リニア駆動装置
【課題】簡単な構成でコアを作製することができ、渦電流の低減し、また、コアの軽量化を実現することができるリニア駆動装置を提供すること。
【解決手段】各磁性板３１１及び３１２の積層により積層方向に配列された埋設孔３１ａに永久磁石３２１，３４１が挿通されて固定されているので、永久磁石３２１，３４１が可動子コアから剥がれ落ちるおそれがない。第１の磁性板３１１の径方向サイズと、第２の磁性板３１２の径方向サイズとが異なるため、これら磁性板３１１及び３１２が積層されて形成される可動子コアの表面領域において、複数の間欠溝３１９が形成される。これらの間欠溝３１９により、可動子コアの表面領域において、Ｚ軸方向における漏れ磁束の発生を抑えることができ、簡単な構成で、その表面領域での渦電流を低減することができる。
【解決手段】各磁性板３１１及び３１２の積層により積層方向に配列された埋設孔３１ａに永久磁石３２１，３４１が挿通されて固定されているので、永久磁石３２１，３４１が可動子コアから剥がれ落ちるおそれがない。第１の磁性板３１１の径方向サイズと、第２の磁性板３１２の径方向サイズとが異なるため、これら磁性板３１１及び３１２が積層されて形成される可動子コアの表面領域において、複数の間欠溝３１９が形成される。これらの間欠溝３１９により、可動子コアの表面領域において、Ｚ軸方向における漏れ磁束の発生を抑えることができ、簡単な構成で、その表面領域での渦電流を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な作用によりリニア駆動を行うリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リニアな駆動力や動きを得るためのリニア駆動装置として、リニアアクチュエータやリニアモータがある。リニアアクチュエータとしては、比較的短いストロークで動作するものが多く、リニアモータとしては、比較的長いストロークで動作するものが多い。
【０００３】
特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、円周方向に複数に分割され永久磁石がそれぞれ取り付けられたＴ字状の固定子構成部材と、それらの固定子構成部材が配列されることにより形成される固定子１３の中央部の空間内に配置された円筒状の可動子とを備える。これら固定子構成部材及び可動子は、電磁鋼板を軸方向（可動子の移動方向）で積層することにより形成される（例えば、特許文献１の段落[００１８]、[００１９]、図１参照）。
【０００４】
また、特許文献１では、図７、８に示されるように、固定子に永久磁石が埋め込まれたタイプのリニアアクチュエータも開示されている。永久磁石が固定子に埋め込まれることにより、永久磁石の剥がれ落ちを防止できる。
【０００５】
ここで、このように構成されたリニアアクチュエータでは、固定子のコイルへの通電により発生した磁束が、固定子のティース部を通り可動子へ入射する。すなわち、固定子のコアの表面から磁束が出射し、可動子のコアの表面にほぼ垂直に磁束が入射する。また、可動子から固定子ティース部へ戻るように磁束が流れるので、可動子のコアの表面からほぼ垂直に磁束が出射し、固定子のコアの表面にほぼ垂直に磁束が入射する。
【０００６】
特許文献１のリニアアクチュエータでは、電磁鋼板が積層されて固定子構成部材や可動子が形成されている。したがって、上記した磁束の流れが発生しても、それによる渦電流の発生は抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リニア駆動の推力特性や、その駆動エネルギーの効率化の観点から、渦電流をさらに低減したいという要求がある。
【０００９】
従来の装置では、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されているため、渦電流を低減できても、所定の値までしか渦電流を低減できないと考えられる。具体的には、上記のような永久磁石が埋め込みタイプのリニアアクチュエータでは、その固定子のコアの表面とその内部の永久磁石との間の表面領域で、可動子の駆動のためのエネルギーへの寄与の少ない、またはほぼ寄与しない磁束（漏れ磁束）の流れが、ほぼ軸方向に発生する。その結果、各磁性板におけるその表面領域において渦電流が発生するという問題がある。
【００１０】
さらに、例えばコアに、渦電流抑制のための新たな部材などを付け加えたりすることは、コアの重量の増大につながり、その分、駆動時のエネルギーの損失が発生してしまう。
【００１１】
かかる渦電流を低減するためには、磁性板の形状等に工夫が必要であるが、その形状等が複雑とならないように、また、上記エネルギー損失の観点からコアの重量が増えないようにする必要がある。
【００１２】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡単な構成でコアを作製することができ、渦電流の低減し、また、コアの軽量化を実現することができるリニア駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリニア駆動装置は、
コイルが装着された１次側部材と、
前記１次側部材に対向して配置され、前記１次側部材と相対的に移動可能に設けられた２次側部材とを具備し、
前記２次側部材は、
永久磁石と、
複数の磁性板が、前記１次側部材及び前記２次側部材の相対移動方向に積層されて形成されたコアとを有し、
前記複数の磁性板のうち第１の磁性板は、
本体部と、
前記本体部から外側へ突出した突出部とを有し、
前記複数の磁性板のうち第２の磁性板は、
本体部と、
前記第２の磁性板の外周に沿って設けられた外形枠部と、
前記本体部から外側へ突出し、前記本体部と前記外形枠部とを連結する連結部と、
前記第２の磁性板の前記本体部と前記外形枠部との間に、前記連結部によって形成され、前記永久磁石が挿入される埋設孔とを有する
ことを特徴とする。
【００１４】
２次側部材のコアを形成する複数の磁性板に含まれる第１及び第２の磁性板は、本体部を共通形状として有するが、第２の磁性板が、その本体部から連結部を介して外形枠部を有している点で、第１の磁性板と異なる。そして、第１及び第２の磁性板が積層されて形成されたコアでは、第１及び第２の磁性板の各本体部が揃い、第２の磁性板に形成された埋設孔に永久磁石が挿通されて固定されている。
【００１５】
すなわち、本発明に係るリニア駆動装置のコアは、従来の装置のコアのように、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されていた構成とは異なり、渦電流をさらに低減することができる。具体的には、第１の磁性板の径方向サイズと、第２の磁性板の径方向サイズとが異なることにより、それらが積層されて形成される２次側部材のコアの表面領域において、１次側及び第２次側部材の相対移動方向に沿った軸の周りの方向に凹部または溝が形成される。このような凹部または溝により、コアの表面領域において、１次側及び２次側部材の相対移動の方向での、漏れ磁束の発生を抑えることができ、そのコアの表面領域での渦電流を低減することができる。
【００１６】
また、第１の磁性板と第２の磁性板のそれぞれの形状を比べると、第２の磁性板には、永久磁石をコアに埋設するための埋設孔が設けられ、第１の磁性板にはそのような埋設孔が設けられない。つまり、このような簡単な構成の違いを持つ第１及び第２の磁性板の積層によりコアが形成されるので、簡単な構成でコアを作製することができる。
【００１７】
さらに、第１の磁性板は、第２の磁性板において外形枠部に相当する部位を有していないため、その分、コアの軽量化を図ることができ、省エネルギー化に寄与する。
【００１８】
前記第１及び第２の磁性板は、単数ずつ交互に積層されてもよい。
これにより、同じ形状の磁性板が互いに当接しないので、さらなる渦電流の低減を図ることができる。
【００１９】
前記突出部及び前記連結部の、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置がそれぞれ一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されることで、前記第２の磁性板の前記外形枠部同士を支え合うブリッジ部が形成されてもよい。
第１の磁性板の突出部及び第２の磁性板の連結部によりブリッジ部が形成されるので、例えば第２の磁性板の、外形枠部の変形を防止することができる。
【００２０】
前記第１及び前記第２の磁性板の前記各本体部は、
前記第１及び前記第２の磁性板の積層により前記コアの側面を形成する側部エッジと、
前記側部エッジから切り欠かれた切り欠きとをそれぞれ有し、
前記各切り欠きの、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置が一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されていてもよい。
第１及び第２の磁性板の各本体部に、共通形状部分として側部エッジが設けられ、その側部エッジに、相対移動方向に沿った軸の周りで角度位置が一致して設けられた切り欠きがそれぞれ設けられるので、コアの軽量化を図ることができるとともに、その切り欠き位置による、各第１及び第２の磁性板の積層の際の位置決めを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、簡単な構成でコアを作製することができ、渦電流の低減を実現し、また、コアの軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、可動子を示す斜視図である。
