JP2008125322A - Linear motor and uniaxial actuator - Google Patents

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JP2008125322A JP2006309193A JP2006309193A JP2008125322A JP 2008125322 A JP2008125322 A JP 2008125322A JP 2006309193 A JP2006309193 A JP 2006309193A JP 2006309193 A JP2006309193 A JP 2006309193A JP 2008125322 A JP2008125322 A JP 2008125322A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a cogging force in an effective manner. <P>SOLUTION: A linear motor 1 has a fixed section 2 (field section) at which permanent magnets 14 are arranged side by side, and a movable section 3 (armature) facing the fixed section 2. The movable section 3 has an armature core 20 and a coil 24, and the armature core 20 has a plurality of main teeth 22 arranged in parallel with one another and a pair of auxiliary teeth 23 arranged on both sides of the arranging direction of the main teeth 22, and the coil 24 is wound around the respective main teeth 22. Respective auxiliary teeth 23 are arranged obliquely with respect to the main teeth 22. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、リニアモータおよびこのモータを用いてテーブル等を一軸向に移動させる一軸アクチュエータに関するものである。   The present invention relates to a linear motor and a uniaxial actuator that moves a table or the like in a uniaxial direction using the motor.

従来から、表面側の磁極がN極及びS極となる永久磁石を交互に一方向に配列した固定子と、この固定子に対向して配置され、電機子コイルを巻装した電機子コアを具備した可動子とを備え、上記コイルに対する通電が制御されることにより可動子が永久磁石の配列方向に直線的に移動するように構成されたリニアモータは一般に知られている。この種のリニアモータは各種分野において物品の搬送等に用いられ、単軸ロボット等にも適用されている。   Conventionally, a stator in which permanent magnets whose surface side magnetic poles are N poles and S poles are alternately arranged in one direction, and an armature core that is arranged to face the stator and wound with an armature coil are provided. 2. Description of the Related Art A linear motor is generally known that includes a mover provided and is configured such that a mover moves linearly in the arrangement direction of permanent magnets by controlling energization of the coil. This type of linear motor is used for conveying articles in various fields, and is also applied to single-axis robots and the like.

なお、このようなリニアモータでは、可動子は、例えば電機子コアが櫛形、すなわち板状のティースが一定間隔で平行に並ぶ形状に形成され、各ティースに前記電機子コイルが巻装された構成となっているが、この構造の場合、可動子両端(ストローク方向両端)でスロットが開放され鎖交磁束が同中央部分とは異なるため、端効果により、電機子コアに対し移動方向に作用する電磁力が脈動、いわゆるコギング力が発生して推力にむらが生じ易くなる。そのため、従来では、電機子コアの両端に上記ティース(主ティースという)とは別に補助ティースを設け、主ティースに働くコギング力を補助ティースによるコギング力で相殺するこれによりトータル的なコギング力を低減させて推力むらを改善することが行われていた(特許文献1)。
特公昭60−30195号公報
In such a linear motor, the mover has a configuration in which, for example, an armature core is formed in a comb shape, that is, plate-shaped teeth are arranged in parallel at regular intervals, and the armature coil is wound around each tooth. However, in this structure, since the slot is opened at both ends of the mover (both ends in the stroke direction) and the interlinkage magnetic flux is different from the central portion, the end effect acts on the armature core in the moving direction. The electromagnetic force is pulsated, so-called cogging force is generated, and the thrust is likely to be uneven. Therefore, conventionally, auxiliary teeth are provided separately from the above teeth (called main teeth) at both ends of the armature core, and the cogging force acting on the main teeth is offset by the cogging force generated by the auxiliary teeth, thereby reducing the total cogging force. It was made to improve thrust nonuniformity (patent document 1).
Japanese Patent Publication No. 60-30195

上記のように電機子コアに補助ティースを設けた構成によれば、コギング力を低減させる上で有効と考えられているが、実際にはコギング力を完全に解消することは難しく、推力むらを完全に無くすことはできない。これはリニアモータの具体的な構造との関係に因るものと考えられる。そのため、推進むらをより改善するために、このような具体的な構造との関係で、コギング力をより低減できるようにすることが望まれる。   According to the configuration in which the auxiliary teeth are provided in the armature core as described above, it is considered effective in reducing the cogging force, but in reality, it is difficult to completely eliminate the cogging force, and uneven thrust is generated. It cannot be completely eliminated. This is considered due to the relationship with the specific structure of the linear motor. Therefore, in order to further improve the propulsion unevenness, it is desired that the cogging force can be further reduced in relation to such a specific structure.

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであって、コギング力をより効果的に低減することで、推進むらをより改善することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to further improve the propulsion unevenness by more effectively reducing the cogging force.

本発明は、上記の事情に鑑み、交互に極性が異なるように複数の磁石が一軸方向に並べて配置された界磁部と、前記磁石と所定隙間を隔てて対向配置される電機子とを備え、界磁部と電機子とが前記一軸方向に相対的に移動するように構成されたリニアモータにおいて、前記電機子は、互いに平行な状態で前記一軸方向に並ぶ板状の複数の主ティースおよびこれら主ティースの並び方向両側に配置される板状の一対の補助ティースを具備する電機子コアと、各主ティースに巻装されるコイルとを備え、前記各補助ティースは、前記主ティースに対して斜めに配置されているものである。   In view of the above circumstances, the present invention includes a field portion in which a plurality of magnets are arranged in a uniaxial direction so that the polarities are alternately different from each other, and an armature disposed to face the magnet with a predetermined gap therebetween. In the linear motor configured such that the field portion and the armature move relatively in the uniaxial direction, the armature includes a plurality of plate-shaped main teeth arranged in the uniaxial direction in parallel with each other, and An armature core having a pair of plate-like auxiliary teeth disposed on both sides of the main teeth in the arrangement direction, and a coil wound around each main tooth, and each auxiliary tooth with respect to the main teeth. Are arranged diagonally.

