JP2005237079A - Linear synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リニア同期モータに係わり、特にナノメートル単位の超精密度で位置決めする場合に有用なリニア同期モータに関する。 The present invention relates to a linear synchronous motor, and more particularly to a linear synchronous motor useful for positioning with nanometer unit ultra-precision.
従来から、大推力を必要とする機械工作機や半導体製造装置等において多用されているリニア同期モータとしては、たとえば、特開2002−238240号公報(特許文献1)に開示されている。その概略構成を図7(A)〜(C)に示す。
図7(A)〜(C)において、リニア同期モータは下記の構成要素を備えている。
(a)平行に離間して配置された一対のヨーク1a、1b
(b)一対のヨーク1a、1bのうち、図中上部位置に配置された一方のヨーク(以下「上部ヨーク」という。)1aの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(以下「上部永久磁石」という。)S1a、N1a、S2a、N2a、…(以下、永久磁石S1aを「第1のS極の上部永久磁石」と、永久磁石N1aを「第1のN極の上部永久磁石」と、永久磁石S2aを「第2のS極の上部永久磁石」と、永久磁石N2aを「第2のN極の上部永久磁石」という。)
(c)下部位置に配置されたヨーク(以下「下部ヨーク」という。)1bの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(以下「下部永久磁石」という。)S1b、N1b、S2b、N2b、…(以下、永久磁石S1bを「第1のS極の下部永久磁石」と、永久磁石N1bを「第1のN極の下部永久磁石」と、永久磁石S2bを「第2のS極の下部永久磁石」と、永久磁石N2bを「第2のN極の下部永久磁石」という。)
(d)上下部ヨーク1a、1b間の中央部分に、上下部ヨーク1a、1bと平行に(以下「X方向」という。)移動可能に配置された可動部2
Conventionally, a linear synchronous motor that has been widely used in machine tools, semiconductor manufacturing apparatuses, and the like that require a large thrust is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-238240 (Patent Document 1). The schematic configuration is shown in FIGS.
7A to 7C, the linear synchronous motor includes the following components.
(A) A pair of
(B) Among a pair of
(C) A plurality of permanent magnets (hereinafter referred to as “lower permanent magnets”) S1b and N1b disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of a yoke (hereinafter referred to as “lower yoke”) 1b disposed at the lower position. , S2b, N2b,... (Hereinafter, the permanent magnet S1b is referred to as the “first S pole lower permanent magnet”, the permanent magnet N1b is referred to as the “first N pole lower permanent magnet”, and the permanent magnet S2b is referred to as “second. S-pole lower permanent magnet "and permanent magnet N2b are referred to as" second N-pole lower permanent magnet ".
(D) A
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…、および下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…は、同一の鉛直線上においては相異なる極性の永久磁石が対向するように、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aと第1のS極の下部永久磁石S1bが対向するように配置されている。
また、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…は、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互に位置するように、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aに隣接して第1のS極の上部永久磁石S1aが、第1のS極の上部永久磁石S1aに隣接して第2のN極の上部永久磁石N2aが位置するように配置されている。
同様に、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…も、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互に位置するように、たとえば、第1のS極の下部永久磁石S1bに隣接して第1のN極の下部永久磁石N1bが、第1のN極の下部永久磁石N1bに隣接して第2のS極の下部永久磁石S2b位置するように配置されている。
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... And the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are arranged so that, for example, the first permanent magnets of different polarities face each other on the same vertical line. The N-pole upper permanent magnet N1a and the first S-pole lower permanent magnet S1b are arranged to face each other.
Further, the upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... Are adjacent to, for example, the first N-pole upper permanent magnet N1a so that permanent magnets having different polarities are alternately positioned along the longitudinal direction. The first S-pole upper permanent magnet S1a is arranged so that the second N-pole upper permanent magnet N2a is located adjacent to the first S-pole upper permanent magnet S1a.
Similarly, the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are adjacent to the lower permanent magnet S1b of the first S pole, for example, so that permanent magnets of different polarities are alternately positioned along the longitudinal direction. The first N-pole lower permanent magnet N1b is disposed adjacent to the first N-pole lower permanent magnet N1b so as to be positioned at the second S-pole lower permanent magnet S2b.
