JP4175076B2 - Coreless linear motor - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機、半導体製造装置等に用いられる磁石対向型リニアモータに関し、特にクリーンルームや真空中での半導体製造プロセス等に用いられる超精密位置決め装置に好適なコアレス形リニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコアレス形リニアモータには、例えば、本出願人による特許文献１（特開平１１−２７５８４９号公報）に示すものがある。
図５はその構成を示すものであり、（ａ）はガイドおよび電機子巻線、巻線固定板の一体成型後の正面図、（ｂ）は（ａ）の側断面図、（ｃ）は固定子のキャン取り付け状態の側断面図である。図５に示されるように、従来例のコアレス形リニアモータは、平滑な帯状の電機子巻線１と、両面に電機子巻線１を装着した非磁性体の巻線固定板７と、巻線固定板７および電機子巻線１を収納し両部材の周囲に冷却液を流すための非磁性体のキャン１７と、巻線固定板７をキャン１７に位置決め固定するために電機子巻線１の上部および下部に配設した第１ガイド１８および第２ガイド１９と、前記キャン１７の底部を勘合する溝を有する固定ベース２０とからなる固定子を備えたキャンド・リニアモータにおいて、第１ガイド１８は、キャン１７と対向する電機子巻線１の側面に設けてあり、電機子巻線１、巻線固定板７、第１ガイド１８および第２ガイド１９を樹脂材料により一体モールドしたものである。また、第１ガイド１８は電機子巻線１の長手方向に向かって所定ピッチの長さで不連続に設けられている。
本モータでは第１および第２ガイド１８，１９を樹脂材料と一体モールドすることで、キャン１７と電機子の組立て精度を高くでき、製作工数も低減できる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２７５８４９号公報（第３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のコアレス形リニアモータではキャン１７と電機子巻線１との接着精度は高くできるものの、可動子の磁気的空隙中心からのずれ、および永久磁石の接着誤差により発生するサイドフォースを低減できないという問題があった。
図４はコアレス形リニアモータの積厚方向断面の一部を示したものである。図４では、磁気的空隙を介して対向する永久磁石４が角度θだけずれた場合を示したものである。空隙部の磁束線を直線と仮定すれば、永久磁石による磁束１５もθだけ傾くので、電機子巻線１に発生する推力１６は進行方向に対して角度θだけずれ、この分力としてサイドフォースＦsmが発生する。サイドフォースＦsmは次の（１）式で表される。
Ｆsm=Ｂg・sinθ×ＡＴ×Ｌnet ・・・（１）
但し、Ｂg：空隙部磁束密度
ＡＴ：電機子起磁力
Ｌnet：積厚
【０００５】
例えば超精密位置決め装置のＸ−Ｙテーブルをリニアモータで駆動する場合、サイドフォースＦsmは直交する軸に対して外乱要因となり、精密な位置決めが困難となる。
永久磁石４の接着精度を改善すればサイドフォースＦsmは低減できるが、この場合、永久磁石４、界磁ヨーク３の寸法精度を高くする必要があり、コストアップになってしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、コストアップすることなく、サイドフォースを低減できるコアレス形リニアモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、複数の永久磁石を互いに異極となるように一方向に沿って交互に配置されると共に２列で構成された界磁部と、この２列の界磁部を、相対する前記永久磁石が異極となるように空隙部を介して配置した固定界磁と、前記固定界磁の空隙部内に配置された電機子巻線を有する電機子とを有し、前記電機子が固定された移動子を前記一方向に移動自在に配置した磁石対向型のコアレス形リニアモータにおいて、
前記電機子を前記空隙部の機械的な中心から距離Ｘだけオフセットして配置するとともに、前記界磁部の相対する前記永久磁石の位置誤差に基づくサイドフォースを、電機子電流の位相を前記電機子巻線の誘起電圧に対して電気角でπ／２±αずらすことで打ち消す駆動回路を備えたものである。
【０００７】
本発明においては、電機子を空隙部の機械的な中心から距離Ｘだけオフセットして配置することで、意図的にサイドフォースを発生させ、磁石のずれなど製造上の誤差により発生するサイドフォースを打ち消すことで、結果的にサイドフォースの小さいコアレス形リニアモータを低コストで実現するものである。
前記駆動回路は、予めリニアモータのサイドフォースを測定し、位置に対するサイドフォースの測定結果をデータとして保持する機能を備えるとともに、そのデータに基づいてリニアモータの位置によりサイドフォースを打ち消すよう電気角αを制御する電気角制御手段を持たせることで実現可能である。
前記電気角α(deg)は、−８≦α≦８、α≠０とすることで、リニアモータの有効推力にほとんど影響することなくサイドフォースを発生させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るコアレス形リニアモータの進行方向から見た正断面図であって、固定台、リニアガイド、テーブルおよび磁気センサを組み込んだ状態を示す。図２はコアレス形リニアモータと駆動回路の接続状況を示すブロック図、図３は本発明の動作原理を示す概略図である。なお、本例では、ムービングコイル型リニアモータを例示して説明する。
