JP2005210794A - Linear electromagnetic actuator - Google Patents

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章夫 鳥羽
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear electromagnetic actuator increased in thrust per cubic volume. <P>SOLUTION: The linear electromagnetic actuator comprises: an armature 550 constituted by arranging one or more core units 504 to 506 each composed of a core that is formed of a magnetic body and has an almost H-shaped cross section and, a coil that is wound around to the central main part of the core and energized with an AC current; and field yokes 650A, 650B that are arranged so that N and S poles of the field yokes 650A, 650B are alternately and cyclically disposed in the axial direction of the coil so that the N and S poles face the cores via a space. The armature 550 and the field yoke 650A, 650B are movable with respect to the axial direction of the coil. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電機子に鉄心を有するリニア電磁アクチュエータに関し、詳しくは、リニア電磁アクチュエータにおける推力発生効率を向上させるための改良に関する。   The present invention relates to a linear electromagnetic actuator having an iron core in an armature, and more particularly to an improvement for improving thrust generation efficiency in a linear electromagnetic actuator.

図18は、第1の従来技術を示す一般的なコア付リニアモータの構成図である。
このリニアモータは電機子100と界磁子200とからなり、両者は空隙を介して対向配置されている。電機子100はコイル103を有し、また、界磁子200は永久磁石によるN,S極が交互に配置された磁極202を備えている。なお、電機子100において、101はコア、102は歯を示し、界磁子200において、201は界磁子ヨークを示している。
ここで、電機子としては、鉄心(コア)を有するもの(コア付)と有しないもの(コアレス)との2種類があるが、本発明ではコア付の電機子を対象としている。
FIG. 18 is a block diagram of a general cored linear motor showing the first prior art.
This linear motor is composed of an armature 100 and a field element 200, both of which are opposed to each other with a gap. The armature 100 includes a coil 103, and the field element 200 includes a magnetic pole 202 in which N and S poles of permanent magnets are alternately arranged. In the armature 100, 101 indicates a core, 102 indicates a tooth, and in the field element 200, 201 indicates a field element yoke.
Here, there are two types of armatures: those having an iron core (core) (with a core) and those having no core (coreless). In the present invention, the armature with a core is targeted.

図18において、コイル103の起磁力と磁極202からの磁束との相互作用により、電機子100と界磁子200との間に相対的な推力が発生する。
なお、界磁子200としては、永久磁石による磁極202の代わりにコイルによって界磁を形成することも可能である。また、界磁子をはしご形の導体を鉄心で囲んだ構成とすれば誘導モータとして、更に、電機子との対向面に周期的な突起列を有する界磁子構成とすれば、リラクタンスモータとしてそれぞれ機能する。
この種のコア付リニアモータの推力発生原理の詳細については、白木、宮尾著、「図解・リニアサーボモータとシステム設計」、総合電子出版(昭和61年3月20日第1版発行)等により広く知られているため、詳述を省略する。
In FIG. 18, a relative thrust is generated between the armature 100 and the field element 200 due to the interaction between the magnetomotive force of the coil 103 and the magnetic flux from the magnetic pole 202.
In addition, as the field element 200, it is also possible to form a field by a coil instead of the magnetic pole 202 by a permanent magnet. In addition, if the field element has a ladder-shaped conductor surrounded by an iron core, it is an induction motor. Further, if the field element has a periodic row of protrusions on the surface facing the armature, a reluctance motor. Each functions.
For details on the thrust generation principle of this type of linear motor with core, see Shiraki and Miyao, “Illustrations and Linear Servo Motors and System Design”, General Electronic Publishing (published on March 20, 1986, 1st edition), etc. Since it is widely known, detailed description is omitted.

図19は、第2の従来技術を示す吸引力相殺形のコア付リニアモータの構成図である。
コア付リニアモータでは、電機子のコアと界磁子との間に作用する磁気吸引力が問題となる。一般に、この吸引力は電機子と界磁子との間の相対的な推力の10倍に達することも珍しくない。このような強力な吸引力のもとで電機子と界磁子との間の空隙長を所定の長さに維持するには、電機子と界磁子とを相対的に移動可能に保持するための機構が極めて頑強であることが要求され、これによって装置が大形化したり高価格化したりする問題がある。
FIG. 19 is a configuration diagram of a suction force canceling type linear motor with a core showing the second prior art.
In a linear motor with a core, a magnetic attractive force acting between the armature core and the field element becomes a problem. In general, it is not uncommon for this attractive force to reach 10 times the relative thrust between the armature and the field element. In order to maintain the gap length between the armature and the field element at a predetermined length under such a strong attractive force, the armature and the field element are held relatively movable. For this reason, it is required that the mechanism for this is extremely robust, which causes a problem that the apparatus becomes large and expensive.

その対策として、対向配置された二つの界磁子の間に電機子を配置することにより、界磁子と電機子との間の吸引力を相殺する方法がある。
図19の従来技術は上記着想に基づくものであり、対向配置された二つの界磁子200,200の間に、それらの磁極202と対向するように電機子103が配置されている。なお、104は電機子103のコア、105はコイルを示す。
As a countermeasure, there is a method of offsetting the attractive force between the field element and the armature by arranging an armature between two opposingly arranged field elements.
The prior art in FIG. 19 is based on the above idea, and an armature 103 is arranged between two field elements 200, 200 arranged opposite to each other so as to face the magnetic poles 202. Reference numeral 104 denotes a core of the armature 103, and 105 denotes a coil.

このような構成とすれば、電機子103の両側(図では上下)と界磁子200,200との間の空隙長を適切に保持することで磁気吸引力を大幅に低減できるため、これらの保持機構も一層簡素なものを用いることができる。この種の構成も、上記公知文献に記載されている。
なお、図19とは構成が異なるものの、同様に界磁子と電機子との間の吸引力を相殺している例を、特許文献1に示す。
With such a configuration, the magnetic attractive force can be significantly reduced by appropriately maintaining the gap length between both sides (upper and lower in the figure) of the armature 103 and the field elements 200, 200. A simpler holding mechanism can also be used. This type of configuration is also described in the above-mentioned known literature.
An example in which the attractive force between the field element and the armature is offset similarly is shown in Patent Document 1, although the configuration is different from that in FIG.

更に、図20は第3の従来技術を示す直動機構(ラック&ピニオン)の構成図である。
図20において、301は回転形モータ、302はピニオン、401はラック、402は被操作部であり、モータ301の回転運動がピニオン302及びラック401を介して被操作部402の直線運動に変換される。
Furthermore, FIG. 20 is a block diagram of a linear motion mechanism (rack & pinion) showing the third prior art.
In FIG. 20, 301 is a rotary motor, 302 is a pinion, 401 is a rack, and 402 is an operated part. The rotational movement of the motor 301 is converted into linear movement of the operated part 402 via the pinion 302 and the rack 401. The

一般に直動機構としては、回転形モータにより様々な機構(例えばラック&ピニオン、ベルト、ボールネジ等)を駆動して直線運動を得る構成が用いられることが多い。しかし、この種の直動機構はメンテナンスが必要であり、また、バックラッシやベルトのたるみのために高精度化しづらく、機構部の制約によって直動部の動作を高速化し難いという問題がある。   In general, as a linear motion mechanism, a configuration in which various mechanisms (for example, a rack and pinion, a belt, a ball screw, etc.) are driven by a rotary motor to obtain a linear motion is often used. However, this type of linear motion mechanism requires maintenance, and it is difficult to increase the precision due to backlash and belt slack, and there is a problem that it is difficult to increase the speed of the linear motion portion due to the limitations of the mechanism portion.