可動部2は、非磁性の補強板3と、補強板3の両面にそれぞれ設けられた扁平形状の三相コイル4a、4bとを備えている。
The
補強板3は、図8に示すように、矩形状で板状体を備えており、その両面にはそれぞれ3個の位置決め用の突起31U,31V、31Wが等間隔で設けられており、また、各突起31U,31V、31Wの周りには矩形環状の凹陥部32U,32V、32Wがそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 8, the
三相コイル4a、4bは、それぞれ矩形環状に形成されたU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wを備えており、これらのU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wは、図8に示すように、その中空部41U(図7参照),41V(図7参照)、41Wを補強板3の位置決め用の突起31U,31V、31Wに嵌着することにより、補強板3と一体化されている。
また、三相コイル4a、4bの長手方向(X方向)の寸法は、永久磁石の2個の分の長手方向(X方向)の寸法、例えば、第1のS極の上部永久磁石S1aおよび第2のN極の上部永久磁石N2a(若しくは第1のN極の下部永久磁石N1bおよび第2のS極の下部永久磁石S2b)の長手方向(X方向)の寸法と等しくなるように構成されている。
The three-
In addition, the dimension in the longitudinal direction (X direction) of the three-
このような構成のリニア同期モータにおいては、同一鉛直線上に極性の異なる永久磁石が配置された、いわゆる横断磁束形の励磁構造が採用されていることから、たとえば、第1のN極の下部永久磁石から発生した磁束は、たとえば、V相コイル4Vを通り抜けて第1のS極の上部永久磁石S1aを通り、隣接する第2のN極の上部永久磁石N2a、V相コイル4Vおよび第2のS極の下部永久磁石S2bを通り、元の第1のN極の下部永久磁石N1bに戻る。
したがって、このような磁界中に配置されたU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wに三相交流電流を流すと、三相コイル4a、4bにフレミング左手の法則に基づく推力が発生する。
図7(C)に図解した波形図における斜線部分は、コイル4Vが最大推力を得る磁束密度空間を示している。
Therefore, when a three-phase alternating current is passed through the U-phase coil 4U, V-
A hatched portion in the waveform diagram illustrated in FIG. 7C indicates a magnetic flux density space in which the
しかしながら、このような構成のリニア同期モータにおいては、次のような不利益に遭遇している。 However, the linear synchronous motor having such a configuration encounters the following disadvantages.
第1の不利益は、可動部2がフラット状で、その厚さも薄く設計されていることから、捩り剛性が低く、可動部2に微振動が発生し易くなることである。
The first disadvantage is that since the
第2の不利益は、可動部2に発生する微振動に起因して可動部2の速度や現在位置が変動し、かかる変動が位置センサーを介してフィードバックされ、より一層振動が増幅されることから、制御ゲインが低くなり、ひいては、ナノメートル単位での制御が困難になることである。
The second disadvantage is that the speed and the current position of the
第3の不利益は、横断磁束形のリニア同期モータにおいては、図7(C)に示すように、磁束密度が各永久磁石の長手方向の中央部分(位相が90度若しくは270度の位置)において最大となり、この磁束密度の最大部分にコイルが位置したときに最大の推力が得られるところ、たとえば、V相コイル4Vに着目すれば、図7(C)に斜線で図解したように、V相コイル4Vが磁束密度のピーク値から外れた部分に位置しているため、モータ定数[N/√W]が小さくなることである。ここで、Nはニュートン、Wは消費電力を示している。
The third disadvantage is that, in a transverse magnetic flux type linear synchronous motor, as shown in FIG. 7 (C), the magnetic flux density is the central portion in the longitudinal direction of each permanent magnet (position where the phase is 90 degrees or 270 degrees). When the coil is positioned at the maximum portion of the magnetic flux density, the maximum thrust can be obtained. For example, when attention is paid to the V-
第4の不利益は、モータ定数を向上させるためには出力を大きくしなければならない一方、出力が大きくなると、発熱が多くなり、ひいては、周囲の温度が上昇し、熱膨張による誤差が生じ易くなることである。 The fourth disadvantage is that the output must be increased in order to improve the motor constant. On the other hand, when the output increases, the heat generation increases, and the ambient temperature rises, and errors due to thermal expansion are likely to occur. It is to become.
第5の不利益は、可動部2として、少なくとも永久磁石の2個の分の長さを必要とすることから、リニア同期モータが大型化し、重量化することである。
A fifth disadvantage is that the linear synchronous motor is increased in size and weight because the
本発明は、上述の不利益を克服するためになされたものであり、本発明の目的は、高剛性で推力変動が小さく、また、機器の小型化、軽量化を図ることができるリニア同期モータを提供することにある。
また本発明の目的は、さらに超精密制御を容易に行なうことができる上、モータ定数や耐外乱性能(ロバスト性)を向上させることができるリニア同期モータを提供することにある。
The present invention has been made to overcome the above-mentioned disadvantages, and an object of the present invention is a linear synchronous motor that has high rigidity and small thrust fluctuation, and that can reduce the size and weight of the device. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a linear synchronous motor that can easily perform ultra-precise control and that can improve motor constants and disturbance resistance (robustness).
