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WO2017047388A1 - リニアモータ及びそれを備えるリニアアクチュエータ - Google Patents

リニアモータ及びそれを備えるリニアアクチュエータ Download PDF

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Publication number
WO2017047388A1
WO2017047388A1 PCT/JP2016/075533 JP2016075533W WO2017047388A1 WO 2017047388 A1 WO2017047388 A1 WO 2017047388A1 JP 2016075533 W JP2016075533 W JP 2016075533W WO 2017047388 A1 WO2017047388 A1 WO 2017047388A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
shaft
linear motor
sleeve
tube
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/075533
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　浩介
善明 加納
Original Assignee
Ｋｙｂ株式会社
独立行政法人国立高等専門学校機構
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｋｙｂ株式会社, 独立行政法人国立高等専門学校機構 filed Critical Ｋｙｂ株式会社
Priority to EP16846259.6A priority Critical patent/EP3352349A4/en
Priority to US15/759,206 priority patent/US20180254692A1/en
Publication of WO2017047388A1 publication Critical patent/WO2017047388A1/ja

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    • 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
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • 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
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2207/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to arrangements for handling mechanical energy
    • H02K2207/03—Tubular motors, i.e. rotary motors mounted inside a tube, e.g. for blinds

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor that expands and contracts in the axial direction by electromagnetic force and a linear actuator including the same.
  • JP2005-204449A includes a core having a plurality of coils and a shaft provided with a plurality of permanent magnets, and by supplying current to the coils, the linear motor in which the shaft moves relative to the core in the axial direction Is described. Further, the linear motor disclosed in JP2005-204449A further includes sleeves provided at both ends of the core in the axial direction. By providing the sleeves at both ends of the core, a gap corresponding to the thickness of the sleeve is formed between the shaft and the core between the two sleeves. For this reason, it is prevented that the core contacts the shaft and is adsorbed.
  • the shaft may be eccentric between the two sleeves.
  • the magnetic field of the core acting on the shaft is biased in the circumferential direction of the shaft, and the change in the magnetic field of the core is not efficiently transmitted to the shaft, resulting in a decrease in the propulsive force of the linear motor. .
  • An object of the present invention is to suppress the eccentricity of the shaft and improve the propulsive force of the linear motor and the linear actuator including the same.
  • a hollow cylindrical core in which a plurality of coils are arranged on the inner peripheral side at intervals in the axial direction, and a plurality of permanent magnets are arranged side by side in the axial direction.
  • a linear motor comprising a shaft that is movable in the axial direction, and a sleeve that is formed of a nonmagnetic material and is disposed between the core and the shaft over the entire length of the core.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a linear motor and a linear actuator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first modification of the linear motor and the linear actuator according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second modification of the linear motor and the linear actuator according to the embodiment of the present invention.
  • the linear motor 30 is a drive source of the linear actuator 100, and a hollow cylindrical core 50 in which a plurality of coils 51 are arranged on the inner peripheral side at intervals in the axial direction, and a plurality of permanent magnets 41 in the axial direction.
  • a cylindrical shaft 40 that is disposed at an interval and is movable in the axial direction in the core 50, and a sleeve that is formed of a nonmagnetic material and is disposed between the core 50 and the shaft 40 over substantially the entire length of the core 50. 60.
  • the linear actuator 100 includes a first tube 10 to which the core 50 of the linear motor 30 is fixed, and a second tube 20 that is slidably provided on the outer periphery of the first tube 10 and to which the shaft 40 of the linear motor 30 is fixed. .
  • FIG. 1 shows the linear actuator 100 in the most contracted state.
  • the first tube 10 includes a hollow cylindrical base portion 11, an inner tube 12 coupled to one end side of the base portion 11, and a guide tube 13 coupled to the other end side of the base portion 11.
  • the base portion 11 is a cylindrical member that is open at both ends, and includes a base main body 16 to which the guide tube 13 is coupled, and an adapter portion 17 that connects the base main body 16 and the inner tube 12.
  • An annular stopper portion 16 ⁇ / b> A that protrudes radially inward is formed on the inner periphery of the base body 16.
  • a pair of trunnion shafts 1 are fixed to the outer periphery of the base body 16 as first connecting portions protruding in the radial direction.
  • the linear actuator 100 is rotatably supported with respect to the external member by pivotally supporting the pair of trunnion shafts 1 on an external member (not shown).
  • One of the pair of trunnion shafts 1 is provided with a through hole 1A.
  • the inner tube 12 is a cylindrical member having one end coupled to the adapter portion 17, and an annular regulating portion 12 ⁇ / b> C that protrudes radially inward from the inner peripheral surface 12 ⁇ / b> B is provided at the other end.
  • the restricting portion 12 ⁇ / b> C is provided to define the position in the axial direction of the core 50 inserted into the inner peripheral surface 12 ⁇ / b> B of the inner tube 12.
  • the adapter unit 17 includes an adapter body 18 that connects the base body 16 and the inner tube 12, and a wiring guide plate 19 that is disposed between the adapter body 18 and the inner tube 12.
  • the inner peripheral surface of the adapter body 18 is provided with a pressing portion 18A that protrudes radially inward.
  • the pressing portion 18 ⁇ / b> A is formed at a position facing the end surface 12 ⁇ / b> D of the inner tube 12 coupled to the adapter main body 18.
  • the wiring guide plate 19 is disposed between the pressing portion 18A of the adapter main body 18 and the end face 12D of the inner tube 12, and is provided together with the pressing portion 18A for pressing and fixing the core 50 in the inner tube 12. Further, a groove portion (not shown) through which the wiring 44 from the coil 51 is inserted is provided on the outer peripheral side of the wiring guide plate 19.
  • the guide tube 13 is a cylindrical member whose one end is coupled to the base body 16.
  • the coupling structure between the inner tube 12 and the adapter part 17, the coupling structure between the adapter part 17 and the base body 16, and the coupling structure between the adapter part 17 and the guide tube 13 may be screw coupling or fitting. It may be a bond.
  • the second tube 20 is coupled to a hollow cylindrical outer tube 21 into which both ends are open and the inner tube 12 of the first tube 10 is slidably inserted from one end side, and the other end of the outer tube 21. And a cap 22 that closes the other end of 21.
  • a connecting member 2 as a second connecting portion to which an external device (not shown) is connected is fixed to the outer surface of the cap 22.
  • the coupling structure between the outer tube 21 and the cap 22 may be screw coupling or fitting coupling.
  • the outer tube 21 and the cap 22 may be integrally formed.
  • the linear actuator 100 further includes a first linear guide portion 15 and a second linear guide portion 25 that support the first tube 10 and the second tube 20 so as to be capable of relative displacement in the axial direction.
  • An annular first bearing 14 is provided on the outer periphery on the free end side of the inner tube 12.
  • the bearing surface (outer peripheral surface) 14 ⁇ / b> A of the first bearing 14 is in sliding contact with the inner peripheral surface 21 ⁇ / b> A of the outer tube 21.
  • the first linear guide portion 15 is configured by the outer peripheral surface 12A of the inner tube 12 and the bearing surface 14A of the first bearing 14.
  • An annular second bearing 23 is provided on the inner periphery of the outer tube 21 on the opening end side.
  • the bearing surface (inner peripheral surface) 23 ⁇ / b> A of the second bearing 23 is in sliding contact with the outer peripheral surface 12 ⁇ / b> A of the inner tube 12.
  • the second linear guide portion 25 is configured by the inner peripheral surface 21 ⁇ / b> A of the outer tube 21 and the bearing surface 23 ⁇ / b> A of the second bearing 23.