具体的には、界磁部の各磁石が、前記一軸方向に対して斜めに配置され、前記各主ティースが、前記一軸方向に対面するようにそれぞれ配置され、前記各補助ティースが、互いに平行に、かつ前記磁石と対称な傾き、又はそれに近い傾き状態で配置されているものである。あるいは、前記界磁部の各磁石が、前記一軸方向に対して斜めに配置され、前記各主ティースが、前記一軸方向に対面するようにそれぞれ配置され、前記各補助ティースが、互いに平行に、かつ前記磁石と同じ又はそれに近い傾き状態で配置されているものである。   Specifically, each magnet of the field portion is disposed obliquely with respect to the uniaxial direction, the main teeth are disposed so as to face each other in the uniaxial direction, and the auxiliary teeth are parallel to each other. In addition, they are arranged with an inclination symmetrical to the magnet or with an inclination close thereto. Alternatively, the magnets of the field portion are arranged obliquely with respect to the uniaxial direction, the main teeth are arranged to face each other in the uniaxial direction, and the auxiliary teeth are parallel to each other. And it is arrange | positioned in the inclination state same as or close | similar to the said magnet.

具体的には、前記磁石および各ティースが共に細長に形成され、さらに磁石および各ティースが次のように設けられる。すなわち、前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記磁石とは逆向きに傾いた状態で配置される。また、前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記磁石と同じ向きに傾いた状態で配置される。また、前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置される。また、前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記主ティースとは逆向きに傾いた状態で配置される。   Specifically, both the magnet and each tooth are formed in an elongated shape, and the magnet and each tooth are provided as follows. That is, each magnet of the field magnet portion is disposed in a state where the longitudinal direction is oblique with respect to the uniaxial direction, and each main tooth is disposed in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction, The auxiliary teeth are arranged in parallel with each other and the longitudinal direction is inclined in the direction opposite to the magnet with respect to the uniaxial direction. In addition, each magnet of the field magnet portion is disposed in a state where the longitudinal direction is oblique with respect to the uniaxial direction, and the main teeth are disposed in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction, The auxiliary teeth are arranged in parallel with each other and the longitudinal direction is inclined in the same direction as the magnet with respect to the uniaxial direction. Further, each magnet of the field magnet portion is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction, and the main teeth are arranged in a state where the longitudinal direction is inclined with respect to the uniaxial direction, The auxiliary teeth are arranged in parallel with each other and the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction. Further, each magnet of the field magnet portion is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction, and the main teeth are arranged in a state where the longitudinal direction is inclined with respect to the uniaxial direction, The auxiliary teeth are arranged in parallel to each other and in a state where the longitudinal direction is inclined in the direction opposite to the main teeth with respect to the uniaxial direction.

このような構成によると、電機子コアの主ティースの外側に補助ティースが設けられているため、主ティースに働くコギング力と補助ティースによるコギング力とが相殺されてトータル的なコギング力が効果的に低減される。この際、主ティースに働くコギング力の強さは、界磁部の磁石の影響を受けて周期的に変動するものの各主ティース間ピッチの微妙な相違等の種々の要因の影響を受けてやや複雑に変動することとなるが、補助ティースが主ティースに対して斜めに配置されている上記の構成によると、発明の実施形態中で説明するように、このように複雑に変動する主ティースのコギング力を効果的に相殺してトータル的なコギング力を低減することができるようになる。   According to such a configuration, since the auxiliary teeth are provided outside the main teeth of the armature core, the cogging force acting on the main teeth and the cogging force by the auxiliary teeth are offset, and the total cogging force is effective. Reduced to At this time, the strength of the cogging force acting on the main teeth varies periodically due to the influence of the magnet of the field part, but is somewhat affected by various factors such as subtle differences in the pitch between the main teeth. According to the above configuration in which the auxiliary teeth are arranged obliquely with respect to the main teeth, as described in the embodiment of the present invention, the main teeth that vary in this manner are complicated. The cogging force can be effectively offset and the total cogging force can be reduced.

一方、本発明に係る一軸アクチュエータは、ベース部材と、このベース部材に対して一軸方向に移動自在に支持されるテーブルと、前記ベース部材に固定される界磁部およびこれに対向するように前記ベース部に固定される電機子を具備したリニアモータとを備えた単軸ロボットにおいて、前記リニアモータとして上記のようなリニアモータを備えているものである。   On the other hand, the uniaxial actuator according to the present invention includes a base member, a table supported movably in a uniaxial direction with respect to the base member, a field portion fixed to the base member, and the field member so as to face the field member. In a single-axis robot provided with a linear motor having an armature fixed to a base portion, the linear motor as described above is provided as the linear motor.

この一軸アクチュエータによると、トータル的なコギング力を効果的に低減可能な上記のリニアモータが適用されているので、推力むらの発生を抑えてよりスムーズにテーブルを移動させることが可能となる。   According to this single-axis actuator, since the linear motor capable of effectively reducing the total cogging force is applied, it is possible to move the table more smoothly while suppressing the occurrence of uneven thrust.

本発明に係るリニアモータによれば、主ティースに働くコギング力と補助ティースによるコギング力との相殺効果をより高めることができる。従って、トータル的なコギング力を効果的に低減することができ、その結果、推力むらをより確実に解消することができる。   According to the linear motor of the present invention, the effect of offsetting the cogging force acting on the main teeth and the cogging force due to the auxiliary teeth can be further enhanced. Therefore, the total cogging force can be effectively reduced, and as a result, thrust unevenness can be more reliably eliminated.

そして、このようなリニアモータを備えた本発明に係る単軸ロボットによると、よりスムーズにテーブルを移動させることが可能となる。   And according to the single axis robot which concerns on this invention provided with such a linear motor, it becomes possible to move a table more smoothly.

本発明の実施形態について図面を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1および図2は、本発明に係るリニアモータであるムービングコイル型リニアモータの概略を示しており、図1は側面図で、図2は断面図(図1のII−II断面図)でそれぞれリニアモータを示している。   1 and 2 show an outline of a moving coil type linear motor which is a linear motor according to the present invention. FIG. 1 is a side view, and FIG. 2 is a sectional view (II-II sectional view of FIG. 1). Each shows a linear motor.

