JP2005192322A - Linear synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はリニア同期モータに関する。
特に本発明は、高剛性で推力変動が小さく、小型化、軽量化を図ることができるリニア同期モータに関する。
また本発明は、除振、制振装置の微振動制御やナノメートル単位の超精密度で位置決めする場合に有用なリニア同期モータに関する。
The present invention relates to a linear synchronous motor.
In particular, the present invention relates to a linear synchronous motor that has high rigidity, small thrust fluctuation, and can be reduced in size and weight.
The present invention also relates to a linear synchronous motor useful for vibration isolation, fine vibration control of a vibration damping device, and positioning with nanometer unit superprecision.
リニア同期モータは、大きな推力を必要とする機械工作機や半導体製造装置等において使用されている。たとえば、リニア同期モータの適用例としては、除振、制振装置の微振動制御やナノメートル単位の超精密度で位置決めする場合などがある。 Linear synchronous motors are used in machine tools, semiconductor manufacturing apparatuses, and the like that require a large thrust. For example, application examples of the linear synchronous motor include vibration isolation, fine vibration control of a vibration damping device, and positioning with ultra-precision in nanometer units.
そのような用途に適したリニア同期モータとしては、たとえば、特開2002−238240号公報に記載されている。
特開2002−238240号公報に記載のリニア同期モータは、外部ヨークと、外部ヨークの内壁に外部ヨークの軸方向に沿ってN極とS極とが交互に配設された複数の永久磁石と、外部ヨーク内を外部ヨークの軸方向に沿って移動可能な補強板と、補強板に複数の永久磁石と対向するように配設された3相コイルとを有している。外部ヨークの長手方向において、複数の永久磁石と、3相コイルとは所定の位置関係で配設されている。補強板と、補強板に装着されている3相コイルとが、外部ヨーク内を移動する可動部を構成している。このようなリニア同期モータにおいて、3相コイルに電流を流したとき、3相コイルに発する電磁力と永久磁石との磁力との相互作用で、可動部が外部ヨーク内を外部ヨークの軸方向に沿って移動する。3相コイルに印加する電流の大きさに応じて可動部の移動速度が変化し、3相コイルに電流を印加している時間に応じて可動部の移動量が規定され、3相コイルに印加する電流の向きで可動部の移動の向きが変化する。
As a linear synchronous motor suitable for such a use, it describes in Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-238240, for example.
A linear synchronous motor described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-238240 includes an external yoke, and a plurality of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged on the inner wall of the external yoke along the axial direction of the external yoke. The reinforcing plate has a reinforcing plate movable along the axial direction of the outer yoke, and a three-phase coil disposed on the reinforcing plate so as to face the plurality of permanent magnets. In the longitudinal direction of the external yoke, the plurality of permanent magnets and the three-phase coil are arranged in a predetermined positional relationship. The reinforcing plate and the three-phase coil mounted on the reinforcing plate constitute a movable part that moves in the external yoke. In such a linear synchronous motor, when a current is passed through the three-phase coil, the movable part moves in the outer yoke in the axial direction due to the interaction between the electromagnetic force generated by the three-phase coil and the magnetic force of the permanent magnet. Move along. The moving speed of the moving part changes according to the magnitude of the current applied to the three-phase coil, and the moving amount of the moving part is defined according to the time during which the current is applied to the three-phase coil. The direction of movement of the movable part changes depending on the direction of the current to be generated.
しかしながら、特開2002−238240号公報に記載されているリニア同期モータは、下記に例示する不利益が存在する。
(1)可動部の補強板は、軽量化のため、平坦でその厚さも薄いので、捩り剛性が低く、可動部に微振動が発生し易くなる。
(2)可動部に発生する微振動に起因して可動部の速度や現在位置が変動する。かかる変動が位置センサを介してフィードバックされ、より一層振動が増幅されることから、制御ゲインが低くなり、ひいては、ナノメートル単位での制御が困難になる。
(3)出力が大きくなると、発熱が多くなり、ひいては、周囲の温度が上昇し、熱膨張による誤差が生じ易くなる。
(1) Since the reinforcing plate of the movable part is flat and thin in order to reduce weight, the torsional rigidity is low, and micro vibrations are likely to occur in the movable part.
(2) The speed of the movable part and the current position vary due to the slight vibration generated in the movable part. Such fluctuations are fed back via the position sensor, and the vibration is further amplified. Therefore, the control gain is lowered, and it is difficult to control in nanometer units.
(3) When the output increases, heat generation increases, and as a result, the ambient temperature rises, and errors due to thermal expansion are likely to occur.
上述した不利益を克服するため、種々の試みが行われてきた。
しかしながら、高剛性で推力変動が小さく、小型化、軽量化を図ることができ、モータ定数やロバスト性を向上させうることがさらに望まれており、また、超精密制御を容易に行なうことができるリニア同期モータの提供が望まれているが、未だ達成されていない。
Various attempts have been made to overcome the above disadvantages.
However, it is further desired that the rigidity is small, the thrust fluctuation is small, the size and the weight can be reduced, the motor constant and the robustness can be improved, and the ultraprecision control can be easily performed. Although provision of a linear synchronous motor is desired, it has not been achieved yet.
本発明の目的は、上述した要望を達成するリニア同期モータを提供することにある。
すなわち、本発明の目的は、高剛性で推力変動が小さく、小型化、軽量化を図ることができるリニア同期モータを提供することにある。
また本発明の目的は、モータ定数やロバスト性を向上させることができ得るリニア同期モータを提供することにある。
さらに本発明の目的は、除振、制振装置の微振動制御やナノメートル単位の超精密度で位置決めする場合に有用なリニア同期モータを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a linear synchronous motor that achieves the above-described demand.
That is, an object of the present invention is to provide a linear synchronous motor that has high rigidity, small thrust fluctuation, and can be reduced in size and weight.
Another object of the present invention is to provide a linear synchronous motor that can improve motor constants and robustness.
A further object of the present invention is to provide a linear synchronous motor useful for vibration isolation, fine vibration control of a vibration damping device, and positioning with nanometer unit ultra-precision.
本発明によれば、外部ヨークと、断面が中空の環状で、前記外部ヨークの内部に挿入され、固定されている電磁石用コイル群と、前記電磁石用コイル群の中空内を前記外部ヨークの長手方向に移動可能に配置されたセンターヨークと、前記センターヨークの断面の1方向の対向する両側に、前記電磁石用コイル群と対向するように配設された、永久磁石群とを具備し、
前記永久磁石群は、前記センターヨークの長手方向に異なる磁極で交互に配設され、前記センターヨークの長手方向の同じ位置の両側の磁極は同じである、複数の永久磁石を有し、
前記電磁石用コイル群は、前記センターヨークの長手方向に、前記複数の永久磁石と所定の位置関係で配設された、複数の電磁石用コイルを有し、
前記所定の位置関係と前記複数の電磁石用コイルに印加する電流とが同期条件に設定され、
前記センターヨークおよび前記複数の永久磁石が、前記電磁石用コイル群と前記永久磁石群との相互に作用する電磁力の推力で、同期状態で、前記外部ヨークの内部を移動する、リニア同期モータが提供される。
According to the present invention, the outer yoke has an annular shape with a hollow cross section, and is inserted and fixed in the outer yoke, and the inside of the electromagnet coil group is hollow in the longitudinal direction of the outer yoke. A center yoke disposed so as to be movable in a direction, and a permanent magnet group disposed on opposite sides in one direction of the cross section of the center yoke so as to face the electromagnet coil group,
The permanent magnet group includes a plurality of permanent magnets alternately arranged with different magnetic poles in the longitudinal direction of the center yoke, and the same magnetic poles on both sides at the same position in the longitudinal direction of the center yoke,
The electromagnet coil group includes a plurality of electromagnet coils arranged in a predetermined positional relationship with the plurality of permanent magnets in a longitudinal direction of the center yoke,
The predetermined positional relationship and the current applied to the plurality of electromagnet coils are set as synchronization conditions,
A linear synchronous motor in which the center yoke and the plurality of permanent magnets move in the external yoke in a synchronized state by thrust of electromagnetic force that interacts between the electromagnet coil group and the permanent magnet group. Provided.