上述した目的を達成するため、本発明の第1の観点によれば、平行に離間して配置された一対のヨークと、各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、一対のヨーク間にヨークと平行に配置されたセンターヨークと、センターヨークの外周に装着された環状の三相コイルとを備え、各永久磁石は、それぞれ、ヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、ヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、三相コイルの長手方向の寸法は、永久磁石の1個分の長手方向の寸法と同一であるリニア同期モータが提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the first aspect of the present invention, a pair of yokes arranged in parallel and spaced apart, and a plurality of yokes arranged along the longitudinal direction on opposite surfaces of the yokes, respectively. A permanent magnet, a center yoke arranged in parallel with the yoke between the pair of yokes, and an annular three-phase coil mounted on the outer periphery of the center yoke. Permanent magnets of the same polarity are arranged, and permanent magnets of different polarities are alternately arranged in the longitudinal direction of the yoke, and the longitudinal dimension of the three-phase coil is the same as the longitudinal dimension of one permanent magnet. A linear synchronous motor is provided.
好ましくは、本発明のリニア同期モータにおける三相コイルは、センターヨークの長手方向に沿ってU相コイル、−W相コイルおよびV相コイル、または、−U相コイル、W相コイルおよび−V相コイルの相順で配列されたもので構成されている。 Preferably, the three-phase coil in the linear synchronous motor of the present invention has a U-phase coil, a -W-phase coil and a V-phase coil, or a -U-phase coil, a W-phase coil and a -V-phase along the longitudinal direction of the center yoke. It is composed of coils arranged in phase order.
本発明の第2の観点によれば、平行に離間して配置された一対のヨークと、各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、一対のヨーク間にヨークと平行に配置されたセンターヨークと、センターヨークの外周に装着された環状の第1、第2の三相コイルとを備え、各永久磁石は、それぞれ、ヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、ヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、第1、第2の三相コイルはセンターヨークの長手方向に沿って積層されて一体化され、かつ一体化された第1、第2の三相コイルの長手方向の寸法は、永久磁石の2個分の長手方向の寸法と同一である、リニア同期モータが提供される。 According to the second aspect of the present invention, a pair of yokes spaced apart in parallel, a plurality of permanent magnets respectively disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of each yoke, and a pair of yokes The center yoke disposed in parallel with the yoke and the annular first and second three-phase coils mounted on the outer periphery of the center yoke, each permanent magnet having the same polarity at the opposing position of the yoke Permanent magnets of different polarities are alternately arranged in the longitudinal direction of the yoke, and the first and second three-phase coils are laminated and integrated along the longitudinal direction of the center yoke, A linear synchronous motor is provided in which the longitudinal dimensions of the integrated first and second three-phase coils are the same as the longitudinal dimensions of two permanent magnets.
好ましくは、第2観点の本発明のリニア同期モータにおける第1の三相コイルは、センターヨークの長手方向に沿ってU相コイル、−W相コイルおよび+V相コイルの相順で配列されたもので構成され、第2の三相コイルは、センターヨークの長手方向に沿って−U相コイル、W相コイルおよび−V相コイルの相順で配列されたもので構成され、第1の三相コイルのV相コイルには第2の三相コイルの−U相コイルが隣接して配列されている。 Preferably, the first three-phase coil in the linear synchronous motor according to the second aspect of the present invention is arranged in the phase order of the U-phase coil, the -W-phase coil, and the + V-phase coil along the longitudinal direction of the center yoke. The second three-phase coil is configured by arranging the -U phase coil, the W phase coil, and the -V phase coil in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke. The -U phase coil of the second three-phase coil is arranged adjacent to the V phase coil of the coil.
本発明のリニア同期モータによれば、センターヨークの外周に環状の三相コイルが装着されていることから、コイルの剛性を高くすることができ、ひいては推力変動を小さくすることができる。
また、本発明のリニア同期モータにおいては、三相コイルの長手方向の寸法が1個分の永久磁石の長手方向の寸法と等しくされていることから、機器の小型化、軽量化を図ることができ、ひいては超精密制御を容易に行なうことができる上、モータ定数や耐外乱性能(ロバスト性)を向上させることができる。
According to the linear synchronous motor of the present invention, since the annular three-phase coil is mounted on the outer periphery of the center yoke, it is possible to increase the rigidity of the coil and to reduce the thrust fluctuation.
