JP2006034016A - Linear motor for machine tool - Google Patents
Linear motor for machine tool Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006034016A JP2006034016A JP2004210488A JP2004210488A JP2006034016A JP 2006034016 A JP2006034016 A JP 2006034016A JP 2004210488 A JP2004210488 A JP 2004210488A JP 2004210488 A JP2004210488 A JP 2004210488A JP 2006034016 A JP2006034016 A JP 2006034016A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- linear motor
- mover
- armature
- stator
- magnet
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、工作機械の可動部を駆動する等の目的で広く用いられる永久磁石式リニアモータに関する。 The present invention relates to a permanent magnet linear motor widely used for the purpose of driving a movable part of a machine tool.
図3はレーザ加工機の一例を示す斜視図である。図3のフレーム121の上にテーブル122があり、その上に加工すべきワーク(図示せず)が置かれる。また、フレーム121の上方にX軸方向に移動可能な駆動装置123が取り付けられ、X軸方向駆動装置123には取付部品を介してY軸方向に移動可能な駆動装置124が取り付けられている。Y軸方向駆動装置124にはZ軸方向に移動可能な駆動装置125が取り付けられ、Z軸方向駆動装置125にはレーザ光を射出するトーチ126が取り付けられている。図3には駆動装置の配線や制御装置、レーザ光を伝達する部品は省略されている。レーザ加工機では、制御装置でX軸とY軸方向の駆動装置を制御して、先端に取り付けられたトーチからのレーザ光をワークに当てながら所望の形状に切断する。また、レーザ光の焦点を合わせるためにZ軸方向の駆動装置でトーチとワークの距離を制御する。従来のレーザ加工機では、駆動装置を回転形のサーボモータとボールネジで構成したものが用いられていた。しかし、高速で加工するには限界があり早送り速度で20m/分程度が限界となっていた。さらに、3mを超えるような長尺のワークになると、ボールネジのたわみなどから加工精度が落ちるという問題があった。そこで、駆動装置部分をリニアモータに置き換える検討を行ってきた。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a laser processing machine. A table 122 is provided on the
工作機械には大きな推力が必要なので、複数の永久磁石を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で板状ヨークに取り付けた固定子と、固定子の磁石列に対向するように磁性体コアと電機子コイルからなる可動子を配置したリニアモータが用いられる。 Since a machine tool requires a large thrust, a plurality of permanent magnets are mounted on a plate-shaped yoke with the same pitch but with different polarities alternately in the moving direction of the mover, so that they face the stator magnet row. A linear motor is used in which a mover comprising a magnetic core and an armature coil is disposed.
図4〜図9を参照して本発明に関連した従来のリニアモータを説明する。
図4は複数の永久磁石からなる永久磁石列上をコイルが移動するタイプの従来のリニアモータ130の側面図、図5は図4のA−A断面での断面図である。図4に示すように、この従来のリニアモータ130は、鉄板131の上に複数の永久磁石132を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で取り付けた固定子133と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア134に電機子コイル135を巻いた可動子136から構成されている。電機子コイル135は電機子コア134に集中巻されておりU相、V相、W相として三相平衡結線にしている。
図4に示すリニアモータ130は9個の電機子コア134に対して永久磁石8個が対向しており、電機子コイル135に三相電流を流して8極の磁界を作るために図のような位置に各相のコイルが配置されている。永久磁石132の作る磁場に対して電流の位相を制御して電機子コイル135に磁場を発生させれば、保持機構(図示せず)によって支持された可動子136が固定子133上を移動する。図4の永久磁石132の夫々に記した矢印は磁化の方向を示し、図4の電機子コイル135の夫々に記した矢印は巻き方向を表している。
A conventional linear motor related to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a side view of a conventional
The
図6は上述した従来のリニアモータ130を保持機構によって支えられた状態の移動方向から見た断面図である。図6に示すように、可動子136(電機子コイル135を巻回した電機子コア134)がテーブル140の下部に固定され、このテーブル140の下部両端から垂直に延びた垂直フレーム144の先端に可動子136を案内するLM(Liner Motion)ブロック141が固定されている。固定子133はリニアモータのベースプレート143上に固定され、ベースプレート143の両端上部には上記のLMブロック141と対をなす他のLMレール142が設けられている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the above-described conventional
