JP2003209963A - リニアモータ - Google Patents
リニアモータInfo
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Abstract
磁界効率が悪化することなく、推力の変動の発生を極力
低減できる高精度なリニアモータを提供する。 【解決手段】 ヨーク1上に設けたハルバッハ配列構造
を有する界磁極2と、界磁極2と磁気的空隙を介して対
向するように配置した電機子巻線3を有する電機子4と
を備えたリニアモータにおいて、ヨーク1の両端位置に
配設した第1主磁極2Cの進行方向の幅Wcを、ヨーク
1の両端を除く位置に設けた第2主磁極2Aの進行方向
の幅Waより狭くし、第1主磁極2Cと隣り合わせに配
置した第1副磁極2Dの進行方向の幅Wdを、第2主磁
極2Aの第1副磁極2Dと反対側に配置した第2副磁極
2Bの進行方向の幅Wbより広くし、第2主磁極2A同
志の中心間の距離を極ピッチPとし、第1主磁極2Cと
第2主磁極2Aの中心間の距離をP’とするとき、P’
=1.03×Pの関係を有したものである。
Description
工作機械などのFA機器に使用されると共に、特にハル
バッハ配列構造の界磁極を有するリニアモータに関す
る。
などのFA機器においては、送りや加工の高速化・高精
度化を達成できるよう、界磁極を構成する永久磁石と当
該永久磁石の磁極面に磁気的空隙を介して対向した電機
子巻線を配置する電機子を備えたリニアモータの利用が
図られている。図3は従来のリニアモータの平断面図で
ある。図3において、1はヨークであり、互いに平行さ
せた強磁性体よりなる2個一対のもので構成されてい
る。2は界磁極であり、ヨーク1上の進行方向に沿って
隣接し、磁極の向きが異なる主磁極2Eと副磁極2Fで
構成された永久磁石からなるハルバッハ配列構造を有し
ている。3は界磁極2と磁気的空隙を介して対向するよ
うに配置した電機子巻線、4は電機子巻線3を備えた電
機子であって、界磁極2の長手方向に対して相対移動す
るものである。ここで、界磁極2においては、副磁極2
Fの進行方向の幅と主磁極2Eの進行方向の幅の比を、
0.75〜0.8としている。このような構成におい
て、リニアモータは電機子4を固定子に、界磁極2を相
対移動する可動子として、界磁極2を直線移動するよう
になっている。
は、ヨーク1の中心部に位置する主磁極2Eと副磁極2
Fの磁石幅の寸法比と,ヨーク1端に位置する主磁極2
Eと副磁極2Fの磁石幅の寸法比は同じであるため、ヨ
ーク1の両端部において、端効果のために磁路がヨーク
1の中心部と異なることとなり、磁界効率が悪化するた
め、推力の変動が発生する問題があった。その結果、リ
ニアモータを組み込んだ工作機械や半導体装置などにお
いては制御性能を劣化させる原因となっていた。本発明
は、上記課題を解決するためになされたものであり、ヨ
ークの両端部における端効果の影響により磁界効率が悪
化することなく、推力の変動の発生を極力低減できる高
精度なリニアモータを提供することを目的とする。
め、請求項1の本発明は、互いに平行させた強磁性体で
構成してなる2個一対のヨークと、前記ヨーク上の進行
方向に沿って、磁極の向きが異なる主磁極と副磁極とか
ら構成されるハルバッハ配列構造を有する界磁極と、前
記界磁極と磁気的空隙を介して対向するように配置した
電機子巻線を有する電機子とを備え、前記界磁極と前記
電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を
固定子とするリニアモータにおいて、前記主磁極は、前
記ヨークの両端位置に配設した第1主磁極の進行方向の
幅Wcが、前記ヨークの両端を除く内側の位置に設けた
第2主磁極の進行方向の幅Waより狭くなるように形成
してあり、前記副磁極は、前記第1主磁極と隣り合わせ
に配置した第1副磁極の進行方向の幅Wdが、前記第2
主磁極の第1副磁極と反対側に配置した第2副磁極の進
行方向の幅Wbより広くなるように形成してあり、前記
第2主磁極同志の中心間の距離を極ピッチPとし、前記
第1主磁極と前記第2主磁極の中心間の距離をP’とす
るとき、P’=1.03×Pの関係を有したものであ
る。請求項2の本発明は、請求項1記載のリニアモータ
において、前記主磁極の極数が偶数である時、前記第1
主磁極の進行方向の幅を、前記第2主磁極の進行方向の
幅の0.45〜0.55としたものである。請求項3の
本発明は、請求項1記載のリニアモータにおいて、前記
主磁極の極数が奇数である時、前記第1主磁極の進行方
向の幅を、第2主磁極の進行方向の幅の0.75〜0.
