magnet 12 is pressed by the projection 32c. By doing so, the magnet 12 can be easily and reliably attached without rattling.
  • the outer shape of the mounting block member 31 may be a square or a cylinder.
  • the fixing between the mounting block member 31 and the other end l ib of the pipe-shaped member 11 is performed by screwing, welding, bonding, or the like.
  • the pipe-shaped member 11 and the mounting block member 31 can be fixed first, and then the magnet 12 can be passed.
  • the holding member 32 has a shape having a protrusion 32c, and the protrusion 32c is longer than the length for pushing the magnet 12, so that the magnet 12 can be pressed in close contact.
  • a soft magnetic body 50 is arranged between magnets 12 adjacent to each other.
  • the soft magnetic body 50 for example, iron or the like is used.
  • the soft magnetic material 50 By arranging the soft magnetic material 50 between the magnets 12 adjacent to each other, it is more preferable because the repulsive force of the magnet can be suppressed and the magnetic flux leaking to the surroundings can be increased (improving the thrust). . It is preferable that the soft magnetic material 50 to be inserted be 1/10 or less of the magnetic pole pitch. If the pole pitch is 1Z10 or more, there is no effect because the leakage magnetic flux will be small. At both ends of the soft magnetic body 50, the length of the magnet does not have to be the pitch length. Further, when the length of the pipe-shaped member 11 is determined, the length of the magnets at both ends may be changed from the others in order to adjust the total length.
  • FIGS. 13 to 16 it is possible to design a linear motor capable of obtaining the desired thrust by reducing the amount of magnet used by varying the parameters.
  • Fig. 13 shows a calculation example of magnetic flux density
  • Fig. 14 shows a simulation of thrust when changing the magnet length
  • Fig. 15 shows a simulation of thrust when changing the magnet inner diameter
  • Fig. 16 shows a simulation of thrust when changing the magnet outer diameter. is there.
  • This method is a method generally used for designing a linear motor. At this time, the magnet has irreversible demagnetization. Since the magnets are arranged in the direction of repulsion, permeance is reduced.
  • p BdZHd is referred to as the permeance coefficient! /
  • an operating point the intersection P between the straight line of the gradient BdZHd and the BH curve from the origin in FIG. 17.
  • the operating point P changes depending on the shape of the magnet and surrounding conditions. Assuming that the operating point of the magnet is point P in Fig. 17, when an iron piece is attracted to the magnet, the effective magnetic field acting on the magnet shifts toward the origin.
  • the permeance can be calculated using the electromagnetic field calculation software described above, and the demagnetization temperature can be calculated from the BH characteristic curve of the magnet.
  • a rare earth magnet is preferably used. It is preferable to use a neodymium magnet as the rare earth magnet. However, the coercive force is sufficient, irreversible demagnetization does not occur in the operating temperature range, and the necessary thrust is required. There is no particular limitation as long as there is enough magnet energy.
  • a neodymium magnet or the like is used, the problem (1) arises. If a cylindrical member is used to fix one end 11a of the pipe-shaped member 11, the force inserted into the pipe-shaped member 11 can be reduced. ⁇ may scatter outside and affect the equipment used. In addition, if ⁇ occurs from the magnet manufacturing stage to the assembly stage of the linear motor 1, the magnet may be damaged. Therefore, it is generally desired to apply a plating to the magnet, for example, a nickel plating or an aluminum plating. In particular, there are no restrictions on the type of plating.
  • This linear motor includes a pipe-shaped member, a stator in which a plurality of magnets are arranged and housed in series in the pipe-shaped member in a direction in which the same magnetic poles of adjacent magnets face each other, and a pipe-shaped member.
  • the pipe-shaped member has, at one end, a retaining structure for restricting the magnet from coming off from inside the pipe-shaped member. With this retaining structure, the magnet on the other end side can also be retained by assembling the magnet, and it is an inexpensive structure with a reduced number of parts. / The magnet can be easily and securely attached.

