JPS62203549A - Linear motion motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce the cogging of a linear motion motor by forming definite spaces at one or both sides of an armature core in its moving direction, and securing magnetic pieces through a magnetic field and an air gap in parallel with the upper surfaces opposed to a field armature. CONSTITUTION:An armature 3 is composed of an armature core 4 formed in a pectinated shape by laminating electromagnetic ion plates in which slots for containing 3-phase armature windings 5 are punched, 3-phase armature windings 5 contained in the slots of the core 4, and a frame 8 to which the core 4 is secured. A magnetic piece 7 is secured to the frame 8 through a supporting member 9 in parallel through an air gap length delta on the upper surface of a field 1 so that the composite force of a horizontal force acting on the piece 7 and a cogging torque generated in the core 4 becomes minimum. Thus, the cogging torque can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえばプリンターのヘッド駆動あるいは直
交座標ロボットのＸ軸およびＹ軸駆動用等ＯＡ、ＦＡ用
の直線用の直線運動電動機に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a linear motion motor for linear motion in OA and FA applications, such as for driving the head of a printer or for driving the X-axis and Y-axis of a Cartesian coordinate robot.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来例として永久磁石を使用した３相２極の直線運動型
１Ｉｌｌｖｓについて説明する。As a conventional example, a three-phase two-pole linear motion type 1Illvs using permanent magnets will be explained.

第５図はその従来例の側断面図、第６図は３相２極の電
機子巻線のスロット内配置図である。FIG. 5 is a side sectional view of the conventional example, and FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of three-phase, two-pole armature windings in slots.

第５図において、１は界磁で交互極性に着磁した複数個
の永久磁石２を設置しである。３は電機子で電機子コア
４に多相巻線５．５　５ｕ１１Ｉ・ｖｌｌ ５Ｖ２をそなえており、界Ｖｉｆ１１とは平面状空隙を
介して対向し、多相巻線を所定の順序で励磁することに
より所定方向へ移動するようにしである。In FIG. 5, reference numeral 1 indicates a plurality of permanent magnets 2 which are magnetized with alternating polarity by a magnetic field. 3 is an armature, and the armature core 4 is equipped with a polyphase winding 5.5 5u11I/vll 5V2, which faces the field Vif11 through a planar gap, and excites the polyphase winding in a predetermined order. This allows the robot to move in a predetermined direction.

また、Ｕ、Ｖ、Ｗ相巻線のスロット内配置および接続は
、第６図に示すｔηになっている。（Ｊ相どＷ相巻線は
集中巻きであるのに対して、Ｖ相巻線は２分割巻線とし
、巻線５ｖ１ど５ｙ２Ｊ：り構成されている。Further, the arrangement and connection of the U, V, and W phase windings in the slot is tη as shown in FIG. (While the J-phase and W-phase windings are concentrated windings, the V-phase winding is a two-part winding, and the windings are 5v1, 5y2j, and so on.

なお、４８は電機子コア４の南部である。Note that 48 is the southern part of the armature core 4.

〔発明が解決しにうとする問題点］ このような永久磁石を使用した直線電動機は、小形軽量
に形成され優れた性能を持゛っているが、永久ｌＩ！！
石の洩れ磁束によるコギングトルク（Ｃｏｕｉｎｑ　ｔ
ｏｒｑｕｅ）が生ずる。[Problems to be Solved by the Invention] A linear motor using such permanent magnets is small and lightweight and has excellent performance, but the permanent lI! !
Cogging torque due to leakage magnetic flux of stone
orque) occurs.

ここで、電償子コア４に働くコギングトルクＦは ただし、 Ｐは電機子コア４に端部のパーミアンス、Ｕは永久ｔａ
石２による起磁力、 Ｘは電機子コア４の移動位防、 で表わされる。Here, the cogging torque F acting on the armature core 4 is, P is the permeance at the end of the armature core 4, and U is the permanent ta.
The magnetomotive force due to the stone 2, X is the movement position of the armature core 4, and is expressed as follows.

電機子３の位置を変えたときに術られるコギング１〜ル
クの１２ｉ性図を第７図に表わす。FIG. 7 shows a 12i characteristic diagram for cogging 1 to lux that is created when the position of the armature 3 is changed.

これは電機子３が状態■から漸次■→■→■→（■−→
■と移動ツるときのコギングトルク１：の大ぎさを示し
、Ｆは右向きつまり状態■における矢印の方向を正どし
ている。This means that armature 3 gradually changes from state ■ to ■→■→■→(■−→
(2) indicates the magnitude of the cogging torque 1: when moving, and F indicates the right direction, that is, corrects the direction of the arrow in state (2).