Further, in the linear synchronous motor of the present invention, since the longitudinal dimension of the three-phase coil is equal to the longitudinal dimension of one permanent magnet, the device can be reduced in size and weight. As a result, ultra-precise control can be easily performed, and the motor constant and disturbance resistance (robustness) can be improved.
以下、本発明のリニア同期モータの好ましい実施の形態について、添付図面を参照して詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a linear synchronous motor of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1実施の形態
図1および図2を参照して本発明のリニア同期モータの第1実施の形態について述べる。
図1は本発明の第1実施の形態のリニア同期モータの概略構成図であり、図2は図1に図解した第1実施の形態のリニア同期モータにおける三相コイルの斜視図である。
なお、図1、図2において、図7(A)〜(C)、図8と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
First Embodiment A first embodiment of a linear synchronous motor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a linear synchronous motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a three-phase coil in the linear synchronous motor according to the first embodiment illustrated in FIG.
1 and 2, the same reference numerals are given to portions common to FIGS. 7A to 7C and FIG. 8, and detailed description thereof is omitted.
図1において、本発明の第1実施の形態のリニア同期モータは、下記に列挙する構成要素を備えている。
(a)平行に離間して配置された一対の板状のヨーク(上下部ヨーク)1a、1b
(b)上部ヨーク1aの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(上部永久磁石)S1a、N1a、S2a、N2a、…
(c)下部ヨーク1bの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(下部永久磁石)S1b、N1b、S2b、N2b、…
(d)上下部ヨーク1a、1b間の中央部分に上下部ヨーク1a、1bと平行に配置されたセンターヨーク5
(e)センターヨーク5の外周に遊嵌状態で装着され、U相、−W相、V相が配列されたている、X方向に移動可能に配置された環状の三相コイル6
In FIG. 1, the linear synchronous motor according to the first embodiment of the present invention includes the components listed below.
(A) A pair of plate-shaped yokes (upper and lower yokes) 1a and 1b arranged in parallel and spaced apart from each other
(B) A plurality of permanent magnets (upper permanent magnets) S1a, N1a, S2a, N2a,... Arranged along the longitudinal direction on the opposing surface of the
(C) A plurality of permanent magnets (lower permanent magnets) S1b, N1b, S2b, N2b,... Arranged along the longitudinal direction on the opposing surface of the
(D) A
(E) An annular three-
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…、および、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…は、同一の鉛直線上においては同一極性の永久磁石が対向するように、たとえば、第1のS極/N極の上部永久磁石S1a/N1aと第1のS極/N極の下部永久磁石S1b/N1bが対向するように配置されている。
また、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…は、図7〜図8を参照して述べたリニア同期モータと同様に、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互(S極、N極、…S極)に位置するように配置されている。
さらに、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…も、図7〜図8を参照して述べたリニア同期モータと同様に、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互(S極、N極、…S極)に位置するように配置されている。
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... And the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,..., For example, are arranged so that the same polarity permanent magnets face each other on the same vertical line. The S / N pole upper permanent magnets S1a / N1a and the first S / N pole lower permanent magnets S1b / N1b are arranged to face each other.
In addition, the upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... Are alternately composed of permanent magnets having different polarities along the longitudinal direction (S poles) as in the linear synchronous motor described with reference to FIGS. , N pole,... S pole).
Further, the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are also composed of alternating permanent magnets having different polarities along the longitudinal direction (S pole) in the same manner as the linear synchronous motor described with reference to FIGS. , N pole,... S pole).
