JP2004215414A

JP2004215414A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2004215414A
Application number: JP2003000318A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Iijima; 邦彦飯島; Yoshimi Kikuchi; 良巳菊池; Kenji Shiroshita; 健治城下; Toshitaka Sakaki; 敏隆榊
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】本発明は、クローポール型可動子を用いて高速駆動を達成することを目的とする。
【解決手段】本発明によるリニアモータは、固定子（２１）の各ヨーク（２１Ａ、２１Ａ）間にクローポール型コア（２４）を有する可動子（２２）が往復移動自在に設けられ、前記固定子（２１）及び可動子（２２）が軟磁性材料で形成されると共に三次元構造で形成された構造である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータに関し、特に、高速・高精度制御が要求される工作機械、半導体製造装置間搬送ユニット・搬送位置決め装置等に利用可能とするために高性能化を図るための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種のリニアモータとしては、例えば、図４及び図５に示されるコアレスリニアモータの構成を挙げることができる（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、図４において符号１で示されるものは第１、第２長手界磁ヨーク２、３からなる固定子であり、第１長手界磁ヨーク２の内面２ａには複数の第１永久磁石４が第１磁石間空隙４ａを介して第１長手方向５に沿って並設されている。
前記第１長手界磁ヨーク２の両端には、前記第１永久磁石４よりも長さが短く形成された一対の第１端部永久磁石６Ａ、６Ｂが設けられている。
【０００３】
前記第２長手界磁ヨーク３の内面３ａには複数の第２永久磁石７が第２磁石間空隙７ａを介して第２長手方向８に沿って並設されている。
前記第２長手界磁ヨーク３の両端には、前記第２永久磁石７よりも長さが短く形成された一対の第２端部永久磁石９Ａ、９Ｂが設けられている。
前記各永久磁石３、７間の長手空隙１０内には、電機子コイル１１からなる可動子１２が前記第１、第２長手方向５、９に沿って往復移動自在に配設されている。
【０００４】
前記電機子コイル１１は、図５で示されるように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相巻線１３で構成されており、この３相巻線１３は樹脂による樹脂モールド部１４によって一体状に固体化されている。
従って、この電機子コイル１１の３相巻線１３に、外部から周知の駆動信号を供給することにより各永久磁石３、７との電磁作用によって前記可動子１２の往復移動を達成するコアレス型リニアモータ１５を構成していた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８６７２６号公報（第４頁、第５頁、図２ないし図６）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のリニアモータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、前述の従来構成においては各永久磁石の厚さが同一に形成されていたため、高推力を得るためにはリニアモータの厚さが増加する構造となり、小形化が困難であった。そのため、小形化された既定の格納空間内に組み入れることが困難であった。
【０００７】
また、リニアモータの両端部において、端部界磁磁場の減少に起因して中央部の推力に比べて端部推力が減少し、リニアモータ可動範囲全体で推力脈動を発生していた。
さらに、上述のような構成により、推力／入力比（界磁ヨークを励磁するための入力）が低く、また、推力／体積比も小さいため、（推力）^２／（入力・体積）比が小さく効率が低いという課題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、可動子をクローポール構造にして質量を低減し（小型化し）入力電力から磁束発生を高効率化することにより高速運転制御を可能にすると共に、固定子を永久磁石埋め込み構造にして永久磁石から発生する磁束を利用することにより、大推力を得ることのできるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるリニアモータは、対向配置され固定子を構成する一対のヨークと、前記一対のヨークに長手方向に沿って埋設された複数の永久磁石と、前記一対のヨーク間に形成された長手空隙内に往復移動自在に配設され電機子コイルが巻回されたクローポール型コアを有する可動子とよりなるリニアモータにおいて、前記固定子及び可動子は軟磁性材料よりなると共に、積層鋼板と焼結粉体磁性材料を用いるか又は焼結粉体磁性材料のみで構成され、前記可動子は三次元構造よりなる構成であり、また、前記固定子は三次元構造よりなる構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるリニアモータの好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明のリニアモータの構成を概略的に示す斜視図である。