これらの図に示すように、リニアモータ1は、固定部2(界磁部)と、この固定部2に対して移動可能に配置される可動部3(電機子)とを有している。   As shown in these drawings, the linear motor 1 has a fixed portion 2 (field portion) and a movable portion 3 (armature) arranged to be movable with respect to the fixed portion 2.

前記固定部2は、一軸方向(図1では左右方向;可動部3の移動方向)に延びる細長板状の固定ヨーク12と、この固定ヨーク12の上面に配置され、交互に極性が異なるように(表面側の磁極がN、S、N、S…となるように)上記一軸方向に配列される複数の永久磁石14とから構成されている。なお、以下の説明では、便宜上、上記一軸方向を移動方向とよび、これと直交する方向(図2では上下方向)を左右方向として説明を進める。   The fixed portion 2 is disposed on an elongated plate-like fixed yoke 12 extending in a uniaxial direction (left and right direction in FIG. 1; the moving direction of the movable portion 3) and the upper surface of the fixed yoke 12, and alternately have different polarities. It is composed of a plurality of permanent magnets 14 arranged in the uniaxial direction (so that the surface side magnetic poles are N, S, N, S...). In the following description, for the sake of convenience, the above-described uniaxial direction is referred to as a moving direction, and the description orthogonal to this (the vertical direction in FIG. 2) is the horizontal direction.

各永久磁石14は、平面視長方形の板状に形成されており、互いに平行に、かつ一定ピッチで、図2に示すように一対の長辺が移動方向に並ぶように一列に並べられている。また、各永久磁石14は、長手方向が移動方向に対して斜めになるように配置されており、この実施形態では、永久磁石14の中心線(長辺と平行な線)が移動方向に対して反時計回りにθ1(=80°)傾いた状態で各永久磁石14が配置されている。   The permanent magnets 14 are formed in a rectangular plate shape in plan view, and are arranged in a row so that a pair of long sides are aligned in the movement direction as shown in FIG. . Further, each permanent magnet 14 is arranged so that the longitudinal direction is oblique to the moving direction. In this embodiment, the center line (line parallel to the long side) of the permanent magnet 14 is relative to the moving direction. Thus, each permanent magnet 14 is arranged in a state of being inclined counterclockwise by θ1 (= 80 °).

前記可動部3は、電機子コア20と、これに巻装されるコイル24とから構成されている。電機子コア20は、移動方向に一列に並ぶ板状の複数の主ティース22と、これら主ティース22の両側(移動方向両側)に配置される板状の一対の補助ティース23と有しており、各主ティース22には前記コイル24がそれぞれ巻装されている。   The movable part 3 includes an armature core 20 and a coil 24 wound around the armature core 20. The armature core 20 has a plurality of plate-like main teeth 22 arranged in a line in the movement direction, and a pair of plate-like auxiliary teeth 23 arranged on both sides (both sides in the movement direction) of the main teeth 22. The coils 24 are wound around the main teeth 22, respectively.

各ティース22,23は、永久磁石14側の下側面が永久磁石14の表面と所定隙間を保って移動可能とされており、各ティース22,23の下端面は長方形をしている。   The teeth 22, 23 are movable so that the lower surface of the permanent magnet 14 side is kept at a predetermined gap from the surface of the permanent magnet 14, and the lower end surfaces of the teeth 22, 23 are rectangular.

各主ティース22は、前記下側面の長方形状の長手方向が移動方向と直交する状態で、互いに平行に一定ピッチで設けられている。一方、前記一対の補助ティース23は、互いに平行に、かつ主ティース24に対して斜めに配置さている。この実施形態では、各補助ティース23は、主ティース22と10°の角度差を有するように設けられている。つまり、補助ティース23は、中心線(長辺と平行な線分)が移動方向に対して反時計回りにθ2(=100°)傾いた状態で設けられており、換言すれば、各補助ティース23は永久磁石14とは対称な傾き状態で設けられている。   The main teeth 22 are provided at a constant pitch in parallel with each other in a state where the rectangular longitudinal direction of the lower surface is orthogonal to the moving direction. On the other hand, the pair of auxiliary teeth 23 are arranged parallel to each other and obliquely with respect to the main teeth 24. In this embodiment, each auxiliary tooth 23 is provided so as to have an angular difference of 10 ° with respect to the main tooth 22. That is, the auxiliary teeth 23 are provided in a state in which the center line (line segment parallel to the long side) is inclined by θ2 (= 100 °) counterclockwise with respect to the moving direction, in other words, each auxiliary tooth. 23 is provided in an inclined state symmetrical to the permanent magnet 14.

このように構成された実施形態のリニアモータ1において、図外の駆動装置からコイル24に駆動電流が供給されると、これにより磁束(各コイル24による磁束)が発生、この磁束と永久磁石14との相互作用により固定部2と可動部3との間に推力が発生し、可動部3が一軸方向に移動することとなる。   In the linear motor 1 of the embodiment configured as described above, when a drive current is supplied to the coil 24 from a drive device (not shown), a magnetic flux (a magnetic flux generated by each coil 24) is generated. This magnetic flux and the permanent magnet 14 Due to the interaction, a thrust is generated between the fixed portion 2 and the movable portion 3, and the movable portion 3 moves in the uniaxial direction.

この場合、主ティース22の長手方向と永久磁石14の長手方向が相対的に角度を有するので、主ティース22による推力の脈動、すなわちコギング力が緩和される。さらに、電機子コア20において主ティース22の両側に補助ティース23が設けられているため、主ティース22に働くコギング力と補助ティース23によるコギング力とが相殺され、これによってトータル的なコギング力が低減されて推力むらの発生が抑えられる。特に、この実施形態の電機子コア20では、補助ティース23が主ティース22に対して上記のように斜めに設けられている結果、従来のこの種のリニアモータに比べてコギング力をより効果的に低減することが可能となる。   In this case, since the longitudinal direction of the main teeth 22 and the longitudinal direction of the permanent magnet 14 have a relative angle, the pulsation of thrust by the main teeth 22, that is, the cogging force is alleviated. Further, since the auxiliary teeth 23 are provided on both sides of the main teeth 22 in the armature core 20, the cogging force acting on the main teeth 22 and the cogging force generated by the auxiliary teeth 23 are offset, thereby providing a total cogging force. This reduces the occurrence of uneven thrust. In particular, in the armature core 20 of this embodiment, the auxiliary teeth 23 are provided obliquely with respect to the main teeth 22 as described above. As a result, the cogging force is more effective than this type of conventional linear motor. It becomes possible to reduce it.