本発明のリニア同期モータの第1形態においては、
前記電磁石用コイル群を構成する複数のコイルの1単位は、それぞれ、3π/4(ラジアン)の位置角で配設された、第1相の正相の交流電流が印加される第1のコイルと、第1相の逆相の交流電流が印加される第2のコイルと、前記第1相の正相の交流電流とπ(ラジアン)位相差のある、第2相の正相の交流電流が印加される第3のコイルと、第2相の逆相の交流電流が印加される第4のコイルとで構成され、
前記永久磁石群を構成する複数の永久磁石の1単位は、前記センターヨークの長手方向に、前記センターヨークの両側にそれぞれ、π(ラジアン)の位置角で配設された3個の永久磁石で構成されている。
In the first form of the linear synchronous motor of the present invention,
A unit of a plurality of coils constituting the electromagnet coil group is a first coil to which a first-phase positive-phase alternating current is applied, which is disposed at a position angle of 3π / 4 (radian). A second coil to which an alternating current of the negative phase of the first phase is applied, and a positive current of the second phase having a π (radian) phase difference from the positive phase alternating current of the first phase. Is constituted by a third coil to which is applied, and a fourth coil to which an alternating current of the opposite phase of the second phase is applied,
One unit of a plurality of permanent magnets constituting the permanent magnet group is three permanent magnets arranged at a position angle of π (radian) on both sides of the center yoke in the longitudinal direction of the center yoke. It is configured.
本発明のリニア同期モータの第1形態においては、前記電磁石用コイル群の1単位を構成する複数のコイルにはそれぞれ、下記の電流Ia、Ib、Ic、Idが印加される。
Ia= Im×cos(ωt)
Ib=−Im×cos(ωt)
Ic= Im×sin(ωt)
Id=−Im×sin(ωt)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
In the first form of the linear synchronous motor of the present invention, the following currents Ia, Ib, Ic, and Id are respectively applied to a plurality of coils constituting one unit of the electromagnet coil group.
Ia = Im × cos (ωt)
Ib = −Im × cos (ωt)
Ic = Im × sin (ωt)
Id = −Im × sin (ωt)
Here, Im is the maximum current amplitude.
本発明のリニア同期モータの第2形態においては、
前記電磁石用コイル群を構成する複数のコイルの1単位は、それぞれ、3π/4(ラジアン)の位置角で配設された、第1相の正相の交流電流が印加される第1のコイルと、第1相の逆相の交流電流が印加される第2のコイルと、前記第1相の正相の交流電流と第1の位相差のある、第2相の正相の交流電流が印加される第3のコイルと、第2相の逆相の交流電流が印加される第4のコイルと、前記第1相の正相の交流電流と第2の位相差のある、第3相の正相の交流電流が印加される第5のコイルと、第3の逆相の交流電流が印加される第6のコイルとで構成され、
前記永久磁石群を構成する複数の永久磁石の1単位は、前記センターヨークの長手方向に、前記センターヨークの両側にそれぞれ、π(ラジアン)の位置角で配設された4個の永久磁石で構成されている。
In the second form of the linear synchronous motor of the present invention,
A unit of a plurality of coils constituting the electromagnet coil group is a first coil to which a first-phase positive-phase alternating current is applied, which is disposed at a position angle of 3π / 4 (radian). A second coil to which an alternating current of the negative phase of the first phase is applied, and a positive alternating current of the second phase having a first phase difference from the positive alternating current of the first phase. A third coil to be applied; a fourth coil to which a second-phase alternating current is applied; and a third phase having a second phase difference from the positive-phase alternating current of the first phase. And a sixth coil to which a positive-phase alternating current is applied and a sixth coil to which a third reverse-phase alternating current is applied,
One unit of the plurality of permanent magnets constituting the permanent magnet group is four permanent magnets arranged at a position angle of π (radian) on both sides of the center yoke in the longitudinal direction of the center yoke. It is configured.
本発明のリニア同期モータの第2形態においては、前記電磁石用コイル群の1単位を構成する複数のコイルにはそれぞれ、下記の電流IUa、IUb、IWa、IWb、IVa、IVbが印加される。
IUa= Im×sin(ωt)
IUb=−Im×sin(ωt)
IWa= Im×sin(ωt+8π/3)
IWb=−Im×sin(ωt+8π/3)
IVa= Im×sin(ωt+4π/3)
IVb=−Im×sin(ωt+4π/3)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
In the second form of the linear synchronous motor of the present invention, the following currents IUa, IUb, IWa, IWb, IVa, and IVb are respectively applied to a plurality of coils constituting one unit of the electromagnet coil group.
IUa = Im × sin (ωt)
IUb = −Im × sin (ωt)
IWa = Im × sin (ωt + 8π / 3)
IWb = −Im × sin (ωt + 8π / 3)
IVa = Im × sin (ωt + 4π / 3)
IVb = −Im × sin (ωt + 4π / 3)
Here, Im is the maximum current amplitude.
好ましくは、前記電磁石用コイル群は前記外部ヨークの内壁に嵌装されており、前記電磁石用コイル群の熱が前記外部ヨークを経由して放熱される。 Preferably, the electromagnet coil group is fitted on an inner wall of the outer yoke, and heat of the electromagnet coil group is radiated through the outer yoke.
また好ましくは、前記外部ヨークの断面形状は矩形であり、前記センターヨークの断面形状は矩形である。 Preferably, the cross-sectional shape of the outer yoke is a rectangle, and the cross-sectional shape of the center yoke is a rectangle.
本発明のリニア同期モータは、電磁石用コイル群が外部ヨーク内に嵌装されるように環状に形成され、かつ環状に形成された電磁石用コイル群が外部ヨークの内部に嵌装されて固着されていることから、電磁石用コイル群の捩り剛性が高くなる。さらに、推力変動も小さくなり、ひいては超精密制御が容易となり、モータ定数やロバスト性も向上した。 The linear synchronous motor of the present invention is formed in an annular shape so that the electromagnet coil group is fitted in the external yoke, and the electromagnet coil group formed in an annular shape is fitted and fixed inside the external yoke. Therefore, the torsional rigidity of the electromagnet coil group is increased. In addition, the fluctuation in thrust is reduced, which makes ultra-precision control easier and improves motor constants and robustness.
