JPS5921272A - リニアモ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可動子が直線的に移動するＩ）−＝−アモータ
に関するものである。

第１図は従来のリニアモータの一例を示す構成図で、（
Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（
Ｃ）ハ（Ａ）ＱＢ　−Ｂ　１ｆｆＪ断面図、（Ｄ）’ｔ
ｉ　（Ａ）　ノ”　ｉｔｓ　断＋ｎｔ図である。

この第１図において、可動子２は複数個の界磁脚（この
実施例では２１１，２１２．．２１３と２２１．２２２
．２２３の各々３個）をもった一対の鉄心２１，２２、
この一対の鉄心ハ、２２′の間に介在され、バイアス磁
束を供給する役目をもつ永久磁石２ｏおよび一対の鉄心
２１．２２の互に隣り合う界磁脚２１１と２２１（２１
２と２２２．２１３と２２３）にまたがって巻回された
複数個（とこでは３１．３２．３３の３個）の励磁巻線
で構成されている。また、各界磁脚（２１１’、２１２
，２１３，２２１．２２２゜２２３）の走行路に面した
端部には、ピッチＰの複数の磁極歯を形成し、各磁極歯
の位相関係は、第１図（Ｃ）に示す様に鉄心２１の界磁
脚２１１゜２１２　、２１３に設けた磁極歯を同一位相
とし、鉄心２２の界磁脚２２１．２２２．２２３に設け
□　　た磁極歯を同一位相とし、鉄心２１．２２の互に
隣り合う界磁脚２１１と２２１　（２１２と２２２゜２
１３と２２３）の磁極歯の位相を−・Ｐずらして配置し
ている。また、走行路１は磁性材よシなシ、前記可動子
２に設けた磁極歯と対向する面に可動子２の磁極歯と同
一ピッチＰの磁極歯を複数個設けている。ここで前記走
行路１の磁極歯は前記可動子２の移動方向に沿って複数
列（この実施列では１１．’１２．１３の３列）の磁極
歯列が存在し、この磁極歯列１１．１２．’＋３の位相
関係は、可動子２の移動方向にに７ｍ−Ｐ（ｍはリニア
モータの相数、ｋはｍ）ｋなる関係の整数）ずれて配置
され、この実施例では磁極歯列１１と１２（１２と１３
．１３と１１）で、ｐ位相をずらせて配置している。

このように構成したリニアモータにおいて、永久磁石２
０が第１図（Ａ）に示すような方向に着磁されているも
のとすれば、可動子２′と走行路１との間には、同図の
２０１．ｊ／Ｃ示す方向に磁束が発生している。つオシ
鉄心２１．走行路１．鉄心２２の向きのバイアス磁束が
有角する。いま、界磁脚２１１．２２１に巻回されてい
る励磁巻線３１に励磁電流を流すと、この励磁電流によ
多発生する磁束がバイアス磁束と重畳し、界磁脚２１１
と走行路１の磁極歯列１１との間の磁束が増大し、界磁
脚２２１と走行路１の磁極歯列１１との間の磁束が減少
する。この結果、可動子２の界磁・脚２１１と走行路１
の磁極歯列１１とが互いに引き合い、その空隙のレラク
タンスが最も小さくなる第１図（Ａ）に示す位置で可動
子２は保持される。次に界磁脚２１２と２２２に巻回さ
れている励磁巻線に励磁電流を流すと、今度は界磁脚２
１２と走行路１の磁極歯列１２との間の磁束が増大し互
いに引き合うので可動子２は右側に移動する。ここで可
動子２の移動量は、走行路に設けられた磁極歯列１１．
１２の位相が可動子の移動方向に、Ｐずらして配列して
いる為１．Ｐだけ移動することとなる。以下同様にして
、励磁巻線３３，３１．３２３３、・・・・・・と順次
励磁電流を流せば、可動子２は、−ｐを最小移動量とし
て右側に順次移動する。

