JP3862927B2 - Cylinder type linear synchronous motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動子が直線運動をするシリンダ形リニア同期モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、シリンダ形リニアモータとして実際に販売されているものとしては、シリンダ形のリニアステッピングモータ(またはリニアパルスモータ)がある。この市販されているシリンダ形のリニアステッピングモータは、内周面に直動軸の軸線方向に沿って複数の小歯が形成され且つ励磁巻線が巻装された複数の固定子コアからなる固定子と、直動軸に固定され内部に永久磁石を備えて外周面に直動軸の軸線方向に沿って複数の小歯が形成された可動部を備えた可動子とを備えている。そしてこのリニアステッピングモータでは、複数の固定子コアの励磁巻線を順次励磁することにより固定子の小歯と可動子の小歯との間に推力を発生させて直動軸を直線運動させる。リニアステッピングモータは、位置制御性能は高いものの、大きな推力を得ることができない。
【0003】
そこで出願人は、位置制御性能は劣るが大きな推力を得ることができるシリンダ形リニア同期モータを提案した(特願平10−130051号)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
出願人が提案したシリンダ形リニア同期モータでは、予め複数の環状巻線を用意し、固定子コアの対応する複数のスロットにそれぞれ対応する環状巻線を嵌合させた構造を有している。しかしながらこのような構造では、軸線方向の長さが異なるモータ毎に固定子コアを設計して製造しなければならなかった。また固定子の組み立てが面倒であるとう問題もあった。更に、可動子と対向するスロットの開口部の幅寸法を狭くしてモータ性能を高めることができない問題もあった。本発明の目的は、軸線方向の長さを任意に設定できる構造の固定子を備えたシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【0005】
本発明の他の目的は、組み立てが容易な構造の固定子を備えたシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【0006】
本発明の更に他の目的は、環状巻線を備えてしかもスロットの可動子側の開口部を狭くすることができるシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【0007】
本発明の更に他の目的は、磁気飽和が起こらないシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【0008】
本発明の更に他の目的は、コギング推力を減少させることができるシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリンダ形リニア同期モータで用いる可動子は、軸線方向に往復移動する直動軸、この直動軸に固定された磁石取付部及び磁石取付部に固定され直動軸の軸線方向に並ぶ複数の永久磁石からなる1以上の永久磁石列を備えている。なお1つの永久磁石列を構成する複数の永久磁石は、物理的に組合せた複数の永久磁石であってもよいし、物理的に1つの磁性体が長手方向に交互にN極とS極とに着磁されて構成された複数の永久磁石でもよい。永久磁石列が複数列ある場合には、複数列の永久磁石列は周方向にほぼ等しい間隔をあけて配置するのが好ましい。但し、径方向の外面にN極またはS極が現れるように着磁された円環状永久磁石を用いて、永久磁石列の集合体を構成してもよい。具体的には、可動子の磁石取付体の外周部に軸線方向に所定の間隔をあけてN極とS極が交互に並ぶように円環状永久磁石を嵌合させて固定する。このような複数の円環状永久磁石を用いた場合には、複数の円環状永久磁石の固定子コアの複数の磁極部と対向する部分が、それぞれ永久磁石列を構成する複数の永久磁石となる。このような円環状永久磁石を用いると、可動子の構造が簡単になるだけでなく、永久磁石の磁石取付体への取付が容易になる。
【0010】
また固定子は、巻線導体が環状に巻かれて形成され、軸線方向に所定の間隔をあけて配置され且つ可動子の周囲を囲むように配置された複数の環状巻線を備えている。また固定子は、可動子の永久磁石列と所定の間隙を介して対向する複数の磁極部及びこれら複数の磁極部を磁気的に連結するヨークを有し且つ隣接する2つの磁極部間に対応する環状巻線の少なくとも一部を受け入れるスロットを形成するように複数の磁極部が軸線方向に間隔をあけて配置されてなる固定子コアユニットを備えている。ここでスロットは、可動子に向かって開口する開口部と環状巻線の少なくとも一部を受け入れる巻線受け入れ部とを有している。
【0011】
シリンダ形リニア同期モータでは、固定子の複数の環状巻線(励磁巻線)に流れる励磁電流の通電方向を変えて複数の磁極部の磁極面に現れる磁極の極性を変えることにより移動磁界を発生して、1以上の永久磁石列と複数の磁極部との間に直動軸を軸線方向に変位させる推力を発生する。励磁電流が交流電流であれば、その周波数に応じて磁極部の磁極面に現れる磁極の極性が変化することになる。多相の交流電流を複数の励磁巻線に通電すれば多相同期モータとなるため、大きな推力を得ることができる。励磁電流の極性及び大きさを固定すれば固定子と可動子との間には吸引力のみが働き、可動子の位置は固定される。
【0012】
固定子コアユニットの磁極部を励磁する場合、回転電機の発想に従えば、磁極部の外周に巻線導体を巻回することになる。この回転電機の発想をリニア同期モータに持ち込むと、軸線方向の長さが長くなる上、巻線の巻回作業が大変になる。そこで本発明では、固定子の複数の励磁巻線として、それぞれ可動子の周囲を周方向に囲むように巻線導体を環状に巻回してなる環状巻線を用いる。そして固定子コアユニットの軸線方向に隣接する2つの磁極部間に形成されたスロットに対応する1つの環状巻線の少なくとも一部を嵌合させる構造を採用する。このようにすると1つのスロットに嵌合された励磁巻線が発生する磁束が隣接する2つの磁極部を循環するように流れて、隣接する2つの磁極部の磁極面には極性の異なる磁極が現れる。1以上の固定子コアユニットの複数のスロットに嵌合した複数の環状巻線に流す励磁電流を適当に切り替えることにより、固定子側に軸線方向の一方の方向から他方の方向に向かって(または他方の方向から一方の方向に向かって)N極とS極の磁界が所定の速度で移動しているのと同じ状態の移動磁界が得られる。この移動磁界は、多相同期電動機で用いる回転磁界に相当するものである。この移動磁界により、固定子コアユニットの複数の磁極部と可動子の永久磁石列との間に推力が発生して直動軸が軸線方向に移動する。固定子コアの複数の磁極部の磁極面に現れる磁極を一定にすれば、可動子と固定子との間には吸引力のみが発生して可動子は固定される。
【0013】
本発明においては、固定子コアユニットとして、固定子コアユニットのスロットに対応するヨークの部分に軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部を有する複数の固定子コア分割体が軸線方向に組み合わされて構成される構造のものを用いる。また、本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有している。そして、環状の磁極部は、永久磁石列と対向する磁極面を有する環状の磁極面形成部と磁極面形成部と環状のヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有しており、環状の連結部は、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有している。ここで「スロットに対応するヨークの部分」とは、その部分に設けた組合せ構造部で2つの固定子コア分割体を分割すると、スロットが2つに分かれてしまう(または1つのスロットが形状を維持できなくなる部分)であり、スロットが完全に2分割される部分に限られるものではない。