【図４】図４は、可動子を示す正面図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６Ａ及びＢは、第１の磁性板及び第２の磁性板をそれぞれ示す正面図である。
【図７】図７は、固定子コア側から、Ｙ軸方向で見た可動子コアの一部を示す平面図である。
【図８】図８は、図５に示した表面領域を拡大して示す断面図である。
【図９】図９Ａ及びＢは、リニア駆動装置の動作を説明するための図である。
【図１０】図１０は、可動子コアの表面領域及び固定子歯を拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る可動子コアを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
[リニア駆動装置の構成]
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２６】
リニア駆動装置１００は、固定子１及び可動子３を備える。図１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）で見た図である。固定子１は、固定子コア１１及び１２と、固定子コア１１及び１２にそれぞれ設けられたコイル１３、１４、１５及び１６とを備える。固定子コア１１及び１２は、可動子３を挟んでＹ軸方向で対向するように設けられている。
【００２７】
固定子１及び可動子３のうち、固定子１は、コイルが備えられる１次側部材として機能する。一方、可動子３は、２次側部材として機能する。
【００２８】
固定子コア１１には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１１１及び１１２が設けられている。また同様に、固定子コア１２には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１２１及び１２２が設けられている。これらの固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ上記コイル１３、１４、１５及び１６が巻回されている。
【００２９】
図１に示すように、固定子歯１１１は、後述するように円柱状の可動子３の側面に沿った曲面１１１ａを有している。そのほかの固定子歯１１２、１２１、１２２も、固定子歯１１１と同様の形状を有している。固定子コア１１の固定子歯１１１と、固定子コア１２の固定子歯１２１とがＹ軸方向で対向するように配置されている。また、固定子コア１１の固定子歯１１２と、固定子コア１２の固定子歯１２２とがＹ軸方向で対向するように配置されている。図２に示すように、可動子３は、それらの固定子歯１１１及び１２１、１１２及び１２２に対面するように配置されている。固定子コア１１及び１２は、図示しないフレームに支持されて、またはケーシングに収められて互いに位置決めされる。
【００３０】
図２に示すように、可動子３の中央には、Ｚ軸方向に沿って貫通した、シャフト３３の挿通穴３１ｄが形成されている。シャフト３３は、図示しない軸受やバネ等の支持部材によってシャフト３３がＺ軸方向に沿って移動可能となるように支持される。可動子３のＺ軸方向の両端にはカバー部材３６が取り付けられ、カバー部材３６はシャフト３３と一体的になるようにシャフト３３に固定される。カバー部材３６は、可動子コア３１とシャフト３３との固定の機能のほか、後述する永久磁石の抜け防止の機能も有する。しかし、必ずしもカバー部材３６はなくてもよい。
【００３１】
なお、リニア駆動装置１００が、可動子が往復振動するようなリニアクチュエータとして用いられる場合、シャフト３３を支持する支持部材としてバネ部材が用いられる。この場合、例えばスパイラル状の板バネが用いられる。スパイラル状の板バネが用いられることにより、その板バネの変形によって可動子３が円周方向に回転し、永久磁石が可動子コア３１に埋め込まれる埋め込み構造及び円柱構造であることのメリットが高められる。支持部材の他の例として、８の字形状の板バネ、リニアブッシュ、ボールスプライン、エアベアリング、リニアガイド等が挙げられる。
【００３２】
図３は、可動子３を示す斜視図である。図４は可動子３を示す正面図であり、図５は図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００３３】
可動子３は、円柱形状に近い形状を有する。可動子３は、可動子コア３１と、可動子コア３１内に埋め込まれた永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３とを含む。可動子コア３１は、複数の第１の磁性板３１１と、複数の第２の磁性板３１２とを含む。
【００３４】
図６Ａ及びＢは、その第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２をそれぞれ示す正面図である。可動子コア３１は、これら第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が、可動子３の移動方向に単数ずつ交互に積層されて形成されている。
【００３５】
可動子コア３１を形成する複数の第１の磁性板３１１は、実質的に同一形状を有している。また、可動子コア３１を形成する複数の第２の磁性板３１２は、実質的に同一形状を有している。しかしながら、第１の磁性板３１１と第２の磁性板３１２とは、互いに異なる形状に形成されている。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２の、Ｚ軸方向の各厚さは実質的に同一とされる。各磁性板３１１及び３１２としては、典型的には電磁鋼板が用いられる。電磁鋼板の表面には絶縁被膜がそれぞれ形成されている。電磁鋼板は珪素を含んでいてもよい。
【００３６】
図６Ａに示すように、第１の磁性板３１１は、本体部３１１０と、この本体部３１１０の外形を形成する本体エッジ部３１１０ａから外側へ突出して設けられた突出部３１１１及び突出片３１１２とを有する。本体部３１１０の中央部には、上記したようにシャフト３３の挿通穴３１１０ｄ（３１ｄ）が形成されている。また、本体エッジ部３１１０ａのうち、可動子コア３１の両側面を形成するための側部エッジ３１１０ｂには、切り欠き３１１０ｃがそれぞれ形成されている。
【００３７】
突出部３１１１は、シャフト３３の軸周り（Ｚ軸周り）で１８０度離れた位置に２つ設けられ、突出片３１１２は、その軸周りで概ね等角度間隔で、８つ設けられている。切り欠き３１１０ｃは、Ｚ軸周りで１８０度離れた位置に２つ設けられ、これらは、突出部３１１１に対してＺ軸周りで９０度離れた位置に設けられている。
【００３８】
図６Ｂに示すように、第２の磁性板３１２は、本体部３１２０と、この第２の磁性板３１２の外周に沿って設けられた外形枠部３１２９と、本体部３１２０から外側へ突出し、本体部３１２０と外形枠部３１２９とを連結する連結部３１２１とを有する。第２の磁性板３１２と、上記第１の磁性板３１１とで共通する点は、本体部３１２０、本体部３１２０の中央部に設けられたシャフト３３の挿通穴３１２０ｄ（３１ｄ）、本体部３１２０の本体エッジ部３１２０ａから突出して設けられた突出片３１２２が設けられている点にある。
【００３９】
連結部３１２１は、Ｚ軸周りで１８０度分離れた位置に設けられている。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が積層された時に、連結部３１２１と、第１の磁性板３１１の突出部３１１１とが、Ｚ軸周りで一致する位置でそれぞれ重なり合うようになっている。突出片３１２２及び切り欠き３１２０ｃは、上記第１の磁性板３１１と同様の角度位置に、同様の個数分それぞれ設けられている。
【００４０】
第２の磁性板３１２には、本体部３１２０の本体エッジ部３１２０ａと、外形枠部３１２９との間に、連結部３１２１によって区画形成された、永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・が挿入される埋設孔３１ａが形成されている。永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・は、概ね、平板形状（Ｚ軸方向で見て概ね長方形）あるいは台形柱状（Ｚ軸方向で見て概ね台形）を有している。各磁性板３１１及び３１２が積層されることにより、図３及び５に示すように、これらの各本体部３１１０及び３１２０、また、各本体エッジ部３１１０ａ及び３１２０ａが揃うように配置される。そして、このように各磁性板３１１及び３１２が積層された状態で、埋設孔３１ａに永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・がそれぞれ挿通されて可動子コア３１に固定される。
【００４１】
第１の磁性板３１１では、永久磁石は、各突出部３１１１及び各突出片３１１２によって、そのＺ軸周りの角度位置が位置決めされる。また、第２の磁性板３１２では、永久磁石は、各連結部３１２１及び各突出片３１２２によって、そのＺ軸周りの角度位置が位置決めされる。各磁性板３１１及び３１２の積層によって、それらの各切り欠き３１１０ｃ及び３１２０ｃが揃えられて、図３に示すように、可動子コア３１にＺ軸方向に沿って設けられた切り欠き部３１ｄが形成される。
【００４２】