また、励磁巻線３３，３２，３１．・・・・・・順で励
磁電流を流せば可動子２は左側へ移動する。

一方、励磁巻線３１，３２．３３に流す励磁電流の流れ
方向を前記の場合と逆にすると、鉄心２２の界磁脚２２
１　（２２２，２２３）と走行路１の磁極歯列１１（１
２，１３）との間の磁束が増大し、両者間で引き合うこ
ととなる。したがって励磁巻線３１，３２，３３．・・
・・・・に前記の場合と逆方向の励磁電流を順次流せば
、同様に可動子２は−Ｐを最小移動量として右側に移動
する。また、励磁巻線３３，３２，３１．・・・・・・
の順に前記の場合とは逆方向の電流を流せば、可動子２
は酉Ｐを最小移動量として左側に移動する。ここで可動
子２の界磁脚２１１と２１２（２１２と２２２゜２１３
と２２３）とに設けた磁極歯の位相は、可動子２の移・
動方向に１・Ｐだけずらして配置しているので、励磁巻
線に流す励磁巻線流の流れ方向を正方向とした場合と、
負方向（逆方向）とした場合とでは、可動子２の停専位
置は互に重な、ることはなく、−Ｐだけずれるととにな
る。つまり励磁巻線３１，３２．３３に流す励磁電流の
切り換えと、その励磁電流の流す方向を変えて順次励磁
電流を励磁していくことによシ最小移動量、ｐで可動子
２が移動する。また、上記説明において単相励磁でのみ
説明してきたが、多相励磁にすることで、推力を増大さ
せることができる。

ところで、この種のリニアモータを産業用Ｕ　７Ｊ−ニ
ット等の大型機械の１駆動用として用いる場合に大きな
欠点がある。大型機械を高速で駆動する場合、リニアモ
ータに要求される推力は数１０ｋｇから１００　ｋｇと
非常に大きい。この大推力を実現するには、必然的にモ
ータ自体の寸法が大きくなるわけであるが、リニアモー
タの幅寸法の増大は、リニアモータのなめらかな動きを
阻害する大きな要因となる。第１図に示す従来例のりニ
アモータに重心は、はぼモータの中心部にあたるのに対
し、推力を発生する磁極歯３１１．２１３，２２１　。

２２３は、モータの幅方向Ｋｍ心から離れた位置にあり
、この部分で発生した推力は、可動子に回転モーメント
を与え、その結果いわゆる［−こぜり」を発生しやすく
、円滑な運動が阻害される。これは幅寸法が大きくなる
程顕著である為、モータ寸法をあまり大きくできず、結
果として大推力を要求される大型機械には不向きであっ
た。

−また、仮に小型小推力のもの−Ｃあて・でもスう一ノ
ブモータとして、高精度を要求される飴置決り１機器に
使用する場合やザーボモータとしてなめらかな動きを要
求される機器に使用する場合、こ」１７リヨは、ステッ
プ七−夕では、位置決め精度や入力応答性能を悪化させ
、ザーボモークでは、なめらかな動きを阻害する要因と
なる。

また、高分解なモータやトルクリップルが小さく、なめ
らかに運動するモータを実現するにＣ：ｊ、一般にモー
タをより多相化することが非常に有効な手段であるこ俵
は周知であるが、第１図に示すリニアモータにおいては
、相数を増やす（例えば５相にする）ことは、可動子の
幅寸法を増やしてし甘うことが多く、その為に前述した
回転モーメントがより大きくなってし２まい、結果とし
てより大きなこぜりを発生してしまって、要求を満足す
」 る手段にはならず実現が難しい。

以上のように、第１図に示すリニアモータは、応用範囲
の非常に限られたものであった。

本発明は以上の従来例の欠点を排除し、応用範囲を大き
く拡大したりニアモータを提供するものであり、以下、
図面を以って詳しく説明してゆく。

第２図は本発明の一実施例を示す構成図で、（Ａ）は縦
断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＤ−Ｄ線断面図、（Ｇ）は（
Ａ）のＥ−Ｅ線断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＦ−Ｆ線断面
図である。

