【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、推力と回転力を発生するロータリ・リニア同期モータ、特にその構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリ・リニアモータは、単体のモータで回転運動、直線運動、螺旋運動（回転運動＋直線運動）を用途に応じて使い分けることができ、新しい産業機器としての応用が期待される。ロータリ・リニアモータとしては、誘導形のものが非特許文献１に示されている。その構造を図９に示す。
【０００３】
図９において、１は箱形のケース（フレームとブラケットからなる。）であり、ケース１の内周にはバックヨーク１５を介して固定子鉄心２が設けられ、固定子鉄心２にはロータリ巻線３及びリニア巻線４が設けられる。ロータリ巻線３は回転運動用巻線であり、通常の回転機の巻線と同種の三相巻線であり、回転磁界を形成するために設けられている。リニア巻線４は、円筒形リニアモータと同種の三相巻線である。固定子鉄心２、ロータリ巻線３及びリニア巻線４により固定子７が形成される。一方、円筒状の可動子鉄心５の外周に円筒状銅板またはアルミ板からなる二次導体６が設けられ、可動子８が形成される。固定子鉄心２と可動子８との間には、ギャップ９が形成される。又、可動子８はケース１に可動自在に支持される。
【０００４】
上記構成において、ロータリ巻線３に三相交流電圧を印加することによって可動子８が回転運動を行い、リニア巻線４に三相交流電圧を印加することによって可動子８は直線運動を行い、両巻線３，４に同時に三相交流電圧を印加することによって可動子８は螺旋運動を行う。
【０００５】
【非特許文献１】
西本 裕宣、外２名、「ロータリ・リニア誘導モータのロータリ運転時の特性算定と諸特性に及ぼす二次抵抗の影響」、１９９７年度電気関係学会東海支部連合大会、論文Ｎｏ．２２３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のロータリ・リニアモータは、二次導体６に銅板またはアルミ板を用いた誘導形モータとなるため、力率や効率が悪いモータとなった。そこで、リニアモータ部分に永久磁石を用いた同期式リニアモータとすることが望ましいが、回転運動と直線運動があるため、磁石配置が容易でなかった。又、ロータリ巻線３とリニア巻線４を設ける必要があるため、モータ全体の大きさが大きくなった。特に、誘導形モータの場合には永久磁石式同期モータのような集中巻ができないので、通常の分布巻となり、コイル数が多くなり、コイルエンドも大きくなった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、力率や効率などの特性を向上するとともに、制御性も向上することができ、かつコイル数を減少させ、コイルエンド寸法も小さくすることができ、小形、軽量でコストダウンが可能なロータリ・リニア同期モータを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るロータリ・リニア同期モータは、回転可能であるとともに、軸方向へも可動可能な可動子を有し、かつ固定子においては固定子鉄心に可動子を回転運動させるための回転磁束を形成するロータリ巻線と可動子を軸方向に直線運動させるためのリニア巻線とを施したロータリ・リニアモータにおいて、可動子は、円筒状の可動子鉄心の表面に、Ｎ極磁石を周方向及び軸方向に１極置きに配設するとともに、この各Ｎ極磁石とは周方向及び軸方向で１極ずらせた位置にＳ極磁石を周方向及び軸方向に１極置きに配設したものである。
【０００９】
請求項２に係るロータリ・リニア同期モータは、可動子鉄心の表面の磁石間に、鉄心による磁極を配設したものである。
【００１０】
請求項３に係るロータリ・リニア同期モータは、磁石も鉄心による磁極により形成したものである。
【００１１】
請求項４に係るロータリ・リニア同期モータは、ロータリ巻線の極数とスロット数とを集中巻可能な数にするとともに、固定子鉄心の歯部にロータリ巻線を施して集中巻としたものである。
【００１２】
請求項５に係るロータリ・リニア同期モータは、リニア巻線の極数とスロット数とを集中巻可能な数にするとともに、固定子鉄心の歯部にリニア巻線を施して集中巻としたものである。
【００１３】
請求項６に係るロータリ・リニア同期モータは、固定子鉄心の歯部に巻線を施して、集中巻でロータリ巻線とリニア巻線を兼用させた巻線としたものである。
【００１４】
請求項７に係るロータリ・リニア同期モータは、固定子鉄心の一部となる鉄心の歯部に巻線を施してロータリモータの鉄心スタックを形成し、この鉄心スタックを軸方向に必要個数積み重ねて固定子を形成したものである。
【００１５】
請求項８に係るロータリ・リニア同期モータは、固定子鉄心を周方向又は軸方向に複数に分割して、鉄心歯部にそれぞれ巻線を施し、この巻線を施した分割固定子鉄心を周方向又は軸方向に配設することにより固定子を形成したものである。
【００１６】
請求項９に係るロータリ・リニア同期モータは、周方向に３コイル配設するとともに、軸方向に３コイル配設して計９コイルで１組のコイル群を形成し、各コイルを星形結線して９相巻とし、他のコイルも９個を一つのグループとして上記コイル群と並列又は直列に接続して全体を９相巻線とし、ロータリモータとして駆動するための周方向のコイルに印加する三相交流とリニアモータとして駆動するための軸方向のコイルに印加する三相交流とを各相巻線に加えて制御するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１