Abstract

　パイプ状部材１１と、パイプ状部材１１内に複数の磁石１２を、互いに隣り合う磁石１２の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納される固定子１０と、パイプ状部材１１の外周面に対向配置され移動可能な可動子２０とを有するリニアモータ１であり、パイプ状部材１１は、一端部１１ａにパイプ状部材１１内から磁石１２が抜けることを規制する抜け止構造３０を有する。　これによりパイプ状部材内に複数の磁石が抜けることがなく、しかもガタ付かないように簡単且つ確実に取り付けることが可能である。

Description

明 細 書
リニアモータ及びリニアモータの製造方法
技術分野
[0001] この発明は、リニアモータに関し、特に、複数の磁石を直列配置した固定子と、この 固定子の外周面に対向配置され移動可能な可動子とからなるリニアモータ及びリニ ァモータの製造方法に関するものである。
背景技術
[0002] 例えば、 OA機器における印字ヘッドや露光走査ヘッド、医療機器における露光走 查手段等における直線移動精度が要求される部位には、リニアモータを利用すること が提案されている。
[0003] 中でも、特開平 10— 313566号に代表されるシャフト型リニアモータは従来の平板 状磁石を用いたリニアモータに比べ、速度性能及び省スペースと 、つた面で OA機 器等における精密搬送に適している力 図 18に示すように、中心に貫通孔のある円 筒磁石 100を使 、、センタ軸 101を用いてパイプ 102に収納されて隣り合う円筒磁石 100を密着させて 、る。このようにして作成した固定子 110に可動子 120を移動可能 に配置している。このような構造では、一般的に、円筒磁石 100は貫通孔を設けるた めに高価であり、かつセンタ軸 101を用いるため部品点数が増え、コスト面で不利と なっている。
特許文献 1 :特開平 10— 313566号公報 (第 1頁〜第 5頁、図 1〜図 5)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 従来のリニアモータは、円筒磁石を用いているので高価である。即ち、磁石は円筒 にするため貫通孔を開けねばならず、磁石の製造コストが高価になる。また、複数の 磁石を反発し合う方向に配列するために、センタ軸を用いており、センタ軸を用いる 分部品点数が増えて、高価となる。
[0005] この発明は、力かる点に鑑みてなされたもので、部品点数を削減した安価な構造で
、 ノイブ状部材内に複数の磁石が抜けることがなぐし力もガタ付かないように簡単且 つ確実に磁石を取り付けることが可能なリニアモータ及びリニアモータの製造方法を 提供することを目的としている。
課題を解決するための手段
[0006] 前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成し た。
[0007] (1)パイプ状部材と、
前記パイプ状部材内に複数の磁石を、互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極が対向 する方向で直列状に配置して収納される固定子と、
前記パイプ状部材の外周面に対向配置され移動可能な可動子とを有するリニアモ ータであり、
前記パイプ状部材は、一端部に前記パイプ状部材内から前記磁石が抜けることを 規制する抜け止構造を有することを特徴とするリニアモータである。
[0008] (2)前記抜け止構造は、前記パイプ状部材の一端部が密閉、または一端部の内径 が前記磁石の外径より小径であることを特徴とする（1)に記載のリニアモータである。
[0009] (3)前記抜け止構造は、前記パイプ状部材の一端部にブロック部材を設けた構成 であることを特徴とする（1)に記載のリニアモータである。
[0010] (4)前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部の外径と略同外径で、前記 一端部に接合固定されることを特徴とする（3)に記載のリニアモータである。
[0011] (5)前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部の内径より外径が小さぐ前 記一端部に挿着して固定されることを特徴とする
(3)に記載のリニアモータである。