この第２図においτ、可動子５は２　ｍ−ｎ個の界磁脚
（この実施例では迅＝＝３．ｎ＝−こ１で、５１１゜５
１２　、６１３　、６１４　、６１６と５２１，５２２
゜５２３．６２４．５２５の各々５個）をもった一対の
鉄心５１，６２、この一対の鉄心の間に介在され、バイ
アス磁束を供給する役「１をもつ永久磁石６０および−
・対の鉄心５１．６２の互いに隣り合う界磁脚５１１と
５２１（６１２と５２２゜５１３と５２３．６１４と６
２４．５１５と５２５）に１だがって巻回された複数個
（ここでは６１゜６２．６３．６４．６６の５個）の励
磁巻線で構成されている。またｎｆＪ記各界磁脚の走行
路に面した端部（では、ビノヂＰの磁極歯群を形成し、
各磁極歯群の位相関係は、第２図（Ｃ）に示す様に鉄心
５１の界磁脚６１１．６１２，６１３，６１４゜５１６
に設けた磁極歯を同一位相とし、鉄心５２の界磁脚５２
１．５２２．６２３．５２４．６２６に設けた磁極歯を
同一位相とし、鉄心６１．５２の互に隣り合う界磁脚５
１１と５２１　（５１２と６２２．６１３と５２３，５
１４と６２４，５１６と５２５）の磁極歯の位相を−・
Ｐずらして配置している。また、界磁脚１５１１．６１
２，６１４゜６１６．５２１．５２２，６２４，５２６
の磁本すに歯群面積を同−面積Ｓ１　とし、界磁脚’６
１３゜５２３の磁脚歯群面積を同−面積Ｓ２と（−７、
Ｓ−・はＳｌの２倍にしている。才た、界磁脚５１１と
５２１．５１２と５２２．６１４と６２４，５１６と５
２５にまたがって巻回された励磁巻線６１゜６２．６４
．６６のターン数を同一（Ｎｔ回）とし、界磁脚５１３
と６２３に寸たがって巻回された励磁巻線６３のターン
数をＮ２同とすると、Ｎ２をＮ１の２倍にしている。さ
らに、励磁巻線６１とｅｒｓ（６２と６４）は直列もし
くは並列に接昼、してあり、励磁電流を励磁巻線６１と
６５　（６２と６４）に同時して流すようＶこしている
。寸／こ、走行路４は磁性材よりなシ、前記可動子５に
設けた磁極歯と対向す□る□面に可動子５の磁極歯と同
一ピソチＰの磁極歯を複数個設けている。ここで前記走
行路４の磁極歯は前１己可動子６の移動方向に渚って複
数夕１「（こめ実施例では４１，４２，４３゜４４．４
５の５列）の磁極歯列が存在し、この磁極歯列の位相関
係は、磁極歯列４１と４’５（４２と４４）を同一位相
とし、磁極歯列４１，４２゜４３を可動子６の移動方向
に−・Ｐ（ｍはリニアモータの相数、ｋはｍ’＞ｋなる
関係の整数）ずれて配置され、この実施例では磁極歯列
４１と４２（４２と４３．４３と４１）で１・Ｐ位相を
ずらせて配置している。つまり第２図に示す本発明のリ
ニアモータの実施例ば３相モークであシ、走行路４の各
磁極歯列４１．４２，４３，４４，４５に対する可動子
６の各界磁膜ｔｓ１１，６１２゜５１３．６１４，６１
６，５２１．５２２，５２３゜５２４．５２５に設けた
磁極歯の位相関係を見ると、界磁膜６１１と６１６（５
１２と６１４゜６２１と５２６．６２２と６２４）とが
同相ｉなり１．、それ以外はすべて異相である′０この
ようにし成したりニアモータにおいて、永久磁石６０が
第２図（勾に示す□ような方向に着磁されているものと
すれば、可動子６と走行路４との間に□は、同図の６０
１に示す方向に磁束が発生している。つまり鉄心５１．
走行路４．鉄心６２の向きのバイアス磁束が存在する。

