JP6634341B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
本発明は、直動電動機に関する。 The present invention relates to a linear motor.
特許文献1には、直動電動機の機能と回転電動機の機能とを有する直動回転アクチュエータが開示されている。特許文献1に開示された直動回転アクチュエータは、円筒状の可動子をその中心軸回りに回転させるための磁界を生じるθ電機子巻線と、可動子を中心軸軸長方向に直線移動させるための磁界を生じるX電機子巻線とを備える。この直動回転アクチュエータの可動子は、半径方向を磁化方向とする複数の永久磁石が、交互に極性を反転させるように軸長方向に並べて配置される。また、当該可動子の隣り合う永久磁石の間には、軸長方向に磁化された永久磁石(X磁石)が配置される。この結果、磁極表面における磁束密度が増大し、可動子を直線移動させる推力が増大する。 Patent Literature 1 discloses a linear motion rotary actuator having a function of a linear motion motor and a function of a rotary motor. The linear motion rotary actuator disclosed in Patent Document 1 moves a θ armature winding that generates a magnetic field for rotating a cylindrical mover around its central axis, and linearly moves the mover in the central axis axial direction. And an X armature winding for generating a magnetic field. In the mover of this linear motion rotary actuator, a plurality of permanent magnets whose magnetization directions are in the radial direction are arranged side by side in the axial direction such that the polarity is alternately reversed. A permanent magnet (X magnet) magnetized in the axial direction is arranged between the permanent magnets adjacent to the mover. As a result, the magnetic flux density on the magnetic pole surface increases, and the thrust for linearly moving the mover increases.
特許文献1に記載された直動回転アクチュエータでは、可動子における界磁である永久磁石の間にX磁石を配置することにより、推力の増大を図っている。しかしながら、このように構成すると、X電機子巻線によって生じる磁束が、界磁の永久磁石とX磁石との両方を通過することになり、磁路における永久磁石を通過する長さがX磁石の分だけ大きくなる。鉄心である軟磁性体に比べて永久磁石の透磁率は低く、そのような永久磁石を磁束が通過する長さが大きくなると、それに応じて磁束密度が低下してしまう。その結果、磁気効率が低下する。 In the linear motion rotary actuator described in Patent Literature 1, the thrust is increased by arranging the X magnet between the permanent magnets as the field in the mover. However, with this configuration, the magnetic flux generated by the X armature winding passes through both the field permanent magnet and the X magnet, and the length of the magnetic path passing through the permanent magnet is equal to that of the X magnet. It gets bigger by the minute. The magnetic permeability of the permanent magnet is lower than that of the soft magnetic material that is the iron core, and when the length of the magnetic flux passing through such a permanent magnet increases, the magnetic flux density decreases accordingly. As a result, the magnetic efficiency decreases.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、従来に比して磁気効率を向上させることができる直動電動機を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object of the present invention is to provide a linear motor capable of improving magnetic efficiency as compared with the related art.
上述した課題を解決するために、本発明の一の態様の直動電動機は、電機子コイルを有する電機子と、前記電機子コイルによって生じる磁束が通過し、前記電機子に対向する可動子磁極を構成する永久磁石を有する可動子とを備え、前記可動子は、前記可動子磁極と同一極性の磁極を前記可動子磁極に向けるように配置され、前記磁束が通過することなく前記可動子磁極に生じる磁界を増大させる補助永久磁石をさらに有する。 In order to solve the above-described problem, a linear motor according to one aspect of the present invention includes an armature having an armature coil, and a mover magnetic pole that passes a magnetic flux generated by the armature coil and faces the armature. And a mover having a permanent magnet constituting the mover, wherein the mover is arranged so that a magnetic pole having the same polarity as the mover magnetic pole is directed to the mover magnetic pole, and the mover magnetic pole does not pass through the magnetic flux. Further, there is an auxiliary permanent magnet for increasing the magnetic field generated in the auxiliary magnet.
この態様において、複数の前記永久磁石は、前記可動子の移動方向に延びる軸の周方向に間隔を隔てて配置され、交互に極性を反転させて前記周方向に磁化されており、前記補助永久磁石は、隣り合う2つの永久磁石の間において、前記軸を中心とする円の中心側に配置されており、前記電機子コイルは、前記移動方向に交差する平面内で環状の磁路を形成するように構成されていてもよい。 In this aspect, the plurality of permanent magnets are arranged at intervals in a circumferential direction of an axis extending in a moving direction of the mover, and are alternately reversed in polarity to be magnetized in the circumferential direction. The magnet is disposed between two adjacent permanent magnets on the center side of a circle about the axis, and the armature coil forms an annular magnetic path in a plane intersecting the moving direction. It may be configured to do so.
また、上記態様において、複数の前記永久磁石は、前記可動子の移動方向に延びる軸の周方向に間隔を隔てて配置され、交互に極性を反転させて前記周方向に磁化されており、前記可動子は、隣り合う2つの永久磁石の間に、軟磁性体のヨーク部材を有しており、前記補助永久磁石は、前記ヨーク部材と前記移動方向側に隣接して配置されており、前記電機子コイルは、前記移動方向に交差する平面内で環状の磁路を形成するように構成されていてもよい。 In the above aspect, the plurality of permanent magnets are arranged at intervals in a circumferential direction of an axis extending in a moving direction of the mover, and are alternately reversed in polarity and magnetized in the circumferential direction, The mover has a soft magnetic yoke member between two adjacent permanent magnets, and the auxiliary permanent magnet is disposed adjacent to the yoke member on the moving direction side, The armature coil may be configured to form an annular magnetic path in a plane intersecting the moving direction.