本発明のリニア同期モータにおいては、隣接する電磁石用コイルが逆極性で配置されていることから、各相コイルからの動磁束が相互に相殺され、外部ヨークに発生する渦電流が殆どなくなり、鉄損を著しく減少させることができた。 In the linear synchronous motor of the present invention, since the adjacent electromagnet coils are arranged with opposite polarities, the dynamic magnetic fluxes from the respective phase coils cancel each other, and eddy currents generated in the external yoke are almost eliminated, and iron The loss could be significantly reduced.
本発明のリニア同期モータにおいては、電磁石用コイル群が外部ヨークに固定されていることから、外部ヨークを介して放熱され、熱の影響を小さくすることができる。換言すれば、電磁石用コイル群の冷却対策が容易であり、リニア同期モータの熱膨張を抑えることができる。 In the linear synchronous motor of the present invention, since the electromagnet coil group is fixed to the external yoke, heat is radiated through the external yoke, and the influence of heat can be reduced. In other words, the cooling measures for the electromagnet coil group are easy, and the thermal expansion of the linear synchronous motor can be suppressed.
本発明のリニア同期モータにおいて、センターヨークに固定される永久磁石群の形状はコンパクトであり、センターヨークを大きくとれる。そのため、センターヨークの剛性を高めることができる。その結果、センターヨークへの永久磁石群の固定も安定している。
なお、センターヨークに電磁石用コイル群が固定された場合に比較して、センターヨークと永久磁石群とは移動しやすいので、高速動作が可能である。
In the linear synchronous motor of the present invention, the shape of the permanent magnet group fixed to the center yoke is compact, and the center yoke can be made large. Therefore, the rigidity of the center yoke can be increased. As a result, fixing of the permanent magnet group to the center yoke is stable.
In addition, since the center yoke and the permanent magnet group are easy to move as compared with the case where the electromagnet coil group is fixed to the center yoke, high-speed operation is possible.
電磁石用コイル群が外部ヨークの嵌装されて移動しないので、電磁石用コイル群への電流印加用電線の布線が容易である。換言すれば、本発明のリニア同期モータにおいては、可動部への給電するという問題がない。 Since the electromagnet coil group is fitted with the external yoke and does not move, it is easy to wire the current application wire to the electromagnet coil group. In other words, the linear synchronous motor of the present invention has no problem of supplying power to the movable part.
本発明のリニア同期モータは小型である。 The linear synchronous motor of the present invention is small.
以下、本発明のリニア同期モータの好ましい実施の形態例について、添付図面を参照して述べる。 Hereinafter, preferred embodiments of a linear synchronous motor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第1実施の形態
図1(A)〜(C)、図2および図3を参照して本発明のリニア同期モータの第1実施の形態について述べる。
図1(A)〜(C)は、それぞれ、本発明の第1実施の形態のリニア同期モータの概略断面図、図1(A)の線B−Bにおける矢視断面図、図1(A)の線A−Aにおける矢視断面図である。
図2は図1(A)に図解したコイルの斜視図である。
図3は図1(A)に図解した永久磁石とコイルとの配置を示す図である。
First Embodiment A first embodiment of a linear synchronous motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) to (C), FIG. 2 and FIG.
1A to 1C are respectively a schematic sectional view of a linear synchronous motor according to a first embodiment of the present invention, a sectional view taken along line BB in FIG. 1A, and FIG. It is an arrow directional cross-sectional view in line AA.
FIG. 2 is a perspective view of the coil illustrated in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of permanent magnets and coils illustrated in FIG.
〔リニア同期モータの構造〕
まずリニア同期モータ1の構造について述べる。
リニア同期モータ1は、外部ヨーク10とセンターヨーク5とを有する。
リニア同期モータ1はさらに、外部ヨーク10の内壁に嵌装された電磁石用コイル群3と、センターヨーク5の上下に装着された永久磁石群4を有する。
センターヨーク5は、電磁石用コイル群3および永久磁石群4と磁気回路を構成するので、磁性体で製造されている。
[Structure of linear synchronous motor]
First, the structure of the linear
The linear
The linear
The
外部ヨーク10は、断面が矩形で、長手方向に筒状に延び、両端部はサイドヨーク100a、100bが設けられ、内部が内腔9を構成している。内腔9は、電磁石用コイル群3を収容し、センターヨーク5および永久磁石群4が移動可能にしている。
断面において、外部ヨーク10は、上部ヨーク10Aと、下部ヨーク10Bと、左ヨーク10C、右ヨーク10Dを有する。
各サイドヨーク100a、100bにはセンターヨーク5を貫通させる断面が矩形の透孔200a、200bが設けられており、矩形の透孔200a、200bの断面積は、センターヨーク5の断面積より若干大きい。
The
In cross section, the
The side yokes 100a and 100b are provided with through
センターヨーク5の断面は矩形であり、センターヨーク5の両端は透孔200a、200bを貫通して外部ヨーク10の外部に突出している。センターヨーク5は透孔200a、200bおよび内腔9内を外部ヨーク10の軸中心C−Cに沿って往復移動可能に、200a、200b部分に軸支されている。
透孔200a、200bの断面積が、センターヨーク5の断面積より若干大きいのは、上述したように、センターヨーク5が軸支されつつ、透孔200a、200b部分を往復移動可能になっているからである。なお、透孔200a、200b部分に潤滑部材または潤滑剤を配して、センターヨーク5の移動を円滑にしている。
センターヨーク5の少なくとも一方の端部に、リニア同期モータ1で駆動すべき対象物(図示せず)が接続されうる。
The cross section of the
The cross sectional area of the through
An object (not shown) to be driven by the linear
センターヨーク5の上下に装着された永久磁石群4は、線C−Cに沿って、第1S極永久磁石4S1a、4S1b、第1N極永久磁石4N1a、4N1b、第2S極永久磁石4S2a、4S2bのように、配設されている。すなわち、センターヨーク5の線C−C方向におけるセンターヨーク5の同じ位置の上下には同じ磁極の永久磁石、たとえば、第1S極永久磁石4S1a、4S1bが配設され、線C−C方向に沿って異なる磁極の永久磁石、たとえば、第1S極永久磁石4S1a、4S1bと第1N極永久磁石4N1a、4N1bとが交互に配設されている。
電磁石用コイル3は図2に図解したように、外部ヨーク10の長手方向(C−C方向)に沿って、コイル3A1、コイル3A2、コイル3B1、コイル3B2が、非磁性の絶縁部材31a〜31cを介して一体に固着されており、その中心部分は、センターヨーク5およびセンターヨーク5に装着された永久磁石群4が移動可能な中空32状態に形成されている。
コイル3A1、コイル3A2、コイル3B1、コイル3B2は、外部ヨーク10の内壁に嵌装可能なように、矩形環状に形成されており、それぞれ同一の仕様で、たとえば、エナメル線等の導線を矩形環状に多層巻きしたもので形成され、導線間にエポキシ樹脂などの接着剤を浸透させることにより、矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
電磁石用コイル3、たとえば、コイル3A1は、図1(A)、(B)に図解したように、外部ヨーク10の上部ヨーク10Aの内壁10a、下部ヨーク10Bの内壁10b、左ヨーク10Cの内壁10c、右ヨーク10Dの内壁10dに嵌装されている。他のコイルも同様に外部ヨーク10の内部に挿入される、好ましくは、外部ヨーク10の内壁に嵌装される。
As illustrated in FIG. 2, the
The coil 3A1, the coil 3A2, the coil 3B1, and the coil 3B2 are formed in a rectangular ring shape so that they can be fitted to the inner wall of the
As illustrated in FIGS. 1A and 1B, the
図3に図解したように、永久磁石群4は、各上下組の永久磁石の位置角がπ(ラジアン)であり、永久磁石4S1a、4S1bを起点として、センターヨーク5の長手方向に沿って配設された3組の上下の永久磁石の位置角の合計が3π(ラジアン)となる。
破線はセンターヨーク5に隣接して交互の磁極に配設された永久磁石の磁力線を図解している。
電磁石用コイル3は4個のコイル3A1、3A2、3B1、3B2で3π(ラジアン)である。各コイルの位置角は3π/4(ラジアン)である。コイル3A1、3A2、3B1、3B2の位置角は、永久磁石4S1a、4S1bを起点としてそれぞれ、3π/4、6π/4、9π/4(ラジアン)、3π(ラジアン)である。
As illustrated in FIG. 3, in the
The broken lines illustrate the lines of magnetic force of the permanent magnets disposed on the alternating magnetic poles adjacent to the
The
図1(A)には、基本形態として、第1電磁石用コイル群3と永久磁石群4との1単位部分、すなわち、4個の電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2と、6個の永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4N1b、4S2a、4S2bとしてのみを図解している。
推力を高め、センターヨーク5の円滑な移動を遂行するなどのために、実際は、センターヨーク5の長手方向に沿って、複数単位の電磁石と、複数単位の永久磁石群が配設される。
4個のコイル3A1、3A2、3B1、3B2にはそれぞれ、たとえば、下記の電流Ia、Ib、Ic、Idが印加される。
In FIG. 1A, as a basic form, one unit portion of the first
In order to increase thrust and perform smooth movement of the
For example, the following currents Ia, Ib, Ic, and Id are applied to the four coils 3A1, 3A2, 3B1, and 3B2, respectively.
