JP2007282349A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コギング力を十分に低下できるリニアモータを提供する。
【解決手段】 第１の永久磁石磁極Ｐ１及び第９の永久磁石磁極Ｐ９には、隣接する永久磁石磁極に対向するそれぞれの面全体に、板状の導磁性体１７を取付ける。導磁性体１７は、珪素鋼板からなり、リニアモータのコギング力を低下させるように永久磁石の磁束の流れを変化させる役割を果たしている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リニアモータに関するものである。

固定子に対して可動子が往復運動を行うリニアモータとして、固定子及び可動子の一方に配置された電機子と、固定子及び可動子の他方に配置された磁極列とを具備するものがある。通常、この種のリニアモータの磁極列は、永久磁石によって構成された第１乃至第Ｍの永久磁石（Ｍは４以上の自然数）が、Ｎ極とＳ極とが間隔を隔てて交互に並び且つ可動子の移動方向に向かって列をなしている。また、電機子は、磁極列と対向する複数の磁極が可動子の移動方向に並ぶように構成されている。特開平１１−３０８８５０号公報（特許文献１）に示されるリニアモータでは、コギング力の低下を図るために、第１の永久磁石と第２の永久磁石との間の間隔寸法及び第Ｍの永久磁石と第Ｍ−１の永久磁石との間の間隔寸法が共にＧ１であり、その他の隣り合う二つの永久磁石間の間隔寸法が共にＧ２であり、電機子のスロットピッチをτとしたときに、（Ｌ＋Ｇ１）＝１．１５τ、（Ｌ＋Ｇ２）＝１．１２５τの関係を有するように、Ｇ１がＧ２より少し大きく定められている。また、磁極列の両端に位置する第１の永久磁石及び第Ｍの永久磁石を除く他の永久磁石（移動方向の中央に位置する永久磁石）の長さ寸法Ｌと、第１の永久磁石及び第Ｍの永久磁石のそれぞれの長さ寸法Ｌ’とが０．５Ｌ＜Ｌ’＜０．６Ｌの関係を有している。
特開平１１−３０８８５０号公報

しかしながら、従来のリニアモータでは、コギング力を十分に低下させることができなかった。

本発明の目的は、コギング力を十分に低下できるリニアモータを提供することにある。

本発明は、固定子と可動子とを有するリニアモータを改良の対象とする。本発明では、固定子及び可動子の一方に配置され、複数の磁極が可動子の移動方向に並ぶように構成された電機子と、複数の磁極に対向する第１乃至第Ｍの永久磁石磁極（Ｍ個は４以上の自然数）が、Ｎ極とＳ極とが交互に並び且つ移動方向に向かって所定の間隔をあけて列をなすように、固定子及び可動子の他方に配置されてなる磁極列とを具備している。そして、Ｍ個の永久磁石磁極のうち、磁極列の両端に位置する第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極は、隣接する永久磁石磁極に対向するそれぞれの面に、コギング力を低下させるように永久磁石の磁束の流れを変化させる導磁性体が取付けられている。本発明のように導磁性体が取付けられると、導磁性体により、永久磁石の磁束の流れが変化してリニアモータのコギング力が低下する。

導磁性体は、例えば、珪素鋼板を用いることができる。珪素鋼板は、電機子コア等に用いられるため、容易に入手することができる。

リニアモータは、毎極毎相スロット数が３／８の場合、Ｍ個の永久磁石磁極のうち、磁極列の両端に位置する第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極を除く他の永久磁石磁極の移動方向の長さ寸法Ｌと、第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極のそれぞれの移動方向の長さ寸法Ｌ１とは、０．４５Ｌ＜Ｌ１＜０．５Ｌの関係を有している。第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極のそれぞれの移動方向の長さ寸法Ｌ１が０．４５Ｌを下回った場合及び０．５Ｌを上回って場合、コギング力を十分に打ち消すことができない。また、推力リップルが増加する問題がある。また、導磁性体の移動方向の厚み寸法ｔを０．０４２Ｌ＜ｔ＜０．０７５Ｌの範囲にすると、コギング力を効率よく低下できる。

本発明では、第１の永久磁石磁極に取付けられた導磁性体と第２の永久磁石磁極との間の間隔寸法と、第Ｍの永久磁石磁極に取付けられた導磁性体と第Ｍ−１の永久磁石磁極との間の間隔寸法と、その他の隣り合う二つの永久磁石磁極間の間隔寸法がいずれも等しくしても、コギング力を低下できる。

第１乃至第Ｍの永久磁石磁極の外郭形状は、それぞれリング状または円弧状をなすように構成できる。このようにすれば、単純な構造で剛性が高い永久磁石支持体を形成できる。また、磁極列に対応する電機子コアを真っ直ぐなストレートティースにできるので、巻線を電機子コアに直接巻回することができ、電機子の製造コストを下げることができる。

