JP2012178955A - リニアモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定子1と、固定子1に対して相対移動自在な可動子2とを備える。固定子1は、軟磁性体からなる磁極11を互いに間隔を隔てて進行方向に並べて構成される。可動子2は、固定子1と所定のギャップを隔てて固定子1の両面で対向した第1および第2の構造体21、22からなる。第1の構造体21は、コイル4が巻回された複数のティース3からなり、第2の構造体22は、複数の永久磁石5を貼り付けたコア6からなる。永久磁石5は、隣り合う同士が互いに異極となるように配列される。第1および第2の構造体21、22は、進行方向にn分割され、固定子1の磁極ピッチτに対して、τ/n+m・τだけ離間配置される。
【選択図】図1
Description
そこで、低コスト化を目的として、ストローク全体の一部に永久磁石を配置したリニアモータが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係るリニアモータ100を示す断面図である。
図1において、リニアモータ100は、固定子1と、固定子1に対して相対移動自在な可動子2とにより構成されている。
第1および第2の構造体21、22は、それぞれ進行方向に2分割されており、固定子1の磁極11の磁極ピッチτに対して、τ/2となるように離間配置されている。
一方、第2の構造体22において、永久磁石5は、磁極ピッチτよりも短いピッチで配列され、かつ隣り合う磁極が互いに異極となるように配置されている。
なお、可動子2のティース3やコア6も、固定子1の磁極11と同様に、渦電流損低減を実現するためには、電磁鋼板を積層して構成することが望ましい。
したがって、可動子2(第1および第2の構造体21、22)が離間配置されていない場合には、コギング1f成分(および、その倍数成分)が発生する。
また、図1においては、可動子2を2分割した場合を示したが、n分割(nは自然数)した場合には、第1および第2の構造体21、22の分割部の離間距離は、磁極ピッチτに対して、τ/n+m・τに設定されることになる。
同様に、スペーサ7を磁性体とした場合には、第2の構造体22(永久磁石5を貼り付けるコア6)も進行方向にスペーサ7と一体化構成として、実質的にスペーサ7を省略することができる。この場合、部品点数が削減されて製造コストを低減することができる。
固定子1は、可動子2の進行方向に沿って一定の磁極ピッチτで配列された複数の軟磁性体の磁極11により構成されている。
第1の構造体21は、固定子1の一方の面に対向配置された複数のティース3と、複数のティース3の各々に巻回されたコイル4により構成されている。
なお、上記実施の形態1(図1、図2)では、コイル4の相配置について具体的に言及しなかったが、図3に示すように、2分割された第1の構造体21の各々において、ティース3に巻回されたコイル4の相配置順序を、一方ではU相、V相、W相、・・・と設定し、他方ではUの逆相、Vの逆相、Wの逆相、・・・と設定してもよい。
図3において、進行方向に2分割された第1の構造体21の各々のティース3に巻回されたコイル4は、分割部の前後で逆相となるように配置されている。
すなわち、第1の構造体21の一方においては、U相、V相、W相の順序であるのに対し、他方においては、Uの逆相、Vの逆相、Wの逆相の順序となっている。
なお、上記実施の形態1、2(図1〜図3)では、3相の磁束バランスについて考慮しなかったが、3相の磁束バランスを改善するために、図4に示すように、分割された第2の構造体22Aの各両端に位置する永久磁石5Aの進行方向幅L2を、他の中間位置の永久磁石5の進行方向幅L1よりも大きい値に設定してもよい。
図5において、V相(□特性参照)のピークを100%とした場合に、U相およびW相(■特性、黒三角特性参照)のピークは65%程度しかないことが分かる。
なお、上記実施の形態3(図4)では、3相の磁束バランスを改善するために、両端に位置する永久磁石5Aの進行方向幅L2を、中央部の永久磁石5の進行方向幅L1よりも大きい値に設定したが、図6に示すように、分割された第2の構造体22Bの両端に位置する永久磁石5Bの残留磁束密度を、他の中間位置の永久磁石5の残留磁束密度よりも大きい値に設定してもよい。
これにより、前述の実施の形態3と同様に、3相の磁束バランスが改善するので、前述のコギング低減効果に加えて、リニアモータ100Bを高効率に駆動することができる。
なお、上記実施の形態3、4(図4、図6)では、3相の磁束バランスを改善するために、第2の構造体22A、22Bの各両端部の永久磁石5A、5Bの磁束特性を向上させたが、図7に示すように、分割された第1の構造体21Cの両端に位置するティース3Cの先端部30の長さを、他の中間位置のティース3の先端部の長さとは異なる値に設定してもよい。
なお、図7においては、両端に位置するティース3Cの先端部30の長さを伸張させたが、リニアモータ100Cの設計構造に応じて、他のティース3の先端部長さよりも短い値にも設定され得る。
なお、上記実施の形態1〜5(図1〜図7)では、主としてコギング1fのみを低減するための構成について述べたが、コギング1fのみならず、1fの倍数のコギングを低減するために、図8に示すように、第2の構造体22Dの永久磁石5Dをそれぞれ積層方向に分割し、積層方向に分割された各永久磁石51、52を、磁極ピッチτよりも小さい範囲内で互いにずらして配置してもよい。