  • the bearing surface 14A of the first bearing 14 is in sliding contact with the inner peripheral surface 21A of the outer tube 21, and in the second linear guide portion 25, the second bearing
  • the 23 bearing surfaces 23 ⁇ / b> A are in sliding contact with the outer peripheral surface 12 ⁇ / b> A of the inner tube 12.
  • the outer peripheral surface 12A of the inner tube 12 and the inner peripheral surface 21A of the outer tube 21 face each other through the first bearing 14 and the second bearing 23 without any gap.
  • the shaft 40 is a cylindrical member having a hollow portion 40A.
  • One end of the shaft 40 is fixed to the cap 22 of the second tube 20 by the threaded portion 2A of the connecting member 2, and the other end is fixed to the rod guide 26 that is slidably disposed in the guide tube 13.
  • the shaft 40 is fixed to the cap 22 by the screw portion 2A of the connecting member 2, but instead of this configuration, the shaft 40 is fixed to the cap 22 by a connecting member made of a member different from the connecting member 2. There may be. In this case, the connecting member 2 may be formed integrally with the cap 22.
  • a plurality of permanent magnets 41 are held side by side in the axial direction.
  • the permanent magnet 41 is formed in a cylindrical shape and is magnetized so that the N pole and the S pole are positioned in the axial direction.
  • Adjacent permanent magnets 41 are arranged so that the same poles face each other.
  • a yoke 42 is provided between the adjacent permanent magnets 41.
  • Nonmagnetic bodies 43 are disposed at both ends in the hollow portion 40 ⁇ / b> A, and the shaft 40 is fixed to the cap 22 and the rod guide 26 via the nonmagnetic bodies 43.
  • the shaft 40 may be formed by simply joining the permanent magnet 41 and the yoke 42 without providing a casing that covers the outer peripheral surfaces of the permanent magnet 41 and the yoke 42. Moreover, you may make it the adjacent permanent magnet 41 contact
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion surrounded by a circle indicated by II in FIG. 1, and the shaft 40 is not shown for explanation.
  • the core 50 is a hollow cylindrical member formed by laminating a plurality of annular members 53 in the axial direction, and is inserted into the inner peripheral surface 12B of the inner tube 12.
  • the core 50 is formed over the axial direction on one end surface 50A that contacts the restricting portion 12C, the other end surface 50B disposed on the wiring guide plate 19 side, an inner peripheral surface 50C into which the sleeve 60 is inserted, and the outer peripheral side.
  • a space that is surrounded by the back yoke portion 50D a plurality of annular teeth 50E protruding in the inner circumferential direction from the back yoke 50D, the back yoke 50D and the teeth 50E, and opens to the inner circumferential surface 50C.
  • a plurality of slot portions 50F and an annular coil 51 arranged in the slot portion 50F are provided.
  • the core 50 is not limited to the structure formed by laminating a plurality of members, and may be formed by a single member.
  • the coil 51 is sandwiched between two annular members 53, thereby being placed in the slot portion 50 ⁇ / b> F.
  • a current is supplied to the coil 51 disposed in the slot portion 50F, a magnetic field is generated around the coil 51, and a magnetic path is formed between the back yoke portion 50D and the tooth portion 50E.
  • the coil 51 is usually not provided on the tip side of the teeth portion 50E in the slot portion 50F in order to avoid disconnection in contact with the shaft 40.
  • the coil 51 is provided up to the inner peripheral surface 50C of the core 50 as shown in FIG. Specifically, the coil 51 is filled so as to fill the space from the back yoke portion 50D side to the inner peripheral surface 50C that is the tip surface of the tooth portion 50E.
  • the space in which the coil 51 can be provided is expanded, and the number of windings of the coil 51 can be increased.
  • Increasing the number of windings of the coil 51 increases the magnetic field generated by the coil 51 for the same supply current.
  • the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the coil 51 is provided up to the inner peripheral surface 50C, the distance between the coil 51 and the shaft 40 is reduced, and the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • a plurality of grooves (not shown) formed along the axial direction are provided on the outer periphery of the core 50 in contact with the inner peripheral surface 12B of the inner tube 12 at intervals in the circumferential direction.
  • a wiring 44 from the coil 51 is routed in the groove.
  • the wiring 44 is pulled out through the wiring guide plate 19 and the through hole 1A, and is connected to a controller (not shown).
  • the controller controls the thrust generated by the linear motor 30 and the thrust generation direction (stretching direction) by controlling the magnitude and phase of the current supplied to the coil 51.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view taken along line III-III in FIG. 1, and members other than the sleeve 60 and the core 50 are not shown for explanation.
  • the sleeve 60 is a cylindrical member, and includes a cylindrical portion 60A that is inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50, and a flange portion 60B that is formed at one end of the cylindrical portion 60A and extends radially outward.
  • the sleeve 60 is formed of a so-called non-magnetic material that is not a material that is easily magnetized, such as a ferromagnetic material.
  • a resin such as engineering plastic having high strength and heat resistance is used as the material of the sleeve 60.
  • the sleeve 60 formed of a nonmagnetic material is disposed between the core 50 and the shaft 40 over substantially the entire length of the core 50, whereby the shaft 40 is displaced in the radial direction.
  • the attraction to the core 50 is restricted. That is, by providing the sleeve 60, the gap between the core 50 and the shaft 40 is held substantially constant over the entire length of the core 50, and the shaft 40 is prevented from being eccentric. If the shaft 40 is not eccentric, the magnetic field generated by the core 50 acts uniformly on the shaft 40, so that the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the sleeve 60 is disposed over the entire length of the core 50, but this does not mean that the axial length of the sleeve 60 and the axial length of the core 50 are completely matched.
  • the axial length of the sleeve 60 is set to the axial length of the core 50. It may be set somewhat short. In other words, the axial length of the sleeve 60 and the axial length of the core 50 are slightly different as long as the shaft 40 is restricted from being pulled toward the core 50 and the shaft 40 is prevented from being eccentric. There may be differences.
  • a material for forming the sleeve 60 a material having a relative permeability after processing of more than 1 and 10 or less, such as austenitic stainless steel, may be used.
  • the core 50 and the shaft are formed when the sleeve 60 is formed of a material having a relative permeability of more than 1 and 10 or less.
  • the magnetoresistance between 40 is reduced. For this reason, the magnetic field generated by the core 50 is likely to act on the shaft 40, and the propulsive force of the linear motor 30 can be further improved.
  • the material forming the sleeve 60 is preferably a material having a relative magnetic permeability in a range in which the propulsive force of the linear motor 30 can be improved, for example, a relative magnetic permeability of more than 1 and 10 or less.
  • the material having a relative permeability of more than 1 and not more than 10 is not limited to austenitic stainless steel, and any material having a relative permeability in such a range and not having magnetism can be used. It may be a simple material.
  • the sleeve 60 further has a slit 60 ⁇ / b> C formed in the cylindrical portion 60 ⁇ / b> A along the axial direction of the core 50.
  • the width of the slit 60 ⁇ / b> C in the circumferential direction is larger before being inserted into the core 50, and is set such that a certain amount of width is ensured even when inserted into the core 50. Therefore, if the width of the slit 60C is reduced, the outer diameter of the cylindrical portion 60A is reduced, and the sleeve 60 can be easily inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50.
  • the sleeve 60 is slightly deformed so as to increase the width of the slit 60C after being inserted into the core 50, the sleeve 60 and the core 50 are in close contact with each other, and the sleeve 60 is held by the core 50.
  • the slit 60 ⁇ / b> C is not limited to the configuration formed linearly along the axial direction of the core 50, and may be provided in a spiral shape from one end of the sleeve 60 to the other end.
