JP2004297977A

JP2004297977A - Linear motor

Info

Publication number: JP2004297977A
Application number: JP2003090589A
Authority: JP
Inventors: Akira Watarai; 明度会; Koki Naka; 興起仲; Kazumasa Ito; 一将伊藤; Masaya Inoue; 正哉井上; Michio Nakamoto; 道夫中本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor capable of producing a large thrust by suppressing slot cogging. <P>SOLUTION: The linear motor comprises a field core 2 where a plurality of permanent magnets 3 constituting a field pole 1 are arranged linearly at a pole pitch τ, and an armature 11 consisting of an armature core 12 arranged oppositely to the permanent magnet array through a magnetic air gap and an armature winding 14 formed by winding a coil around the teeth 13 of the armature core 12. Any one of the field pole 1 and the armature 11 serves as a stator while the other serves as a mover and they are arranged to travel relatively to each other. When the linear motor is constituted by connecting n (an integer of 2 or above) basic blocks each having a ratio of 3:2 between the number of teeth of the armature 11 and the number of poles being formed by the permanent magnet 3, interval of the armature blocks in the basic block is set equal to τn+(k×τ/6)+2τm, where k is an odd number and m is an integer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機のテーブル送りや半導体装置のステッパ駆動機構などに利用されるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のムービングマグネット型のリニアモータにおいて、一般に電機子鉄心に形成されるティースと界磁極となる永久磁石との間に磁気回路を形成するが、スロットの開口形状に起因する磁気抵抗の変化により、コギング推力が発生し、このコギング推力が界磁極と電機子の相対運動時に生じる推力変動の一因となっていた。また、界磁鉄心の両端に形成される磁気回路は開放されているため、端効果によるコギング推力も発生し、これも推力変動の一因となっていた。
【０００３】
このコギング推力の発生を抑えることができるリニアモータとして、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載のリニアモータは、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鉄心と、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心と前記電機子鉄心のスロットにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、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リニアモータにおいて、前記界磁鉄心を複数の鉄心ブロックに分割して推力方向に配置し、前記鉄心ブロック相互間に間隙を設け、前期鉄心ブロック相互の間隙に磁性体の間隔片を挿設したものである。
【０００４】
また、リニアモータにおける永久磁石の固定磁極の磁束分布の不均一に起因する推力むらを低減することを目的としたものに、特許文献２に開示されたものがある。
特許文献２は、両側に磁石片が延設された固定磁石板と、その磁石板の挟んで設けられた一体に移動する１対の電機子とを備えたリニアモータにおいて、磁石板の両側で発生する２つの推力むらを相殺する方向に位相をずらすもので、固定磁極の相互の磁極を互いに１磁極の半分だけ９０°分位相をずらして配置する構成とし、電機子に供給する電流の位相を制御することにより、リニアモータの推力むらを低減するようにしたものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１９０４０号公報（１頁〜５頁、図１〜図６）
【特許文献２】
特開平１０−５２０２５号公報（４頁〜５頁、図３〜図４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
リニアモータにおいては、電機子と界磁極とが重なっていることと重なっていない部分が存在するため、その境界部分では磁気回路の不連続性が生じることになり、電機子の両端ティースで発生する端コギングと電機子のスロット開形状に起因する磁気抵抗の変化により発生するスロットコギングとのコギングが発生する。リニアモータの運動特性を向上するためには、コギングの抑制が必要となる。コギングの内、端コギングに対しては、特許文献１および特許文献２に記載のような対応がされている。しかし、スロットコギングに対しては、電機子または界磁極の永久磁石をスキューさせる方法が用いられているが、電機子をスキューする場合はコア製造が複雑となるという問題点があり、また界磁極の永久磁石をスキューする場合は、磁石を配置するヨークの端面の斜め加工、磁石の配置および配置した磁石の斜め着磁等、製造が複雑となるという問題点があった。
【０００７】
また、リニアモータにおいて大推力を得る目的で、モータ長を長くする方法がとられるが、この場合にスロットコギングは長さに比例して増加してしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スロットコギングを抑制して大推力を得ることが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】
この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置したものである。
【００１０】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置したものである。
【００１１】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子の両側に界磁磁極が設けられるとともに、電機子は両側に等ピッチで配列された相数の整数倍のティースを設け、この電機子の両側に配列されたティースの位置が、τ／６ずれるように構成したものである。
【００１２】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子の両側に等ピッチで配列されたティース数と電機子の両側に設けられる永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、
τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置したものである。
【００１３】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子の両側に等ピッチで配列されたティース数と電機子の両側に設けられる永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、
２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置したものである。
【００１４】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、永久磁石の磁極面に対して、基本ブロックの内の電機子ブロックを２列、（ｋ・τ／６）＋２τｍずらして配置したものである。
【００１５】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、永久磁石の磁極面に対して、基本ブロックの内の電機子ブロックをｒ列、τ／（３ｒ）＋２τｍずらして配置したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータの基本ブロックを示す図である。また、図２はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す図で、基本ブロックを２個組み合わせたものである。
【００１７】
図１、図２において、界磁磁極１は、界磁鉄心２に交互に極性が異なるように複数の永久磁石３を等ピッチ（磁極ピッチτ）で配列して構成され、電機子ブロック１１は、ブロックコア１２に等ピッチで配列された相数のティース１３を設け、そこに集中巻にした電機子コイル１４（１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）を設けて構成する。電機子ブロック１１の長さは２τとなる。
図１、図２においては、リニアモータの基本ブロックとして、電機子ブロック１１のティース１３の数と永久磁石３が形成する磁極数との比が３：２で構成した例を示した。
【００１８】