以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。図１（ａ），（ｂ）はこの発明の実施形態１によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及びロータリ・リニア同期モータの断面図を示し、永久磁石界磁を用いた同期モータとして動作させるために、可動子鉄心５の表面に永久磁石を貼り付けて可動子１０を構成する。固定子７は、従来と同様である。永久磁石の貼り付けにおいては、まず、ロータリ巻線３用のＮ極磁石１１ａをリニア巻線４の極ピッチに相当する軸方向長さで円周方向のＮ極とすべき箇所に貼り付ける。この例ではロータリ巻線３及びリニア巻線４は共に４極としており、Ｎ極磁石１１ａと同一円周上には機械的に１８０度異なる位置にＮ極磁石１１ａを貼り付けるが、同一円周上にＳ極磁石は設けない。次に、貼り付けたＮ極磁石１１ａから軸方向にリニア巻線４の１極ピッチずらせて、かつ周方向には電気角で１８０度ずらせてＳ極磁石１１ｂを貼り付ける。Ｓ極磁石１１ｂも同一円周上に機械的に１８０度ずらせて一対設けられるとともに、軸方向にはリニア巻線４の１極置きに設ける。
【００１８】
以上のような作業を繰り返すことにより、軸方向に見た場合に同種の磁極磁石が１極置きに存在し、円周方向に見た場合にも同種の磁極磁石が１極置きに存在するようになる。このような構造により、ロータリ巻線３及びリニア巻線４のそれぞれに対する磁極が互いに独立して存在することになり、ロータリ巻線３に三相交流を印加すると、通常の回転形永久磁石同期モータとして動作し（１極当たりの磁石は通常のモータの１／２となる。）、リニア巻線４に三相交流を印加すると、通常のリニア同期モータとして動作する。両巻線３，４に電圧を印加すると、可動子１０は螺旋運動をする。従って、上記構造により、回転、直線、螺旋運動が可能なロータリ・リニア同期モータが得られる。
【００１９】
実施形態１においては、ロータリ・リニアモータを同期機として構成したので、力率、効率などの特性が向上するとともに、制御性も向上する。
【００２０】
実施形態２
図２（ａ），（ｂ）は実施形態２によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及びロータリ・リニア同期モータの断面図を示し、可動子１２は可動子鉄心５の表面にＮ極磁石１１ａとＳ極磁石１１ｂを実施形態１と同様に配設するとともに、可動子鉄心５の表面の磁石１１ａ，１１ａ間、及び磁石１１ｂ，１１ｂ間に鉄心による磁極１３を配設したものである。磁極１３は、珪素鋼板などを積層して形成する。その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００２１】
上記構成において、ロータリ巻線３から見た場合、磁極１３は可動子鉄心５の外周の同一周面上で磁石１１ａ，１１ｂと逆の極性となり、軸方向では磁石１１ａ，１１ｂと同一の極性となるように動作する。このため、実施形態１より磁束が増加し、力率、効率、制御性などの特性が向上する。一方、リニア巻線４から見た場合、可動子鉄心５の周面上で軸方向では磁石１１ａ，１１ｂと磁極１３とは逆極性となり、同一周面上では磁石１１ａ，１１ｂと磁極１３とは同一極性となるよう動作するので、やはり磁束が増加し、特性が改善される。
【００２２】
実施形態３
図３（ａ），（ｂ）は実施形態３によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及びロータリ・リニア同期モータの断面図を示し、実施形態２における磁極１３はそのままとし、磁石１１ａ，１１ｂも鉄心による磁極１３により形成し、可動子１４を構成している。このように、全てを磁極１３により形成すると、ロータリ巻線３に電圧を印加した場合もリニア巻線４に電圧を印加した場合もいずれもいわゆるリラクタンスモータとして動作する。特性的には同期形モータであるので、実施形態２より磁束は減少し、特性は悪化するが、低コストで製作できるメリットがある。
【００２３】
実施形態４
図４（ａ），（ｂ）は実施形態４によるロータリ・リニア同期モータの要部側面図及び要部断面図を示す。上記したように、ロータリ・リニアモータはロータリ巻線３とリニア巻線４があるため、モータの大きさが大きくなる傾向にある。特に、誘導モータでは、永久磁石式同期モータのような集中巻ができないので、通常の分布巻となる。このため、コイル数も多くなり、コイルエンドも大きくなる。スロット数を少なくし、コイルエンド寸法を小さくする巻線方法として、一般の永久磁石形モータでは鉄心歯部に直接巻線する集中巻方式が知られている。この場合、一般に毎極毎相スロット数ＱがＱ≦０．５となるので、分数スロット巻となる。具体的には、スロット数：極数＝３：２，９：８，９：１０などのものが知られている。実施形態１〜３に示した可動子１０，１２，１４の構造とすれば、直線運動することによる永久磁石形界磁のロータリ巻線３への影響がなくなるので、この巻線方法をロータリ巻線３として採用することができる。一方、リニア巻線４の場合にも集中巻の考え方を採用し、リニア巻線の巻線ピッチとリニアモータとしての磁極ピッチとの比を２：３，８：９，１０：９のように選ぶと、前述の集中巻と同等なスロット数を採用することができ、リニアモータとしてのスロット数も低減することができる。
【００２４】