また、上記態様において、複数の前記永久磁石は、前記可動子の移動方向に離れて配置され、隣り合う2つの永久磁石において同一磁極が向き合うように、前記移動方向に磁化されており、前記可動子は、隣り合う2つの永久磁石の間に、軟磁性体のヨーク部材を有しており、前記補助永久磁石は、前記移動方向と交差する方向に前記ヨーク部材に隣接して配置されており、前記電機子コイルは、前記移動方向に平行な平面内で環状の磁路を形成するように構成されていてもよい。 Further, in the above aspect, the plurality of permanent magnets are arranged apart from each other in the moving direction of the mover, and are magnetized in the moving direction such that the same magnetic pole faces two adjacent permanent magnets. The child has a yoke member of a soft magnetic material between two adjacent permanent magnets, and the auxiliary permanent magnet is arranged adjacent to the yoke member in a direction intersecting the moving direction. The armature coil may be configured to form an annular magnetic path in a plane parallel to the moving direction.
また、上記態様において、前記永久磁石は、前記移動方向に直交する断面において円形に配置され、前記ヨーク部材は、前記移動方向に直交する断面において中空の円環状に配置され、前記補助永久磁石は、前記ヨーク部材により形成された円環の中心側に配置されていてもよい。 Further, in the above aspect, the permanent magnet is arranged in a circular shape in a cross section orthogonal to the moving direction, the yoke member is arranged in a hollow annular shape in a cross section orthogonal to the moving direction, and the auxiliary permanent magnet is May be arranged on the center side of the ring formed by the yoke member.
また、上記態様において、前記可動子は、前記可動子の移動方向に延び、前記可動子磁極が設けられた凹部又は凸部を有し、前記電機子は、前記電機子コイルが巻回され、前記可動子磁極に対向する電機子磁極を構成するティース部を有し、前記ティース部は、前記凹部又は前記凸部に対応する凸状又は凹状に形成されていてもよい。 Further, in the above aspect, the mover extends in a moving direction of the mover, and has a concave portion or a convex portion provided with the mover magnetic pole, and the armature has the armature coil wound thereon, It may have a tooth part which constitutes an armature magnetic pole facing the mover magnetic pole, and the tooth part may be formed in a convex shape or a concave shape corresponding to the concave part or the convex part.
本発明によれば、従来に比して磁気効率を高めることができる。 According to the present invention, the magnetic efficiency can be increased as compared with the related art.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、電機子コイルが可動子の移動方向に直交する平面内で環状の閉じた磁路を形成する横方向磁束型の直動電動機について説明する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, a description will be given of a transverse magnetic flux type linear motor in which an armature coil forms an annular closed magnetic path in a plane perpendicular to the moving direction of the mover.
図1は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機100は、電機子110と、可動子120とを備える。なお、以下の説明において、可動子120の移動方向をZ方向、Z方向に延びる中心軸150の周方向をθ方向、中心軸150を中心とした円の半径方向をr方向という。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the linear motor according to the present embodiment. The
図2を参照して、電機子110の構成について説明する。図2は、電機子の構成を示す平面図である。電機子110は、電機子コイル111と、ティース部112と、ヨーク部113とを有する。ヨーク部113はZ方向に延びる貫通孔を有する環状であり、その内側に複数のティース部112が設けられている。ティース部112は、中心軸150を中心として放射状に配置されており、それぞれがr方向に延びている。
The configuration of the
ヨーク部113とティース部112とは電機子部材114として一体的に形成されている。かかる電機子部材114は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。また、ティース部112は、直方体形状をなしており、各ティース部112には導線が巻回され電機子コイル111が形成される。電機子110には、かかるティース部112が8個設けられている。
The
上記のような電機子110は、図1に示すように、Z方向に複数並べて配置される。
As shown in FIG. 1, a plurality of the