このように、各磁性板３１１及び３１２の各側部エッジ３１１０ｂ及び３１２０ｂに、シャフト３３の軸周りで角度位置が一致して設けられた切り欠き３１１０ｃ及び３１２０ｃがそれぞれ設けられるので、コアの軽量化を図ることができる。また、その切り欠き位置による、各磁性板３１１及び３１２の積層の際の位置決めを容易に行うことができる。
【００４３】
図７は、固定子コア１１（または１２）側から、Ｙ軸方向で見た可動子コア３１の一部を示す平面図である。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が積層されることにより、上記したように、突出部３１１１及び連結部３１２１同士が重なり合い、互いに接続される。これら突出部３１１１、連結部３１２１、突出部３１１１、連結部３１２１、・・・の連なりにより、図７に示すように、Ｚ軸方向に沿ってブリッジ部３１８が連続して形成される（図３も参照）。ブリッジ部３１８は、第２の磁性板３１２の各外形枠部３１２９同士を支え合う機能を有し、言わばリブの機能を果たす。
【００４４】
第２の磁性板３１２が電磁鋼板で形成される場合であって、そのＺ軸方向に沿う厚さが例えば0.75mm以下の場合、その外形枠部３１２９は変形しやすい。特に、可動子コア３１の製造時において、永久磁石を埋設孔に埋め込む場合に、その変形が起こりやすくなる。ブリッジ部３１８が形成されることにより、外形枠部３１２９の変形を防止することができ、外形枠部３１２９のＺ軸方向に沿う強度を高めることができる。
【００４５】
もちろん、第２の磁性板３１２の厚さが0.75mmを超える場合であっても、可動子コアにこのようなブリッジ部を形成してもよい。
【００４６】
なお、各磁性板３１１及び３１２は、それぞれ圧着及び接着剤による接着のうち少なくとも一方の工程によって積層されることで、可動子コア３１が形成される。あるいは、各磁性板３１１及び３１２は、Ｖカシメ、または丸ダボ等を用いたカシメ、通しピンを用いたピンカシメ、または、溶接（例えばレーザー溶接）等により一体化されてもよい。
【００４７】
各磁性板３１１及び３１２の積層方向の１列分の複数の永久磁石３２１、３２２及び３２３（３４１、３４２及び３４３）を、以下、永久磁石セット３２（３４）と呼ぶ。後述するように、固定子コア１１側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３２とし、固定子コア１２側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３４とする。本実施形態に係る可動子３には、４つの永久磁石セット３２及び４つの永久磁石セット３４が設けられ、合計２４個の永久磁石が可動子コア３１に埋め込まれている。また、以降では、永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３を、永久磁石３２１等という場合もある。
【００４８】
このように磁性板３１１及び３１２が積層されることにより、埋設孔３１ａがＺ軸方向で連なり、各永久磁石３２１等がこれらの埋設孔３１ａに挿通されて固定され、位置決めされる。
【００４９】
各永久磁石３２１等は、図４及び図５に示すようにＺ軸方向（またはそのＺ軸方向の一断面）で見て、可動子コア３１の径方向にそれぞれ着磁されている。すなわち、可動子コア３１は概ね円柱構造であるため、その円柱構造の周囲（外周側である固定子１側）に磁極が向くように、永久磁石３２１等が着磁されている。また、可動子コア３１の、上側の固定子コア１１に近い側に配置された永久磁石３２１、３２２及び３２３（永久磁石セット３２）の、固定子コア１１側に向く磁極と、下側の固定子コア１２に近い側に配置された永久磁石３４１、３４２及び３４３（永久磁石セット３４）の、固定子コア１２側に向く磁極とは、それぞれ異なっている。すなわち、可動子３は、Ｚ軸方向で見て２極構造を有している。
【００５０】
さらに図５に示すように、永久磁石セット３２（３４）の各磁極であって固定子コア１１（１２）側に向く磁極は、磁性板３１１及び３１２の積層方向で交互に異なるように配置されている。すなわちこの可動子コア３１は、断面２極構造である。
【００５１】
３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３について、両端に設けられた永久磁石３２１及び３２３のＺ軸方向の長さより、中央に設けられた永久磁石３２２のＺ軸方向の長さが長くなるようにそれぞれ形成されている。３つの永久磁石３４１、３４２及び３４３についても同様である。これらの永久磁石３２１、３２２及び３２３のＺ軸方向の長さ（及びＺ軸方向に沿って並ぶ永久磁石の個数等）は、固定子コア１１及び１２の各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２のＺ軸方向の長さ、個数、あるいは、可動子３のストローク長等によって適宜設定される。
【００５２】
図８は、図５（図４におけるＢ−Ｂ線断面図）に示した表面領域３１３を拡大して示す断面図である。図８において図示された各磁性板３１１及び３１２の厚さのスケールと、図３及び５において図示された各磁性板３１２の厚さのスケールとを比べると、図３及び５の方が粗く表されている。これは図面の作成上の問題であり、両者に違いはない。
【００５３】
上記のように、磁性板３１１及び３１２が交互に積層されて可動子コア３１が形成されている。したがって、図８に示すように可動子コア３１の表面を含む領域であって、永久磁石セット３２（３４）と、固定子１との間に設けられた表面領域３１３には、Ｚ軸方向に沿って複数の間欠溝３１９が間欠的に形成される。間欠溝３１９を形成する領域は、この第１の磁性板３１１を挟む２つの第２の磁性板３１２の両外形枠部３１２９により挟まれた領域である。
【００５４】
[リニア駆動装置の動作]
【００５５】
次に、以上のように構成されたリニア駆動装置１００の動作を説明する。図９Ａ及びＢは、その動作を説明するための図である。なお、図９Ａ及びＢで表された、可動子３の永久磁石セット３２及び３４の極性は、固定子コア１１及び１２側に向く磁極を示している。
【００５６】
図９Ａに示すように、固定子コア１１側の２つのコイル１３及び１４に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられ、かつ、固定子コア１１及び１２側の２つのコイル１５及び１６に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられる。Ｙ軸方向で同じ位置に配置されたコイル１３（１４）及び１５（１６）にも互いに逆向きの電流が加えられる。そうすると、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に磁束が発生し、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に図示するように磁極が生成される。各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に発生した磁束と、可動子３に設けられた永久磁石３２１等により生成される磁束との相互作用により、可動子３は図９Ａ中、右へ移動する。
【００５７】
図９Ｂに示すように、図９Ａで示した各電流の向きとは逆向きの電流がコイル１３〜１６にそれぞれ同じタイミングで加えられる。そうすると、図９Ａで示した磁極とは反対の磁極が、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ生成される。これにより、可動子３は図８Ｂ中、左へ移動する。
【００５８】
以上のように、コイル１３〜１６にそれぞれ交流電流（交流電圧）が印加されることにより、可動子３はＺ軸方向で振動する。
【００５９】
コイル１３〜１６に加えられる交流電流の波形は、正弦波、矩形波、三角波など、適宜設定可能である。また、その波形にＤＣ成分等のオフセット電流が加えられてもよい。その場合、そのオフセット電流値に応じて可動子３のストロークエンド（死点）の位置を適宜調整することができる。そのほかにも、三相コイルに三相交流を流すといった、交流電流の波形に応じた種々の駆動方法を実現することができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、各磁性板３１１及び３１２の積層により積層方向に配列された埋設孔に永久磁石３２１等が挿通されて固定されているので、可動子コア３１と永久磁石３２１等とのずれを防止でき、永久磁石３２１等が可動子コア３１から剥がれ落ちるおそれがない。特に、固定子１ではなく、可動子３に永久磁石３２１等が設けられていても、可動子３の長年の移動による加速度が永久磁石３２１等に加えられても、永久磁石３２１等をコアに確実に保持しておくことができる。
【００６１】
本実施形態に係る可動子コア３１によれば、従来の装置のコアのように、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されていた構成とは異なり、渦電流をさらに低減することができる。すなわち、第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が上記のように構成され、第１の磁性板３１１の径方向サイズと、第２の磁性板３１２の径方向サイズとが異なるため、これら磁性板３１１及び３１２が積層されて形成される可動子コア３１の表面領域３１３において、複数の間欠溝３１９が形成される。これらの間欠溝３１９により、可動子コア３１の表面領域３１３において、Ｚ軸方向における漏れ磁束の発生を抑えることができ、その表面領域３１３での渦電流を低減することができる。