[0012] (6)前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部に挿着されて前記磁石に当 接する突き当て部を有することを特徴とする（4)に記載のリニアモータである。
[0013] (7)前記接合固定は、溶接、接着、圧着、締付を含むことを特徴とする (4)に記載 のリニアモータである。
[0014] (8)前記ブロック部材は、柱状またはパイプ状であることを特徴とする（3)乃至（6) の！、ずれ力 1項に記載のリニアモータである。
[0015] (9)前記パイプ状部材の抜け止構造を有する一端部に対して反対側の他端部に、 前記磁石を保持する保持部材を設けたことを特徴とする（1)乃至 (8)の ヽずれか 1項 に記載のリニアモータである。
[0016] (10)前記パイプ状部材の反対側の他端部に、雌ネジ部を有する取付ブロック部材 を設け、この取付ブロック部材に前記保持部材を螺着したことを特徴とする（9)に記 載のリニアモータである。
[0017] (11)前記保持部材は、前記磁石を押圧して保持する突起部を有することを特徴と する（9)または（10)に記載のリニアモータである。
[0018] (12)前記磁石は、円柱形状であることを特徴とする（1)乃至（11)のいずれか 1項 に記載のリニアモータである。
[0019] (13)前記互いに隣り合う前記磁石の間に、軟磁性体を配置したことを特徴とする（
1)乃至（12)の!、ずれ力 1項に記載のリニアモータである。
[0020] (14)前記磁石が希土類磁石であることを特徴とする（1)乃至（13)のいずれか 1項 に記載のリニアモータである。
[0021] (15)前記希土類磁石がネオジム系磁石であることを特徴とする（14)に記載のリニ ァモータである。
[0022] (16)—端部にパイプ状部材内から磁石が抜けることを規制する抜け止構造を有す るパイプ状部材内に、他端部力 複数の磁石を互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極 が対向する方向で直列状に配置して固定子を収納し、
他端部に前記磁石を保持する保持部材を設け、
前記ノイブ状部材の外周面に可動子を移動可能に配置したことを特徴とするリニ ァモータの製造方法である。
発明の効果
[0023] 前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
[0024] (1)に記載の発明によれば、パイプ状部材の一端部にパイプ状部材内から磁石が 抜けることを規制する抜け止構造を有することで、他端部側から磁石を組み付けて保 持することができる。この磁石の組付けによりセンタ軸をなくすことができ、部品点数を 削減した安価な構造で、パイプ状部材内に複数の磁石が抜けることがなぐしかもガ タ付かな!/、ように簡単且つ確実に磁石を取り付けることができる。 [0025] (2)に記載の発明によれば、パイプ状部材の一端部が密閉、または一端部の内径 が磁石の外径より小径であり、パイプ状部材の加工により抜け止構造を簡単に設ける ことができる。
[0026] (3)に記載の発明によれば、パイプ状部材の一端部にブロック部材を設け、パイプ 状部材は加工を行なうことなぐ別部材のブロック部材により抜け止構造を簡単に設 けることができる。
[0027] (4)に記載の発明によれば、ブロック部材がパイプ状部材の一端部の外径と略同 外径で、一端部に接合固定され、パイプ状部材の外周面に可動子を移動可能に配 置する際にブロック部材が邪魔になることがない。
[0028] (5)に記載の発明によれば、ブロック部材がパイプ状部材の一端部の内径より外径 力 、さぐ一端部に挿着して固定され、パイプ状部材の外周面に可動子を移動可能 に配置する際にブロック部材が邪魔になることがない。
[0029] (6)に記載の発明によれば、ブロック部材が突き当て部を有し、この突き当て部を 磁石に当接して保持する。
[0030] (7)に記載の発明によれば、接合固定が溶接、接着、圧着、締付を含み、パイプ状 部材の一端部にブロック部材を簡単かつ強固に接合固定することができる。
[0031] (8)に記載の発明によれば、ブロック部材が柱状またはパイプ状であり、安価なプロ ック部材を用いてパイプ状部材に簡単に設けることができる。
