JP2005245066A

JP2005245066A - ムービングマグネット形リニアモータ

Info

Publication number: JP2005245066A
Application number: JP2004048324A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yamamoto; 雅也山本
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】ストローク端部での磁束量の減少を補強し推力リップル及びコギング推力の低減を行なうことができるムービングマグネット形リニアモータを提供する。
【解決手段】界磁を構成する可動子と、可動子の走行方向に沿うように磁気的空隙を介して配置してなる電機子を構成する固定子を備えたムービングマグネット形リニアモータにおいて、界磁を構成する永久磁石３は、磁性バックヨーク４に磁極が交互に異なるように配置されたｎ個（ｎは５以上の整数で、本例ではｎ＝７）の磁石を有しており、磁性バックヨーク４の走行方向の両端にある永久磁石３Ｂと間隔を空けて隣接する他の永久磁石３Ａとの間に、隣り合う磁石間における磁束の通過方向と同じ方向に磁化された補極用の永久磁石３Ｃを配置したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータに関し、特に永久磁石よりなる界磁を可動子とし、電機子巻線を有した電機子を固定子として構成するム−ビングマグネット（ＭｏｖｉｎｇＭａｇｎｅｔ）形リニアモータに関する。

従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なム−ビングマグネット形リニアモータは、図３、図４に示すようになっている。なお、図３は従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアモータの平面図、図４は図３のＡ―Ａ線に沿う正断面図である。
図３、図４において、１は電機子、２は固定子ベース、３は永久磁石、４は磁性バックヨーク、５はリニアガイドレール、６はリニアガイドブロック、７はリニアスケール部、８はスケールヘッド、９はセンサリード、１０はモータリード、１１は電機子巻線、１２はストッパである。
リニアモータは、磁性バックヨーク４の背面に磁極がＮ極、Ｓ極‥と交互に異なるように設けられた永久磁石３を配置して可動子を構成している。この磁性バックヨーク４がテーブルと磁気回路を兼用している。また、電機子１は、スロットレスのコイル群よりなる電機子巻線１１を備えると共に、固定子ベース２上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて固定子を構成している。この固定子ベース２がコイルヨークと磁気回路を兼用している（例えば、特許文献１にて周知である）。
図５は従来のリニアモータの走行方向における可動子と固定子の側面図を示している。従来のムービングマグネット形リニアモータの磁気回路構成は磁性バックヨークを通る磁束密度のバランスをとるため、磁性バックヨークにおける走行方向の両端にある永久磁石の幅を他の永久磁石の幅の１／２にし、磁性バックヨーク端部の磁気バランスをとるようにしてある（例えば、特許文献２にて周知技術である）。
それから、電機子巻線１１の両側には、平行するリニアガイドレール５が固定子ベース２上に固定され、リニアガイドレール５上には、該レール上を摺動するリニアガイドブロック６が磁性バックヨーク４の両端の下部に固定されている。また、可動子の背面にはリニアスケール部７が配設され、このリニアスケール部７に対向するように固定子ベース２に該リニアスケールを検出するセンサとなるスケールヘッド８が配設され、リニアスケール部７とスケールヘッド８とでエンコーダを構成している。スケールヘッド８の取り付け位置は、固定子ベース２に取り付けられた電機子１に対して離れた位置に取り付けられており、電機子１の磁界の影響を受けないようになっており、この構成で固定子に対する可動子の走行方向の位置をエンコーダにより検出する。
そして、固定子ベース２には、リニアガイドレール５の長手方向における前後にストッパ機構９を設けて、可動子のオーバーラン防止機構としている（例えば、特許文献３、特許文献４を参照）。
上記構成のリニアモータにおいて、電機子巻線１１を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている。
特許第３１２５２３０号（明細書第３頁、図１〜２）特開平８−９８５００号公報（明細書第２頁、図３）特開平９−２６６６５９号公報（明細書第５頁、図３）特開２００１−３５２７４４号公報（明細書第６頁〜８頁、図３）