より詳しくは、図１０に示すように、例えば固定子歯１１１等から発生する磁束及び永久磁石３２１等から発生する磁束が、表面領域３１３における間欠溝３１９以外の領域、つまり磁気抵抗の低い領域を通り、可動子コア３１の中心側に向かうようになる。したがって、可動子コア３１の表面領域３１３において、可動子３の移動方向に沿った漏れ磁束の発生を抑えることができ、その表面領域３１３での渦電流を低減することができる。
【００６２】
このように、可動子３の駆動のためのエネルギーへの寄与の少ない、またはほぼ寄与しない漏れ磁束を減らすことにより、磁束を効率良く使用することができ、また、可動子３の推力特性を向上させることができる。
【００６３】
また、第１の磁性板３１１と第２の磁性板３１２のそれぞれの形状を比べると、第２の磁性板３１２には、永久磁石を可動子コア３１に埋設するための埋設孔３１ａが設けられ、第１の磁性板３１１にはそのような埋設孔３１ａが設けられない。つまり、このような簡単な構成の違いを持つ磁性板３１１及び３１２の積層により可動子コア３１が形成されるので、簡単な構成で可動子コア３１を作製することができる。
【００６４】
さらに、第１の磁性板３１１は、第２の磁性板３１２の外形枠部３１２９に相当する部位を有していないため、その分、コアの軽量化を図ることができ、省エネルギー化に寄与する。
【００６５】
[第２の実施形態に係るリニア駆動装置の構成]
【００６６】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る可動子コアを示し、固定子コア１１（または１２）側から、Ｙ軸方向で見た可動子コアの一部を示す平面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係るリニア駆動装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６７】
この可動子コア１３１は、例えば突出部３１１１（図６Ａ参照）を有していない第１の磁性板４１１と、図６Ｂに示した第２の磁性板３１２とが単数ずつ交互に積層されることにより形成されている。そして、隣り合う２つの第２の磁性板３１２の連結部３１２１付近で、それら磁性板３１２の外形枠部３１２９に、カシメ加工が施されている。カシメ加工として、または、カシメ以外の加工法として、例えば半打ち抜きや曲げ等によるカシメによって各磁性板４１１を変形させて、互いの磁性板４１１同士の隙間を埋めるように支え合う支持部としての役割を果たせる構造を形成する加工法であれば、何でもよい。可動子コア１３１の移動方向（Ｚ軸方向）に沿って断続的なブリッジ部３２８が形成されている。
【００６８】
このような断続的なブリッジ部３２８が形成される場合でも、外形枠部３１２９の変形を防止することができ、外形枠部３１２９のＺ軸方向に沿う強度を高めることができる。
【００６９】
[その他の実施形態]
【００７０】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【００７１】
図６Ａに示した第１の磁性板３１１の１磁極分（図６Ａの第１の磁性板３１１の上半分または下半分）について、突出部３１１１が１つ設けられ、突出片３１１２が４つ設けられる構成とした。しかし、２つ以上（例えば５つすべて）の突出部３１１１が設けられていてもよい。この場合、図６Ｂに示した第２の磁性板３１２についても、その第１の磁性板３１１の突出部及び突出片の数及び配置に対応するように、連結部及び突出片が設けられていればよい。
【００７２】
上記各実施形態に係る可動子コアにおいて、積層される磁性板について、異なる形状の磁性板３１１と３１２の厚さは互いに異なっていてもよい。例えば第１の実施形態に係る可動子コア３１において、可動子コア３１の間欠溝３１９を形成しない磁性板３１１の厚さより、間欠溝３１９を形成する磁性板３１２の厚さを厚くしてもよい。あるいは、複数枚の第１の磁性板３１１が連続して積層されることにより、間欠溝３１９のＺ軸方向の幅を適宜調整することもできる。
【００７３】
複数枚の第２の磁性板３１２が連続して積層されてもよい。この場合、連続積層される第２の磁性板３１２の枚数が多いほど、漏れ磁束が増えてくる。したがって、その漏れ磁束による渦電流の発生を考慮して第２の磁性板３１２の枚数が適宜設定される。
【００７４】
上記では、可動子である２次側部材は、第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２の２種類の形状を有する磁性板が積層されて形成されたが、３種類以上の異なる形状を有する磁性板が積層されて形成されてもよい。
【００７５】
上記のリニア駆動装置では、可動子である２次側部材が固定子である１次側部材の内側に配置されたが、１次側部材及び２次側部材の動きは相対的なものと捉えることができる。例えば内側の２次側部材が固定され、外側の１次側部材がその２次側部材に対して移動するような構成であってもよい。
【００７６】
上記のリニア駆動装置は、可動子コア３１である２次側コアが、固定子コア１１及び１２２である２つの１次側コアに挟まれるように構成された。しかし、例えば１つの２次側コアと、少なくとも１つの１次側コアとが対向して配置されるリニア駆動装置も実現可能である。この場合、２次側コアの形状は円柱形状でなくてもよく、例えば四角柱状のブロック形状であってもよい。
【００７７】
上記のリニア駆動装置は、可動子が往復振動するリニアアクチュエータとして利用される例を示した。しかし、リニア駆動装置は、可動子がリニアライン上の任意の位置から別の任意の位置まで移動するリニアモータとしても利用可能である。
【００７８】
上記各実施形態に係るリニア駆動装置が発電機として用いられてもよい。この場合、外部から可動子が駆動され、可動子が積層方向に移動することにより、固定子の各固定子歯に磁束変化が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【００７９】
上記実施形態では、図４に示すように、可動子３の一断面で見て２極構造の例を挙げた。すなわち、図４中、可動子３の上半分の磁極がＮ極（外周側に向く磁極がＮ極）であり、下半分の磁極がＳ極（外周側に向く磁極がＳ極）であった。しかし、このような形態に限られず、可動子３の一断面で見て単極構造、つまり、その一断面におけるすべての永久磁石の外周側に向く磁極がＮまたはＳの１極とされる形態であってもよい。
【００８０】
図１に示した固定子コア１１及び１２は、Ｙ軸方向で２つに分割されていたが、これらの固定子コア１１及び１２はＹ軸方向で連続するように接続されていてもよい。
【００８１】
固定子歯、永久磁石、永久磁石セットの数は適宜変更可能である。永久磁石、固定子コア、可動子コアの各形状等も適宜変更可能である。例えば、固定子歯は、可動子の移動方向で１つだけ設けられていてもよい。この場合、可動子の移動方向での長さも適宜調整される。可動子の移動方向における磁極数あるいは永久磁石の数は、上記実施形態では３つであったが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００８２】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…固定子（１次側部材に相当）
３…可動子（２次側部材に相当）
１１、１２…固定子コア
１３〜１６…コイル
３１、１３１…可動子コア（コアに相当）
３１ａ…埋設孔
３１ｄ…挿通穴
３２、３４…永久磁石セット
１００…リニア駆動装置
３１１、４１１…第１の磁性板
３１２…第２の磁性板
３１８、３２８…ブリッジ部
３２１〜３２３、３４１〜３４３…永久磁石
３１１０、３１２０…本体部
３１１０ａ、３１２０ａ…本体エッジ部
３１１１…突出部
３１２１…連結部
３１１０ｂ、３１２０ｂ…側部エッジ
３１１０ｃ、３１２０ｃ…切り欠き
３１２９…外形枠部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的な作用によりリニア駆動を行うリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リニアな駆動力や動きを得るためのリニア駆動装置として、リニアアクチュエータやリニアモータがある。リニアアクチュエータとしては、比較的短いストロークで動作するものが多く、リニアモータとしては、比較的長いストロークで動作するものが多い。
【０００３】
特許文献１に記載のリニアアクチュエータは、円周方向に複数に分割され永久磁石がそれぞれ取り付けられたＴ字状の固定子構成部材と、それらの固定子構成部材が配列されることにより形成される固定子１３の中央部の空間内に配置された円筒状の可動子とを備える。これら固定子構成部材及び可動子は、電磁鋼板を軸方向（可動子の移動方向）で積層することにより形成される（例えば、特許文献１の段落[００１８]、[００１９]、図１参照）。
【０００４】
また、特許文献１では、図７、８に示されるように、固定子に永久磁石が埋め込まれたタイプのリニアアクチュエータも開示されている。永久磁石が固定子に埋め込まれることにより、永久磁石の剥がれ落ちを防止できる。
【０００５】