図4のリニアモータを組み込んだ場合には、永久磁石132と電機子コア134との間に非常に大きな磁気吸引力が作用し、その大きさは定格推力の数倍程度になる。そのために、LMブロック141とLMレール142間にも大きな力が作用し、摩擦力は非常に大きなものになるのでガイドの寿命を低下させるという問題もあった。
When the linear motor of FIG. 4 is incorporated, a very large magnetic attractive force acts between the
これを解決するために、特許文献1では、図7に示すように2個の固定子153(鉄板151と永久磁石152を含む)が対向しその間を可動子156(電機子コア154と電機子コイル155を含む)が移動するリニアモータ150を開示する。こうすることによって可動子と磁石列の吸引力が打ち消しあい可動子ガイドへの負荷が軽減できる。しかし、図7の構成では、固定子の鉄板151を精度良く垂直に立てるために、ある程度の厚みが必要で、図6の鉄板より厚くなっている。また、ベースプレート163が大きくなっており駆動装置全体を重くしてしまう。図3のレーザ加工機で説明したようにX軸方向への駆動装置の上にY軸方向の駆動装置とZ軸方向の駆動装置が載るので、駆動装置が重くなると同じ加速度を得るには、推力を増やすことになり駆動装置の大型化を招いてしまう。このため、駆動装置(リニアモータ)には軽量化が望まれる。リニアモータの重量を低減するには、駆動領域全域に配置される固定子および駆動装置のベースプレートの軽量化が効果的である。なお、図7はテーブル160、LMブロック161、LMレール162、ベースプレート163および垂直プレート164も示す。
In order to solve this, in Patent Document 1, as shown in FIG. 7, two stators 153 (including an
そこで、特許文献2で開示されている図8に示すリニアモータ170のように1枚の鉄板171の上に複数の永久磁石172を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で取り付けた固定子173と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア(磁性体コア)174に電機子コイル175を巻いた可動子176から構成されている。電機子コイル175への巻き線方法は、従来のリニアモータ130と同様である。図9は上述したリニアモータ170を保持機構によって支えられた状態の移動方向から見た断面図である。図9はテーブル180、LMブロック181、LMレール182、ベースプレート183および垂直プレート184も示す。図9のリニアモータ170の鉄板の厚みは、図7のリニアモータ150のものと同程度で、枚数が1枚減るのでリニアモータ全体の重量は軽量になる。
Therefore, as in the
このようにして設計された従来のリニアモータ170で高推力を得ることができるが、コイルに電流を流さない場合でも永久磁石と磁性体コアの間に移動方向に吸引力が働く。これをコギングと呼んでいる。コギングが大きいと、リニアモータの位置制御がうまくいかなくなるので、レーザ加工機の加工精度を悪くしてしまうという問題があった。
本発明の目的は、レーザ加工機の加工速度を向上させるリニアモータを提供すると共に、コギング力を大幅に低減し、高速で且つ高精度の加工が実現できるリニアモータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a linear motor that improves the processing speed of a laser processing machine, and to provide a linear motor that can significantly reduce cogging force and realize high-speed and high-precision processing.
本発明は、複数の同一形状の永久磁石を可動子の移動方向に垂直で交互に異なる極性を有するように板状ヨークの両面に等間隔に取り付けられた固定子と、電機子コイルを巻かれた電機子コアを該固定子の両面の永久磁石の配列に対向するように配置した一対の可動子とを含んでなる工作機械に使用するリニアモータであって、各可動子が、永久磁石の幅と永久磁石間距離の和である磁石ピッチτの8倍となる長さを有し3個ずつU相とV相とW相の各相の電機子コイルが巻かれた9個の電機子コアを有する可動子ブロックを3つ含んでなり、各ブロックの間隔を該磁石ピッチτの2/3の長さにすることを特徴とする工作機械用リニアモータを提供する。
また、本発明は、上記永久磁石式リニアモータを三次元の移動機構に用いたレーザ加工機を提供する。
In the present invention, a plurality of identically shaped permanent magnets are wound with a stator and armature coils attached at equal intervals on both surfaces of a plate-like yoke so as to have different polarities perpendicular to the moving direction of the mover. A linear motor for use in a machine tool comprising a pair of movers in which armature cores are arranged to face the arrangement of permanent magnets on both sides of the stator, each mover being a permanent magnet Nine armatures each having a length that is eight times the magnet pitch τ, which is the sum of the width and the distance between the permanent magnets, and wound with three armature coils for each of the U, V, and W phases. There is provided a linear motor for a machine tool comprising three mover blocks each having a core, wherein the distance between the blocks is 2/3 of the magnet pitch τ.