【0014】
ここで軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部の構造として、凹凸嵌合構造により組み合される構造や、また2つの固定子コア分割体のヨーク構成部分に対向する凹部またはスリットをそれぞれ形成し、対向する2つの凹部またはスリットの双方に共通の嵌合部材を嵌合させて組み合わされる構造等、公知の組合せ構造を用いることができる。
【0015】
本発明のように固定子コアユニットを、複数の固定子コア分割体を軸線方向に組み合わせて構成する構造にすると、固定子コアユニットの長さを組み合わされる固定子コア分割体の数や形状によって任意に定めることができる。したがって励磁巻線の相数を増加させたり、永久磁石列の長さを長くして大きな推力を得る場合にも、新規に固定子コアユニットを設計製造する必要がない。また複数の固定子コア分割体を組み合わせる過程で、環状巻線の少なくとも一部をスロット間に配置することができるので、固定子コアユニットと環状巻線の組合せが容易になり、結果として固定子の製造組み立てが容易になる。またこの構造を採用すると、スロット内に巻線の少なくとも一部を押し込む場合と比べて、スロット内に収納できる巻線の占積率を高めることができる。
【0016】
特に本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有しているので、複数の固定子コア分割体を組み合わせるだけで、簡単に固定子コアユニットを形成でき、固定子の製造組み立てが容易になる。また、環状の磁極部は、磁極面を有する環状の磁極面形成部と、磁極面形成部とヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有しており、環状の連結部は、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有しているので、磁気飽和が起こらない上、スロットの占有率を高められる。
【0017】
磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積をほぼ一定にする具体的な方法としては、環状の連結部を円板状に形成し、環状の連結部の径方向内側部の半径寸法をR1とし、環状の連結部の径方向内側部の厚み寸法をT1とし、環状の連結部の径方向外側部の半径寸法をR2とし、環状の連結部の径方向外側部の厚み寸法をT2としたときに、T1×R1=T2×R2の条件を満たすように環状の連結部の厚みを連続的に薄くすればよい。
【0018】
磁極面形成部の厚み寸法T3を、コギング推力を減少させるように厚み寸法T1よりも大きく設定すれば、コギング推力を減少できる上、磁極部の磁極面の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。また、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体は、それぞれ同じ形状を有しているので、軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体の形状を変えるだけで、コギングを低減できる。
【0019】
このように磁極面形成部の厚み寸法T3を厚み寸法T1よりも大きく設定してコギング推力の減少を図るには、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の間に位置する複数の固定子コア分割体の磁極面形成部の厚み寸法を一定にし、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の厚み寸法を、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の磁極面の軸線方向の内側角部間の寸法Aと固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の磁極面の軸線方向の外側角部間の寸法Bとの関係が、コギングを低減する関係になるように定めればよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態を説明するために用いる本発明の前提となる出願人が先に提案したシリンダ形リニア三相同期モータ1の一部破断断面図であり、図2は図1の半部横断面図である。このシリンダ形リニア三相同期モータ1のケース3は、非磁性材料(例えばアルミニューム)製のシリンダ形のフレーム5とアルミニューム製の一対のエンドブラケット7及び9とから構成されている。フレーム5は、内部に円筒状の空洞5aを有しており、またその両端開口部の内側にエンドブラケット7及び9が嵌合される環状の段部5b,5bを有している。エンドブラケット7及び9の中央部の開口部7a及び9aには、ボールスプラインからなるリニア軸受11及び13が嵌合されている。リニア軸受11及び13は、エンドブラケット7及び9に対して4本の捩子15で固定されている。一対のエンドブラケット7及び9のフレーム5の段部5b,5bに嵌合される環状突出部7b及び9bの外周部には、径方向外側に向かって開口する環状の溝7c及び9cが形成されており、この溝7c及び9c内にはシール用のオーリング17及び19が嵌合されている。図2に示されるようにエンドブラケット7及び9には、輪郭形状がほぼ四角形をなすフランジ部7d及び9dが一体に設けられており、このフランジ部の四隅には、取付用のボルトを挿入する孔21及び23がそれぞれ形成されている。なおエンドブラケット7及び9は、フレーム5に対して捩子25により固定されている。
【0021】
一対のリニア軸受11及び13には、直線往復運動可能に鉄製の直動軸27が支持されている。図1に示した状態は、直動軸27の負荷が接続される出力軸部27aが最も外側に突出した状態である。ケース3の内部に位置する直動軸27の部分には、磁性材料である鉄製の磁石取付体29が直動軸27と同心になるように固定されている。磁石取付体29は、基本的には円筒形状を成しており、その内部には直動軸27の外周に嵌合される嵌合孔29aと、この嵌合孔29aの両側に位置して嵌合孔29aよりも径寸法の大きい第1及び第2の大径孔29b及び29cが形成されている。第1の大径孔29bは、リニア軸受11の内側端部の外周面と接触しない径寸法を有しており、また第2の大径孔29cもリニア軸受13の外周面と接触しない径寸法を有している。磁石取付体29の第1の大径孔29bが形成されている部分(直動軸27の出力軸部27a側の端部)の外周には、後に説明する位置検出センサの被検出部51として用いられるリニアスケールが取付けられる段部29dが形成されている。また第2の大径孔29cが形成される部分の外周部が磁石取付部30を構成している。磁石取付部30は、直動軸27の軸線方向に延びるほぼ円筒形状を有してり、その外周には8個の円環状永久磁石31a〜31hが嵌合されている。隣接する2つの円環状永久磁石の間及び円環状永久磁石31hの軸線方向外側には非磁性材料からなり一部が切断されたほぼ環状またはC字状のストッパ部材33…が嵌合されている。磁石取付部30の外周部には、ストッパ部材33…が嵌合される嵌合溝が形成されている。なお円環状永久磁石31a〜31hは接着剤を介して磁石取付部30に固定してもよいし、円環状永久磁石31a〜31hの全体を合成樹脂によりモールドしてもよい。更に円環状永久磁石31a〜31hが嵌合された磁石取付部30の外側に熱収縮チューブを被せた後、熱収縮チューブを加熱して熱収縮させて、円環状永久磁石31a〜31hを全体的に包み込むようにしてもよい。円環状永久磁石31a,31c,31e及び31gは、径方向の外面にN極が現れるように着磁されており、円環状永久磁石31b,31d,31f及び31hは、径方向の外面にS極が現れるように着磁されている。その結果、直動軸27の軸線方向にN極とS極とが交互に並ぶ永久磁石の列が形成されることになる。なお後述する6個の固定子コアユニット35…の7個の磁極部と対向する各円環状永久磁石の部分が、それぞれ本発明における周方向に所定の間隔を明けて配置された複数の永久磁石列を構成する複数の永久磁石を構成する。この例では、直動軸27と、磁石取付体29と円環状永久磁石31a〜31hによって可動子32が構成されている。