従来、基本ブロックを２個使用する場合、長さ２τの電機子ブロック１１を間隔２τで配置していたが、実施の形態１に係るリニアモータでは、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合には、電機子を２分割して、それぞれの電機子ブロックを配置間隔τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置する。
ここで、係数ｋは分割した電機子で発生するスロットコギングの位相ずれを決定するもので任意の奇数、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数である。
【００１９】
図２はｎ＝２（基本ブロック１１を２個使用）とし、ｋ＝１およびｍ＝０とした場合で、電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した例を示すものである。
【００２０】
基本ブロックのスロットコギングｆ_０の概略値は、式（１）で求めることができる。
ｆ_０＝ｆ_０ｍ・ｓｉｎ（６π／τ）・ｘ・・・（１）
ここで、τは磁極ピッチ、ｆ_０ｍは基本ブロックで発生するスロットコギングのピーク値である。
【００２１】
推力を確保するため基本ブロックを複数使用する場合、電機子ブロック１１を間隔２τで配置する従来装置では、モータとして発生するコギングｆ１は、ｆ１＝ｎ×ｆ_０ｍとなり、ブロック数に比例し大きくなる。
【００２２】
また、図２に示した電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した構成のリニアモータにおけるスロットコギングｆ２の概略値は、式（２）で求めることができる。

【００２３】
また、図３はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。
図３において、（ａ）は図１に示した基本ブロックのコギング推力、（ｂ）は電機子ブロック１１を２個、間隔２τで配置した従来構造のリニアモータのコギング推力、（ｃ）は電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した図２のリニアモータの右側の電機子で発生するコギング推力、（ｄ）は電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した図２のリニアモータの左右の電機子で発生するコギング推力の和である。
【００２４】
電機子ブロック１１を２個、間隔２τで配置した従来構造のリニアモータのコギング推力は、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示した基本ブロックのコギング推力の２倍となるが、電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した実施の形態１に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図３（ｄ）に示すように、スロットコギングを低減することができ、運動特性を向上することが可能となる。
【００２５】
また、図４はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す図で、ｎ＝２（基本ブロック１１を２個使用）とし、ｋ＝１およびｍ＝１とした場合で、電機子ブロック１１を２個、間隔４τ＋τ／６で配置した例を示すものである。リニアモータを装置に組み込んで使用する際は、可動部に物を搭載するが、実施の形態１に係るリニアモータでは、分割した電機子または界磁磁極の配置の制約が少ないことから、分割配置したリニアモータ間に搭載物をレイアウトすることができ、装置スペースの有効活用ができる。
【００２６】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータの構成を示す図で、基本ブロックを３個組み合わせたものである。
基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合には、電機子をｒ分割して、それぞれの電機子ブロックを間隔２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置する。
ここで、τは磁極ピッチ、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数、また係数ｒは電機子の分割数で、２≦ｒ≦ｎの整数で、かつｎ／ｒが整数となる。
【００２７】
図５において、１〜３、１１〜１３、１４ｕ，１４ｖ，１４ｗは図１と同様であり、その説明を省略する。また、図５は、基本ブロックを３個（ｎ＝３）、電機子を３分割（ｒ＝３）し、分割した電機子の間隔を決める係数ｍ＝０としたもので、電機子ブロック１１を３個、間隔２τ＋τ／９で配置した例を示すものである。
【００２８】
また、基本ブロックをｎ個使用するリニアモータにおいて、ｎ個の基本ブロックをｒ分割し、それぞれの電機子の配置間隔を、２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍで配置した構成のリニアモータにおけるスロットコギングｆ３の概略値は、式（３）で求めることができる。

ここで、Ｎはｒ分割した電機子の一端を基準（０番目）とし、この基準からの配置番号である。
【００２９】
また、図６はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。図６において、（ａ）は図１に示した基本ブロックのコギング推力、（ｂ）は電機子ブロック１１を３個、間隔２τで配置した従来構造のリニアモータのコギング推力、（ｃ）は電機子ブロック１１を２個、間隔２τ＋τ／９で配置した図５のリニアモータの左から中央の電機子で発生するコギング推力、（ｄ）は電機子ブロック１１を３個、間隔２τ＋τ／９で配置した図５のリニアモータの左から右端の電機子で発生するコギング推力、（ｅ）は３個の電機子で発生するコギング推力の和である。
【００３０】
電機子ブロック１１を３個、間隔２τで配置した従来構造のリニアモータのコギング推力は、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示した基本ブロックのコギング推力の３倍となるが、電機子ブロック１１を３個、間隔２τ＋τ／９で配置した実施の形態２に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、図６（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図６（ｅ）に示すように、スロットコギングを抑制しつつ容易にモータの推力を得ることが可能となる。
【００３１】
また、図７はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータの構成を示す図で、ｎ＝３（基本ブロック１１を３個使用）とし、ｍ＝１およびｍ＝２とした場合で、電機子ブロック１１を３個、間隔４τ＋τ／９、間隔２τ＋τ／９で配置した例を示すものである。
リニアモータを装置に組み込んで使用する際は、可動部に物を搭載するが、実施の形態１に係るリニアモータでは、分割した電機子または界磁磁極の配置の制約が少ないことから、分割配置したリニアモータ間に搭載物をレイアウトすることができ、装置スペースの有効活用ができる。
【００３２】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係るリニアモータの構成を示す図である。図８において、電機子２１は、両側に等ピッチで配列された相数の整数倍のティース２３を設け、そこに集中巻にした電機子コイル２４（２４ｕ，２４ｖ，２４ｗ）を設けて構成され、界磁鉄心２に交互に極性が異なるように複数の永久磁石３を等ピッチ（磁極ピッチτ）で配列して構成される界磁磁極１が、この電機子２１の両側に設けられる。また、図８においては、電機子２１のティース２３の数と永久磁石３が形成する磁極数との比が３：２で構成した例を示した。
【００３３】
従来構造のリニアモータでは、電機子２１の両側に配列されるティース２３は同位置であったが、実施の形態３に係るリニアモータにおける電機子２１は、電機子２１の両側に配列されたティース２３が、τ／６ずれる位置になるように構成する。図８に示すように、実施の形態３に係るリニアモータにおいては、電機子２１の両側に推力発生面Ａ，Ｂが形成される。
【００３４】
また、図８に示したリニアモータにおけるスロットコギングｆ４の概略値は、式（４）で求めることができる。

ここで、右辺の第１項は、推力発生面Ａで発生するスロットコギング、第２項は推力発生面Ｂで発生するスロットコギングである。
【００３５】
図９はこの発明の実施の形態３に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。図９において、（ａ）は推力発生面Ａで発生するスロットコギング、（ｂ）は従来構造のリニアモータのスロットコギング、（ｃ）は推力発生面Ｂで発生するスロットコギング、（ｄ）は推力発生面Ａ、Ｂで発生するスロットコギングの和である。
【００３６】
実施の形態３に係るリニアモータにおいては、推力発生面Ａで発生するスロットコギングと推力発生面Ｂで発生するスロットコギングとが各々打ち消しあうので、スロットコギングの抑制が可能となる。
【００３７】
実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４に係るリニアモータの構成を示す図である。図１０において、電機子ブロック３１は、ブロックコア３２の両側に等ピッチで配列された相数のティース３３を設け、そこに集中巻にした電機子コイル３４（３４ｕ，３４ｖ，３４ｗ）を設けて構成され、界磁鉄心２に交互に極性が異なるように複数の永久磁石３を等ピッチ（磁極ピッチτ）で配列して構成される界磁磁極１が、この電機子３１の両側に設けられる。また、図１０においては、電機子３１のティース３３の数と永久磁石３が形成する磁極数との比が３：２で構成した例を示した。
【００３８】
実施の形態４に係るリニアモータでは、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合には、電機子を２分割して、それぞれの電機子ブロックを配置間隔τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置する。
