JP2006136156A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を可動子側に配置したリニアモータにおいて、永久磁石のみにスキューを施すことでモータサイズとコストを抑制する。
【解決手段】三相交流巻線５６，５７，５８が巻かれた可動子ブロック５３，５４，５５を直方体とし、この直方体の一辺が可動子の移動方向に沿うように、これらを配置する。一方、可動子ブロック表面に配置した永久磁石５９，６４を可動子移動方向に直交する方向に対し、所定角度θだけ傾けて配置する。各可動子ブロックは、固定板７０の可動子固定部７１に嵌め込まれ、その後可動子全体をモールド樹脂７２で覆い、固定する。永久磁石を傾けることにより、推力リップルを低減する。その一方、可動子ブロックを斜めに固定する必要がなく、これらが固定される固定板の加工コストが低減され、また、斜めの配置によるモータサイズの増加を抑制することができる。
【選択図】図２（ｂ）

Description

本発明は、工作機械等の産業機械で使用するリニアモータに関する。

従来から、工作機械等の産業機械では、高速、高精度化を実現するための手段としてリニアモータが使用されている。このようなリニアモータの中で、特に長ストロークの機械において、高価な永久磁石を可動子側に配置することで、永久磁石の使用量を少なくして、モータの低コスト化を実現した下記特許文献１〜３に開示されているようなリニアモータがある。

これら従来のリニアモータにおいては、固定子の突極のパーミアンス変化に起因して推力リップルが発生する。このリップルを低減するために、可動子に配置した永久磁石を可動子の進行方向に対して斜めに配置（スキュー）させている。

特開２００１−１１９９１９号公報 特開２００１−４５７３５号公報 特開２０００−１５２５９９号公報

しかし、上記公報に記載されたリニアモータは、以下に説明するような課題があった。上記特許文献１および２のリニアモータにおいては、永久磁石が配置された鉄心を可動子移動方向に対し斜めに配置しているため、鉄心を固定する部分に、傾斜した面を形成する必要がある。例えば、図５に示すように、鉄心１００を固定するために傾斜面１０２を設ける。この傾斜面を加工するために加工工程が増え、コストの増加を招くという問題があった。

また、鉄心を斜めに配置するため、図５に示すように、可動子の移動方向に直交する方向の寸法Ｗｓは、鉄心およびこれに巻かれた巻線の一辺の長Ｗさより傾斜分長くなる。この結果、モータの外形寸法が大きくなるという問題があった。特に、特許文献２のモータにおいては、３個の極が一体として傾けられるため、傾斜により寸法増加が大きくなる。

特許文献３においては、積層されて鉄心を構成する電磁鋼鈑が、可動子の移動方向に対して斜めに積層されている。一般的に可動子を製作する方法として、Ｅの字形の電磁鋼板をプレス金型内でプレス加工し、可動子の移動方向と直角方向に積層し、これらをカシメして一体成形する。しかし、特許文献３のように電磁鋼鈑を可動子の移動方向に斜めにずらして積層する場合は、プレス金型内に、電磁鋼板を１枚プレスするごとに、積層位置を所定距離ずつずらすための機構を設けなければならないため、金型コストが増加するという問題があった。

本発明のリニアモータは、三相交流巻線が巻かれた磁極となる直方体の可動子ブロックが、可動子の移動方向にそろえて配列される。すなわち、直方体の一辺が、移動方向に一致するように配置される。一方、可動子ブロックの、固定子に対向する面に配列される永久磁石は、細長い形状を有しており、この長手方向が移動方向に直交する方向に対して斜めになるように配列されている。

本発明によれば、簡易にスキュー構造を得ることができ、推力リップルを低減しつつ、可動子の幅の増加を抑制することができると共に、鉄心固定部の加工工程の削減、プレス金型内の機構簡素化によりモータ及び金型のコストを低減することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