次に、可動子120の構成について説明する。図1に示すように、可動子120は、電機子110の内側に配置される。図3は、可動子の構成を示す側面図である。図1及び図3に示すように、可動子120は、中心軸150を中心とした円柱状をなしている。図3に示すように、かかる可動子120は、第1層120a、第2層120b、第3層120c、及び第4層120dがZ方向に積層されて構成される。なお、第1層120a、第2層120b、第3層120c、及び第4層120dを当該順番で繰り返し連続してZ方向に積層してもよい。本実施の形態に係る可動子120は、1組の第1層120a、第2層120b、第3層120c、及び第4層120dが積層されている。
Next, the configuration of the
図4Aは、図3に示すA−A線における可動子の断面図である。同様に、図4B〜図4Dのそれぞれは、B−B線、C−C線、D−D線のそれぞれにおける可動子の断面図である。可動子120は、平面視における中心位置に、円柱状の出力軸160を有している。この出力軸160は、ステンレス鋼等の非磁性体である。
FIG. 4A is a sectional view of the mover taken along line AA shown in FIG. Similarly, each of FIGS. 4B to 4D is a cross-sectional view of the mover along the line BB, the line CC, and the line DD. The
第2層120bの構成を図4Bに示す。第2層120bには、r方向に延びる8個の板状の永久磁石121が中心軸150を中心として放射状に配置されている。つまり、各永久磁石121は、θ方向に等間隔を隔てて配置されている。また、永久磁石121は、板厚方向、即ちθ方向に磁化されており、θ方向に並ぶ順番で交互に極性が反転されている。つまり、隣り合う2つの永久磁石121は、同一磁極が向き合って配置されている。なお、図4A〜図4Dにおいて、矢印は磁化方向を示しており、極性はS→Nとなっている。
FIG. 4B shows the configuration of the
第2層120bにおいて、各永久磁石121の間にはヨーク部材122が配置される。ヨーク部材122は、平面視において、中心軸150を中心とする円環の2つの半径と、その2つの半径の間にある2つの円弧(外側の円弧及び内側の円弧)とで囲まれた形状をなす板状部材である。かかるヨーク部材122は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。
In the
ヨーク部材122は、その両側に設けられた永久磁石121によって磁化される。1つの永久磁石121は、2つのヨーク部材122によって挟まれている。このため、永久磁石121から生じた磁束は、図中破線の矢印で示すように、永久磁石121のS極に面したヨーク部材122を通って当該ヨーク部材122の側面から可動子120の外側の空間(電機子110とのギャップ)に出る。かかる磁束はギャップを永久磁石121の磁化方向の逆方向に進み、永久磁石121のN極に面したヨーク部材122に側面から入り、永久磁石121へと戻る。このため、ヨーク部材122の側面は、可動子磁極122aとして構成される。可動子磁極122aは、当該可動子磁極122aを含むヨーク部材122に面した永久磁石121の磁極と同一極性となる。つまり、ヨーク部材122に永久磁石121のS極が面している場合、当該ヨーク部材122の可動子磁極122aはS極となり、ヨーク部材122に永久磁石121のN極が面している場合、当該ヨーク部材122の可動子磁極122aはN極となる。
The
第2層120bにおいて、ヨーク部材122のr方向内側には、補助永久磁石123が設けられている。補助永久磁石123は、平面視において概ね扇形をなす板状部材であり、その円弧の半径がヨーク部材122の内側の円弧の半径と一致している。つまり、一対の補助永久磁石123とヨーク部材122とによって平面視において扇形が形成され、この一対の補助永久磁石123とヨーク部材122とが、隣り合う永久磁石121の間に配置されている。かかる補助永久磁石123は、r方向に磁化されており、θ方向に並ぶ順番で交互に極性が反転されている。
On the
補助永久磁石123は、可動子磁極122aと同一磁極を、当該可動子磁極122aに向けるように配置される。具体的には、S極の可動子磁極122aを含むヨーク部材122には、補助永久磁石123のS極が面しており、N極の可動子磁極122aを含むヨーク部材122には、補助永久磁石123のN極が面している。これにより、永久磁石121によって生じる磁界に補助永久磁石123によって生じる磁界が加わり、可動子磁極122aに生じる磁界が増大される。なお、ここでいう「磁極を可動子磁極に向ける」とは、補助永久磁石の磁極を、当該補助永久磁石123によって生じる磁束が、可動子磁極を通る位置に置くことをいう。
The auxiliary
第4層120dの構成を図4Dに示す。第4層120dは、第2層120bと同様の構成をなしている。また、第2層120bにおける各永久磁石121のθ方向の位置と、第4層120dにおける各永久磁石121のθ方向の位置とは一致している。つまり、第2層120bにおける永久磁石121のZ方向には、第4層120dにおける永久磁石121が設けられている。第2層120bにおける各ヨーク部材122のθ方向の位置と、第4層120dにおける各ヨーク部材122のθ方向の位置とは一致しており、第2層120bにおける各補助永久磁石123のθ方向の位置と、第4層120dにおける各補助永久磁石123のθ方向の位置とは一致している。但し、第2層120bと第4層120dにおいて、θ方向の同一位置にある永久磁石121の磁化方向は、互いに逆向きとなっている。同様に、第2層120bと第4層120dにおいて、θ方向の同一位置にある補助永久磁石123の磁化方向は、互いに逆向きとなっている。
FIG. 4D shows the configuration of the
第1層120aの構成を図4Aに示す。第1層120aには、8個の補助永久磁石124が設けられている。補助永久磁石124は、平面視において概ね扇形をなす板状部材であり、その円弧の半径はヨーク部材122の外側の円弧の半径と一致している。また、補助永久磁石124の扇形の中心角は、一対の補助永久磁石123とヨーク部材122とによって形成される扇形の中心角と同一である。つまり、補助永久磁石124の扇形と、一対の補助永久磁石123とヨーク部材122とによって形成される扇形とは同一である。
FIG. 4A shows the configuration of the
上記のような補助永久磁石124は、非磁性体の保持部材125によって保持されている。また、補助永久磁石124のZ方向側には、ヨーク部材122及び補助永久磁石123が隣接している。つまり、補助永久磁石124のθ方向の位置と、一対のヨーク部材122及び補助永久磁石123のθ方向の位置とは一致している。このため、1つのヨーク部材122の上面の全体は、1つの補助永久磁石124の下面に接触している。
The auxiliary