ここで、ロータリ、リニアそれぞれの極数を４極とした場合を考える。ロータリ巻線３を三相６スロットで構成すると、Ｑ＝６／（３×４）＝０．５となり、集中巻が可能となる。このとき、固定子の断面は図４（ａ）に示すように、それぞれ固定子鉄心２の歯部２ａに直巻された６個の集中巻コイルで構成される。又、円環状コイルからなるリニア巻線４の巻線ピッチとリニアモータとしての磁極ピッチとの比を２：３に選ぶとすると、４極の場合には６スロットで済み、図４（ｂ）に示すようになる。可動子としては、実施形態１の可動子１０を用いた。
【００２５】
上記構成において、ロータリ巻線３及びリニア巻線４はそれぞれ６個のコイルからなり、それぞれの相順は図示したようになる。ロータリ巻線３及びリニア巻線４をそれぞれ三相巻線に接続し、それぞれ独立して電圧を制御すると、回転、直線、螺旋の各運動が可能なロータリ・リニア同期モータが実現できる。
【００２６】
実施形態４においては、集中巻方式を採用することにより、コイル数を減少させることができるとともに、コイルエンド寸法を小さく抑えることができ、モータを小形、軽量化し、コストダウンを図ることができる。その他、実施形態１と同様な効果を奏する。なお、可動子としては、実施形態２，３の可動子１２，１４を用いてもよい。
【００２７】
実施形態５
実施形態４の場合と同様に、ロータリ、リニアのそれぞれの極数を４極、スロット数を６とした場合を考える。実施形態４ではロータリ巻線３とリニア巻線４とを備えていたが、集中巻の場合には両者を兼用することができる。図５（ａ），（ｂ）はこのようにロータリ巻線とリニア巻線を兼用した実施形態４によるロータリ・リニア同期モータの要部側面図及び要部断面図であり、１６は固定子鉄心２の歯部２ａに巻回された集中巻コイルからなるロータリ・リニア兼用巻線であり、固定子鉄心２とロータリ・リニア兼用巻線１６とにより固定子１７が形成される。可動子としては、実施形態１の可動子１０を用いる。固定子１７の製作においては、図６に示すように、固定子鉄心２の一部となる鉄心１８の歯部１８ａにロータリ・リニア兼用巻線１６を巻回して、ロータリモータの鉄心スタック１９を通常のモータのように製作し、この鉄心スタック１９を軸方向に必要個数積み重ねて固定子１７を形成する。
【００２８】
上記構成においては、円周方向の３コイルと軸方向の３コイルによりリニアモータとロータリモータのそれぞれの１極対となるため、円周方向に３個、軸方向に３個の計９個のコイルにより１組のコイル群が形成され、ロータリ・リニア兼用巻線１６が構成される。このロータリ・リニア兼用巻線１６はリニア巻線とロータリ巻線を兼用するため、構成成分としての各コイルには、それぞれの成分の交流電圧を印加することになる。運転方式の詳細は実施形態７に示す。上記構成により、回転、直線、螺旋運動が可能なロータリ・リニア同期モータが実現できる。なお、可動子としては、実施形態２，３の可動子１２，１４を用いてもよい。
【００２９】
実施形態５においては、ロータリ・リニア兼用巻線１６はロータリ巻線とリニア巻線とを共用しており、コンパクトな構成にすることができる。その他、実施形態４と同様な効果を奏する。
【００３０】
実施形態６
図７（ａ），（ｂ）は実施形態６によるロータリ・リニア同期モータの分割固定子鉄心に巻線を施したものの正面図及び側面図である。図において、２０は固定子鉄心２をその歯部２０ａ別に周方向及び軸方向に分割した分割鉄心であり、歯部２０ａにはロータリ・リニア兼用巻線１６を施す。この分割鉄心２０を周方向及び軸方向に複数配設して、固定子１７を形成する。
【００３１】
実施形態６においては、固定子鉄心２を複数に分割しており、巻線作業が容易になる。その他、実施形態５と同様な効果を奏する。
【００３２】
実施形態７
実施形態５，６のように、ロータリ・リニア兼用巻線１６を用いた場合、円周方向に３コイルと軸方向の３コイルでリニアモータとロータリモータのそれぞれの１極対となるため、円周方向に３個、軸方向に３個の計９個のコイルで１組のコイル群が形成される。ロータリ・リニア兼用巻線１６はロータリ巻線とリニア巻線を兼用するため、各コイルにはそれぞれの成分の交流電圧を印加することになる。
【００３３】
例えば、図５の９コイルに着目し、図８のような接続とする。ただし、図８は簡単にするために展開図とし、ギャップ９面から見た図としたものである。ロータリ・リニア兼用巻線１６の各相ａ〜ｉのコイル１６ａ〜１６ｉを星形結線として９相巻線とする。他のコイルについては、同様に９個を一つのグループとして図８の接続と並列または直列に接続することにより全体の接続を行う。
【００３４】
この場合、ロータリモータとして駆動するためには円周方向のコイルに三相交流を印加する必要があり、リニアモータとして駆動するためには軸方向のコイルに三相交流を印加する必要がある。このため、各相に加える電圧は下記の各式のようになる。
【００３５】
Ｖａ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ）
Ｖｂ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−２π／３）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ）
Ｖｃ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−４π／３）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ）
Ｖｄ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−２π／３）
