JPH11178310A

JPH11178310A - リニアモータ

Info

Publication number: JPH11178310A
Application number: JP34348697A
Authority: JP
Inventors: Toru Shikayama; 透鹿山; Yasuyuki Sakaguchi; 安幸坂口; Kenichi Sadakane; 健一貞包; Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本; Yukio Tsutsui; 筒井　　幸雄
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 1999-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: JP3944799B2

Abstract

(57)【要約】【課題】界磁永久磁石と分割コアの歯先端に作用する
吸引力を打ち消し、リニアモータの発熱を小さくでき、
さらに、コギング力を小さくできるリニアモータの構造
を提供する。【解決手段】固定子６に電機子巻線１２を施し、可動
子１に複数の界磁とした永久磁石４を配備したリニアモ
ータにおいて、固定子６は、電機子巻線１２を集中巻き
した分割コア１１を傾斜した状態で連結した電機子ユニ
ット１０を２ｎ（ｎは自然数）個備え、可動子１は、非
磁性材フレーム７に永久磁石４を隣と異極になるように
配置して構成した磁石ユニット３をｎ個備え、電機子ユ
ニット１０の２個が磁石ユニット３の１個を左右一定の
空隙となるように挟み込んで構成したモータ組みをｎ組
構成したリニアモータ。これにより、吸引力、コギング
力、発熱のすべてが小さいリニアモータが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコギング力、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、あるいは工作機テ
ーブルの送りに用いられるリニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な可動マグネット形リニア
同期モータは、可動子は界磁用永久磁石を移動方向に並
べ、固定子は電機子巻線を施して構成される。例えば、
毎極毎相のスロット数１／２の３相リニアモータの側面
から見た断面図を図１９に示す。まず、可動子３１につ
いて説明する。可動子３１は界磁用の永久磁石３２と界
磁ヨーク３３から成る。界磁ヨーク３３は可動子３１の
移動方向に沿って伸びた平板状を成し、その下に永久磁
石３２が所定の極ピッチで極性が交互に異極となるよう
に配置されている。次に、固定子３４について説明す
る。固定子３４は、スロット内の巻線占積率を上げる例
として、分割コアとした例を示す。まず、１個の分割コ
ア３５には、電機子巻線３６が集中巻きされている。そ
れを移動方向に連結し、その分割コア３５の底面をネジ
穴等を設けている固定子フレーム３７に固着して、構成
している。以上示した分割コア３５の連結方法は、回転
形サーボモータ等に多く応用されているものであり、こ
れをリニアモータに置き換えたものである。

【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。固定子３４の分割コア
３５の歯先端と可動子３１の界磁永久磁石３２とは近接
している。そのために、界磁永久磁石３２と分割コア３
５の歯先端に大きな吸引力が作用する。この大きさは最
大推力の３〜５倍程度である。そのために、リニアガイ
ド（図示せず）に発生する摩擦力が非常に大きなものと
なり、リニアガイドとリニアモータの発熱が大きくなっ
た。また、吸引力による可動子３１のたわみを回避する
ために、可動子３１を強固にする必要が生じる。よっ
て、可動子重量が大きくなり、高加減速運動が不向きで
あった。さらに、分割コア連結部のクリアランスにバラ
ツキがあるために、磁束のアンバランスが生じコギング
力が発生した。また、ギャップが不均一であったり、可
動子３１の場所によってギャップが変動することによっ
てもコギング力の原因となった。よって、非常に微少な
位置決め性能が要求される用途への適用が困難であっ
た。そこで本発明が解決しようとする課題は、界磁永久
磁石と分割コアの歯先端に作用する吸引力を打ち消し、
リニアモータの発熱を小さくでき、さらに、コギング力
を小さくできるリニアモータの構造を提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の第１の手段は、固定子に電機子巻線を施
し、可動子に複数の界磁とした永久磁石を配備したリニ
アモータにおいて、前記固定子は、電機子巻線を集中巻
きした分割コアを傾斜した状態で連結した電機子ユニッ
トを２ｎ（ｎは自然数）個備え、前記可動子は非磁性材
フレームに前記永久磁石を隣と異極になるように配置し
て構成した磁石ユニットをｎ個備え、前記電機子ユニッ
トの２個が前記磁石ユニットの１個を左右一定の空隙と
なるように挟み込んで構成したモータ組みをｎ組構成す
る。また、前記磁石ユニットの左右にある前記２個の電
機子ユニットの分割コアの倒れ方向を逆方向にしたり、
前記電機子ユニットの両端に、前記分割コアより積厚が
小さい補助分割コアを設けたり、前記電機子ユニットを
固定する部材を、連結した前記分割コアの形状に沿って
階段状に溝を設け、前記電機子ユニットを位置決め固定
したりする。以上の第１の手段によって、永久磁石と分
割コアの歯先端に生じる吸引力が左右で相殺される。そ
のため従来例に示した吸引力による問題を解決すること
ができる。また、固定子の分割コアをスキュー角分傾斜
した状態で連結することにより、スロット内の巻線占積
率を向上しかつコギング力を小さくすることができる。
つまり、吸引力、コギング力、発熱のすべてが小さいリ
ニアモータが可能となる。