すなわち、可動部3が固定部2に対して移動すると、これに伴い主ティース22に、周期的に変化するコギング力f1が働くが、補助ティース23を設け、そのピッチ等を整備すると、ちょうど主ティース22のコギング力f1とは逆位相のコギング力f2が補助ティース23に働き、これによってコギング力f1,f2が相殺されて、トータル的なコギング力Fが低減される。この際、主ティース22のコギング力f1の強さは、主に永久磁石14の影響を受けて周期的に変動するが、各主ティース22間ピッチの微妙な相違等、他の要因も少なからず影響する。一方、補助ティースのコギング力f2の強さは、専ら永久磁石14の影響だけを受けて変動する。そのため、主ティース22と補助ティース23とを平行に配置した従来の構成では、例えば図3に示すように、主ティース22に働くコギング力f1が周期的にではあるがやや複雑に変動するのに対して、補助ティース23は比較的正弦波に近い変動を示す。従って、両コギング力f1,f2の強さの変動が厳密には対称とはならず、その結果、主ティース22に働くコギング力f1が補助ティース23に働くコギング力f2では十分に相殺されず、トータル的には依然としてコギング力(同図中の符号F)が残存する場合がある。これに対して、実施形態のように主ティース22に対して補助ティース23が斜めに配置された構成によると、左右方向において補助ティース23に働くコギング力が一様で無くなっている結果、補助ティース23に働くコギング力もやや複雑に変動することとなる。そのため、補助ティース23の傾き角度θ2等を整備することで、補助ティース23のコギング力f2を主ティース22のコギング力f1により近い状態で変動させることが可能となり、これによって主ティース22に働くコギング力と補助ティース23によるコギング力とをより効果的に相殺することができるようなる。当実施形態では、上記の通り補助ティース23を主ティースに対して10°だけ斜めに設けることにより良好な結果を確認している。   That is, when the movable part 3 moves with respect to the fixed part 2, a cogging force f1 that periodically changes is applied to the main teeth 22, but when the auxiliary teeth 23 are provided and the pitch and the like are maintained, the main teeth 22 are maintained. The cogging force f2 having a phase opposite to that of the cogging force f1 of the teeth 22 acts on the auxiliary teeth 23, thereby canceling the cogging forces f1 and f2 and reducing the total cogging force F. At this time, the cogging force f1 of the main teeth 22 fluctuates periodically under the influence of the permanent magnets 14, but there are not a few other factors such as subtle differences in the pitch between the main teeth 22. Affect. On the other hand, the strength of the cogging force f <b> 2 of the auxiliary teeth fluctuates solely due to the influence of the permanent magnet 14. Therefore, in the conventional configuration in which the main teeth 22 and the auxiliary teeth 23 are arranged in parallel, the cogging force f1 acting on the main teeth 22 fluctuates periodically but slightly complicatedly as shown in FIG. 3, for example. On the other hand, the auxiliary teeth 23 exhibit a fluctuation that is relatively close to a sine wave. Therefore, the fluctuations in the strengths of the cogging forces f1 and f2 are not strictly symmetrical. As a result, the cogging force f1 acting on the main teeth 22 is not sufficiently offset by the cogging force f2 acting on the auxiliary teeth 23, In total, the cogging force (symbol F in the figure) may still remain. On the other hand, according to the configuration in which the auxiliary teeth 23 are disposed obliquely with respect to the main teeth 22 as in the embodiment, the cogging force acting on the auxiliary teeth 23 in the left-right direction is not uniform, and as a result, the auxiliary teeth The cogging force acting on the head 23 also varies in a slightly complicated manner. Therefore, the cogging force f2 of the auxiliary teeth 23 can be changed in a state closer to the cogging force f1 of the main teeth 22 by preparing the inclination angle θ2 of the auxiliary teeth 23, and thereby the cogging acting on the main teeth 22 is achieved. The force and the cogging force by the auxiliary teeth 23 can be more effectively offset. In the present embodiment, as described above, good results have been confirmed by providing the auxiliary teeth 23 obliquely by 10 ° with respect to the main teeth.

従って、この実施形態のリニアモータ1によると、トータル的なコギング力Fをより効果的に低減することができ、これによって推力むらの発生をより確実に防止できるようになるという効果がある。   Therefore, according to the linear motor 1 of this embodiment, the total cogging force F can be reduced more effectively, and this has the effect of more reliably preventing the occurrence of thrust unevenness.

次に、上記のリニアモータ1を組み込んだ本発明に係る一軸アクチュエータである単軸ロボットについて図面を用いて説明する。   Next, a single-axis robot that is a single-axis actuator according to the present invention incorporating the linear motor 1 will be described with reference to the drawings.

図4および図5は、単軸ロボットの概略を示しており、図4は平面図で、図5は断面図(図4のV−V断面図)でそれぞれ単軸ロボットを示している。   4 and 5 show an outline of the single-axis robot, FIG. 4 is a plan view, and FIG. 5 is a cross-sectional view (cross-sectional view taken along line VV in FIG. 4).

これらの図に示すように単軸ロボット30は、ケース部材32と、各種作業用機器を搭載するためのテーブル33と、このテーブル33を移動させるための上記リニアモータ1を含む駆動機構とを備えている。   As shown in these drawings, the single-axis robot 30 includes a case member 32, a table 33 for mounting various work devices, and a drive mechanism including the linear motor 1 for moving the table 33. ing.