【0022】
なお磁石取付体29の直動軸27への固定の態様は任意であるが、この例では直動軸27の2か所に周方向に4つずつ設けた嵌合孔にピン34を嵌合して磁石取付体29を直動軸27に対して固定している。
【0023】
フレーム5の内周部には、固定子コアユニット35…が固定されている。固定子コアユニット35…は、フレーム5の内周側に固定された基部すなわちヨーク35a及び直動軸27の径方向において磁極面35b…が円環状永久磁石31a〜31hによって形成される永久磁石列と対向し且つ直動軸27の軸線方向に所定の間隔をあけて配置された7つの磁極部35c…を有している。
【0024】
固定子コアユニット35は、7つの固定子コア分割体36a〜36gが軸線方向に組み合わされて構成されている。固定子コア分割体36a〜36gは、固定子コアユニット35のスロットの中央部に対応するヨーク35aの部分に軸線方向に分離可能な組合せ構造部を有している。固定子コア分割体36a〜36gは、それぞれ1つの磁極部35cとヨーク35aの一部を構成するヨーク構成部分とを有している。隣接する2つの固定子コア分割体の組合せ面(当接面)には、組合せ構造部を構成する組合せ可能な凹部と凸部とがそれぞれ形成されており、隣接する2つの固定子コア分割体はその組合せ構造部により相互に連結されている。固定子コア分割体36a〜36gのうち軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体36a及び36gはそれぞれ同じ形状を有しており、また2つの固定子コア分割体36a及び36gの間に位置する5つの固定子コア分割体36b〜36eもそれぞれ同じ形状を有している。
【0025】
各固定子コアユニット35の隣接する2つの磁極部35c間に形成される6個のスロットには、巻線導体を環状に巻回してなる励磁巻線を構成する環状巻線39a〜39fの一部がそれぞれ嵌合されている。なお図1の例では、各環状巻線39a〜39fは、合成樹脂製のボビン41に巻線導体が巻回されて構成されており、ボビン41の一部と一緒に環状巻線が各スロットに嵌合されている。
【0026】
環状巻線39a〜39fは、固定子コア分割体36a〜36gを組み合わせて6個の固定子コアユニット35…を一緒に組み立てる際に、2つの固定子コア分割体の間に順次挟み込まれる。具体的には、6個の固定子コアユニット35…を構成するための7個の固定子コア分割体36aを組立治具の上に所定の間隔をあけて環状に並べ、その上に環状巻線39aを配置する。次に、環状巻線39aを間に挟むようにして6個の固定子コア分割体36bを6個の固定子コア分割体36aの上に組み合わせる。以後、環状巻線39b〜39fと各6個の固定子コア分割体36c〜36gを同様にして順次重ねて同時に6個の固定子コアユニット35…を組み立ててる。そして最後に各固定子コア分割体36a〜36gの結合部にレーザを照射して各固定子コア分割体36a〜36gを一体化する。
【0027】
この例では固定子コアユニット35…、環状巻線39a〜39f及びストッパ部材37を絶縁モールド材料によりモールドしてモールド部45を形成する。なお図1においては、モールド部45を破線で示してある。ストッパ面5dとストッパ部材37は、固定子コアユニット35…に働く軸線方向への反力を受けて、固定子コアユニット35…が軸線方向に変位するのを阻止する機能を果たす。この機能があるために、モールド部45に力が加わってモールド部45にクラック等が入るのを防止できる。なおこの例では、固定子コアユニット35…と環状巻線39a〜39fとにより固定子47が構成されている。
【0028】
リニアステッピングモータと異なって、リニア同期モータは、環状巻線39a〜39fに流れる励磁電流を切り替えるために、可動子32と固定子47との軸線方向における位置関係を検出する位置検出センサを必要とする。ケースの外部に突出する直動軸27の変位を検出するように位置検出センサを設けることも考えられるが、このようにすると既存のモータと同様の感覚で取扱うことができず不便である。またこのようにすると温度変化による各部材の熱膨脹による検出誤差が大きくなって位置制御精度が悪くなる問題も生じる。そこでこの例では、図1に示すように可動子32と固定子47との軸線方向における位置関係を検出する位置検出センサ49をフレーム5の内部に配置している。位置検出センサ49は、可動子32に取付けられた光学的にまたは磁気的に検出可能な被検出部51と、フレーム5の内周部に固定されて被検出部51の位置または移動量を光学的にまたは磁気的に検出する検出部53とから構成できる。光学的に位置を検出する位置検出センサでは、被検出部51として所定の反射パターンを備えたリニアスケールを用いる。そして発光部と受光部とを備えた検出部53から被検出部51に光を照射して反射してきた光に含まれる情報に基づいて位置を検出する。この例では、可動子32の磁石取付体29とフレーム5は熱膨脹係数が異なる材料によって形成されている。そこで被検出部51を直動軸27の負荷が接続される出力軸部27aに近い位置に配置し、検出部53も出力軸部27aに近い位置に配置してある。直動軸27の出力軸部27aを通して負荷側から伝達される熱が直動軸27を通して、モータ1のケース3の内部に伝わると、直動軸27、磁石取付体29及びフレーム5がそれぞれ熱膨脹を起こす。もし直動軸27の出力軸部27aと反対側の非出力軸部27b側に位置検出センサを配置すると、出力軸部27a側から非出力軸部側27bに位置する各部の膨脹が累積して被検出部及び検出部の取付位置の変化として現れる。これに対してこの例のように位置検出センサ49の被検出部51及び検出部53を直動軸27の出力軸部側に近い位置に配置すると、被検出部51及び検出部53の取付位置を変化させる熱膨脹の累積値がわずかであるため、位置検出センサ49の検出精度が高くなり、その分リニア同期モータの位置決め精度が高くなる。
【0029】
図1の例では、直動軸27の負荷が接続されない非出力軸部27b側の端部を支持するリニア軸受13が取付けられる側のエンドブラケット9には、エンドブラケット9から突出する直動軸27の非出力軸部27b側の端部を覆う金属製または合成樹脂製のカバー部材55が取付けられている。カバー部材55を設けると、直動軸27の非出力軸部27bとリニア軸受部13を保護できる。特にこの例ではカバー部材55として防水性を有する構造のものを用いている。具体的には、カバー部材55のフランジ部55aに、エンドブラケット9の外面に向かう方向に開口する環状の嵌合溝が形成してあり、この嵌合溝にシール用のオーリング57が圧縮状態で嵌合されている。なおカバー部材55は、フランジ部55aに設けた図示しない複数の貫通孔に捩子を挿入してエンドブラケット9に対して捩子止めされている。このような構造にすると、直動軸27の非出力軸部27b側からモータの内部に水分が入り込むのを阻止できる。このような機能は、特に直動軸27の非出力軸部側27bが上側に位置するようにして直動軸27を上下方向に変位させる姿勢でこのリニア三相同期モータ1を用いる場合に効果を発揮する。