Ｖｅ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−２）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−２π／３）
Ｖｆ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−４π／３）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−２π／３）
Ｖｇ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−４π／３）
Ｖｈ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−２π／３）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−４π／３）
Ｖｉ＝Ｖｍｒ×ｓｉｎ（ωｒ×ｔ−４π／３）＋Ｖｍｌ×ｓｉｎ（ωｌ×ｔ−４π／３）
ただし、各式の第１項はロータリモータ用電圧成分、第２項はリニアモータ用電圧成分である。又、Ｖａ〜Ｖｉは各相ａ〜ｉの電圧、Ｖｍｒはロータリモータの電圧最大値、Ｖｍｌはリニアモータの電圧最大値、ωｒはロータリモータ電圧の角周波数、ωｌはリニアモータ電圧の角周波数である。
【００３６】
実施形態７においては、各相の電圧、周波数を適切に制御することにより、回転、直線、螺旋運動などを可能とするロータリ・リニア同期モータの制御が実現できる。その他、実施形態５と同様な効果を奏する。
【００３７】
なお、実施形態５，６では、ロータリ・リニア共に４極−６スロットの構成としたが、この組み合わせは任意であり、それぞれ集中巻が可能な極数とスロット数を採用すれば、種々の極数、スロット数を持つロータリ・リニア同期モータが製作可能となる。又、ロータリ巻線を集中巻としてリニア巻線を従来同様の分布巻とし、あるいはリニア巻線を集中巻としてロータリ巻線を従来同様の分布巻としてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、ロータリ・リニアモータを同期機として構成したので、力率、効率などの特性を向上することができるとともに、制御性も向上することができる。
【００３９】
請求項２によれば、可動子鉄心の磁石間に磁極を配設したので、磁束が増加し、力率、効率、制御性が改善される。
【００４０】
請求項３によれば、請求項２において磁石も磁極により形成したので、リラクタンスモータとして動作し、安価に製作することができる。
【００４１】
請求項４，５によれば、ロータリ巻線又はリニア巻線を固定子鉄心に集中巻としたので、コイル数を減少させるとともに、コイルエンド寸法を小さくすることができ、モータを小形、軽量化し、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
請求項６によれば、固定子鉄心の歯部に集中巻を施してロータリ・リニア兼用巻線としたので、コンパクトな構成にすることができる。
【００４３】
請求項７によれば、固定子鉄心の一部となる鉄心の歯部に巻線を施してロータリモータの鉄心スタックを形成し、この鉄心スタックを軸方向に積層して固定子を形成しており、製作が容易となる。
【００４４】
請求項８によれば、固定子鉄心を周方向又は軸方向に複数に分割し、この分割鉄心の歯部に巻線を施したものを周方向又は軸方向に配設して固定子を形成しており、巻線作業が容易となる。
【００４５】
請求項９によれば、各相巻線の周方向のコイルにロータリモータとしての三相交流を印加するとともに、軸方向のコイルにリニアモータとしての三相交流を加えており、回転、直線、螺旋運動などを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及び全体断面図である。
【図２】実施形態２によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及び全体断面図である。
【図３】実施形態３によるロータリ・リニア同期モータの可動子の側面図及び全体断面図である。
【図４】実施形態４によるロータリ・リニア同期モータの要部側面図及び要部断面図である。
【図５】実施形態５によるロータリ・リニア同期モータの要部側面図及び要部断面図である。
【図６】実施形態５による鉄心スタックの側面図及び断面図である。
【図７】実施形態６によるロータリ・リニア同期モータの巻線を施された分割固定子鉄心の側面図及び正面図である。
【図８】実施形態７によるロータリ・リニア巻線の結線図である。
【図９】非特許文献１に示された従来の誘導形ロータリ・リニアモータの断面図である。
【符号の説明】
２…固定子鉄心
２ａ，１８ａ，２０ａ…歯部
３…ロータリ巻線
４…リニア巻線
５…可動子鉄心
７，１７…固定子
１０，１２，１４…可動子
１１ａ，１１ｂ…磁石
１３…磁極
１６…ロータリ・リニア兼用巻線
１６ａ〜１６ｉ…ロータリ・リニア兼用巻線の各相コイル
１８…鉄心
１９…鉄心スタック
２０…分割鉄心[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotary / linear synchronous motor that generates a thrust and a rotational force, and particularly to a structure thereof.