前記ケース部材32は、フレーム42(本発明のベース部材に相当する)と、一対の上部カバー44と、一対の端面カバー46とからなり、一軸方向に延びる箱形に形成されている。なお、当実施形態では、説明の便宜のためにケース部材32の延びる一軸方向を前後方向とし、ケース部材32の幅方向(図5の左右方向)を左右方向として説明する。   The case member 32 includes a frame 42 (corresponding to a base member of the present invention), a pair of upper covers 44, and a pair of end surface covers 46, and is formed in a box shape extending in a uniaxial direction. In the present embodiment, for convenience of explanation, the uniaxial direction in which the case member 32 extends will be referred to as the front-rear direction, and the width direction of the case member 32 (the left-right direction in FIG. 5) will be described as the left-right direction.

前記フレーム42は、例えばアルミニウム合金等の押出し材やダイキャストからなる前後方向に細長の部材で、所定厚みを有する底壁部42aと、この底壁部42aの左右両側から上方に延びる側壁部42bと有する上方に開口した断面略U字形に形成されている。   The frame 42 is an elongate member made of extruded material such as aluminum alloy or die-cast, for example, in the front-rear direction, and has a bottom wall portion 42a having a predetermined thickness and side wall portions 42b extending upward from the left and right sides of the bottom wall portion 42a. And has a substantially U-shaped cross section opened upward.

前記一対(左右一対)の上部カバー44は、図5に示すように、ケース部材32の側壁部42bに連続して上下方向に延び、その上端部からケース部材32の内側に向かって水平に延びる断面逆L字形の部材で、左右対称に形成されている。これら上部カバー44は、前後方向に細長に形成されており、同図に示すように、それぞれボルトによりフレーム42の前記側壁部42bの上端部に固定されている。   As shown in FIG. 5, the pair of left and right upper covers 44 extends in the vertical direction continuously from the side wall portion 42 b of the case member 32, and extends horizontally from the upper end portion toward the inside of the case member 32. It is a member having an inverted L-shaped cross section and formed symmetrically. These upper covers 44 are elongated in the front-rear direction, and are fixed to the upper ends of the side wall portions 42b of the frame 42 by bolts, as shown in FIG.

前記一対(前後一対)の端面カバー46は、例えば矩形のブロック状の部材で、フレーム42の前後端面に図外のボルトで固定されている。   The pair (front and rear pair) of end surface covers 46 are, for example, rectangular block-shaped members, and are fixed to the front and rear end surfaces of the frame 42 with bolts (not shown).

そして、フレーム42に対して上部カバー44および端面カバー46が組み付けられることにより、これらフレーム42等が協働して上記駆動機構を収容するための空間をもつ前記ケース部材32を構成している。   Then, the upper cover 44 and the end surface cover 46 are assembled to the frame 42, so that the frame 42 and the like cooperate to constitute the case member 32 having a space for accommodating the drive mechanism.

このケース部材32の内部には、テーブル33と上記駆動機構とが配備されている。   A table 33 and the drive mechanism are disposed inside the case member 32.

具体的には、フレーム42の内底面に、左右方向に所定間隔を隔てて並ぶ一対のリニアガイド装置50が配備され、これらリニアガイド装置50に前記テーブル33が固定され、さらに駆動源として上記リニアモータ1がケース部材32内に組み込まれている。   Specifically, a pair of linear guide devices 50 arranged at predetermined intervals in the left-right direction are provided on the inner bottom surface of the frame 42, the table 33 is fixed to these linear guide devices 50, and the above linear guide device 50 is used as a drive source. The motor 1 is incorporated in the case member 32.

各リニアガイド装置50は、前後方向に延びるレール51(案内レール)と、このレール51に剛球52を介してスライド自在に装着されるスライダ53とから構成されており、レール51が互いに平行に並ぶ状態でフレーム42の底壁部42aに固定されている。そして、これらリニアガイド装置50の各スライダ53に跨った状態で、当該スライダ53に対して前記テーブル33が固定されている。   Each linear guide device 50 includes a rail 51 (guide rail) extending in the front-rear direction and a slider 53 that is slidably mounted on the rail 51 via a rigid ball 52. The rails 51 are arranged in parallel to each other. In this state, the frame 42 is fixed to the bottom wall portion 42a. The table 33 is fixed to the slider 53 in a state of straddling each slider 53 of the linear guide device 50.

テーブル33は、平面視矩形の部材であって、上記スライダ53に固定されるテーブルベース61と、このテーブルベース61上に積層固定されるテーブル本体62とから構成されている。   The table 33 is a rectangular member in plan view, and includes a table base 61 fixed to the slider 53 and a table main body 62 stacked and fixed on the table base 61.

テーブル本体62は、上部カバー44より上方に配置され、両上部カバー44の間に形成される開口部分を介してテーブルベース61に固定されている。テーブル本体62の上面には、その左右両端に、前後方向に延びる突条からなる取付座62aが形成されており、これら取付座62aに対して各種作業用部材がボルトで固定されるようになっている。なお、テーブル本体62の上部であって両取付座62aの間の部分には、前後方向に延び、かつ前後両端が端面カバー46にそれぞれ固定される帯状のシャッタ部材47が配備されており、これによって両上部カバー44の間に形成される前記開口部分が覆われるようになっている。   The table main body 62 is disposed above the upper cover 44 and is fixed to the table base 61 through an opening formed between the upper covers 44. On the upper surface of the table main body 62, mounting seats 62a made of ridges extending in the front-rear direction are formed at both left and right ends, and various working members are fixed to the mounting seats 62a with bolts. ing. A belt-like shutter member 47 extending in the front-rear direction and having both front and rear ends fixed to the end surface cover 46 is provided at the upper portion of the table body 62 and between the mounting seats 62a. Thus, the opening formed between the upper covers 44 is covered.