【0030】
シリンダ形リニア同期モータでは、固定子47の環状巻線39a〜39fに流れる励磁電流の通電方向を変えて各固定子コアユニット35の磁極部35c…の磁極面35b…に現れる磁極の極性を変えることにより移動磁界を発生し、可動子32の永久磁石列と固定子47の磁極部35c…との間に直動軸27を軸線方向に変位させる推力を発生する。この例では励磁電流として正弦波の三相交流を用いる。三相交流の周波数に応じて磁極部35c…の磁極面35b…に現れる磁極の極性が変化する。多相の交流電流を環状巻線に通電すれば多相同期モータとなるため、大きな推力を得ることができるのである。励磁電流を変化させなければ(極性及び大きさを固定すれば)固定子47と可動子32との間には吸引力のみが働き、可動子32の位置は固定されることになる。
【0031】
この例の環状巻線39a〜39fの励磁態様について、図3を及び図4を用いて簡単に説明する。まずこの例では、電気角で120度ずつ位相がずれた3相の励磁電流U,V及びWを用いる。そこで6個の固定子コアユニット35…の隣接する2個のスロットに嵌合される2個の環状巻線39a及び39bにはU相の励磁電流を流し、その次に隣接する2個のスロットに嵌合される2個の環状巻線39c及び39dにはV相の励磁電流を流し、その次に隣接する2個のスロットに嵌合される2個の環状巻線39e及び39fにはW相の励磁電流を流す。そして6個の固定子コアユニット35…のそれぞれの軸線方向に隣接する2つの磁極部35c…に現れる極性が異極性になるように6個の環状巻線39a〜39fを結線する。この例では、図3に示した磁束の流れを生じさせるために、U相の励磁電流を流す環状巻線39a及び39bにはそれぞれ逆方向にU相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にU相の給電線を接続する。なお図3に示した記号は電流の流れる方向を示している。V相の励磁電流を流す環状巻線39c及び39dも,それぞれ逆方向にV相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にV相の給電線を接続する。同様にして、W相の励磁電流を流す環状巻線39e及び39fも,それぞれ逆方向にW相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にW相の給電線を接続する。
【0032】
このように結線して、位置検出センサ49の出力に基づいて、各環状巻線に流れる励磁電流を切り替えることにより、見掛け上軸線方向に移動する移動磁界を発生させると、同期電動機の原理と同様の動作原理で、可動子32が軸線方向に移動する。励磁電流の切り替えを停止すれば、可動子32と固定子47との間には吸引力のみが働き可動子32は停止する。
【0033】
この例で用いた励磁態様を一般的に説明すると次のようになる。まず複数の環状巻線に位相の異なるp相(但しpは2以上の正の整数)の励磁電流を流して移動磁界を得る場合には、m個(但しmは2以上の正の整数)の固定子コアユニットを用いるときには、m個の固定子コアユニットを周方向にほぼ等しい間隔をあけて配置する。また複数の環状巻線として、p×q個(但しqは1以上の正の整数)の環状巻線を用意する。1つの固定子コアユニットにn個の磁極部を設けるとすると、この場合nはn=p×q+1の関係になる。そしてm個の固定子コアユニットの軸線方向に隣接する2つの磁極部間にそれぞれ形成されるn−1個のスロットに、それぞれ対応する1つの環状巻線の一部を嵌合させる。このようにするとm個の固定子コアユニットのn個の磁極部から、完全に同期した移動磁界を発生せることができる。スロットに環状巻線を嵌合させるだけでよいため、スロットの軸線方向の寸法(隣接する2つの磁極部間の間隔)が狭くなっても、固定子を簡単に構成することができる。そして多相の励磁電流を用いて推力を高める場合には、m個の固定子コアユニットの軸線方向に連続して並ぶq個のスロットに嵌合されたq個の環状巻線に同じ相の励磁電流を流す。そしてこのときでもm個の固定子コアユニットのそれぞれの軸線方向に隣接する2つの磁極部に現れる極性が異極性になるようにp×q個の環状巻線を結線する。このようにすると、多相化した場合でも配線が複雑にならない。推力を増減する場合には、同じ相の励磁電流が流れる環状巻線の数を増減すればよい。
【0034】
図5は、本発明の実施の形態のシリンダ型リニア同期モータに用いる固定子コアユニット135の半部断面図である。この固定子コアユニット135は、10個の固定子コア分割体136a〜136jが直動軸27の軸線方向に組み合わされて構成されている。固定子コア分割体136a〜136jは、固定子コアユニット135のスロットの中央部に対応するヨーク135aの部分に軸線方向に分離可能な組合せ構造部を有している。具体的には、この組合せ構造部は、後述するヨーク構成部分136b1の突出部136b4,136b5の凹部と凸部とにより構成されており、隣接する2つの固定子コア分割体はその組合せ構造部により相互に連結されている。固定子コア分割体136a〜136jのうち軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体136a及び136jの間に位置する8つの固定子コア分割体136b〜136iは、それぞれ同じ形状を有している。図6(A)及び(B)は、これらの8つの固定子コア分割体136b〜136iの一つ(136b)の平面図及び一部切り欠き側面図である。固定子コア分割体136bは、導磁性材料により一体に成形され、直動軸27と同心的に配置される環状のヨーク構成部分136b1と環状の磁極部136b2とを有している。ヨーク構成部分136b1は、環状の構成部分本体136b3と、構成部分本体136b3から直動軸27の軸方向両側に突出する2つの環状の突出部136b4,136b5とを有している。突出部136b4,136b5は、隣接する固定子コア分割体の向かい合う突出部と分離可能な凹凸の組合せ構造部を構成している。磁極部136b2は、可動子32の永久磁石列と対向する磁極面136b6を有する環状の磁極面形成部136b7と、磁極面形成部136b7とヨーク構成部分136b1とを連結する円板状をなす環状の連結部136b8とを有している。ヨーク構成部分136b1及び連結部136b8には、環状巻線のリード線を引き出すための切り欠き凹部LHが形成され、連結部136b8及び磁極面形成部136b7には、切り欠き凹部LHと連通して環状巻線のリード線を入れる溝LRが形成されている。連結部136b8は、磁極面形成部136b7からヨーク構成部分136b1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有している。具体的には、連結部136b8の径方向内側部の半径寸法をR1とし、連結部136b8の径方向内側部の厚み寸法をT1とし、連結部136b8の径方向外側部の半径寸法をR2とし、連結部136b8の径方向外側部の厚み寸法をT2としたときに、T1×R1=T2×R2の条件を満たすように連結部136b8の厚みは、連続的に薄くなっている。本例のように、磁極面形成部136b7からヨーク構成部分136b1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連結部136b8の厚みを連続的に薄くすると磁気飽和が起こらない。また、磁極面形成部136b7の厚み寸法T3は、連結部136b8の径方向内側端部の厚み寸法T1よりも大きく設定されている。即ち、磁極面形成部136b7は、環状の形成部本体136b9と、形成部本体136b9から直動軸27の軸方向に突出する2つの環状の肩部136b10,136b11とを有することになる。本例のように、磁極面形成部136b7の厚み寸法T3を連結部136b8の径方向内側端部の厚み寸法T1よりも大きく設定すると、コギング推力を減少できる上、磁極面136b6の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。