ところが従来技術では、磁性バックヨークにおける走行方向端部の磁石幅を他の磁石幅の１／２程度にしているため、図６の可動子と固定子におよぼす磁束密度分布に示すように、該走行方向端部での磁束量が走行方向の中間部に比べ弱くなり、電機子にかかる磁束量の不均一及び、ポールピッチのバラツキなどが起こり、推力リップル増大の原因となっていた。該走行方向端部での磁束量を補うため端部の磁石幅を１／２以上にすると磁気回路外の余分な電機子巻線にまで磁束がかかり、誘起電圧定数のアンバランスにつながっていた。また、電機子部にコアを持つ構成の場合更にコギング増大の原因にもなっていた。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、磁性バックヨークにおける走行方向端部での磁束量の減少を補強し推力リップル及びコギング推力の低減を行なうことができるムービングマグネット形リニアモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、界磁を構成する可動子と、前記可動子の走行方向に沿うように磁気的空隙を介して配置してなる電機子を構成する固定子を備えたムービングマグネット形リニアモータにおいて、前記界磁は、磁性バックヨークに磁極が交互に異なるように配置されたｎ個（ｎは５以上の整数）の永久磁石で構成されており、前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石と間隔を空けて隣接する他の永久磁石との間に、隣り合う磁石間における磁束の通過方向と同じ方向に磁化された補極用の永久磁石を配置したことを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のムービングマグネット形リニアモータにおいて、前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石の幅が前記補極用の永久磁石に隣接する他の永久磁石の幅の２／３以下であることを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載のムービングマグネット形リニアモータにおいて、前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石および前記補極用の永久磁石を設けた位置における前記磁性バックヨークの厚みを他の磁性バックヨークの部分の厚みの２／３以下としたことを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアモータにおいて、前記電機子を支持する固定子ベースを磁性体で構成し、前記電機子をコアレスコイルで構成したことを特徴ととしている。
請求項５の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアモータにおいて、前記固定子ベースが磁性体でできたものでないときには、前記電機子と前記固定子ベースの間にステータヨークを設け、前記電機子をコア付きコイルで構成した
たことを特徴としている。

請求項１記載の発明のム−ビングマグネット形リニアモータによれば、磁性バックヨークの走行方向における両端の永久磁石と間隔を空けて隣接する永久磁石の間に補極用の永久磁石を配置する構成にしたので、走行方向端部での磁束量の減少を補強し推力リップル及びコギング推力の低減を行なうことができる。
請求項２記載の発明によると、磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石の幅が前記補極用の永久磁石に隣接する他の永久磁石の幅の２／３以下にしたので、両端にある永久磁石と補極用の永久磁石の幅が同じ幅に設定されたものに比べて、より一層、端部の漏れ磁束の影響がなくなり、推力リップルを確実に減らすことができる。
請求項３記載の発明によると、磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石および補極用の永久磁石を設けた位置における磁性バックヨークの厚みを他の磁性バックヨークの部分の厚みの２／３以下としたので、補強用の永久磁石を設けることによって、本来の磁性バックヨークに流れていた磁束が補極の永久磁石に流れ込み、磁気回路としては補極の永久磁石を設けた位置における磁性バックヨークの厚みをさほど必要としないため、その結果、該ヨークの削減により可動子を軽量化することができる。また、磁性バックヨークの厚みを上記のように設定しても、永久磁石による吸引力に対して十分に耐えうる機械的な強度を維持することができる。
請求項４記載の発明によると、電機子を支持する固定子ベースを磁性体で構成し、電機子をコアレスコイルで構成したので、リニアモータの電機子部をより省スペース化、小形化することができる。
請求項５の発明は、固定子ベースが磁性体でできたものでないときには、電機子と固定子ベースの間にステータヨークを設け、電機子をコア付きコイルで構成したので、コアレスコイルのものに比べて、モータ定数を大きく取ることができ。発生損失を抑えることができる。
特に、請求項２および４、または請求項２および５の組み合わせによると、端部永久磁石幅（Ｗ₁）、捕極用の永久磁石幅（Ｗ₂）及び永久磁石高さ（Ｈ_m）により可動子の端部永久磁石により発生する磁束密度を調整することで、コアレス型リニアモータでは推力リップルの低減、コア付き型リニアモータでは推力リップルの低減およびコギング推力の最小化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の実施例を示すム−ビングマグネット形リニアモータの走行方向における可動子と固定子の側面図、図２は図１の可動子と固定子におよぼす磁束密度分布である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものついてはその説明を省略し、異なる点について説明する。
図１において、３Ａ、３Ｂは主極となる永久磁石、３Ｃは補極用の永久磁石である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、界磁を構成する永久磁石３は、磁性バックヨーク４に磁極が交互に異なるように配置されたｎ個（ｎは５以上の整数で、本例ではｎ＝７）の磁石を有しており、磁性バックヨーク４の走行方向の両端にある永久磁石３Ｂと間隔を空けて隣接する他の永久磁石３Ａとの間に、隣り合う磁石間における磁束の通過方向と同じ方向に磁化された補極用の永久磁石３Ｃを配置したものである。
また、磁性バックヨーク４の走行方向の両端にある永久磁石３Ｂの幅Ｗ₁を、補極用の永久磁石３Ｃに隣接する他の永久磁石３Ａの幅Ｗ₀の２／３以下としたものである。
また、磁性バックヨーク４の走行方向の両端にある永久磁石３Ｂおよび補極用の永久磁石３Ｃを設けた位置における磁性バックヨーク４の厚みＨ₁を他の磁性バックヨーク４の部分の厚みＨ₀の２／３以下としたものである。
また、電機子１を支持する固定子ベース２を磁性体で構成し、電機子１をコアレスコイルよりなる電機子巻線１１で構成したものである。