図１（ａ）は、本実施形態のリニアモータを示す図である。図１（ａ）において、５２ａ，５２ｂは固定子であり例えば工作機械のベッドに固定される。固定子５２ａ，５２ｂは、電磁鋼板を積層するなどして形成され、固定子磁気ヨーク６１より突出するように、ピッチＰの間隔で突極５０が形成されており、５２ａと５２ｂは、電気角１８０度に相当するＰ／２ピッチだけ、図示したＸ軸方向にずらして配置されている。また、可動子５１は、例えば工作機械のテーブルに固定され、ベッドとテーブル間に設けられたころがりガイド等で図１のＸ軸方向に移動可能に支持される。さらに、磁束の変化による鉄損を低減するため電磁鋼板を積層して形成されたＵ，Ｖ，Ｗ相の可動子ブロック５３，５４，５５は、可動子５１を構成する。これらの可動子ブロック５３，５４，５５は、それぞれが可動子５１の進行方向であるＸ軸方向に相対的に１２０度、すなわち固定子５２ａ，５２ｂの磁極ピッチＰの電気角で１２０度に相当するＰ／３だけずらして配置されている。また、各可動子ブロックには、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の３相交流巻線５６，５７，５８が巻回されており、可動子５１の可動子ブロック表面には、永久磁石５９，６４がＳ，Ｎの順に交互に配置され、配列されている。永久磁石５９，６４は、図１（ｂ），図１（ｃ）に示すようにＳ，Ｎを一組とすると３組の永久磁石対がピッチＰで配置されている。さらに、固定子５２ａ側をＳＩＤＥ−Ａ、固定子５２ｂ側をＳＩＤＥ−Ｂとすると、ＳＩＤＥ−Ａ側の永久磁石５９とＳＩＤＥ−Ｂ側の永久磁石６４は、ＳＩＤＥ−Ａ側から見た極性と、ＳＩＤＥ−Ｂ側から見た極性が同じになるように配置されている。矢印６２は交流巻線５６，５７，５８にＵ→Ｖ，Ｗ方向に電流を印加した状態における磁束の様子を示している。尚、交流巻線５６，５７，５８はＵ相，Ｖ相，Ｗ相がスター結線またはデルタ結線されている。

今、交流巻線５６，５７，５８に電流を印加すると、３相の可動子ブロックはＹ軸方向のプラスあるいはマイナス方向に励磁される。その際、永久磁石５９，６４のうち、交流巻線の励磁方向と同一の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は強められ、励磁方向と反対の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は弱められるため、永久磁石５９と６４は互いに極性が反対のＮ極もしくはＳ極のどちらか一方に励磁される。そして各可動子ブロックおよび固定子側を通過した磁束は図１（ａ）の６２に示すような磁路を形成する。この時、可動子と固定子に位置に応じた磁気吸引力が生ずることで、可動子に推力が発生する。

さらに詳しく磁束の流れについて説明する。今、Ｕ→Ｖ，Ｗ相、すなわち交流巻線５６には図示した巻線方向に電流を流し、交流巻線５７，５８には図示した巻線方向と反対方向に電流を流すと、図１の可動子ブロック５３はＳＩＤＥ−Ａ側がＳ極に、ＳＩＤＥ−Ｂ側がＮ極になり、可動子ブロック５４，５５は逆にＳＩＤＥ−Ａ側がＮ極になり、ＳＩＤＥ−Ｂ側がＳ極になる。したがって、磁束６２で示すように、可動子ブロック５３から固定子５２ｂを経て可動子ブロック５４，５５に流れ、つぎに固定子５２ａを通って再び可動子ブロック５３に戻るという磁路を形成する。すると、可動子５１のＳＩＤＥ−Ａ側とＳＩＤＥ−Ｂ側にはＸ軸の同一方向に磁気吸引力が働き推力が発生する。