【0035】
固定子コア分割体136a〜136jのうち直動軸27の軸線方向の両端に位置する固定子コア分割体136a及び136jも、固定子コア分割体136bと同様に導磁性材料により一体に成形され、図5に示すように、直動軸27と同心的に配置される環状のヨーク構成部分136a1,136j1と環状の磁極部136a2,136j2とをそれぞれ有している。図面に向かって左端部の固定子コア分割体136aのヨーク構成部分136a1は、環状の構成部分本体136a3と、構成部分本体136a3から隣接する固定子コア分割体136b側に突出する1つの環状の突出部136a5とを有している。図面に向かって右端部の固定子コア分割体136jのヨーク構成部分136j1は、環状の構成部分本体136j3と、構成部分本体136j3から隣接する固定子コア分割体136i側に突出する1つの環状の突出部136j4とを有している。磁極部136a2,136j2は、可動子32の永久磁石列と対向する磁極面136a6,136j6を有する環状の磁極面形成部136a7,136j7と、磁極面形成部136a7,136j7とヨーク構成部分136a1,136j1とを連結する円板状をなす環状の連結部136a8,136j8とをそれぞれ有している。なお、固定子コア分割体136a〜136jは、環状巻線のリード線を引き出すために径方向に延びる図示しない貫通溝が形成されているため、完全な環状にはなっていない。しかしながらこのような場合も本出願においては、環状に含まれるものとする。連結部136a8,136j8は、磁極面形成部136a7,136j7からヨーク構成部分136a1,136j1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるようにそれぞれ連続的に厚みが薄くなる構造を有している。図面に向かって左端部の固定子コア分割体136aの磁極面形成部136a7は、環状の形成部本体136a9と、形成部本体136a9から隣接する固定子コア分割体136b側に突出する1つの環状の肩部136a11を有している。図面に向かって右端部の固定子コア分割体136jの磁極面形成部136j7は、環状の形成部本体136j9と、形成部本体136j9から隣接する固定子コア分割体136i側に突出する1つの環状の肩部136j10を有している。また、磁極面形成部136a7,136j7の厚み寸法は、磁極面形成部136a7,136j7の磁極面136a6,136j6の軸線方向の内側角部間の寸法(肩部136a11と肩部136j10との間の寸法)Aと、磁極面形成部136a7,136j7の磁極面136a6,136j6の軸線方向の外側角部間の寸法Bとの関係が、コギングを低減する関係になるように定められている。本例では、内側角部間の寸法Aは93.4mmに設定されており、外側角部間の寸法Bは101.4mmに設定されている。また、磁極面形成部136a7,136j7の軸線方向の両端部外側の部分には、磁極面136a6,136j6から45°の角度で傾斜するテーパ部が形成されている。
【0036】
なお上記の例で説明した環状巻線の励磁態様または方法は一例であって、本発明を実施する場合の環状巻線の励磁方法は移動磁界を発生できるものであれば任意である。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子コアユニットを複数の固定子コア分割体を軸線方向に組み合わせて構成するため、固定子コアユニットの長さを組み合わされる固定子コア分割体の数や形状によって任意に定めることができる利点がある。そのため、励磁巻線の相数を増加させたり、永久磁石列の長さを長くして大きな推力を得る場合にも、設計が容易である。また複数の固定子コア分割体を組み合わせる過程で、環状巻線の少なくとも一部をスロット間に嵌合するように配置することができるので、固定子コアユニットと環状巻線の組合せが容易になり、結果として固定子の製造組み立てが容易になる利点がある。またこの構造を採用すると、スロット内に巻線の少なくとも一部を押し込む場合と比べて、スロット内に収納できる巻線の占積率を高めることができる利点がある。
【0038】
特に本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有しているので、複数の固定子コア分割体を組み合わせるだけで、簡単に固定子コアユニットを形成でき、固定子の製造組み立てが容易になる。また、環状の連結部が、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有しているので、磁気飽和が起こらない上、スロットの占有率を高められる。また、磁極面形成部の厚み寸法T3を、コギング推力を減少させるように厚み寸法T1よりも大きく設定するので、コギング推力を減少できる上、磁極部の磁極面の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。また、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体は、それぞれ同じ形状を有しているので、軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体の形状を変えるだけで、コギングを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明するために用いる本発明の前提となるシリンダ形リニア三相同期モータ1の一部破断断面図である。
【図2】図1の半部横断面図である。
【図3】図1のシリンダ形リニア三相同期モータの固定子側の環状巻線の配置状態を説明するために用いる図である。
【図4】図1のシリンダ形リニア三相同期モータの固定子と可動子の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態のシリンダ型リニア同期モータに用いる固定子コアユニットの半部断面図である。
【図6】(A)及び(B)は、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する2つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体の平面図及び一部切り欠き側面図である。
【符号の説明】
1 シリンダ形リニア三相同期モータ
27 直動軸
29 磁石取付体
31a〜31h 円環状永久磁石
32 可動子
35,135 固定子コアユニット
136b1 ヨーク構成部分
136b2 磁極部
136b6 磁極面
136b7 磁極面形成部
136b8 連結部
R1 連結部の径方向内側端部の半径寸法
R2 連結部の径方向外側部の半径寸法
T1 連結部の径方向内側部の厚み寸法
T2 連結部の径方向外側端部の厚み寸法[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cylinder type linear synchronous motor in which a mover moves linearly.