ここで、このように構成されたリニアアクチュエータでは、固定子のコイルへの通電により発生した磁束が、固定子のティース部を通り可動子へ入射する。すなわち、固定子のコアの表面から磁束が出射し、可動子のコアの表面にほぼ垂直に磁束が入射する。また、可動子から固定子ティース部へ戻るように磁束が流れるので、可動子のコアの表面からほぼ垂直に磁束が出射し、固定子のコアの表面にほぼ垂直に磁束が入射する。
【０００６】
特許文献１のリニアアクチュエータでは、電磁鋼板が積層されて固定子構成部材や可動子が形成されている。したがって、上記した磁束の流れが発生しても、それによる渦電流の発生は抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リニア駆動の推力特性や、その駆動エネルギーの効率化の観点から、渦電流をさらに低減したいという要求がある。
【０００９】
従来の装置では、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されているため、渦電流を低減できても、所定の値までしか渦電流を低減できないと考えられる。具体的には、上記のような永久磁石が埋め込みタイプのリニアアクチュエータでは、その固定子のコアの表面とその内部の永久磁石との間の表面領域で、可動子の駆動のためのエネルギーへの寄与の少ない、またはほぼ寄与しない磁束（漏れ磁束）の流れが、ほぼ軸方向に発生する。その結果、各磁性板におけるその表面領域において渦電流が発生するという問題がある。
【００１０】
さらに、例えばコアに、渦電流抑制のための新たな部材などを付け加えたりすることは、コアの重量の増大につながり、その分、駆動時のエネルギーの損失が発生してしまう。
【００１１】
かかる渦電流を低減するためには、磁性板の形状等に工夫が必要であるが、その形状等が複雑とならないように、また、上記エネルギー損失の観点からコアの重量が増えないようにする必要がある。
【００１２】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡単な構成でコアを作製することができ、渦電流の低減し、また、コアの軽量化を実現することができるリニア駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るリニア駆動装置は、
コイルが装着された１次側部材と、
前記１次側部材に対向して配置され、前記１次側部材と相対的に移動可能に設けられた２次側部材とを具備し、
前記２次側部材は、
永久磁石と、
複数の磁性板が、前記１次側部材及び前記２次側部材の相対移動方向に積層されて形成されたコアとを有し、
前記複数の磁性板のうち第１の磁性板は、
本体部と、
前記本体部から外側へ突出した突出部とを有し、
前記複数の磁性板のうち第２の磁性板は、
本体部と、
前記第２の磁性板の外周に沿って設けられた外形枠部と、
前記本体部から外側へ突出し、前記本体部と前記外形枠部とを連結する連結部と、
前記第２の磁性板の前記本体部と前記外形枠部との間に、前記連結部によって形成され、前記永久磁石が挿入される埋設孔とを有する
ことを特徴とする。
【００１４】
２次側部材のコアを形成する複数の磁性板に含まれる第１及び第２の磁性板は、本体部を共通形状として有するが、第２の磁性板が、その本体部から連結部を介して外形枠部を有している点で、第１の磁性板と異なる。そして、第１及び第２の磁性板が積層されて形成されたコアでは、第１及び第２の磁性板の各本体部が揃い、第２の磁性板に形成された埋設孔に永久磁石が挿通されて固定されている。
【００１５】
すなわち、本発明に係るリニア駆動装置のコアは、従来の装置のコアのように、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されていた構成とは異なり、渦電流をさらに低減することができる。具体的には、第１の磁性板の径方向サイズと、第２の磁性板の径方向サイズとが異なることにより、それらが積層されて形成される２次側部材のコアの表面領域において、１次側及び第２次側部材の相対移動方向に沿った軸の周りの方向に凹部または溝が形成される。このような凹部または溝により、コアの表面領域において、１次側及び２次側部材の相対移動の方向での、漏れ磁束の発生を抑えることができ、そのコアの表面領域での渦電流を低減することができる。
【００１６】
また、第１の磁性板と第２の磁性板のそれぞれの形状を比べると、第２の磁性板には、永久磁石をコアに埋設するための埋設孔が設けられ、第１の磁性板にはそのような埋設孔が設けられない。つまり、このような簡単な構成の違いを持つ第１及び第２の磁性板の積層によりコアが形成されるので、簡単な構成でコアを作製することができる。
【００１７】
さらに、第１の磁性板は、第２の磁性板において外形枠部に相当する部位を有していないため、その分、コアの軽量化を図ることができ、省エネルギー化に寄与する。
【００１８】
前記第１及び第２の磁性板は、単数ずつ交互に積層されてもよい。
これにより、同じ形状の磁性板が互いに当接しないので、さらなる渦電流の低減を図ることができる。
【００１９】
前記突出部及び前記連結部の、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置がそれぞれ一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されることで、前記第２の磁性板の前記外形枠部同士を支え合うブリッジ部が形成されてもよい。
第１の磁性板の突出部及び第２の磁性板の連結部によりブリッジ部が形成されるので、例えば第２の磁性板の、外形枠部の変形を防止することができる。
【００２０】
前記第１及び前記第２の磁性板の前記各本体部は、
前記第１及び前記第２の磁性板の積層により前記コアの側面を形成する側部エッジと、
前記側部エッジから切り欠かれた切り欠きとをそれぞれ有し、
前記各切り欠きの、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置が一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されていてもよい。
第１及び第２の磁性板の各本体部に、共通形状部分として側部エッジが設けられ、その側部エッジに、相対移動方向に沿った軸の周りで角度位置が一致して設けられた切り欠きがそれぞれ設けられるので、コアの軽量化を図ることができるとともに、その切り欠き位置による、各第１及び第２の磁性板の積層の際の位置決めを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明によれば、簡単な構成でコアを作製することができ、渦電流の低減を実現し、また、コアの軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、可動子を示す斜視図である。
【図４】図４は、可動子を示す正面図である。
【図５】図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６Ａ及びＢは、第１の磁性板及び第２の磁性板をそれぞれ示す正面図である。
【図７】図７は、固定子コア側から、Ｙ軸方向で見た可動子コアの一部を示す平面図である。
【図８】図８は、図５に示した表面領域を拡大して示す断面図である。
【図９】図９Ａ及びＢは、リニア駆動装置の動作を説明するための図である。
【図１０】図１０は、可動子コアの表面領域及び固定子歯を拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る可動子コアを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２４】
[リニア駆動装置の構成]
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るリニア駆動装置を示す正面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２６】
リニア駆動装置１００は、固定子１及び可動子３を備える。図１は、可動子３の移動方向（Ｚ軸方向）で見た図である。固定子１は、固定子コア１１及び１２と、固定子コア１１及び１２にそれぞれ設けられたコイル１３、１４、１５及び１６とを備える。固定子コア１１及び１２は、可動子３を挟んでＹ軸方向で対向するように設けられている。
【００２７】
固定子１及び可動子３のうち、固定子１は、コイルが備えられる１次側部材として機能する。一方、可動子３は、２次側部材として機能する。
【００２８】
固定子コア１１には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１１１及び１１２が設けられている。また同様に、固定子コア１２には、可動子３の移動方向に配列された２つの固定子歯１２１及び１２２が設けられている。これらの固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ上記コイル１３、１４、１５及び１６が巻回されている。
【００２９】
図１に示すように、固定子歯１１１は、後述するように円柱状の可動子３の側面に沿った曲面１１１ａを有している。そのほかの固定子歯１１２、１２１、１２２も、固定子歯１１１と同様の形状を有している。固定子コア１１の固定子歯１１１と、固定子コア１２の固定子歯１２１とがＹ軸方向で対向するように配置されている。また、固定子コア１１の固定子歯１１２と、固定子コア１２の固定子歯１２２とがＹ軸方向で対向するように配置されている。図２に示すように、可動子３は、それらの固定子歯１１１及び１２１、１１２及び１２２に対面するように配置されている。固定子コア１１及び１２は、図示しないフレームに支持されて、またはケーシングに収められて互いに位置決めされる。