図１に示すように、本発明のリニアモータは、後述する埋め込み型永久磁石を有する固定子２１と、後述するクローポール型コアを有する可動子２２とを備える。
図２は、図１における相対向する固定子の間を貫く面（破線で示す）より上半分の構成を概略的に示す斜視図であり、図３は、図２に示す可動子のみを示す斜視図である。
【００１２】
図１及び図２に示すように、前記固定子２１は、軟磁性材料の一対のヨーク２１Ａ、２１Ａに永久磁石２３を埋め込んだ構成である。永久磁石２３の磁化方向は、可動子２２の進行方向に対して同極を対向させるようにして構成されている。この固定子２１の磁極ピッチτは、例えば２０ｍｍ程度に設定すればよい。また、永久磁石の長さ１ｍ及び幅Ｗｍは、それぞれ例えば１ｍ＝３〜６ｍｍ、Ｗｍ＝６ｍｍ程度に設定すればよい。なお、軟磁性材料のヨーク２１Ａとしては、従来の積層鋼板と焼結粉体磁性材料で構成するか、または、焼結粉体磁性材料のみで構成することにより、それぞれの固定子２１及び可動子２２の構造を三次元構造に構成することが可能になった。
【００１３】
また、図２及び図３に示すように、前記可動子２２は、前記各ヨーク２１Ａ、２１Ａ間の長手空隙１０内に往復移動自在に設けられ、クローポール型のコアであるクローポール型コア２４に電機子コイルである巻線２５を巻回したものを、図１に示すように２／３ピッチτずつずらして三相一体とした構成である。このクローポール型コア２４は、巻線２５の上に位置して巻線２５と同一の幅を有するクローポール部２４Ａと、前記クローポール部２４Ａ以外の部分で構成されるコア部２４Ｂとから構成されている。前記クローポール部２４Ａは、クローポール型コア２４のうちのクローポール型のティース部を構成しており、リニアモータのコギングを防止するために、先端に向かって先細りとなるテーパ型に構成されている。このテーパ型のクローポール部２４Ａは、磁極が相反するように上下に合計４組（図１参照、すなわち上下に４つずつ）あり、電流位相に応じた磁束を発生するように構成されている。なお、巻線２５の巻数Ｎは例えばＮ＝１００程度でよい。
ここで、上述のような固定子２１及び可動子２２のギャップ長１ｇは、１ｇ＝０．４ｍｍ程度であればよい。
【００１４】
このようなリニアモータでは、可動子２２がクローポール型コア２４を有するため、磁路が途中で進行方向と直交する方向になり、また、クローポール型コア２４の先端側では相隣接するクローポール型コア間を接続する方向に磁路が形成されるため、磁路は進行方向と平行な方向に変化する。即ち、励磁電流により発生する磁束は、巻線２５に鎖交する根本側の部分では移動方向に直角になり、先端側の部分では永久磁石２３からの磁束に効率よく干渉するように漏洩磁束が同方向（可動子の進行方向）になるように構成されている。
【００１５】
以上のような構成を有する本発明のリニアモータによれば、（推力）^２／（入力・体積）比を向上させて（従来の４倍以上）高効率化を図ることができる。
また、従来のように１つの可動子に３相分の巻線を複数単位設ける必要が無く、１つの可動子に対して巻線を１つ設ければよい構成なので、構造を簡略化でき、製造が容易である。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のリニアモータは、対向配置され、固定子を構成する一対のヨークと、前記一対のヨークに長手方向に沿って埋設された複数の永久磁石と、電機子コイルが巻回されたクローポール型コアを有し、前記一対のヨーク間に形成された長手空隙内に往復移動自在に配設される可動子とを備えるので、リニアモータの質量低減及び小型化を図ることができ、入力電力に対する磁束の発生効率を向上させることにより、高速運転制御が可能である。また、固定子を永久磁石埋め込み構造にして永久磁石から発生する磁束とリラクタンストルクを併用することにより、大推力を得ることができる。
【００１７】
また、固定子及び可動子を軟磁性材料で構成したため、三次元構造に構成でき、クローポールを有する複雑な形状も容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリニアモータの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１における固定子の中心を貫く面より上半分の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す可動子のみを示す斜視図である。
【図４】従来のコアレスリニアモータの構成を示す図である。
【図５】従来のコアレスリニアモータ（可動子）の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１固定子
２１Ａヨーク
２２可動子
２３永久磁石
２４クローポール型コア
２５巻線

Claims

対向配置され固定子（２１）を構成する一対のヨーク（２１Ａ、２１Ａ）と、前記一対のヨーク（２１Ａ、２１Ａ）に長手方向に沿って埋設された複数の永久磁石（２３）と、前記一対のヨーク（２１Ａ、２１Ａ）間に形成された長手空隙（１０）内に往復移動自在に配設され電機子コイル（２５）が巻回されたクローポール型コア（２４）を有する可動子（２２）とよりなるリニアモータにおいて、
前記固定子（２１）及び可動子（２２）は軟磁性材料よりなると共に、積層鋼板と焼結粉体磁性材料を用いるか又は焼結粉体磁性材料のみで構成され、前記可動子（２２）は三次元構造で構成されていることを特徴とするリニアモータ。
前記固定子（２１）は三次元構造で構成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。