図１〜３において、１は電機子巻線、２はヨークホルダ、３は界磁ヨーク、４は永久磁石、５は電機子固定板、６は電機子、７は巻線固定板、８は樹脂モールド、９は固定台、１０はテーブル、１１はスライダ、１２はガイドレール、１３は磁気センサ（リニアスケール）、１４は磁気センサ（センサヘッド）、２１は駆動回路、２２は電気角制御手段、２３は演算処理回路、２４はアンプである。
【０００９】
界磁ヨーク３には交互にＮ極、Ｓ極の極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石４が等間隔で配置されており、２列からなる界磁ヨーク３の長手方向に沿って直線状に配列されている。２列の界磁ヨーク３はヨークホルダ２により永久磁石４が互いに異極となるよう対向して締結され、固定子を構成している。また、永久磁石４の磁石列の長手方向には、磁気的空隙を介して対向するように複数個の巻線群からなる平板状に成型されたコアレス型の電機子巻線１を有した電機子６が配置されている。ここで、電機子巻線１は、巻線固定板７に樹脂モールド８により固着され、電機子巻線１を固着した巻線固定板７は電機子固定板５に固定され電機子６を構成する。
かかるリニアモータは、図１に示すように、固定された一対の永久磁石４が、空隙部を介して電機子６を両側から挟み込むように設けられ、かつ、永久磁石４の磁束線が電機子巻線１を貫通するよう磁気回路を構成してなるもの（磁束貫通型構造）であり、電機子巻線１に流れる電流と永久磁石４により発生する磁束の電磁作用により、直線移動するようになっている。
【００１０】
電流と誘起電圧の位相差は９０＋α(deg）としている。電機子固定板５には磁気エンコーダのセンサヘッド１４が、固定台９には磁気エンコーダのリニアスケール１３がそれぞれ取り付けられており、磁気エンコーダの位置信号に基づき駆動回路２１に設けた演算処理回路２３、アンプ２４を介してリニアモータの位置制御や速度制御を行う。
電機子６の中心が磁気的空隙の中心からＸだけオフセットするように電機子固定板５はテーブル１０に固着され、固定台９に設けたガイドレール１２とテーブル１０に取り付けたスライダ１１とで構成されたリニアガイドにより、テーブル１０は進行方向に対して、移動自在に支持される。
また、ここで界磁部を構成する２列の界磁ヨーク３，３の相対する永久磁石４，４の位置誤差に基づくサイドフォースを、電機子電流の位相を電機子巻線１の誘起電圧に対して電気角で９０±α(deg)ずらすことで打ち消す駆動回路２１を備えている。
また、図２に示すように、駆動回路２１は、予めリニアモータのサイドフォースを測定し、位置に対するサイドフォースの測定結果をデータとして保持する機能を備えるとともに、データに基づいてリニアモータの位置によりサイドフォースを打ち消す電気角αを制御する電気角制御手段２２を有するようにしている。さらに、電気角αは、−８≦α≦８(deg）、α≠０としている。その理由については後述する。
【００１１】
次に、図３に基づいて本発明によるサイドフォース低減方法の原理について説明する。図３（ａ）は永久磁石による磁束線の概略図、（ｂ）は電機子巻線が磁気的空隙中心からオフセットした状態でのサイドフォースを説明する図、（ｃ）は電機子巻線が磁気的空隙中心からオフセットし、電機子巻線の位相がずれた状態でのサイドフォースを説明する図である。なお、図３において永久磁石４１１，４１２の極性は空隙対向面での極性を示す。また、原理の説明に関係のない界磁ヨーク３、電機子巻線固定板７、樹脂モールド８は省略した。
図３においては、説明を簡単にするため、空隙を介して対向する永久磁石４同士がずれていない状態で、本発明によりサイドフォースＦsrを発生させ得ることを説明する。サイドフォースＦs（Ｆs＝Ｆsm＋Ｆsr）を低減するには永久磁石のずれなどにより発生したサイドフォースＦsmを相殺するように、サイドフォースＦsrを発生させれば良い。
【００１２】
図３（ａ）に示すように、磁石対向型リニアモータでは永久磁石４１１から出て、電機子巻線１と鎖交し、空隙を通って対向面の永久磁石４１２に到達する主磁束成分Φmと、隣り合う異極の永久磁石４１３へ向かう漏れ磁束成分Φlが存在する。漏れ磁束成分Φlは空隙対向面では逆方向であるため、磁気的な空隙中心では０となる。空隙には所定の相数、極数を有する電機子巻線１を配置するが、簡単のため１巻線分だけ考えると、図３（ｂ）に示すように磁気的空隙中心からオフセットして電機子巻線１を配置しても電機子電流と誘起電圧の位相が電気角で９０(deg)ずれた状態ではΦlにより個々の電線で発生するサイドフォースfsrが互いに打ち消し合うため、電機子巻線１全体で見たサイドフォースFsrは発生しない。
【００１３】
図３（ｃ）に示すように電機子巻線１を磁気的空隙中心からオフセットし、さらに電機子巻線１と誘起電圧の位相を９０（deg）からさらにα(deg)だけ遅らせると、個々の電線に発生するサイドフォースfsrが完全に打ち消されないため、サイドフォースFsrが発生する。サイドフォースFsrの方向は電流位相により変えることができる。
図３（ｃ）ではＦsrは下方向に発生しているが位相を進めればＦsrは上方向に発生する。つまり、電機子巻線を空隙中心に対してどちらにオフセットしても、αの位相を調整することで、サイドフォースFsrの方向は自由に決められる。また、図３(ｃ)では図の説明上、電機子巻線１の配置をずらしているが、実際のリニアモータに適用する場合には、駆動回路２１の電流位相をソフトウェア等により変更すれば良い。
【００１４】
ここで、|α|≦４５（deg）電気角の範囲で|α|を増加すれば、発生するサイドフォースFsrは増加するものの、推力１６も低下してしまう。