【００３０】
図２に示すように、可動子３の中央には、Ｚ軸方向に沿って貫通した、シャフト３３の挿通穴３１ｄが形成されている。シャフト３３は、図示しない軸受やバネ等の支持部材によってシャフト３３がＺ軸方向に沿って移動可能となるように支持される。可動子３のＺ軸方向の両端にはカバー部材３６が取り付けられ、カバー部材３６はシャフト３３と一体的になるようにシャフト３３に固定される。カバー部材３６は、可動子コア３１とシャフト３３との固定の機能のほか、後述する永久磁石の抜け防止の機能も有する。しかし、必ずしもカバー部材３６はなくてもよい。
【００３１】
なお、リニア駆動装置１００が、可動子が往復振動するようなリニアクチュエータとして用いられる場合、シャフト３３を支持する支持部材としてバネ部材が用いられる。この場合、例えばスパイラル状の板バネが用いられる。スパイラル状の板バネが用いられることにより、その板バネの変形によって可動子３が円周方向に回転し、永久磁石が可動子コア３１に埋め込まれる埋め込み構造及び円柱構造であることのメリットが高められる。支持部材の他の例として、８の字形状の板バネ、リニアブッシュ、ボールスプライン、エアベアリング、リニアガイド等が挙げられる。
【００３２】
図３は、可動子３を示す斜視図である。図４は可動子３を示す正面図であり、図５は図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【００３３】
可動子３は、円柱形状に近い形状を有する。可動子３は、可動子コア３１と、可動子コア３１内に埋め込まれた永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３とを含む。可動子コア３１は、複数の第１の磁性板３１１と、複数の第２の磁性板３１２とを含む。
【００３４】
図６Ａ及びＢは、その第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２をそれぞれ示す正面図である。可動子コア３１は、これら第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が、可動子３の移動方向に単数ずつ交互に積層されて形成されている。
【００３５】
可動子コア３１を形成する複数の第１の磁性板３１１は、実質的に同一形状を有している。また、可動子コア３１を形成する複数の第２の磁性板３１２は、実質的に同一形状を有している。しかしながら、第１の磁性板３１１と第２の磁性板３１２とは、互いに異なる形状に形成されている。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２の、Ｚ軸方向の各厚さは実質的に同一とされる。各磁性板３１１及び３１２としては、典型的には電磁鋼板が用いられる。電磁鋼板の表面には絶縁被膜がそれぞれ形成されている。電磁鋼板は珪素を含んでいてもよい。
【００３６】
図６Ａに示すように、第１の磁性板３１１は、本体部３１１０と、この本体部３１１０の外形を形成する本体エッジ部３１１０ａから外側へ突出して設けられた突出部３１１１及び突出片３１１２とを有する。本体部３１１０の中央部には、上記したようにシャフト３３の挿通穴３１１０ｄ（３１ｄ）が形成されている。また、本体エッジ部３１１０ａのうち、可動子コア３１の両側面を形成するための側部エッジ３１１０ｂには、切り欠き３１１０ｃがそれぞれ形成されている。
【００３７】
突出部３１１１は、シャフト３３の軸周り（Ｚ軸周り）で１８０度離れた位置に２つ設けられ、突出片３１１２は、その軸周りで概ね等角度間隔で、８つ設けられている。切り欠き３１１０ｃは、Ｚ軸周りで１８０度離れた位置に２つ設けられ、これらは、突出部３１１１に対してＺ軸周りで９０度離れた位置に設けられている。
【００３８】
図６Ｂに示すように、第２の磁性板３１２は、本体部３１２０と、この第２の磁性板３１２の外周に沿って設けられた外形枠部３１２９と、本体部３１２０から外側へ突出し、本体部３１２０と外形枠部３１２９とを連結する連結部３１２１とを有する。第２の磁性板３１２と、上記第１の磁性板３１１とで共通する点は、本体部３１２０、本体部３１２０の中央部に設けられたシャフト３３の挿通穴３１２０ｄ（３１ｄ）、本体部３１２０の本体エッジ部３１２０ａから突出して設けられた突出片３１２２が設けられている点にある。
【００３９】
連結部３１２１は、Ｚ軸周りで１８０度分離れた位置に設けられている。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が積層された時に、連結部３１２１と、第１の磁性板３１１の突出部３１１１とが、Ｚ軸周りで一致する位置でそれぞれ重なり合うようになっている。突出片３１２２及び切り欠き３１２０ｃは、上記第１の磁性板３１１と同様の角度位置に、同様の個数分それぞれ設けられている。
【００４０】
第２の磁性板３１２には、本体部３１２０の本体エッジ部３１２０ａと、外形枠部３１２９との間に、連結部３１２１によって区画形成された、永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・が挿入される埋設孔３１ａが形成されている。永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・は、概ね、平板形状（Ｚ軸方向で見て概ね長方形）あるいは台形柱状（Ｚ軸方向で見て概ね台形）を有している。各磁性板３１１及び３１２が積層されることにより、図３及び５に示すように、これらの各本体部３１１０及び３１２０、また、各本体エッジ部３１１０ａ及び３１２０ａが揃うように配置される。そして、このように各磁性板３１１及び３１２が積層された状態で、埋設孔３１ａに永久磁石３２１、３２２、３２３、・・・がそれぞれ挿通されて可動子コア３１に固定される。
【００４１】
第１の磁性板３１１では、永久磁石は、各突出部３１１１及び各突出片３１１２によって、そのＺ軸周りの角度位置が位置決めされる。また、第２の磁性板３１２では、永久磁石は、各連結部３１２１及び各突出片３１２２によって、そのＺ軸周りの角度位置が位置決めされる。各磁性板３１１及び３１２の積層によって、それらの各切り欠き３１１０ｃ及び３１２０ｃが揃えられて、図３に示すように、可動子コア３１にＺ軸方向に沿って設けられた切り欠き部３１ｄが形成される。
【００４２】
このように、各磁性板３１１及び３１２の各側部エッジ３１１０ｂ及び３１２０ｂに、シャフト３３の軸周りで角度位置が一致して設けられた切り欠き３１１０ｃ及び３１２０ｃがそれぞれ設けられるので、コアの軽量化を図ることができる。また、その切り欠き位置による、各磁性板３１１及び３１２の積層の際の位置決めを容易に行うことができる。
【００４３】
図７は、固定子コア１１（または１２）側から、Ｙ軸方向で見た可動子コア３１の一部を示す平面図である。第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が積層されることにより、上記したように、突出部３１１１及び連結部３１２１同士が重なり合い、互いに接続される。これら突出部３１１１、連結部３１２１、突出部３１１１、連結部３１２１、・・・の連なりにより、図７に示すように、Ｚ軸方向に沿ってブリッジ部３１８が連続して形成される（図３も参照）。ブリッジ部３１８は、第２の磁性板３１２の各外形枠部３１２９同士を支え合う機能を有し、言わばリブの機能を果たす。
【００４４】
第２の磁性板３１２が電磁鋼板で形成される場合であって、そのＺ軸方向に沿う厚さが例えば0.75mm以下の場合、その外形枠部３１２９は変形しやすい。特に、可動子コア３１の製造時において、永久磁石を埋設孔に埋め込む場合に、その変形が起こりやすくなる。ブリッジ部３１８が形成されることにより、外形枠部３１２９の変形を防止することができ、外形枠部３１２９のＺ軸方向に沿う強度を高めることができる。
【００４５】
もちろん、第２の磁性板３１２の厚さが0.75mmを超える場合であっても、可動子コアにこのようなブリッジ部を形成してもよい。
【００４６】
なお、各磁性板３１１及び３１２は、それぞれ圧着及び接着剤による接着のうち少なくとも一方の工程によって積層されることで、可動子コア３１が形成される。あるいは、各磁性板３１１及び３１２は、Ｖカシメ、または丸ダボ等を用いたカシメ、通しピンを用いたピンカシメ、または、溶接（例えばレーザー溶接）等により一体化されてもよい。
【００４７】
各磁性板３１１及び３１２の積層方向の１列分の複数の永久磁石３２１、３２２及び３２３（３４１、３４２及び３４３）を、以下、永久磁石セット３２（３４）と呼ぶ。後述するように、固定子コア１１側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３２とし、固定子コア１２側に近い永久磁石セットを永久磁石セット３４とする。本実施形態に係る可動子３には、４つの永久磁石セット３２及び４つの永久磁石セット３４が設けられ、合計２４個の永久磁石が可動子コア３１に埋め込まれている。また、以降では、永久磁石３２１、３２２、３２３、３４１、３４２及び３４３を、永久磁石３２１等という場合もある。
【００４８】
このように磁性板３１１及び３１２が積層されることにより、埋設孔３１ａがＺ軸方向で連なり、各永久磁石３２１等がこれらの埋設孔３１ａに挿通されて固定され、位置決めされる。