The present invention also provides a laser processing machine using the permanent magnet type linear motor as a three-dimensional moving mechanism.
本発明によれば、固定子磁石ピッチの8倍の長さであり、歯の数(電機子コアの数)は9個であって3個ずつ各相の電機子コイルを巻いた可動子ブロックを3個配置し、各ブロックの間を固定子磁石ピッチの2/3にしたことでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。 According to the present invention, the length of the stator magnet pitch is eight times, the number of teeth (the number of armature cores) is nine, and the mover block in which the armature coils of each phase are wound three by three. The three cogs are arranged, and between each block is set to 2/3 of the stator magnet pitch, so that the cogging force can be greatly reduced and high-precision machining can be performed.
本発明に用いる永久磁石は、Nd系、Sm系等が挙げられるが、特に限定するものではない。磁石の配向はヨークに対して垂直になっている。
本発明に用いる電機子コア(磁性体コアとも呼ばれる)は、磁性体であれば特に限定はしないが、一体化形状になっていることが好ましい。
Examples of the permanent magnet used in the present invention include Nd and Sm, but are not particularly limited. The orientation of the magnet is perpendicular to the yoke.
The armature core (also referred to as a magnetic core) used in the present invention is not particularly limited as long as it is a magnetic body, but preferably has an integrated shape.
以下、図1を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施形態を説明する図であり、リニアモータの中央部の垂直断面図である。図1に示すように、本発明のリニアモータ10は、1枚のヨーク(例えば鉄板)11の上に複数の永久磁石12を等ピッチで極性が可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性で取り付けた固定子13と、この永久磁石の配列に対向するように磁性体からなる電機子コア(磁性体コア)14に電機子コイル15を巻いた一対の可動子16(可動子ブロック16a〜bを含む)から構成されている。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of the present invention, and is a vertical sectional view of a central portion of a linear motor. As shown in FIG. 1, a
各可動子ブロックの長さは固定子磁石ピッチの8倍であり、可動子の歯(電機子コア)の数は9個である。3つの可動子ブロックは進行方向に直列に配置されており、各ブロックの間(電機子コアの間)には、好ましくは、固定子磁石ピッチの2/3の寸法のスペーサ17が入っている。但し、各ブロックの間隔を磁石ピッチの2/3の長さとする空間であってもよい。
スペーサ17の材質は、3つの可動子ブロックの磁気的な干渉を無くすために非磁性ステンレスやアルミなどの非磁性体が好ましい。スペーサの形状は、特に限定しないが、直方体ブロック形状が好ましい。各可動子ブロックとの接続は、接着剤で固定する方法、可動子とともに別にフレームを設け機械的に固定する方法等が挙げられる。
電機子コイル15への巻き線方法は、U相、V相、W相のコイルが各々合計3個になるように配置して、U相、V相、W相の配置は適宜選択すればよく、例えば、第1ブロック目を図の左の歯から3個ずつU相、V相、W相のコイルが集中巻されている場合、第2ブロック目は左の歯から3個ずつV相、W相、U相のコイル、第2ブロック目は左の歯から3個ずつW相、U相、V相のコイルが巻かれている。
The length of each mover block is eight times the stator magnet pitch, and the number of mover teeth (armature cores) is nine. The three mover blocks are arranged in series in the traveling direction, and a
The material of the
The winding method for the
図2は、3つの可動子ブロックで構成され、その間隔が磁石ピッチの2/3である可動子を一対有する図1のリニアモータ10のコギング力ついて説明する。
図2には図8の進行方向に各可動子が1ブロックで構成された従来例のリニアモータ170のコギング力が点線で示されている。コギング力は、可動子が移動したときに進行方向またはその逆方向に周期的に働く力で、その周期は磁石のピッチになっている。今の場合、最大最小の差が144Nになっている。従来例のリニアモータ170にコギング力の波形の位相が240°ずつ違う可動子を2個つけると、波形の合成からコギング力が打ち消しあう。従って、ブロックの間を固定子磁石ピッチの2/3にする本発明によれば、でコギング力を大きく低減できると考えられる。
FIG. 2 illustrates the cogging force of the
2 shows the cogging force of a conventional
本発明によれば、このように補助コアを設けたリニアモータをX、Y、Z軸の三次元の移動機構に用いたレーザ加工機に応用できる。本発明のレーザ加工機を用いると、ゴギング力低減による推力むらがなくなり、位置制御精度が高まり、高速で精度のよい加工が行える。 According to the present invention, the linear motor provided with the auxiliary core as described above can be applied to a laser processing machine using a three-dimensional moving mechanism of X, Y, and Z axes. When the laser processing machine of the present invention is used, thrust unevenness due to reduced gogging force is eliminated, position control accuracy is increased, and high-speed and accurate processing can be performed.