  • the cylindrical portion 60A may be formed in an annular shape without providing the slit 60C in the cylindrical portion 60A. In this case, the rigidity of the sleeve 60 can be improved.
  • the inner peripheral surface of the cylindrical portion 60A is provided with an enlarged diameter portion 60D in which the inner diameter gradually increases toward the flange portion 60B.
  • the enlarged diameter portion 60D is not limited to an inclined surface whose diameter changes at a constant rate, and may be a curved surface having a constant curvature.
  • the angle of the enlarged diameter portion 60D is preferably 45 ° or less with respect to the axial direction, and is set to an angle at which the shaft 40 is easily inserted.
  • the enlarged diameter portion 60D may be provided at the end opposite to the flange 60B side or may be provided at both ends. Moreover, you may provide an inclined surface in the front-end
  • the sleeve 60 is inserted into the core 50 until the collar portion 60B contacts the other end surface 50B of the core 50.
  • the flange portion 60B is sandwiched between the wiring guide plate 19 pressed by the pressing portion 18A and the other end surface 50B of the core 50 when the inner tube 12 and the adapter main body 18 are coupled. Fixed.
  • the fixing method of the sleeve 60 is not limited to the above-described method, and the sleeve 60 may be fixed by screwing the flange portion 60B to the wiring guide plate 19. Alternatively, the sleeve 60 may be fixed by inserting the sleeve 60 from the restricting portion 12C side of the inner tube 12 and screwing the flange portion 60B to the restricting portion 12C. The sleeve 60 may be fixed in any way as long as the sleeve 60 is prevented from coming off from the inner peripheral surface 50 ⁇ / b> C of the core 50.
  • the sleeve 60 may be formed of only the cylindrical portion 60A that does not have the flange portion 60B.
  • the sleeve 60 is provided with a member for holding the sleeve 60 at both ends of the sleeve 60. Fixed inside.
  • the sleeve 60 may be comprised from the two sleeves 60 which each have the collar part 60B, and each sleeve 60 is each inserted from the both ends of the core 50 in this case.
  • a slight gap may be provided between the two sleeves 60 inserted from both ends of the core 50, but the gap is provided so that the shaft 40 is not attracted to the core 50 in the portion where the gap is provided. Is set as small as possible. In other words, if the shaft 40 is restricted from being pulled toward the core 50 and the shaft 40 is prevented from being eccentric, there may be a slight gap.
  • the rod guide 26 When the linear actuator 100 is extended to the maximum extension position, the rod guide 26 comes into contact with the side surface of the stopper portion 16A of the base body 16, and further movement of the shaft 40 is restricted. Thus, the rod guide 26 functions as a stopper.
  • the sleeve 60 formed of a nonmagnetic material is disposed between the core 50 and the shaft 40 over substantially the entire length of the core 50, so that the shaft 40 is displaced in the radial direction, that is, the shaft 40. Is not attracted to the core 50.
  • the gap between the core 50 and the shaft 40 is held substantially constant over the entire length of the core 50, and the shaft 40 is prevented from being eccentric. For this reason, the magnetic field generated by the core 50 acts uniformly on the shaft 40, and as a result, the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of the above embodiment.
  • the sleeve 60 is integrally formed with the cylindrical portion 60A inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50 and the flange portion 60B sandwiched between the core 50 and the wiring guide plate 19.
  • the sleeve 61 includes a cylindrical portion 62 inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50, and a fixing portion 63 that fixes the cylindrical portion 62 within the inner peripheral surface 50C. You may form with a separate member.
  • the cylindrical portion 62 is a cylindrical member, and a slit (not shown) is formed in the axial direction of the core 50 as in the sleeve 60 of the above embodiment. Further, the cylindrical portion 62 is provided with an enlarged diameter portion 62 ⁇ / b> A whose inner diameter gradually increases toward the fixed portion 63.
  • the fixing portion 63 includes a cylindrical contact portion 63A that contacts the end surface of the tube portion 62, and a flange portion 63B that is formed at one end of the contact portion 63A and extends radially outward.
  • the thickness in the radial direction of the cylindrical portion 62 is formed to be thicker than the thickness in the radial direction of the contact portion 63A. For this reason, the shaft 40 is slidably supported by the cylindrical portion 62.
  • FIG. 4 only one end side of the cylindrical portion 62 is shown, but a fixing portion 63 is similarly provided on the other end side of the cylindrical portion 62.
  • the thickness in the radial direction of the cylindrical portion 62 may be the same as the thickness in the radial direction of the contact portion 63A.
  • the shaft 40 is slidably supported by the cylindrical portion 62 and the fixed portion 63.
  • the enlarged diameter portion may be provided not only at the cylindrical portion 62 but also at the end portion of the fixed portion 63. In this case, when the shaft 40 is assembled in the core 50, the tip of the shaft 40 is easily guided into the cylindrical portion 62 by the enlarged diameter portion.
  • the cylindrical portion 62 having the slit is inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50, and the abutting portions 63A of the fixing portion 63 are in contact with both ends of the cylindrical portion 62. Is fixed in the inner peripheral surface 50C.
  • the cylindrical portion 62 having the slit and the fixing portion 63 having the flange portion 63B are formed as separate members, and the slit and the flange portion are not formed in the same member. Therefore, each member can be easily processed.
  • the cylindrical portion 62 and the fixed portion 63 can be formed of different materials.
  • the cylindrical portion 62 is formed of a material having a relative permeability of more than 1 and 10 or less, and the driving force of the linear motor 30 is improved as in the above embodiment, while the fixing portion 63 is formed of an inexpensive resin, The manufacturing cost of the linear motor 30 can be reduced.
  • the sleeve 61 is formed by using the cylindrical portion 62 whose axial length is changed and the common fixing portion 63. It is attached.
  • the manufacturing cost of the linear motor 30 can be reduced.
  • one or both of the fixing portions 63 provided at both ends of the cylindrical portion 62 may be a cylindrical member fixed to the inner peripheral surface 50C of the core 50 by press-fitting or the like.
  • the cylindrical member By providing the cylindrical member on the inner peripheral surface 50C, the cylindrical portion 62 inserted into the inner peripheral surface 50C of the core 50 can be fixed at a predetermined position, as in the first modified example. In this case, since it is not necessary to provide the collar portion 63B, the manufacturing cost can be reduced.
  • the cylindrical member to function as a stopper that restricts the movement of the cylindrical portion 62, the cylindrical portion 62 can be easily assembled to the inner peripheral surface 50C of the core 50.
  • the cylindrical member that functions as a stopper may be formed integrally with the annular member 53 that constitutes the core 50.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 2 of the above embodiment.
  • the sleeve 60 is fixed to the core 50.
  • a sleeve 65 may be provided on the shaft 40 side.
  • the sleeve 65 is a cylindrical member, and is formed of a nonmagnetic material in the same manner as the sleeve 60 of the above embodiment.
  • the sleeve 65 is provided so as to cover the outer peripheral surface of the shaft 40 where the permanent magnet 41 and the yoke 42 are alternately joined. In other words, the permanent magnet 41 and the yoke 42 are disposed in the sleeve 65 in a stacked state.
  • the sleeve 65 moves in the axial direction in the core 50 together with the shaft 40, and comes into sliding contact with the inner peripheral surface 50C of the core 50. For this reason, when the coil 51 is provided up to the inner peripheral surface 50C that is the tip surface of the tooth portion 50E as in the above-described embodiment, the sleeve 65 may come into contact with the coil 51 and the coil 51 may be disconnected. . For this reason, in the 2nd modification, as shown in Drawing 5, coil 51 is provided in the range which does not reach the tip end face of teeth part 50E. As a result, as compared with the case where the coil 51 is provided to reach the distal end surface of the tooth portion 50E as in the above embodiment, the assembly of the coil 51 is facilitated.