電気角αと有効推力の減少率および有効推力の関係を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
この表１から分かるように、αを電気角−８≦α≦８(deg)とすれば有効推力の減少率は100×（1−sin（90±８））＝0.973（％）と１％未満になり、有効推力は９９％台であるので、有効推力にほとんど影響することなくサイドフォースＦsrを発生させることができる。
このようにして、図４で説明した、永久磁石４の磁石自体の寸法誤差や永久磁石４と界磁ヨーク３との接着位置決め精度などにより発生するサイドフォースＦsmを打ち消すようなサイドフォースＦsrを、電流位相を調整して発生させることで、結果的にサイドフォースを低減したリニアモータが得られる。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電機子を前記空隙部の機械的な中心から距離Ｘだけオフセットして配置するとともに、前記界磁部の相対する前記永久磁石の位置誤差に基づくサイドフォースを、電機子電流の位相を前記電機子巻線の誘起電圧に対して電気角でπ／２±αずらすことで打ち消す駆動回路を備えたことで、部材の寸法精度や組立て精度を変えることなく、サイドフォースを低減できるため非常に経済的である。また、寸法精度や組立て精度を向上したリニアモータと組み合わせることでさらにサイドフォースの小さいリニアモータを実現できる。
また、前記駆動回路は、予めリニアモータのサイドフォースを測定し、位置に対するサイドフォースの測定結果をデータとして保持する手段を備えるとともに、そのデータに基づいてリニアモータの位置によりサイドフォースを打ち消すよう電気角αを制御する機能を持たせることで、実現可能である。
なお、移動位置によるサイドフォースの変動が問題とならない場合には、電流位相の調整のみ行えば良く、サイドフォースの測定結果を保持する手段や、αを制御する機能も必要ない。
前記角度αは、−８≦α≦８、α≠０とすることで、有効推力の減少率を１％未満に抑えることができ、リニアモータの有効推力にほとんど影響することなくサイドフォースを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の正断面図である。
【図２】 コアレス形リニアモータと駆動回路の接続状況を示すブロック図である。
【図３】 （ａ）は永久磁石による磁束線の概略図、（ｂ）は電機子巻線が磁気的空隙中心からオフセットした状態でのサイドフォースを説明する図、（ｃ）は電機子巻線が磁気的空隙中心からオフセットし、電機子巻線の位相がずれた状態でのサイドフォースを説明する図である。
【図４】 コアレス形リニアモータの積厚方向の一部を示す断面図である。
【図５】 従来技術を示すもので、（ａ）はガイドおよび電機子巻線、巻線固定板の一体成型後の正面図、（ｂ）は（ａ）の側断面図、（ｃ）は固定子のキャン取り付け状態の側面図である。
【符号の説明】
１：電機子巻線
２：ヨークホルダ
３：界磁ヨーク
４：永久磁石
５：電機子固定板
６：電機子
７：巻線固定板
８：樹脂モールド
９：固定台
１０：テーブル
１１：スライダ
１２：ガイドレール
１３：磁気センサ（リニアスケール）
１４：磁気センサ（センサヘッド）
１５：永久磁石による磁束
１６：推力
１７：キャン
１８：第１ガイド
１９：第２ガイド
２１：駆動回路
２２：電気角制御手段
２３：演算処理回路
２４：アンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnet-facing linear motor used in a machine tool, a semiconductor manufacturing apparatus, and the like, and more particularly to a coreless linear motor suitable for an ultra-precision positioning apparatus used in a semiconductor manufacturing process in a clean room or a vacuum. .
[0002]
[Prior art]
Conventional coreless linear motors include, for example, those disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-275849) by the present applicant.
FIG. 5 shows the configuration, (a) is a front view after integral molding of the guide, armature winding and winding fixing plate, (b) is a side sectional view of (a), and (c) is It is a sectional side view of the stator attached to the can. As shown in FIG. 5, the coreless linear motor of the conventional example includes a smooth belt-like armature winding 1, a non-magnetic winding fixing plate 7 with the armature