【０００５】また、本発明の第２の手段は、界磁に永久
磁石、もしくはモータの２次側である２次導体や誘導子
を左右対向するように配設し、電機子はコアに巻線を巻
回し、前記界磁またはモータの２次側の間に配置したリ
ニアモータにおいて、前記電機子は、コアまたは分割コ
アに、各相巻線を集中巻きした後、コアまたは分割コア
を前記界磁もしくは２次側に対し斜めになるように連結
して構成する。また、分割コアの形状を十字型やＴ形に
したりＩ形にしたりして構成する。さらに、前記可動子
を移動方向に対し前後方向または上下方向に２個配置す
ると共に、前後方向または上下方向の前記分割コアを逆
方向に傾斜させたりする。以上の第２の手段により、可
動子に生じる吸引力が左右で相殺される。また、界磁の
永久磁石に対し可動子の分割コアが斜めに配置されるた
めに、コギング力が低減される。また、このときの電機
子巻線の巻数は、分割コアを斜めに倒す角度には一切左
右されないため、巻線占積率が高く発熱の小さいものと
なっている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発面の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は本発明の第１実施例における
正面から見た正断面図、図２は図１のＡ−Ａ’における
断面図を表している。このリニアモータは毎極毎相のス
ロット数が１／２である。これらの図において、１は可
動子、２は界磁ヨーク、３は磁石ユニット、４は永久磁
石、５はリニアガイド、６は固定子、７は固定子フレー
ム、８は固定部材、９は固定ボルト、１０は電機子ユニ
ット、１１は分割コア、１２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
に可動子を支持するためのリニアガイド５、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３から構成される。１個の磁石ユニット３には永久磁
石４が９個配備されるが、両側の永久磁石の幅は、内側
のものの幅に対し約半分となっており、磁束がバランス
するようになっている。次に、固定子６について説明す
る。固定子６は、２個の磁石ユニット３を挟み込んでい
る４個の電機子ユニット１０、その電機子ユニット１０
を貼り付けている山形の固定部材８、リニアガイド５と
山形の固定部材８を受けている固定子フレーム７より構
成される。１個の電機子ユニット１０は、１８個の分割
コア１１とそれに予め集中巻きした電機子巻線１２より
構成される。さらに、この巻線表面は熱伝導の良い樹脂
でスタイキャストされている。

【０００７】ここで、分割コア１１の連結方法を図３，
４に基づいて説明する。図３は電機子ユニット１０の上
面から見た図であり、電機子ティース先端の並びを示し
ている。このように電機子ティースは斜めに倒れて並ん
でいる。また、これを斜視図として表したものを図４
（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）は電機子巻線１２を
施した後の連結を示すものであり、図４（ｂ）は分割コ
ア１１単体同士を連結したものを示している。電機子テ
ィースを斜めに並べるようにするため、分割コア１１の
連結部では丁度階段状になっている。また、この倒れ角
は、コギング力が発生する周期を消すために、スロット
ピッチの半分となっている。以上のように構成すると、
まず、永久磁石４の両側を電機子の分割コア１１で挟み
込んでいるために吸引力が相殺される。次に、分割コア
であるため、スロット内の巻線占積率は著しく向上し、
発熱を小さくできる。さらに、分割コア１１を永久磁石
４の並び方向に対し傾斜した状態で連結しているため、
コギング力を小さくすることができる。

【０００８】次に第２実施例について説明する。図５は
本発明の第２実施例における磁石ユニット３を挟んだ２
個の電機子ユニット１０の上面から見た図であり、電機
子ティース先端の並びを示している。ここで、実線は右
側の電機子ユニット１０Ｒのティース先端、破線は左側
の電機子ユニット１０Ｌのティース先端を表している。
つまり、磁石ユニット３を挟んで左右の分割コア１１の
倒れ方向が逆になっている。このような構成により、分
割コア１１を倒すことによって生じる推力の縦方向成分
は、左右の電機子ユニット１０Ｌ、１０Ｒの分割コア１
１を逆方向に倒すことによって互いに打ち消し合う。つ
まり、可動子１のピッチングを引き起こさないようにな
る。