センターヨーク5は、三相コイル6のX方向への移動をガイドする役割を有しており、後述する三相コイル6の中空部62と略同形、たとえば、横断面視で略矩形状に形成されている。
The
三相コイル6は、図2に示すように、それぞれ、たとえば、矩形環状に形成されたU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vを備えている。
これらのU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vは、それぞれ同一の仕様で、たとえば、エナメル線等の導線を矩形環状に多層巻きしたもので形成され、導線間にエポキシ樹脂などの接着剤を浸透させることにより、矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
また、これらのU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vは、各中空部62の軸芯を一致させて−W相コイル6Wの左側にU相コイル6Uが、右側にV相コイル6Wが配置されて積層状態に配列され、かつU相コイル6U、−W相コイル6W間および−W相コイル6W、V相コイル6V間には非磁性の絶縁部材61a、61bが介挿されている。
As shown in FIG. 2, the three-
These
The
これらのU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vを一組とする三相コイル6の長手方向(X方向)の寸法は、1個分の永久磁石、たとえば、第1のN極の上部/下部永久磁石N1a/N1bの長手方向の寸法と同一に設定されている。すなわち、1個の永久磁石に対して、U相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vを一組とする三相コイル6が動作単位として構成されている。
The dimension in the longitudinal direction (X direction) of the three-
ここで、三相交流の相順は、U相、−W相、V相と設定している。これは、U相コイル6U、V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wの位相差を4π/3(ラジアン)に設定したことによる。すなわち、通常、三相コイルの相順は、U相、V相、W相とされ、その位相差は2π/3(ラジアン)に設定されているが、本発明の第1実施の形態においては、U相コイル6U、V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wの位相差を4π/3(ラジアン)に設定することにより、−W相コイル6WがU相コイル6Uから見て位相が2π/3(ラジアン)ずれることになる。
この結果、図1に示すように、三相コイル6がU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vの相順で配置されることになる。
ここで、−W相コイル6Wは、U相コイル6UやV相コイル6Vとは逆極性のW相コイル6Wが配置されていることを表わしている。
Here, the phase order of the three-phase alternating current is set to U phase, -W phase, and V phase. This is because the phase difference between the
As a result, as shown in FIG. 1, the three-
Here, the -W-
上述した実施の形態においては、三相コイルを、センターヨークの長手方向に沿ってU相コイル、−W相コイルおよびV相コイルの相順で配列した構成のものについて述べたが、ここでは、−U相コイル、W相コイルおよび−V相コイルの相順で配列したもので構成されている。 In the above-described embodiment, the three-phase coil is described as having a configuration in which the U-phase coil, the -W-phase coil, and the V-phase coil are arranged in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke. -U phase coil, W phase coil and -V phase coil are arranged in phase order.
このような構成のリニア同期モータにおいては、同一鉛直線上に同一極性の永久磁石が配置された、いわゆる軸方向磁束形の励磁構造が採用されていることから、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aから発生する磁束は、三相コイル6を通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第2のS極の上部永久磁石S2aを通り、元の第1のN極の上部永久磁石N1aに戻る。
また、第1のN極の下部永久磁石N1bから発生する磁束は、三相コイル6を通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第2のS極の下部永久磁石S2bを通り、元の第1のN極の下部永久磁石N1bに戻る。
したがって、このような磁界中に配置されたU相コイル6U、−W相コイル6WおよびV相コイル6Vを一組とする三相コイル6に三相交流電流を流すと、各相のコイルにフレミング左手の法則に基づく推力が発生し、これにより可動子としての三相コイル6がX方向に移動する。
In the linear synchronous motor having such a configuration, a so-called axial magnetic flux type excitation structure in which permanent magnets of the same polarity are arranged on the same vertical line is employed. For example, the upper part of the first N pole The magnetic flux generated from the permanent magnet N1a passes through the three-
Further, the magnetic flux generated from the first N-pole lower permanent magnet N1b passes through the three-
Therefore, when a three-phase alternating current is passed through the three-
以上述べたように、本発明の第1実施の形態のリニア同期モータによれば、三相コイルが環状に形成され、かつ環状に形成された三相コイルがセンターヨークの外周に装着されていることから、図7、図8を参照して述べたリニア同期モータよりも、三相コイルの捩り剛性が高く、ひいては推力変動を小さくすることができる。 As described above, according to the linear synchronous motor of the first embodiment of the present invention, the three-phase coil is formed in an annular shape, and the annular three-phase coil is mounted on the outer periphery of the center yoke. Therefore, the torsional rigidity of the three-phase coil is higher than that of the linear synchronous motor described with reference to FIGS.
さらに、本実施の形態のリニア同期モータにおいては、三相コイルの長手方向の寸法が1個分の永久磁石の長手方向の寸法と等しくされていることから、図7、図8を参照して述べたリニア同期モータよりもX方向の寸法を小さくすることができ、ひいては機器の小型化、軽量化を図ることができ、また超精密制御が容易となり、モータ定数や耐外乱性能(ロバスト性)も向上させることができる。 Furthermore, in the linear synchronous motor of the present embodiment, since the longitudinal dimension of the three-phase coil is equal to the longitudinal dimension of one permanent magnet, refer to FIG. 7 and FIG. The dimensions in the X direction can be made smaller than the linear synchronous motor described above, which in turn can reduce the size and weight of the equipment and facilitate ultra-precise control. Motor constants and disturbance resistance (robustness) Can also be improved.