Ia= Im×cos(ωt)
Ib=−Im×cos(ωt)
Ic= Im×sin(ωt)
Id=−Im×sin(ωt)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
…(1)
Ia = Im × cos (ωt)
Ib = −Im × cos (ωt)
Ic = Im × sin (ωt)
Id = −Im × sin (ωt)
Here, Im is the maximum current amplitude.
... (1)
コイル3A1には正相の余弦波(cos)交流電流、コイル3A2には逆相の余弦波交流電流、コイル3B1には正相の正弦波(sin)交流電流、コイル3B2には逆相の正弦波交流電流が印加される。
換言すれば、コイル3A1、3A2、3B1、3B2には、4相の交流電流が印加されるとも言えるし、余弦波交流電流(または正弦波交流電流)を基準にとれば、0、π、π/2、2π(ラジアン)の位相差のある単相交流電流が印加されるともいえるし、それぞれ正相と逆相の余弦波、正弦波の2相の交流電流が印加されるともいえる。
以下、本明細書において、2相の交流電流が印加されると言う。
なお、電流Ia、Ib、Ic、Idは、0、π、π/2、2π(ラジアン)の位相差が維持されていればよく、電流Ic、Idを余弦波交流電流、電流Ia、Ibを正弦波交流電流としてもよい。
The coil 3A1 has a positive-phase cosine wave (cos) alternating current, the coil 3A2 has a negative-phase cosine wave alternating current, the coil 3B1 has a positive-phase sine wave (sin) alternating current, and the coil 3B2 has a negative-phase sine wave. A wave alternating current is applied.
In other words, it can be said that a four-phase alternating current is applied to the coils 3A1, 3A2, 3B1, and 3B2, and 0, π, π if the cosine wave alternating current (or sine wave alternating current) is used as a reference. It can be said that a single-phase alternating current having a phase difference of / 2, 2π (radian) is applied, and that a two-phase alternating current of a cosine wave and a sine wave of positive and negative phases are applied, respectively.
Hereinafter, in this specification, it is said that a two-phase alternating current is applied.
The currents Ia, Ib, Ic, and Id need only maintain the phase difference of 0, π, π / 2, and 2π (radians). The currents Ic and Id are the cosine wave alternating current and the currents Ia and Ib are the same. A sinusoidal alternating current may be used.
図解の関係で、これらコイル3A1、3A2、3B1、3B2に電流を印加する電線は図解していないが、電磁石用コイル群3は移動せず、外部ヨーク10の内壁に嵌装されるので、たとえば、電線を外部ヨーク10の内壁に沿って布線するとか、外部ヨーク10の外壁を貫通させることもできるので、電流印加用電線の布線は容易である。
In the relationship of illustration, although the electric wire which applies an electric current to these coils 3A1, 3A2, 3B1, 3B2 is not illustrated, since the
図1(A)の図解においては、外部ヨーク10は一体構成されている状態を図解しているが、実際は、サイドヨーク100a、100bのいずれか一方部分が取り外し可能になっていて、電磁石用コイル3を外部ヨーク10の内壁に嵌装するとき、および、永久磁石群4を装着したセンターヨーク5を外部ヨーク10の内腔9に挿入するとき、サイドヨーク100a、100bのいずれか一方部分を取り外し、電磁石用コイル3を外部ヨーク10の内壁に嵌装し、永久磁石群4を装着したセンターヨーク5を外部ヨーク10の内腔9に挿入した後、図1(A)に図解したように、サイドヨーク100a、100bで外部ヨーク10の両端側を閉塞状態にする。
In the illustration of FIG. 1 (A), the
〔リニア同期モータの動作方法〕
リニア同期モータ1の動作方法を述べる。
図3に上部分の半分を図解したが、図1(A)に図解のごとく、センターヨーク5の上下に1対で3組、合計6個の永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bと、4個の電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2を1動作単位として構成されており、この1単位の動作について述べる。
図3において、永久磁石4N1aから出た磁束は、対向する電磁石用コイル3A1、3A2を通り左側の隣接する永久磁石4S1aと、対向する電磁石用コイル3B1、3B2を通り右側の隣接する永久磁石4S2aに入る。
永久磁石4S1a、4S1bを起点として、センターヨーク5の移動方向、すなわち、X軸方向の距離xとする。
コイル3A1、3A2、3B1、3B2が距離xだけX軸方向に移動したとき、鎖交する磁束数Ba、Bb、Bc、Bdは下記になる。
[Operation method of linear synchronous motor]
An operation method of the linear
FIG. 3 illustrates the upper half, but as illustrated in FIG. 1 (A), three pairs in pairs above and below the
In FIG. 3, the magnetic flux emitted from the permanent magnet 4N1a passes through the opposing electromagnet coils 3A1 and 3A2 to the left adjacent permanent magnet 4S1a and passes through the opposing electromagnet coils 3B1 and 3B2 to the right adjacent permanent magnet 4S2a. enter.
Starting from the permanent magnets 4S1a and 4S1b, the distance x in the moving direction of the
When the coils 3A1, 3A2, 3B1, and 3B2 are moved in the X-axis direction by the distance x, the flux numbers Ba, Bb, Bc, and Bd that are linked are as follows.