【００４９】
各永久磁石３２１等は、図４及び図５に示すようにＺ軸方向（またはそのＺ軸方向の一断面）で見て、可動子コア３１の径方向にそれぞれ着磁されている。すなわち、可動子コア３１は概ね円柱構造であるため、その円柱構造の周囲（外周側である固定子１側）に磁極が向くように、永久磁石３２１等が着磁されている。また、可動子コア３１の、上側の固定子コア１１に近い側に配置された永久磁石３２１、３２２及び３２３（永久磁石セット３２）の、固定子コア１１側に向く磁極と、下側の固定子コア１２に近い側に配置された永久磁石３４１、３４２及び３４３（永久磁石セット３４）の、固定子コア１２側に向く磁極とは、それぞれ異なっている。すなわち、可動子３は、Ｚ軸方向で見て２極構造を有している。
【００５０】
さらに図５に示すように、永久磁石セット３２（３４）の各磁極であって固定子コア１１（１２）側に向く磁極は、磁性板３１１及び３１２の積層方向で交互に異なるように配置されている。すなわちこの可動子コア３１は、断面２極構造である。
【００５１】
３つの永久磁石３２１、３２２及び３２３について、両端に設けられた永久磁石３２１及び３２３のＺ軸方向の長さより、中央に設けられた永久磁石３２２のＺ軸方向の長さが長くなるようにそれぞれ形成されている。３つの永久磁石３４１、３４２及び３４３についても同様である。これらの永久磁石３２１、３２２及び３２３のＺ軸方向の長さ（及びＺ軸方向に沿って並ぶ永久磁石の個数等）は、固定子コア１１及び１２の各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２のＺ軸方向の長さ、個数、あるいは、可動子３のストローク長等によって適宜設定される。
【００５２】
図８は、図５（図４におけるＢ−Ｂ線断面図）に示した表面領域３１３を拡大して示す断面図である。図８において図示された各磁性板３１１及び３１２の厚さのスケールと、図３及び５において図示された各磁性板３１２の厚さのスケールとを比べると、図３及び５の方が粗く表されている。これは図面の作成上の問題であり、両者に違いはない。
【００５３】
上記のように、磁性板３１１及び３１２が交互に積層されて可動子コア３１が形成されている。したがって、図８に示すように可動子コア３１の表面を含む領域であって、永久磁石セット３２（３４）と、固定子１との間に設けられた表面領域３１３には、Ｚ軸方向に沿って複数の間欠溝３１９が間欠的に形成される。間欠溝３１９を形成する領域は、この第１の磁性板３１１を挟む２つの第２の磁性板３１２の両外形枠部３１２９により挟まれた領域である。
【００５４】
[リニア駆動装置の動作]
【００５５】
次に、以上のように構成されたリニア駆動装置１００の動作を説明する。図９Ａ及びＢは、その動作を説明するための図である。なお、図９Ａ及びＢで表された、可動子３の永久磁石セット３２及び３４の極性は、固定子コア１１及び１２側に向く磁極を示している。
【００５６】
図９Ａに示すように、固定子コア１１側の２つのコイル１３及び１４に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられ、かつ、固定子コア１１及び１２側の２つのコイル１５及び１６に互いに逆向きの電流が同じタイミングで加えられる。Ｙ軸方向で同じ位置に配置されたコイル１３（１４）及び１５（１６）にも互いに逆向きの電流が加えられる。そうすると、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に磁束が発生し、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に図示するように磁極が生成される。各固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２に発生した磁束と、可動子３に設けられた永久磁石３２１等により生成される磁束との相互作用により、可動子３は図９Ａ中、右へ移動する。
【００５７】
図９Ｂに示すように、図９Ａで示した各電流の向きとは逆向きの電流がコイル１３〜１６にそれぞれ同じタイミングで加えられる。そうすると、図９Ａで示した磁極とは反対の磁極が、固定子歯１１１、１１２、１２１及び１２２にそれぞれ生成される。これにより、可動子３は図８Ｂ中、左へ移動する。
【００５８】
以上のように、コイル１３〜１６にそれぞれ交流電流（交流電圧）が印加されることにより、可動子３はＺ軸方向で振動する。
【００５９】
コイル１３〜１６に加えられる交流電流の波形は、正弦波、矩形波、三角波など、適宜設定可能である。また、その波形にＤＣ成分等のオフセット電流が加えられてもよい。その場合、そのオフセット電流値に応じて可動子３のストロークエンド（死点）の位置を適宜調整することができる。そのほかにも、三相コイルに三相交流を流すといった、交流電流の波形に応じた種々の駆動方法を実現することができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、各磁性板３１１及び３１２の積層により積層方向に配列された埋設孔に永久磁石３２１等が挿通されて固定されているので、可動子コア３１と永久磁石３２１等とのずれを防止でき、永久磁石３２１等が可動子コア３１から剥がれ落ちるおそれがない。特に、固定子１ではなく、可動子３に永久磁石３２１等が設けられていても、可動子３の長年の移動による加速度が永久磁石３２１等に加えられても、永久磁石３２１等をコアに確実に保持しておくことができる。
【００６１】
本実施形態に係る可動子コア３１によれば、従来の装置のコアのように、単に同じ形状の電磁鋼板が積層されていた構成とは異なり、渦電流をさらに低減することができる。すなわち、第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２が上記のように構成され、第１の磁性板３１１の径方向サイズと、第２の磁性板３１２の径方向サイズとが異なるため、これら磁性板３１１及び３１２が積層されて形成される可動子コア３１の表面領域３１３において、複数の間欠溝３１９が形成される。これらの間欠溝３１９により、可動子コア３１の表面領域３１３において、Ｚ軸方向における漏れ磁束の発生を抑えることができ、その表面領域３１３での渦電流を低減することができる。
より詳しくは、図１０に示すように、例えば固定子歯１１１等から発生する磁束及び永久磁石３２１等から発生する磁束が、表面領域３１３における間欠溝３１９以外の領域、つまり磁気抵抗の低い領域を通り、可動子コア３１の中心側に向かうようになる。したがって、可動子コア３１の表面領域３１３において、可動子３の移動方向に沿った漏れ磁束の発生を抑えることができ、その表面領域３１３での渦電流を低減することができる。
【００６２】
このように、可動子３の駆動のためのエネルギーへの寄与の少ない、またはほぼ寄与しない漏れ磁束を減らすことにより、磁束を効率良く使用することができ、また、可動子３の推力特性を向上させることができる。
【００６３】
また、第１の磁性板３１１と第２の磁性板３１２のそれぞれの形状を比べると、第２の磁性板３１２には、永久磁石を可動子コア３１に埋設するための埋設孔３１ａが設けられ、第１の磁性板３１１にはそのような埋設孔３１ａが設けられない。つまり、このような簡単な構成の違いを持つ磁性板３１１及び３１２の積層により可動子コア３１が形成されるので、簡単な構成で可動子コア３１を作製することができる。
【００６４】
さらに、第１の磁性板３１１は、第２の磁性板３１２の外形枠部３１２９に相当する部位を有していないため、その分、コアの軽量化を図ることができ、省エネルギー化に寄与する。
【００６５】
[第２の実施形態に係るリニア駆動装置の構成]
【００６６】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る可動子コアを示し、固定子コア１１（または１２）側から、Ｙ軸方向で見た可動子コアの一部を示す平面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施形態に係るリニア駆動装置１００が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【００６７】
この可動子コア１３１は、例えば突出部３１１１（図６Ａ参照）を有していない第１の磁性板４１１と、図６Ｂに示した第２の磁性板３１２とが単数ずつ交互に積層されることにより形成されている。そして、隣り合う２つの第２の磁性板３１２の連結部３１２１付近で、それら磁性板３１２の外形枠部３１２９に、カシメ加工が施されている。カシメ加工として、または、カシメ以外の加工法として、例えば半打ち抜きや曲げ等によるカシメによって各磁性板４１１を変形させて、互いの磁性板４１１同士の隙間を埋めるように支え合う支持部としての役割を果たせる構造を形成する加工法であれば、何でもよい。可動子コア１３１の移動方向（Ｚ軸方向）に沿って断続的なブリッジ部３２８が形成されている。
【００６８】
このような断続的なブリッジ部３２８が形成される場合でも、外形枠部３１２９の変形を防止することができ、外形枠部３１２９のＺ軸方向に沿う強度を高めることができる。
【００６９】
[その他の実施形態]
【００７０】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態がある。
【００７１】