さらに、本実施の形態のリニア同期モータにおいては、各相コイルは、永久磁石の最大磁束密度部で最大推力が得られるので、すなわち永久磁石による磁場の有効活用の程度が高くなり、推力定数が向上することから、必要なモータ電流が少なくなり、ひいてはジュール熱の低減を図ることができる。 Furthermore, in the linear synchronous motor of the present embodiment, each phase coil can obtain the maximum thrust at the maximum magnetic flux density portion of the permanent magnet, that is, the degree of effective utilization of the magnetic field by the permanent magnet is increased, and the thrust constant is As a result, the required motor current is reduced, and as a result, the Joule heat can be reduced.
また、本実施の形態のリニア同期モータにおいては、三相コイルの真中に位置する−W相コイルがU相コイルやV相コイルとは逆極性で配置されていることから、各相コイルからの動磁束が相互に相殺され、ヨークに発生する渦電流が殆どなくなり、鉄損を著しく減少させることができる。 In the linear synchronous motor of the present embodiment, the -W phase coil located in the middle of the three-phase coil is arranged with the opposite polarity to the U-phase coil and the V-phase coil. The dynamic magnetic fluxes cancel each other, eddy currents generated in the yoke are almost eliminated, and iron loss can be significantly reduced.
第2実施の形態
図3〜図6を参照して本発明のリニア同期モータの第2実施の形態について述べる。
図3は本発明の第1実施の形態のリニア同期モータの概略構成図であり、図4は図3に図解した第1実施の形態のリニア同期モータにおける三相コイルの斜視図である。図5はコイルの位置と磁束密度空間との関係を図解した図である。
図3、図4において、図1、図2と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
Second Embodiment A linear synchronous motor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the linear synchronous motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a three-phase coil in the linear synchronous motor according to the first embodiment illustrated in FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating the relationship between the position of the coil and the magnetic flux density space.
3 and 4, the same reference numerals are given to the portions common to FIGS. 1 and 2, and detailed description thereof is omitted.
第2実施の形態のリニア同期モータにおいては、U相コイル6Ua、−W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaを一組とする第1の三相コイル6aと、−U相コイル6Ub、W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbを一組とする第2の三相コイル6bとがセンターヨーク5の長手方向(X方向)に沿って積層され一体化されている。
In the linear synchronous motor according to the second embodiment, a first three-
ここで、第1、第2の三相コイル6a、6bは、第1実施の形態における三相コイルと同様に、それぞれ、同一の仕様で、たとえば、エナメル線等の導線を矩形環状に多層巻きしたもので形成され、導線間にエポキシ樹脂などの接着剤を浸透させることにより、矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
また、第1の三相コイル6aにおけるU相コイル6Ua、−W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaは、各中空部62の軸芯を一致させて−W相コイル6Waの左側にU相コイル6Uaが、右側にV相コイル6Waが配置されて積層状態に配列され、かつU相コイル6UaJ−W相コイル6Waとの間、および、−W相コイル6WaとV相コイル6Vaとの間には非磁性の絶縁部材61a、61bが介挿されている。
同様に、第2の三相コイル6bにおける−U相コイル6Ub、W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbは、各中空部62の軸芯を一致させてW相コイル6Wbの左側に−U相コイル6Ubが、右側に−V相コイル6Wbが配置されE積層状態に配列され、かつ−U相コイル6UbとW相コイル6Wbと間およびW相コイル6Wbと−V相コイル6Vbとの間には非磁性の絶縁部材61a、61bが介挿されている。
さらに、第1の三相コイル6aのV相コイル6Vaには、第2の三相コイル6bの−U相コイル6Ubが配置されている。
Here, each of the first and second three-
Further, the U-phase coil 6Ua, the -W-phase coil 6Wa, and the V-phase coil 6Va in the first three-
Similarly, the -U phase coil 6Ub, the W phase coil 6Wb, and the -V phase coil 6Vb in the second three-
Furthermore, the -U phase coil 6Ub of the second three-
ここで、−U相コイル6UbおよびV相コイル6Vbは、W相コイル6Ubとは逆極性の−U相コイル6Ubおよび−V相コイル6Vbが配置されていることを表わしている。 Here, -U-phase coil 6Ub and V-phase coil 6Vb indicate that -U-phase coil 6Ub and -V-phase coil 6Vb having opposite polarities to W-phase coil 6Ub are arranged.