そして、上記テーブル33とフレーム42(底壁部42a)との間に、上記リニアモータ1が配備されている。詳しくは、フレーム42の底壁部42aの左右略中央に、下向きに凹み、かつ前後方向に延びる溝部43aが形成され、この溝部43aの内底面に、前記永久磁石14が前後方向に並ぶように前記固定部2が固定されている。また、前記テーブル33のテーブルベース61の下面に、可動部3が、前記固定部2との間に所定の隙間を隔てて固定されている。なお、可動部3の前記コイル24は、図示されない基板に接続され、この基板及び当該基板に接続されたケーブルW1を介して図外の電源および制御回路に電気的に接続されるようになっている。このケーブルW1は、後述するセンサ制御用基板83のケーブルW2と共にケース部材32の側方に導出され、当該ケース部材側方に設けられる屈曲自在なダクト部材36に保持されている。   The linear motor 1 is disposed between the table 33 and the frame 42 (bottom wall portion 42a). Specifically, a groove 43a that is recessed downward and extends in the front-rear direction is formed at the center of the bottom wall 42a of the frame 42 so that the permanent magnets 14 are arranged in the front-rear direction on the inner bottom surface of the groove 43a. The fixing part 2 is fixed. The movable portion 3 is fixed to the lower surface of the table base 61 of the table 33 with a predetermined gap between the movable portion 3 and the fixed portion 2. The coil 24 of the movable portion 3 is connected to a substrate (not shown), and is electrically connected to a power source and a control circuit (not shown) via the substrate and a cable W1 connected to the substrate. Yes. This cable W1 is led out to the side of the case member 32 together with the cable W2 of the sensor control board 83 described later, and is held by a bendable duct member 36 provided on the side of the case member.

また、フレーム42の底壁部42aのうち、右側のリニアガイド装置50のレール51より外側(図4では右側)の位置には、磁気的に目盛りを記録したプレート状の磁気スケール80がレール51に沿って固定され、前記テーブル33の右端部には、この磁気スケール80を読取るためのMRセンサやホールセンサ等の磁気センサ82が配備されている。つまり、磁気センサ82により磁気スケール80を読取ることによりテーブル33の位置が検出されるようになっている。前記磁気センサ82は、前記レール51の直ぐ側方であって、スライダ53の下面と底壁部42aとの間に形成される隙間S内に配置され、磁気スケール80は、底壁部42aであって上記磁気センサ82に対向する位置にそれぞれ配備されている。   Further, a plate-like magnetic scale 80 on which a scale is magnetically recorded is located on the rail 51 at a position outside the rail 51 of the right linear guide device 50 (on the right side in FIG. 4) in the bottom wall portion 42a of the frame 42. A magnetic sensor 82 such as an MR sensor or a Hall sensor for reading the magnetic scale 80 is provided at the right end of the table 33. That is, the position of the table 33 is detected by reading the magnetic scale 80 by the magnetic sensor 82. The magnetic sensor 82 is disposed immediately on the side of the rail 51 and in a gap S formed between the lower surface of the slider 53 and the bottom wall portion 42a, and the magnetic scale 80 is disposed at the bottom wall portion 42a. Thus, the magnetic sensor 82 is provided at a position facing the magnetic sensor 82.

磁気センサ82は、センサ制御用基板83と共にセンサホルダ84(以下、単にホルダ84という)に一体に組み付けられており、このホルダ84が前記テーブルベース61に組付けられることにより、当該テーブル33に固定されている。詳しく図示していないがホルダ84には、中空の基板収容部が設けられており、この基板収容部に前記センサ制御用基板83が配置されている。そして、このセンサ制御用基板83がケーブルW2を介して図外の電源及び制御回路に電気的に接続されるようになっている。   The magnetic sensor 82 is integrally assembled with a sensor holder 84 (hereinafter simply referred to as a holder 84) together with a sensor control board 83, and the holder 84 is fixed to the table 33 by being assembled to the table base 61. Has been. Although not shown in detail, the holder 84 is provided with a hollow substrate housing portion, and the sensor control substrate 83 is disposed in the substrate housing portion. The sensor control board 83 is electrically connected to a power source and control circuit (not shown) via a cable W2.

この単軸ロボット30によると、図外の駆動装置からリニアモータ1のコイル24に駆動電流が供給されることにより可動部3に磁束が発生、この磁束と永久磁石14との相互作用による推力によってテーブル33が前後方向に移動する。そして、磁気センサ82による磁気スケール80の読取りに基づき可動部3の位置が検出され、この検出に基づいて駆動電流が制御されることにより、テーブル33の移動およびその速度等が制御される。   According to this single-axis robot 30, a driving current is supplied from a driving device (not shown) to the coil 24 of the linear motor 1, whereby a magnetic flux is generated in the movable part 3, and a thrust generated by an interaction between the magnetic flux and the permanent magnet 14 is generated. The table 33 moves in the front-rear direction. Then, the position of the movable portion 3 is detected based on the reading of the magnetic scale 80 by the magnetic sensor 82, and the movement of the table 33 and its speed are controlled by controlling the drive current based on this detection.

このような実施形態の単軸ロボット30によると、駆動源として上述したようなリニアモータ1を組み込んでいるため、作動時のコギング力Fを効果的に低減することができる。従って、推力むらの発生を効果的に抑えて、テーブル33をよりスムーズに移動させることができるようになる。   According to the single-axis robot 30 of such an embodiment, since the linear motor 1 as described above is incorporated as a drive source, the cogging force F during operation can be effectively reduced. Therefore, the occurrence of thrust unevenness can be effectively suppressed and the table 33 can be moved more smoothly.

この場合、単軸ロボット30にリニアモータ1が組み込まれると、可動部3の主ティース22に働くコギング力は、各主ティース22間ピッチの微妙な相違等の影響以外に、周辺の磁性体、例えばリニアガイド装置50等の影響を受けてより複雑に変動することが考えられるが、この場合でも具体的な構成に応じて、補助ティース23のコギング力が主ティース22のコギング力により近い変動を示すように補助ティース23の傾き角度θ2等を整備することにより、これらコギング力を効果的に相殺することが可能となり、その結果、テーブル33をスムーズに移動させることができるようになる。   In this case, when the linear motor 1 is incorporated in the single-axis robot 30, the cogging force acting on the main teeth 22 of the movable part 3 is not limited to the influence of subtle differences in the pitch between the main teeth 22. For example, it may be more complicated to be affected by the influence of the linear guide device 50 or the like, but even in this case, depending on the specific configuration, the cogging force of the auxiliary teeth 23 may vary closer to the cogging force of the main teeth 22. As shown in the figure, by adjusting the inclination angle θ2 of the auxiliary teeth 23, it is possible to effectively cancel out the cogging force, and as a result, the table 33 can be moved smoothly.