すなわち、永久磁石51、52のずらし量を磁極ピッチτよりも小さく設定することにより、コギング1f成分とは異なる成分(低減要求に応じて設定される)を低減可能となる。
これにより、可動子2Dの移動時におけるコギング力をさらに効果的に抑制することができる。
なお、上記実施の形態6(図8)では、コギング1fのみならず、他のコギング成分を低減するために、第2の構造体22Dの永久磁石5Dを積層方向に分割して互いにずらして配置したが、図9に示すように、第1の構造体21Eのティース3Eをそれぞれ積層方向に分割し、積層方向に分割された各ティース31、32を、磁極ピッチτよりも小さい範囲内で互いにずらして配置してもよい。
図9においては、他のコギング成分を低減するために、第1の構造体21Eのティース3Eを積層方向に分割してティース31、32とし、互いにずらして配置する構成としている。
これにより、可動子2Dの移動時におけるコギング力をさらに効果的に抑制することができる。
この場合、コギング力を効果的に抑制することが可能なうえ、ティース32’の巻線部がティース31の巻線部と同一の直線形状となることから、巻線作業も容易となる。
なお、上記各実施の形態1〜7(図1〜図10)では、可動子2、2A〜3Eを進行方向に2分割する場合について述べたが、図11に示すように、可動子2Fを進行方向に3分割してもよい。
また、第1の構造体21Fの各ティース3に巻回されたコイル4は、「U相、V相、W相」、「V相、W相、U相」、「W相、U相、V相」の順序で配置されている。
また、コイル4の配置を、「U相、V相、W相」、「V相、W相、U相」、「W相、U相、V相」としたので、効率のよい駆動が可能となる。
この場合、低減すべきコギング成分が前述とは異なるが、リニアモータの設計構造に応じて、第1および第2の構造体の分割部の離間距離を適切に設定することにより、コギングを低減することができる。
Claims (9)
- 固定子と、前記固定子に対して相対移動自在に配置された可動子とを備え、
前記固定子は、前記可動子の進行方向に沿って一定の磁極ピッチで配列された複数の軟磁性体の磁極により構成され、
前記可動子は、前記固定子の両面に対して所定のギャップを隔てて対向配置された第1および第2の構造体からなり、
前記第1の構造体は、前記固定子の一方の面に対向配置された複数のティースと、前記複数のティースの各々に巻回されたコイルとからなり、
前記第2の構造体は、前記固定子の他方の面に対向配置された複数の永久磁石と、前記永久磁石を位置決め固定するコアとからなり、
前記複数の永久磁石は、隣り合う磁極が互いに異極となるように配置されたリニアモータであって、
前記第1および第2の構造体は、進行方向にn分割(nは自然数)され、前記第1および第2の構造体の分割部の離間距離は、前記磁極ピッチτに対して、τ/n+m・τ(mは0以上の整数)に設定されたことを特徴とするリニアモータ。 - 前記ティースの数は、前記ティースに対向する前記軟磁性体の磁極の数と等しい値に設定されたことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
- 前記第1および第2の構造体は前記進行方向に2分割され、
前記2分割された第1の構造体のうち、一方のコイル配置は、U相、V相、W相、・・・の順に設定され、他方のコイル配置は、Uの逆相、Vの逆相、Wの逆相、・・・の順に設定されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリニアモータ。 - 前記第1および第2の構造体は前記進行方向に3分割され、
前記3分割された第1の構造体の各々のコイル配置は、U相、V相、W相、・・・、V相、W相、U相、・・・、W相、U相、V相、・・・の順に設定されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリニアモータ。 - 分割された第2の構造体の両端に位置する永久磁石の進行方向幅は、他の永久磁石の進行方向幅よりも大きい値に設定されたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のリニアモータ。
- 分割された第2の構造体の両端に位置する永久磁石の残留磁束密度は、他の永久磁石の残留磁束密度よりも大きい値に設定されたことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のリニアモータ。
- 分割された第1の構造体の両端に位置するティースの先端部長さは、他のティースの先端部長さとは異なる値に設定されたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のリニアモータ。
- 前記第2の構造体の永久磁石は、それぞれ積層方向に分割され、
積層方向に分割された各永久磁石は、前記磁極ピッチτよりも小さい範囲内で互いにずらして配置されたことを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のリニアモータ。 - 前記第1の構造体のティースは、それぞれ積層方向に分割され、
積層方向に分割された各ティースは、前記磁極ピッチτよりも小さい範囲内で互いにずらして配置されたことを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のリニアモータ。
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