ここで、係数ｋは分割した電機子で発生するスロットコギングの位相ずれを決定するもので任意の奇数、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数である。
【００３９】
図１０はｎ＝２（基本ブロック１１を２個使用）とし、ｋ＝１およびｍ＝０とした場合で、電機子ブロック３１を２個、間隔２τ＋τ／６で配置した例を示すものである。
【００４０】
実施の形態４に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、上述の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性と同様であり、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図３（ｄ）に示すように、スロットコギングを低減することができ、運動特性を向上することが可能となる。
【００４１】
実施の形態５．
図１１はこの発明の実施の形態５に係るリニアモータの構成を示す図で、基本ブロックを３個組み合わせたものである。
基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合には、電機子をｒ分割して、それぞれの電機子ブロックを間隔２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置する。
ここで、τは磁極ピッチ、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数、また係数ｒは電機子の分割数で、２≦ｒ≦ｎの整数で、かつｎ／ｒが整数となる。
【００４２】
図１１において、１〜３、３１〜３３、３４ｕ，３４ｖ，３４ｗは図１０と同様であり、その説明を省略する。また、図１１は、基本ブロックを３個（ｎ＝３）、電機子を３分割（ｒ＝３）し、分割した電機子の間隔を決める係数ｍ＝０としたもので、電機子ブロック１１を３個、間隔２τ＋τ／９で配置した例を示すものである。
【００４３】
実施の形態５に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、上述の実施の形態２に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性と同様であり、図６（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図６（ｅ）に示すように、スロットコギングを抑制しつつ容易にモータの推力を得ることが可能となる。
【００４４】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６に係るリニアモータの構成を示す図である。図１２において、１〜３、１１は図１と同様であり、その説明を省略する。
また、図１２は永久磁石３の面に対して電機子ブロック１１を２列となるように配置したものである。
図１２においては、リニアモータの基本ブロックとして、電機子ブロック１１のティース１３の数と永久磁石３が形成する磁極数との比が３：２で構成した例を示した。τは、複数の永久磁石３が界磁鉄心２に交互に極性が異なるように配列される磁極ピッチであり、電機子ブロック１１の長さは２τとなる。
【００４５】
実施の形態６に係るリニアモータは、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合で、電機子を２列の電機子ブロックから構成して、
それぞれの電機子ブロックの位置を間隔（ｋ・τ／６）＋２τｍずらすように配置する。
ここで、係数ｋは分割した電機子で発生するスロットコギングの位相ずれを決定するもので任意の奇数、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数である。
【００４６】
また、図１２は基本ブロック１１を２個（ｎ＝２）、分割した電機子で発生するスロットコギングの位相ずれを決定する係数ｋ＝１および分割した電機子の間隔を決める係数ｍ＝０としたもので、電機子ブロック１１を２列、間隔τ／６ずらして配置した例を示すものである。
【００４７】
実施の形態６に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、上述の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性と同様であり、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図３（ｄ）に示すように、スロットコギングを低減することができ、運動特性を向上することが可能となる。
【００４８】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７に係るリニアモータの構成を示す図である。図１３において、１〜３、１１は図１と同様であり、その説明を省略する。
また、図１３は永久磁石３の面に対して電機子ブロック１１を３列となるように配置したものである。図１３においては、リニアモータの基本ブロックとして、電機子ブロック１１のティース１３の数と永久磁石３が形成する磁極数との比が３：２で構成した例を示した。τは、複数の永久磁石３が界磁鉄心２に交互に極性が異なるように配列される磁極ピッチであり、電機子ブロック１１の長さは２τとなる。
【００４９】
実施の形態７に係るリニアモータは、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合で、電機子をｒ分割して、電機子を３列の電機子ブロックから構成して、それぞれの電機子ブロックの位置を間隔τ／（３ｒ）＋２τｍずらすように配置する。
ここで、τは磁極ピッチ、係数ｍは分割した電機子の間隔を決めるもので任意の整数、また係数ｒは電機子の分割数で、２≦ｒ≦ｎの整数で、かつｎ／ｒが整数となる。
【００５０】
また、図１３は、基本ブロックを３個（ｎ＝３）、電機子を３分割（ｒ＝３）し、分割した電機子の間隔を決める係数ｍ＝０としたもので、電機子ブロック１１を３列、間隔τ／９ずらして配置した例を示すものである。
【００５１】
実施の形態７に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性は、上述の実施の形態２に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性と同様であり、図６（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあうので、図６（ｅ）に示すように、スロットコギングを抑制しつつ容易にモータの推力を得ることが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５３】
この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置したので、
２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあって、スロットコギングを低減することができ、大推力を得るとともに運動特性を向上することが可能となる。
【００５４】
また、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、
２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置したので、
分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあって、スロットコギングを低減することができ、大推力を得るとともに運動特性を向上することが可能となる。
【００５５】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子の両側に界磁磁極が設けられるとともに、電機子は両側に等ピッチで配列された相数の整数倍のティースを設け、この電機子の両側に配列されたティースの位置が、τ／６ずれるように構成したので、
電機子の両側の推力発生面で発生する各々のスロットコギングが打ち消しあい、スロットコギングの抑制が可能となる。
【００５６】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子の両側に等ピッチで配列されたティース数と電機子の両側に設けられる永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、
τｎ＋（ｋ・τ／６）＋２τｍとなるように配置したので、
２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあって、スロットコギングを低減することができ、大推力を得るとともに運動特性を向上することが可能となる。
【００５７】
また、電機子の両側に等ピッチで配列されたティース数と電機子の両側に設けられる永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、基本ブロックの内の電機子ブロックの間隔が、２ｎτ／ｒ＋τ／（３ｒ）＋２τｍとなるように配置したので、
電機子の両側の推力発生面で発生する各々のスロットコギングが打ち消しあい、スロットコギングの抑制が可能となる。
【００５８】
また、この発明に係るリニアモータは、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磁極ピッチτで直線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子鉄心とこの電機子鉄心のティースにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子とを備え、界磁極と電機子の何れかの一方を固定子に他方を可動子として、界磁極と電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、この基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、前記永久磁石の磁極面に対して、基本ブロックの内の電機子ブロックを２列、（ｋ・τ／６）＋２τｍずらして配置したので、
２分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあって、スロットコギングを低減することができ、電機子の長さ方向に制約がある場合においても、大推力を得るとともに運動特性を向上することが可能となる。
