JP2002058232A - コアレスリニアモータ - Google Patents

コアレスリニアモータ

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JP2002058232A
JP2002058232A JP2000240811A JP2000240811A JP2002058232A JP 2002058232 A JP2002058232 A JP 2002058232A JP 2000240811 A JP2000240811 A JP 2000240811A JP 2000240811 A JP2000240811 A JP 2000240811A JP 2002058232 A JP2002058232 A JP 2002058232A
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JP
Japan
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armature
linear motor
coil
core
coreless linear
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Application number
JP2000240811A
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English (en)
Inventor
Kuniyoshi Nakahara
久仁義 中原
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電機子と界磁極間のギャップ方向に働くサイド
フォースの発生を低減し、可動子の運動精度に影響を与
えることのないコアレスリニアモータを提供する。 【解決手段】界磁極を構成する永久磁石4を直線状に並
べて配置した界磁ヨーク3と、永久磁石4の列とギャッ
プを介して対向配置した電機子6とを備え、電機子6
は、その断面中央の長手方向に向かって配置された非磁
性部材からなる芯金8と、芯金8の両側面に配設され、
かつ、コイル群をヘリカル状に巻回してなる要素巻線7
A、7Bを帯状に成形した電機子コイル7と、電機子コ
イル7を封入するキャン9よりなるコアレス型のもので
構成されたコアレスリニアモータにおいて、芯金8の両
側面に配設された電機子コイル7を構成する各々の要素
巻線7A、7Bは、コイル群の巻回方向を互いに逆向き
にして巻回され、各々の要素巻線7A、7Bの上面から
見た投影断面の形状が芯金8を挟んで軸対称に構成して
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体製造
装置や工作機などの分野で一定速送りあるいは高速位置
決め送りとして用いられるコアレスリニアモータに関
し、特に、ヘリカル巻ギャップワインディング型の電機
子を有するコアレスリニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば半導体製造装置や工作機な
どの分野で、一定速送りあるいは高速位置決め送りとし
て用いられるコアレスリニアモータは、図1のようにな
っている。なお、図1は本発明と従来技術に共通なコア
レスリニアモータの全体斜視図であって、図では、電機
子を可動子に、界磁極を固定子としたものを例にとって
説明する。図において、1はコアレスリニアモータ、2
は界磁ヨーク固定板、3は界磁ヨーク、4は永久磁石、
5は電機子固定板、6は電機子、9はキャンである。コ
アレスリニアモータ1は、平板状で、かつ、磁束を通す
ための二つの界磁ヨーク3と、界磁ヨーク3の内側に沿
って直線状に配置され、かつ、交互に極性が異なるよう
にλピッチごとに並べた複数個の永久磁石4とで、固定
子となる界磁極を構成している。ここで、界磁ヨーク3
は界磁ヨーク固定板2によって支持されている。上記の
固定子に対して、永久磁石4の列とギャップ(磁気的空
隙)を介して可動子となるコアレス型の電機子6が対向
配置されており、電機子6は、図示しないリニアガイド
上に沿って自在に直線直動するようになっている。電機
子6は電機子固定板5を図示しない通しボルトなどで固
定すると共に、電機子固定板5の上端には、図示しない
負荷を載置するためのテーブルが設けられている。ま
た、電機子6の内部構成は図6、図7のようになってい
る。図6は従来のコアレスリニアモータの平断面図であ
って、ちょうど図1のコアレスリニアモータの電機子取
付板とキャンを取り外した状態を上部から見た図に相当
するものである。図7は、図6の電機子コイルを構成す
る要素巻線を矢視A方向から見た側面図である。この電
機子6は、その断面中央の長手方向に向かって伸びるよ
うに配置された非磁性部材からなる芯金8と、芯金8の
両側面に配設され、かつ、U相、V相、W相からなるコ
イル群をヘリカル状に連続して折り曲げて巻回してなる
要素巻線71A、71Bを帯状に成形した電機子コイル
71と、電機子コイル71を封入するために設けられ内
