JP2009050128A - ムービングマグネット形円筒リニアモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 可動子と固定子とからなる円筒リニアモータにおいて、可動子は、環状の磁性ヨーク5の内側表面に軸方向に沿って配設された複数個のリング状永久磁石4で構成され、固定子は、磁性シャフト1の外周の軸方向に沿ってリング状の電磁鋼板を積層してなる複数個の電機子コアブロック2と、該電機子コアブロック2間に形成されたスロット2aに巻回してなる複数個のリング状の電機子コイル3とで構成されている。
【選択図】 図1
Description
このうち、図10は従来のムービングコイル型円筒リニアモータの外観を示した側面図、図11は図10のリニアモータに用いる固定子の側断面図である。
図10において、12は電機子を有する可動子、13は磁極を有する固定子である。図11において、14はN極とS極の磁極が同極で向き合うように軸方向に配置された複数の永久磁石、15は複数の永久磁石の外周を抑えるための非磁性材料から成るパイプ、16は永久磁石14の中心に設けた中心穴を貫通すると共に、両端に雄ねじ16aを形成した非磁性材料のシャフト、17はシャフト16の雄ネジ16aに嵌めこむための雌ネジ17aを形成したエンドブラケットである。固定子の締結としては、シャフト16に複数の永久磁石14を挿入した後、シャフト14の両端にエンドブラケット17を嵌めこむ方法を取っている。つまり、隣合う複数の永久磁石14の間を密着するようにエンドブラケット17内部の雌ねじ部をシャフト16の雄ネジ部にねじ込んで締め付けることで、各永久磁石14に生じる反発力を抑えるようになっている。
このようなムービングコイル形円筒リニアモータにおいて、可動子12である図示しない電機子コイルに入力する電流を制御すると、固定子である永久磁石14から発生する漏れ磁束と可動子12内部に通電された電機子コイル(不図示)によって、可動子の固定子軸方向に駆動力(推力)が発生するようになっている(例えば、特許文献1〜3)。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、円筒形リニアモータの界磁側を可動子とし、可動子を固定子の外周側に配置するムービングマグネット構造とすることにより磁石面積を広くし、かつ、固定子に電磁鋼板を積層してなる電機子を用いることで、可動子に生じる給電ケーブルのテンションによる外乱を抑え、可動子のストローク方向の位置によって生じる推力のばらつきをなくし、微小推力制御を行うことができるムービングマグネット形円筒リニアモータを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、可動子と固定子とからなる円筒リニアモータにおいて、前記可動子は、環状の磁性ヨークの内側表面に軸方向に沿って配設された複数個のリング状永久磁石で構成されており、前記固定子は、該可動子と磁気的空隙を介して配置されると共に、磁性シャフトの外周の軸方向に沿ってリング状の電磁鋼板を積層してなる複数個の電機子コアブロックと、該電機子コアブロック間に形成されたスロットに巻回してなる複数個のリング状の電機子コイルとで構成されていることを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記永久磁石は前記磁性ヨークの円周方向に沿って同一軸方向毎に分割された複数の永久磁石ブロック群で構成されており、前記磁性ヨークの円周方向に隣り合せに設けられた磁石ブロック群同士を、軸方向に沿ってずらしたことを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記複数の永久磁石ブロック群を前記磁性ヨークの円周方向に沿ってスパイラル状に配設したことを特徴としている。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記電機子コイルを3相スター状に結線すると共に、各相のコイルを周方向に120°の間隔で配置することで渡り線を周方向に120°の間隔で配置したことを特徴としている。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記電機子コアブロックを周方向に120°の間隔で3分割することを特徴としている。