【００５９】
また、電機子のティース数と永久磁石が形成する磁極数との比が３：２で構成される基本ブロックとし、電機子をｒ分割して（ただし、ｒは２≦ｒ≦ｎとなる整数で、かつｎ／ｒが整数）、基本ブロックをｎ個（ここで、ｎは２以上の整数）接続してリニアモータを構成する場合に、ｋを奇数、ｍを整数で表したときに、永久磁石の磁極面に対して、基本ブロックの内の電機子ブロックをｒ列、
τ／（３ｒ）＋２τｍずらして配置したので、
分割した電機子が各々のスロットコギングを打ち消しあって、スロットコギングを低減することができ、電機子の長さ方向に制約がある場合においても、大推力を得るとともに運動特性を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るリニアモータの基本ブロックを示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係るリニアモータにおけるスロットコギングの特性を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態５に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に係るリニアモータの構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態７に係るリニアモータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１界磁磁極、２界磁鉄心、３永久磁石、１１電機子ブロック、１２ブロックコア、１３ティース、１４（１４ｕ，１４ｖ，１４ｗ）電機子コイル、２１電機子、２２、２３ティース、２４（２４ｕ，２４ｖ，２４ｗ）電機子コイル、３１電機子ブロック、３２ブロックコア、３３ティース、３４（３４ｕ，３４ｖ，３４ｗ）電機子コイル。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor used for a transport system of an FA device, for example, a table feed of a machine tool or a stepper driving mechanism of a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In a conventional moving magnet type linear motor, a magnetic circuit is generally formed between the teeth formed on the armature core and the permanent magnets serving as the field poles. A cogging thrust was generated, and this cogging thrust contributed to a thrust fluctuation occurring at the time of relative movement between the field pole and the armature. Further, since the magnetic circuits formed at both ends of the field core are open, a cogging thrust due to the end effect is also generated, which also contributes to the thrust fluctuation.
[0003]
Patent Document 1 discloses a linear motor capable of suppressing the generation of the cogging thrust. The linear motor described in Patent Literature 1 has a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a straight line so as to alternately have different polarities, and faces the permanent magnet row via a magnetic gap. And an armature composed of an armature winding having a coil wound around a slot of the armature core, and fixing either the field pole or the armature. A linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the other as a mover, wherein the field core is divided into a plurality of core blocks and arranged in the thrust direction, A gap is provided between the blocks, and a spacing piece of a magnetic material is inserted into the gap between the core blocks.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-163873 discloses a technique for reducing thrust unevenness caused by non-uniform magnetic flux distribution of fixed magnetic poles of a permanent magnet in a linear motor.
Patent Literature 2 discloses a linear motor including a fixed magnet plate having magnet pieces extended on both sides thereof and a pair of integrally-moving armatures provided between the magnet plates. The phase is shifted in the direction to cancel the two generated thrust unevenness, and the mutual poles of the fixed magnetic poles are arranged to be shifted by 90 ° from each other by a half of one pole, and the phase of the current supplied to the armature is Is controlled to reduce the thrust unevenness of the linear motor.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-119040 (pages 1 to 5, FIGS. 1 to 6)
[Patent Document 2]
JP-A-10-52025 (pages 4 to 5, FIGS. 3 and 4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the linear motor, the armature and the field pole overlap and there are parts that do not overlap, so discontinuity of the magnetic circuit occurs at the boundary, which occurs at the teeth at both ends of the armature Cogging occurs between the end cogging and the slot cogging caused by a change in magnetic resistance due to the slot opening shape of the armature. In order to improve the motion characteristics of the linear motor, it is necessary to suppress cogging. Of cogging, end cogging is dealt with as described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2. However, for slot cogging, a method of skewing the armature or the permanent magnet of the field pole is used. However, when the armature is skewed, there is a problem that core manufacturing is complicated, and the field pole is also skewed. In the case of skewing the permanent magnets described above, there is a problem that manufacturing becomes complicated, such as oblique processing of the end face of the yoke on which the magnets are arranged, arrangement of the magnets, and oblique magnetization of the arranged magnets.