部に冷媒を流すための薄肉状のキャン9より構成されて
いる(ヘリカル巻ギャップワインディング型)。ここ
で、ヘリカル巻にした電機子コイル71を構成する要素
巻線71A、71Bは、それぞれ矢視B方向から見て、
コイル群の巻回方向を同方向(時計方向)に揃えて巻回
されると共に、要素巻線71A、71Bの上面から見た
投影断面の形状が芯金8を軸にして、非対称に配置され
ており、図示しない樹脂モールドにより一体的に固着さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、コアレスリニ
アモータにおいて、電機子コイル71に電機子6の位置
に応じた所定の電流を流すと、電機子コイル71と永久
磁石4との電磁作用により、電機子6の長手方向に向か
って推力が発生し、電機子6が図示しないリニアガイド
上に沿って自在に直線移動する。しかしながら、従来技
術では、電機子コイル71を電機子6の長手方向と直交
する方向のギャップ間の中心になるように正確に位置決
めしたとしても、電機子コイル71を構成する要素巻線
71A、71Bはその上面から見た投影断面の形状が芯
金8を挟んで非対称に配置されてあるため、推力方向以
外に、電機子6と界磁極間のギャップ方向にサイドフォ
ース(横方向垂直力)が発生するという問題があった。
その結果、サイドフォースの発生により、可動子のヨー
イング、ピッチング、ローリングといった運動精度が悪
化し、一定速送り、高速位置決め送りとしての特性を損
なう問題があった。本発明は、上記課題を解決するため
になされたものであり、電機子と界磁極間のギャップ方
向に働くサイドフォースの発生を低減し、可動子の運動
精度に影響を与えることのないコアレスリニアモータを
提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は交互に極性が異なるように界磁極を構成す
る複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨーク
と、前記永久磁石列とギャップを介して平行に対向配置
した電機子とを備え、前記電機子は、その断面中央の長
手方向に向かって伸びるように配置された非磁性部材か
らなる芯金と、前記芯金の両側面に配設され、かつ、コ
イル群をヘリカル状に巻回してなる要素巻線を帯状に成
形した電機子コイルと、前記成形された電機子コイルを
封入するために設けた冷媒を流すための薄肉状のキャン
よりなるコアレス型のもので構成され、前記界磁極と前
記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子とし
て、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するように
したコアレスリニアモータにおいて、前記芯金の両側面
に配設された前記電機子コイルを構成する各々の要素巻
線は、コイル群の巻回方向を互いに逆向きにして巻回さ
れると共に、各々の要素巻線の上面から見た投影断面の
形状が前記芯金を挟んで軸対称に構成されたものであ
る。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図2は本発明の実施例によるコアレスリ
ニアモータの平断面図であって、図1のコアレスリニア
モータの電機子取付板5とキャン9を取り外した状態を
上部から見た図に相当するものである。図3は図2の電
機子コイル7を構成する要素巻線7A、7Bを矢視A方
向から見た側面図であって、(a)は要素巻線7A、
(b)は要素巻線7Bを示したものである。なお、本発
明が従来技術と同じ構成要素については、同一符号を付
して説明を省略し、異なる点のみを説明する。本発明が
従来と異なる点は以下のとおりである。すなわち、芯金
8の両側面に配設された電機子コイル7を構成する各々
の要素巻線7A、7Bは、コイル群の巻回方向を互いに
逆向きにして巻回され、各々の要素巻線7A、7Bの上
面から見た投影断面の形状が芯金8を挟んで軸対称に構
成された点である。具体的には、図3に示すように要素
巻線7Aを矢視B方向から見て時計まわりにコイル群を
折り曲げ、要素巻線7Bを矢視B方向から見て反時計ま
わりにコイル群を折り曲げてある。
【0006】次に動作を説明する。このようなコアレス
リニアモータは、コイル群をヘリカル巻に巻回して配置
した電機子コイルに電機子の位置に応じた所定の電流を
流すと、電機子が長手方向に向かって推力を発生する
が、この時、固定子が可動子のギャップの中央部に固定
配置され、各要素巻線7A、7Bの上面から見た投影断
面形状は芯金を軸として左右対称となっているため、各
々の永久磁石の磁気特性が同じであるという条件のもと
で、要素巻線7A、7B各々に作用する力は方向が逆
で、大きさは等しく、各極においてキャンセル、或いは
バランスし合い、サイドフォースは発生することはな
い。図4はコアレスリニアモータの電機子6をストロー
ク300mmの間で移動し、推力400Nを発生させた
ときの磁界解析結果を示したもの、図5はコアレスリニ
アモータの推力方向のストロークとサイドフォースの関
係をシミレーションにより定量化した結果を示したもの