補助永久磁石124はZ方向に磁化されており、θ方向に並ぶ順番で交互に極性が反転されている。さらに詳細に説明すると、補助永久磁石123は、可動子磁極122aと同一磁極を、当該可動子磁極122aに向けるように配置される。つまり、S極の可動子磁極122aを含むヨーク部材122には、補助永久磁石124のS極が面しており、N極の可動子磁極122aを含むヨーク部材122には、補助永久磁石124のN極が面している。これにより、永久磁石121によって生じる磁界に補助永久磁石124によって生じる磁界が加わり、可動子磁極122aに生じる磁界が増大される。
The auxiliary
第3層120cの構成を図4Cに示す。第3層120cは、第1層120aと同様の構成をなしている。また、第1層120aにおける各補助永久磁石124のθ方向の位置と、第3層120cにおける各補助永久磁石124のθ方向の位置とは一致している。つまり、第1層120aにおける補助永久磁石124のZ方向には、第3層120cにおける補助永久磁石124が設けられている。また、第1層120aと第3層120cとにおいて、互いにθ方向の同一位置にある補助永久磁石124は、その磁化方向が互いに逆向きとなっている。つまり、第1層120aと第3層120cとにおいて、互いにθ方向の同一位置にある補助永久磁石124は、同一の磁極が向き合うように配置される。
FIG. 4C shows the configuration of the
上記のように構成することで、ヨーク部材122において、可動子磁極122aである側面以外の全ての面が、出力軸160、永久磁石121,補助永久磁石123及び124によって囲まれる。しかも、永久磁石121,補助永久磁石123及び124のヨーク部材122に接する面は、全て当該ヨーク部材122の可動子磁極122aと同一の磁極とされている。これにより、ヨーク部材122からの磁束漏れを防ぎ、可動子磁極122aのみから磁束が出入りする。
With the configuration described above, in the
上記のような構成の直動電動機100において、電機子コイル111に電流を流すと、電機子コイル111の周囲に磁界が発生する。図5は、電機子コイル111から生じた磁路を示す平面断面図である。隣り合う2つの電機子コイル111には、互いに逆向きに電流が流れる。これにより、これらの電機子コイル111が巻回された2つのティース部112と、ヨーク部113と、電機子110の内側の空間とを通る磁路が形成される。このとき、ティース部112の可動子120との対向面が磁極(電機子磁極112a)となる。1つの磁路を形成する2つのティース部112のうち、一方のティース部112の電機子磁極112aがS極となり、他方のティース部112の電機子磁極112aがN極となる。
In the
平面視における各電機子磁極112aのθ方向の角度と、各可動子磁極122aのθ方向の角度とは一致している。つまり、平面視において、電機子磁極112aと可動子磁極122aとが一対一で対向している。したがって、電機子コイル111に電流が流れると、電機子磁極112aとこれに対応する可動子磁極122aとが磁力によって吸引又は反発される。電機子コイル111に流れる電流が制御されることで、電機子コイル111によって生じる磁界が変化し、これによって可動子120がZ方向に移動する。
The angle of each armature
上記のようにして電機子コイル111から生じた磁束は、可動子120の内部を通過する。つまり、S極の電機子磁極112aから出た磁束がN極の可動子磁極122aに入り、永久磁石121を通過してS極の可動子磁極122aから出てN極の電機子磁極112aに入る。このとき、補助永久磁石123及び124には、磁束が通過しない。これにより、磁束が通過する永久磁石は永久磁石121のみとなり、磁路における永久磁石を通過する長さを小さくでき、磁束密度の低下が抑制される。また、補助永久磁石123及び124によって、可動子磁極122aに生じる磁束が増大される。このため、直動電動機100における磁気効率が向上する。
The magnetic flux generated from the
なお、補助永久磁石123及び124の何れかに代えて、これと同一形状の非磁性体を設けてもよい。この場合、非磁性体によっては可動子磁極122aの磁界を増大させることはできないものの、ヨーク部材122からの磁束漏れを防止できる。
Note that a non-magnetic material having the same shape as the auxiliary
(実施の形態2)
本実施の形態に係る直動電動機は、横方向磁束型の直動電動機である。本実施の形態に係る直動電動機の電機子の構成は、実施の形態1に係る直動電動機100の電機子110の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
The linear motor according to the present embodiment is a transverse magnetic flux type linear motor. Since the configuration of the armature of the linear motor according to the present embodiment is the same as the configuration of
図6は、可動子の構成を示す側面図である。図6に示すように、可動子220は、中心軸150を中心とした円柱状をなしている。かかる可動子220は、第1層220a、第2層220b、第3層220c、及び第4層220dがZ方向に積層されて構成される。なお、第1層220a、第2層220b、第3層220c、及び第4層220dを当該順番で繰り返し連続してZ方向に積層してもよい。本実施の形態に係る可動子220は、1組の第1層220a、第2層220b、第3層220c、及び第4層220dが積層されている。
FIG. 6 is a side view showing the configuration of the mover. As shown in FIG. 6, the
図7Aは、図6に示すE−E線における可動子の断面図であり、図7Bは、F−F線における可動子の断面図である。第2層220bの構成を図7Aに示し、第4層220dの構成を図7Bに示す。可動子220は、平面視における中心位置に、円柱状の出力軸260を有している。この出力軸260は、ステンレス鋼等の非磁性体である。
7A is a cross-sectional view of the mover taken along line EE shown in FIG. 6, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the mover taken along line FF shown in FIG. FIG. 7A shows the configuration of the
図7Aに示すように、第2層220bには、r方向に延びる8個の板状の永久磁石221が中心軸150を中心として放射状に配置されている。つまり、永久磁石221は、θ方向に等間隔を隔てて配置されている。また、永久磁石221は、板厚方向、即ちθ方向に磁化されており、θ方向に並ぶ順番で交互に極性が反転されている。つまり、隣り合う2つの永久磁石221は、同一磁極が向き合って配置されている。