特開昭60−98863号公報JP-A-60-98863

図20の直動機構と比較すると、リニアモータには前述のような欠点がなく、高速かつ高精度の動作が可能であって生産性の向上に大きく寄与できる利点がある。
しかし、リニアモータは、一般に推力発生効率が回転形モータ+直動機構という構成に比べて低く、必要な推力を得るためにはモータが大形化したり、またはコイル電流の増大によって損失が増大したり、更にはその結果として発熱量が増加する等の問題がある。
そこで本発明は、装置の大形化や損失、発熱量の増加を招くことなく推力発生効率を向上させることができるリニア電磁アクチュエータを提供しようとするものである。
Compared with the linear motion mechanism of FIG. 20, the linear motor does not have the above-described drawbacks, and has the advantage of being able to perform high-speed and high-precision operation and greatly contribute to the improvement of productivity.
However, the linear motor generally has a lower thrust generation efficiency than the rotary motor + linear motion mechanism. To obtain the required thrust, the motor becomes larger or the loss increases due to an increase in coil current. In addition, there is a problem that the calorific value increases as a result.
Therefore, the present invention is intended to provide a linear electromagnetic actuator capable of improving the thrust generation efficiency without causing an increase in size, loss, or heat generation of the apparatus.

上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、磁性体からなる断面ほぼH形のコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、コイルの軸方向に1個以上配置してなる第1構成要素と、
コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた二つの磁性体を、前記の面がコアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第2構成要素と、を備え、
第1構成要素及び第2構成要素がコイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is a core comprising a substantially H-shaped core made of a magnetic material, and a coil wound around a central trunk of the core and through which an alternating current is passed. A first component formed by arranging one or more units in the axial direction of the coil;
A second component formed by arranging two magnetic bodies each having a surface having periodic magnetic characteristics in the axial direction of the coil so that the surfaces face the core via a gap;
The first component and the second component are relatively movable in the axial direction of the coil.

請求項2に記載した発明は、磁性体からなり、かつほぼH形の断面形状を有するコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、コイルの軸方向に1個以上配置してなる第1構成要素と、
コイルの軸方向にN,S磁極を交互に周期的に配置してなる二つの磁性体を、N,S磁極がコアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第2構成要素と、を備え、
第1構成要素及び第2構成要素がコイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とする。
The invention described in claim 2 comprises a core unit comprising a core made of a magnetic material and having a substantially H-shaped cross section, and a coil wound around a central trunk portion of the core and through which an alternating current flows. A first component formed by arranging one or more in the axial direction of the coil;
A second component formed by arranging two magnetic bodies in which N and S magnetic poles are alternately and periodically arranged in the axial direction of the coil so that the N and S magnetic poles face each other through a gap. With
The first component and the second component are relatively movable in the axial direction of the coil.

請求項3に記載した発明は、請求項1または2に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
一相分がk個のコアユニットをn相分用い(k,nは何れも自然数)、かつ、各相のコアユニットを構成するコイルの、第2構成要素の周期的な磁気特性に対する電気角位相の平均値が(360/n)°で分布するように第1構成要素を構成してコイルにn相交流電力を供給するものであり、これによってn相リニアモータを構成するものである。
The invention described in claim 3 is the linear electromagnetic actuator according to claim 1 or 2,
The electrical angle with respect to the periodic magnetic characteristics of the second component of the coil constituting the core unit of each phase using k core units of n phases (k and n are both natural numbers). The first component is configured so that the average value of the phase is distributed at (360 / n) °, and n-phase AC power is supplied to the coil, thereby forming an n-phase linear motor.

請求項4に記載した発明は、請求項3に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第1構成要素は、k個のコアユニットを隣り合わせて配置した一相分のコアユニット群をn相分並べて配置してなることを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the linear electromagnetic actuator described in claim 3,
The first component is characterized in that a single-phase core unit group in which k core units are arranged adjacent to each other is arranged side by side for n phases.

請求項5に記載した発明は、請求項3に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第1構成要素は、各相につき1個ずつ隣り合わせて配置したn個のコアユニットをk個並べて配置してなることを特徴とする。
The invention described in claim 5 is the linear electromagnetic actuator according to claim 3,
The first component is characterized in that k core units are arranged side by side, and n core units arranged one by one for each phase.

請求項6に記載した発明は、請求項5に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で(360°−180°/n)以下であることを特徴とする。
The invention described in claim 6 is the linear electromagnetic actuator described in claim 5,
The length of the core unit along the moving direction is an electrical angle of (360 ° -180 ° / n) or less.

請求項7に記載した発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアを、中央幹部で分割された断面ほぼT字形のコア部材を2個組み合わせて構成したものである。
The invention described in claim 7 is the linear electromagnetic actuator described in any one of claims 1 to 6,
The core is configured by combining two core members having a substantially T-shaped cross section divided by the central trunk.

請求項8に記載した発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアを、断面ほぼT字形及び断面ほぼI字形のコア部材を組み合わせて構成したものである。
The invention described in claim 8 is the linear electromagnetic actuator described in any one of claims 1 to 6,
The core is configured by combining core members having a substantially T-shaped cross section and a substantially I-shaped cross section.

請求項9に記載した発明は、請求項1〜8の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアの、中央幹部付近のコイルが巻回されない部位に貫通孔を形成し、コイルの軸を中心とする両側から第1,第2の保持部材によりコイルユニットを挟み込んで貫通孔を介し両保持部材をボルトにて締結するものである。
The invention described in claim 9 is the linear electromagnetic actuator described in any one of claims 1 to 8,
A through hole is formed in a portion of the core near the central trunk where the coil is not wound, and both holding members are sandwiched by the first and second holding members from both sides centering on the axis of the coil and through the through hole. Are fastened with bolts.

本発明によれば、不要なコイル部位を実質的に除去した構造により、銅損や発熱量を減少させ、体積当たりの推力が大きく小形化が可能なリニア電磁アクチュエータを実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a linear electromagnetic actuator that can reduce the copper loss and the amount of heat generation, and have a large thrust per volume and can be miniaturized by a structure in which unnecessary coil portions are substantially removed.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図1は、本発明の各実施形態の概念的な説明図であり、請求項1の発明に相当する。
図1(a)は、一般的なコア付リニアモータにおける電機子の2歯分の拡大図であり、501は電機子のコア、502は歯、503は歯502に巻回されたコイル、602は永久磁石からなる界磁子の磁極を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a conceptual explanatory diagram of each embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 1.
FIG. 1A is an enlarged view of two teeth of an armature in a general linear motor with a core, wherein 501 is an armature core, 502 is a tooth, 503 is a coil wound around the tooth 502, and 602. Indicates a magnetic pole of a field element made of a permanent magnet.