[0002]
[Prior art]
Rotary linear motors can be used independently as rotary motors, linear motions, and spiral motions (rotational motions + linear motions) according to their applications, and are expected to be applied as new industrial equipment. Non-Patent Document 1 discloses an induction type rotary linear motor. The structure is shown in FIG.
[0003]
In FIG. 9, reference numeral 1 denotes a box-shaped case (consisting of a frame and a bracket), and a stator core 2 is provided on the inner periphery of the case 1 via a back yoke 15. A wire 3 and a linear winding 4 are provided. The rotary winding 3 is a winding for rotary motion, and is a three-phase winding of the same type as a winding of an ordinary rotating machine, and is provided to form a rotating magnetic field. The linear winding 4 is a three-phase winding of the same type as the cylindrical linear motor. The stator 7 is formed by the stator core 2, the rotary winding 3 and the linear winding 4. On the other hand, a secondary conductor 6 made of a cylindrical copper plate or an aluminum plate is provided on the outer periphery of the cylindrical mover iron core 5 to form the mover 8. A gap 9 is formed between the stator core 2 and the mover 8. The mover 8 is movably supported by the case 1.
[0004]
In the above configuration, the mover 8 performs a rotary motion by applying a three-phase AC voltage to the rotary winding 3, and the mover 8 performs a linear motion by applying a three-phase AC voltage to the linear winding 4, The mover 8 performs a spiral motion by applying a three-phase AC voltage to both windings 3 and 4 simultaneously.
[0005]
[Non-patent document 1]
Hironori Nishimoto and two others, "Characteristics of rotary linear induction motors during rotary operation and the effect of secondary resistance on various characteristics", 1997 Tokai Section Alliance Conference of the Institute of Electrical Engineers of Japan. 223
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional rotary linear motor described above is an induction type motor using a copper plate or an aluminum plate for the secondary conductor 6, and thus has a poor power factor and efficiency. Therefore, it is desirable to use a synchronous linear motor using a permanent magnet for the linear motor portion. However, since there is a rotational motion and a linear motion, the magnet arrangement is not easy. Further, since it is necessary to provide the rotary winding 3 and the linear winding 4, the size of the entire motor is increased. In particular, in the case of an induction motor, since concentrated winding like a permanent magnet synchronous motor cannot be performed, the winding becomes a normal distributed winding, the number of coils increases, and the coil end also increases.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and in addition to improving characteristics such as power factor and efficiency, controllability can be improved, and the number of coils can be reduced. It is an object of the present invention to provide a rotary linear synchronous motor that can be reduced in size, is small, lightweight, and can be reduced in cost.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A rotary linear synchronous motor according to claim 1 of the present invention has a mover that is rotatable and movable in the axial direction, and in the case of a stator, the mover is rotated by a stator core. In a rotary linear motor provided with a rotary winding for forming a rotating magnetic flux and a linear winding for linearly moving the mover in the axial direction, the mover has an N pole on a surface of a cylindrical mover iron core. The magnets are arranged every other pole in the circumferential direction and the axial direction, and the S pole magnets are alternately shifted in the circumferential direction and the axial direction by one pole in the circumferential direction and the axial direction. It is arranged.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rotary / linear synchronous motor in which a magnetic pole formed by an iron core is provided between magnets on the surface of a mover iron core.
[0010]
In the rotary linear synchronous motor according to the third aspect, the magnet is also formed by a magnetic pole made of an iron core.
[0011]
A rotary linear synchronous motor according to claim 4, wherein the number of poles and the number of slots of the rotary winding are set to a number that allows concentrated winding, and the rotary winding is applied to the teeth of the stator core to form a concentrated winding. It is.
[0012]
The rotary linear synchronous motor according to claim 5, wherein the number of poles and the number of slots of the linear winding are set to a number that allows concentrated winding, and the linear winding is applied to the teeth of the stator core to form a concentrated winding. It is.
[0013]
A rotary linear synchronous motor according to a sixth aspect of the present invention is configured such that a winding is formed on the teeth of the stator core so that the concentrated winding serves as both the rotary winding and the linear winding.
[0014]
In the rotary linear synchronous motor according to the seventh aspect, a core stack of the rotary motor is formed by winding the teeth of the iron core which is a part of the stator core, and a required number of the core stacks are stacked in the axial direction. A stator is formed.
[0015]
In the rotary linear synchronous motor according to the present invention, the stator core is divided into a plurality of pieces in the circumferential direction or the axial direction, and windings are respectively applied to the iron core teeth. The stator is formed by arranging in the direction or the axial direction.