[0032] (9)に記載の発明によれば、パイプ状部材の抜け止構造を有する一端部に対して 反対側の他端部に、磁石を保持する保持部材を設けることで、パイプ状部材内に複 数の磁石が抜けることがなぐしかもガタ付かないように簡単且つ確実に磁石を取り 付けることができる。
[0033] (10)に記載の発明によれば、パイプ状部材の反対側の他端部に取付ブロック部材 を設け、この取付ブロック部材の雌ネジ部に保持部材を螺着することで、磁石がガタ 付かな!/、ように簡単且つ確実に取り付けることができる。
[0034] (11)に記載の発明によれば、保持部材の突起部により磁石を押圧して保持するこ とで、磁石がガタ付かないようにより簡単且つ確実に取り付けることができる。
[0035] (12)に記載の発明によれば、磁石は、円柱形状であり、従来のような中心に貫通 孔を設けることがない分、磁石の製造コストが安価になる。
[0036] (13)に記載の発明によれば、互いに隣り合う磁石の間に、軟磁性体を配置するこ とで、磁石反発力を抑制することができ、かつ周囲への漏れ磁束を大きくする (推力 を向上する）ことができるのでより好ましい。
[0037] (14)に記載の発明によれば、磁石が希土類磁石であり、他の磁石に比べて高い 推力が得られる。
[0038] (15)に記載の発明によれば、希土類磁石がネオジム系磁石であり、さらに他の磁 石に比べて高 、推力が得られる。
[0039] (16)に記載の発明によれば、一端部に抜け止構造を有するパイプ状部材内に、 他端部から複数の磁石を互いに隣り合う磁石の同じ磁極が対向する方向で直列状 に配置して固定子を収納し、他端部に保持部材を設けて磁石を保持する。この磁石 の組付けによりセンタ軸をなくすことができ、部品点数を削減した安価な構造で、パイ プ状部材内に複数の磁石が抜けることがなぐし力もガタ付かないように簡単且つ確 実に磁石を取り付けることができる。
図面の簡単な説明
[0040] [図 1]リニアモータを示す図である。
[図 2]リニアモータの一端部の要部断面図である。
[図 3]リニアモータの他端部の要部断面図である。
[図 4]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 5]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 6]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 7]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 8]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 9]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 10]抜け止構造の他の実施の形態の要部断面図である。
[図 11]リニアモータの他端部の要部断面図である。
[図 12]互いに隣り合う磁石の間に軟磁性体を配置する実施の形態の要部断面図で ある。 [図 13]磁束密度の計算例を示す図である。
[図 14]磁石長さ変更時の推力のシミュレーションを示す図である。
[図 15]磁石内径変更時の推力のシミュレーションを示す図である。
[図 16]磁石外径変更時の推力のシミュレーションを示す図である。
[図 17]動作点、パーミアンス係数を説明する図である。
[図 18]従来のリニアモータを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0041] 以下、この発明のリニアモータ及びリニアモータの製造方法の実施の形態について 説明する力 この発明は、この実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の 形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない
[0042] 図 1はリニアモータを示す図、図 2はリニアモータの一端部の要部断面図、図 3はリ ニァモータの他端部の要部断面図である。
[0043] この実施の形態のリニアモータ 1は、図示しない保持部材に固定された固定子 10と 、固定子 10の外周面に沿って直線移動する可動子 20とから構成されている。