請求項6に記載の発明は、請求項1または5に記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記電機子コアブロックは電磁鋼板を積層したものに替えて、焼結材料を用いて一体化したものであることを特徴としている。
請求項7に記載の発明は、請求項2に記載のムービングマグネット形円筒リニアモータにおいて、前記複数の永久磁石ブロック群の間には、非磁性材料製のスペーサを設けたことを特徴としている。
また、請求項2及び請求項3に記載の発明によると、可動子のストローク方向の位置によって電磁鋼板と磁石との間で発生する推力のばらつき(コギング推力)において、軸方向に変位された磁石ブロックにより、スキュー効果を持たせることとなりコギング推力を低減することが可能となる。各磁石ブロックをスパイラル状に配置させることにより、コギング推力の位相を連続的に変えることができ、合算した全体のコギング推力を低減することが可能となり、その結果、微小推力制御を行うことができる。
また、請求項4に記載の発明によると、3相スター状に結成し、各相を周方向に120°の間隔で配置することで、各相の渡り線を隔離することができ、相間絶縁を保つことが可能となる。さらに、渡り線部で発生する損失による温度上昇を分散することができ、効率増加となる。
また、請求項5に記載の発明によると、積層電磁鋼板を120°の間隔で3分割することにより、前記渡り線の配置を容易とするとともに、電機子コイル配置後に電磁鋼板を装着できることから、生産性を向上できる。
また、請求項6に記載の発明によると、電機子コアブロックは焼結材料を用いて一体化したものとすることで、電磁鋼板を積層したものと比べて、発生する渦電流を小さく抑えられるため、モータの損失が減り、効率を上げることができる。
また、請求項7に記載の発明によると、複数の永久磁石ブロック群の間には、非磁性材料製のスペーサを設けて位置決めを行うことによって、精度良く等間隔に永久磁石ブロック群を並べる作業が容易に行うことができる。
図1、図2において、1は磁性シャフト、2は電機子コアブロック、3は電機子コイル、4は永久磁石、5は磁性ヨークである。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、可動子と固定子とからなる円筒リニアモータにおいて、可動子は、環状の磁性ヨーク5の内側表面に軸方向に沿って配設された複数個のリング状永久磁石4で構成されており、固定子は、該可動子と磁気的空隙を介して配置されると共に、磁性シャフト1の外周の軸方向に沿ってリング状の電磁鋼板を積層してなる複数個の電機子コアブロック2と、該電機子コアブロック2間に形成されたスロット2aに巻回してなる複数個のリング状の電機子コイル3とで構成されている点である。
第1実施例は、可動子を界磁とするムービングマグネット形リニアモータの構成にしたので、ケーブルのテンションによる外乱を抑えることができ、その結果、リニアモータに取付けられる図示しない推力センサの出力を上位にフィードバックすることで、高分解能かつ高精度な微小推力制御が可能となる。また、可動子を外周側にすることにより磁石面積を広くすることができるとともに、固定子に積層した電磁鋼板を用いることで推力および効率を増加することが可能となる。
図において、6は同一軸方向ごとに分割された永久磁石ブロック群、7は第1永久磁石ブロック群、8は第2永久磁石ブロック群、9はスペーサである。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、図3、図4に示すように永久磁石が磁性ヨークの円周方向に沿って同一軸方向毎に分割された複数の永久磁石ブロック群6(7、8)で構成されており、磁性ヨークの円周方向に隣り合せに設けられた磁石ブロック群7、8同士を、軸方向に沿ってずらした点である。
また、複数の永久磁石ブロック群6(7、8)の間には、非磁性材料製のスペーサ9を設けたものとなっている。
第2実施例はこのような構成にしたので、電磁鋼板よりなる電機子コアブロックと永久磁石ブロック群との間で発生するコギング推力において、軸方向に変位された永久磁石ブロック群により、スキュー効果を持たせることとなりコギング推力を低減することが可能となる。
また、複数の永久磁石ブロック群の間には、非磁性材料製のスペーサを設けて位置決めを行うことによって、精度良く等間隔に永久磁石ブロック群を並べる作業が容易に行うことができる。