[0016]
In the rotary linear synchronous motor according to the ninth aspect, three coils are arranged in the circumferential direction, and three coils are arranged in the axial direction to form a set of a total of nine coils, and each coil is connected in a star-shape. And the other coils are connected in parallel or in series with the above coil group as a group, and the entire coil is formed into a 9-phase winding, and is applied to a circumferential coil for driving as a rotary motor. The three-phase alternating current and the three-phase alternating current applied to the axial coil for driving as a linear motor are added to each phase winding and controlled.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (a) and 1 (b) show a side view of a mover of a rotary linear synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention and a cross-sectional view of the rotary linear synchronous motor, respectively, as a synchronous motor using a permanent magnet field. In order to operate, the mover 10 is formed by attaching a permanent magnet to the surface of the mover iron core 5. The stator 7 is the same as the conventional one. In attaching the permanent magnet, first, the N-pole magnet 11a for the rotary winding 3 is attached to a portion to be the N pole in the circumferential direction with an axial length corresponding to the pole pitch of the linear winding 4. In this example, both the rotary winding 3 and the linear winding 4 have four poles, and the N pole magnet 11a is mechanically pasted on the same circumference as the N pole magnet 11a at a position mechanically different by 180 degrees. No S pole magnet is provided on top. Next, the S-pole magnet 11b is attached with a shift of one pole pitch of the linear winding 4 in the axial direction from the attached N-pole magnet 11a and a shift of 180 electrical degrees in the circumferential direction. A pair of S pole magnets 11b are also provided on the same circumference, mechanically shifted by 180 degrees, and are provided at every other pole of the linear winding 4 in the axial direction.
[0018]
By repeating the above operations, it is ensured that the same type of magnetic pole magnet is present every other pole when viewed in the axial direction, and that the same type of magnetic pole magnet is present every other pole when viewed in the circumferential direction. become. With such a structure, the magnetic poles for each of the rotary winding 3 and the linear winding 4 exist independently of each other. When a three-phase AC is applied to the rotary winding 3, a normal rotary permanent magnet synchronous motor is used. (The number of magnets per pole is の of that of a normal motor). When a three-phase alternating current is applied to the linear winding 4, the motor operates as a normal linear synchronous motor. When a voltage is applied to both windings 3 and 4, the mover 10 makes a spiral movement. Therefore, with the above structure, a rotary / linear synchronous motor capable of rotating, linear, and helical movement is obtained.
[0019]
In the first embodiment, since the rotary linear motor is configured as a synchronous machine, characteristics such as power factor and efficiency are improved, and controllability is also improved.
[0020]
Embodiment 2
2A and 2B show a side view of a mover of the rotary linear synchronous motor according to the second embodiment and a sectional view of the rotary linear synchronous motor. The mover 12 has an N pole on the surface of the mover iron core 5. The magnet 11a and the S-pole magnet 11b are provided in the same manner as in the first embodiment, and the magnetic pole 13 is provided by the iron core between the magnets 11a, 11a on the surface of the mover iron core 5 and between the magnets 11b, 11b. . The magnetic pole 13 is formed by stacking silicon steel plates or the like. Other configurations are the same as in the first embodiment.
[0021]
In the above configuration, when viewed from the rotary winding 3, the magnetic pole 13 has a polarity opposite to that of the magnets 11 a and 11 b on the same outer peripheral surface of the mover core 5, and has the same polarity as the magnets 11 a and 11 b in the axial direction. Work to be. For this reason, the magnetic flux is increased as compared with the first embodiment, and characteristics such as power factor, efficiency, and controllability are improved. On the other hand, when viewed from the linear winding 4, the magnets 11 a and 11 b and the magnetic pole 13 have opposite polarities in the axial direction on the circumferential surface of the armature core 5, and the magnets 11 a and 11 b and the magnetic pole 13 Since they operate so as to have the same polarity, the magnetic flux also increases, and the characteristics are improved.
[0022]
Embodiment 3
FIGS. 3A and 3B show a side view of a mover of the rotary linear synchronous motor according to the third embodiment and a cross-sectional view of the rotary linear synchronous motor, respectively. 11 b is also formed by the magnetic pole 13 made of an iron core, and constitutes the mover 14. When all are formed by the magnetic poles 13 in this manner, both when the voltage is applied to the rotary winding 3 and when the voltage is applied to the linear winding 4, both operate as a so-called reluctance motor. Since it is a synchronous motor in terms of characteristics, the magnetic flux decreases and the characteristics deteriorate as compared with the second embodiment, but there is an advantage that it can be manufactured at low cost.
[0023]
Embodiment 4
FIGS. 4A and 4B are a side view and a sectional view of a main part of a rotary linear synchronous motor according to a fourth embodiment. As described above, since the rotary linear motor includes the rotary winding 3 and the linear winding 4, the size of the motor tends to increase. In particular, in an induction motor, a concentrated winding unlike a permanent magnet type synchronous motor cannot be performed, so that a normal distributed winding is used. For this reason, the number of coils increases and the coil ends also increase. As a winding method for reducing the number of slots and reducing the coil end size, a concentrated winding method in which a general permanent magnet type motor is wound directly on iron core teeth is known. In this case, since the number Q of slots for each pole and each phase generally satisfies Q ≦ 0.5, fractional slot winding is performed. Specifically, the number of slots: the number of poles = 3: 2, 9: 8, 9:10 and the like are known. With the structure of the movers 10, 12, and 14 described in the first to third embodiments, the linear movement does not affect the rotary winding 3 of the permanent magnet type field. It can be adopted as line 3. On the other hand, in the case of the linear winding 4, the concept of concentrated winding is adopted, and the ratio between the winding pitch of the linear winding and the magnetic pole pitch of the linear motor is 2: 3, 8: 9, 10: 9. If selected, the number of slots equivalent to the above-described concentrated winding can be adopted, and the number of slots as a linear motor can be reduced.