さらに、第1、第2の三相コイル6a、6bの長手方向(X方向)の寸法は、2個分の永久磁石、例えば第1のS極の上部/下部永久磁石S1a/S1bおよび第2のN極の上部/下部永久磁石N2a/N2bの長手方向の寸法と同一に設定されている。すなわち、2個分の永久磁石に対して、第1、第2三相コイル6a、6bが動作単位として構成されている。
図5は、たとえば、コイルVが最大推力を得る磁束密度空間を図解している。
Furthermore, the longitudinal dimension (X direction) of the first and second three-
FIG. 5 illustrates, for example, a magnetic flux density space where the coil V obtains maximum thrust.
第2実施の形態においては、第1実施の形態と同様に捩り剛性やモータ定数の向上を図ることができる上、推力の非線形化を防止することができる。すなわち、第1実施の形態においては、コイルのAT(アンペアターン)による磁場の変動により、ヨークやセンターヨーク等が磁気飽和したり、磁石の磁場を弱めたり可能性があり、図6の曲線bで示した特性で示すように、三相交流の電流に対して推力が非線形的な特性を示すことになる。しかしながら、第2実施の形態においては、各相のコイルからの磁束が逆極性のコイルの磁束により相互に相殺されることから、図6の曲線(直線)aで示す特性が得られ、曲線bとして例示されたような非線形化を招く原因を除去することができる。
その結果、第2実施の形態のリニア同期モータにおいては、第1実施の形態のリニア同期モータよりも大推力化を図ることができ、また発熱をより一層低減することができ、ひいてはナノメートル単位での制御も容易に行なうことができる。
また、リニア同期モータの特性も図6の曲線aに例示した特性で示すように線形となることから、リニア同期モータの制御もより一層容易に行なうことができる。
さらに、リニア同期モータ内のコイルの動磁束も相殺されることから、鉄損を大幅に減少させることができ、モータの効率や発熱によるインフルエンスも回避することができる。
In the second embodiment, the torsional rigidity and the motor constant can be improved as in the first embodiment, and the nonlinearity of the thrust can be prevented. That is, in the first embodiment, there is a possibility that the yoke, the center yoke, etc. are magnetically saturated or the magnetic field of the magnet is weakened due to the fluctuation of the magnetic field due to the AT (ampere turn) of the coil, and the curve b in FIG. As shown by the characteristics shown in Fig. 5, the thrust exhibits a nonlinear characteristic with respect to the three-phase alternating current. However, in the second embodiment, the magnetic fluxes from the coils of the respective phases cancel each other out by the magnetic fluxes of the coils of opposite polarity, so that the characteristic shown by the curve (straight line) a in FIG. The cause of non-linearization as exemplified in FIG.
As a result, in the linear synchronous motor according to the second embodiment, it is possible to achieve a larger thrust than the linear synchronous motor according to the first embodiment, and it is possible to further reduce heat generation. The control can be easily performed.
Moreover, since the characteristic of the linear synchronous motor is also linear as shown by the characteristic illustrated by the curve a in FIG. 6, the control of the linear synchronous motor can be performed more easily.
Furthermore, since the magnetic flux of the coil in the linear synchronous motor is also canceled, the iron loss can be greatly reduced, and the motor efficiency and the influence of heat generation can be avoided.
前述した実施の形態においては、センターヨークの外周に三相コイルを遊嵌状態で装着した場合について述べているが、センターヨークの外周に三相コイルを装着・固定し、センターヨークと共に移動させるようにしてもよい。この場合には、センターヨーク内に長手方向に沿って通路を設け、この通路内に冷却媒体を流すことにより冷却効率を向上させることができる。
また、コイルのヘッド部分に冷却パイプを遊嵌させてもよく、この場合には真空中における冷却を容易に行なうことができる。
In the above-described embodiment, the case where the three-phase coil is mounted on the outer periphery of the center yoke in a loosely fitted state has been described. However, the three-phase coil is mounted and fixed on the outer periphery of the center yoke and moved together with the center yoke. It may be. In this case, the cooling efficiency can be improved by providing a passage along the longitudinal direction in the center yoke and flowing a cooling medium in the passage.
Further, a cooling pipe may be loosely fitted to the head portion of the coil. In this case, cooling in a vacuum can be easily performed.
以上の説明から明らかなように、本発明の実施の形態のリニア同期モータによれば、センターヨークの外周に環状の三相コイルが装着され、また、三相コイルの長手方向の寸法が1個分の永久磁石の長手方向の寸法と等しくされていることから、コイルの剛性を高くすることができ、ひいては推力変動を小さくすることができる。 As is apparent from the above description, according to the linear synchronous motor of the embodiment of the present invention, an annular three-phase coil is mounted on the outer periphery of the center yoke, and the three-phase coil has one longitudinal dimension. Since it is made equal to the dimension in the longitudinal direction of the minute permanent magnet, the rigidity of the coil can be increased, and consequently the fluctuation of thrust can be reduced.