As shown in FIG. 7A, eight plate-shaped
第2層220bにおいて、各永久磁石221の間には軟磁性体のヨーク部材222が配置される。ヨーク部材222は、平面視において中心軸150を中心とする扇形をなす板状部材である。かかるヨーク部材222は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。
In the
ヨーク部材222は、その両側に設けられた永久磁石221によって磁化される。1つの永久磁石221は、2つのヨーク部材222によって挟まれている。このため、永久磁石221から生じた磁束は、図中破線の矢印で示すように、永久磁石221のS極に面したヨーク部材222を通って当該ヨーク部材222の側面から可動子220の外側の空間(電機子110とのギャップ)に出る。かかる磁束はギャップを永久磁石221の磁化方向の逆方向に進み、永久磁石221のN極に面したヨーク部材222に側面から入り、永久磁石221へと戻る。このため、ヨーク部材222の側面は、可動子磁極222aとして構成される。可動子磁極222aは、当該可動子磁極222aを含むヨーク部材222に面した永久磁石221の磁極と同一極性となる。つまり、ヨーク部材222に永久磁石221のS極が面している場合、当該ヨーク部材222の可動子磁極222aはS極となり、ヨーク部材222に永久磁石221のN極が面している場合、当該ヨーク部材222の可動子磁極222aはN極となる。
The
図7Bに示すように、第4層220dは、第2層220bと同様の構成をなしている。また、第2層220bにおける各永久磁石221のθ方向の位置と、第4層220dにおける各永久磁石221のθ方向の位置とは一致している。つまり、第2層220bにおける永久磁石221のZ方向には、第4層220dにおける永久磁石221が設けられている。第2層220bにおける各ヨーク部材222のθ方向の位置と、第4層220dにおける各ヨーク部材222のθ方向の位置とは一致している。但し、第2層220bと第4層220dにおいて、互いにθ方向の同一位置にある永久磁石221は、その磁化方向が互いに逆向きとなっている。
As shown in FIG. 7B, the
第1層220a及び第3層220cの構成は、実施の形態1において説明した第1層120a及び第3層120cの構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
The configurations of the
ヨーク部材222において、可動子磁極222aである側面以外の全ての面が、永久磁石221と補助永久磁石124と出力軸260とによって囲まれている。しかも、永久磁石221及び補助永久磁石124のヨーク部材222に接する面は、全て当該ヨーク部材222の可動子磁極222aと同一の磁極とされている。これにより、ヨーク部材222からの磁束漏れを防ぎ、可動子磁極222aのみから磁束が出入りする。
In the
図8は、電機子コイル111から生じた磁路を示す平面断面図である。上記のような構成の直動電動機200において、電機子コイル111に電流が流れると、電機子磁極112aとこれに対応する可動子磁極222aとが磁力によって吸引又は反発される。電機子コイル111に流れる電流が制御されることで、電機子コイル111によって生じる磁界が変化し、これによって可動子220がZ方向に移動する。
FIG. 8 is a sectional plan view showing a magnetic path generated from the
電機子コイル111から生じた磁束は、可動子220の内部を通過する。つまり、S極の電機子磁極112aから出た磁束がN極の可動子磁極222aに入り、永久磁石221を通過してS極の可動子磁極222aから出てN極の電機子磁極112aに入る。このとき、補助永久磁石124には、磁束が通過しない。これにより、磁束が通過する永久磁石は永久磁石221のみとなり、磁路における永久磁石を通過する長さを小さくでき、磁束密度の低下が抑制される。また、補助永久磁石124によって、可動子磁極222aに生じる磁束が増大される。このため、直動電動機200における磁気効率が向上する。
The magnetic flux generated from the
(実施の形態3)
本実施の形態では、電機子コイルが可動子の移動方向に平行な平面内で環状の閉じた磁路を形成する縦方向磁束型の直動電動機について説明する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a vertical magnetic flux type linear motor in which an armature coil forms an annular closed magnetic path in a plane parallel to the moving direction of the mover will be described.
図9は、本実施の形態に係る直動電動機の構成を示す斜視図である。直動電動機300は、電機子310と、可動子320とを備える。
FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the linear motor according to the present embodiment. The
図10を参照して、電機子310の構成について説明する。図10は、電機子の構成を示す側面断面図である。電機子310は、電機子コイル311と、ヨーク部313とを有する。ヨーク部313はZ方向に延びる貫通孔を有する円筒状をなしている。かかるヨーク部313の内側面のZ方向中央部には、電機子コイル311を収容するための円環状の凹部312が設けられている。凹部312には、円環状に導線が巻回されて構成された電機子コイル311が収容される。
The configuration of the
上記のような電機子310は、図9に示すように、Z方向に複数並べて配置される。
As shown in FIG. 9, a plurality of the
次に、可動子320の構成について説明する。図9に示すように、可動子320は、電機子310の内側に配置される。図11は、可動子の構成を示す側面図である。図9及び図11に示すように、可動子320は、中心軸150を中心とした円柱状をなしている。図11に示すように、かかる可動子320は、第1層320a、第2層320b、第3層320c、及び第4層320dがZ方向に積層されて構成される。なお、第1層320a、第2層320b、第3層320c、及び第4層320dを当該順番で繰り返し連続してZ方向に積層してもよい。本実施の形態に係る可動子320は、2組の第1層320a、第2層320b、第3層320c、及び第4層320dが積層されている。
Next, the configuration of the
図12Aは、図11に示すG−G線における可動子の断面図である。同様に、図12B〜図12Dのそれぞれは、H−H線、I−I線、J−J線のそれぞれにおける可動子の断面図である。可動子320は、平面視における中心位置に、円柱状の出力軸360を有している。この出力軸360は、ステンレス鋼等の非磁性体である。