[0002]
[Prior art]
Currently, a cylinder type linear stepping motor (or linear pulse motor) is actually sold as a cylinder type linear motor. This commercially available cylinder-type linear stepping motor has a fixed structure composed of a plurality of stator cores having a plurality of small teeth formed on the inner peripheral surface along the axial direction of the linear motion shaft and wound with excitation windings. And a movable element including a movable part that is fixed to the linear motion shaft and includes a permanent magnet inside, and a plurality of small teeth formed on the outer peripheral surface along the axial direction of the linear motion shaft. In this linear stepping motor, the excitation windings of a plurality of stator cores are sequentially excited to generate thrust between the small teeth of the stator and the small teeth of the mover to linearly move the linear motion shaft. Although the linear stepping motor has high position control performance, it cannot obtain a large thrust.
[0003]
Therefore, the applicant has proposed a cylinder-type linear synchronous motor that can obtain a large thrust although the position control performance is inferior (Japanese Patent Application No. 10-130051).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The cylinder type linear synchronous motor proposed by the applicant has a structure in which a plurality of annular windings are prepared in advance, and the corresponding annular windings are fitted in the corresponding slots of the stator core. However, in such a structure, it has been necessary to design and manufacture a stator core for each motor having a different axial length. There was also a problem that the assembly of the stator was troublesome. Further, there is a problem that the motor performance cannot be improved by narrowing the width of the opening of the slot facing the mover. An object of the present invention is to provide a cylinder-type linear synchronous motor including a stator having a structure in which an axial length can be arbitrarily set.
[0005]
Another object of the present invention is to provide a cylinder-type linear synchronous motor having a stator having a structure that can be easily assembled.
[0006]
Still another object of the present invention is to provide a cylinder-type linear synchronous motor having an annular winding and capable of narrowing the opening on the mover side of the slot.
[0007]
Still another object of the present invention is to provide a cylinder type linear synchronous motor in which magnetic saturation does not occur.
[0008]
Still another object of the present invention is to provide a cylinder type linear synchronous motor capable of reducing cogging thrust.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The mover used in the cylinder type linear synchronous motor of the present invention is a linear motion shaft that reciprocates in the axial direction, a magnet mounting portion fixed to the linear motion shaft, a magnet mounting portion fixed to the magnet mounting portion, and arranged in the axial direction of the linear motion shaft. One or more permanent magnet rows comprising a plurality of permanent magnets are provided. The plurality of permanent magnets constituting one permanent magnet row may be a plurality of permanent magnets physically combined. Alternatively, one magnetic body may be alternately arranged in the longitudinal direction with N and S poles. A plurality of permanent magnets that are magnetized to each other may be used. When there are a plurality of permanent magnet rows, it is preferable that the plurality of permanent magnet rows are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. However, you may comprise the aggregate | assembly of a permanent magnet row | line | column using the annular | circular permanent magnet magnetized so that N pole or S pole may appear on the outer surface of radial direction. Specifically, an annular permanent magnet is fitted and fixed to the outer periphery of the magnet mounting body of the mover so that the N pole and the S pole are alternately arranged at a predetermined interval in the axial direction. When such a plurality of annular permanent magnets are used, the portions facing the plurality of magnetic pole portions of the stator core of the plurality of annular permanent magnets become the plurality of permanent magnets that respectively constitute the permanent magnet row. . When such an annular permanent magnet is used, not only the structure of the mover becomes simple, but also the attachment of the permanent magnet to the magnet attachment body becomes easy.
[0010]
The stator includes a plurality of annular windings that are formed by winding a winding conductor in an annular shape, are arranged at predetermined intervals in the axial direction, and are arranged so as to surround the periphery of the mover. The stator has a plurality of magnetic pole portions facing the permanent magnet row of the mover with a predetermined gap, and a yoke for magnetically connecting the plurality of magnetic pole portions, and corresponds between two adjacent magnetic pole portions. And a stator core unit having a plurality of magnetic pole portions arranged at intervals in the axial direction so as to form a slot for receiving at least a part of the annular winding. Here, the slot has an opening that opens toward the mover and a winding receiving portion that receives at least a part of the annular winding.
[0011]
In a cylinder type linear synchronous motor, a moving magnetic field is generated by changing the polarity of the magnetic poles appearing on the magnetic pole surfaces of multiple magnetic poles by changing the direction of excitation current flowing through the multiple annular windings (excitation windings) of the stator. And the thrust which displaces a linear motion axis to an axial direction between one or more permanent magnet rows and a plurality of magnetic pole parts is generated. If the exciting current is an alternating current, the polarity of the magnetic pole appearing on the magnetic pole surface of the magnetic pole portion changes according to the frequency. If a multi-phase alternating current is passed through a plurality of exciting windings, a multi-phase synchronous motor is obtained, so that a large thrust can be obtained. If the polarity and magnitude of the excitation current are fixed, only the attractive force acts between the stator and the mover, and the position of the mover is fixed.
[0012]
When exciting the magnetic pole part of the stator core unit, the winding conductor is wound around the outer periphery of the magnetic pole part according to the idea of the rotating electrical machine. If the idea of this rotating electrical machine is brought into a linear synchronous motor, the length in the axial direction becomes long and the winding work becomes difficult. Therefore, in the present invention, as the plurality of exciting windings of the stator, an annular winding formed by winding a winding conductor in an annular shape so as to surround the periphery of the mover in the circumferential direction is used. And the structure which fits at least one part of one cyclic | annular winding corresponding to the slot formed between the two magnetic pole parts adjacent to the axial direction of a stator core unit is employ | adopted. In this way, the magnetic flux generated by the excitation winding fitted in one slot flows so as to circulate through the two adjacent magnetic pole portions, and magnetic poles having different polarities are formed on the magnetic pole surfaces of the two adjacent magnetic pole portions. appear. By appropriately switching the excitation current flowing through the plurality of annular windings fitted in the plurality of slots of the one or more stator core units, the direction toward the other direction from the one axial direction to the stator side (or A moving magnetic field is obtained in the same state as if the N-pole and S-pole magnetic fields are moving at a predetermined speed (from the other direction toward one direction). This moving magnetic field corresponds to a rotating magnetic field used in a polyphase synchronous motor. By this moving magnetic field, thrust is generated between the plurality of magnetic pole portions of the stator core unit and the permanent magnet row of the mover, and the linear motion shaft moves in the axial direction. If the magnetic poles appearing on the magnetic pole surfaces of the plurality of magnetic pole portions of the stator core are made constant, only the attractive force is generated between the mover and the stator, and the mover is fixed.