上記構成において、隣り合う歯502の一方から磁極602による磁束が入り、他方の歯502から磁束が出ている。電機子に対して界磁子が相対的に移動すると、歯502を通る磁束が交番する。この交番磁束が、それぞれの歯502に集中的に巻回されているコイル503と鎖交することにより、コイル503に誘起電圧が発生する。
いま、モータを多相モータとし、磁極602に対する歯502の電気角を相ごとに適切に変えることにより、各相のコイル503の誘起電圧に適切な位相差が生じる。よって、各相コイル503に電機子と界磁子との相対位置に応じた多相交流電流を通流することにより、連続的な推力を得ることができる。
In the above configuration, the magnetic flux from the magnetic pole 602 enters from one of the adjacent teeth 502, and the magnetic flux exits from the other tooth 502. When the field element moves relative to the armature, the magnetic flux passing through the teeth 502 alternates. When this alternating magnetic flux is linked to the coil 503 wound around each tooth 502 in an intensive manner, an induced voltage is generated in the coil 503.
Now, when the motor is a multiphase motor and the electrical angle of the teeth 502 with respect to the magnetic pole 602 is appropriately changed for each phase, an appropriate phase difference is generated in the induced voltage of the coil 503 of each phase. Therefore, continuous thrust can be obtained by passing a multiphase alternating current corresponding to the relative position of the armature and the field element through each phase coil 503.

ここで、ある電機子の歯502を通る磁束が最大となるのは、歯502が磁極602に正対したときであり、ある歯の形状についてはその最大磁束は磁極602の厚さと空隙長とで決まる。いま、隣り合う歯502のピッチを磁極602のピッチとほぼ等しくすることを考えると、この場合、両方の歯502を通る二つの磁極602の磁束は、逆向きであるが同時に最大値をとる。   Here, the magnetic flux that passes through the tooth 502 of an armature becomes maximum when the tooth 502 faces the magnetic pole 602. For the shape of a certain tooth, the maximum magnetic flux depends on the thickness of the magnetic pole 602 and the gap length. Determined by. Now, considering that the pitch of the adjacent teeth 502 is substantially equal to the pitch of the magnetic poles 602, in this case, the magnetic fluxes of the two magnetic poles 602 passing through both teeth 502 are opposite but take the maximum value at the same time.

この時、図1(b)に示すようにこの二つの歯502を他の歯から切り離し、二つの歯502で磁束を還流させても磁束の最大値は不変である。一つの歯502が、あるコイル電流値に対して発生する最大推力は、一般的な傾向として磁極602に起因する鎖交磁束の最大値に比例するので、この二つの歯502が生じる最大推力は図1(a)の場合も同(b)の場合も等しい。   At this time, even if the two teeth 502 are separated from the other teeth as shown in FIG. 1B and the magnetic flux is returned by the two teeth 502, the maximum value of the magnetic flux remains unchanged. Since the maximum thrust generated by one tooth 502 for a certain coil current value is proportional to the maximum value of the linkage flux caused by the magnetic pole 602 as a general tendency, the maximum thrust generated by the two teeth 502 is The case of FIG. 1A is the same as the case of FIG.

図1(b)において、両方の歯502にはそれぞれコイル503が別個に巻回されている。ここでは、コアを二歯分ごとに分離したため、二つの歯502の外側を通るコイル部位503aは推力発生に寄与せず、推力発生に寄与しているコイル部位は、二つの歯502に挟まれた部分、いわゆるスロット内にある部分だけとなる(逆に、図1(a)では、コアが多数の歯にまたがって結合しているため、各スロット内の二つのコイル部位は、全て推力発生に寄与している)。
従って、推力発生の観点からは、上記コイル部位503aは不要と言えるが、それぞれの歯502にコイル503が巻回されているため、この構成では外側にもコイル部位503aが存在するのは止むを得ず、二つの外側のコイル部位503aを単に除去することはできない。
In FIG.1 (b), the coil 503 is separately wound by both teeth 502, respectively. Here, since the core is separated for every two teeth, the coil part 503a passing outside the two teeth 502 does not contribute to the generation of thrust, and the coil part contributing to the generation of thrust is sandwiched between the two teeth 502. (In contrast, in FIG. 1 (a), since the core is connected across many teeth, the two coil parts in each slot all generate thrust.) Contributes to).
Therefore, although it can be said that the coil part 503a is unnecessary from the viewpoint of thrust generation, since the coil 503 is wound around each tooth 502, in this configuration, the coil part 503a does not exist on the outside. The two outer coil portions 503a cannot simply be removed.

そこで、図1(b)の構造を上下対象に配置して、同(c)に示すように二つのコアの上辺を重ね合わせる構造を考える。図1(c)において、501A,501Bはコア、602A,602Bは磁極である。
このとき、上下のコア501A,501Bによって同方向の推力を得るためには、磁極602A,602Bによる磁束の方向が上下対象であるため、上下スロット内のコイルにはそれぞれ逆方向の電流を通流する必要がある。従って、上下スロット内のコイル部位503x,503yを一つのコイルによって形成してもよいことになる。
Therefore, a structure in which the structure of FIG. 1B is arranged on the top and bottom and the upper sides of the two cores are overlapped as shown in FIG. In FIG. 1C, 501A and 501B are cores, and 602A and 602B are magnetic poles.
At this time, in order to obtain the thrust in the same direction by the upper and lower cores 501A and 501B, the direction of the magnetic flux by the magnetic poles 602A and 602B is the upper and lower objects. There is a need to. Therefore, the coil portions 503x and 503y in the upper and lower slots may be formed by one coil.

つまり、結果としてできた断面ほぼH形のコア(コア501A,501Bからなる)の中央幹部にコイルを集中的に巻回した構成(コアユニット)を、一相の推力発生単位として考えることができる。ここで、H形コアの前記中央幹部に直交する両辺部の端面は、空隙を介して磁極602A,602Bに対向している。
この構造では電機子の上下両方に界磁子があることから、吸引力相殺形のリニアモータになることが分かる。
なお、単相モータの場合には、図1(c)に示すコアユニットを一つだけ用いて、振動アクチュエータとして用いることが可能である。
That is, a configuration (core unit) in which a coil is intensively wound around a central trunk portion of a core having a substantially H-shaped cross section (consisting of the cores 501A and 501B) as a result can be considered as a one-phase thrust generation unit. . Here, the end faces of both sides orthogonal to the central trunk of the H-shaped core are opposed to the magnetic poles 602A and 602B through a gap.
In this structure, since the field elements are present on both the upper and lower sides of the armature, it can be understood that the linear motor is an attractive force canceling type.
In the case of a single-phase motor, it is possible to use only one core unit shown in FIG. 1C as a vibration actuator.

図2は、図1(c)の構造を基本とするコアユニットを、コイルの軸方向に複数並べて一体化することにより多相リニアモータを構成した例であり、550は電機子、650A,650Bは界磁子、601A,601Bは界磁子ヨークである。
多相モータの場合、コアユニットを各相ごとに割り付けて各相ごとに磁極に対する相対位置を適切に変えてやればよい。例えば、図2は三相モータの一構成例であり、三相各相に割り付けたコアユニット504,505,506は電気角で60°ずつずれて配置されている。なお、504C,505C,506CはH形コア、507,508,509はコイルである。
FIG. 2 shows an example in which a multiphase linear motor is constructed by integrating a plurality of core units based on the structure shown in FIG. 1C in the axial direction of the coil. 550 is an armature, and 650A and 650B. Is a field element, and 601A and 601B are field element yokes.
In the case of a multiphase motor, the core unit may be assigned to each phase and the relative position with respect to the magnetic pole may be appropriately changed for each phase. For example, FIG. 2 shows a configuration example of a three-phase motor, and the core units 504, 505, and 506 assigned to the three-phase phases are arranged with an electrical angle of 60 °. 504C, 505C, and 506C are H-shaped cores, and 507, 508, and 509 are coils.