FIG. 12A is a sectional view of the mover taken along line GG shown in FIG. 11. Similarly, each of FIGS. 12B to 12D is a cross-sectional view of the mover along the line HH, the line II, and the line JJ. The
第1層320aの構成を図12Aに示す。第1層320aには、8個の永久磁石321が設けられている。永久磁石321は、平面視において概ね扇形をなす板状部材である。かかる永久磁石321は、r方向に放射状に延びた非磁性体の保持部材325によって保持されている。永久磁石321は、Z方向に磁化されており、第1層320aの永久磁石321の全てにおいて、上面がN極とされ、下面がS極とされている。
FIG. 12A shows the configuration of the
第3層320cの構成を図12Cに示す。第3層320cは、第1層320aと同様の構成をなしている。また、第1層320aにおける各永久磁石321のθ方向の位置と、第3層320cにおける各永久磁石321のθ方向の位置とは一致している。つまり、第1層320aにおける永久磁石321のZ方向には、第3層320cにおける永久磁石321が設けられている。また、第3層320cの永久磁石321は、Z方向に磁化されており、第1層320aの永久磁石321とは磁化方向が逆方向とされている。つまり、第3層320cの永久磁石321の全てにおいて、上面がS極とされ、下面がN極とされている。これにより、第1層320aとの永久磁石321と、第3層320cの永久磁石321とは、同一磁極を向き合わせている。
FIG. 12C shows the configuration of the
第2層320bの構成を図12Bに示す。第2層320bには、8個のヨーク部材322が配置される。ヨーク部材322は、平面視において、中心軸150を中心とする円環の2つの半径と、その2つの半径の間にある2つの円弧(外側の円弧及び内側の円弧)とで囲まれた形状をなす板状部材である。かかるヨーク部材322は、軟鉄、ソフトフェライト等の軟磁性体によって構成される。
FIG. 12B shows the configuration of the
第2層320bにおいて、ヨーク部材322のr方向内側には、補助永久磁石323が設けられている。補助永久磁石323は、平面視において概ね扇形をなす板状部材であり、その円弧の半径がヨーク部材322の内側の円弧の半径と一致している。つまり、一対の補助永久磁石323とヨーク部材322とによって平面視において概ね扇形が形成されている。また、補助永久磁石323の扇形の中心角は、一対の永久磁石321の扇形の中心角と同一である。つまり、補助永久磁石124の扇形と、一対の補助永久磁石323とヨーク部材322とによって形成される扇形と、永久磁石321の扇形は同一である。
On the
また、補助永久磁石323は、r方向に磁化されており、第2層320bの補助永久磁石323の全てにおいて、r方向外側の円弧面がS極とされている。上記の保持部材325は、第1層320aから第4層320dに亘って設けられており、ヨーク部材322及び補助永久磁石323は保持部材325に保持されている。
Further, the auxiliary
第4層320dの構成を図12Dに示す。第4層320dは、第2層320bと同様の構成をなしている。また、第2層320bにおける各ヨーク部材322のθ方向の位置と、第4層320dにおける各ヨーク部材322のθ方向の位置とは一致しており、第2層320bにおける各補助永久磁石323のθ方向の位置と、第4層320dにおける各補助永久磁石323のθ方向の位置とは一致している。第2層320bの補助永久磁石323の全ては、r方向外側の円弧面がN極とされている。
FIG. 12D shows the configuration of the
第1層320a及び第3層320cの永久磁石321の間には、ヨーク部材322及び補助永久磁石323が配置されている。つまり、永久磁石321のθ方向の位置と、一対のヨーク部材322及び補助永久磁石323のθ方向の位置とは一致している。このため、1つのヨーク部材322の上面の全体は、第1層320aの1つの永久磁石321の下面に接触しており、当該ヨーク部材322の下面の全体は、第3層320cの1つの永久磁石321の下面に接触している。
A
ヨーク部材322は、その上下に設けられた永久磁石321によって磁化される。第1層320aの永久磁石321から生じた磁束は、図11、図12A乃至図12Dにおける破線の矢印で示すように、永久磁石321の下面(S極)からヨーク部材322を通って当該ヨーク部材322の側面から可動子320の外側の空間(電機子310とのギャップ)に出る。かかる磁束はギャップを永久磁石321の磁化方向の逆方向に進み、同じ永久磁石321のN極に戻る。また、第3層320cの永久磁石321から生じた磁束は、図中破線の矢印で示すように、永久磁石321の上面(S極)からヨーク部材322を通って当該ヨーク部材322の側面から可動子320の外側の空間(電機子310とのギャップ)に出る。かかる磁束はギャップを永久磁石321の磁化方向の逆方向に進み、第4層320dのヨーク部材322に側面から入り、同じ永久磁石321のN極へと戻る。このため、ヨーク部材322の側面は、可動子磁極322aとして構成される。可動子磁極322aは、当該可動子磁極322aを含むヨーク部材322に面した永久磁石321の磁極と同一極性となる。つまり、第2層320bの可動子磁極322aはS極となり、第4層320dの可動子磁極322aはN極となる。
The
上記のように、第2層320bのヨーク部材322において、可動子磁極322aである側面とは異なる面に、永久磁石321及び補助永久磁石323が接している。また、ヨーク部材322の残った面は、非磁性体の保持部材325に接している。しかも、永久磁石321及び補助永久磁石323のヨーク部材322に接する面は、全て当該ヨーク部材322の可動子磁極322aと同一の磁極(S極)とされている。これにより、ヨーク部材322からの磁束漏れを防ぎ、可動子磁極322aのみから磁束が出入りする。
As described above, in the
補助永久磁石323は、可動子磁極322aと同一磁極を、当該可動子磁極322aに向けるように配置される。つまり、第2層320bにおいては、S極の可動子磁極322aを含むヨーク部材322に、補助永久磁石323のS極が面している。他方、第4層320dにおいては、N極の可動子磁極322aを含むヨーク部材322に、補助永久磁石323のN極が面している。これにより、永久磁石321によって生じる磁界に補助永久磁石323によって生じる磁界が加わり、可動子磁極322aに生じる磁界が増大される。
The auxiliary
上記のような構成の直動電動機300において、電機子コイル311に電流を流すと、電機子コイル311の周囲に磁界が発生する。図13は、電機子コイル311から生じた磁路を示す側面断面図である。隣り合う2つの電機子コイル311には、互いに逆向きに電流が流れる。これにより、各電機子コイル311の断面の回りに環状の磁路が形成される。このとき、ヨーク部313の内周面が電機子磁極313aとなる。