[0013]
In the present invention, as the stator core unit, a plurality of stator core divided bodies having a combination structure portion that can be combined in the axial direction in the yoke portion corresponding to the slot of the stator core unit are combined in the axial direction. Use the structure of In the present invention, the stator core divided body is integrally formed of a magnetic conductive material, and has a structure having an annular yoke component portion and an annular magnetic pole portion that are arranged concentrically with the linear motion shaft. ing. The annular magnetic pole portion has an annular magnetic pole surface forming portion having a magnetic pole surface facing the permanent magnet row, and an annular connecting portion that connects the magnetic pole surface forming portion and the annular yoke component, The annular connecting portion has a structure in which the thickness is continuously reduced as the magnetic path cross-sectional area becomes substantially constant from the magnetic pole surface forming portion toward the yoke constituent portion. Here, “the part of the yoke corresponding to the slot” means that when the two stator core divided bodies are divided by the combination structure provided in the part, the slot is divided into two (or one slot has a shape). It is a portion that cannot be maintained), and is not limited to a portion in which the slot is completely divided into two.
[0014]
Here, as the structure of the combination structure portion that can be combined in the axial direction, a structure that is combined by a concave-convex fitting structure, or a concave portion or a slit that faces the yoke component part of the two stator core divided bodies is formed and faced. A well-known combination structure, such as a structure in which a common fitting member is fitted to both of the two recesses or slits, can be used.
[0015]
When the stator core unit is configured by combining a plurality of stator core divided bodies in the axial direction as in the present invention, depending on the number and shape of the stator core divided bodies combined with the length of the stator core unit. It can be arbitrarily determined. Therefore, it is not necessary to design and manufacture a new stator core unit even when the number of phases of the excitation winding is increased or the length of the permanent magnet row is increased to obtain a large thrust. Further, in the process of combining a plurality of stator core divisions, at least a part of the annular winding can be disposed between the slots, so that the combination of the stator core unit and the annular winding is facilitated, resulting in the stator The manufacturing and assembly of the can be facilitated. Further, when this structure is adopted, the space factor of the windings that can be accommodated in the slots can be increased as compared with the case where at least a part of the windings is pushed into the slots.
[0016]
In particular, in the present invention, the stator core divided body is integrally formed of a magnetic conductive material, and has a structure having an annular yoke component portion and an annular magnetic pole portion that are arranged concentrically with the linear motion shaft. Therefore, the stator core unit can be easily formed only by combining a plurality of stator core divided bodies, and the manufacture and assembly of the stator becomes easy. The annular magnetic pole portion includes an annular magnetic pole surface forming portion having a magnetic pole surface, and an annular connecting portion that connects the magnetic pole surface forming portion and the yoke component. Since the thickness is continuously reduced from the surface forming part toward the yoke component so that the magnetic path cross-sectional area is almost constant, magnetic saturation does not occur and the slot occupancy is increased. It is done.
[0017]
As a specific method of making the magnetic path cross-sectional area substantially constant from the magnetic pole surface forming portion toward the yoke constituent portion, an annular connecting portion is formed in a disc shape, and a radially inner portion of the annular connecting portion is formed. The radial dimension is R1, the thickness dimension of the radially inner portion of the annular coupling portion is T1, the radial dimension of the radially outer portion of the annular coupling portion is R2, and the thickness dimension of the radially outer portion of the annular coupling portion. Is set to T2, the thickness of the annular connecting portion may be continuously reduced so as to satisfy the condition of T1 × R1 = T2 × R2.
[0018]
If the thickness dimension T3 of the magnetic pole surface forming portion is set larger than the thickness dimension T1 so as to reduce the cogging thrust, the cogging thrust can be reduced and the magnetic pole surface area of the magnetic pole portion can be increased to increase the thrust force. A cylinder-type linear synchronous motor can be obtained. Moreover, since the stator core divided bodies positioned between two stator core divided bodies positioned at both ends in the axial direction of the stator core divided bodies have the same shape, the stator core divided bodies are disposed at both ends in the axial direction. Cogging can be reduced simply by changing the shape of the two stator core divisions positioned.
[0019]
In this way, in order to reduce the cogging thrust by setting the thickness dimension T3 of the magnetic pole surface forming portion to be larger than the thickness dimension T1, the gap between the pair of stator core segments located on both sides in the axial direction of the stator core unit is set. The thickness dimension of the magnetic pole surface forming portion of the plurality of stator core divided bodies positioned at the same position is made constant, and the thickness dimension of the magnetic pole surface forming portion of the pair of stator core divided bodies positioned on both sides in the axial direction of the stator core unit is A pair of dimensions A between the inner corners in the axial direction of the magnetic pole face of the magnetic pole face forming portion of the pair of stator core divisions located on both axial sides of the stator core unit and a pair located on both axial sides of the stator core unit What is necessary is just to determine so that the relationship with the dimension B between the outer side corner | angular parts of the magnetic pole surface of the magnetic pole surface formation part of a stator core division body of this may reduce cogging.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a partially broken cross-sectional view of a cylinder-type linear three-phase synchronous motor 1 previously proposed by the applicant, which is a premise of the present invention, used to explain an embodiment of the present invention. FIG. A
[0021]
A pair of
[0022]
Note that the
[0023]
[0024]
The
[0025]
In six slots formed between two adjacent
[0026]
The
[0027]
In this example, the
[0028]
Unlike the linear stepping motor, the linear synchronous motor requires a position detection sensor for detecting the positional relationship between the
[0029]
In the example of FIG. 1, the end bracket 9 on the side where the linear bearing 13 that supports the end portion on the non-output shaft portion 27 b side to which the load of the
[0030]
In the cylinder-type linear synchronous motor, the polarity of the magnetic poles appearing on the magnetic pole surfaces 35b of the
[0031]
Excitation modes of the
[0032]
By connecting the excitation current flowing in each annular winding based on the output of the
[0033]
The excitation mode used in this example is generally described as follows. First, in order to obtain a moving magnetic field by applying a p-phase (p is a positive integer greater than or equal to 2) exciting current to a plurality of annular windings, m (where m is a positive integer greater than or equal to 2). When using this stator core unit, m stator core units are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction. Further, p × q (where q is a positive integer of 1 or more) annular windings are prepared as a plurality of annular windings. If n magnetic pole portions are provided in one stator core unit, n has a relationship of n = p × q + 1 in this case. Then, a part of one corresponding annular winding is fitted in each of n−1 slots formed between two magnetic pole portions adjacent to each other in the axial direction of the m stator core units. In this way, a completely synchronized moving magnetic field can be generated from the n magnetic pole portions of the m stator core units. Since it is only necessary to fit the annular winding into the slot, the stator can be easily configured even when the axial dimension of the slot (the interval between two adjacent magnetic pole portions) becomes narrow. When the thrust is increased by using the multiphase excitation current, the q phase windings are fitted to the q annular windings fitted in the q slots arranged continuously in the axial direction of the m stator core units. Apply excitation current. Even at this time, p × q annular windings are connected so that the polarities appearing at the two magnetic pole portions adjacent to each other in the axial direction of the m stator core units become different polarities. In this way, the wiring is not complicated even when the number of phases is increased. In order to increase or decrease the thrust, it is only necessary to increase or decrease the number of annular windings through which exciting currents of the same phase flow.