[0044] 固定子 10は、パイプ状部材 11と、パイプ状部材 11内に収納される複数の磁石 12 と力 なる。パイプ状部材 11内に直列状に配置された複数の磁石 12は、隣り合う磁 石 12が密着するように隙間なく配列されている。
[0045] 可動子 20は、電磁コイル 21と、電磁コイル 21の内周面を卷回するボビン 22を有す る。ボビン 22と、ノイブ状部材 11の外周面とは微小な間隙に保持されている。パイプ 状部材 11と電磁コイル 21は摺動しても、摺動しなくてもどちらでもよい。また、電磁コ ィル 21の巻き数の決め方は、得たい推力以上となるように、かつリニアモータの電圧 降下と駆動回路での電圧降下が電源電圧以下となるように、適当な巻き数、巻き線 径を決めることが好ましい。
[0046] パイプ状部材 11は、一端部 11aにパイプ状部材 11内から磁石 12が抜けることを規 制する抜け止構造 30を有し、他端部 l ibに取付ブロック部材 31を有する。この実施 の形態の抜け止構造 30は、パイプ状部材 11の一端部 1 laに蓋 80を一体に形成し て密閉する構造であるが、例えば別部材により蓋を形成して溶接や接着等で接合固 定して密閉してもよい。
[0047] 取付ブロック部材 31は、雌ネジ部 3 laを有している。複数の磁石 12を雌ネジ部 3 la から挿入し、パイプ状部材 11の他端部 1 lbから複数の磁石 12を互 、に隣り合う磁石 12の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して固定子 10を収納する。この取付 ブロック部材 31の雌ネジ部 3 laに保持部材 32の雄ネジ 32aを螺着して組み付ける。 保持部材 32は、頭部に工具係合溝 32bを有する。この工具係合溝 32bに図示しな
V、工具を係合し、保持部材 32を取付ブロック部材 31の雌ネジ部 31aに螺着すること で、磁石 12を押し込み保持する。パイプ状部材 11の一端部 11a側から外周面に可 動子 20を移動可能に配置する。
[0048] このように、一端部 11aに抜け止構造を有するパイプ状部材 11内に、他端部 l ib 側から複数の磁石 12を互いに隣り合う磁石 12の同じ磁極が対向する方向で直列状 に配置して固定子 10を収納し、他端部 l ibに保持部材 32を設けて磁石 12を保持す る。この磁石 12の組付けによりセンタ軸をなくすことができ、部品点数を削減した安価 な構造で、パイプ状部材 11内に複数の磁石 12が抜けることがなぐしかもガタ付かな
V、ように簡単且つ確実に磁石 12を取り付けることができる。
[0049] また、磁石 12は、円柱形状であり、従来のような中心に貫通孔を設けることがない 分、磁石 12の製造コストが安価になる。磁石 12の材料としては、磁束密度の大きい 希土類磁石が好ましい。特に、希土類磁石はネオジム系磁石、例えば、ネオジム 鉄 ボロン磁石 (Nd-Fe - B磁石）が好ましく、他の磁石に比べて高 、推力が得ら れる。
[0050] ノイブ状部材 11の材料としては、アルミニウム合金、銅合金、非磁性ステンレス鋼 等の非磁性材料で形成される。また、パイプ状部材 11は、その外側に配置される可 動子 20に作用する磁界を減少させないように、できるだけ薄いほうが好ましい。一例 として、パイプ状部材 11は、厚さ約 lmmのステンレス鋼で形成される。
[0051] 図 1乃至図 3に示す実施に形態の抜け止構造 30は、パイプ状部材 11の一端部 11 aを密閉し、パイプ状部材 11の加工により抜け止構造を簡単に設けることができるが 、これに限定されず、図 4乃至図 10に示すように構成することができる。
[0052] 図 4に示す実施の形態は、パイプ状部材 11の一端部 11aを内側に屈曲し、密閉し ない開口部 l lalを形成し、この開口部 l lalの径 D1を磁石 12の外径 D2より小径に 形成した密閉しない構造である。この実施の形態も図 1乃至図 3に示す実施に形態と 同様に、パイプ状部材 11の加工により抜け止構造 30を簡単に設けることができる。
[0053] 図 5に示す実施の形態は、パイプ状部材 11の一端部 11aにブロック部材 40を設け た構成である。ブロック部材 40は、柱状であるが、ノイブ状でもよい。この実施の形態 では、パイプ状部材 11の加工を行なうことなぐ別部材のブロック部材 40により抜け 止構造を簡単に設けることができる。