図２（ａ）、図２（ｂ）は、可動子５１を示す図である。図２（ａ）は、リニアモータの可動子の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の可動子をＹ方向から見た側面図である。可動子ブロック５３，５４，５５のそれぞれは可動子の移動方向に直交する方向に電磁鋼板を積層して形成された直方体であり、その直方体の一辺が、可動子の移動方向にそろうように配置されている。そして、推力リップルを低減するために、可動子ブロック表面に配置した細長い形状、例えば長方形の永久磁石５９，６４が、可動子移動方向にそろえて整列された可動子ブロックに対し、Ｘ軸方向に所定角度θだけ傾けて配置（スキュー）されている。そして、各可動子ブロック５３，５４，５５は、固定板７０の可動子固定部７１に嵌め込まれ、この状態で、可動子全体をモールド樹脂７２で固定してある。

上記のように構成した本実施形態のリニアモータでは、永久磁石を可動子方向に傾けているので、従来のリニアモータと同様に推力リップルを低減することができる。これに対し、可動子ブロックは傾けておらず、固定板に形成された可動子固定部は、固定板と垂直方向に加工できるため、固定板の加工が容易になり固定板のコストを低減できる。また、可動子幅を増加させることなくリニアモータを小型化できる。さらに、電磁鋼板をずらして積層していないため、電磁鋼板を１枚ずつＸ軸方向にずらしてスキューさせ積層する装置をプレス金型内に設ける必要がなく、プレス金型を安価に製作することができる。

図３（ａ）は、本発明にかかる他の実施形態のリニアモータの概略構成を示す図であり、図３（ｂ）は、そのリニアモータの永久磁石の着磁方向を示す図である。図３（ａ）において、固定子１２は、例えば工作機械のベッドに固定される。固定子１２は例えば電磁鋼板を積層して形成され、固定子磁気ヨーク２１よりピッチＰで固定子突極１０が配列、形成されている。また、可動子１１は工作機械のテーブルに固定され、工作機械のベッドとテーブル間に設けたころがりガイド等で図中に示したＸ軸方向に移動可能に支持される。可動子１１も固定子１２と同様、電磁鋼板を積層して形成される。さらに、可動子１１は、可動子磁気ヨーク２０より固定子側に向けて突出したＵ，Ｖ，Ｗ相のティース１３，１４，１５を有し、それぞれがＸ軸方向に相対的に電気角１２０度に相当するＰ／３ピッチだけずらして配置されている。各ティースには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の交流巻線１６，１７，１８が巻回され、可動子１１の表面には、Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，・・の順に交互にた永久磁石１９が配置されている。各相ティースには、図３（ｂ）で示すようにＳ，Ｎを一組とすると３組の永久磁石がピッチＰで配置されている。矢印２２は交流巻線１６，１７，１８にＵ→ＶＷの方向に電流を与えた状態における磁束の様子を表している。尚、交流巻線１６，１７，１８は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相が中性点で接続されているスター巻線またはデルタ巻線に結線されている。

今、交流巻線１６，１７，１８に電流を印加すると、３相のティースは図中に示したＹ軸方向のプラスあるいはマイナス方向に励磁される。その際、永久磁石１９のうち、交流巻線の励磁方向と同一の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は強められ、励磁方向と反対の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は弱められるため、各相のティースはＮ極もしくはＳ極のどちらか一方に励磁され、Ｎ極もしくはＳ極の大きな一つの磁極となる。そして各ティースおよび固定子側を通過した磁束は図３（ａ）の２２に示すような閉ループを構成する。この時、可動子と固定子に位置に応じた磁気吸引力が生ずることで、可動子に推力が発生する。

さらに詳しく磁束の流れについて説明する。今、Ｕ→Ｖ，Ｗ相、すなわち交流巻線１６は図示した巻線方向、交流巻線１７，１８には図示した巻線方向と反対方向に電流を流すと、図３（ａ）のティース１３はＳ極に、ティース１４，１５はＮ極になり、磁束２２で示すように、磁束はティース１３からティース１４，１５に流れ、つぎに固定子１２を通って再びティース１３に戻るという磁路を形成する。すると、可動子１１にはＸ軸方向に磁気吸引力が働き推力が発生する。このように、ティース１３，１４，１５は、先に説明した実施形態の固定子ブロック５３，５４，５５に対応するものである。