[0024]
Here, a case is considered where the number of poles of each of the rotary and the linear is four. If the rotary winding 3 is constituted by three slots and six slots, Q = 6 / (3 × 4) = 0.5, and concentrated winding is possible. At this time, as shown in FIG. 4A, the cross section of the stator is composed of six concentrated winding coils wound directly on the teeth 2a of the stator core 2, respectively. Further, if the ratio between the winding pitch of the linear winding 4 composed of an annular coil and the magnetic pole pitch as a linear motor is selected to be 2: 3, in the case of 4 poles, only 6 slots are required, and FIG. It becomes as shown in. The mover 10 of the first embodiment was used as the mover.
[0025]
In the above configuration, the rotary winding 3 and the linear winding 4 each include six coils, and the respective phases are as illustrated. By connecting the rotary winding 3 and the linear winding 4 to three-phase windings and controlling the voltages independently, a rotary / linear synchronous motor capable of rotating, linear, and spiral movements can be realized.
[0026]
In the fourth embodiment, by adopting the concentrated winding method, the number of coils can be reduced, and at the same time, the coil end size can be reduced, and the motor can be reduced in size and weight, and the cost can be reduced. Other effects are the same as those of the first embodiment. Note that the movers 12 and 14 of Embodiments 2 and 3 may be used as the mover.
[0027]
Embodiment 5
As in the case of the fourth embodiment, a case is considered in which the number of poles of each of the rotary and linear is four and the number of slots is six. In the fourth embodiment, the rotary winding 3 and the linear winding 4 are provided. However, in the case of concentrated winding, both can be used. FIGS. 5 (a) and 5 (b) are a side view and a cross-sectional view of a main part of a rotary linear synchronous motor according to a fourth embodiment which serves both a rotary winding and a linear winding. 2 is a rotary / linear dual-purpose winding composed of concentrated winding coils wound around the second tooth portion 2 a, and a stator 17 is formed by the stator core 2 and the rotary / linear dual-purpose winding 16. As the mover, the mover 10 of the first embodiment is used. In the manufacture of the stator 17, as shown in FIG. 6, a rotary / linear combined winding 16 is wound around a tooth portion 18 a of an iron core 18 which is a part of the stator core 2, and an iron core stack 19 of the rotary motor is formed. It is manufactured like a normal motor, and the required number of core stacks 19 are stacked in the axial direction to form the stator 17.
[0028]
In the above configuration, since three coils in the circumferential direction and three coils in the axial direction form one pole pair for each of the linear motor and the rotary motor, a total of nine coils, three in the circumferential direction and three in the axial direction, are provided. One set of coil groups is formed by the coils, and the rotary / linear combined winding 16 is configured. Since the rotary / linear winding 16 also serves as a linear winding and a rotary winding, an AC voltage of each component is applied to each coil as a component. Details of the operation method will be described in Embodiment 7. With the above configuration, a rotary / linear synchronous motor capable of rotating, linear, and spiral movements can be realized. Note that the movers 12 and 14 of Embodiments 2 and 3 may be used as the mover.
[0029]
In the fifth embodiment, the rotary / linear dual-purpose winding 16 shares the rotary winding and the linear winding, so that a compact configuration can be achieved. The other effects are the same as those of the fourth embodiment.
[0030]
Embodiment 6
FIGS. 7 (a) and 7 (b) are a front view and a side view of a rotary linear synchronous motor according to a sixth embodiment in which windings are applied to a split stator core. In the figure, reference numeral 20 denotes a split core obtained by dividing the stator core 2 in the circumferential direction and the axial direction for each tooth portion 20a, and a rotary / linear winding 16 is applied to the tooth portion 20a. The stator 17 is formed by arranging a plurality of the split cores 20 in the circumferential direction and the axial direction.
[0031]
In the sixth embodiment, the stator core 2 is divided into a plurality of parts, which facilitates the winding operation. The other effects are the same as those of the fifth embodiment.
[0032]
Embodiment 7
When the rotary / linear combined winding 16 is used as in Embodiments 5 and 6, three coils in the circumferential direction and three coils in the axial direction form one pole pair of each of the linear motor and the rotary motor. One set of coil groups is formed by a total of nine coils, three in the circumferential direction and three in the axial direction. Since the rotary / linear dual-purpose winding 16 also serves as a rotary winding and a linear winding, an AC voltage of each component is applied to each coil.
[0033]
For example, focusing on the nine coils shown in FIG. 5, the connection is made as shown in FIG. However, FIG. 8 is a development view for simplicity, and is a view seen from the gap 9 surface. The coils 16a to 16i of the respective phases a to i of the rotary / linear dual-purpose winding 16 are connected in a star shape to form a nine-phase winding. The other coils are similarly connected in parallel or in series with the connection shown in FIG.