なお、以上説明したリニアモータ1および単軸ロボット30は、本発明の実施形態の一例であって、その具体的な構造は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   The linear motor 1 and the single-axis robot 30 described above are examples of the embodiment of the present invention, and the specific structure thereof can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、実施形態のリニアモータ1では、図2に示すように、各補助ティース23は、永久磁石14と対称な傾き状態で設けられているが、すなわち、中心線(長辺と平行な線)が移動方向に対して反時計回りにθ1(=80°)傾いた状態で各永久磁石14が配置され、各補助ティース23は、中心線(長辺と平行な線分)が移動方向に対して反時計回りにθ2(=100°)傾いた状態で設けられているが、各補助ティース23は、永久磁石14と同じ傾き状態(すなわちθ2=80°)で配置されていてもよい。また、一方の補助ティース23と他方の補助ティース23とが、互いに逆方向に傾いたものでもよい。要するに、本発明は、主ティース22に対して補助ティース23を斜めに設けることにより補助ティース23に働くコギング力が左右方向において一様では無くなるようにし、これを利用して、補助ティース23に働くコギング力の変動を主ティース22に働くコギング力の変動に近づけてコギング力をより効果的に相殺し得るようにしたものである。従って、具体的な各補助ティース23の傾き角度や方向は、コギング力をより効果的に相殺し得るように適宜選定するようにすればよい。   For example, in the linear motor 1 of the embodiment, as shown in FIG. 2, each auxiliary tooth 23 is provided in an inclined state symmetrical to the permanent magnet 14, that is, a center line (a line parallel to the long side). The permanent magnets 14 are arranged in a state of being inclined counterclockwise by θ1 (= 80 °) with respect to the moving direction, and each auxiliary tooth 23 has a center line (a line segment parallel to the long side) with respect to the moving direction. The auxiliary teeth 23 may be arranged in the same inclined state as the permanent magnet 14 (that is, θ2 = 80 °). In addition, one auxiliary tooth 23 and the other auxiliary tooth 23 may be inclined in opposite directions. In short, in the present invention, the cogging force acting on the auxiliary teeth 23 is not uniform in the left-right direction by providing the auxiliary teeth 23 obliquely with respect to the main teeth 22, and this is used to act on the auxiliary teeth 23. The variation of the cogging force is made closer to the variation of the cogging force acting on the main teeth 22 so that the cogging force can be more effectively offset. Accordingly, the specific inclination angle and direction of each auxiliary tooth 23 may be appropriately selected so that the cogging force can be more effectively offset.

なお、上記実施形態では、各主ティース22の下端面が長方形をしている場合を示したが、長円形等、細長い形状であれば特に形状を問わない。また、各主ティース22は、その長手方向を移動方向と直交するように設けたが、主ティース22の長手方向と永久磁石14の長手方向が相対的に角度を有することを条件に、直交ではなく角度を持ってもよい。また、永久磁石14の長手方向を移動方向と直交するようにし、主ティース22の長手方向を移動方向に対して斜めとなるようにしてもよい。この場合も、主ティース22の長手方向と永久磁石14の長手方向とが相対的に角度を有するので、主ティース22による推力の脈動、すなわちコギング力が緩和される。   In addition, although the case where the lower end surface of each main teeth 22 was a rectangle was shown in the said embodiment, if it is elongate shapes, such as an ellipse, a shape will not be ask | required in particular. Each main tooth 22 is provided so that its longitudinal direction is orthogonal to the moving direction. However, on the condition that the longitudinal direction of the main teeth 22 and the longitudinal direction of the permanent magnet 14 are relatively angled, You may have an angle. Further, the longitudinal direction of the permanent magnet 14 may be orthogonal to the moving direction, and the longitudinal direction of the main teeth 22 may be inclined with respect to the moving direction. Also in this case, since the longitudinal direction of the main teeth 22 and the longitudinal direction of the permanent magnet 14 have a relative angle, the pulsation of thrust by the main teeth 22, that is, the cogging force is alleviated.

一方、補助ティース23については、その長手方向が主ティース22の長手方向と角度を持つようにすることでコギング力をより低減できる。この角度の持たせ方には、補助ティース23の長手方向と永久磁石14の長手方向とが一致、あるいは小さい相対角度しか持たせないようにする場合と、補助ティース23の長手方向が主ティース22の長手方向だけでなく、永久磁石14の長手方向に対しても角度を持たせるようにする場合がある。例えば永久磁石14の長手方向が移動方向に対して直交し、かつ主ティース22の長手方向が移動方向に対して斜めになるような構成では、補助ティース23の長手方向が移動方向に対して直交するようにし、あるいは補助ティース23の長手方向が、移動方向に対して主ティース22の長手方向とは逆向きに傾くようにすることによってコギング力を低減することができる。   On the other hand, the cogging force can be further reduced by making the longitudinal direction of the auxiliary teeth 23 have an angle with the longitudinal direction of the main teeth 22. In order to provide this angle, the longitudinal direction of the auxiliary teeth 23 and the longitudinal direction of the permanent magnet 14 coincide with each other or only a small relative angle is provided, and the longitudinal direction of the auxiliary teeth 23 is the main teeth 22. In some cases, an angle may be given not only to the longitudinal direction of the permanent magnet 14 but also to the longitudinal direction of the permanent magnet 14. For example, in a configuration in which the longitudinal direction of the permanent magnet 14 is orthogonal to the moving direction and the longitudinal direction of the main teeth 22 is oblique to the moving direction, the longitudinal direction of the auxiliary teeth 23 is orthogonal to the moving direction. Alternatively, the cogging force can be reduced by making the longitudinal direction of the auxiliary teeth 23 tilt in the direction opposite to the longitudinal direction of the main teeth 22 with respect to the moving direction.