  • the sleeve 65 formed of a non-magnetic material is disposed between the shaft 40 and the core 50, whereby the shaft 40 is displaced in the radial direction, that is, the shaft 40 is The attraction to the core 50 is restricted.
  • the sleeve 65 on the shaft 40, the gap between the core 50 and the shaft 40 is held substantially constant over the entire length of the core 50, and the shaft 40 is prevented from being eccentric. For this reason, the magnetic field generated by the core 50 acts uniformly on the shaft 40, and as a result, the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the relatively thick sleeve 65 is provided on the outer peripheral side of the shaft 40, so that the strength of the shaft 40 can be improved.
  • the linear motor 30 includes a hollow cylindrical core 50 in which a plurality of coils 51 are arranged at intervals in the axial direction on the inner peripheral side, and a plurality of permanent magnets 41 arranged in the axial direction.
  • a shaft 40 that is movable in the axial direction, and sleeves 60, 61, 65 that are formed of a nonmagnetic material and are disposed between the core 50 and the shaft 40 over substantially the entire length of the core 50.
  • the sleeves 60, 61, 65 formed of a non-magnetic material are disposed between the core 50 and the shaft 40 over substantially the entire length of the core 50, so that the shaft 40 is displaced in the radial direction.
  • the shaft 40 is restricted from being drawn to the core 50.
  • the sleeves 60, 61, 65 the gap between the core 50 and the shaft 40 is held substantially constant over the entire length of the core 50, and the shaft 40 is prevented from being eccentric. For this reason, the magnetic field generated by the core 50 acts uniformly on the shaft 40, and as a result, the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the sleeves 60 and 61 have slits 60 ⁇ / b> C formed in the axial direction of the core 50.
  • the sleeves 60 and 61 can be easily inserted into the core 50. Further, since the dimensional accuracy required for the outer diameter of the sleeves 60 and 61 is relaxed compared to the case where the slit 60C is not provided, the manufacturing cost of the sleeves 60 and 61 can be reduced.
  • the inner peripheral surfaces of the end portions of the sleeves 60 and 61 are provided with enlarged diameter portions 60D and 62A that continuously increase in diameter toward the end surfaces of the sleeves 60 and 61.
  • the enlarged diameter portions 60D and 62A are provided on the inner peripheral surfaces of the end portions of the sleeves 60 and 61. For this reason, when the shaft 40 is assembled in the core 50, the tip of the shaft 40 is guided into the cylindrical portions 60A and 62 by the enlarged diameter portions 60D and 62A. As a result, the shaft 40 can be easily inserted into the sleeves 60 and 61.
  • the sleeves 60, 61, 65 are made of a material having a relative permeability of more than 1 and 10 or less.
  • sleeves 60, 61, 65 are made of austenitic stainless steel.
  • the sleeves 60, 61, 65 are formed of a material having a relative permeability of more than 1 and 10 or less.
  • the sleeves 60, 61, 65 are formed of a material having a relative magnetic permeability exceeding 1 and not more than 10, the magnetic resistance between the core 50 and the shaft 40 is reduced. For this reason, the magnetic field generated by the core 50 easily acts on the shaft 40, and the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the sleeves 60 and 61 are provided in the core 50, and the core 50 has a plurality of slot portions 50F that open to the inner peripheral surface 50C and accommodate the coils 51.
  • the coils 51 are disposed in the slot portions 50F. It is provided up to the peripheral surface 50C.
  • the coil 51 is provided in the slot portion 50F up to the inner peripheral surface 50C.
  • the space in which the coil 51 can be provided is expanded, so that the number of windings of the coil 51 can be increased.
  • the magnetic field generated by the coil 51 becomes stronger for the same supply current, so that the propulsive force of the linear motor 30 can be improved.