[0034]
In this case, it is necessary to apply a three-phase alternating current to the coil in the circumferential direction in order to drive as a rotary motor, and to apply a three-phase alternating current to the coil in the axial direction in order to drive as a linear motor. For this reason, the voltage applied to each phase is as shown in the following equations.
[0035]
Va = Vmr × sin (ωr × t) + Vml × sin (ωl × t)
Vb = Vmr × sin (ωr × t−2π / 3) + Vml × sin (ωl × t)
Vc = Vmr × sin (ωr × t−4π / 3) + Vml × sin (ωl × t)
Vd = Vmr × sin (ωr × t) + Vml × sin (ω1 × t−2π / 3)
Ve = Vmr × sin (ωr × t−2) + Vml × sin (ωl × t−2π / 3)
Vf = Vmr × sin (ωr × t−4π / 3) + Vml × sin (ωl × t−2π / 3)
Vg = Vmr × sin (ωr × t) + Vml × sin (ωl × t−4π / 3)
Vh = Vmr × sin (ωr × t−2π / 3) + Vml × sin (ωl × t−4π / 3)
Vi = Vmr × sin (ωr × t−4π / 3) + Vml × sin (ωl × t−4π / 3)
Here, the first term of each equation is a voltage component for the rotary motor, and the second term is a voltage component for the linear motor. Va to Vi are the voltages of the phases a to i, Vmr is the maximum voltage of the rotary motor, Vml is the maximum voltage of the linear motor, ωr is the angular frequency of the rotary motor voltage, and ω1 is the angular frequency of the linear motor voltage. is there.
[0036]
In the seventh embodiment, by appropriately controlling the voltage and frequency of each phase, control of a rotary / linear synchronous motor capable of performing rotation, linear movement, spiral movement, and the like can be realized. The other effects are the same as those of the fifth embodiment.
[0037]
In the fifth and sixth embodiments, both the rotary and the linear have four poles and six slots. However, this combination is arbitrary. If the number of poles and the number of slots capable of concentrated winding are adopted, various poles can be used. It is possible to manufacture a rotary linear synchronous motor having a number and a number of slots. Also, the rotary winding may be concentrated winding and the linear winding may have the same distributed winding, or the linear winding may be concentrated winding and the rotary winding may have the same distributed winding.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the rotary linear motor is configured as a synchronous machine, characteristics such as power factor and efficiency can be improved, and controllability can be improved.
[0039]
According to the second aspect, since the magnetic poles are arranged between the magnets of the mover core, the magnetic flux increases, and the power factor, efficiency, and controllability are improved.
[0040]
According to the third aspect, since the magnet is also formed by the magnetic pole in the second aspect, it operates as a reluctance motor and can be manufactured at low cost.
[0041]
According to claims 4 and 5, since the rotary winding or the linear winding is concentratedly wound around the stator core, the number of coils can be reduced, and the coil end size can be reduced, and the motor can be reduced in size and weight. Thus, cost can be reduced.
[0042]
According to the sixth aspect, the toothed portion of the stator core is concentratedly wound to form a rotary / linear combined winding, so that a compact configuration can be achieved.
[0043]
According to claim 7, a winding is applied to the teeth of the iron core which is a part of the stator iron core to form an iron core stack of the rotary motor, and the iron core stack is laminated in the axial direction to form a stator. And it is easy to manufacture.
[0044]
According to the eighth aspect, the stator core is divided into a plurality in the circumferential direction or the axial direction, and the stator core is formed by winding the teeth of the divided cores in the circumferential direction or the axial direction. And winding work becomes easy.
[0045]
According to the ninth aspect, the three-phase alternating current as a rotary motor is applied to the coils in the circumferential direction of each phase winding, and the three-phase alternating current as a linear motor is applied to the coils in the axial direction. A spiral motion can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view and an overall cross-sectional view of a mover of a rotary / linear synchronous motor according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a side view and an overall cross-sectional view of a mover of the rotary linear synchronous motor according to a second embodiment.
FIG. 3 is a side view and an overall cross-sectional view of a mover of a rotary linear synchronous motor according to a third embodiment.
FIG. 4 is a side view and a sectional view of a main part of a rotary linear synchronous motor according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a side view and a cross-sectional view of a main part of a rotary linear synchronous motor according to a fifth embodiment.
FIG. 6 is a side view and a sectional view of an iron core stack according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a side view and a front view of a split stator core on which a winding of a rotary linear synchronous motor according to a sixth embodiment is applied.
FIG. 8 is a connection diagram of a rotary linear winding according to a seventh embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of the conventional induction type rotary linear motor shown in Non-Patent Document 1.
[Explanation of symbols]
2 ... stator cores 2a, 18a, 20a ... teeth 3 ... rotary winding 4 ... linear winding 5 ... mover cores 7, 17 ... stators 10, 12, 14 ... movers 11a, 11b ... magnets 13 ... magnetic poles 16 ... Rotary / linear combined winding 16a-16i ... Rotary / linear combined winding 18 phase coils 18 ... Iron core 19 ... Iron core stack 20 ... Segmented iron core