である。図4の磁束分布から、界磁極と電機子間の磁気
回路内での電磁作用によるサイドフォースの発生は定性
的にほとんど生じないことが確認されると共に、図5の
結果から数値的にも、従来の100分の1程度までに低
減されることが確認された。
【0007】したがって、コアレスリニアモータは、芯
金8の両側面に配設された電機子コイル7を構成する各
々の要素巻線7A、7Bを、コイル群の巻回方向を互い
に逆向きにして巻回し、各々の要素巻線7A、7Bの上
面から見た投影断面の形状を芯金8を挟んで軸対称に構
成したため、要素巻線7A、7B各々に作用するサイド
フォースは方向が逆で、大きさは等しく、各界磁極にお
いてキャンセルし合うことになり、電機子6と界磁極間
のギャップ方向に働くサイドフォースの発生を低減し、
可動子の運動精度に影響を与えることのないコアレスリ
ニアモータを得ることができる。
【0008】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、コ
アレスリニアモータは、芯金の両側面に配設された電機
子コイルを構成する各々の要素巻線を、コイル群の巻回
方向を互いに逆向きにして巻回し、各々の要素巻線の上
面から見た投影断面の形状を芯金を挟んで軸対称に構成
したので、要素巻線各々に作用するサイドフォースは方
向が逆で、大きさは等しく、各界磁極においてキャンセ
ルし合うことになり、電機子と界磁極間のギャップ方向
に働くサイドフォースの発生を低減し、可動子の運動精
度に影響を与えることのないコアレスリニアモータを得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモー
タの全体斜視図である。
【図2】本発明の実施例によるコアレスリニアモータの
平断面図であって、図1のコアレスリニアモータの電機
子取付板とキャンを取り外した状態を上部から見た図に
相当するものである。
【図3】図2の電機子コイル7を構成する要素巻線7
A、7Bを矢視A方向から見た側面図であって、(a)
は要素巻線7A、(b)は要素巻線7Bを示したもので
ある。
【図4】コアレスリニアモータの電機子6をストローク
300mmの間で移動し、推力400Nを発生させたと
きの磁界解析結果を示したものである。
【図5】コアレスリニアモータの推力方向のストローク
とサイドフォースの関係をシミレーションにより定量化
した結果を示したものである。
【図6】従来のコアレスリニアモータの平断面図であっ
て、図1のコアレスリニアモータの電機子取付板とキャ
ンを取り外した状態を上部から見た図に相当するもので
ある。
【図7】図6の電機子コイルを構成する要素巻線を矢視
A方向から見た側面図である。
【符号の説明】
1 コアレスリニアモータ 2 界磁ヨーク固定板 3 界磁ヨーク 4 永久磁石 5 電機子固定板 6 電機子 7 電機子コイル 7A、7B 要素巻線 8 芯金 9 キャン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交互に極性が異なるように界磁極を構成す
    る複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨーク
    と、前記永久磁石列とギャップを介して平行に対向配置
    した電機子とを備え、 前記電機子は、その断面中央の長手方向に向かって伸び
    るように配置された非磁性部材からなる芯金と、前記芯
    金の両側面に配設され、かつ、コイル群をヘリカル状に
    巻回してなる要素巻線を帯状に成形した電機子コイル
    と、前記成形された電機子コイルを封入するために設け
    た冷媒を流すための薄肉状のキャンよりなるコアレス型
    のもので構成され、前記界磁極と前記電機子の何れか一
    方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記
    電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモ
    ータにおいて、 前記芯金の両側面に配設された前記電機子コイルを構成
    する各々の要素巻線は、コイル群の巻回方向を互いに逆
    向きにして巻回されると共に、各々の要素巻線の上面か
    ら見た投影断面の形状が前記芯金を挟んで軸対称に構成
    されたことを特徴とするコアレスリニアモータ。
JP2000240811A 2000-08-09 2000-08-09 コアレスリニアモータ Pending JP2002058232A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100426616B1 (ko) * 2002-04-25 2004-04-14 한국과학기술연구원 베어링리스 리니어 모터
CN111357178A (zh) * 2017-11-24 2020-06-30 日本电产科宝株式会社 致动器、叶片驱动装置、摄像装置以及电子设备

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