winding 1 mounted on both sides, and a winding. A non-magnetic can 17 for housing the wire fixing plate 7 and the armature winding 1 and allowing the coolant to flow around both members, and an armature winding for positioning and fixing the winding fixing plate 7 to the can 17 In a canned linear motor having a stator comprising a first guide 18 and a second guide 19 disposed at the upper and lower portions of 1 and a fixed base 20 having a groove for fitting the bottom of the can 17, The guide 18 is provided on the side surface of the armature winding 1 facing the can 17, and the armature winding 1, the winding fixing plate 7, the first guide 18 and the second guide 19 are integrally molded with a resin material. It is. The first guides 18 are discontinuously provided at a predetermined pitch in the longitudinal direction of the armature winding 1.
In this motor, the first and second guides 18 and 19 are integrally molded with a resin material, so that the assembly accuracy of the can 17 and the armature can be increased and the number of manufacturing steps can be reduced.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-275849 (page 3, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional coreless linear motor, although the bonding accuracy between the can 17 and the armature winding 1 can be increased, the side force generated by the deviation of the mover from the magnetic gap center and the bonding error of the permanent magnet is reduced. There was a problem that I could not.
FIG. 4 shows a part of the cross section in the stacking direction of the coreless linear motor. FIG. 4 shows a case where the permanent magnets 4 facing each other through a magnetic gap are displaced by an angle θ. Assuming that the magnetic flux line in the gap is a straight line, the magnetic flux 15 by the permanent magnet is also inclined by θ, so the thrust 16 generated in the armature winding 1 is shifted by an angle θ with respect to the traveling direction, and this force is side force. Fsm is generated. The side force Fsm is expressed by the following equation (1).
Fsm = Bg · sinθ × AT × Lnet (1)
However, Bg: Air gap magnetic flux density AT: Armature magnetomotive force Lnet: Stack thickness
For example, when the XY table of the ultra-precise positioning device is driven by a linear motor, the side force Fsm becomes a disturbance factor with respect to the orthogonal axis, and precise positioning becomes difficult.