【０００９】次に第３実施例について説明する。図６は
本発明の第３実施例における電機子ユニット１０の上面
から見た図であり、電機子ティース先端の並びを示して
いる。第１実施例よりもさらに分割コア１０の倒れ角を
大きくした場合、電機子ユニット１１両端では分割コア
が無い三角形の所が大きくなる。つまり、可動子の有効
ストローク範囲が短くなってしまう。そこで、第３実施
例では、この三角形の所に電機子巻線が巻かれた分割コ
アと同じ断面形状であるが積厚の小さい補助分割コア１
１’を連結している。このようにすることによって、電
機子ユニット１０の長さから可動子長を差し引いた分を
可動子１の有効ストロークにすることができる。

【００１０】次に第４実施例について説明する。図７は
電機子ユニット１０とそれを固定するための固定部材８
を斜視図で表したものである。分割コア１１の連結部は
階段状となっているため、これに合わせて固定部材８に
凸凹を設けている。そして、分割コア１１の底面と階段
状になった側面が固定部材８との接着面となる。よっ
て、電機子ユニット１０は精度良く位置決めされると共
に接着面が増えることによって接着はがれ等の問題が無
くなる。以上の実施例では可動マグネット形で示した
が、可動コイル形で構成してももちろん良い。また、第
１乃至４実施例では毎極毎相のスロット数を１／２で説
明を行っているが、他のコンビネーションとしてももち
ろん良い。

【００１１】図８は本発明の第５実施例を上から見た断
面図、図９は側面から見た電機子ティース表面と永久磁
石の位置関係を示した図である。また、図１０は図９に
おけるＡ−Ａ’断面図である。図１１（ａ）は電機子部
分の斜視図、図１１（ｂ）は分割コアの連結を示す斜視
図、図１２は可動子の組立を示す斜視図である。このリ
ニアモータは８ポール９スロットを基本構成としてい
る。これらの図において、２１は可動子、２１Ｕは可動
子上部材、２１Ｄは可動子下部材、２２は十字形分割コ
ア、２３は電機子巻線、２４は可動子上部材２１Ｕと可
動子上部材２１Ｄを結合するボルト、２５Ｌは左側固定
子、２５Ｒは右側固定子、２６は固定子のバックヨー
ク、２７は永久磁石である。本実施例において、固定子
は、右側固定子２５Ｒと左側固定子２５Ｌの２つから構
成される。それらは、同じ構造をしており、丁度内側が
対向するように配置されている。各固定子２５Ｌ、２５
Ｒは、界磁とした永久磁石２７とそれを貼り付けている
バックヨーク２６で構成される。可動子２１は、これら
２つの固定子２５Ｌ、２５Ｒ間にあり、その上面は図示
しない負荷に固定され、長手方向に移動自在に支持され
ている。可動子構造は、十字形の分割コア２２に予め電
機子巻線２３を集中巻きし、それを９個それぞれ所定の
角度に傾斜した状態で連結している。そして、可動子上
部材２１Ｕと可動子下部材２１Ｄとで挟み込み、分割コ
ア２２中央に開けた貫通穴２２ａにボルト２４を通して
固定している。

【００１２】次に第６実施例について説明する。図１３
（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１３（ｂ）は
側面から見た電機子ティース表面を示した図である。ま
た、図１４は図１３（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図であ
る。このリニアモータの基本構成は８ポール９スロット
である。本実施例では、可動子分割コア２８の形状をＴ
形とし、それら連結部分の継鉄に電機子巻線２３を集中
巻きしている。そして、第５実施例と同じくＴ形の分割
コア２８を傾斜した状態で連結している。

【００１３】次に第７実施例について説明する。図１５
（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１５（ｂ）は
側面から見た電機子ティース表面を示した図である。ま
た、図１６は図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図であ
る。このリニアモータの基本構成も８ポール９スロット
である。本実施例では、可動子２１の分割コア２９の形
状をＩ形とし、それら電機子ティースに電機子巻線２３
を集中巻きしている。そして、第１、２実施例と同じく
Ｉ形の分割コア２９を傾斜した状態で連結している。

【００１４】次に第８実施例について説明する。図１７
（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１７（ｂ）は
側面から見た電機子ティース表面を示した図である。本
実施例では、可動子２１は、その前方と後方にそれぞれ
８スロット９ポールを基本とした電機子を合体させてい
るが、それぞれの分割コアの傾斜方向を逆方向にしてい
る。この構成によって、分割コアを斜めにしても残って
いる上下方向の力をさらに相殺することができる。

