JP3944808B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコギング力、推力リップル、発熱を嫌い、高速・高加減速または高精度位置決めを要求される例えば半導体製造装置やＦＡ機器用のリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータとして、米国特許第４６３３１０８号明細書に開示されているようなものがある。このリニアモータは、平板状のバックヨークに界磁用の永久磁石が貼り付けられた可動子と、ティースに集中巻のコイルを巻き付けそれを複数個移動方向に並べた固定子から構成されている。
さらに、隣接する永久磁石間の距離である極ピッチをλとし、隣接するティース間の距離であるスロットピッチをτとした場合、τ：λが２：３の関係となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の技術によると次のような問題点がある。すなわち、米国特許第４６３３１０８号明細書記載のリニアモータは、可動子の両端に配置された永久磁石の影響により、可動子が移動するとスロットピッチτを周期としたコギング力が発生する。その結果、速度リップルが発生し、搬送時や加工時に様々な問題を来たす。
さらに、従来の構成によると、極ピッチをλ、スロットピッチをτとした場合、τ：λが２：３の関係にあるが、この構成を巻線係数が大きくできる毎極毎相のスロット数３／８において可動子両端の永久磁石の配置方法に適用した場合、コギング力がかえって大きくなってしまい、適用することが困難であった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、可動子両端の永久磁石の影響によるコギング力を大きく低減し、可動子を軽量化しても速度リップルの小さいリニアモータを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明のリニアモータは、電機子に３相の電機子巻線を施し、界磁に８Ｎ−１（Ｎは自然数）個の第１永久磁石を一列に配備し、その両端に前記第１永久磁石とは大きさが異なる２個の第２永久磁石を配備した毎極毎相のスロット数３／８のリニアモータにおいて、前記第１永久磁石の幅をＷとした場合、前記第２永久磁石の幅Ｗ’を
０．５Ｗ＜Ｗ’＜０．６Ｗ
とし、スロットピッチをτとした場合、第２永久磁石とその内側にある第１永久磁石の中心間距離λ’を
０．９τ＜λ’＜１．０τ
とする。以上の構成により、可動子両端の永久磁石の影響によって発生していたコギング力を低減することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は請求項１乃至２における正面から見た断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ’断面図、図３は永久磁石と電機子の形状を表す図である。これらの図において、１は可動子、２は第１永久磁石ユニット、３は第２永久磁石ユニット、４はリニアガイド、５は固定子、６は固定子フレーム、７は山形の固定部材、８は第１電機子ユニット、９は第２電機子ユニット、１０は第３電機子ユニット、１１は第４電機子ユニット、１２は第１永久磁石、１３は第２永久磁石、１４は分割コア、１５は電機子巻線である。
まず、可動子１について説明する。可動子１は、両サイドにこれを支持するためのリニアガイド４、テーブル面に対し垂直に配置された界磁用の２個の永久磁石ユニット２、３から構成される。１個の磁石ユニットには２種類の永久磁石１２と永久磁石１３が全部で９個一列に並んで配備されている。まず、第１永久磁石１２は可動子１の内側にあり、極性が交互になるように極ピッチλごとに配置されている。
第２永久磁石１３は可動子１の両端にあり、それに隣接する第１永久磁石１２の極性とは逆の極性となるように配置されている。ここで、第１永久磁石１２の幅Ｗと第２永久磁石１３の幅Ｗ’の関係は
Ｗ：Ｗ’＝１：０．５４
となっている。
【０００６】
次に、固定子５について説明する。固定子５は、２個の磁石ユニット２，３を挟み込んでいる４個の電機子ユニット８〜１１、その電機子ユニット８〜１１を貼り付けている山形の固定部材７、リニアガイド４と山形の固定部材７を受けている固定子フレーム６より構成される。１個の電機子ユニットは、１８個の分割コア１４とそれに予め集中巻した電機子巻線１５より構成される。さらに、この電機子巻線１５の表面は熱伝導の良い樹脂でスタイキャストされている。