また、三相コイルの長手方向の寸法が1個分の永久磁石の長手方向の寸法と等しくされていることから、機器の小型化、軽量化を図ることができ、ひいては超精密制御を容易に行なうことができる上、モータ定数や耐外乱性能(ロバスト性)を向上させることができる。 In addition, since the longitudinal dimension of the three-phase coil is equal to the longitudinal dimension of one permanent magnet, it is possible to reduce the size and weight of the device, thereby facilitating ultra-precision control. In addition, the motor constant and disturbance resistance performance (robustness) can be improved.
1a…ヨーク(上部ヨーク)、1b…ヨーク(下部ヨーク)
S1a、N1a、S2a、N2a…永久磁石(上部永久磁石)
S1b、N1b、S2b、N2b…永久磁石(下部永久磁石)
5…センターヨーク
6…三相コイル、6a…第1の三相コイル、6b…第2の三相コイル
6U…U相コイル、6W…−W相コイル、6V…V相コイル
1a ... Yoke (upper yoke), 1b ... Yoke (lower yoke)
S1a, N1a, S2a, N2a ... Permanent magnet (upper permanent magnet)
S1b, N1b, S2b, N2b ... Permanent magnet (lower permanent magnet)
5 ...
Claims (4)
前記各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、
前記一対のヨーク間に前記ヨークと平行に配置されたセンターヨークと、
前記センターヨークの外周に装着された環状の三相コイルと
を備え、
前記各永久磁石はそれぞれ、前記ヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、前記ヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、
前記三相コイルの長手方向の寸法は、前記永久磁石の1個分の長手方向の寸法と同一で形成されている、
リニア同期モータ。 A pair of yokes spaced apart in parallel;
A plurality of permanent magnets respectively disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of each yoke;
A center yoke disposed parallel to the yoke between the pair of yokes;
An annular three-phase coil mounted on the outer periphery of the center yoke,
Each of the permanent magnets is arranged with a permanent magnet of the same polarity at the position facing the yoke, and alternately arranged with permanent magnets of different polarities in the longitudinal direction of the yoke,
The longitudinal dimension of the three-phase coil is the same as the longitudinal dimension of one of the permanent magnets.
Linear synchronous motor.
請求項1記載のリニア同期モータ。 The three-phase coils are arranged in the phase order of a U-phase coil, a -W-phase coil and a V-phase coil, or a -U-phase coil, a W-phase coil and a -V-phase coil along the longitudinal direction of the center yoke. Composed of things,
The linear synchronous motor according to claim 1.
前記各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、
前記一対のヨーク間に前記ヨークと平行に配置されたセンターヨークと、
前記センターヨークの外周に装着された環状の第1、第2の三相コイルと
を備え、
前記各永久磁石はそれぞれ、前記ヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、前記ヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、
前記第1、第2の三相コイルは前記センターヨークの長手方向に沿って積層されて一体化され、かつ、一体化された第1、第2の三相コイルの長手方向の寸法は前記永久磁石の2個分の長手方向の寸法と同一である、
リニア同期モータ。 A pair of yokes spaced apart in parallel;
A plurality of permanent magnets respectively disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of each yoke;
A center yoke disposed parallel to the yoke between the pair of yokes;
An annular first and second three-phase coil mounted on the outer periphery of the center yoke;
Each of the permanent magnets is arranged with a permanent magnet of the same polarity at the position facing the yoke, and alternately arranged with permanent magnets of different polarities in the longitudinal direction of the yoke,
The first and second three-phase coils are stacked and integrated along the longitudinal direction of the center yoke, and the dimension of the integrated first and second three-phase coils in the longitudinal direction is the permanent. Is the same as the longitudinal dimension of two magnets,
Linear synchronous motor.
前記第2の三相コイルは、前記センターヨークの長手方向に沿って−U相コイル、W相コイルおよび−V相コイルの相順で配列されたもので構成され、
前記第1の三相コイルの前記V相コイルには、前記第2の三相コイルの前記−U相コイルが隣接して配列されている、
請求項3記載のリニア同期モータ。
The first three-phase coil is composed of a U-phase coil, a -W-phase coil, and a + V-phase coil arranged in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke.
The second three-phase coil is configured by being arranged in the phase order of a -U phase coil, a W phase coil, and a -V phase coil along the longitudinal direction of the center yoke.
The -U phase coil of the second three-phase coil is arranged adjacent to the V-phase coil of the first three-phase coil,
The linear synchronous motor according to claim 3.
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