[0007]
Further, in order to obtain a large thrust in a linear motor, a method of increasing the motor length is used. However, in this case, there is a problem that slot cogging increases in proportion to the length.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide a linear motor capable of obtaining a large thrust by suppressing slot cogging.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The linear motor according to the present invention has a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a line at a magnetic pole pitch τ so that the polarities are alternately different, and a permanent magnet array and a magnetic air gap are provided. An armature composed of an armature core arranged to face and an armature winding formed by winding a coil around the teeth of the armature core, and either one of the field pole and the armature is fixed. In the linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the other as a mover,
A linear motor is constructed by connecting a basic block having a ratio of 3: 2 between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet to n (where n is an integer of 2 or more) basic blocks. When k is represented by an odd number and m is represented by an integer, the interval between the armature blocks in the basic block is arranged to be τn + (k · τ / 6) + 2τm.
[0010]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field poles and the armature run relatively with the stator as the stator and the other as the mover, the ratio between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2. The armature is divided into r (where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n and n / r is an integer), and n basic blocks (where n is 2 or more) K) when connecting to form a linear motor. , When representing the m an integer, the distance of the armature block of the basic block, in which are arranged such that the 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm.
[0011]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In a linear motor in which the stator and the other are movable and the field poles and the armature run relatively, the field poles are provided on both sides of the armature, and the armatures are arranged at equal pitches on both sides. The number of phases is set to an integral multiple of the number of phases, and the positions of the teeth arranged on both sides of the armature are shifted by τ / 6.
[0012]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the stator being the other and the mover, the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the permanent When a linear motor is constructed by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) with a basic block having a ratio of 3: 2 to the number of magnetic poles formed by the magnets, Is an odd number and m is an integer. , The spacing of the armature block of the basic block,
The arrangement is such that τn + (k · τ / 6) + 2τm.
[0013]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the stator being the other and the mover, the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the permanent A basic block having a ratio of 3: 2 to the number of magnetic poles formed by the magnet is divided into the armatures, where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n, and n / r is an integer. , N basic blocks (where n is 2 or more) If the number) are connected to constitute a linear motor, odd k, when representing the m an integer, the distance between the armature block of the basic block,
2nτ / r + τ / (3r) + 2τm.
[0014]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field poles and the armature run relatively with the stator as the stator and the other as the mover, the ratio between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2. When n basic blocks are connected (where n is an integer of 2 or more) to form a linear motor, k is an odd number and m is an integer. With respect to the pole face, Two rows of armature block is obtained by staggered (k · τ / 6) + 2τm.
[0015]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field poles and the armature run relatively with the stator as the stator and the other as the mover, the ratio between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2. The armature is divided into r (where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n and n / r is an integer), and n basic blocks (where n is 2 or more) K) when connecting to form a linear motor. , When representing the m an integer, the pole faces of the permanent magnets, in which the armature block of the basic block and staggered r columns, τ / (3r) + 2τm.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing basic blocks of a linear motor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the linear motor according to the first embodiment of the present invention, in which two basic blocks are combined.
[0017]
1 and 2, the field magnetic pole 1 is configured by arranging a plurality of permanent magnets 3 at an equal pitch (magnetic pole pitch τ) so that the polarity is alternately different from the field iron core 2. , The block core 12 is provided with teeth 13 having the number of phases arranged at equal pitches, and the armature coils 14 (14u, 14v, 14w) wound around the block 13 are provided. The length of the armature block 11 is 2τ.
1 and 2 show an example in which the ratio between the number of teeth 13 of the armature block 11 and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets 3 is 3: 2 as a basic block of the linear motor.
[0018]
Conventionally, when two basic blocks are used, armature blocks 11 having a length of 2τ are arranged at an interval of 2τ. However, in the linear motor according to the first embodiment, n basic blocks (where n is When a linear motor is configured by connecting (an integer of 2 or more), the armature is divided into two and the armature blocks are arranged so as to have an arrangement interval τn + (k · τ / 6) + 2τm.
Here, the coefficient k determines the phase shift of the slot cogging generated in the divided armature and is an arbitrary odd number, and the coefficient m determines the interval between the divided armatures and is an arbitrary integer.
[0019]
FIG. 2 shows an example in which n = 2 (two basic blocks 11 are used), k = 1 and m = 0, and two armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6. .
[0020]
Basic block slot cogging f ₀ Can be obtained by Expression (1).
f ₀ = F ₀ m · sin (6π / τ) · x (1)
Where τ is the magnetic pole pitch, f ₀ m is a peak value of slot cogging generated in the basic block.
[0021]
In the case where a plurality of basic blocks are used to secure thrust, in a conventional device in which the armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ, cogging f1 generated as a motor is f1 = n × f ₀ m, which increases in proportion to the number of blocks.
[0022]
Further, the approximate value of the slot cogging f2 in the linear motor having the configuration in which the two armature blocks 11 shown in FIG. 2 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6 can be obtained by Expression (2).

[0023]
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of slot cogging in the linear motor according to Embodiment 1 of the present invention.
3, (a) shows the cogging thrust of the basic block shown in FIG. 1, (b) shows the cogging thrust of the linear motor having the conventional structure in which two armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ, and (c) shows the motor. The cogging thrust generated by the armature on the right side of the linear motor of FIG. 2 in which two child blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6, and (d) is a diagram in which two armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6 This is the sum of the cogging thrusts generated by the left and right armatures of the second linear motor.
[0024]
As shown in FIG. 3B, the cogging thrust of the conventional linear motor in which two armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ is twice the cogging thrust of the basic block shown in FIG. However, the slot cogging characteristic of the linear motor according to Embodiment 1 in which two armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6 is divided into two as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (c). Since the armature cancels out each slot cogging, as shown in FIG. 3D, the slot cogging can be reduced, and the motion characteristics can be improved.
[0025]
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the linear motor according to the first embodiment of the present invention. In the case where n = 2 (two basic blocks 11 are used), k = 1 and m = 1, This shows an example in which two child blocks 11 are arranged at an interval of 4τ + τ / 6. When the linear motor is incorporated in the apparatus and used, an object is mounted on the movable portion. However, in the linear motor according to the first embodiment, since there are few restrictions on the arrangement of the divided armatures or field poles, the divided arrangement is small. The mounted objects can be laid out between the linear motors, and the equipment space can be effectively used.