いま、界磁膜５１１．５２１及び５１５．５’２５に巻
回されている励磁巻線６１．６５に励磁電流を流すと、
この励磁電流により発生する磁束がバイアス磁束と重畳
し、界磁膜６１１，５１５と走行路４１７）ｌ磁極歯列
４１．４６との間の□磁束が増大し、界磁膜６２１．６
２６と走行路４の磁極歯列４１．４５□　との間の磁束
が減少する。この結果、可動子６の界磁膜５１１，５１
６と走行路・４の磁極歯列４１゜４６とが互いに引き合
い、その空隙のレラクタンスが最も小さくなる第２図（
Ａ）に示す位置で可動子５は保持される。次に界磁膜６
１２と６゛２２及び５１４と６２４に巻回されている励
磁巻線に励磁電流を流すと、今度は界磁膜５’ｉ２，６
１’４と走行路４の磁極歯列４２．４４との間の磁束が
増大し互いに引き合うので可動子５は右側に移動する。

ここで可動子６の移動量は、走行路に設けられた磁極歯
列４１と４５．４２と４４が同位相で、４１゜４２の位
相が可動子の移動方向に百Ｐずらして配列している為１
．ｐだけ移動することになる。以下同様にして、励磁巻
線６３．６１と６５　、６２と６４．６３・・・・・・
と順次励磁電流を流せば、可動子６は−・Ｐを最小移動
量として右側に順次移動する。−！、た、励磁巻線６３
．６２と６４．６１と６６、・・・・・・順で励磁電流
を流せば可動子６は左側へ移動する。

一方、励磁巻線６１．６２，８３，６４．６５に流す励
磁電流の流れ方向を前記の場合と逆にすると、鉄心６２
の界磁膜６２１　（５２２，５２３。

５２４．６２５　）と走行路４の磁極歯列４１（４２，
４３，４４，４５）との間の磁束が増大し、両者間で引
き合うこととなる。したがって励磁巻線６１と６６．６
２と６４　、６３　、・・・・・・に前記の場合と逆方
向の励磁電流を順次流せば、同様に可動子６は１ｐを最
小移動量として右側に移動する。また、励磁巻線６３．
６２と６４．６１と６６、・・・・・・の順に前記の場
合とは逆方向の電流を流せば、可動子５は百Ｐを最小移
動量として左側に移動する。ここで可動子５の界磁膜５
１１と５１２（５１２と６２２．６１３と５２３．６１
４と６２４　、ｓＩ　Ｆ５と５２６）とに設けた磁極歯
の位相は、可動子６の移動方向にｉ−Ｐだけずらして配
置しているので、励磁巻線に流す励磁電流の流れ方向を
正方向とした場合と、負方向（逆方向）とした場合とで
は、可動子６の停止位置は互に重なることはなく１．Ｐ
だけずれることになる。つ捷り励磁巻線６１，６２．６
３に流す励磁電流の切り換えと、その励磁電流の流す方
向を変えて順次励磁巻線を励磁していぐことにより最小
移動量１Ｐで可動子６が移動する。また、上記説明にお
いて単相励磁でのみ説明してきたが、多相励磁にするこ
とで、第１図で説明した従来例と同様に推力を増大させ
ることができるのは言う捷でもない。

以上説明してきた本発明のりニアモータは〉ｐの様な優
れた特長を有する。

第２図において本発明のリニアモータは、可動子５０重
心の左右（幅方向）に同時に推力を発生する（走行路４
の磁極＠に対して）同相の磁極歯を振り分けて配置して
おり、さらに振り分けた磁極歯から重心１での距離を等
しくしているので、各磁極歯で発生した推力は、可動子
６に回転モーメントを与えることなく進行方向（（有効
に働かぜることかでき、従来問題とされた「こぜり」を
全く発生せず、なめらかな走行を実現しつる非常に優れ
たものである。また、以」−の説明から明らかなように
、本可動子の構造においては、こせ馬に関して可動子の
幅寸法は全く無関係となり、従来この為に制限を受けて
きたりニアモータの寸法設計は自由自在にすることがで
き、要求される大推力を容易に実現できるようにな−っ
た。さらに、幅寸法の制限がなくなった為に、モータの
３相のみならず多相化も容易になり、高分解能のリニア
ステップモータ及びなめらかな（トルクリップルの小さ
い）リニアサーボモータをも実現できるようＶこなり、
従来例と比較して非常に応用範囲の広げるととができた
。