したがって、本発明は界磁を構成する永久磁石３は、磁性バックヨーク４に磁極が交互に異なるように配置されたｎ個（ｎは５以上の整数）の磁石を有しており、磁性バックヨーク４の走行方向の両端にある永久磁石３Ｂと間隔を空けて隣接する他の永久磁石３Ａとの間に、隣り合う磁石間における磁束の通過方向と同じ方向に磁化された補極用の永久磁石３Ｃを配置したので、該端部の永久磁石の幅を大きくしなくても可動子端部の磁束密度を強くすることができ、可動子を理想的な磁気回路内の寸法に収めることができ、磁気回路外にある電機子巻線１１への磁束の影響を抑えることができ、さらに、推力リップルを低減することが可能となる。
また、本発明の端部磁束の調整法としては、端部永久磁石幅（Ｗ₁）、捕極用の永久磁石幅（Ｗ₂）及び永久磁石高さ（Ｈ_m）により可動子の端部永久磁石により発生する磁束密度を調整することで、コアレス型リニアモータでは推力リップルの低減、コア付き型リニアモータでは推力リップルの低減およびコギング推力の最小化を行うことができる。
また、本発明ではストローク方向の可動子長が従来例と比べ短くできるのでメカストロークが同じ場合には有効ストロークを長くとることができ、可動子端部では磁束が磁性ヨークを通らず補助永久磁石を通ることから磁性ヨークは必要なくなり、端部の磁性ヨークを肉薄にすることで可動部の軽量化が可能になる。

なお、本実施例では電機子を支持する固定子ベース２を磁性体で構成し、電機子をコアレスコイルよりなる電機子巻線で構成した例を示したが、固定子ベース２が磁性体でできたものでないときには、電機子と固定子ベース２の間に図示しないステータヨークを設け、電機子を図示しないコア付きコイルで構成するようにしても良い。

本発明の実施例を示すム−ビングマグネット形リニアモータの走行方向における可動子と固定子の側面図図１の可動子と固定子におよぼす磁束密度分布従来技術を示すム−ビングマグネット形リニアモータの平面図図３のＡ―Ａ線に沿う正断面図従来の実施例を示す走行方向における可動子と固定子の側面図図５の可動子と固定子におよぼす磁束密度分布

符号の説明

１：電機子
２：固定子ベース
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ：永久磁石
４：磁性バックヨーク
５：リニアガイドレール
６：リニアガイドブロック
７：リニアスケール部
８：スケールヘッド
９：センサリード
１０：モータリード
１１：電機子巻線
１２：ストッパ

Claims

界磁を構成する可動子と、前記可動子の走行方向に沿うように磁気的空隙を介して配置してなる電機子を構成する固定子を備えたムービングマグネット形リニアモータにおいて、
前記界磁は、磁性バックヨークに磁極が交互に異なるように配置されたｎ個（ｎは５以上の整数）の永久磁石で構成されており、
前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石と間隔を空けて隣接する他の永久磁石との間に、隣り合う磁石間における磁束の通過方向と同じ方向に磁化された補極用の永久磁石を配置したことを特徴とするムービングマグネット形リニアモータ。
前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石の幅が前記補極用の永久磁石に隣接する他の永久磁石の幅の２／３以下であることを特徴とする請求項１記載のムービングマグネット形リニアモータ。
前記磁性バックヨークの走行方向の両端にある永久磁石および前記補極用の永久磁石を設けた位置における前記磁性バックヨークの厚みを他の磁性バックヨークの部分の厚みの２／３以下としたことを特徴とする請求項１または２に記載のムービングマグネット形リニアモータ。
前記電機子を支持する固定子ベースを磁性体で構成し、前記電機子をコアレスコイルで構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアモータ。
前記固定子ベースが磁性体でできたものでないときには、前記電機子と前記固定子ベースの間にステータヨークを設け、前記電機子をコア付きコイルで構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のムービングマグネット形リニアモータ。