[0034]
FIG. 5 is a half sectional view of stator core unit 135 used in the cylinder type linear synchronous motor according to the embodiment of the present invention. The stator core unit 135 is configured by combining ten stator core divided bodies 136 a to 136 j in the axial direction of the
[0035]
Of the stator core divided bodies 136a to 136j, the stator core divided bodies 136a and 136j located at both ends in the axial direction of the
[0036]
The excitation mode or method of the annular winding described in the above example is an example, and the excitation method of the annular winding in the case of implementing the present invention is arbitrary as long as it can generate a moving magnetic field.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the stator core unit is configured by combining a plurality of stator core divided bodies in the axial direction, the length of the stator core unit is arbitrarily determined depending on the number and shape of the stator core divided bodies combined. There are benefits that can be determined. Therefore, the design is easy even when the number of phases of the excitation winding is increased or when the length of the permanent magnet row is increased to obtain a large thrust. In addition, in the process of combining a plurality of stator core divisions, at least a part of the annular winding can be arranged to fit between the slots, so that the combination of the stator core unit and the annular winding is facilitated. As a result, there is an advantage that manufacturing and assembling of the stator becomes easy. Further, when this structure is adopted, there is an advantage that the space factor of the winding that can be accommodated in the slot can be increased as compared with the case where at least a part of the winding is pushed into the slot.
[0038]
In particular, in the present invention, the stator core divided body is integrally formed of a magnetic conductive material, and has a structure having an annular yoke component portion and an annular magnetic pole portion that are arranged concentrically with the linear motion shaft. Therefore, the stator core unit can be easily formed only by combining a plurality of stator core divided bodies, and the manufacture and assembly of the stator becomes easy. In addition, since the annular connecting portion has a structure in which the thickness is continuously reduced so that the magnetic path cross-sectional area becomes substantially constant from the magnetic pole surface forming portion toward the yoke constituent portion, magnetic saturation does not occur. In addition, the slot occupancy can be increased. Further, since the thickness T3 of the magnetic pole surface forming portion is set larger than the thickness T1 so as to reduce the cogging thrust, the cogging thrust can be reduced and the magnetic pole surface area of the magnetic pole portion can be increased to be larger. A cylindrical linear synchronous motor having thrust can be obtained. Moreover, since the stator core divided bodies positioned between two stator core divided bodies positioned at both ends in the axial direction of the stator core divided bodies have the same shape, the stator core divided bodies are disposed at both ends in the axial direction. Cogging can be reduced simply by changing the shape of the two stator core divisions positioned.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway sectional view of a cylinder type linear three-phase synchronous motor 1 which is a premise of the present invention and is used for explaining an embodiment of the present invention.
2 is a half cross-sectional view of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a diagram used for explaining an arrangement state of annular windings on the stator side of the cylinder type linear three-phase synchronous motor of FIG. 1;
4 is a diagram illustrating a relationship between a stator and a mover of the cylinder type linear three-phase synchronous motor of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a half sectional view of a stator core unit used in a cylinder type linear synchronous motor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are a plan view and a part of a stator core divided body positioned between two stator core divided bodies located at both ends in the axial direction of the stator core divided body. It is a notch side view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder type linear three-phase
Claims (3)
巻線導体が環状に巻かれて形成され、前記軸線方向に所定の間隔をあけて配置され且つ前記可動子の周囲を囲むように配置された複数の環状巻線並びに前記可動子の前記永久磁石列と所定の間隙を介して対向する複数の磁極部及び前記複数の磁極部を磁気的に連結するヨークを有し且つ隣接する2つの前記磁極部間に対応する前記環状巻線の少なくとも一部を受け入れるスロットを形成するように前記複数の磁極部が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる固定子コアユニットを備えてなる固定子とを具備するシリンダ型リニア同期モータであって、
前記固定子コアユニットは、前記固定子コアユニットの前記スロットに対応する前記ヨークの部分に前記軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部を有する複数の固定子コア分割体が前記軸線方向に組み合わされて構成され、
前記固定子コア分割体は、導磁性材料により一体に成形され、前記直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有し、
前記環状の磁極部は、前記永久磁石列と対向する磁極面を有する環状の磁極面形成部と前記磁極面形成部と前記環状のヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有し、
前記環状の連結部は、前記磁極面形成部から前記ヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなることを特徴とするシリンダ型リニア同期モータ。One or more permanent magnet arrays comprising a linear motion shaft that reciprocates in the axial direction, a magnet mounting portion fixed to the linear motion shaft, and a plurality of permanent magnets fixed to the magnet mounting portion and arranged in the axial direction of the linear motion shaft A mover comprising:
A plurality of annular windings formed by winding a winding conductor in an annular shape, arranged at a predetermined interval in the axial direction and arranged to surround the periphery of the mover, and the permanent magnet of the mover A plurality of magnetic pole portions opposed to the row with a predetermined gap, and a yoke for magnetically coupling the plurality of magnetic pole portions, and at least a part of the annular winding corresponding between two adjacent magnetic pole portions A cylinder type linear synchronous motor comprising a stator having a stator core unit in which the plurality of magnetic pole portions are arranged at intervals in the axial direction so as to form a slot for receiving
In the stator core unit, a plurality of stator core divided bodies having a combination structure portion that can be combined in the axial direction at a portion of the yoke corresponding to the slot of the stator core unit is combined in the axial direction. Configured,
The stator core divided body is integrally formed of a magnetic conductive material, and has an annular yoke component portion and an annular magnetic pole portion that are arranged concentrically with the linear motion shaft,
The annular magnetic pole portion includes an annular magnetic pole surface forming portion having a magnetic pole surface facing the permanent magnet row, and an annular coupling portion that connects the magnetic pole surface forming portion and the annular yoke component.
The cylinder-type linear synchronous motor is characterized in that the annular connecting portion continuously decreases in thickness from the magnetic pole surface forming portion toward the yoke constituent portion so that the magnetic path cross-sectional area becomes substantially constant.
T1×R1=T2×R2
の条件を満たすように前記環状の連結部の厚みが連続的に薄くなることを特徴とする請求項1に記載のシリンダ型リニア同期モータ。The annular connecting portion has a disk shape, the radial dimension of the radially inner portion of the annular connecting portion is R1, the thickness dimension of the radially inner portion of the annular connecting portion is T1, When the radial dimension of the radially outer part of the annular coupling part is R2, and the thickness dimension of the radially outer part of the annular coupling part is T2,
T1 × R1 = T2 × R2
The cylinder type linear synchronous motor according to claim 1, wherein the annular connecting portion is continuously thin so as to satisfy the following condition.
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