■の状態では、電機子コア４が多少動いでし左右両端の
パーミアンスの変動が小さく、コギングトルクＦＳよ）
へめで小さい値で安定しているが、■あるいは■の状態
ではｆｒｉｌｊｌ子コア４の端部が永久磁石２の極性の
境界附近を通るので、電機子コア４の移動により、その
端部のエツジ効果のためパーミアンスが大きく変動し、
コギングトルクは定格推力の±３０〜４０％にも達する
。In the state (■), the armature core 4 moves a little, and the fluctuations in permeance at both left and right ends are small, and the cogging torque is FS.)
However, in the state of ■ or ■, the end of the frill child core 4 passes near the polarity boundary of the permanent magnet 2, so the movement of the armature core 4 causes the edge of that end to change. Permeance fluctuates greatly due to the effect,
The cogging torque reaches ±30 to 40% of the rated thrust.

また、速度起電力波形にも歪が生じて推力が変動し、特
に位ＰＩ決め用号−ボモータとして、位置決め精度を維
持できない欠点がめった。In addition, distortion occurs in the velocity electromotive force waveform, causing the thrust to fluctuate, and the drawback is that positioning accuracy cannot be maintained, especially as a positioning PI determining motor.

ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、直線運
動電動機のコギングトルクを低減らしくは完全になくし
て位置決め用ナーボＬ−夕として使用できる手段を促供
することを、その目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to overcome the drawbacks of the prior art and to provide a means for reducing or even completely eliminating the cogging torque of a linear motion motor so that it can be used as a positioning motor.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

電機子コア４の移動によって発生するコギングトルクは
（１）式で表わされ、位置に対し第７図に示す関係があ
る。The cogging torque generated by the movement of the armature core 4 is expressed by equation (1), and has the relationship shown in FIG. 7 with respect to position.

したがって、本発明は発生するコギングトルクとは反対
の力を電機子コアに作用させ、コギングｌ−ルウをなく
寸ようにした手段をそなえる。すなわら、 本発明は、複数個の永久磁石２からなる界ｌａ１ど多相
巻線５を貝えた電機子コア４からなる電機子３とを平面
状空隙を介して対向させ、多相巻線５を励磁することに
より、界Ｉａ１と電機子３とを相対的に移動させるもの
において、 電機子コア４の移動方向の片側あるいは両側に有限な空
間を設けて、界磁１の電機子３に対向する上面に平行で
、磁性体片を界磁１と空隙を介して固定した 直線運動電動機である。Therefore, the present invention provides means for applying a force on the armature core opposite to the cogging torque generated, thereby eliminating the cogging l-route. In other words, in the present invention, a field la1 consisting of a plurality of permanent magnets 2 and an armature 3 consisting of an armature core 4 with a polyphase winding 5 facing each other through a planar gap are arranged to form a polyphase winding. In a device that moves the field Ia1 and the armature 3 relatively by energizing the wire 5, a finite space is provided on one side or both sides of the armature core 4 in the direction of movement, and the armature 3 of the field 1 is This is a linear motion motor in which a magnetic piece is fixed to the field 1 through an air gap, parallel to the upper surface facing the field.

（作　用） 磁性体片に作用づる水平分力Ｐが コギングトルク１：として発生Ｊる推力を低減あるいは
抹消する。(Function) The horizontal component P acting on the magnetic piece reduces or eliminates the thrust generated as cogging torque 1:.

この原理を第３図に表ねり磁性体７に作用する水平分力
Ｐの解析図により説明する。This principle will be explained using an analytical diagram of the horizontal component force P acting on the magnetic body 7 shown in FIG.

界磁１に２行に、−電空間距離δを保って磁性体片７を
配置し、磁性体片７を平行移動させると、第７図に示し
た電機子コア４の場合と同様に磁気エネルギーの変化か
ら、磁性体片にら第３図に示すような水平分力Ｐが作用
する。When the magnetic pieces 7 are arranged in two rows in the field 1 while maintaining the -electrospace distance δ, and the magnetic pieces 7 are moved in parallel, the magnetic pieces 7 become magnetic as in the case of the armature core 4 shown in Fig. 7. Due to the change in energy, a horizontal force P as shown in FIG. 3 acts on the magnetic piece.