図2において、左右のコイル507,509の極性を中央のコイル508の極性に対して反転させれば、三つのコイル507〜509の磁極602A,602Bに起因する誘起電圧は電気角で120°の位相差をもって分布することになり、三相モータとして機能することが分かる。
また、コア504C,505C,506Cの形状は、図1(c)の概念図と異なって図2に示すように界磁子650A,650B(磁極602A,602B)との対向面の先端部が側方に反り出した形状でもよい。
In FIG. 2, if the polarities of the left and right coils 507 and 509 are reversed with respect to the polarity of the central coil 508, the induced voltage caused by the magnetic poles 602A and 602B of the three coils 507 to 509 is 120 ° in electrical angle. It will be distributed with a phase difference, and it turns out that it functions as a three-phase motor.
Also, the shapes of the cores 504C, 505C, and 506C are different from the conceptual diagram of FIG. 1C, and the tip portions of the facing surfaces of the field elements 650A and 650B (magnetic poles 602A and 602B) are on the side as shown in FIG. The shape may warp in the direction.

図2に示すHコア形リニアモータの利点は、以下の通りである。
(1)図1(a)〜(c)を用いた説明で述べたように、推力発生に不要なコイル部位を除去した構造に相当するため、銅損を低減することができる。これは発熱量の低減を意味しており、従来と同程度の発熱を許容する場合、電流をより多く流すことができ、体積当たりの推力を増加させることができる。
(2)不要なコイル部位が無くなった分、図2に示すようにコア504C,505C,506Cを近接して配置できるため、電機子の体積当たりの推力を増加させることができる。
The advantages of the H-core linear motor shown in FIG. 2 are as follows.
(1) As described in the description with reference to FIGS. 1A to 1C, this corresponds to a structure in which a coil portion unnecessary for thrust generation is removed, so that copper loss can be reduced. This means a reduction in the amount of heat generated. When heat generation similar to that in the prior art is allowed, a larger amount of current can be passed and the thrust per volume can be increased.
(2) Since there are no unnecessary coil parts, the cores 504C, 505C, and 506C can be arranged close to each other as shown in FIG. 2, so that the thrust per volume of the armature can be increased.

なお、図2の構成において、断面ほぼH形のコア及びこのコアに巻回されたコイルからなる電機子550を、便宜的に第1構成要素といい、この電機子550に空隙を介して磁極602A,602B(いわば、コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた磁性体)が対向する界磁子650A,650Bを、便宜的に第2構成要素というものとする。   In the configuration of FIG. 2, the armature 550 including a core having a substantially H-shaped cross section and a coil wound around the core is referred to as a first component for convenience, and the armature 550 is provided with a magnetic pole via a gap. For convenience, the field elements 650A and 650B facing each other 602A and 602B (so-called magnetic body having a surface having periodic magnetic characteristics in the axial direction of the coil) are referred to as second constituent elements.

次に、図3は本発明の第2実施形態を示す主要部の構成図であり、請求項2の発明に相当する。
本発明の主たる特徴は電機子にあるが、これに対して、界磁子の構造としては一般のモータと同様に様々なものが考えられる。まず、前述したごとく、界磁子の磁極として永久磁石を用いる構成が考えられ、この場合には永久磁石の磁束を利用していることから高効率で推力が大きいという特徴を有する。
Next, FIG. 3 is a configuration diagram of a main part showing a second embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 2.
The main feature of the present invention resides in the armature. On the other hand, various structures of the field element are conceivable as in a general motor. First, as described above, a configuration in which a permanent magnet is used as the magnetic pole of the field element is conceivable. In this case, since the magnetic flux of the permanent magnet is used, there is a feature of high efficiency and large thrust.

このように永久磁石を用いる場合には、図3に示すように、界磁子ヨーク606の表面に、永久磁石からなるN,S極の磁極604と突起605とを交互に周期的に配置してもよい。更に、図示しないが、永久磁石からなる磁極を鉄心に埋め込んだ、いわゆるIPM形としてもよいのは勿論である。   When using a permanent magnet in this way, as shown in FIG. 3, N and S magnetic poles 604 and protrusions 605 made of permanent magnets are alternately and periodically arranged on the surface of the field element yoke 606. May be. Further, although not shown, it is a matter of course that a so-called IPM type in which a magnetic pole made of a permanent magnet is embedded in an iron core may be used.

図4は、本発明の第3実施形態を示す主要部の構成図である。
この実施形態では、界磁子ヨーク606の突起に界磁コイル607を巻回することで界磁極608が構成されており、図示されていない電機子コア(H形コア)に対向する界磁極608の表面によって周期的な磁気特性を有する磁極面が形成される。
FIG. 4 is a configuration diagram of a main part showing a third embodiment of the present invention.
In this embodiment, a field pole 608 is formed by winding a field coil 607 around a protrusion of a field element yoke 606, and a field pole 608 facing an armature core (H-shaped core) (not shown). A magnetic pole surface having periodic magnetic characteristics is formed by the surface of the magnetic field.

図5は、本発明の第4実施形態を示す構成図である。
この実施形態における界磁子は、界磁子ヨーク601A,601Bの対向面に複数の突起609を並設することにより、H形コア504C,505C,506Cに対向する突起609の表面に周期的な磁気特性を有する磁極面を形成し、電機子550及び界磁子651A,651Bによってリラクタンス力を利用したモータを構成したものである。なお、電機子550の構成は実質的に図2と同様である。
界磁子としては、その長手方向に周期的な磁気特性を持つものであればよいので、図5のような突起609のみならず、界磁子表面付近に所定間隔で周期的な空洞部を設けて磁気抵抗を高めるような構成であってもよい。
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
The field element in this embodiment has a plurality of protrusions 609 arranged in parallel on the opposing surfaces of the field element yokes 601A and 601B, thereby periodically forming the surface of the protrusion 609 facing the H-shaped cores 504C, 505C and 506C. A magnetic pole surface having magnetic characteristics is formed, and a motor using reluctance force is constituted by the armature 550 and the field elements 651A and 651B. The configuration of the armature 550 is substantially the same as that shown in FIG.
Any field element may be used as long as it has a periodic magnetic characteristic in the longitudinal direction. Therefore, not only the protrusion 609 as shown in FIG. It may be configured to increase the magnetic resistance.

図6は、本発明の第5実施形態を示す構成図である。
この実施形態では、界磁子ヨーク610A,610Bの対向面に複数の子歯611を形成して界磁子652A,652Bを形成すると共に、電機子551のコア510C,511C,512Cの界磁子652A,652Bとの対向面にもほぼ等ピッチの小歯513を設けたものであり、これによってステッピングモータの原理でアクチュエータを動作させることができる。
この際、界磁子あるいは電機子の何れか一方または両方に永久磁石を配置して、ハイブリッド形ステッピングモータを構成することも可能である。
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
In this embodiment, a plurality of child teeth 611 are formed on the opposing surfaces of the field element yokes 610A and 610B to form the field elements 652A and 652B, and the field elements of the cores 510C, 511C, and 512C of the armature 551 are formed. Small teeth 513 having a substantially equal pitch are also provided on the surface facing 652A and 652B, whereby the actuator can be operated on the principle of a stepping motor.
At this time, it is also possible to constitute a hybrid stepping motor by arranging permanent magnets in either or both of the field element and the armature.