In the
電機子コイル311に電流が流れると、電機子磁極313aと可動子磁極322aとが磁力によって吸引又は反発される。電機子コイル311に流れる電流が制御されることで、電機子コイル311によって生じる磁界が変化し、これによって可動子320がZ方向に移動する。
When a current flows through the
上記のようにして電機子コイル311から生じた磁束は、可動子320の内部を通過する。つまり、S極の電機子磁極313aから出た磁束がN極の可動子磁極322aに入り、永久磁石321を通過してS極の可動子磁極322aから出てN極の電機子磁極313aに入る。このとき、補助永久磁石323には、磁束が通過しない。これにより、磁束が通過する永久磁石は永久磁石321のみとなり、磁路における永久磁石を通過する長さを小さくでき、磁束密度の低下が抑制される。また、補助永久磁石323によって、可動子磁極322aに生じる磁束が増大される。このため、直動電動機300における磁気効率が向上する。
The magnetic flux generated from
(実施の形態4)
本実施の形態に係る直動電動機は、横方向磁束型の直動電動機である。
(Embodiment 4)
The linear motor according to the present embodiment is a transverse magnetic flux type linear motor.
図14は、本実施の形態に係る直動電動機400の構成を示す平面断面図である。図14に示すように、直動電動機400は、電機子410と、可動子420とを備える。
FIG. 14 is a plan sectional view showing the configuration of the
電機子410においては、ティース部412の先端(可動子420と対向する端部)の形状が、平面視において円弧状に突出している。つまり、電機子磁極412aが凸状に形成されている。他方、可動子420においては、ヨーク部材422の外側面(電機子410と対向する面)の形状が、平面視において円弧状に窪んでいる。つまり、可動子磁極422aが凹状に形成されている。ティース部412の先端における凸形状と、ヨーク部材422の蓋側面における凹形状とは互いに対応しており、電機子磁極412aと可動子磁極422aとは全体に亘って一定の距離を隔て、互いに干渉しない。
In the
また、可動子420の外側面における上記の凹形状は、Z方向の全長に亘って延設されている。つまり、可動子420においては、ヨーク部材422だけでなく、第1層及び第3層における補助永久磁石の外側面も、ヨーク部材422と同様に円弧状に窪んでいる。これにより、電機子410と干渉することなく、可動子420がZ方向に移動できる。
The concave shape on the outer surface of the
なお、本実施の形態に係る直動電動機400のその他の構成は、実施の形態1に係る直動電動機100の構成と同様であるので、同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
The other configuration of the
上記のような構成とすることで、電機子410によって生じた磁束をティース部412の先端の電機子磁極412aと可動子磁極422aとの間でもれなく授受できる。図15は、ティース部の形状の他の例を示す部分拡大平面断面図である。図15に示すように、この例の直動電動機では、ティース部512の幅が先端において広がっており、ティース部512の先端部分の両側に薄い拡張部513が設けられる。この拡張部513により漏れ磁束の発生が抑制される。しかし、拡張部513の体積が小さければ、磁気飽和が起こる場合がある。また、隣り合うティース部512同士の拡張部513が近接し合うため、漏れ磁束が生じる場合もある。これに対し、本実施の形態に係る直動電動機400では、ティース部412に体積が小さい突出部分がなく、磁気飽和の発生を抑制できる。また、可動子420に設けられた凹状部分がティース部412の先端を覆うため、漏れ磁束の発生を抑制できる。また、隣り合うティース部512に互いに近接した突出部分がないことも、漏れ磁束の発生を抑制に寄与する。
With the above configuration, the magnetic flux generated by the
(その他の実施の形態)
上記の実施の形態1乃至4においては、可動子が第1層乃至第4層によって構成されたが、これに限定されるものではない。第1層乃至第4層の構成を繰り返し連続して一列に連ねた構成とすることもできる。
(Other embodiments)
In the above-described first to fourth embodiments, the mover is formed of the first to fourth layers. However, the present invention is not limited to this. The configuration of the first to fourth layers may be repeatedly and continuously arranged in a line.
また、上記の実施の形態4においては、横方向磁束型の直動電動機において、ティース部412の先端を凸状に構成し、可動子420の側面に、ティース部412の凸状に対応する凹状部分を設ける構成について述べたが、これに限定されるものではない。図16は、ティース部及び可動子の形状の変形例を示す平面断面図である。図16の(a)及び(b)に示すように、ティース部の先端を凹状に構成し、可動子の側面に、ティース部の凹状に対応する凸状部分を設けてもよい。図16の(a)に示す例では、ティース部の先端が平面視において矩形状に窪み、可動子のティース部に対向する部分が、平面視において矩形状に突出している。また、図16(b)に示す例では、ティース部の先端が平面視において円弧状に窪み、可動子のティース部に対向する部分が、平面視において円弧状に突出している。このようにすることによって、ギャップがティース部によって包まれるようになるため、磁束漏れを防止できる。
Also, in the above-described fourth embodiment, in the lateral magnetic flux type linear motor, the tip of the
本発明の直動電動機は、永久磁石を含む可動子を、電機子コイルに電流を供給することで発生した磁界によって直線移動させる直動電動機として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The linear motor of the present invention is useful as a linear motor in which a mover including a permanent magnet is linearly moved by a magnetic field generated by supplying a current to an armature coil.