このとき作用する水平分力Ｐの位置に対する形状は、磁
性体片７と界磁１との空間距離δ、および磁性体片７の
機械寸法すなわら幅Ｗ、艮ざり。The shape with respect to the position of the horizontal component P acting at this time is determined by the spatial distance δ between the magnetic piece 7 and the field 1, and the mechanical dimension, that is, the width W, of the magnetic piece 7.

高さＨを変えることによって、特性曲線ａ、ｂ。By changing the height H, the characteristic curves a, b.

Ｃのような形状となる。It will have a shape like C.

ところで、この特性曲線ａ、ｂ、ｃの形状を作る一例を
示せば、磁性体片７の材質は鉄材を用い、…（ヘピツチ
τに対して磁性体片７０幅Ｗを小さくしていくど、曲線
の形状は、Ｃからｂへさらにａのようになる。By the way, to give an example of creating the shapes of the characteristic curves a, b, and c, the material of the magnetic piece 7 is iron, and... The shape of becomes from C to b and then to a.

そこで、電機子コア４の移動に伴って発生するコギング
トルクをなくり−には、これを打消すにうな水平分力Ｐ
が作用りる磁性体片７を作り、それに作用する水平分力
Ｐとコギング１〜ルクＦとの合成力が零になるように、
電機子３に配置してコギング１−ルクを打消す。Therefore, in order to eliminate the cogging torque that occurs with the movement of the armature core 4, it is necessary to
Create a magnetic piece 7 on which the force acts, and make the combined force of the horizontal component P and the cogging 1 to luc F acting on it to be zero.
Place it on armature 3 to cancel cogging 1-lux.

仮りに、磁性体片７に作用する水平分力Ｐの形状が電機
子コア４に作用するコギングトルクＦを打消すのに必要
な理想的な形状でなくても、磁性体片７と￥１電機子コ
アの位置関係を適切に調整すれば、可成りコギングトル
クＦの低減が計れる。Even if the shape of the horizontal component force P acting on the magnetic piece 7 is not the ideal shape necessary to cancel the cogging torque F acting on the armature core 4, the magnetic piece 7 and ¥1 By appropriately adjusting the positional relationship of the armature core, the cogging torque F can be reduced considerably.

この状態は第４図に表わしたコギングトルク位置の関係
図で示される。This state is shown in the cogging torque position relationship diagram shown in FIG.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の一実施例にＪ３ける断面で表わした側面図を第
１図に示す。FIG. 1 shows a side view of an embodiment of the present invention taken in section at J3.

すべての図面において、同一符号は同一部材を表わす。The same reference numerals represent the same parts in all drawings.

ここでは、永久磁石界磁同期機形、３相、４極を例に示
す。Here, a permanent magnet field synchronous machine type, 3-phase, 4-pole is shown as an example.

第１図はにおいで、界磁１は磁気回路を構成する鉄部材
の上に複数個の永久磁石２を接着固定することによって
構成されている。In FIG. 1, a magnetic field 1 is constructed by adhesively fixing a plurality of permanent magnets 2 onto an iron member constituting a magnetic circuit.

また、電機子３は３相の電機予巻′ｆＡ５を収納するス
ロットを打抜いた電磁鉄板を積層して櫛歯状に形成した
？［ｆ　ＩＩ子ココア４電８ｉ子コア４のスロワ１−内
に収納された３相雷磯子巻線５と電機子コア４を固定し
たフレーム部８より構成されている。Also, the armature 3 is formed into a comb-like shape by stacking electromagnetic iron plates with punched slots for storing the three-phase electric prewinding 'fA5'. [f II Child Cocoa 4 Electric 8 I Child Core 4 Consists of a 3-phase lightning Isogo winding 5 housed in the thrower 1- of the child core 4 and a frame portion 8 to which the armature core 4 is fixed.

さらに、電機子コア４の移動方向のフレーム部８の片側
には、電機子コア４に発生するコギングトルクＦを打潤
すに必要な水平分力Ｐが作用Ｃきるような形状寸法に鉄
部材より加工された磁性体片７が、それに作用寸ろ水平
分力Ｐと電機子コア４に発生するコギングトルクＦの合
成力が最小になるように、界！１１の上面に空隙長δを
隔てて平行にアルミニウムあるいは眞鍮等の非磁性材料
（必ずしも非磁性材料でなくてもよい）からなる支持部
材９を介して、フレーム８に固定されている。Further, on one side of the frame portion 8 in the moving direction of the armature core 4, a steel member is shaped and dimensioned so that the horizontal component force P necessary to counteract the cogging torque F generated in the armature core 4 can be applied. The processed magnetic material piece 7 is placed in the field so that the resultant force of the horizontal component force P acting on it and the cogging torque F generated in the armature core 4 is minimized! It is fixed to the frame 8 via a support member 9 made of a non-magnetic material (not necessarily a non-magnetic material) such as aluminum or brass, which is parallel to the upper surface of the support member 11 with a gap length δ in between.