[0054] ブロック部材 40はパイプ状部材 11の一端部 11aの外径 D3と略同外径 D4に形成 され、一端部 11aに接合固定される。この接合固定は、溶接、あるいは接着による。 ブロック部材 40がパイプ状部材 11の一端部 11aの外径 D3と略同外径 D4であり、パ イブ状部材 11の外周面に可動子 20を移動可能に配置する際にブロック部材 40が 邪魔になることがない。
[0055] 図 6に示す実施の形態も図 5に示す実施の形態と同様に、パイプ状部材 11の一端 部 11aにブロック部材 40を設けた構成である力 ブロック部材 40は、パイプ状部材 1 1の一端部 11aの内径 D5より外径 D6が小さぐ一端部 11aに挿着して固定される。こ の固定は、溶接、接着、あるいは圧着による。ブロック部材 40がパイプ状部材 11の 一端部 1 laの内径 D5より小さ 、外径であり、パイプ状部材 11の外周面に可動子 20 を移動可能に配置する際にブロック部材 40が邪魔になることがない。
[0056] 図 7に示す実施の形態は、図 6の実施の形態と同様に、ブロック部材 40は、パイプ 状部材 11の一端部 11aの内径 D5より外径 D6が小さぐ一端部 11aに挿着されるが 、ボルト等の締付手段 41を一端部 11aからブロック部材 40に螺着し、簡単かつ確実 に締付固定される。このボルト等の締付手段 41は、頭部がパイプ状部材 11の一端 部 11aの外周力 突出する長さを抑えて、パイプ状部材 11の外周面に可動子 20を 移動可能に配置する際に締付手段 41の頭部が邪魔になることがないようにする。
[0057] 図 8に示す実施の形態は、図 5の実施の形態と同様に、ブロック部材 40は、パイプ 状部材 11の一端部 11aに接合固定されるが、ブロック部材 40が突き当て部 40aを有 し、この突き当て部 40aがー端部 11aに挿着されて磁石 12に当接して保持する。突 き当て部 40aは、ノィプ状部材 11の一端部 11aの内径 D5と略同径になっている力 これに限定されず内径 D5より小径でもよい。
[0058] 図 9に示す実施の形態も図 6に示す実施の形態と同様に、ブロック部材 40は、ノ ィ プ状部材 11の一端部 11aの内径 D5より外径 D6が小さぐ一端部 11aに挿着して固 定される力 ブロック部材 40はパイプ状である。このブロック部材 40の内径 D10は、 磁石 12の外径 D2より小径であり、磁石 12が抜けることがないように保持している。ブ ロック部材 40の固定は、溶接、接着、あるいは圧着による。
[0059] 図 10に示す実施の形態は、図 9のブロック部材 40の実施の形態の変形例を示す。
図 10 (a)のブロック部材 40は、パイプ状を半分にしたものであり、図 10 (b)のブロック 部材 40は、パイプ状を 2分割したものである力 これに限定されず、 3分割状でもよく 、抜け落ちることがない構造であればよい。
[0060] このように、ブロック部材 40が柱状またはノィプ状であり、安価なブロック部材 40を 用いてパイプ状部材 11に簡単に設けることができる。
[0061] 次に、リニアモータの他端部の他の実施の形態を、図 11に基づいて説明する。図 1 1はリニアモータの他端部の要部断面図である。この実施の形態のパイプ状部材 11 の他端部 l ibには、図 1乃至図 3に示す実施の形態と同様に、取付ブロック部材 31 が設けられ、この取付ブロック部材 31に保持部材 32を螺着して組み付けられるが、 保持部材 32は磁石 12を押圧する突起部 32cを有する。
[0062] このように、パイプ状部材 11の反対側の他端部 1 lbに取付ブロック部材 31を設け、 この取付ブロック部材 31に保持部材 32を螺着し、突起部 32cにより磁石 12を押圧す ることで、磁石 12がガタ付かないように簡単且つ確実に取り付けることができる。
[0063] 取付ブロック部材 31の外形は、四角でも、円筒でもよい。また、取付ブロック部材 3 1とパイプ状部材 11の他端部 l ibとの固定は、ねじ止め、溶接、接着などが実施され る。