  • the linear actuator 100 provided with the linear motor 30 has the trunnion shaft 1 connected with an external member, has the 1st tube 10 in which the core 50 is provided, and the connection member 2 connected with another external member.
  • the second tube 20 is slidably provided on the outer periphery of the first tube 10 and has one end of the shaft 40 fixed thereto.
  • the second tube 20 to which one end of the shaft 40 is fixed is slidably provided on the outer periphery of the first tube 10 on which the core 50 is provided.
  • the linear actuator 100 can be expanded and contracted by a desired thrust.
  • the shaft 40 and the core 50 are protected from the outside by the first tube 10 and the second tube 20, it is possible to prevent the shaft 40 and the core 50 from being damaged due to dropping or the like.

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Abstract

リニアモータ（３０）は、内周側に複数のコイル（５１）が軸方向に間隔をあけて配置される中空円筒状のコア（５０）と、複数の永久磁石（４１）が軸方向に間隔をあけて配置され、コア（５０）内を軸方向に移動自在な円筒状のシャフト（４０）と、非磁性体により形成され、コア（５０）の全長にわたってコア（５０）とシャフト（４０）との間に配置されるスリーブ（６０，６１，６５）と、を備える。

Description

リニアモータ及びそれを備えるリニアアクチュエータ
　本発明は、電磁力によって軸方向に伸縮するリニアモータ及びそれを備えるリニアアクチュエータに関するものである。
　ＪＰ２００５－２０４４４９Ａには、複数のコイルを有するコアと、複数の永久磁石が設けられるシャフトと、を備え、コイルに電流を供給することによって、シャフトがコアに対して軸方向に相対移動するリニアモータが記載されている。また、ＪＰ２００５－２０４４４９Ａに開示されるリニアモータは、コアの軸方向両端に設けられるスリーブをさらに備える。コアの両端にスリーブが設けられることで、二つのスリーブの間において、シャフトとコアとの間には、スリーブの厚みに応じた隙間が形成される。このため、コアがシャフトに接触して吸着されることが防止される。
　しかしながら、シャフトとコアとの間隙がシャフトの周方向においてばらつくと、間隙が小さい箇所では、シャフトとコアとが引き寄せ合う力が大きくなる。このため、スリーブがコアの両端にのみ設けられていると、二つのスリーブの間において、シャフトが偏心するおそれがある。このようにシャフトが偏心すると、シャフトに作用するコアの磁界がシャフトの周方向において偏ってしまい、コアの磁界の変化がシャフトへ効率良く伝わらず、結果として、リニアモータの推進力の低下を招く。
　本発明は、シャフトの偏心を抑制し、リニアモータ及びそれを備えるリニアアクチュエータの推進力を向上させることを目的とする。
　本発明のある態様によれば、内周側に複数のコイルが軸方向に間隔をあけて配置される中空円筒状のコアと、複数の永久磁石が軸方向に並んで配置され、前記コア内を軸方向に移動自在なシャフトと、非磁性体により形成され、前記コアの全長にわたって前記コアと前記シャフトとの間に配置されるスリーブと、を備えるリニアモータが提供される。
図１は、本発明の実施形態に係るリニアモータ及びリニアアクチュエータの軸方向断面図である。 図２は、図１のII部の拡大図である。 図３は、図１のIII－III線に沿う断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係るリニアモータ及びリニアアクチュエータの第１変形例を示す断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るリニアモータ及びリニアアクチュエータの第２変形例を示す断面図である。
　以下、図１を参照して、本発明の実施形態に係るリニアモータ３０及びそれを備えるリニアアクチュエータ１００について説明する。
　リニアモータ３０は、リニアアクチュエータ１００の駆動源であり、内周側に複数のコイル５１が軸方向に間隔をあけて配置される中空円筒状のコア５０と、複数の永久磁石４１が軸方向に間隔をあけて配置され、コア５０内を軸方向に移動自在な円筒状のシャフト４０と、非磁性体により形成され、コア５０の略全長にわたってコア５０とシャフト４０との間に配置されるスリーブ６０と、を備える。
　リニアアクチュエータ１００は、リニアモータ３０のコア５０が固定される第１チューブ１０と、第１チューブ１０の外周に摺動自在に設けられ、リニアモータ３０のシャフト４０が固定される第２チューブ２０と、を備える。
　リニアモータ３０では、コイル５１に供給される電流に応じてシャフト４０を軸方向に駆動する推力（電磁力）が発生し、リニアアクチュエータ１００の第１チューブ１０と第２チューブ２０とは、リニアモータ３０が発生する推力によって相対変位する。なお、図１には、最も収縮した状態のリニアアクチュエータ１００が示される。
　第１チューブ１０は、中空円筒状のベース部１１と、ベース部１１の一端側に結合されるインナーチューブ１２と、ベース部１１の他端側に結合されるガイドチューブ１３と、を有する。
　ベース部１１は、両端が開口する筒状部材であり、ガイドチューブ１３が結合されるベース本体１６と、ベース本体１６とインナーチューブ１２とを接続するアダプタ部１７と、を有する。ベース本体１６の内周には、径方向内側に向かって突出する環状のストッパ部１６Ａが形成される。
　ベース本体１６の外周には、径方向に突出する第１連結部としての一対のトラニオン軸１が固定される。リニアアクチュエータ１００は、一対のトラニオン軸１が図示しない外部部材に回動可能に軸支されることで、外部部材に対して回動可能に保持される。一対のトラニオン軸１の何れか一方には、貫通孔１Ａが設けられる。
　インナーチューブ１２は、一端がアダプタ部１７に結合される筒状部材であり、他端には内周面１２Ｂから径方向内側に向かって突出する円環状の規制部１２Ｃが設けられる。規制部１２Ｃは、インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに挿入されるコア５０の軸方向における位置を規定するために設けられる。
　アダプタ部１７は、ベース本体１６とインナーチューブ１２とを連結するアダプタ本体１８と、アダプタ本体１８とインナーチューブ１２との間に配置される配線案内板１９と、を有する。
　アダプタ本体１８の内周面には、径方向内側に突出する押圧部１８Ａが設けられる。押圧部１８Ａは、アダプタ本体１８に結合されるインナーチューブ１２の端面１２Ｄと対向する位置に形成される。
　配線案内板１９は、アダプタ本体１８の押圧部１８Ａとインナーチューブ１２の端面１２Ｄとの間に配置され、押圧部１８Ａとともに、コア５０をインナーチューブ１２内に押圧固定するために設けられる。また、配線案内板１９の外周側には、コイル５１からの配線４４が挿通する図示しない溝部が設けられる。
　ガイドチューブ１３は、一端がベース本体１６に結合される筒状部材である。なお、インナーチューブ１２とアダプタ部１７との結合構造、アダプタ部１７とベース本体１６との結合構造及びアダプタ部１７とガイドチューブ１３との結合構造は、ねじ結合であってもよいし、嵌合結合であってもよい。
　第２チューブ２０は、両端が開口し一端側から第１チューブ１０のインナーチューブ１２が摺動自在に挿入される中空円筒状のアウターチューブ２１と、アウターチューブ２１の他端に結合され、アウターチューブ２１の他端を閉塞するキャップ２２と、を備える。
　キャップ２２の外側面には、図示しない外部機器が連結される第２連結部としての連結部材２が固定される。アウターチューブ２１とキャップ２２との結合構造は、ネジ結合であってもよいし、嵌合結合であってもよい。なお、アウターチューブ２１とキャップ２２とは、一体的に形成されてもよい。
　リニアアクチュエータ１００は、第１チューブ１０と第２チューブ２０とを軸方向に相対変位可能に支持する第１リニアガイド部１５及び第２リニアガイド部２５をさらに備える。
　インナーチューブ１２の自由端側の外周には、環状の第１軸受１４が設けられる。第１軸受１４の軸受面（外周面）１４Ａは、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと摺接する。第１リニアガイド部１５は、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと、第１軸受１４の軸受面１４Ａと、によって構成される。