図7は、本発明の第6実施形態を示す界磁子の上面図及び側面図である。
この実施形態は、平板状の鉄心654とはしご形の導体655とを組み合わせて誘導形の界磁子653を構成したものである。このような構成は誘導形リニアモータとして知られており、代表的な用途としては鉄道駆動用のリニアモータがある。
FIG. 7 is a top view and a side view of a field element showing a sixth embodiment of the present invention.
In this embodiment, an inductive field element 653 is configured by combining a flat iron core 654 and a ladder-shaped conductor 655. Such a configuration is known as an induction type linear motor, and a typical application is a linear motor for driving a railway.

なお、上述した図4〜図7の実施形態は、何れも請求項1の発明に包含されるものである。   It should be noted that any of the above-described embodiments of FIGS. 4 to 7 is included in the invention of claim 1.

図8は、本発明の第7実施形態を示す構成図であり、請求項3の発明に相当する。
本発明に係るリニア電磁アクチュエータによって多相リニアモータを実現する場合、各コアユニットの相対位置及び結線を適切に行う必要がある。ここではその方法を説明する。
FIG. 8 is a block diagram showing a seventh embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 3.
When a multiphase linear motor is realized by the linear electromagnetic actuator according to the present invention, it is necessary to appropriately perform the relative position and connection of each core unit. This method will be described here.

図8は三相モータの例であり、各相2個、合計6個のコアユニットU1,V1,W1,U2,V2,W2が用いられている。ここで、6個のコアユニットU1,V1,W1,U2,V2,W2は全体として一体的に形成されて1個の電機子552を構成している。見方を変えれば、図2に示した電機子550を2個連結して図8の電機子552が構成されている。   FIG. 8 shows an example of a three-phase motor, in which two cores U1, V1, W1, U2, V2, and W2 are used for each phase. Here, the six core units U 1, V 1, W 1, U 2, V 2, W 2 are integrally formed as a whole to constitute one armature 552. In other words, two armatures 550 shown in FIG. 2 are connected to form the armature 552 shown in FIG.

図8において、各コアユニットU1,V1,W1,U2,V2,W2(コイル507,508,509,514,515,516)の位置は、それぞれ電気角で60°,0°,−60°,−90°,210°,150°である。全コイル507,508,509,514,515,516は、図示しない手段によって一体に固定されているため、電機子552と界磁子650A,650Bとの相対位置が変化した場合、各コアユニットU1,V1,W1,U2,V2,W2同士の相対位置は不変のまま、全コアユニットの位置が等しく変化する。   In FIG. 8, the positions of the core units U1, V1, W1, U2, V2, W2 (coils 507, 508, 509, 514, 515, 516) are 60 °, 0 °, −60 ° in electrical angle, respectively. -90 °, 210 °, and 150 °. Since all the coils 507, 508, 509, 514, 515, and 516 are integrally fixed by means (not shown), when the relative positions of the armature 552 and the field elements 650A and 650B change, each core unit U1. , V1, W1, U2, V2, and W2 remain unchanged and the positions of all core units change equally.

モータでは一般に、コイルの極性を反転することによって電気角位相が180°変化するので、この実施形態でも、1個おきのコイル507,509,515の極性を他のコイル508,514,516の極性に対して反転させることにより、各コイル507,508,509,514,515,516の位相を、それぞれ、
−120°,0°,120°,−90°,30°,150°とすることができる。
In general, in the motor, the electrical angle phase is changed by 180 ° by reversing the polarity of the coil. Therefore, in this embodiment, the polarity of every other coil 507, 509, 515 is changed to the polarity of the other coils 508, 514, 516. , The phases of the coils 507, 508, 509, 514, 515, 516 are respectively
It can be set to −120 °, 0 °, 120 °, −90 °, 30 °, and 150 °.

よって、図9に示す如く、コイル508と515、509と516、507と514をそれぞれ直列に接続し、更に各直列回路をY結線または△結線すれば、各相の平均位相はそれぞれ−105°,15°,135°というように120°間隔の分布になるので、三相モータを構成することができる。
以上の説明から、帰納的に次のことが言える。すなわち、相数をnとし、各相当たりのコイル個数(コアユニットの個数)をkとした場合(n,kは自然数)、各相におけるk個のコイルの電気角位相の平均値が、(360/n)°で分布するように構成すれば、n相リニアモータを構成することができる。
Therefore, as shown in FIG. 9, if the coils 508 and 515, 509 and 516, and 507 and 514 are connected in series, and each series circuit is Y-connected or Δ-connected, the average phase of each phase is −105 °. , 15 °, 135 °, and so on, with a 120 ° interval distribution, a three-phase motor can be configured.
From the above explanation, the following can be said inductively. That is, when the number of phases is n and the number of coils per each phase (number of core units) is k (n and k are natural numbers), the average value of the electrical angle phases of k coils in each phase is ( If it is configured to be distributed at 360 / n) °, an n-phase linear motor can be configured.

次に、図10は本発明の第8実施形態を示す主要部の構成図であり、前後するが請求項7の発明に相当する。
この実施形態はH形コアの構造に関するものであり、図10に示す如くH形コアを中央幹部で分割し、同一構造の断面ほぼT字形のコア部材517A,517Bを接合することによりコア517が構成される。なお、520はコイルを示す。
Next, FIG. 10 is a configuration diagram of a main part showing an eighth embodiment of the present invention.
This embodiment relates to the structure of the H-shaped core. As shown in FIG. 10, the H-shaped core is divided at the central trunk portion, and the core members 517A and 517B having the same structure and having substantially T-shaped cross sections are joined. Composed. Reference numeral 520 denotes a coil.

上記構成により、コイルの占積率を向上することができる。すなわち、H形コアが非分割構造でスロット開口部が狭い場合には、中央幹部へのコイルの巻回はスロット内部にノズルを挿入して行うことになるため、コイルを整列させられず、隙間が生じるため占積率を高めることができない。これに対して、図10のようにH形コアを分割構造にすると、占積率の高いボビンコイル、または自己融着線による空芯コイルを用いることができる。
こうしてコイルの占積率を高めることにより、推力発生に必要な電流を通流した場合の発生損失を低減できるため、モータの推力発生効率を高めることができる。また、同一構造のコア部材を2個用いれば良いため、部品の種類も少なくて済む。
With the above configuration, the space factor of the coil can be improved. That is, when the H-shaped core is non-divided and the slot opening is narrow, the coil is wound around the central trunk portion by inserting a nozzle inside the slot. Therefore, the space factor cannot be increased. On the other hand, when the H-shaped core is divided as shown in FIG. 10, a bobbin coil having a high space factor or an air-core coil using a self-bonding wire can be used.
By increasing the coil space factor in this way, it is possible to reduce the generation loss when the current necessary for generating the thrust is passed, so that the thrust generation efficiency of the motor can be increased. Further, since two core members having the same structure may be used, the number of types of parts may be reduced.