[0064] また、パイプ状部材 11の内径≤取付ブロック部材 31の内径にすることで、パイプ状 部材 11と取付ブロック部材 31を先に固定し、その後磁石 12を通すことができるので 、そのほうが好ましい。その際、保持部材 32は突起部 32cを有する形状とし、その突 起部 32cが磁石 12を押し込む長さ以上になっていることで、磁石 12を密着させて押 し込むことがでさる。 [0065] また、この実施の形態では、図 12に示すように、互いに隣り合う磁石 12の間に、軟 磁性体 50を配置する。軟磁性体 50は、例えば鉄などが用いられる。互いに隣り合う 磁石 12の間に、軟磁性体 50を配置することで、磁石反発力を抑制することができ、 かつ周囲への漏れ磁束を大きくする (推力を向上する）ことができるのでより好ましい 。挿入する軟磁性体 50は、磁極ピッチの 1/10以下にするのが好ましい。磁極ピッ チの 1Z10以上にすると、漏れ磁束が小さくなるので効果がない。軟磁性体 50の両 端は磁石の長さがピッチ長にならなくても良い。また、パイプ状部材 11の長さが決ま つた際には、全長の調整のために、両端の磁石の長さを他とは変更することもあり得 る。
[0066] この実施の形態では、図 13乃至図 16に示すように、それぞれのパラメータを振って 、磁石の使用量を極力減らし、所望の推力が得られるリニアモータを設計することが できる。図 13は磁束密度の計算例を示し、図 14は磁石長さ変更時の推力のシミュレ ーシヨン、図 15は磁石内径変更時の推力のシミュレーション、図 16は磁石外径変更 時の推力のシミュレーションである。
[0067] この方法は、リニアモータの設計に一般的に用いられる方法である。この際、磁石 には、不可逆減磁がある。反発する方向に磁石を配置するため、パーミアンスが小さ くなる。
[0068] 即ち、磁石に外部から磁界が加えられると着磁され、その外部磁界を取り除いた後 でも、磁石力 は磁束を外部に放出する。その磁束量が残留磁束密度 (Br)であるが 、実際には着磁の場合とは逆方向の磁界 (反磁界）が加わった状態で使用されるの で、残留磁束密度より小さい磁束密度しか外部には放出されない。 反磁界は N極と S極が近づく程、すなわち磁石の寸法比 (長さ Z直径）が小さいほど大きくなり、この 反磁界を考慮し、磁石に有効に働く磁界は図 16の—Hdである時、磁石は B—H曲 線 (減磁曲線)上の H=—Hdに対応する磁束密度 Bdを放出して 、ること〖こなる。
[0069] ここで、 p = BdZHdをパーミアンス係数と!/、い、図 17の原点から勾配 BdZHdの直 線と B— H曲線との交点 Pを作動点と呼ぶ。パーミアンスとは「浸透しやすさ =磁束の 通り易さ」という意味で、磁束を電流に置換えた時の電気伝導度 (電流 Z電圧）に相 当している。動作点 Pは磁石の形状や周囲の状況によって変化し、例えば着磁後の 磁石の動作点が図 17の P点であったとすると、その磁石に鉄片が吸着されると、磁石 に働く有効磁界は原点方向にずれる。
[0070] また、例えば、保磁力の小さい磁石を用いると、常温でも減磁石が生じてしまうので 、ある程度の保磁力が必要となる。不可逆減磁が生じる温度も、先の電磁場計算ソフ トウエアによりパーミアンスを計算し、磁石の B— H特性曲線から減磁温度を計算する ことができる。
[0071] 磁石は希土類磁石が好ましく用いられ、この希土類磁石ではネオジム系磁石を用 いるのが好ましいが、保磁力が十分であり不可逆減磁が使用温度範囲で発生せず、 かつ必要な推力が得られるだけの磁石エネルギーがあれば特に限定されな 、。ネオ ジム系磁石などを用いる場合には、鲭の問題が生じ、パイプ状部材 11内に挿入され てはいる力 パイプ状部材 11の一端部 11aの固定に円筒状の部材を用いれば、そこ から鲭が外へ飛散し、使用する装置に影響を与える可能性がある。また、磁石製造 段階から、リニアモータ 1の組み立て段階までに鲭が生じれば、磁石の破損にも結び つく。そこで、磁石にはメツキを施すのが望ましぐ例えばニッケルメツキやアルミメツキ などが一般的である。特にメツキの種類には制限はな ヽ。
産業上の利用可能性
[0072] このリニアモータは、パイプ状部材と、パイプ状部材内に複数の磁石を、互いに隣り 合う磁石の同じ磁極が対向する方向で直列状に配置して収納される固定子と、パイ プ状部材の外周面に対向配置され移動可能な可動子とを有し、パイプ状部材は、一 端部にパイプ状部材内から磁石が抜けることを規制する抜け止構造を有する。この 抜け止構造により、他端部側力も磁石を組み付けて保持することができ、部品点数を 削減した安価な構造で、パイプ状部材内に複数の磁石が抜けることがなぐしかもガ タ付かな!/、ように簡単且つ確実に磁石を取り付けることができる。