　アウターチューブ２１の開口端側の内周には、環状の第２軸受２３が設けられる。第２軸受２３の軸受面（内周面）２３Ａは、インナーチューブ１２の外周面１２Ａと摺接する。第２リニアガイド部２５は、アウターチューブ２１の内周面２１Ａと、第２軸受２３の軸受面２３Ａと、によって構成される。
　リニアアクチュエータ１００が伸縮する際には、第１リニアガイド部１５では、第１軸受１４の軸受面１４Ａがアウターチューブ２１の内周面２１Ａに摺接し、第２リニアガイド部２５では、第２軸受２３の軸受面２３Ａがインナーチューブ１２の外周面１２Ａに摺接する。これにより、インナーチューブ１２とアウターチューブ２１とは、滑らかに摺動する。インナーチューブ１２の外周面１２Ａとアウターチューブ２１の内周面２１Ａとは、第１軸受１４及び第２軸受２３を介して互いに隙間なく対峙する。
　シャフト４０は、中空部４０Ａを有する円筒状部材である。シャフト４０の一端は、連結部材２のねじ部２Ａによって第２チューブ２０のキャップ２２に固定され、他端は、ガイドチューブ１３内に摺動自在に配設されるロッドガイド２６に固定される。シャフト４０の他端にロッドガイド２６が設けられることで、ガイドチューブ１３とシャフト４０との同軸度が確保される。このため、リニアアクチュエータ１００の伸縮時にシャフト４０の端部が径方向に振れることが防止される。なお、シャフト４０は、連結部材２のねじ部２Ａによってキャップ２２に固定されているが、この構成に代えて、連結部材２とは別の部材からなる結合部材によってキャップ２２に固定される構成であってもよい。この場合、連結部材２は、キャップ２２と一体的に形成されてもよい。
　シャフト４０の中空部４０Ａには、複数の永久磁石４１が軸方向に並んで保持される。永久磁石４１は、円柱状に形成されており、軸方向にＮ極とＳ極が位置するように着磁される。隣り合う永久磁石４１は、同極同士が対向するように配置される。また、隣り合う永久磁石４１の間には継鉄４２が設けられる。中空部４０Ａ内の両端には非磁性体４３が配置され、シャフト４０は、非磁性体４３を介してキャップ２２及びロッドガイド２６に固定される。なお、シャフト４０は、永久磁石４１と継鉄４２との外周面を覆うケーシングを設けることなく、永久磁石４１と継鉄４２とを単に接合することによって形成されてもよい。また、継鉄４２を設けずに、隣り合う永久磁石４１が当接するようにしてもよい。
　次に、図１及び図２を参照して、コア５０について説明する。図２は、図１のIIで示される円で囲まれる部分周辺を拡大して示したものであり、説明のため、シャフト４０を表示していない。
　コア５０は、複数の円環状部材５３が軸方向に積層されることによって形成される中空円筒状部材であり、インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに挿入される。コア５０は、規制部１２Ｃに当接する一端面５０Ａと、配線案内板１９側に配置される他端面５０Ｂと、スリーブ６０が挿入される内周面５０Ｃと、外周側に軸方向にわたって形成されるバックヨーク部５０Ｄと、バックヨーク部５０Ｄから内周方向に突出する円環状の複数のティース部５０Ｅと、バックヨーク部５０Ｄとティース部５０Ｅとにより囲まれ、内周面５０Ｃに開口する空間としての複数のスロット部５０Ｆと、スロット部５０Ｆ内に配置される円環状のコイル５１と、を有する。なお、コア５０は、複数の部材を積層して形成される構成に限定されず、単一の部材で形成されてもよい。
　コイル５１は、図２に示されるように、二つの円環状部材５３の間に挟みこまれることによって、スロット部５０Ｆ内に配置された状態となる。スロット部５０Ｆ内に配置されたコイル５１に電流が供給されると、コイル５１の周囲に磁界が生じ、バックヨーク部５０Ｄとティース部５０Ｅとには、磁路が形成される。
　ここで、コイル５１は、通常、シャフト４０と接触して断線することを避けるために、スロット部５０Ｆ内のうちティース部５０Ｅの先端側には設けられない。しかし、本実施形態では、コア５０とシャフト４０との間にスリーブ６０が配置されるため、コイル５１とシャフト４０とが直接接触することがなく、シャフト４０によってコイル５１が断線されるおそれがない。このため、コイル５１は、図２に示されるように、コア５０の内周面５０Ｃに至るまで設けられる。具体的には、バックヨーク部５０Ｄ側からティース部５０Ｅの先端面である内周面５０Ｃに至るまでの空間を埋め尽くすようにコイル５１は充填される。
　このように、スリーブ６０がコイル５１とシャフト４０との間に設けられることによって、コイル５１を設けることが可能な空間が拡大され、コイル５１の巻線数を増加させることができる。コイル５１の巻線数を増加させると、同じ供給電流に対してコイル５１が生じる磁界が強くなるため、結果として、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。加えて、コイル５１が内周面５０Ｃに至るまで設けられているため、コイル５１とシャフト４０との距離が近くなり、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　インナーチューブ１２の内周面１２Ｂに接するコア５０の外周には、軸線方向に沿って形成される図示しない溝が周方向に間隔をあけて複数設けられる。溝には、コイル５１からの配線４４が配索される。配線４４は、配線案内板１９と貫通孔１Ａとを通じて外部に引き出され、図示しないコントローラに接続される。コントローラはコイル５１に供給される電流の大きさや位相を制御することにより、リニアモータ３０が発生する推力と推力発生方向（伸縮方向）とを制御する。
　次に、図１～図３を参照して、スリーブ６０について説明する。図３は、図１のIII－III線に沿う断面を拡大して示したものであり、説明のため、スリーブ６０とコア５０以外の部材については表示していない。
　スリーブ６０は、筒状部材であり、コア５０の内周面５０Ｃに挿入される筒部６０Ａと、筒部６０Ａの一端に形成され、径方向外側に延出する鍔部６０Ｂと、を有する。スリーブ６０は、強磁性体のように磁化されやすい材質ではない材質である、いわゆる非磁性体によって形成される。例えば、強度や耐熱性が高いエンジニアリングプラスチックのような樹脂がスリーブ６０の材料として用いられる。
　このように、非磁性体によって形成されるスリーブ６０がコア５０の略全長にわたってコア５０とシャフト４０との間に配置されることにより、シャフト４０が径方向へ変位すること、すなわち、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制される。つまり、スリーブ６０が設けられることによって、コア５０とシャフト４０との間隙がコア５０の全長にわたって略一定に保持され、シャフト４０が偏心することが抑制される。シャフト４０が偏心していなければ、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に対して均一に作用するため、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　ここで、スリーブ６０は、コア５０の全長にわたって配置されるが、これは、スリーブ６０の軸方向長さとコア５０の軸方向長さとが完全に一致していることを意味するものではない。スリーブ６０が設けられることによって、コア５０とシャフト４０との間隙がコア５０の全長にわたって略一定に保持されれば、例えば、スリーブ６０の軸方向長さがコア５０の軸方向長さに対して多少短く設定されていてもよい。つまり、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制され、シャフト４０が偏心することが抑制されるという効果を奏する限りにおいて、スリーブ６０の軸方向長さとコア５０の軸方向長さとには、多少差異があってもよい。
　また、スリーブ６０を形成する材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼のように、加工後の比透磁率が１を超え１０以下である材料を用いてもよい。比透磁率が略１である樹脂等の材料によりスリーブ６０が形成される場合と比較し、比透磁率が１を超え１０以下である材料によりスリーブ６０が形成される場合は、コア５０とシャフト４０との間の磁気抵抗が低減される。このため、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に作用しやすくなり、リニアモータ３０の推進力をさらに向上させることができる。
　ここで、比透磁率が比較的高い材料によってスリーブ６０が形成されると、スリーブ６０内に磁路が形成されてしまい、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に作用しにくくなり、結果として、リニアモータ３０の推進力が低下してしまう。このため、スリーブ６０を形成する材料は、リニアモータ３０の推進力を向上させることが可能な範囲の比透磁率、例えば、１を超え１０以下の比透磁率を有する材料とすることが好ましい。なお、１を超え１０以下の比透磁率を有する材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼に限定されず、このような範囲の比透磁率を有する材料であって磁性を有しない材料であればどのような材料であってもよい。