実施例
図1で示すように、第2、第3の可動子ブロックをコギング力の波形の240°に相当する磁石ピッチの2/3の間隔を設け配置した。Nd−Fe−B系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。ここで、図1の断面寸法は磁石幅18mm、磁化方向厚さ5mm、磁石ピッチ25mm、電機子コアの歯の幅10mm、歯の長さ34mm、固定子ヨークの厚さ19mmであった。可動子と固定子磁石の隙間は1mmであった。第1のブロックと第2のブロックと第3のブロックのスペーサ(非磁性ステンレスSUS304)の各幅は16.7mmであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは33mmであった。なお、図8の従来例の寸法は、本発明と同じ推力を得るために可動子および固定子の断面方向の厚さは100mmで、他の寸法は同じにしている。
図2の実線で示すように本発明のコギング力は小さくなり、最大最小の差で10Nとなった。このように、3ブロックの可動子コアを磁石ピッチの2/3の間を空けて配置することでコギング力を低減できた。
このように補助コアを設けたリニアモータをX、Y、Z軸の三次元の移動機構に用いたレーザ加工機に応用できた。
Example As shown in FIG. 1, the second and third mover blocks were arranged with an interval of 2/3 of the magnet pitch corresponding to 240 ° of the waveform of the cogging force. An Nd—Fe—B permanent magnet was used, and an iron yoke was used as the core material. Here, the cross-sectional dimensions in FIG. 1 were magnet width 18 mm,
As shown by the solid line in FIG. 2, the cogging force of the present invention was reduced, and the maximum and minimum difference was 10N. As described above, the cogging force can be reduced by disposing the three-block mover core with a gap of 2/3 of the magnet pitch.
Thus, the linear motor provided with the auxiliary core could be applied to the laser processing machine used for the three-dimensional moving mechanism of the X, Y, and Z axes.