このような構成において、スロットピッチτと極ピッチλの関係は
τ：λ＝８：９
となっており、また、第２永久磁石１３の中心からその隣の第１永久磁石１２の中心までの距離λ’との関係は、
τ：λ’＝１：０．９４
となっている。
また、第２永久磁石１３の左端面からその隣の第１永久磁石１２の左端面までの距離Ｌは
Ｌ＝λ’＋（Ｗ−Ｗ’）／２＝０．９４×τ＋０．２３×Ｗ
と表される。Ｗが
Ｗ＝０．９×τ
であるとすれば、スロットピッチτと第１永久磁石１２の左端面から第２永久磁石１３の左端面までの距離Ｌの関係は、
Ｌ＝０．９４×τ＋０．２３×０．９×τ＝１．１５×τ
τ：Ｌ＝１：１．１５
となる。
【０００７】
以上のような構成により、可動子１両端の永久磁石１２，１３の影響によって発生するコギング力は、ほとんど無くすことができる。そこで、この効果を従来例と比較して説明する。
従来技術によるとスロットピッチτと上述した距離Ｌとの関係が
τ：Ｌ＝２：３＝１：１．５
となっている。また、磁石幅Ｗ、Ｗ’やスロットピッチτが本実施例と同じである場合、スロットピッチτと上述した距離λ’の関係を導くと、
τ：λ’＝１：１．２９
となる。つまり、本発明実施例に比べ従来技術の方がＬ、λ’が長くなる。このような構造の違いによるコギング力を比較した結果を図４に示す。
図４からもわかるように、従来技術による磁石の配置にすれば本案の約８倍の振幅でコギング力が発生する。
また、コギング力はλ’／τの大きさによって変化し、実施例で示したλ’／τ＝０．９４のとき最小となる。
λ’／τとコギング力の関係を図５に示す。
なお、コギング力が最小となる形状は、第１永久磁石１２の幅Ｗと第２永久磁石１３の幅Ｗ’の比によって若干前後するが、条件が
０．９τ＜λ’＜１．０τ・・・・・（１）式
かつ、
０．５Ｗ＜Ｗ’＜０．６Ｗ・・・・・（２）式
であれば、コギング力を比較的小さくできる。
つまり、Ｗ＝Ｗ’としたものに比べ、（２）式のみを採用すれば、コギング力を約１／３に低減することができ、さらに（１）式の条件を満たすことによって、本発明は従来技術のものに比べ、約１／８にまでコギング力を低減できるのである。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成により、可動子両端の永久磁石の影響によるコギング力を大きく低減することができる。また、コギング力の振幅だけでなくその発生次数も高次化しており、可動子を軽量化しても速度リップルの小さいリニアモータが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す正面から見た断面図である。
【図２】 本発明の実施例を示す上面から見た断面図である。
【図３】 本発明の実施例の形状を示す図である。
【図４】 本発明と従来技術によるコギング力波形を示す図である。
【図５】 本発明の永久磁石形状とコギング力振幅値の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 可動子、２ 第１永久磁石ユニット、３ 第２永久磁石ユニット、４ リニアガイド、５ 固定子、６ 固定子フレーム、７ 山形の固定部材、８ 第１電機子ユニット、９ 第２電機子ユニット、１０ 第３電機子ユニット、１１ 第４電機子ユニット、１２ 第１永久磁石、１３ 第２永久磁石、１４ 分割コア、１５ 電機子巻線

Claims (1)

1. 電機子に３相の電機子巻線を施し、界磁に８Ｎ−１（Ｎは自然数）個の第１永久磁石を一列に配備し、その両端に前記第１永久磁石とは大きさが異なる２個の第２永久磁石を配備した毎極毎相のスロット数３／８のリニアモータにおいて、
   前記第１永久磁石の幅をＷとした場合、前記第２永久磁石の幅Ｗ’を
   ０．５Ｗ＜Ｗ’＜０．６Ｗ
   とし、
   スロットピッチをτとした場合、第２永久磁石とその内側にある第１永久磁石の中心間距離λ’を
   ０．９τ＜λ’＜１．０τ
   としたことを特徴とするリニアモータ。

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