　スリーブ６０は、図３に示されるように、コア５０の軸方向に沿って筒部６０Ａに形成されるスリット６０Ｃをさらに有する。スリット６０Ｃの周方向における幅は、コア５０に挿入される前の方が大きく、コア５０に挿入された状態においてもある程度の幅が確保されるように設定される。このため、スリット６０Ｃの幅を狭めた状態とすれば、筒部６０Ａの外径が小さくなり、コア５０の内周面５０Ｃにスリーブ６０を容易に挿入することができる。また、スリーブ６０は、コア５０に挿入された後、スリット６０Ｃの幅が拡がるように若干変形するため、スリーブ６０とコア５０とは密着した状態となり、スリーブ６０はコア５０によって保持される。
　また、スリット６０Ｃが設けられない場合と比較し、筒部６０Ａの外径に求められる寸法精度が緩和されるため、スリーブ６０の製造コストを低減することができる。スリット６０Ｃは、コア５０の軸方向に沿って直線状に形成される構成に限定されず、スリーブ６０の一端から他端に向かってらせん状に設けられてもよい。なお、筒部６０Ａにスリット６０Ｃを設けず、筒部６０Ａを環状に形成してもよい。この場合、スリーブ６０の剛性を向上させることができる。
　また、図２に示されるように、筒部６０Ａの内周面には、鍔部６０Ｂに向かって内径が徐々に拡がる拡径部６０Ｄが設けられる。スリーブ６０の端部の内周面に拡径部６０Ｄが設けられることで、コア５０内にシャフト４０が組み付けられる際、シャフト４０の先端が拡径部６０Ｄによって筒部６０Ａ内へと案内される。このため、シャフト４０をスリーブ６０内へ容易に挿入させることができる。拡径部６０Ｄは、一定の割合で径の大きさが変化する傾斜面に限定されず、一定の曲率を有する曲面であってもよい。拡径部６０Ｄの角度は、軸方向に対して４５°以下であることが好ましく、シャフト４０が挿入されやすい角度に設定される。なお、拡径部６０Ｄは、鍔部６０Ｂ側とは反対側の端部に設けられてもよいし、両端部に設けられてもよい。また、筒部６０Ａに挿入されるシャフト４０の先端部に傾斜面を設けてもよい。
　続いて、スリーブ６０の固定方法について説明する。
　まず、スリーブ６０は、鍔部６０Ｂが、コア５０の他端面５０Ｂに当接するまでコア５０内に挿入される。そして、鍔部６０Ｂは、インナーチューブ１２とアダプタ本体１８とが結合される際に、押圧部１８Ａにより押圧される配線案内板１９と、コア５０の他端面５０Ｂと、の間に挟まれることによって固定される。
　スリーブ６０の固定方法は、上述の方法に限定されず、配線案内板１９に鍔部６０Ｂをねじ止めすることによりスリーブ６０を固定してもよい。また、インナーチューブ１２の規制部１２Ｃ側からスリーブ６０を挿入し、規制部１２Ｃに鍔部６０Ｂをねじ止めすることによりスリーブ６０を固定してもよい。スリーブ６０がコア５０の内周面５０Ｃから抜け出ることが防止されれば、スリーブ６０は、どのように固定されてもよい。
　また、スリーブ６０は、鍔部６０Ｂを有しない筒部６０Ａのみで形成されてもよく、この場合、スリーブ６０の両端にスリーブ６０を保持するための部材が設けられることによって、スリーブ６０はコア５０内に固定される。また、スリーブ６０は、それぞれ鍔部６０Ｂを有する二つのスリーブ６０から構成されてもよく、この場合、コア５０の両端から各スリーブ６０がそれぞれ挿入される。コア５０の両端から挿入された二つのスリーブ６０の間には若干の隙間が設けられてもよいが、隙間が設けられた部分において、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることがないように、隙間の大きさはできるだけ小さく設定される。換言すれば、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制され、シャフト４０が偏心することが抑制されれば、多少の隙間があってもよい。
　次に、リニアモータ３０及びリニアアクチュエータ１００の動作について説明する。
　リニアモータ３０では、コイル５１に所定方向の電流が供給されると、シャフト４０を一方向（図１において右方向）に駆動する推力が発生する。シャフト４０が一方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が伸長する。
　リニアアクチュエータ１００が最伸長位置まで伸長すると、ロッドガイド２６がベース本体１６のストッパ部１６Ａの側面に当接し、それ以上のシャフト４０の移動が規制される。このように、ロッドガイド２６は、ストッパとして機能する。
　一方、コイル５１に伸長時とは逆位相の電流が供給されると、シャフト４０を他方向（図２において左方向）に駆動する推力が発生する。シャフト４０が他方向に駆動されると、第２チューブ２０のアウターチューブ２１が第１チューブ１０のインナーチューブ１２に対して摺動しながら移動して、リニアアクチュエータ１００が収縮する。
　図１に示すように、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置まで収縮すると、キャップ２２がインナーチューブ１２の規制部１２Ｃに当接し、それ以上のシャフト４０の移動が規制される。
　なお、リニアアクチュエータ１００が最収縮位置となったとき、シャフト４０の永久磁石４１の一部は、図１に示すように、コア５０に固定されるコイル５１よりもキャップ２２側に突出した状態となる。このように、最収縮位置において、永久磁石４１の一部が、コイル５１よりもリニアアクチュエータ１００が伸長する側に存在するため、最収縮位置からリニアアクチュエータ１００を伸長させる際、シャフト４０を駆動する推力（電磁力）が発生し易くなる。
　以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
　リニアモータ３０では、非磁性体によって形成されるスリーブ６０がコア５０の略全長にわたってコア５０とシャフト４０との間に配置されることにより、シャフト４０が径方向へ変位すること、すなわち、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制される。このように、スリーブ６０が設けられることによって、コア５０とシャフト４０との間隙がコア５０の全長にわたって略一定に保持され、シャフト４０が偏心することが抑制される。このため、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に対して均一に作用し、結果として、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　以下、図４を参照して、本発明の実施形態に係るリニアモータ３０及びそれを備えるリニアアクチュエータ１００の第１変形例について説明する。図４は、上記実施形態の図２に対応する断面図である。
　上記実施形態では、スリーブ６０は、コア５０の内周面５０Ｃに挿入される筒部６０Ａと、コア５０と配線案内板１９とに挟持される鍔部６０Ｂと、が一体的に形成される。これに代えて、図４に示すように、スリーブ６１は、コア５０の内周面５０Ｃに挿入される筒部６２と、筒部６２を内周面５０Ｃ内に固定する固定部６３と、の別々の部材で形成されてもよい。
　筒部６２は、円筒状部材であり、上記実施形態のスリーブ６０と同様に、図示しないスリットがコア５０の軸方向に形成される。また、筒部６２には、固定部６３に向かって内径が徐々に拡がる拡径部６２Ａが設けられる。
　固定部６３は、筒部６２の端面に当接する円筒状の当接部６３Ａと、当接部６３Ａの一端に形成され、径方向外側に延出する鍔部６３Ｂと、を有する。筒部６２の径方向の厚さは、当接部６３Ａの径方向の厚さよりも厚く形成される。このため、シャフト４０は、筒部６２によって摺動支持される。図４には、筒部６２の一端側のみ図示されているが、筒部６２の他端側にも同様に固定部６３が設けられる。
　筒部６２の径方向の厚さは、当接部６３Ａの径方向の厚さと同じ厚さであってもよい。この場合、シャフト４０は、筒部６２及び固定部６３によって摺動支持される。また、拡径部は、筒部６２だけではなく固定部６３の端部にも設けてもよい。この場合、コア５０内にシャフト４０が組み付けられる際、シャフト４０の先端が拡径部によって筒部６２内へと容易に案内される。
　上記構成の第１変形例では、スリットを有する筒部６２がコア５０の内周面５０Ｃに挿入され、筒部６２の両端に固定部６３の当接部６３Ａが当接することにより、筒部６２は内周面５０Ｃ内に固定される。このように、第１変形例におけるスリーブ６１は、スリットを有する筒部６２と、鍔部６３Ｂを有する固定部６３と、が別部材で形成され、スリットと鍔部とが同一の部材に形成されないため、各部材の加工を容易に行うことができる。
　また、第１変形例では、筒部６２と固定部６３とを異なる材料で形成することもできる。例えば、筒部６２を比透磁率が１を超え１０以下である材料によって形成し、上記実施形態のようにリニアモータ３０の推進力を向上させる一方、固定部６３を安価な樹脂によって形成し、リニアモータ３０の製造コストを低減させることができる。
　また、第１変形例では、コア５０の長さが異なるリニアモータ３０に対しては、軸方向長さが変更された筒部６２と、共通の固定部６３と、を用いることによってスリーブ６１が取り付けられる。このように、コア５０の長さが異なるリニアモータ３０に対して部品が共通化されるため、リニアモータ３０の製造コストを低減させることができる。