図11、図12は本発明の第9実施形態を示す主要部の構成図であり、請求項8の発明に相当する。
この実施形態は、H形コア518を、基本的に図11のように断面ほぼT字形のコア部材518Aと断面ほぼI字形のコア部材518Bとの結合構造により実現したものである。この実施形態では、図11の変形例として示す図12のように、二つのコア部材519A,519Bを嵌合構造で結合してコア519を構成することにより、機械的強度を高めることができる。
FIG. 11 and FIG. 12 are configuration diagrams of main parts showing a ninth embodiment of the present invention, and correspond to the invention of claim 8.
In this embodiment, the H-shaped core 518 is realized by a coupling structure of a core member 518A having a substantially T-shaped cross section and a core member 518B having a substantially I-shaped cross section as shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 12 as a modification of FIG. 11, the mechanical strength can be increased by configuring the core 519 by connecting two core members 519 </ b> A and 519 </ b> B with a fitting structure.

図13は本発明の第10実施形態を示す主要部の上面図及び側面図であり、請求項6の発明に相当する。この実施形態は、H形コアの固定手段に関するものである。
図13に示すように、コアユニット521を構成するH形コア522の中央幹部の近傍でコイル520が巻回されない部位に、H形状断面を表裏に貫通する貫通孔523が設けられている。なお、コア522を積層鋼板により形成する場合、鋼板を打ち抜く際に貫通孔523を設けておけばよいため、追加工の必要はない。
上記の貫通孔523の位置は、中央幹部の中心の延長線上で、できるだけ外側とすることが望ましい。なぜならば、中央幹部の延長線からずれても内側に寄っても、磁束の流れの妨げになって局部的な磁気飽和を引き起こすためである。
FIG. 13 is a top view and a side view of a main part showing a tenth embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 6. This embodiment relates to fixing means for the H-shaped core.
As shown in FIG. 13, a through-hole 523 that penetrates the H-shaped cross section on the front and back sides is provided at a site where the coil 520 is not wound in the vicinity of the central trunk portion of the H-shaped core 522 constituting the core unit 521. Note that when the core 522 is formed of a laminated steel plate, it is only necessary to provide the through-hole 523 when the steel plate is punched, and thus no additional processing is necessary.
The position of the through hole 523 is desirably as far as possible on the extension line of the center of the central trunk. This is because the magnetic flux flow is hindered to cause local magnetic saturation regardless of whether it is shifted from the extension line of the central trunk portion or inward.

一方、524,525は、複数のコアユニット521を挟み込んで一体的に固定するための第1,第2の保持部材であり、第2の保持部材525にはボルト526が挿通されていると共に、第1の保持部材524とあいまってコアユニット521を挟み込んだ状態で第1の保持部材524に締結可能である。なお、各保持部材524,525の内面には、コイル520を受容するための凹部527がそれぞれ形成されている。   On the other hand, 524 and 525 are first and second holding members for sandwiching and fixing a plurality of core units 521, and a bolt 526 is inserted into the second holding member 525. The first holding member 524 can be fastened to the first holding member 524 with the core unit 521 sandwiched therebetween. A recess 527 for receiving the coil 520 is formed on the inner surface of each holding member 524, 525.

この実施形態によれば、二つの保持部材524,525を用い、コイルの軸を中心とした両側から複数のコアユニット521を挟み込んだ状態でボルト526により締結し、その全体を一体化することで、機械剛性の高い電機子を形成することができる。
なお、ボルト526を用いて締結した後で、電機子の隙間を埋めるモールドを施すこともできる。この場合、機械強度が更に高まると共に、熱伝導率の高いモールド材を用いることによってコイル520を効率よく放熱することが可能となる。
図13に示したH形コアの固定手段は、先に述べた各実施形態にも適用可能である。
According to this embodiment, the two holding members 524 and 525 are used, fastened by the bolts 526 with the plurality of core units 521 sandwiched from both sides around the axis of the coil, and the whole is integrated. An armature with high mechanical rigidity can be formed.
In addition, after fastening using the bolt 526, a mold that fills the gap between the armatures can be applied. In this case, the mechanical strength is further increased, and the coil 520 can be efficiently dissipated by using a molding material having a high thermal conductivity.
The fixing means for the H-shaped core shown in FIG. 13 can be applied to the above-described embodiments.

さて、図8に示したような三相構成のリニアモータでは、コアユニットの並べ方として様々な方式が考えられ、それぞれ得失がある。以下では、コアユニットの並べ方に特徴を有する各実施形態について説明する。   Now, in the linear motor having the three-phase configuration as shown in FIG. 8, various methods can be considered for arranging the core units, and each has advantages and disadvantages. Below, each embodiment which has the characteristic in how to arrange a core unit is described.

まず、図14は本発明の第11実施形態を示す構成図であり、前後するが請求項4の発明に相当する。
図14は三相でコアユニットの総数が6個、すなわちn=3,k=2の例であり、前記同様にU1,V1,W1,U2,V2,W2はコアユニット、507,508,509,514,515,516はコイルを示す。
First, FIG. 14 is a block diagram showing an eleventh embodiment of the present invention, which corresponds to the invention of claim 4 although it is around.
FIG. 14 shows an example in which the total number of core units is six, i.e., n = 3, k = 2, and U1, V1, W1, U2, V2, and W2 are core units, 507, 508, and 509 in the same manner as described above. , 514, 515, 516 denote coils.

各相に属するそれぞれ2個のコアユニットは隣り合うように(U1とU2、V1とV2、W1とW2)配置されており、かつ、各相のコアユニット群U0,V0,W0が順次配置されて電機子(第一構成要素)553が構成されている。図14では、各相のコアユニット群U0,V0,W0に属するコイル508と515,509と516,507と514の電気角はそれぞれ等しくなっており、また、三相で互いに120°ずつずれている(V相のコイル509,516の極性をU,W相に対して反転させることによる)。
この構成によれば、各相のコイル同士が近接しているため、前述した図9のように結線する上で配線が容易になるという利点がある。
Two core units belonging to each phase are arranged so as to be adjacent to each other (U1 and U2, V1 and V2, W1 and W2), and core unit groups U0, V0, and W0 of each phase are sequentially arranged. Thus, an armature (first component) 553 is configured. In FIG. 14, the electrical angles of the coils 508, 515, 509, 516, 507, and 514 belonging to the core unit groups U0, V0, and W0 of each phase are equal to each other, and are shifted from each other by 120 ° in three phases. (By reversing the polarity of the V-phase coils 509 and 516 with respect to the U and W phases).
According to this configuration, since the coils of the respective phases are close to each other, there is an advantage that wiring is facilitated when connecting as shown in FIG. 9 described above.

図15は本発明の第12実施形態を示す構成図であり、第11実施形態と同様に請求項4の発明に相当する。
この実施形態では、電機子554の各相のコアユニット群U0,V0,W0に属するコイル508と515,509と516,507と514の電気角が、それぞれ30°の位相差を有している。このような構成は、誘起電圧に含まれる高調波やコギング力を低減して推力の平滑化を図りたい場合に有効である。
FIG. 15 is a block diagram showing a twelfth embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 4 as in the eleventh embodiment.
In this embodiment, the electrical angles of the coils 508, 515, 509, 516, 507, and 514 belonging to the core unit groups U0, V0, and W0 of each phase of the armature 554 have a phase difference of 30 °, respectively. . Such a configuration is effective when it is desired to smooth the thrust by reducing the harmonics and cogging force included in the induced voltage.