図４（ａ）、図４（ｂ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すリニアモータの可動子１１の構成を示す図である。図４（ａ）には、図３（ａ）と同様に可動子１１が示されており、図４（ｂ）は図４（ａ）の可動子をＹ方向から見た側面図である。図から理解されるように、この実施形態の可動子の鉄心はＥ字形であり、図４（ａ）に示される形状の電磁鋼鈑を可動子の移動方向に直交する方向に積層し構成している。そして、図４（ｂ）に示すように、Ｅ字形の可動子は、可動子移動方向に傾きなく配置され、電磁鋼鈑に固定した永久磁石のみ可動子移動方向に傾けて配置している。したがって、図１（ａ）等に示した実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上述した各実施形態において、電磁鋼鈑の積層方向を示すハッチングを示しているが、電磁鋼鈑の積層方向は特に、開示した方向に限定するものではなく、可動子ブロックが可動子の移動方向と垂直な直方体になるように積層されていればよい。

さらに、図１（ａ）等のリニアモータにおいては、３個の可動子ブロックは互いに独立して設けられているが、中央部に各ブロックを橋渡す基部を設け、基部より両側に磁極となるブロックを配置するよう構成することもできる。また、図１（ａ）において、固定子５２ａと５２ｂの対向する突極をＸ軸方向の位相が同じになるように配置し、可動子ブロックの二つの面に配置された永久磁石の配列順は、図１（ａ）（ｂ）に示すように両側で一致するものに対して、両側で逆になるよう、すなわち一方がＳ極から始まり（Ｓ，Ｎ，Ｓ・・・）、他方はＮ極で始まる（Ｎ，Ｓ，Ｎ・・・）ようにすることもできる。さらに、突極または永久磁石の配列のピッチが等ピッチではなく、所定の不等ピッチに配列することもできる。

本発明にかかる実施形態のリニアモータの概略構成を示す図である。 可動子ブロック表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。 可動子ブロック表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。 図１（ａ）に示す実施形態の可動子の構成を示す図である。 図２（ａ）に示す可動子を、Ｙ軸方向よりみた状態を示す図である。 本発明にかかる他の実施形態のリニアモータの概略構成を示す図である。 可動子ブロック表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。 図３（ａ）に示す実施形態の可動子の構成を示す図である。 図４（ａ）に示す可動子を、Ｙ軸方向よりみた状態を示す図である。 従来のリニアモータの可動子を示す図である。

符号の説明

１３，１４，１５ ティース、５３，５４，５５ 可動子ブロック、１６，１７，１８，５６，５７，５８ 交流巻線、５９，６４ 永久磁石、７０ 固定板、７１ 可動子固定部。

Claims (3)

1. 直線に沿って所定間隔で配列される突極を有する固定子と、
   前記突極に対向し、三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックを有し、前記巻線に三相交流電流を印加することにより前記突極の配列方向に沿って移動する可動子と、
   を有するリニアモータであって、
   前記可動子ブロックの、固定子に対向する面に、当該可動子の移動方向に沿って極性を交互にして配列された永久磁石を有し、
   前記可動子ブロックは直方体であり、この直方体の一辺が可動子の移動方向に一致するように配置され、
   前記永久磁石は、可動子の移動方向に直交する方向に細長い形状を有し、この直交方向に斜めに配置されている、
   リニアモータ。
2. 請求項１に記載のリニアモータであって、
   前記固定子は、二つが互いに突極を向かい合わせるようにして並列して設けられ、
   前記可動子は、前記二つの固定子の間に位置する、
   リニアモータ。
3. 請求項１または２に記載のリニアモータであって、
   前記可動子ブロックは、共通の可動子基部より突出して設けられている、
   リニアモータ。
   

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