Ba=Bm×sin(x)
Bb=Bm×sin(x+3π/4)
Bc=Bm×sin(x+6π/4)
Bd=Bm×sin(x+9π/4)
ただし、Bmは永久磁石の最大磁束密度である。
…(2)
Ba = Bm × sin (x)
Bb = Bm × sin (x + 3π / 4)
Bc = Bm × sin (x + 6π / 4)
Bd = Bm × sin (x + 9π / 4)
Where Bm is the maximum magnetic flux density of the permanent magnet.
... (2)
永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bの界磁磁束と、式1(1)に示した電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2に流れる電流Ia、Ib、Ic、Idとの鎖交により、永久磁石群4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bと電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2との相互間に働く力は、下記になる。 Chain of permanent magnets 4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b, and currents Ia, Ib, Ic, Id flowing in the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 shown in Equation 1 (1) The forces acting between the permanent magnet groups 4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b and the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 are as follows.
F=Ba×Ia+Bb×Ib+Bc×Ic+Bd×Id
= Bm・Im〔sin(x)−sin(x+3π/4)〕×cos(ωt)
+Bm・Im〔sin(x+6π/4)−sin(x+9π/4)〕
×sin(ωt)
=2Bm・Im・sin(−3π/4)
×〔cos(x+3π/8)・cos(ωt)
+cos(x+15π/8)・sin(ωt)
…(3)
F = Ba * Ia + Bb * Ib + Bc * Ic + Bd * Id
= Bm · Im [sin (x) −sin (x + 3π / 4)] × cos (ωt)
+ Bm · Im [sin (x + 6π / 4) −sin (x + 9π / 4)]
× sin (ωt)
= 2Bm · Im · sin (-3π / 4)
× [cos (x + 3π / 8) · cos (ωt)
+ Cos (x + 15π / 8) · sin (ωt)
... (3)
cos(x+15π/8)=sin(−3π/8)であるから、これを代入すると、下記式になる。 Since cos (x + 15π / 8) = sin (−3π / 8), when this is substituted, the following equation is obtained.
F=2Bm・Im・sin(−3π/4)
×sin(−3π/8)×〔cos(x+(3π/8)−ωt)〕
=α×sin(−3π/8)×〔cos(x+(3π/8)−ωt)〕
ただし、α=2Bm・Im・sin(−3π/4)
…(4)
F = 2Bm · Im · sin (−3π / 4)
Xsin (-3 [pi] / 8) * [cos (x + (3 [pi] / 8)-[omega] t)]
= Α × sin (−3π / 8) × [cos (x + (3π / 8) −ωt)]
However, α = 2Bm · Im · sin (−3π / 4)
(4)
(x+(3π/8)−ωt)=2Nπのとき(Nは整数)、力Fは下記の条件で最大値Fmaxとなる。 When (x + (3π / 8) −ωt) = 2Nπ (N is an integer), the force F has a maximum value Fmax under the following conditions.
Fmax=2Bm・Im・sin(−3π/8)×sin(−3π/8)
=2Bm・Im・(=1/2)〔cos(−3π/4)−1〕
=Bm・Im〔1−cos(3π/4)〕
…(4)
Fmax = 2Bm · Im · sin (−3π / 8) × sin (−3π / 8)
= 2Bm · Im · (= 1/2) [cos (−3π / 4) −1]
= Bm · Im [1-cos (3π / 4)]
(4)
最大力Fmaxを時間tで微分すると、下記式が得られる。 When the maximum force Fmax is differentiated with respect to time t, the following equation is obtained.
−ω+dx/dt=0
…(5)
−ω + dx / dt = 0
... (5)
X軸上での位相速度は下記である。
dx/dt=ωである。
…(6)
The phase velocity on the X axis is as follows.
dx / dt = ω.
... (6)
本実施の形態においては、電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2が固定されているから、永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bとセンターヨーク5とが移動する。
上記の結果は、永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bが位置角で規定された移動速度ωでX軸方向に移動する限り、電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2が永久磁石4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2bの界磁磁束から受ける推力は一定であることを意味している。
In the present embodiment, since the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 are fixed, the permanent magnets 4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b and the
As a result, as long as the permanent magnets 4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b move in the X-axis direction at the moving speed ω defined by the position angle, the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 are permanent magnets. 4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b means that the thrust received from the field magnetic flux is constant.
さらに、上記の結果は、リニア同期モータの動作の前提である、ωt=±xの条件を満足している。
したがって、電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2それぞれを位置角において、3π/4だけ離間させ、たとえば、式(1)で例示したように、0、−π/2、2π(ラジアン)の位相差がある交流電流を印加すると、その駆動電流の各周波数ωで規定される位相速度で、センターヨーク5に搭載された永久磁石群4(4S1a:4S1b、4N1a:4NSb、4S2a:4S2b)がX軸方向に移動する。
なお、電磁石用コイル3A1:3A2、3B1:3B2に印加する電流は、式(1)の例示に限らず、たとえば、π、π/2、π(ラジアン)の位相差でもよい。
Further, the above result satisfies the condition of ωt = ± x, which is a premise of the operation of the linear synchronous motor.
Therefore, the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 are spaced apart by 3π / 4 at the position angle, and, for example, as illustrated in the equation (1), the positions of 0, −π / 2, 2π (radians) When an alternating current having a phase difference is applied, the permanent magnet group 4 (4S1a: 4S1b, 4N1a: 4NSb, 4S2a: 4S2b) mounted on the
Note that the current applied to the electromagnet coils 3A1: 3A2, 3B1: 3B2 is not limited to the example of the formula (1), and may be a phase difference of π, π / 2, π (radians), for example.
〔第1実施の形態のリニア同期モータの効果〕
第1実施の形態のリニア同期モータにおいては、電磁石用コイル群3が外部ヨーク10内に嵌装されるように環状に形成され、かつ環状に形成された電磁石用コイル群3が外部ヨーク10の内壁に嵌装されて固着されていることから、電磁石用コイル群3の捩り剛性が高くなる。また推力変動も小さくなり、ひいては超精密制御が容易となり、モータ定数やロバスト性も向上した。
[Effect of the linear synchronous motor of the first embodiment]
In the linear synchronous motor of the first embodiment, the
隣接する電磁石用コイル3A1と3A2、3B1と3B2とが逆極性で配置されていることから、各相コイルからの動磁束が相互に相殺され、外部ヨーク10に発生する渦電流が殆どなくなり、鉄損を著しく減少させることができた。
Since the adjacent electromagnet coils 3A1 and 3A2, 3B1 and 3B2 are arranged with opposite polarities, the kinetic magnetic fluxes from the respective phase coils cancel each other, and eddy currents generated in the
さらに、電磁石用コイル群3が外部ヨーク10に固定されていることから、外部ヨーク10を介して放熱され、熱の影響を小さくすることができる。換言すれば、電磁石用コイル群3の冷却対策が容易であり、リニア同期モータの熱膨張を抑えることができる。
Furthermore, since the
センターヨーク5に固定される永久磁石群4の形状はコンパクトであり、センターヨーク5に電磁石用コイル群3が搭載される場合に比較して、センターヨーク5を大きくとれる。そのため、センターヨーク5の剛性を高めることができる。その結果、センターヨーク5への永久磁石群4の固定も安定している。
さらに、センターヨーク5に電磁石用コイル群3が固定された場合に比較して、センターヨーク5と永久磁石群4とは移動しやすいので、高速動作が可能である。
The shape of the
Further, compared to the case where the
電磁石用コイル群3が外部ヨーク10の内壁に嵌装されて固定されていて移動しないので、電磁石用コイル群3への電流印加用電線の布線が容易である。たとえば、特開2002−238240号公報に記載のリニア同期モータにおいては、可動部の補強板にコイルが搭載されていたので、コイルに電流を供給するための電流印加用電線の布線が難しかった。これに対して、本発明の実施の形態においては、可動部はセンターヨーク5とこのセンターヨーク5に装着された永久磁石群4であり、永久磁石群4には電流印加する必要がないから、可動部への給電の問題がない。
Since the
リニア同期モータ1の構造はコンパクトであり、電流印加用電線の布線の問題もなく、リニア同期モータは小型である。
The structure of the linear
第2実施の形態Second embodiment
図4(A)〜(C)、図5および図6を参照して本発明のリニア同期モータの第2実施の形態について述べる。
第2実施の形態において、特に記述しないものは、第1実施の形態と同様である。
図4(A)〜(C)は、それぞれ、本発明の第2実施の形態のリニア同期モータの概略断面図、図4(A)の線B−Bにおける矢視断面図、図4(A)の線A−Aにおける矢視断面図である。
図5は図4(A)に図解したコイルの斜視図である。
図6は図4(A)に図解した永久磁石とコイルとの配置を示す図である。
A second embodiment of the linear synchronous motor of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (A) to (C), FIG. 5 and FIG.