10,130,150,170 リニアモータ
11,131,151,171 板状ヨーク
12,132,152,172 永久磁石
13,133,153,173 固定子
14,134,154,174 電機子コア
15,135,155,175 電機子コイル
16,136,156,176 可動子
20,140,160,180 テーブル
21,141,161,181 LMブロック
22,142,162,182 LMレール
23,143,163,183 ベースプレート
24,144,164,184 垂直フレーム
121 フレーム
122 テーブル
123 X軸方向駆動装置
124 Y軸方向駆動装置
125 Z軸方向駆動装置
126 トーチ
10, 130, 150, 170
Claims (3)
各可動子が、永久磁石の幅と永久磁石間距離の和である磁石ピッチτの8倍となる長さを有し3個ずつU相とV相とW相の各相の電機子コイルが巻かれた9個の電機子コアを有する可動子ブロックを3つ含んでなり、各ブロックの間隔を該磁石ピッチτの2/3の長さにすることを特徴とする工作機械用リニアモータ。 A stator in which a plurality of permanent magnets having the same shape are perpendicular to the moving direction of the mover and have different polarities alternately on both surfaces of the plate-like yoke, and an armature core wound with an armature coil A linear motor used for a machine tool comprising a pair of movers arranged so as to face the arrangement of permanent magnets on both sides of the stator,
Each armature has a length that is eight times the magnet pitch τ, which is the sum of the width of the permanent magnet and the distance between the permanent magnets, and three armature coils for each of the U, V, and W phases. A linear motor for a machine tool, comprising three mover blocks each having nine wound armature cores, wherein the distance between the blocks is 2/3 of the magnet pitch τ.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004210488A JP2006034016A (en) | 2004-07-16 | 2004-07-16 | Linear motor for machine tool |
EP05254357A EP1617545A3 (en) | 2004-07-16 | 2005-07-12 | Linear motor for use in machine tool |
US11/184,645 US20060012252A1 (en) | 2004-07-16 | 2005-07-18 | Linear motor for use in machine tool |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004210488A JP2006034016A (en) | 2004-07-16 | 2004-07-16 | Linear motor for machine tool |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006034016A true JP2006034016A (en) | 2006-02-02 |
Family
ID=35899682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004210488A Pending JP2006034016A (en) | 2004-07-16 | 2004-07-16 | Linear motor for machine tool |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006034016A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009183041A (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Nidec Sankyo Corp | Linear motor |
CN108023460A (en) * | 2018-02-02 | 2018-05-11 | 上海莫戈纳机电科技有限公司 | Linear electric machine |
KR20190090371A (en) * | 2016-12-23 | 2019-08-01 | 한국전기연구원 | Permanent magnet electrical equipment for detent reduction |
CN111293855A (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 佳能株式会社 | Conveying device and article manufacturing method |
CN114362472A (en) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 中国人民解放军海军工程大学 | Segmented splicing modular motor with intersegment magnetic field compensation winding and splicing compensation method thereof |
-
2004
- 2004-07-16 JP JP2004210488A patent/JP2006034016A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009183041A (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Nidec Sankyo Corp | Linear motor |
KR20190090371A (en) * | 2016-12-23 | 2019-08-01 | 한국전기연구원 | Permanent magnet electrical equipment for detent reduction |
KR102401588B1 (en) | 2016-12-23 | 2022-05-25 | 한국전기연구원 | Permanent magnet electric device to reduce detent force |
CN108023460A (en) * | 2018-02-02 | 2018-05-11 | 上海莫戈纳机电科技有限公司 | Linear electric machine |
CN111293855A (en) * | 2018-12-07 | 2020-06-16 | 佳能株式会社 | Conveying device and article manufacturing method |
CN111293855B (en) * | 2018-12-07 | 2023-09-01 | 佳能株式会社 | Conveying device and article manufacturing method |
CN114362472A (en) * | 2021-12-28 | 2022-04-15 | 中国人民解放军海军工程大学 | Segmented splicing modular motor with intersegment magnetic field compensation winding and splicing compensation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20060012252A1 (en) | Linear motor for use in machine tool | |
US20060012251A1 (en) | Linear motor for use in machine tool | |
US7154198B2 (en) | Linear motor | |
JP6269895B2 (en) | Linear motor | |
US7944095B2 (en) | Linear motor with integrally formed stator | |
JP4993609B2 (en) | Linear synchronous motor and linear motor actuator | |
JP2002064968A (en) | Slider with built-in moving coil linear motor | |
JP5289799B2 (en) | Linear motor | |
JP2001211630A (en) | Linear slider | |
JP2006034016A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP5365775B2 (en) | Manufacturing method of linear motor system and linear motor system | |
JP2006054974A (en) | Linear motor | |
WO2013047610A1 (en) | Actuator | |
JP2006034013A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP5431295B2 (en) | XY stage | |
JP5345047B2 (en) | Linear motor | |
JP2006034014A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP2006054971A (en) | Linear motor for machine tool | |
JPWO2007116506A1 (en) | Linear motor | |
JP2007082352A (en) | Linear actuator | |
JP2006034015A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP2006054973A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP2006054972A (en) | Linear motor for machine tool | |
JP2002096233A (en) | Linear slider | |
JP2005295678A (en) | Linear drive system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091106 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100302 |