100,200,300,400 直動電動機
110,310,410 電機子
111,311 電機子コイル
112,412 ティース部
112a,313a,412a 電機子磁極
113,313 ヨーク部
114 電機子部材
120,220,320,420 可動子
120a,220a,320a 第1層
120b,220b,320b 第2層
120c,220c,320c 第3層
120d,220d,320d 第4層
121,221,321 永久磁石
122,222,322,422 ヨーク部材
122a,222a,322a,422a 可動子磁極
123,124,323 補助永久磁石
125,325 保持部材
150 中心軸
160,260,360 出力軸
312 凹部
100, 200, 300, 400
Claims (4)
前記電機子コイルによって生じる磁束が通過し、前記電機子に対向する可動子磁極を構成する永久磁石を有する可動子と
を備え、
前記可動子は、前記可動子磁極と同一極性の磁極を前記可動子磁極に向けるように配置され、前記磁束が通過することなく前記可動子磁極に生じる磁界を増大させる補助永久磁石をさらに有し、
複数の前記永久磁石は、前記可動子の移動方向に延びる軸の周方向に間隔を隔てて配置され、交互に極性を反転させて前記周方向に磁化されており、
前記可動子は、隣り合う2つの永久磁石の間に、軟磁性体のヨーク部材を有しており、
前記補助永久磁石は、前記ヨーク部材と前記移動方向側に隣接して配置されており、
前記電機子コイルは、前記移動方向に交差する平面内で環状の磁路を形成するように構成されている、
直動電動機。 An armature having an armature coil;
A mover having a permanent magnet constituting a mover magnetic pole through which magnetic flux generated by the armature coil passes and facing the armature;
With
The mover is further provided with an auxiliary permanent magnet arranged to direct a magnetic pole having the same polarity as the mover magnetic pole toward the mover magnetic pole, and increasing a magnetic field generated in the mover magnetic pole without passing the magnetic flux. ,
The plurality of permanent magnets are arranged at intervals in the circumferential direction of an axis extending in the moving direction of the mover, and are alternately reversed in polarity and magnetized in the circumferential direction,
The mover has a yoke member of a soft magnetic material between two adjacent permanent magnets,
The auxiliary permanent magnet is disposed adjacent to the yoke member and the moving direction side,
The armature coil is configured to form an annular magnetic path in a plane intersecting the moving direction,
Linear motor.
前記電機子コイルによって生じる磁束が通過し、前記電機子に対向する可動子磁極を構成する永久磁石を有する可動子と
を備え、
前記可動子は、前記可動子磁極と同一極性の磁極を前記可動子磁極に向けるように配置され、前記磁束が通過することなく前記可動子磁極に生じる磁界を増大させる補助永久磁石をさらに有し、
複数の前記永久磁石は、前記可動子の移動方向に離れて配置され、隣り合う2つの永久磁石において同一磁極が向き合うように、前記移動方向に磁化されており、
前記可動子は、隣り合う2つの永久磁石の間に、軟磁性体のヨーク部材を有しており、
前記補助永久磁石は、前記移動方向と交差する方向に前記ヨーク部材に隣接して配置されており、
前記電機子コイルは、前記移動方向に平行な平面内で環状の磁路を形成するように構成されている、
直動電動機。 An armature having an armature coil;
A mover having a permanent magnet constituting a mover magnetic pole through which magnetic flux generated by the armature coil passes and facing the armature;
With
The mover is further provided with an auxiliary permanent magnet arranged to direct a magnetic pole having the same polarity as the mover magnetic pole toward the mover magnetic pole, and increasing a magnetic field generated in the mover magnetic pole without passing the magnetic flux. ,
The plurality of permanent magnets are arranged apart in the moving direction of the mover, and are magnetized in the moving direction such that the same magnetic poles face each other in two adjacent permanent magnets,
The mover has a yoke member of a soft magnetic material between two adjacent permanent magnets,
The auxiliary permanent magnet is disposed adjacent to the yoke member in a direction intersecting the moving direction,
The armature coil is configured to form an annular magnetic path in a plane parallel to the movement direction,
Linear motor.
前記ヨーク部材は、前記移動方向に直交する断面において中空の円環状に配置され、
前記補助永久磁石は、前記ヨーク部材により形成された円環の中心側に配置されている、
請求項2に記載の直動電動機。 The permanent magnet is arranged in a circular shape in a cross section orthogonal to the moving direction,
The yoke member is disposed in a hollow annular shape in a cross section orthogonal to the moving direction,
The auxiliary permanent magnet is disposed on a center side of a ring formed by the yoke member,
The linear motor according to claim 2 .
前記電機子は、前記電機子コイルが巻回され、前記可動子磁極に対向する電機子磁極を構成するティース部を有し、
前記ティース部は、前記凹部又は前記凸部に対応する凸状又は凹状に形成されている、
請求項1乃至3の何れかに記載の直動電動機。
The mover extends in the moving direction of the mover, and has a concave portion or a convex portion provided with the mover magnetic pole,
The armature has a teeth portion around which the armature coil is wound and which constitutes an armature magnetic pole facing the mover magnetic pole,
The teeth portion is formed in a convex or concave shape corresponding to the concave portion or the convex portion,
Linear motor according to any one of claims 1 to 3.
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