In the second embodiment, what is not particularly described is the same as that of the first embodiment.
4A to 4C are schematic sectional views of the linear synchronous motor according to the second embodiment of the present invention, sectional views taken along line BB in FIG. 4A, and FIG. It is an arrow directional cross-sectional view in line AA.
FIG. 5 is a perspective view of the coil illustrated in FIG.
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of permanent magnets and coils illustrated in FIG.
〔リニア同期モータの構造〕
図4(A)〜(C)において、本発明の第2実施の形態のリニア同期モータ1Aは、筒状の外部ヨーク10と、外部ヨーク10内に外部ヨーク10の軸線に沿って移動可能に配置されたセンターヨーク5と、センターヨーク5の上部外周で、かつ外部ヨーク10の図中上部位置に配置された上部ヨーク10Aの内面10aと対向する側に長手方向に沿って固着された複数個の上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…と、センターヨーク5の下部外周で、かつ外部ヨーク10の図中下部位置に配置された下部ヨーク10Bの内面10bと対向する側に長手方向に沿って固着された複数個の下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…と、センターヨーク5を囲繞し外部ヨーク10の内周面に固着された環状の第1、第2の三相コイル6a、6bとを備えている。
[Structure of linear synchronous motor]
4A to 4C, the linear
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…と、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…は、同一の鉛直線上においては同一極性の永久磁石が対向するように配設されている。たとえば、第1のS極/N極の上部永久磁石S1a/N1aと第1のS極/N極の下部永久磁石S1b/N1bが対向するように配置されている。
また、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…は、センターヨーク5の長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石の磁極の極性が交互に位置するように、すなわち、S極、N極、…S極と交互に位置するように配置されている。同様に、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…も、センターヨーク5の長手方向に沿って相異なる磁極の極性の永久磁石が交互に位置するように、たとえば、S極、N極、…S極となるように、配置されている。
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... And the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are arranged so that the same polarity permanent magnets face each other on the same vertical line. For example, the first S pole / N pole upper permanent magnet S1a / N1a and the first S pole / N pole lower permanent magnet S1b / N1b are arranged to face each other.
Further, the upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... Are arranged so that the polarities of the permanent magnets having different polarities are alternately arranged along the longitudinal direction of the
センターヨーク5は、横断面視で略矩形状に形成されており、一体化された上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…と、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…と共に、X方向に移動するように構成されている。
The
第1の三相コイル6aは、図5に示すように、たとえば、矩形環状に形成されたU相コイル6Ua、W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaを備えており、これらのU相コイル6Ua、W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaは、それぞれ同一の仕様で例えばエナメル線等の導線を矩形環状に多層巻きしたもので形成され、導線間にエポキシ樹脂などの接着剤を浸透させることにより、矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
同様に、第2の三相コイル6bは、たとえば、矩形環状に形成された−U相コイル6Ub、−W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbを備えており、これらの−U相コイル6Ub、−W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbは、第1の三相コイル6aと同様にそれぞれ同一の仕様で形成され、接着剤により矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
−U相コイル6Ub、−W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbはそれぞれ、U相コイル6Ua、W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaとは逆極性のU相コイル6Ub、W相コイル6WbおよびV相コイル6Vbが配置されていることを表わしている。
各相のコイル間には非磁性の絶縁部材61a、61b、61c、61d、61eが介挿されている。
As shown in FIG. 5, the first three-
Similarly, the second three-
-U phase coil 6Ub, -W phase coil 6Wb, and -V phase coil 6Vb are respectively U phase coil 6Ua, W phase coil 6Wa, and V phase coil 6Va. This shows that the phase coil 6Vb is arranged.
第1、第2の三相コイル6a、6bを構成するU相コイル6Ua、−U相コイル6Ub、W相コイル6Wa、−W相コイル6WbおよびV相コイル6Va、−V相コイル6Vbは、次のようにして一体化されている。すなわち、(1)第1の三相コイル6aのU相コイル6Uaに第2の三相コイル6bの−U相コイル6Ubが隣接して配置され、(2)第1の三相コイル6aのW相コイル6Waに第2の三相コイル6bの−W相コイル6Wbが隣接して配置され、(3)第1の三相コイル6aのV相コイル6Vaに第2の三相コイル6bの−V相コイル6Vbが隣接して配置され、(4)これらの各相のコイルがそれぞれ中空部62の軸芯を一致させてかつX方向に沿ってU相、W相、V相の相順で積層状態に配列されている。
The U-phase coil 6Ua, -U-phase coil 6Ub, W-phase coil 6Wa, -W-phase coil 6Wb, V-phase coil 6Va, and -V-phase coil 6Vb constituting the first and second three-
本実施の形態において三相交流の相順をU相、W相、V相と設定しているのは、本実施の形態において、U相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wの位相差を4π/3に設定したことによる。
したがって、U相コイル6Ua、−U相コイル6Ub、W相コイル6Wa、−W相コイル6WbおよびV相コイル6Va、−V相コイル6Vbには、下記の電流IUa、IUb、IWa、IWb、IVa、IVbが印加される。
In the present embodiment, the phase order of the three-phase alternating current is set to the U phase, the W phase, and the V phase in the present embodiment in the order of the U phase coil 6U, the V phase coil 6V, and the W phase coil 6W. This is because the phase difference is set to 4π / 3.
Therefore, the U-phase coil 6Ua, -U-phase coil 6Ub, W-phase coil 6Wa, -W-phase coil 6Wb and V-phase coil 6Va, -V-phase coil 6Vb have the following currents IUa, IUb, IWa, IWb, IVa, IVb is applied.
IUa= Im×sin(ωt)
IUb=−Im×sin(ωt)
IWa= Im×sin(ωt+8π/3)
IWb=−Im×sin(ωt+8π/3)
IVa= Im×sin(ωt+4π/3)
IVb=−Im×sin(ωt+4π/3)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
…(7)
IUa = Im × sin (ωt)
IUb = −Im × sin (ωt)
IWa = Im × sin (ωt + 8π / 3)
IWb = −Im × sin (ωt + 8π / 3)
IVa = Im × sin (ωt + 4π / 3)
IVb = −Im × sin (ωt + 4π / 3)
Here, Im is the maximum current amplitude.