Claims

請求の範囲
[1] パイプ状部材と、
前記パイプ状部材内に複数の磁石を、互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極が対向 する方向で直列状に配置して収納される固定子と、
前記パイプ状部材の外周面に対向配置され移動可能な可動子とを有するリニアモ ータであり、
前記パイプ状部材は、一端部に前記パイプ状部材内から前記磁石が抜けることを 規制する抜け止構造を有することを特徴とするリニアモータ。
[2] 前記抜け止構造は、前記パイプ状部材の一端部が密閉、または一端部の内径が前 記磁石の外径より小径であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリニアモー タ。
[3] 前記抜け止構造は、前記パイプ状部材の一端部にブロック部材を設けた構成である ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のリニアモータ。
[4] 前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部の外径と略同外径で、前記一端部 に接合固定されることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のリニアモータ。
[5] 前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部の内径より外径力 、さぐ前記一端 部に挿着して固定されることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のリニアモータ。
[6] 前記ブロック部材は、前記パイプ状部材の一端部に挿着されて前記磁石に当接する 突き当て部を有することを特徴とする請求の範囲第 4項に記載のリニアモータ。
[7] 前記接合固定は、溶接、接着、圧着、締付を含むことを特徴とする請求の範囲第 4項 に記載のリニアモータ。
[8] 前記ブロック部材は、柱状またはノイブ状であることを特徴とする請求の範囲第 3項 乃至請求の範囲第 6項のいずれか 1項に記載のリニアモータ。
[9] 前記パイプ状部材の抜け止構造を有する一端部に対して反対側の他端部に、前記 磁石を保持する保持部材を設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項乃至請求の範 囲第 8項の!/、ずれ力 1項に記載のリニアモータ。
[10] 前記パイプ状部材の反対側の他端部に、雌ネジ部を有する取付ブロック部材を設け
、この取付ブロック部材に前記保持部材を螺着したことを特徴とする請求の範囲第 9 項に記載のリニアモータ。
[11] 前記保持部材は、前記磁石を押圧して保持する突起部を有することを特徴とする請 求の範囲第 9項または請求の範囲第 10項に記載のリニアモータ。
[12] 前記磁石は、円柱形状であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第
11項の!/、ずれ力 1項に記載のリニアモータ。
[13] 前記互いに隣り合う前記磁石の間に、軟磁性体を配置したことを特徴とする請求の 範囲第 11項乃至請求の範囲第 12項のいずれか 1項に記載のリニアモータ。
[14] 前記磁石が希土類磁石であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至請求の範囲第
13項のいずれ力 1項に記載のリニアモータ。
[15] 前記希土類磁石がネオジム系磁石であることを特徴とする請求の範囲第 14項に記 載のリニアモータ。
[16] 一端部にパイプ状部材内から磁石が抜けることを規制する抜け止構造を有するパイ プ状部材内に、他端部から複数の磁石を互いに隣り合う前記磁石の同じ磁極が対向 する方向で直列状に配置して固定子を収納し、
他端部に前記磁石を保持する保持部材を設け、
前記ノイブ状部材の外周面に可動子を移動可能に配置したことを特徴とするリニ ァモータの製造方法。
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