If the adhesion accuracy of the permanent magnet 4 is improved, the side force Fsm can be reduced. However, in this case, it is necessary to increase the dimensional accuracy of the permanent magnet 4 and the field yoke 3, which increases the cost.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a coreless linear motor that can reduce side force without increasing the cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the present invention provides a magnetic field portion having a plurality of permanent magnets alternately arranged along one direction so as to have different polarities, and two rows of field portions, and the two rows of fields. The magnetic part has a fixed field arranged through a gap so that the opposing permanent magnets have different polarities, and an armature having an armature winding arranged in the gap of the fixed field. In the coreless linear motor of the magnet facing type in which the mover to which the armature is fixed is arranged to be movable in the one direction,
The armature is disposed offset from the mechanical center of the gap by a distance X, and the side force based on the position error of the permanent magnet facing the field portion is set to the phase of the armature current. A drive circuit is provided that cancels out the induced voltage of the child winding by shifting the electrical angle by π / 2 ± α.
[0007]
In the present invention, the armature is arranged by being offset by a distance X from the mechanical center of the gap, thereby intentionally generating a side force, and generating a side force caused by a manufacturing error such as a magnet shift. As a result, a coreless linear motor with a small side force is realized at low cost.
The drive circuit has a function of measuring the side force of the linear motor in advance and holding the measurement result of the side force with respect to the position as data, and an electrical angle α so as to cancel the side force according to the position of the linear motor based on the data. This can be realized by providing an electrical angle control means for controlling the angle.
By setting the electrical angle α (deg) to −8 ≦ α ≦ 8 and α ≠ 0, side force can be generated with almost no influence on the effective thrust of the linear motor.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view of a coreless linear motor according to an embodiment of the present invention viewed from the traveling direction, and shows a state in which a fixed base, a linear guide, a table, and a magnetic sensor are incorporated. FIG. 2 is a block diagram showing a connection state between a coreless linear motor and a drive circuit, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an operation principle of the present invention. In this example, a moving coil linear motor will be described as an example.
1-3, 1 is an armature winding, 2 is a yoke holder, 3 is a field yoke, 4 is a permanent magnet, 5 is an armature fixing plate, 6 is an armature, 7 is a winding fixing plate, and 8 is a resin. Mold, 9 is a fixed base, 10 is a table, 11 is a slider, 12 is a guide rail, 13 is a magnetic sensor (linear scale), 14 is a magnetic sensor (sensor head), 21 is a drive circuit, 22 is an electrical angle control means, Reference numeral 23 is an arithmetic processing circuit, and 24 is an amplifier.
[0009]
In the field yoke 3, a plurality of permanent magnets 4 constituting the field pole are arranged at equal intervals so that the polarities of the N pole and the S pole are alternately different. Are arranged linearly along. The two rows of field yokes 3 are fastened together by the yoke holder 2 so that the permanent magnets 4 have different polarities, thereby constituting a stator. Further, an electric machine having a coreless armature winding 1 formed in a flat plate shape composed of a plurality of winding groups in the longitudinal direction of the magnet row of the permanent magnet 4 so as to face each other through a magnetic gap. A child 6 is arranged. Here, the armature winding 1 is fixed to the winding fixing plate 7 by the resin mold 8, and the winding fixing plate 7 to which the armature winding 1 is fixed is fixed to the armature fixing plate 5 to constitute the armature 6. To do.
In such a linear motor, as shown in FIG. 1, a pair of fixed permanent magnets 4 are provided so as to sandwich the armature 6 from both sides through a gap, and the magnetic flux lines of the permanent magnet 4 are armatures. A magnetic circuit is formed so as to penetrate the winding 1 (magnetic flux penetration type structure), and moves linearly by the electromagnetic action of the current flowing through the armature winding 1 and the magnetic flux generated by the permanent magnet 4. It has become.
[0010]
The phase difference between the current and the induced voltage is 90 + α (deg). A sensor head 14 of a magnetic encoder is attached to the armature fixing plate 5, and a linear scale 13 of the magnetic encoder is attached to the fixing base 9, and an arithmetic processing circuit 23 provided in the drive circuit 21 based on the position signal of the magnetic encoder. The position control and speed control of the linear motor are performed via the amplifier 24.
The armature fixing plate 5 is fixed to the table 10 so that the center of the armature 6 is offset from the center of the magnetic gap by X, and is composed of a guide rail 12 provided on the fixing base 9 and a slider 11 attached to the table 10. The linear guide thus supported supports the table 10 so as to be movable in the traveling direction.
In addition, the side force based on the position error of the opposing permanent magnets 4, 4 of the two rows of field yokes 3, 3 constituting the field part is calculated here, the phase of the armature current is changed to the induced voltage of the armature winding 1. Is provided with a drive circuit 21 that cancels out by shifting the electrical angle by 90 ± α (deg).