[0026]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 2 of the present invention, in which three basic blocks are combined.
When a linear motor is configured by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more), the armature is divided into r, and each armature block is separated by an interval of 2nτ / r + τ / (3r). + 2τm.
Here, τ is the magnetic pole pitch, the coefficient m determines the interval between the divided armatures, and is an arbitrary integer. The coefficient r is the number of armature divisions, is an integer of 2 ≦ r ≦ n, and n / r is an integer. Will be an integer.
[0027]
In FIG. 5, 1 to 3, 11 to 13, 14u, 14v, and 14w are the same as those in FIG. FIG. 5 shows a case where three basic blocks (n = 3), an armature is divided into three (r = 3), and a coefficient m = 0 for determining an interval between the divided armatures. Are arranged at an interval of 2τ + τ / 9.
[0028]
Further, in a linear motor using n basic blocks, slot cogging in a linear motor having a configuration in which n basic blocks are divided into r and the arrangement intervals of the armatures are arranged at 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm. The approximate value of f3 can be obtained by Expression (3).

Here, N is an arrangement number from the reference (0th) with one end of the armature divided into r as a reference (0th).
[0029]
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of slot cogging in the linear motor according to Embodiment 2 of the present invention. 6, (a) shows the cogging thrust of the basic block shown in FIG. 1, (b) shows the cogging thrust of the linear motor having the conventional structure in which three armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ, and (c) shows the motor. The cogging thrust generated by the armature at the center from the left of the linear motor of FIG. 5 in which two child blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 9, (d) is an arrangement of three armature blocks 11 at an interval of 2τ + τ / 9 The cogging thrust generated by the armatures from the left to the right end of the linear motor shown in FIG. 5, and (e) is the sum of the cogging thrusts generated by the three armatures.
[0030]
As shown in FIG. 6B, the cogging thrust of the linear motor having the conventional structure in which three armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ is three times the cogging thrust of the basic block shown in FIG. However, the slot cogging characteristics of the linear motor according to the second embodiment in which three armature blocks 11 are arranged at an interval of 2τ + τ / 9 are as shown in FIGS. 6 (a), (c) and (d). Since the divided armatures cancel out each slot cogging, it is possible to easily obtain the thrust of the motor while suppressing the slot cogging as shown in FIG.
[0031]
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 2 of the present invention. In the case where n = 3 (three basic blocks 11 are used), m = 1 and m = 2, This shows an example in which three child blocks 11 are arranged at an interval of 4τ + τ / 9 and an interval of 2τ + τ / 9.
When the linear motor is incorporated in the apparatus and used, an object is mounted on the movable portion. However, in the linear motor according to the first embodiment, since there are few restrictions on the arrangement of the divided armatures or field poles, the divided arrangement is small. The mounted objects can be laid out between the linear motors, and the equipment space can be effectively used.
[0032]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 3 of the present invention. 8, the armature 21 is provided with teeth 23 of an integral multiple of the number of phases arranged on both sides at an equal pitch, and armature coils 24 (24u, 24v, 24w) wound in a concentrated manner. The field poles 1 are formed on both sides of the armature 21 by arranging a plurality of permanent magnets 3 at equal pitches (magnetic pole pitch τ) such that the polarities of the field iron cores 2 are alternately different. FIG. 8 shows an example in which the ratio between the number of teeth 23 of the armature 21 and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets 3 is 3: 2.
[0033]
In the linear motor having the conventional structure, the teeth 23 arranged on both sides of the armature 21 are at the same position. However, the armature 21 in the linear motor according to the third embodiment is different from the teeth arranged on both sides of the armature 21. 23 is configured to be shifted by τ / 6. As shown in FIG. 8, in the linear motor according to the third embodiment, thrust generating surfaces A and B are formed on both sides of armature 21.
[0034]
The approximate value of the slot cogging f4 in the linear motor shown in FIG. 8 can be obtained by Expression (4).

Here, the first term on the right side is slot cogging generated on the thrust generating surface A, and the second term is slot cogging generated on the thrust generating surface B.
[0035]
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of slot cogging in the linear motor according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 9, (a) shows slot cogging generated on the thrust generating surface A, (b) shows slot cogging generated on the conventional linear motor, (c) shows slot cogging generated on the thrust generating surface B, and (d) shows thrust. This is the sum of the slot cogging generated on the generation surfaces A and B.
[0036]
In the linear motor according to the third embodiment, since slot cogging generated on thrust generating surface A and slot cogging generated on thrust generating surface B cancel each other, slot cogging can be suppressed.
[0037]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 10, the armature block 31 is provided with teeth 33 of the number of phases arranged at equal pitches on both sides of the block core 32, and armature coils 34 (34u, 34v, 34w) which are concentratedly wound there. The field poles 1 are arranged and arranged on the both sides of the armature 31 by arranging a plurality of permanent magnets 3 at equal pitches (magnetic pole pitch τ) so that the polarities of the field iron cores 2 are alternately different. . FIG. 10 shows an example in which the ratio between the number of teeth 33 of the armature 31 and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets 3 is 3: 2.
[0038]
In the linear motor according to the fourth embodiment, in the case where a linear motor is configured by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more), the armature is divided into two parts and each armature is divided into two parts. The blocks are arranged at an arrangement interval τn + (k · τ / 6) + 2τm.
Here, the coefficient k determines the phase shift of the slot cogging generated in the divided armature and is an arbitrary odd number, and the coefficient m determines the interval between the divided armatures and is an arbitrary integer.
[0039]
FIG. 10 shows an example in which n = 2 (two basic blocks 11 are used), k = 1 and m = 0, and two armature blocks 31 are arranged at an interval of 2τ + τ / 6. .