... (7)
通常、三相コイルの相順は、U相、V相、W相とされ、その位相差は2π/3に設定されているが、本発明の第2実施の形態においては、U相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wの位相差を4π/3に設定することにより、W相コイル6WがU相コイル6Uから見て位相が2π/3ずれることになる。その結果、図4に示すように、三相コイル6がU相コイル6U、W相コイル6WおよびV相コイル6Vの相順で配置されることになる。 Normally, the phase sequence of the three-phase coil is U phase, V phase, and W phase, and the phase difference is set to 2π / 3. However, in the second embodiment of the present invention, the U phase coil 6U By setting the phase difference between the V-phase coil 6V and the W-phase coil 6W to 4π / 3, the phase of the W-phase coil 6W is shifted by 2π / 3 when viewed from the U-phase coil 6U. As a result, as shown in FIG. 4, the three-phase coil 6 is arranged in the phase order of the U-phase coil 6U, the W-phase coil 6W, and the V-phase coil 6V.
第2実施の形態のリニア同期モータにおいては、第1実施の形態と同様、同一鉛直線上に同一極性の永久磁石が配置された、いわゆる軸方向磁束形の励磁構造が採用されていることから、図6に図解した磁気回路となる。
(1)たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aから発生する磁束は、三相コイル6Wa、6Uaを通り抜けて隣接する第1のS極の上部永久磁石S1aを通り、センターヨーク5を介して元の第1のN極の上部永久磁石N1aに戻る。
(2)また、たとえば、第1のN極の下部永久磁石N1bから発生する磁束は、三相コイル6Wa、6Wbを通り抜けて隣接する第2のS極の下部永久磁石S2bを通り、センターヨーク5を介して、元の第1のN極の下部永久磁石N1bに戻る。
In the linear synchronous motor of the second embodiment, as in the first embodiment, a so-called axial magnetic flux type excitation structure in which permanent magnets of the same polarity are arranged on the same vertical line is employed. The magnetic circuit illustrated in FIG. 6 is obtained.
(1) For example, the magnetic flux generated from the first N-pole upper permanent magnet N1a passes through the three-phase coils 6Wa and 6Ua, passes through the adjacent first S-pole upper permanent magnet S1a, and passes through the
(2) Further, for example, the magnetic flux generated from the first N-pole lower permanent magnet N1b passes through the three-phase coils 6Wa and 6Wb, passes through the adjacent second S-pole lower permanent magnet S2b, and passes through the
このような永久磁石の磁界中に配置されたU相コイル6Ua、W相コイル6WaおよびV相コイル6Vaを1組とする第1の三相コイル6aまたは−U相コイル6Ub、−W相コイル6Wbおよび−V相コイル6Vbを一組とする第2の三相コイル6bに、式(7)の三相交流電流IUa、IUb、IWa、IWb、IVa、IVbを流すと、各相のコイルと、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…および下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…との相互間に、フレミング左手の法則に基づく推力が発生する。コイル側は固定されているから、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…および下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…と、これら永久磁石を搭載しているセンターヨーク5が可動子として、外部ヨーク10内の内腔9をX方向に移動する。
A first three-
〔第2実施の形態の動作〕
コイルと永久磁石との相互間に働く力Fは、式3と同様である。
力Fの最大値Fmaxも式4と同様となる。
最大値Fmaxを時間tで微分すると、式5となり、X軸上での位相速度は式6となる。すなわち、第2実施の形態においても、第1実施の形態と同様、位相速度、dx/dt=ωとなる。
[Operation of Second Embodiment]
The force F acting between the coil and the permanent magnet is the same as that in
The maximum value Fmax of the force F is the same as that in
When the maximum value Fmax is differentiated with respect to time t,
〔第2実施の形態のリニア同期モータの効果〕
第2実施の形態のリニア同期モータも第1実施の形態のリニア同期モータと同様の効果を奏する。
第2実施の形態のリニア同期モータにおいては、三相コイルが環状に形成され、かつ環状に形成された三相コイルが外部ヨークの内面に嵌装されて固着されていることから、三相コイルの捩り剛性が高くなる上、また推力変動も小さくなり、ひいては超精密制御が容易となり、モータ定数やロバスト性も向上させることができる。
また、第2の三相コイルが第1の三相コイルに対して逆極性で配置されていることから、各相コイルからの動磁束が相互に相殺され、ヨークに発生する渦電流が殆どなくなり、鉄損を著しく減少させることができる。
さらに、コイルが外部ヨークに固定されていることから、放熱性がよく、熱の影響を小さくすることができ、また、冷却構造も取り易く効果が顕著になり、ひいてはリニアモータのヨークの熱膨張を抑えることができる。
[Effect of the linear synchronous motor of the second embodiment]
The linear synchronous motor of the second embodiment also has the same effect as the linear synchronous motor of the first embodiment.
In the linear synchronous motor according to the second embodiment, the three-phase coil is formed in an annular shape, and the three-phase coil formed in an annular shape is fitted and fixed to the inner surface of the outer yoke. In addition, the torsional rigidity of the motor can be increased, and the thrust fluctuation can be reduced. As a result, superprecision control can be facilitated, and the motor constant and robustness can be improved.
In addition, since the second three-phase coil is arranged with a reverse polarity with respect to the first three-phase coil, the kinetic magnetic fluxes from the respective phase coils cancel each other, and there is almost no eddy current generated in the yoke. Iron loss can be significantly reduced.
Furthermore, since the coil is fixed to the external yoke, the heat dissipation is good, the influence of heat can be reduced, the cooling structure is easy to take, and the effect becomes remarkable, and consequently the thermal expansion of the yoke of the linear motor Can be suppressed.
その他の実施の形態
本発明のリニア同期モータは、電磁石用コイル群を外部ヨーク10の内壁に嵌装させ、永久磁石群をセンターヨークに装着させた構造を基本とし、電磁石用コイル群の各コイルと永久磁石群の各永久磁石との位置関係、および、コイルに印加する電流を、同期状態にする、種々のリニア同期モータに適用できる。
したがって、本発明のリニア同期モータは上述した実施の形態に限定されず、上述した条件に基づく他の種々のリニア同期モータに適用できる。
Other Embodiments The linear synchronous motor of the present invention basically has a structure in which an electromagnet coil group is fitted to the inner wall of the
Therefore, the linear synchronous motor of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to other various linear synchronous motors based on the above-described conditions.
10…外部ヨーク
10A…上部ヨール、10a…上部ヨーク内壁
10B…下部ヨーク、10b…下部ヨーク内壁
10C…左側面ヨーク、10c…左側面ヨーク内壁
10D…右側面ヨーク、10d…右側面ヨーク内壁
9…内腔
3…電磁石用コイル(3A1:3A2,3B1:3B2)
4…永久磁石群(4S1a:4S1b,4N1a:4N1b,4S2a:4S2b)
5…センターヨーク
S1a、N1a、S2a、N2a…永久磁石(上部永久磁石)
S1b、N1b、S2b、N2b…永久磁石(下部永久磁石)
6…三相コイル
6a…第1の三相コイル、6b…第2の三相コイル
6Ua…U相コイル、6Ub…−U相コイル
6Wa…W相コイル、6Wb…−W相コイル
6Va…V相コイル、6Vb…−V相コイル
10 ... External yoke
10A ... Upper yoke, 10a ... Inner wall of upper yoke
10B: Lower yoke, 10b: Lower yoke inner wall
10C ... left side yoke, 10c ... left side yoke inner wall
10D ... Right side yoke, 10d ... Right side yoke inner wall
9 ...