Further, as shown in FIG. 2, the drive circuit 21 has a function of measuring the side force of the linear motor in advance and holding the measurement result of the side force with respect to the position as data, and depending on the position of the linear motor based on the data. Electrical angle control means 22 for controlling the electrical angle α for canceling the side force is provided. Furthermore, the electrical angle α is set to −8 ≦ α ≦ 8 (deg) and α ≠ 0. The reason will be described later.
[0011]
Next, the principle of the side force reduction method according to the present invention will be described with reference to FIG. 3A is a schematic diagram of magnetic flux lines by a permanent magnet, FIG. 3B is a diagram for explaining a side force in a state where the armature winding is offset from the center of the magnetic air gap, and FIG. It is a figure explaining the side force in the state where it was offset from the magnetic air gap center and the phase of the armature winding was shifted. In FIG. 3, the polarities of the permanent magnets 411 and 412 indicate the polarities on the air bearing surface. Further, the field yoke 3, the armature winding fixing plate 7, and the resin mold 8 which are not related to the explanation of the principle are omitted.
In FIG. 3, for simplicity of explanation, it will be described that the side force Fsr can be generated according to the present invention in a state where the permanent magnets 4 facing each other through the gap are not displaced. In order to reduce the side force Fs (Fs = Fsm + Fsr), the side force Fsr may be generated so as to cancel out the side force Fsm generated by the displacement of the permanent magnet.
[0012]
As shown in FIG. 3A, in the magnet-facing linear motor, the main magnetic flux component Φm that exits from the permanent magnet 411, interlinks with the armature winding 1, and reaches the permanent magnet 412 on the facing surface through the gap. Then, there is a leakage magnetic flux component Φl toward the adjacent permanent magnets 413 of different polarities. Since the leakage magnetic flux component Φl is in the opposite direction on the air gap facing surface, it becomes 0 at the magnetic air gap center. An armature winding 1 having a predetermined number of phases and poles is arranged in the gap, but for simplicity, only one winding is offset from the center of the magnetic gap as shown in FIG. Even when the armature winding 1 is arranged, when the armature current and the induced voltage are out of phase by 90 (deg) in electrical angle, the side forces fsr generated by the individual wires due to Φl cancel each other. The side force Fsr seen from the whole line 1 does not occur.
[0013]
As shown in FIG. 3C, when the armature winding 1 is offset from the center of the magnetic air gap, and the phase of the armature winding 1 and the induced voltage is further delayed by α (deg) from 90 (deg), Since the side force fsr generated in the electric wire is not completely canceled, the side force Fsr is generated. The direction of the side force Fsr can be changed by the current phase.
In FIG. 3C, Fsr is generated in the downward direction, but if the phase is advanced, Fsr is generated in the upward direction. That is, the direction of the side force Fsr can be freely determined by adjusting the phase α regardless of which armature winding is offset with respect to the center of the air gap. Further, in FIG. 3C, the arrangement of the armature windings 1 is shifted for the sake of explanation, but when applied to an actual linear motor, the current phase of the drive circuit 21 is changed by software or the like. good.
[0014]
Here, if | α | is increased in the range of | α | ≦ 45 (deg) electrical angle, the generated side force Fsr increases, but the thrust 16 also decreases.
Table 1 shows the relationship between the electrical angle α, the reduction rate of the effective thrust, and the effective thrust.
[0015]
[Table 1]

[0016]
As can be seen from Table 1, if α is an electrical angle −8 ≦ α ≦ 8 (deg), the effective thrust reduction rate is 100 × (1−sin (90 ± 8)) = 0.993 (%), 1% Since the effective thrust is in the 99% range, the side force Fsr can be generated with almost no effect on the effective thrust.
In this way, the side force Fsr which cancels out the side force Fsm generated due to the dimensional error of the magnet itself of the permanent magnet 4 or the adhesion positioning accuracy between the permanent magnet 4 and the field yoke 3 described in FIG. As a result, a linear motor with reduced side force can be obtained by adjusting and generating the current phase.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the armature is disposed by being offset from the mechanical center of the gap by a distance X, and the side force based on the position error of the permanent magnet facing the field portion is set. Is provided with a drive circuit that cancels the phase of the armature current by shifting the electrical angle by π / 2 ± α with respect to the induced voltage of the armature winding without changing the dimensional accuracy and assembly accuracy of the members. It is very economical because the side force can be reduced. Moreover, a linear motor with a smaller side force can be realized by combining with a linear motor with improved dimensional accuracy and assembly accuracy.