また、図16は本発明の第13実施形態を示す構成図であり、請求項5の発明に相当する。
この実施形態は、図14,図15と同様にn=3,k=2の例である。また、図8と同様に、各相に属するコアユニットU1,V1,W1,U2,V2,W2が一つずつ隣り合うように配置されて三相のコアユニット群G1,G2が二つ形成され、個々のコアユニット群G1,G2では、各コイルの電気角が互いに120°ずつずれている。(U相のコイルの極性をW,V相に対して反転させることによる)。このコアユニット群G1,G2を並べることにより電機子555が構成されている。なお、図16の例では、二つのコアユニット群G1,G2の電気角は等しくなっている。
FIG. 16 is a block diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 5.
This embodiment is an example in which n = 3 and k = 2 as in FIGS. Similarly to FIG. 8, the core units U1, V1, W1, U2, V2, and W2 belonging to each phase are arranged adjacent to each other to form two three-phase core unit groups G1 and G2. In the individual core unit groups G1 and G2, the electrical angles of the coils are shifted from each other by 120 °. (By reversing the polarity of the U-phase coil with respect to the W and V phases). An armature 555 is configured by arranging the core unit groups G1 and G2. In the example of FIG. 16, the electrical angles of the two core unit groups G1, G2 are equal.

この実施形態では、単一のコアユニット群だけで三相のリニアモータとして機能するので、これを最小構成単位とすることができ、発生推力を増大させたい場合には所要数のコアユニット群を連結すればよいため、安価に製品を系列化することができる。
なお、図8に示した構成も請求項8に包含される。図8の例では、二つのコアユニット群で電気角が30°ずれており、誘起電圧に含まれる高調波とコギング力の抑制に有効である。
In this embodiment, only a single core unit group functions as a three-phase linear motor. Therefore, this can be set as the minimum structural unit, and when it is desired to increase the generated thrust, a required number of core unit groups are selected. Since they only need to be connected, products can be grouped at low cost.
The configuration shown in FIG. 8 is also included in claim 8. In the example of FIG. 8, the electrical angle is shifted by 30 ° between the two core unit groups, which is effective in suppressing harmonics and cogging force included in the induced voltage.

図17は本発明の第14実施形態を示す構成図であり、請求項6の発明に相当する。
図16の構成によれば、一つのコアユニット群でn相(例えば三相)リニアモータを構成しているため、これに属する各相のコアユニット(コイル)の電気角を相数に応じて分布させる必要がある。
FIG. 17 is a configuration diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention, and corresponds to the invention of claim 6.
According to the configuration of FIG. 16, an n-phase (for example, three-phase) linear motor is configured by one core unit group. Therefore, the electrical angle of each phase core unit (coil) belonging to the core unit group depends on the number of phases. It is necessary to distribute.

具体的には、相数が奇数の場合には360°を相数で割った角度(360°/n)で、また、相数が偶数の場合には180°を相数で割った角度(180°/n)で、それぞれ分布させる必要がある。ただし、前述のようにこれらの電気角はコイル極性を反転することによって180°変化させることができるため、nが奇数の場合でもやはり(180°/n)で分布させればよい。   Specifically, when the number of phases is an odd number, an angle obtained by dividing 360 ° by the number of phases (360 ° / n), and when the number of phases is an even number, an angle obtained by dividing 180 ° by the number of phases ( At 180 ° / n), it is necessary to distribute each. However, as described above, these electrical angles can be changed by 180 ° by reversing the coil polarity. Therefore, even if n is an odd number, it may be distributed at (180 ° / n).

例えば、nが奇数であり、各相のコアユニットのコイルの電気角が、それぞれ、
180°/n,2×180°/n,3×180°/n,……,(n−1)×80°/n,180°
ならば、奇数番目のコアユニットのコイルの極性を反転させて180°変化させることにより、
{(n+1)/2}×360°/n,360°/n,{(n+3)/2}×360°/n,……,{(2n−1)/2}×360°/n,180°
となり、これを並び替えると、
360°/n,2×360°/n,……,180°,……,{(2n−1)/2}×360°/n
となって、(360°/n)で分布するようになる。
For example, n is an odd number, and the electrical angle of the coil of each phase core unit is respectively
180 ° / n, 2 × 180 ° / n, 3 × 180 ° / n, ..., (n-1) × 80 ° / n, 180 °
Then, by reversing the polarity of the coil of the odd-numbered core unit and changing it by 180 °,
{(N + 1) / 2} × 360 ° / n, 360 ° / n, {(n + 3) / 2} × 360 ° / n,..., {(2n−1) / 2} × 360 ° / n, 180 °
And rearranging this,
360 ° / n, 2 × 360 ° / n,…, 180 °,…, {(2n−1) / 2} × 360 ° / n
And distributed at (360 ° / n).

従って、隣り合うコイルの位相ずれが180°/nであれば、全てのコイルの位相角が順次所定の電気角だけずれることになり、都合がよい。これを実現するためには、隣り合うコアユニットを密接して並べた場合の電気角位相差が180°/n未満になってはならないことになる。これはすなわち、コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で(360°−180°/n)以下でなければならないことを意味する。   Therefore, if the phase shift between adjacent coils is 180 ° / n, the phase angles of all the coils are sequentially shifted by a predetermined electrical angle, which is convenient. In order to realize this, the electrical angle phase difference when adjacent core units are closely arranged must not be less than 180 ° / n. This means that the length along the moving direction of the core unit must be not more than (360 ° -180 ° / n) in electrical angle.

逆に、コアユニットの移動方向の長さがこれ以上の場合には、各コイルの電気角位相を所定の関係とするためにはコアユニットを密接して並べることができなくなり、無駄な空間をコアユニット間に設ける必要に迫られる結果、装置の大型化を招くことになる。
ここで、図17の例は三相であるため、図に記載するごとく、コアユニットU1,V1,W1の移動方向長さの上限は360°−180°/3=300°ということになる。この条件を満足するようにすれば、各コアユニットW1,U1,V1をコイル507,508,509の電気角が所定の関係になるように無駄なく配置することができる。
On the other hand, if the length of the core unit in the moving direction is longer than this, the core units cannot be closely arranged in order to make the electrical angle phases of the coils have a predetermined relationship. As a result, it is necessary to provide between the core units, resulting in an increase in the size of the apparatus.
Here, since the example of FIG. 17 has three phases, as shown in the figure, the upper limit of the moving direction length of the core units U1, V1, and W1 is 360 ° −180 ° / 3 = 300 °. If this condition is satisfied, the core units W1, U1, and V1 can be disposed without waste so that the electrical angles of the coils 507, 508, and 509 have a predetermined relationship.

なお、図14〜図17の実施形態についても、図10〜図12に示したH形コアの構造や図13に示したH形コアの固定手段を適用することができる。
更に、図14〜図17に示したコアユニットの並べ方は、n=3,k=2以外の場合にも勿論、適用可能である。
14 to 17, the structure of the H-shaped core shown in FIGS. 10 to 12 and the fixing means for the H-shaped core shown in FIG. 13 can be applied.
Furthermore, the arrangement of the core units shown in FIGS. 14 to 17 is naturally applicable to cases other than n = 3 and k = 2.