図６Ａに示した第１の磁性板３１１の１磁極分（図６Ａの第１の磁性板３１１の上半分または下半分）について、突出部３１１１が１つ設けられ、突出片３１１２が４つ設けられる構成とした。しかし、２つ以上（例えば５つすべて）の突出部３１１１が設けられていてもよい。この場合、図６Ｂに示した第２の磁性板３１２についても、その第１の磁性板３１１の突出部及び突出片の数及び配置に対応するように、連結部及び突出片が設けられていればよい。
【００７２】
上記各実施形態に係る可動子コアにおいて、積層される磁性板について、異なる形状の磁性板３１１と３１２の厚さは互いに異なっていてもよい。例えば第１の実施形態に係る可動子コア３１において、可動子コア３１の間欠溝３１９を形成しない磁性板３１１の厚さより、間欠溝３１９を形成する磁性板３１２の厚さを厚くしてもよい。あるいは、複数枚の第１の磁性板３１１が連続して積層されることにより、間欠溝３１９のＺ軸方向の幅を適宜調整することもできる。
【００７３】
複数枚の第２の磁性板３１２が連続して積層されてもよい。この場合、連続積層される第２の磁性板３１２の枚数が多いほど、漏れ磁束が増えてくる。したがって、その漏れ磁束による渦電流の発生を考慮して第２の磁性板３１２の枚数が適宜設定される。
【００７４】
上記では、可動子である２次側部材は、第１の磁性板３１１及び第２の磁性板３１２の２種類の形状を有する磁性板が積層されて形成されたが、３種類以上の異なる形状を有する磁性板が積層されて形成されてもよい。
【００７５】
上記のリニア駆動装置では、可動子である２次側部材が固定子である１次側部材の内側に配置されたが、１次側部材及び２次側部材の動きは相対的なものと捉えることができる。例えば内側の２次側部材が固定され、外側の１次側部材がその２次側部材に対して移動するような構成であってもよい。
【００７６】
上記のリニア駆動装置は、可動子コア３１である２次側コアが、固定子コア１１及び１２２である２つの１次側コアに挟まれるように構成された。しかし、例えば１つの２次側コアと、少なくとも１つの１次側コアとが対向して配置されるリニア駆動装置も実現可能である。この場合、２次側コアの形状は円柱形状でなくてもよく、例えば四角柱状のブロック形状であってもよい。
【００７７】
上記のリニア駆動装置は、可動子が往復振動するリニアアクチュエータとして利用される例を示した。しかし、リニア駆動装置は、可動子がリニアライン上の任意の位置から別の任意の位置まで移動するリニアモータとしても利用可能である。
【００７８】
上記各実施形態に係るリニア駆動装置が発電機として用いられてもよい。この場合、外部から可動子が駆動され、可動子が積層方向に移動することにより、固定子の各固定子歯に磁束変化が発生し、これによりコイルに起電力が発生する。
【００７９】
上記実施形態では、図４に示すように、可動子３の一断面で見て２極構造の例を挙げた。すなわち、図４中、可動子３の上半分の磁極がＮ極（外周側に向く磁極がＮ極）であり、下半分の磁極がＳ極（外周側に向く磁極がＳ極）であった。しかし、このような形態に限られず、可動子３の一断面で見て単極構造、つまり、その一断面におけるすべての永久磁石の外周側に向く磁極がＮまたはＳの１極とされる形態であってもよい。
【００８０】
図１に示した固定子コア１１及び１２は、Ｙ軸方向で２つに分割されていたが、これらの固定子コア１１及び１２はＹ軸方向で連続するように接続されていてもよい。
【００８１】
固定子歯、永久磁石、永久磁石セットの数は適宜変更可能である。永久磁石、固定子コア、可動子コアの各形状等も適宜変更可能である。例えば、固定子歯は、可動子の移動方向で１つだけ設けられていてもよい。この場合、可動子の移動方向での長さも適宜調整される。可動子の移動方向における磁極数あるいは永久磁石の数は、上記実施形態では３つであったが、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。
【００８２】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…固定子（１次側部材に相当）
３…可動子（２次側部材に相当）
１１、１２…固定子コア
１３〜１６…コイル
３１、１３１…可動子コア（コアに相当）
３１ａ…埋設孔
３１ｄ…挿通穴
３２、３４…永久磁石セット
１００…リニア駆動装置
３１１、４１１…第１の磁性板
３１２…第２の磁性板
３１８、３２８…ブリッジ部
３２１〜３２３、３４１〜３４３…永久磁石
３１１０、３１２０…本体部
３１１０ａ、３１２０ａ…本体エッジ部
３１１１…突出部
３１２１…連結部
３１１０ｂ、３１２０ｂ…側部エッジ
３１１０ｃ、３１２０ｃ…切り欠き
３１２９…外形枠部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが装着された１次側部材と、
前記１次側部材に対向して配置され、前記１次側部材と相対的に移動可能に設けられた２次側部材とを具備し、
前記２次側部材は、
永久磁石と、
複数の磁性板が、前記１次側部材及び前記２次側部材の相対移動方向に積層されて形成されたコアとを有し、
前記複数の磁性板のうち第１の磁性板は、
本体部と、
前記本体部から外側へ突出した突出部とを有し、
前記複数の磁性板のうち第２の磁性板は、
本体部と、
前記第２の磁性板の外周に沿って設けられた外形枠部と、
前記本体部から外側へ突出し、前記本体部と前記外形枠部とを連結する連結部と、
前記第２の磁性板の前記本体部と前記外形枠部との間に、前記連結部によって形成され、前記永久磁石が挿入される埋設孔とを有する
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記第１及び第２の磁性板は、単数ずつ交互に積層される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニア駆動装置であって、
前記突出部及び前記連結部の、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置がそれぞれ一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されることで、前記第２の磁性板の前記外形枠部同士を支え合うブリッジ部が形成される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載のリニア駆動装置であって、
前記第１及び前記第２の磁性板の前記各本体部は、
前記第１及び前記第２の磁性板の積層により前記コアの側面を形成する側部エッジと、
前記側部エッジから切り欠かれた切り欠きとをそれぞれ有し、
前記各切り欠きの、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置が一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項１】
コイルが装着された１次側部材と、
前記１次側部材に対向して配置され、前記１次側部材と相対的に移動可能に設けられた２次側部材とを具備し、
前記２次側部材は、
永久磁石と、
複数の磁性板が、前記１次側部材及び前記２次側部材の相対移動方向に積層されて形成されたコアとを有し、
前記複数の磁性板のうち第１の磁性板は、
本体部と、
前記本体部から外側へ突出した突出部とを有し、
前記複数の磁性板のうち第２の磁性板は、
本体部と、
前記第２の磁性板の外周に沿って設けられた外形枠部と、
前記本体部から外側へ突出し、前記本体部と前記外形枠部とを連結する連結部と、
前記第２の磁性板の前記本体部と前記外形枠部との間に、前記連結部によって形成され、前記永久磁石が挿入される埋設孔とを有する
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のリニア駆動装置であって、
前記第１及び第２の磁性板は、単数ずつ交互に積層される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニア駆動装置であって、
前記突出部及び前記連結部の、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置がそれぞれ一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されることで、前記第２の磁性板の前記外形枠部同士を支え合うブリッジ部が形成される
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載のリニア駆動装置であって、
前記第１及び前記第２の磁性板の前記各本体部は、
前記第１及び前記第２の磁性板の積層により前記コアの側面を形成する側部エッジと、
前記側部エッジから切り欠かれた切り欠きとをそれぞれ有し、
前記各切り欠きの、前記相対移動方向に沿った軸の周りの角度位置が一致するように、前記第１及び前記第２の磁性板が積層されている
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−７４６６４（Ｐ２０１３−７４６６４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０４５５（Ｐ２０１１−２１０４５５）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００２０５９）シンフォニアテクノロジー株式会社 (1,111)
【Ｆターム（参考）】
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