JP2024006584A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータにおいて永久磁石の不可逆減磁を抑制しつつ重希土類の使用量を削減する。【解決手段】リニアモータは、固定子１２と可動子１１を備える。固定子１２は、可動子１１の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極１０を含む。可動子１１は、可動子磁気ヨーク２０と、可動子磁気ヨーク２０から突出して移動方向に並ぶ複数のティース１３，１４，１５と、ティースに巻回された三相交流巻線１６，１７，１８と、ティースに形成された複数の間隙のそれぞれに配置された永久磁石２２，２３を含む。各ティース１３，１４，１５において、永久磁石２２，２３は、隣り合う永久磁石２２，２３と磁化方向が逆向きとなるように間隙に配置されている。各ティース１３，１４，１５において、複数の永久磁石２２，２３のうち、移動方向において端から２番目に位置する永久磁石２３は、その他の永久磁石２２よりも保磁力が高い。【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械等の産業機械で使用されるリニアモータに関する。

従来から、工作機械等の産業機械では、高速、高精度化を実現するための手段としてリニアモータが使用されている。特に移動距離が長ストロークの機械において、高価な永久磁石を可動子側に配置することで、永久磁石の使用量を少なくして、モータの低コスト化を実現したリニアモータが知られている。特許文献１には、リニアモータの構成例が開示されている。

図３は、従来技術のリニアモータを示す図である。リニアモータは、固定子１２と可動子１１１を備える。図３において、固定子１２は例えば電磁鋼板を積層して形成され、表面には固定子磁気ヨーク２１より突出するように、ピッチＰの間隔で突極１０が配置されている。可動子１１１も、固定子１２と同様に、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。可動子１１１は、可動子磁気ヨーク２０と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のティース１３，１４，１５を含む。ティース１３，１４，１５はそれぞれが突極１０に対して、Ｘ軸方向に相対的に電気角で１２０度に相当するＰ／３だけずらして配置されている。ティース１３，１４，１５には、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流巻線１６，１７，１８が巻回されている。ティース１３，１４，１５はそれぞれ、複数のティース要素１３Ｅ，１４Ｅ，１５Ｅを含む。各ティース要素１３Ｅは、ピッチＰ／２で配列されており、各ティース要素１３Ｅの間には永久磁石１９が配置されている。各ティース要素１４Ｅおよび各ティース要素１５Ｅも同様の構成である。各ティース１３，１４，１５において、永久磁石１９は隣り合う永久磁石１９と磁化方向が逆向きとなるように配置されている。図３において、矢印の方向は永久磁石１９の磁化方向を示している。

このようなリニアモータにおいて、長ストロークの可動範囲を実現する場合には、安価な電磁鋼板を積層して形成した簡単な構造の固定子ブロックを繰り返し並べて配置するだけで実現できる。さらに、高価な永久磁石１９を可動子１１１側に配置し、永久磁石の使用量を減らすことができるため、リニアモータの製作コストを低く抑えることができる。

特開２００６－１０９６３９号公報

しかし、上述した従来技術のリニアモータは、以下に説明するような課題があった。

図３において、矢印の方向は永久磁石１９の磁化方向を、矢印の本数は永久磁石１９の磁束量を示している。図３に示すように、永久磁石１９は隣り合う永久磁石１９と磁化方向が逆向きとなるように配置されている。このような配置によって、永久磁石１９は隣り合う永久磁石１９と互いに磁束を弱め合い、磁束量が減らされている。永久磁石１９の磁束量は、それぞれ配置される場所によって異なる。各相の巻線が巻回される各ティース１３，１４，１５において、永久磁石１９の中で最も端に位置する永久磁石１９は、片側にしか隣り合う永久磁石１９が存在しない。よって、最も端に位置する永久磁石１９は、片側の永久磁石１９からしか磁束を弱められないため、永久磁石１９の中で最も磁束量が多い。一方、各ティース１３，１４，１５において、永久磁石１９の中で端から２番目に位置する永久磁石１９は、最も磁束量の多い最も端に位置する永久磁石１９から磁束を弱められるため、最も磁束量が少ない。このため、端から２番目に位置する永久磁石１９は、リニアモータ動作時に三相交流巻線１６，１７，１８に電流を通電した際、永久磁石１９に磁化方向と逆向きの磁界が印加されると最も不可逆減磁が生じやすい。

よって、各相の巻線が巻回される各ティース１３，１４，１５において、端から２番目に位置する永久磁石１９が不可逆減磁してしまうことを抑制できる構成が望まれている。例えば、全ての永久磁石１９に一律に、重希土類を多く含む、保磁力の高い永久磁石を採用することで、不可逆減磁の問題は解消され得る。しかし、重希土類を多く含む永久磁石は、コストが高く、調達リスクが大きいという問題がある。

本発明の目的は、リニアモータにおいて、永久磁石の不可逆減磁を抑制しつつ重希土類の使用量を削減することにある。

本発明に係るリニアモータは、固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、前記可動子は、可動子磁気ヨークと、前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、前記ティースに巻回された三相交流巻線と、前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から２番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも保磁力が高い、ことを特徴とする。

また、本発明に係るリニアモータは、固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、前記可動子は、可動子磁気ヨークと、前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、前記ティースに巻回された三相交流巻線と、前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から２番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも磁化方向の寸法が大きい、ことを特徴とする。

本発明によれば、各ティースにおいて、端から２番目に位置する永久磁石は、その他の永久磁石よりも、保磁力が高められている（例えば重希土類を多く含む永久磁石を採用している）か、または、磁化方向の寸法が大きくなっているため、不可逆減磁を抑制することができる。また、その他の永久磁石は、端から２番目に位置する永久磁石に比べて、保磁力が低いか、または、寸法が小さい（重希土類を不使用であるか、または少量の使用である）ため、重希土類の使用量を削減することができる。