85としたものである。
いて説明する。図1は本発明の実施例を示すリニアモー
タの平断面図である。なお、本発明の構成要素が従来技
術と同じものについてはその説明を省略し、異なる点の
み説明する。図において、2Cは第1主磁極、2Dは第
1副磁極、2Aは第2主磁極、2Bは第2副磁極であ
る。本発明の特徴は以下のとおりである。すなわち、界
磁極を構成する一方の主磁極は、ヨーク1の両端位置に
配設した第1主磁極2Cの進行方向の幅Wcが、ヨーク
1の両端を除く位置に設けた第2主磁極2Aの進行方向
の幅Waより狭くなるように形成してあり、他方の副磁
極は、第1主磁極2Cと隣り合わせに配置した第1副磁
極2Dの進行方向の幅Wdが、第2主磁極2Aの第1副
磁極2Dと反対側に配置した第2副磁極2Bの進行方向
の幅Wbより広くなるように形成してあり、第2主磁極
2A同志の中心間の距離を極ピッチPとし、第1主磁極
2Cと第2主磁極2Aの中心間の距離をP’とすると
き、P’=1.03×Pの関係を有した点である。
要素法による磁界解析結果について説明する。図2は本
実施例におけるリニアモータの磁束分布を示す模式図で
ある。図では便宜上、リニアモータの進行方向に沿った
軸に対して2分の1にカットしたモデルとなっている。
従来に比べて、第1主磁極2Cの幅Wcを第2主磁極2
Aの幅Waより狭くし、第1副磁極2Dの幅Wdを、第
2副磁極2Bの幅Wbより広くすると共に、第1主磁極
2Cと第2主磁極2Aの中心間の距離を上式のように限
定すると、図2に示すようにヨーク1の両端部とヨーク
1の進行方向における中心位置での磁束の流れがほぼ同
じになり、リニアモータのストロークにおいて推力変動
がなくなる。
る一方の主磁極として、ヨーク1の両端位置に配設した
第1主磁極2Cの進行方向の幅Wcが、ヨーク1の両端
を除く位置に設けた第2主磁極2Aの進行方向の幅Wa
より狭くなるように形成し、また、他方の副磁極とし
て、第1主磁極2Cと隣り合わせに配置した第1副磁極
2Dの進行方向の幅Wdが、第2主磁極2Aの第1副磁
極2Dと反対側に配置した第2副磁極2Bの進行方向の
幅Wbより広くなるように形成し、さらに第2主磁極2
A同志の中心間の距離を極ピッチPとし、第1主磁極2
Cと第2主磁極2Aの中心間の距離をP’とするとき、
P’=1.03×Pの関係を有した構成にしたので、ヨ
ーク両端部における磁束の流れとヨーク中央部における
磁束の流れがほぼ一様となり、ヨーク1の両端部におけ
る端効果の影響により磁界効率が悪化することなく、推
力の変動の発生を極力低減することが可動で高精度なリ
ニアモータを提供することができる。そして、リニアモ
ータの推力の変動を抑制できることから、リニアモータ
を組み込んだ工作機械や半導体装置などにおいては制御
性を向上することができる。
の推力変動を抑制するために、解析と実験により最適な
主磁極と副磁極の幅の検討を行った。例えば、上記実施
例で示した条件に加え、主磁極の極数を偶数としたとき
に、第1主磁極2Cの進行方向の幅を、第2主磁極2A
の進行方向の幅の0.45〜0.55とすると、リニア
モータの推力変動を従来比15%〜20%減少できるこ
とを確認した。また、主磁極の極数を奇数としたとき
に、第1主磁極2Cの進行方向の幅を、第2主磁極2A
の進行方向の幅の0.75〜0.85とすると、リニア