第3実施例が第1、第2実施例と異なる点は、同一軸方向上の複数の永久磁石ブロック群6を磁性ヨークの円周方向に沿ってスパイラル状に配設した点である。
第3実施例はこのような構成にしたので、各永久磁石ブロック群をスパイラル状に配置させることにより、コギング推力の位相を連続的に変えることができ、合算した全体のコギング推力を低減することが可能となる。
図6において、11は3分割された電機子コアブロックである。
第4実施例が第1実施例と異なる点は、電機子コイルを3相スター状に結線すると共に、該電機子コイルの各相渡り線を120°間隔で配置した点である。
第4実施例はこのような構成にしたので、3相スター状に結成し、各相を周方向に120°の間隔で配置することで、各相の渡り線を隔離することができ、相間絶縁を保つことが可能となる。さらに、渡り線部で発生する損失による温度上昇を分散することができ、効率増加となる。
図9において、11は電磁鋼板よりなり、周方向に3分割された電機子コアブロックである。
第5実施例が第1実施例と異なる点は、電機子コアブロック11が周方向に120°の間隔で3分割され、該コアブロック11の分割された同位置に渡り線を通した点である。また、電機子コアブロック11は電磁鋼板を積層したものに替えて、焼結材料を用いて一体化したものでも構わない。
第5実施例はこのような構成にしたので、該コアブロックを構成する積層電磁鋼板を120°の間隔で3分割することにより、前記渡り線の配置を容易とするとともに、電機子コイル配置後に該コアブロックを装着できることから、生産性を向上できる。
また、電機子コアブロックは焼結材料を用いて一体化したものとすることで、電磁鋼板を積層したものと比べて、発生する渦電流を小さく抑えられるため、モータの損失が減り、効率を上げることができる。
2 電機子コアブロック(電磁鋼板)
3 電機子コイル
4 永久磁石
5 磁性ヨーク
6 同一軸方向ごとに分割された永久磁石ブロック群
7 第1永久磁石ブロック群
8 第2永久磁石ブロック群
9 スペーサ
10 渡り線
11 3分割された電機子コアブロック
12 電機子を有する可動子
13 磁極を有する固定子
14 同極が向き合うように配置された永久磁石
15 非磁性材料のパイプ
16 非磁性材料のシャフト
17 ブラケット
Claims (7)
- 可動子と固定子とからなる円筒リニアモータにおいて、
前記可動子は、環状の磁性ヨークの内側表面に軸方向に沿って配設された複数個のリング状永久磁石で構成されており、
前記固定子は、該可動子と磁気的空隙を介して配置されると共に、磁性シャフトの外周の軸方向に沿ってリング状の電磁鋼板を積層してなる複数個の電機子コアブロックと、該電機子コアブロック間に形成されたスロットに巻回してなる複数個のリング状の電機子コイルとで構成されていることを特徴とするムービングマグネット形円筒リニアモータ。 - 前記永久磁石は前記磁性ヨークの円周方向に沿って同一軸方向毎に分割された複数の永久磁石ブロック群で構成されており、
前記磁性ヨークの円周方向に隣り合せに設けられた磁石ブロック群同士を、軸方向に沿ってずらした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円筒リニアモータ。 - 前記複数の永久磁石ブロック群を前記磁性ヨークの円周方向に沿ってスパイラル状に配設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円筒リニアモータ。
- 前記電機子コイルを3相スター状に結線すると共に、各相のコイルを周方向に120°の間隔で配置することで渡り線を周方向に120°の間隔で配置した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円筒リニアモータ。
- 前記電機子コアブロックを周方向に120°の間隔で3分割す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円筒リニアモータ。
- 前記電機子コアブロックは電磁鋼板を積層したものに替えて、焼結材料を用いて一体化したものであることを特徴とする請求項1または5に記載のムービングマグネット形円筒リニアモータ。
- 前記複数の永久磁石ブロック群の間には、非磁性材料製のスペーサを設けたことを特徴とする請求項2に記載のムービングマグネット形円筒リニアモータ。
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