　なお、筒部６２の両端に設けられる固定部６３のうち、何れか一方または両方を、コア５０の内周面５０Ｃに圧入等によって固定される円筒状部材としてもよい。円筒状部材を内周面５０Ｃに設けることによって、上記第１変形例と同様に、コア５０の内周面５０Ｃに挿入される筒部６２を所定の位置に固定させることができる。この場合、鍔部６３Ｂを設ける必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。また、円筒状部材を、筒部６２の移動を制限するストッパとして機能させることにより、コア５０の内周面５０Ｃへの筒部６２の組み付けを容易に行うことができる。なお、ストッパとして機能する円筒状部材は、コア５０を構成する円環状部材５３と一体的に形成されてもよい。
　次に、図５を参照して、本発明の実施形態に係るリニアモータ３０及びそれを備えるリニアアクチュエータ１００の第２変形例について説明する。図５は、上記実施形態の図２に対応する断面図である。
　上記実施形態では、スリーブ６０はコア５０に対して固定される。これに代えて、図５に示すように、シャフト４０側にスリーブ６５を設けてもよい。スリーブ６５は、円筒状部材であり、上記実施形態のスリーブ６０と同様に非磁性体によって形成される。スリーブ６５は、永久磁石４１と継鉄４２とが交互に接合されるシャフト４０の外周面を覆うように設けられる。つまり、スリーブ６５の内部に永久磁石４１と継鉄４２とが積層された状態で配置される。
　スリーブ６５は、シャフト４０とともにコア５０内を軸方向に移動し、コア５０の内周面５０Ｃと摺接する。このため、上記実施形態のようにコイル５１がティース部５０Ｅの先端面である内周面５０Ｃに至るまで設けられていると、スリーブ６５がコイル５１に接触し、コイル５１を断線させるおそれがある。このため、第２変形例では、図５に示すように、コイル５１はティース部５０Ｅの先端面にまで至らない範囲で設けられる。この結果、上記実施形態のようにコイル５１がティース部５０Ｅの先端面にまで至って設けられる場合と比較し、コイル５１の組み付けが容易になる。
　上記構成の第２変形例では、非磁性体によって形成されるスリーブ６５が、シャフト４０とコア５０との間に配置されることにより、シャフト４０が径方向へ変位すること、すなわち、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制される。このように、シャフト４０にスリーブ６５が設けられることによって、コア５０とシャフト４０との間隙がコア５０の全長にわたって略一定に保持され、シャフト４０が偏心することが抑制される。このため、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に対して均一に作用し、結果として、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　また、第２変形例では、比較的厚みのあるスリーブ６５がシャフト４０の外周側に設けられるため、シャフト４０の強度を向上させることができる。
　以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
　リニアモータ３０は、内周側に複数のコイル５１が軸方向に間隔をあけて配置される中空円筒状のコア５０と、複数の永久磁石４１が軸方向に並んで配置され、コア５０内を軸方向に移動自在なシャフト４０と、非磁性体により形成され、コア５０の略全長にわたってコア５０とシャフト４０との間に配置されるスリーブ６０，６１，６５と、を備える。
　この構成では、非磁性体によって形成されるスリーブ６０，６１，６５がコア５０の略全長にわたってコア５０とシャフト４０との間に配置されることにより、シャフト４０が径方向へ変位すること、すなわち、シャフト４０がコア５０に引き寄せられることが規制される。このように、スリーブ６０，６１，６５が設けられることによって、コア５０とシャフト４０との間隙がコア５０の全長にわたって略一定に保持され、シャフト４０が偏心することが抑制される。このため、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に対して均一に作用し、結果として、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　また、スリーブ６０，６１は、コア５０の軸方向に形成されるスリット６０Ｃを有する。
　この構成では、スリーブ６０，６１にスリット６０Ｃが形成されるため、スリーブ６０，６１をコア５０内へ容易に挿入することができる。また、スリット６０Ｃが設けられない場合と比較し、スリーブ６０，６１の外径に求められる寸法精度が緩和されるため、スリーブ６０，６１の製造コストを低減することができる。
　また、スリーブ６０，６１の端部の内周面には、スリーブ６０，６１の端面に向かって連続的に拡径する拡径部６０Ｄ，６２Ａが設けられる。
　この構成では、スリーブ６０，６１の端部の内周面に拡径部６０Ｄ，６２Ａが設けられる。このため、コア５０内にシャフト４０が組み付けられる際、シャフト４０の先端が拡径部６０Ｄ，６２Ａによって筒部６０Ａ，６２内へと案内される。この結果、シャフト４０をスリーブ６０，６１内へ容易に挿入させることができる。
　また、スリーブ６０，６１，６５は、比透磁率が１を超え１０以下の材料により形成される。
　また、スリーブ６０，６１，６５は、オーステナイト系ステンレス鋼により形成される。
　これらの構成では、スリーブ６０，６１，６５は、比透磁率が１を超え１０以下の材料により形成される。比透磁率が１を超え１０以下の材料によってスリーブ６０，６１，６５が形成されると、コア５０とシャフト４０との間の磁気抵抗が低減される。このため、コア５０が生じる磁界がシャフト４０に作用しやすくなり、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　また、スリーブ６０，６１は、コア５０に設けられ、コア５０は、内周面５０Ｃに開口しコイル５１が収容される複数のスロット部５０Ｆを有し、コイル５１は、スロット部５０Ｆ内に内周面５０Ｃ至るまで設けられる。
　この構成では、コイル５１が、スロット部５０Ｆ内に内周面５０Ｃ至るまで設けられる。スリーブ６０，６１がコア５０に設けられることによって、コイル５１を設けることが可能な空間が拡大されるため、コイル５１の巻線数を増加させることができる。この結果、同じ供給電流に対してコイル５１が生じる磁界が強くなるため、リニアモータ３０の推進力を向上させることができる。
　また、リニアモータ３０を備えるリニアアクチュエータ１００は、外部部材に連結されるトラニオン軸１を有し、コア５０が設けられる第１チューブ１０と、他の外部部材に連結される連結部材２を有し、第１チューブ１０の外周に摺動自在に設けられ、シャフト４０の一端が固定される第２チューブ２０と、を備える。
　この構成では、コア５０が設けられる第１チューブ１０の外周にシャフト４０の一端が固定される第２チューブ２０が摺動自在に設けられる。このため、例えば、リニアアクチュエータ１００に連結される外部部材から径方向の荷重が作用しても、第１チューブ１０と第２チューブ２０とが摺動関係にあるため、径方向の荷重が分散され、結果として、リニアアクチュエータ１００は所望の推力によって伸縮することが可能である。また、シャフト４０及びコア５０は、第１チューブ１０及び第２チューブ２０によって外部から保護されているため、落下等によってシャフト４０及びコア５０が損傷することを防止することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１５年９月１６日に日本国特許庁に出願された特願２０１５－１８２８３６に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (7)

  1. 　内周側に複数のコイルが軸方向に間隔をあけて配置される中空円筒状のコアと、
    　複数の永久磁石が軸方向に並んで配置され、前記コア内を軸方向に移動自在なシャフトと、
    　非磁性体により形成され、前記コアの全長にわたって前記コアと前記シャフトとの間に配置されるスリーブと、
    　を備えるリニアモータ。
  2. 　請求項１に記載のリニアモータであって、
    　前記スリーブは、前記コアの軸方向に形成されるスリットを有するリニアモータ。
  3. 　請求項１に記載のリニアモータであって、
    　前記スリーブの端部の内周面には、前記スリーブの端面に向かって連続的に拡径する拡径部が設けられるリニアモータ。
  4. 　請求項１に記載のリニアモータであって、
    　前記スリーブは、比透磁率が１を超え１０以下の材料により形成されるリニアモータ。
  5. 　請求項１に記載のリニアモータであって、
    　前記スリーブは、オーステナイト系ステンレス鋼により形成されるリニアモータ。
  6. 　請求項１に記載のリニアモータであって、
    　前記スリーブは、前記コアに設けられ、
    　前記コアは、前記コアの内周面に開口し前記コイルが収容される複数のスロットを有し、
    　前記コイルは、前記スロット内に前記内周面に至るまで設けられるリニアモータ。
  7. 　請求項１に記載のリニアモータを備えるリニアアクチュエータであって、
    　外部部材に連結される第１連結部を有し、前記コアが設けられる第１チューブと、
    　他の外部部材に連結される第２連結部を有し、前記第１チューブの外周に摺動自在に設けられ、前記シャフトの一端が固定される第２チューブと、を備えるリニアアクチュエータ。
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