【００１５】次に第９実施例について説明する。図１８
（ｂ）は本実施例の側面から見た電機子ティース表面を
表す図、図１８（ａ）は図１８（ｂ）におけるＡ−
Ａ’断面図である。本実施例は、それぞれ８スロット９
ポールを基本とした電機子２５を移動方向に対し上方と
下方とに２個配置すると共に、左方と右方の分割コア３
０を逆方向に傾斜させたものである。この構成によっ
て、第８実施例と同様に、可動子２１Ｌ，２１Ｒの左右
方向の力を相殺することができる。

【００１６】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、界磁
用永久磁石を２個の電機子ユニットで挟み込んだり、可
動子を界磁用永久磁石で挟み込んだりすることにより、
従来の問題であった吸引力が相殺される。また、電機子
巻線は分割コアによってスロット内の巻線占積率が非常
に大きくできるため、リニアモータの発熱を小さくでき
る。さらには、分割コアが永久磁石の並びに対し傾斜し
ているため、コギング力も小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す正断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す電機子ユニット上
面図である。

【図４】本発明の第１実施例を示す斜視図であり、
（ａ）は電機子巻線を施した後の連結を示すものであ
り、（ｂ）は分割コア単体同士を連結したものを示して
いる。

【図５】本発明の第２実施例を示す電機子ユニット上
面図である。

【図６】本発明の第３実施例を示す電機子ユニット上
面図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す斜視図である。

【図８】本発明の第５実施例を上から見た断面図であ
る。

【図９】本発明の第５実施例を側面から見た電機子テ
ィース表面と永久磁石の位置関係を示した図である。

【図１０】図９におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１１】（ａ）は本発明の第５実施例の電機子部分
の斜視図、（ｂ）は分割コアの連結を示す斜視図であ
る。

【図１２】本発明の第５実施例の可動子の組立を示す
斜視図である。

【図１３】（ａ）は本発明の第６実施例における上か
ら見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表
面を示した図である。

【図１４】図１３（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図であ
る。

【図１５】（ａ）は本発明の第７実施例における上か
ら見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表
面を示した図である。

【図１６】図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図であ
る。

【図１７】（ａ）は本発明の第８実施例における上か
ら見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表
面を示した図である。

【図１８】（ｂ）は本発明の第９実施例における側面
から見た電機子ティース表面を表す図、図１８（ａ）
は図１８（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。

【図１９】従来技術による構造図である。

【符号の説明】

１可動子、２界磁ヨーク、３磁石ユニット、４
永久磁石、５リニアガイド、６固定子、７固定子
フレーム、８固定部材、９固定ボルト、１０電機子
ユニット、１１分割コア、１２電機子巻線、２１
可動子、２１Ｕ可動子上部材、２１Ｄ可動子下部材、
２２十字形分割コア、２３電機子巻線、２４ボル
ト、２５Ｌ左側固定子、２５Ｒ右側固定子、２６
バックヨーク、２７永久磁石、２８，２９，３０分
割コア、３１可動子、３２永久磁石、３３界磁ヨー
ク、３４固定子、３５分割コア、３６電機子、３
７固定子フレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本恭祐福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内 (72)発明者筒井幸雄福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子に電機子巻線を施し、可動子に複
数の界磁とした永久磁石を配備したリニアモータにおい
て、前記固定子は、電機子巻線を集中巻きした分割コアを傾
斜した状態で連結した電機子ユニットを２ｎ（ｎは自然
数）個備え、前記可動子は、非磁性材フレームに前記永久磁石を隣と
異極になるように配置して構成した磁石ユニットをｎ個
備え、前記電機子ユニットの２個が前記磁石ユニットの１個を
左右一定の空隙となるように挟み込んで構成したモータ
組みをｎ組構成したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】前記磁石ユニットの左右にある前記２個
の電機子ユニットの分割コアの倒れ方向が、逆方向であ
ることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】前記電機子ユニットの両端に、前記分割
コアより積厚が小さい補助分割コアを設けたことを特徴
とする請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項４】前記電機子ユニットを固定する部材を、
連結した前記分割コアの形状に沿って階段状に溝を設
け、前記電機子ユニットを位置決め固定することを特徴
とした請求項１乃至３のいずれかの項に記載のリニアモ
ータ。
【請求項５】界磁に永久磁石、もしくはモータの２次
側である２次導体や誘導子を左右対向するように配設
し、電機子はコアに巻線を巻回し、前記界磁またはモー
タの２次側の間に配置したリニアモータにおいて、前記電機子は、コアまたは分割コアに、各相巻線を集中
巻きした後、前記コアまたは分割コアを前記界磁もしく
は２次側に対し斜めになるように連結して構成したこと
を特徴とするリニアモータ。
【請求項６】前記電機子を移動方向に対し前後方向ま
たは上下方向に２個配置すると共に、前後方向または上
下方向の前記分割コアを逆方向に傾斜させたことを特徴
とする請求項５に記載のリニアモータ。