[0040]
The slot cogging characteristic of the linear motor according to the fourth embodiment is similar to the slot cogging characteristic of the linear motor according to the above-described first embodiment, and as shown in FIGS. Since the divided armatures cancel out each slot cogging, as shown in FIG. 3D, the slot cogging can be reduced, and the motion characteristics can be improved.
[0041]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 11 shows a configuration of a linear motor according to Embodiment 5 of the present invention, which is a combination of three basic blocks.
When a linear motor is configured by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more), the armature is divided into r, and each armature block is separated by an interval of 2nτ / r + τ / (3r). + 2τm.
Here, τ is the magnetic pole pitch, the coefficient m determines the interval between the divided armatures, and is an arbitrary integer. The coefficient r is the number of armature divisions and is an integer of 2 ≦ r ≦ n, and n / r is an integer. Will be an integer.
[0042]
In FIG. 11, reference numerals 1 to 31, 31 to 33, 34u, 34v, and 34w are the same as those in FIG. 10, and a description thereof will be omitted. FIG. 11 shows a case where the number of basic blocks is three (n = 3), the armature is divided into three (r = 3), and a coefficient m = 0 for determining an interval between the divided armatures. Are arranged at an interval of 2τ + τ / 9.
[0043]
The characteristics of the slot cogging in the linear motor according to the fifth embodiment are similar to the characteristics of the slot cogging in the linear motor according to the second embodiment, and are shown in FIGS. 6 (a), (c), and (d). As described above, the divided armatures cancel each other's slot cogging, so that it is possible to easily obtain the thrust of the motor while suppressing the slot cogging as shown in FIG.
[0044]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 6 of the present invention. 12, steps 1 to 3 and 11 are the same as those in FIG. 1, and a description thereof will be omitted.
FIG. 12 shows an arrangement in which the armature blocks 11 are arranged in two rows with respect to the surface of the permanent magnet 3.
FIG. 12 shows an example in which the ratio between the number of teeth 13 of the armature block 11 and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets 3 is 3: 2 as a basic block of the linear motor. τ is a magnetic pole pitch in which a plurality of permanent magnets 3 are alternately arranged on the field core 2 so as to have different polarities, and the length of the armature block 11 is 2τ.
[0045]
The linear motor according to the sixth embodiment is configured such that n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected to form a linear motor, and the armature is composed of two rows of armature blocks. ,
The positions of the armature blocks are arranged so as to be shifted by an interval (k · τ / 6) + 2τm.
Here, the coefficient k determines the phase shift of the slot cogging generated in the divided armature and is an arbitrary odd number, and the coefficient m determines the interval between the divided armatures and is an arbitrary integer.
[0046]
FIG. 12 shows two basic blocks 11 (n = 2), a coefficient k = 1 for determining the phase shift of the slot cogging generated in the divided armature, and a coefficient m = 0 for determining the interval between the divided armatures. This shows an example in which the armature blocks 11 are arranged in two rows and shifted by an interval τ / 6.
[0047]
The slot cogging characteristics of the linear motor according to the sixth embodiment are the same as the slot cogging characteristics of the linear motor according to the above-described first embodiment, and as shown in FIGS. Since the divided armatures cancel out each slot cogging, as shown in FIG. 3D, the slot cogging can be reduced, and the motion characteristics can be improved.
[0048]
Embodiment 7 FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG. 13, reference numerals 1 to 3 and 11 are the same as those in FIG.
FIG. 13 shows an arrangement in which the armature blocks 11 are arranged in three rows with respect to the surface of the permanent magnet 3. FIG. 13 shows an example in which the ratio between the number of teeth 13 of the armature block 11 and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets 3 is 2: 2 as a basic block of the linear motor. τ is a magnetic pole pitch in which a plurality of permanent magnets 3 are alternately arranged on the field core 2 so as to have different polarities, and the length of the armature block 11 is 2τ.
[0049]
The linear motor according to the seventh embodiment has a configuration in which n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected to form a linear motor. And the positions of the armature blocks are arranged so as to be shifted by an interval τ / (3r) + 2τm.
Here, τ is the magnetic pole pitch, the coefficient m determines the interval between the divided armatures, and is an arbitrary integer. The coefficient r is the number of armature divisions, is an integer of 2 ≦ r ≦ n, and n / r is an integer. Will be an integer.
[0050]
FIG. 13 shows a case where the number of basic blocks is three (n = 3), the armature is divided into three (r = 3), and a coefficient m = 0 that determines an interval between the divided armatures. Are arranged in three rows at an interval τ / 9.
[0051]
The characteristics of the slot cogging in the linear motor according to the seventh embodiment are similar to the characteristics of the slot cogging in the linear motor according to the second embodiment, and are shown in FIGS. 6 (a), (c) and (d). As described above, the divided armatures cancel each other's slot cogging, so that it is possible to easily obtain the thrust of the motor while suppressing the slot cogging as shown in FIG.
[0052]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
[0053]
The linear motor according to the present invention has a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a line at a magnetic pole pitch τ so that the polarities are alternately different, and a permanent magnet array and a magnetic air gap are provided. An armature composed of an armature core arranged to face and an armature winding formed by winding a coil around the teeth of the armature core, and either one of the field pole and the armature is fixed. In the linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the other as a mover,
A linear motor is constructed by connecting a basic block having a ratio of 3: 2 between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet to n (where n is an integer of 2 or more) basic blocks. When k is represented by an odd number and m is represented by an integer, the arrangement is such that the interval between the armature blocks in the basic block is τn + (k · τ / 6) + 2τm.
The armature divided into two parts cancels each slot cogging, so that the slot cogging can be reduced, and a large thrust can be obtained and the motion characteristics can be improved.
[0054]
Further, the basic block is configured such that the ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2, and the armature is divided into r (where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n). And n / r is an integer), and n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected to form a linear motor. When k is an odd number and m is an integer, The interval between the armature blocks in the basic block is
Since it was arranged to be 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm,
The divided armatures cancel each other's slot cogging, so that slot cogging can be reduced, and a large thrust can be obtained and the motion characteristics can be improved.