実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。 別の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。 従来技術のリニアモータの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。全ての図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。リニアモータは、固定子１２と可動子１１を備える。固定子１２は、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。固定子１２は、固定子磁気ヨーク２１と、複数の突極１０を含む。突極１０は、固定子磁気ヨーク２１の表面より突出して、Ｘ軸方向（図１参照）にピッチＰの間隔で配置されている。なお、固定子１２は、左右方向（Ｘ軸方向）に延在しており、図１には一部のみが表れている。

可動子１１は、固定子１２に対向して配置されて、固定子１２に対してＸ軸方向に移動可能となっている。Ｘ軸方向は、可動子１１の移動方向である。可動子１１の各部材の形状、配置は、図３の可動子１１１のそれと同様である。可動子１１は、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。可動子１１は、可動子磁気ヨーク２０と、可動子磁気ヨーク２０から固定子１２に向かって突出したＵ，Ｖ，Ｗ相のティース１３，１４，１５を含む。ティース１３，１４，１５は、Ｘ軸方向に並んでいる。ティース１３，１４，１５はそれぞれが突極１０に対して、Ｘ軸方向に相対的に電気角で１２０度に相当するＰ／３だけずらして配置されている。ティース１３，１４，１５には、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流巻線１６，１７，１８が巻回されている。

ティース１３，１４，１５はそれぞれ、複数のティース要素１３Ｅ，１４Ｅ，１５Ｅを含む。図１の例では、ティース１３は、可動子磁気ヨーク２０から突出する６つのティース要素１３Ｅを含む。なお、図１では、一部のティース要素に対する符号１３Ｅ（１４Ｅ，１５Ｅ）が省略されている。ティース１３と同様に、ティース１４は、６つのティース要素１４Ｅを含み、ティース１５は、６つのティース要素１５Ｅを含む。各ティース要素１３Ｅは、ピッチＰ／２で配列されており、各ティース要素１３Ｅの間は、間隙となっている。各ティース要素１４Ｅおよび各ティース要素１５Ｅも同様の構成である。このように、可動子１１は、Ｘ軸方向（移動方向）に並ぶ複数の間隙を含む。

各ティース１３，１４，１５の複数の間隙のそれぞれには、永久磁石２２，２３が配置されている。ティース１３において、永久磁石２２，２３は、隣り合う永久磁石２２，２３と磁化方向が逆向きとなるように間隙に配置されている。ティース１４、１５においても同様である。図１において、矢印の向きは永久磁石２２，２３の磁化方向を、矢印の本数は永久磁石２２，２３の磁束量を示している。

ここで、ティース１３において、複数の永久磁石２２，２３のうち、Ｘ軸方向（移動方向）において端から２番目に位置する永久磁石２３は、その他の永久磁石２２よりも保磁力が高くなっている。すなわち、永久磁石２３は、永久磁石２２に比べて、例えば重希土類を多く含む永久磁石（保磁力の高い永久磁石）を採用している。これは、ティース１４、１５においても同様である。これにより、各ティース１３，１４、１５において、端から２番目に位置する永久磁石２３が不可逆減磁してしまうことを抑制することができる。

リニアモータは、三相交流巻線１６，１７，１８に電流を印加すると、可動子１１と固定子１２の相対位置に応じてそれらの間に磁気吸引力が生じる。これにより、可動子１１にＸ軸方向の推力が発生し、可動子１１が固定子１２に対して移動することになる。

以上説明した実施形態によれば、最も磁束量が少なく不可逆減磁の生じやすい永久磁石２３のみに保磁力の高い材質（例えば重希土類を多く含む材質）を選定し、その他の永久磁石２２には比較的、保磁力の低い材質（例えば重希土類を含まないか、少量だけ含む材質）を選定することになる。よって、重希土類の使用量を減らすことができ、コストや調達リスクを低減することができる。

図２は、本発明の別の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。図２のリニアモータは、図１のリニアモータにおける永久磁石２３（各ティースの端から２番目に位置する永久磁石）を、磁化方向の寸法が大きい永久磁石２３ａに置き換えたものである。図２において、永久磁石２３ａは、永久磁石２２よりも、磁化方向の寸法が大きくなっている。ここで、永久磁石２３ａは、永久磁石２２と同じく保磁力の低い材質（例えば重希土類を含まないか、少量だけ含む材質）であってよい。永久磁石２３ａは、磁化方向の寸法を大きくすることで減磁耐量が高くなっているため、保磁力の低い材質であっても不可逆減磁を抑制することができる。この実施形態の場合、さらに重希土類の使用量を低減することができる。

１０ 突極、１１，１１ａ，１１１ 可動子、１２ 固定子、１３，１４，１５ ティース、１３Ｅ，１４Ｅ，１５Ｅ ティース要素、１６，１７，１８ 三相交流巻線、１９ 永久磁石、２０ 可動子磁気ヨーク、２１ 固定子磁気ヨーク、２２，２３，２３ａ 永久磁石。

Claims (2)

1. 固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、
   前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、
   前記可動子は、
   可動子磁気ヨークと、
   前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、
   前記ティースに巻回された三相交流巻線と、
   前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、
   前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、
   前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、
   前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から２番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも保磁力が高い、
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、
   前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、
   前記可動子は、
   可動子磁気ヨークと、
   前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、
   前記ティースに巻回された三相交流巻線と、
   前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、
   前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、
   前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、
   前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から２番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも磁化方向の寸法が大きい、
   ことを特徴とするリニアモータ。

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