In addition, the drive circuit includes means for measuring the side force of the linear motor in advance and holding the measurement result of the side force with respect to the position as data, and is configured to cancel the side force according to the position of the linear motor based on the data. This can be realized by providing a function for controlling the angle α.
When the side force variation due to the moving position does not matter, only the current phase needs to be adjusted, and there is no need for a means for holding the side force measurement result or a function for controlling α.
When the angle α is set to −8 ≦ α ≦ 8 and α ≠ 0, the reduction rate of the effective thrust can be suppressed to less than 1%, and the side force is generated without substantially affecting the effective thrust of the linear motor. Can be made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a connection state between a coreless linear motor and a drive circuit.
3A is a schematic diagram of magnetic flux lines by a permanent magnet, FIG. 3B is a diagram for explaining a side force in a state where an armature winding is offset from a magnetic gap center, and FIG. 3C is an armature winding; It is a figure explaining a side force in the state where a line was offset from a magnetic air gap center and a phase of an armature winding shifted.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the coreless linear motor in the stacking direction.
5A and 5B show a prior art, in which FIG. 5A is a front view after integral molding of a guide, an armature winding, and a winding fixing plate, FIG. 5B is a side sectional view of FIG. It is a side view of the can attached state of a stator.
[Explanation of symbols]
1: Armature winding 2: Yoke holder 3: Field yoke 4: Permanent magnet 5: Armature fixing plate 6: Armature 7: Winding fixing plate 8: Resin mold 9: Fixing base 10: Table 11: Slider 12: Guide rail 13: Magnetic sensor (linear scale)
14: Magnetic sensor (sensor head)
15: magnetic flux by permanent magnet 16: thrust 17: can 18: first guide 19: second guide 21: drive circuit 22: electrical angle control means 23: arithmetic processing circuit 24: amplifier

Claims (3)

複数の永久磁石を互いに異極となるように一方向に沿って交互に配置されると共に２列で構成された界磁部と、この２列の界磁部を、相対する前記永久磁石が異極となるように空隙部を介して配置した固定界磁と、前記固定界磁の空隙部内に配置された電機子巻線を有する電機子とを有し、前記電機子が固定された移動子を前記一方向に移動自在に配置した磁石対向型のコアレス形リニアモータにおいて、
前記電機子を前記空隙部の機械的な中心から距離Ｘだけオフセットして配置するとともに、前記界磁部の相対する前記永久磁石の位置誤差に基づくサイドフォースを、電機子電流の位相を前記電機子巻線の誘起電圧に対して電気角でπ／２±αずらすことで打ち消す駆動回路を備えたことを特徴とするコアレス形リニアモータ。A plurality of permanent magnets are alternately arranged along one direction so as to have different polarities from each other, and a field portion composed of two rows and the two permanent magnets that are opposed to each other are different from each other. A mover having a fixed field arranged through a gap so as to be a pole, and an armature having an armature winding arranged in the gap of the fixed field, the armature being fixed In the coreless linear motor facing the magnet, which is movably arranged in the one direction,
The armature is disposed offset from the mechanical center of the gap by a distance X, and the side force based on the position error of the permanent magnet facing the field portion is set to the phase of the armature current. A coreless linear motor comprising a drive circuit that cancels out an induced voltage of a child winding by shifting the electrical angle by π / 2 ± α. 前記駆動回路は、予め前記リニアモータのサイドフォースを測定し、位置に対するサイドフォースの測定結果をデータとして保持する機能を備えるとともに、前記データに基づいてリニアモータの位置により前記サイドフォースを打ち消す電気角αを制御する電気角制御手段を有するものであることを特徴とする、請求項１に記載のコアレス形リニアモータ。The drive circuit has a function of measuring a side force of the linear motor in advance and holding a measurement result of the side force with respect to a position as data, and an electrical angle for canceling the side force according to the position of the linear motor based on the data The coreless linear motor according to claim 1, further comprising an electrical angle control means for controlling α. 前記電気角α(deg)を、−８≦α≦８、α≠０とした請求項１または２に記載のコアレス形リニアモータ。The coreless linear motor according to claim 1, wherein the electrical angle α (deg) is −8 ≦ α ≦ 8 and α ≠ 0.

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