[0055]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In a linear motor in which the stator and the other are movable and the field poles and the armature run relatively, the field poles are provided on both sides of the armature, and the armatures are arranged at equal pitches on both sides. The number of teeth is set to an integral multiple of the number of phases, and the positions of the teeth arranged on both sides of the armature are shifted by τ / 6.
The slot coggings generated on the thrust generating surfaces on both sides of the armature cancel each other, and the slot cogging can be suppressed.
[0056]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field pole and the armature run relatively to each other with the stator being the other and the mover, the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the permanent When a linear motor is constructed by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) with a basic block having a ratio of 3: 2 to the number of magnetic poles formed by the magnets, Is an odd number and m is an integer. , The spacing of the armature block of the basic block,
Since it is arranged so that τn + (k · τ / 6) + 2τm,
The armature divided into two parts cancels each slot cogging, so that the slot cogging can be reduced, and a large thrust can be obtained and the motion characteristics can be improved.
[0057]
Further, the basic block is configured such that the ratio between the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the number of magnetic poles formed by permanent magnets provided on both sides of the armature is 3: 2. (Where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n and n / r is an integer), and n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected to form a linear motor. When k is an odd number and m is an integer, the arrangement is such that the interval between the armature blocks in the basic block is 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm.
The slot coggings generated on the thrust generating surfaces on both sides of the armature cancel each other, and the slot cogging can be suppressed.
[0058]
Further, the linear motor according to the present invention includes a field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are arranged in a line at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, a permanent magnet row and a magnetic gap. An armature composed of an armature core disposed so as to face through and an armature winding formed by winding a coil around teeth of the armature core, and one of a field pole and an armature In the linear motor in which the field poles and the armature run relatively with the stator as the stator and the other as the mover, the ratio between the number of teeth of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2. When a linear motor is constructed by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more), k is an odd number and m is an integer. Of the basic block Two rows of armature blocks, since the staggered (k · τ / 6) + 2τm,
The armature divided into two parts can cancel each slot cogging and reduce the slot cogging. Even when there is a restriction in the length direction of the armature, it is possible to obtain a large thrust and improve the motion characteristics. It becomes possible.
[0059]
Further, the basic block is configured such that the ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2, and the armature is divided into r (where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n). And n / r is an integer), and n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected to form a linear motor. When k is an odd number and m is an integer, The armature blocks in the basic blocks are arranged in r rows with respect to the pole faces of the permanent magnets.
τ / (3r) + 2τm
Divided armatures cancel each other's slot cogging, reducing slot cogging.Even when there are restrictions in the armature length direction, it is possible to obtain large thrust and improve motion characteristics. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing basic blocks of a linear motor according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing characteristics of slot cogging in the linear motor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of slot cogging in the linear motor according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of slot cogging in a linear motor according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a linear motor according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 field pole, 2 field core, 3 permanent magnet, 11 armature block, 12 block core, 13 teeth, 14 (14u, 14v, 14w) armature coil, 21 armature, 22, 23 teeth, 24 (24u , 24v, 24w) armature coil, 31 armature block, 32 block core, 33 teeth, 34 (34u, 34v, 34w) armature coil.

Claims

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
A basic block composed of a 3: 2 ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is connected to n basic blocks (where n is an integer of 2 or more). When configuring a linear motor, when k is an odd number and m is an integer, the interval between the armature blocks in the basic block is
A linear motor characterized by being arranged so that τn + (k · τ / 6) + 2τm.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
The basic block is configured such that the ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2, and the armature is divided into r (where r is 2 ≦ r ≦ n). When a linear motor is constructed by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) with integers and n / r is an integer, when k is an odd number and m is an integer, In addition, the interval between the armature blocks in the basic block,
A linear motor characterized by being arranged so as to be 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
The field poles are provided on both sides of the armature,
The armature is provided with teeth of an integral multiple of the number of phases arranged at equal pitches on both sides, and the positions of the teeth arranged on both sides of the armature are shifted by τ / 6. motor.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
A basic block having a ratio of 3: 2 between the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets provided on both sides of the armature is a basic block. When a linear motor is configured by connecting n pieces (where n is an integer of 2 or more), when k is an odd number and m is an integer, the interval between the armature blocks in the basic block is A linear motor characterized by being arranged so that τn + (k · τ / 6) + 2τm.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
A basic block in which the ratio between the number of teeth arranged at equal pitches on both sides of the armature and the number of magnetic poles formed by the permanent magnets provided on both sides of the armature is 3: 2, and the armature is The linear motor is divided by r (where r is an integer satisfying 2 ≦ r ≦ n and n / r is an integer), and n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) are connected. In the configuration, when k is represented by an odd number and m is represented by an integer, the interval between the armature blocks in the basic blocks is arranged to be 2nτ / r + τ / (3r) + 2τm. Linear motor.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
A basic block composed of a 3: 2 ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is connected to n basic blocks (where n is an integer of 2 or more). When a linear motor is configured, when k is an odd number and m is an integer, two rows of armature blocks of the basic block are formed with respect to the magnetic pole surface of the permanent magnet, (k · τ / 6 ) A linear motor characterized by being shifted by + 2τm.

A field iron core in which a plurality of permanent magnets constituting a field pole are alternately arranged in a linear manner at a magnetic pole pitch τ such that the polarities are alternately different, and an electric machine arranged in such a manner as to face the permanent magnet row via a magnetic gap. An armature composed of an armature core and an armature winding in which a coil is wound around the teeth of the armature core, one of the field pole and the armature being a stator and the other being movable. In the linear motor, the field pole and the armature run relatively to each other,
The basic block is configured such that the ratio of the number of teeth of the armature to the number of magnetic poles formed by the permanent magnet is 3: 2, and the armature is divided into r (where r is 2 ≦ r ≦ n). When a linear motor is constructed by connecting n basic blocks (where n is an integer of 2 or more) with integers and n / r is an integer, when k is an odd number and m is an integer, A linear motor, wherein armature blocks in the basic blocks are shifted by r rows, τ / (3r) + 2τm with respect to the magnetic pole surfaces of the permanent magnets.