本発明の第1実施形態の概念的な説明図である。It is a conceptual explanatory view of the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による多相リニアモータの構成図である。It is a block diagram of the multiphase linear motor by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態を示す主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示す主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6実施形態を示す界磁子の上面図及び側面図である。It is the top view and side view of a field element which show 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 7th Embodiment of this invention. 図8における各相のコイルの結線図である。FIG. 9 is a connection diagram of coils of each phase in FIG. 8. 本発明の第8実施形態を示す主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態を示す主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 9th Embodiment of this invention. 本発明の第9実施形態を示す主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10実施形態を示す主要部の上面図及び側面図である。It is the top view and side view of the principal part which show 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 12th Embodiment of this invention. 本発明の第13実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 13th Embodiment of this invention. 本発明の第14実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 14th Embodiment of this invention. 第1の従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st prior art. 第2の従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows a 2nd prior art. 第3の従来技術を示す構成図である。It is a block diagram which shows a 3rd prior art.

符号の説明Explanation of symbols

501,501A,501B:コア
502:歯
503,507,508,509,514,515,516,520:コイル
503a,503x,503y:コイル部位
504,505,506,510,511,512,521,U1,U2,V1,V2,W1,W2:コアユニット
U0,V0,W0,G1,G2:コアユニット群
504C,505C,506C,510C,511C,512C,517,518,519,522:コア
509:小歯
517A,517B,518A,518B,519A,519B:コア部材
523:貫通孔
524,525:保持部材
526:ボルト
527:凹部
550〜556:電機子
601A,601B,606,610A,610B:界磁子ヨーク
602,602A,602B:磁極
607:界磁コイル
608:界磁極
605,609:突起
611:小歯
650A,650B,651A,651B,652A,652B,653:界磁子
654:導体
655:はしご形導体
501, 501A, 501B: Core 502: Teeth 503, 507, 508, 509, 514, 515, 516, 520: Coil 503a, 503x, 503y: Coil parts 504, 505, 506, 510, 511, 512, 521, U1 , U2, V1, V2, W1, W2: Core units U0, V0, W0, G1, G2: Core unit groups 504C, 505C, 506C, 510C, 511C, 512C, 517, 518, 519, 522: Core 509: Small Teeth 517A, 517B, 518A, 518B, 519A, 519B: Core member 523: Through hole 524, 525: Holding member 526: Bolt 527: Recess 550-556: Armature 601A, 601B, 606A, 610A, 610B: Field element Yoke 602, 602A, 602B: magnetic pole 6 07: Field coil 608: Field magnetic pole 605, 609: Projection 611: Small teeth 650A, 650B, 651A, 651B, 652A, 652B, 653: Field element 654: Conductor 655: Ladder-shaped conductor

Claims (9)

磁性体からなる断面ほぼH形のコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、前記コイルの軸方向に1個以上配置してなる第1構成要素と、
前記コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた二つの磁性体を、前記の面が前記コアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第2構成要素と、を備え、
第1構成要素及び第2構成要素が前記コイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
One or more core units including a core having a substantially H-shaped cross section made of a magnetic material and a coil that is wound around the central trunk of the core and through which an alternating current flows are arranged in the axial direction of the coil. A first component;
A second component formed by arranging two magnetic bodies each having a surface having periodic magnetic characteristics in the axial direction of the coil such that the surfaces face the core with a gap therebetween; Prepared,
The linear electromagnetic actuator, wherein the first component and the second component are relatively movable in the axial direction of the coil.
磁性体からなり、かつほぼH形の断面形状を有するコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、前記コイルの軸方向に1個以上配置してなる第1構成要素と、
前記コイルの軸方向にN,S磁極を交互に周期的に配置してなる二つの磁性体を、前記N,S磁極が前記コアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第2構成要素と、を備え、
第1構成要素及び第2構成要素が前記コイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
One core unit made of a magnetic material and having a substantially H-shaped cross section and a coil wound around the central trunk of the core and through which an alternating current flows is provided in the axial direction of the coil. A first component arranged as described above;
A second magnetic body in which N and S magnetic poles are alternately and periodically arranged in the axial direction of the coil is disposed so that the N and S magnetic poles face the core with a gap therebetween. A component, and
The linear electromagnetic actuator, wherein the first component and the second component are relatively movable in the axial direction of the coil.
請求項1または2に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
一相分がk個のコアユニットをn相分用い(k,nは何れも自然数)、かつ、各相のコアユニットを構成するコイルの、第2構成要素の周期的な磁気特性に対する電気角位相の平均値が(360/n)°で分布するように第1構成要素を構成して前記コイルにn相交流電力を供給することを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
The linear electromagnetic actuator according to claim 1 or 2,
The electrical angle with respect to the periodic magnetic characteristics of the second component of the coil constituting the core unit of each phase using k core units of n phases (k and n are both natural numbers). A linear electromagnetic actuator comprising: a first component configured to distribute an average value of phases at (360 / n) ° and supplying n-phase AC power to the coil.
請求項3に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第1構成要素は、k個のコアユニットを隣り合わせて配置した一相分のコアユニット群をn相分並べて配置してなることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
The linear electromagnetic actuator according to claim 3,
The first component is a linear electromagnetic actuator characterized in that one phase of a core unit group in which k core units are arranged adjacent to each other is arranged side by side for n phases.
請求項3に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第1構成要素は、各相につき1個ずつ隣り合わせて配置したn個のコアユニットをk個並べて配置してなることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
The linear electromagnetic actuator according to claim 3,
The first component element is a linear electromagnetic actuator characterized in that k core units arranged in a row are arranged side by side, one for each phase.
請求項5に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で(360°−180°/n)以下であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
The linear electromagnetic actuator according to claim 5,
The linear electromagnetic actuator characterized in that the length along the moving direction of the core unit is an electrical angle of (360 ° -180 ° / n) or less.
請求項1〜6の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアを、前記中央幹部で分割された断面ほぼT字形のコア部材を2個組み合わせて構成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
In the linear electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 6,
A linear electromagnetic actuator characterized in that the core is composed of two core members each having a substantially T-shaped cross section divided by the central trunk.
請求項1〜6の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアを、断面ほぼT字形及び断面ほぼI字形のコア部材を組み合わせて構成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
In the linear electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 6,
A linear electromagnetic actuator characterized in that the core is configured by combining core members having a substantially T-shaped cross section and a substantially I-shaped cross section.
請求項1〜8の何れか1項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアの、前記中央幹部付近のコイルが巻回されない部位に貫通孔を形成し、前記コイルの軸を中心とする両側から第1,第2の保持部材により前記コイルユニットを挟み込んで前記貫通孔を介し両保持部材をボルトにて締結することを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
The linear electromagnetic actuator according to any one of claims 1 to 8,
A through hole is formed in a portion of the core where the coil near the central trunk is not wound, and the coil unit is sandwiched by first and second holding members from both sides centering on the coil axis. A linear electromagnetic actuator characterized in that both holding members are fastened by bolts via a bolt.
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