モータの推力変動を従来比120%〜30%減少できる
ことを確認した。これにより、リニアモータの推力変動
を一層抑制することができる。
磁極を構成する一方の主磁極として、ヨークの両端位置
に配設した第1主磁極の進行方向の幅Wcが、ヨークの
両端を除く位置に設けた第2主磁極の進行方向の幅Wa
より狭くなるように形成し、また、他方の副磁極とし
て、第1主磁極と隣り合わせに配置した第1副磁極の進
行方向の幅Wdが、第2主磁極の第1副磁極と反対側に
配置した第2副磁極の進行方向の幅Wbより広くなるよ
うに形成し、さらに第2主磁極同志の中心間の距離を極
ピッチPとし、第1主磁極と第2主磁極の中心間の距離
をP’とするとき、P’=1.03×Pの関係を有した
構成にしたため、ヨーク両端部における磁束の流れとヨ
ーク中央部における磁束の流れがほぼ一様となり、ヨー
クの両端部における端効果の影響により磁界効率が悪化
することなく、推力の変動の発生を極力低減することが
可動で高精度なリニアモータを提供することができる。
そして、リニアモータの推力の変動を抑制できることか
ら、リニアモータを組み込んだ工作機械や半導体装置な
どにおいては制御性を向上することができる。
である。
す模式図である。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】互いに平行させた強磁性体で構成してなる
2個一対のヨーク(1)と、前記ヨーク(1)上の進行
方向に沿って、磁極の向きが異なる主磁極と副磁極とか
ら構成されるハルバッハ配列構造を有する界磁極(2)
と、前記界磁極(2)と磁気的空隙を介して対向するよ
うに配置した電機子巻線(3)を有する電機子(4)と
を備え、前記界磁極(2)と前記電機子(4)との何れ
か一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするリ
ニアモータにおいて、 前記主磁極は、前記ヨーク(1)の両端位置に配設した
第1主磁極(2C)の進行方向の幅Wcが、前記ヨーク
(1)の両端を除く内側の位置に設けた第2主磁極(2
A)の進行方向の幅Waより狭くなるように形成してあ
り、 前記副磁極は、前記第1主磁極(2C)と隣り合わせに
配置した第1副磁極(2D)の進行方向の幅Wdが、前
記第2主磁極(2A)の第1副磁極(2D)と反対側に
配置した第2副磁極(2B)の進行方向の幅Wbより広
くなるように形成してあり、 前記第2主磁極(2A)同志の中心間の距離を極ピッチ
Pとし、前記第1主磁極(2C)と前記第2主磁極(2
A)の中心間の距離をP’とするとき、P’=1.03
×Pの関係を有することを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項2】 前記主磁極の極数が偶数である時、前記
第1主磁極(2C)の進行方向の幅を、前記第2主磁極
(2A)の進行方向の幅の0.45〜0.55としたこ
とを特徴とする請求項1記載のリニアモータ。 - 【請求項3】 前記主磁極の極数が奇数である時、前記
第1主磁極(2C)の進行方向の幅を、第2主磁極(2
A)の進行方向の幅の0.75〜0.85としたことを
特徴とする請求項1記載のリニアモータ。
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