4. Permanent magnet group (4S1a: 4S1b, 4N1a: 4N1b, 4S2a: 4S2b)
5 ... Center yoke S1a, N1a, S2a, N2a ... Permanent magnet (upper permanent magnet)
S1b, N1b, S2b, N2b ... Permanent magnet (lower permanent magnet)
6 ... Three-
Claims (8)
断面が中空の環状で、前記外部ヨークの内部に挿入され、固定されている電磁石用コイル群と、
前記電磁石用コイル群の中空内を前記外部ヨークの長手方向に移動可能に配置されたセンターヨークと、
前記センターヨークの断面の1方向の対向する両側に、前記電磁石用コイル群と対向するように配設された、永久磁石群と
を具備し、
前記永久磁石群は、前記センターヨークの長手方向に異なる磁極で交互に配設され、前記センターヨークの長手方向の同じ位置の両側の磁極は同じである、複数の永久磁石を有し、
前記電磁石用コイル群)は、前記センターヨークの長手方向に、前記複数の永久磁石と所定の位置関係で配設された、複数の電磁石用コイルを有し、
前記所定の位置関係と前記複数の電磁石用コイルに印加する電流とが同期条件に設定され、
前記センターヨークおよび前記複数の永久磁石が、前記電磁石用コイル群と前記永久磁石群との相互に作用する電磁力の推力で、同期状態で、前記外部ヨークの内部を移動する、
リニア同期モータ。 An external yoke,
An electromagnet coil group that is inserted in and fixed to the inside of the outer yoke in an annular shape having a hollow cross section;
A center yoke arranged to be movable in the longitudinal direction of the outer yoke in the hollow of the coil group for the electromagnet,
A permanent magnet group disposed on opposite sides of the cross section of the center yoke in one direction so as to face the electromagnet coil group;
The permanent magnet group includes a plurality of permanent magnets alternately arranged with different magnetic poles in the longitudinal direction of the center yoke, and the same magnetic poles on both sides at the same position in the longitudinal direction of the center yoke,
The electromagnet coil group) includes a plurality of electromagnet coils disposed in a predetermined positional relationship with the plurality of permanent magnets in the longitudinal direction of the center yoke.
The predetermined positional relationship and the current applied to the plurality of electromagnet coils are set as synchronization conditions,
The center yoke and the plurality of permanent magnets move within the outer yoke in a synchronized state by thrust of electromagnetic force that interacts between the electromagnet coil group and the permanent magnet group.
Linear synchronous motor.
前記永久磁石群を構成する複数の永久磁石の1単位は、前記センターヨークの長手方向に、前記センターヨークの両側にそれぞれ、π(ラジアン)の位置角で配設された3個の永久磁石で構成されている、
請求項1記載のリニア同期モータ。 A unit of a plurality of coils constituting the electromagnet coil group is a first coil to which a first-phase positive-phase alternating current is applied, which is disposed at a position angle of 3π / 4 (radian). A second coil to which an alternating current of the negative phase of the first phase is applied, and a positive current of the second phase having a π (radian) phase difference from the positive phase alternating current of the first phase. Is constituted by a third coil to which is applied, and a fourth coil to which an alternating current of the opposite phase of the second phase is applied,
One unit of a plurality of permanent magnets constituting the permanent magnet group is three permanent magnets arranged at a position angle of π (radian) on both sides of the center yoke in the longitudinal direction of the center yoke. It is configured,
The linear synchronous motor according to claim 1.
Ia= Im×cos(ωt)
Ib=−Im×cos(ωt)
Ic= Im×sin(ωt)
Id=−Im×sin(ωt)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
請求項2記載のリニア同期モータ。 The following currents Ia, Ib, Ic, Id are respectively applied to a plurality of coils constituting one unit of the electromagnet coil group.
Ia = Im × cos (ωt)
Ib = −Im × cos (ωt)
Ic = Im × sin (ωt)
Id = −Im × sin (ωt)
Here, Im is the maximum current amplitude.
The linear synchronous motor according to claim 2.
前記永久磁石群を構成する複数の永久磁石の1単位は、前記センターヨークの長手方向に、前記センターヨークの両側にそれぞれ、π(ラジアン)の位置角で配設された4個の永久磁石で構成されている、
請求項1記載のリニア同期モータ。 A unit of a plurality of coils constituting the electromagnet coil group is a first coil to which a first-phase positive-phase alternating current is applied, which is disposed at a position angle of 3π / 4 (radian). A second coil to which an alternating current of the negative phase of the first phase is applied, and a positive alternating current of the second phase having a first phase difference from the positive alternating current of the first phase. A third coil to be applied; a fourth coil to which a second-phase alternating current is applied; and a third phase having a second phase difference from the positive-phase alternating current of the first phase. A fifth coil to which a positive phase alternating current is applied and a sixth coil to which a third phase reverse phase alternating current is applied,
One unit of the plurality of permanent magnets constituting the permanent magnet group is four permanent magnets arranged at a position angle of π (radian) on both sides of the center yoke in the longitudinal direction of the center yoke. It is configured,
The linear synchronous motor according to claim 1.
ただし、Imは電流の最大振幅である。
IUa= Im×sin(ωt)
IUb=−Im×sin(ωt)
IWa= Im×sin(ωt+8π/3)
IWb=−Im×sin(ωt+8π/3)
IVa= Im×sin(ωt+4π/3)
IVb=−Im×sin(ωt+4π/3)
ただし、Imは電流の最大振幅である。
請求項4記載のリニア同期モータ。 The following currents IUa, IUb, IWa, IWb, IVa, IVb are respectively applied to a plurality of coils constituting one unit of the electromagnet coil group.
Here, Im is the maximum current amplitude.
IUa = Im × sin (ωt)
IUb = −Im × sin (ωt)
IWa = Im × sin (ωt + 8π / 3)
IWb = −Im × sin (ωt + 8π / 3)
IVa = Im × sin (ωt + 4π / 3)
IVb = −Im × sin (ωt + 4π / 3)
Here, Im is the maximum current amplitude.
The linear synchronous motor according to claim 4.
前記電磁石用コイル群の熱が前記外部ヨークを経由して放熱される、
請求項1〜5いずれかに記載のリニア同期モータ。 The electromagnet coil group is fitted on the inner wall of the outer yoke,
The heat of the electromagnet coil group is dissipated through the external yoke,
The linear synchronous motor in any one of Claims 1-5.
請求項1〜6いずれかに記載のリニア同期モータ。 The outer yoke has a rectangular cross-sectional shape.
The linear synchronous motor in any one of Claims 1-6.
請求項1〜7いずれかに記載のリニア同期モータ。
The center yoke has a rectangular cross-sectional shape.
The linear synchronous motor in any one of Claims 1-7.
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