なお、製造面からみて、「拝動子５の一対の鉄心６１．
６２の各々の鉄心に設けられた磁極歯位相は、同一鉄心
中においで１種類であり、カ１汀刃の送シピノチを変え
るのは、第１図に示す従来例と同様、ただ一対の鉄心に
おける位相差芝・Ｐを設ける時だけで済み、非常に仕法
精度の高い磁（金山を形成できる。また、走行路４の磁
極歯列は、エツチノグ等の方法を用いて形成した場合、
何列になろうと作業性及び加工精度は変わらず容易に制
作できる。

以上述べた様に、本発明の１７　ニアモータは従来例の
特長を何ら損うととなく、従来例の欠点を排除し、その
応用範囲を大きく拡げた非常に優れブこものである。

なお、第２図の本発明の実施例において、界磁脚６１３
．５２３を他の界磁脚（５１１，６１２゜５１４．５１
５，５２１．６２２，６２４，６２５）のように各々２
個に分けて配置した構造にしでも　′本発明の利点を何
ら損うものではない。寸だ、励磁巻線６１（６２，６３
，６４，６５）は２つの界磁脚５１１と５２１（５１２
と５２２　、６１３と６２３．６１４と５２４．５１５
と６２６）とにまたがって巻回されているが、各々の界
磁脚に別個に巻きそれを直列に接続してもよい。さらに
、バイアス磁束を与える手段は永久磁石６Ｑのかわりに
励磁巻線を使用しても良いことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）　％　（Ｃ）　、　（Ｄ）は
従来のリニアモータの一例を示す各部の断面図、第２図
（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）は本発明
の一実施例を示す各部の断面図である。 ４・・・・・・走行路、４１．４２，４３，４４．４５
・・・・・・磁極歯列、５・・・・・・可動子、５ｏ・
・・・・・永久磁石、６０１・・・・・・永久磁石の磁
路、５１，５２・・・・・・一対の鉄心、５１１．５１
２，５’１３，５１４，５１５゜５２１．５２２．５２
３．５２４．５２５・・・・・・界磁脚、６１．６２，
６３，６４，６５・・・・・・励磁巻線。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピンチがＰの磁極歯群をそれぞれ形成した複数個
   の界磁膜をもつ一対の鉄心を可動子の移動方向にシ・Ｐ
   だけ位相をずらして配置し、か−り前記一対の鉄心の各
   々の複数個の界磁膜を前記可動子の移動方向と直交する
   方向（・で配置し、前記複数個の界磁膜のうち同一鉄心
   に設しづられたものは、その磁極歯位相を等しくそろえ
   て、かつ、その界磁脚数を２ｍ−ｎ（但し、ｍはす：：
   ニアモータ相数、ｎはコー２１−′：ｎ　’、６０を満
   足する整数）となるように構成した一対の鉄心と、これ
   ら一対の鉄心を通るバイアス磁束を供給するバイアス磁
   束供給手段と、前記界磁膜を励磁する為の励磁巻線とを
   含めて可動子を構成し、前記励磁巻線のうち全部もしく
   は、その一部を直列または並列に接続してｍ相になるよ
   うに構成し、前言己可動子が移動する走行路には、可動
   子の移動方向に清って磁極歯列を２　ｍ−ｎ列設け、そ
   れら磁極歯列の各磁極歯のピッチを前、ＩＩ２Ｉ２目子
   動子極歯と同一ピッチとし、がっ［）１ｊ記各磁極歯列
   相互間のピッチｄ相を前記ＩｊＪ’動子の移動方向に−
   ・Ｐ（但し、ｋはｍ〉ｋなる関係にある整数）ずつずら
   せたことを特徴とするりニアモータ。
2. （２）　　ピッチがＰの磁ｔｌが歯群をそれぞれ形成し
   た複数個の界磁膜において、前記磁極歯群は面積ｓ１０
   ものと面積Ｓ２のものかあシ、ｓｌと８２との関係はＳ
   ２・−・２ｓ１を満足していることを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載のリニアモータ。