このように形成することによって、コギングトルク１：
が低減でき、高精度な直線電動機が達成できた。By forming in this way, cogging torque 1:
This enabled us to achieve a highly accurate linear motor.

そして、コギングトルクを低減する方法としては、本発
明の他の実施例を側断面図Ｃ−艮わづ第２図に示すよう
に、フレーム部８の両サイドに、一実施例（第１図）と
同様の考え方を適用しで、磁性体片７を取り付ける手段
がある。As a method for reducing the cogging torque, one embodiment of the present invention (see FIG. ) There is a method for attaching the magnetic piece 7 by applying the same idea.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

かくして本発明によれば、小形軽伍で構成される永久磁
石を使用した直線運動電動機を保有する優れた性能が十
二分に発揮され、永久磁石の洩れ磁束によるコギングト
ルクの発生も低減もしくは抹消され、特に位置決め用サ
ーボモータとして、位置決め精度を高度に維持でき、信
頼性の向上と作業効率が著しく改善される。Thus, according to the present invention, the excellent performance of the linear motion motor using permanent magnets composed of small and light vehicles is fully exhibited, and the generation of cogging torque due to leakage magnetic flux of the permanent magnets is also reduced or eliminated. In particular, as a positioning servo motor, a high degree of positioning accuracy can be maintained, and reliability and work efficiency are significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例の側断面図、第２図は本発明
の他の実施例の側断面図、第３図は磁性体片に作用する
水平分力解析図、第４図はコギングトルク−位置の関係
図、第５図、第６図ｔｉ＆従来例の説明図、第７図は電
機子コアの移動に伴って発生ずるコギングトルクの大き
ざと位置の関係図である。 １・・・界磁、２・・・永久磁石、３・・・電機子、４
・・・電機子コアで４ａはその南部、５・・・多相巻線
で５゜はＵ相巻線、５　はＷ相巻線、５　・５　はＶ相
Ｗ　　　　　　　　ＶＩ　　　Ｖ２ 巻線、７・・・磁性体片、８・・・フレーム部、９・・
・支持材。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 慎１図 Ｈ：磁性体片の高さ 氾４図 帛５区 馬６図Fig. 1 is a side sectional view of one embodiment of the present invention, Fig. 2 is a side sectional view of another embodiment of the invention, Fig. 3 is an analysis diagram of horizontal component force acting on a magnetic piece, and Fig. 4 5 and 6 are explanatory diagrams of the conventional example, and FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the magnitude and position of the cogging torque generated as the armature core moves. 1... Field, 2... Permanent magnet, 3... Armature, 4
...In the armature core, 4a is the southern part of it, 5...In the multi-phase winding, 5° is the U-phase winding, 5 is the W-phase winding, 5 ・5 is the V-phase W VI V2 winding, 7. ...Magnetic material piece, 8...Frame part, 9...
・Support material. Applicant's agent Sato - Yushin Figure 1 H: Height of magnetic material piece Figure 4 Figure 5 Ward horse Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １、交互磁極性に着磁した複数個の永久磁石を各磁性が
等ピッチに直線状に接着固定し配設した界磁と、側面が
櫛状をなす電機子コアに多相巻線を巻回した電機子とを
平面状空隙を介して対向させ、前記多相巻線を励磁する
ことにより、界磁と電機子とを相対的にに移動させるも
のにおいて、前記電機子コアの移動方向の片側あるいは
両側に有限な空間を設けて、界磁の電機子に対向する面
に平行に、磁性体片を界磁と空隙を介して固定し付設し
たことを特徴とする直線運動電動機。1. A field consisting of a plurality of permanent magnets magnetized with alternating magnetic polarities glued and fixed in a straight line at equal pitches, and a multiphase winding wound around an armature core with a comb-shaped side surface. The field and the armature are moved relative to each other by energizing the multiphase windings by arranging the rotated armature to face each other with a planar gap interposed therebetween, and in which the field and the armature are moved relatively. A linear motion motor characterized in that a finite space is provided on one or both sides, and a piece of magnetic material is fixed and attached to the field through an air gap in parallel to the surface facing the armature of the field.