本発明に係るリニアモータの概略を示す側面図である。It is a side view showing the outline of the linear motor concerning the present invention. リニアモータの概略を示す断面図(図1のII−II断面図)である。It is sectional drawing (II-II sectional drawing of FIG. 1) which shows the outline of a linear motor. 主ティースのコギング力、補助ティースのコギング力およびトータルのコギング力の変動を示す図である。It is a figure which shows the fluctuation | variation of the cogging force of the main teeth, the cogging force of the auxiliary teeth, and the total cogging force. 本発明に係る単軸ロボット(本発明に係るリニアモータが組込まれた一軸アクチュエータ)の概略を示す平面図である。It is a top view which shows the outline of the single axis | shaft robot (uniaxial actuator incorporating the linear motor which concerns on this invention) concerning this invention. 単軸ロボットの概略を示す断面図(図4のV−V断面図)である。It is sectional drawing (VV sectional drawing of FIG. 4) which shows the outline of a single axis robot.

符号の説明Explanation of symbols

1 リニアモータ
2 固定子
3 可動子
14 永久磁石
20 電機子コア
22 主ティース
23 可動子
24 コイル
30 単軸ロボット
32 ケース部材
33 テーブル
50 リニアガイド装置
1 linear motor 2 stator 3 mover 14 permanent magnet 20 armature core 22 main teeth 23 mover 24 coil 30 single-axis robot 32 case member 33 table 50 linear guide device

Claims (6)

交互に極性が異なるように複数の磁石が一軸方向に並べて配置された界磁部と、前記磁石と所定隙間を隔てて対向配置される電機子とを備え、界磁部と電機子とが前記一軸方向に相対的に移動するように構成されたリニアモータにおいて、
前記電機子は、互いに平行な状態で前記一軸方向に並ぶ板状の複数の主ティースおよびこれら主ティースの並び方向両側に配置される板状の一対の補助ティースを具備する電機子コアと、各主ティースに巻装されるコイルとを備え、
前記各補助ティースは、前記主ティースに対して斜めに配置されていることを特徴とするリニアモータ。
A plurality of magnets arranged in a uniaxial direction so as to alternately have different polarities, and an armature disposed opposite to the magnets with a predetermined gap therebetween, wherein the field portions and the armatures are In a linear motor configured to move relative to one axis,
The armature includes a plurality of plate-like main teeth arranged in the uniaxial direction in parallel with each other and a pair of plate-like auxiliary teeth arranged on both sides of the arrangement direction of the main teeth, A coil wound around the main teeth,
Each of the auxiliary teeth is disposed obliquely with respect to the main teeth.
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記磁石および各ティースは共に細長に形成され、
前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、
前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、
前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記磁石とは逆向きに傾いた状態で配置されていることを特徴とするリニアモータ。
The linear motor according to claim 1,
Both the magnet and each tooth are formed in an elongated shape,
Each magnet of the field part is arranged in a state where the longitudinal direction is inclined with respect to the uniaxial direction,
Each of the main teeth is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction,
Each of the auxiliary teeth is arranged in parallel with each other and in a state where the longitudinal direction is inclined in the direction opposite to the magnet with respect to the uniaxial direction.
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記磁石および各ティースは共に細長に形成され、
前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、
前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、
前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記磁石と同じ向きに傾いた状態で配置されていることを特徴とするリニアモータ。
The linear motor according to claim 1,
Both the magnet and each tooth are formed in an elongated shape,
Each magnet of the field part is arranged in a state where the longitudinal direction is inclined with respect to the uniaxial direction,
Each of the main teeth is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction,
Each of the auxiliary teeth is arranged in parallel with each other and in a state where the longitudinal direction is inclined in the same direction as the magnet with respect to the uniaxial direction.
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記磁石および各ティースは共に細長に形成され、
前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、
前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、
前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置されていることを特徴とするリニアモータ。
The linear motor according to claim 1,
Both the magnet and each tooth are formed in an elongated shape,
Each magnet of the field part is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction,
Each of the main teeth is arranged in a state where the longitudinal direction is oblique with respect to the uniaxial direction,
Each of the auxiliary teeth is arranged in parallel to each other and in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction.
請求項1に記載のリニアモータにおいて、
前記磁石および各ティースは共に細長に形成され、
前記界磁部の各磁石は、長手方向が前記一軸方向と直交する状態で配置され、
前記各主ティースは、長手方向が前記一軸方向に対して斜めになる状態で配置され、
前記各補助ティースは、互いに平行に、かつ長手方向が前記一軸方向に対して前記主ティースとは逆向きに傾いた状態で配置されていることを特徴とするリニアモータ。
The linear motor according to claim 1,
Both the magnet and each tooth are formed in an elongated shape,
Each magnet of the field part is arranged in a state where the longitudinal direction is orthogonal to the uniaxial direction,
Each of the main teeth is arranged in a state where the longitudinal direction is oblique with respect to the uniaxial direction,
Each of the auxiliary teeth is arranged in parallel with each other and in a state where the longitudinal direction is inclined in the direction opposite to the main teeth with respect to the uniaxial direction.
ベース部材と、このベース部材に対して一軸方向に移動自在に支持されるテーブルと、前記ベース部材に固定される界磁部およびこれに対向するように前記ベース部に固定される電機子を具備したリニアモータとを備えた一軸アクチュエータにおいて、
前記リニアモータとして請求項1乃至5の何れか一項に記載のリニアモータを備えていることを特徴とする一軸アクチュエータ。
A base member, a table supported movably in one axial direction with respect to the base member, a field portion fixed to the base member, and an armature fixed to the base portion so as to face the field portion In a single-axis actuator equipped with a linear motor,
A single-axis actuator comprising the linear motor according to any one of claims 1 to 5 as the linear motor.
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