第１乃至第Ｍの永久磁石磁極の外郭形状は、それぞれ平板状をなすように構成できる。このようにすれば、磁極列に対応する電機子コアの横断面の形状を矩形にでき、鋼板を積層して電機子コアを製造することができる。

本発明によれば、第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極に取付ける導磁性体により、永久磁石の磁束の流れが変化して、リニアモータのコギング力を十分に低下させることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態のリニアモータの正面図及び断面図である。図１に示すように、本例のリニアモータは、固定子１と可動子３とを有している。固定子１は、電機子コア５と該電機子コア５に巻回された複数の巻線７とを有する電機子９を具備している。電機子コア５は、円筒状のヨーク５ａとヨーク５ａから延びる複数の磁極５ｂとを有している。複数の巻線７には、３相の電流が流れている。

可動子３は、例えば、珪素鋼等の軟磁性体からなる円筒形の永久磁石支持体１１と該永久磁石支持体１１の内周面に配置された磁極列１３とを有する永久磁石構成体１５を具備している。磁極列１３と複数の磁極５ｂとが対向するように、電機子コア５の一部は、円筒形の永久磁石支持体１１の内部に配置されている。そして、可動子３の永久磁石構成体１５が電機子コア５のヨーク５ａが延びる方向（矢印Ｄ１）に往復運動を行う。磁極列１３は、第１乃至第Ｍの永久磁石磁極（Ｍは４以上の自然数：本例では９）Ｐ１〜Ｐ９が、Ｎ極とＳ極とが交互に並び且つ移動方向に向かって所定の間隔をあけて列をなすように構成されている。第１乃至第９の永久磁石磁極Ｐ１〜Ｐ９は、それぞれ円筒形の永久磁石によって構成されている。このため、第１〜第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ１〜Ｐ９の外郭形状は、それぞれリング状をなしている。本例のリニアモータは、永久磁石磁極の数は９であるが、第１及び第９の永久磁石磁極Ｐ１，Ｐ９は、その他の永久磁石の約半分の長さ寸法であるため、２つ永久磁石磁極で1つの極数と算出する。その結果、極数は８になる。また、磁極列１３と対向する部分の電機子コア５のスロット数は９である。また、前述したように、複数の巻線７には、３相の電流が流れている。そのため、本例のリニアモータの毎極毎相スロット数は、３／８となる。

図２の部分拡大図に示すように、９個（Ｍ個）の永久磁石磁極Ｐ１〜Ｐ９のうち、磁極列１３の両端に位置する第１の永久磁石磁極Ｐ１及び第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ９を除く他の永久磁石磁極（移動方向の中央に位置する永久磁石磁極）Ｐ２〜Ｐ８は、いずれも同じ長さ寸法Ｌを有している。また、第１の永久磁石磁極Ｐ１及び第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ９のぞれぞれの移動方向Ｄ１の長さ寸法Ｌ１とは、０．４５Ｌ＜Ｌ１＜０．５Ｌの関係を有している。

第１の永久磁石磁極Ｐ１及び第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ９には、隣接する永久磁石磁極（第２の永久磁石磁極Ｐ２及び第８（第Ｍ−１）の永久磁石磁極Ｐ８）に対向するそれぞれの面全体に、板状の導磁性体１７が取付けられている。導磁性体１７は、珪素鋼板からなり、厚み寸法ｔが０．０４２Ｌ＜ｔ＜０．０７５Ｌ（０．５ｍｍ＜ｔ＜０．９ｍｍ）の範囲にある。導磁性体１７は、リニアモータのコギング力を低下させるように永久磁石の磁束の流れを変化させる役割を果たしている。第１の永久磁石磁極Ｐ１に取付けられた導磁性体１７と第２の永久磁石磁極Ｐ２との間の間隔寸法Ｇ１と、第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ９に取付けられた導磁性体と第Ｍ−１の永久磁石磁極との間の間隔寸法Ｇ１と、その他の隣り合う二つの永久磁石磁極間の間隔寸法Ｇ２は、いずれも等しくなっている。

次に、比較例のリニアモータを製造し、本例のリニアモータ（実施例のリニアモータ）と比較例のリニアモータを用いて、可動子の変位とコギング力との関係を調べた。比較例のリニアモータは、導磁性体を有していない。そして、第１の永久磁石磁極Ｐ１の長さ寸法及び第９（第Ｍ）の永久磁石磁極Ｐ９の長さ寸法のそれぞれが、移動方向の中央に位置する永久磁石磁極Ｐ２〜Ｐ８の長さ寸法Ｌの０．５４倍であり、第１の永久磁石磁極Ｐ１と第２の永久磁石磁極Ｐ２との間の間隔寸法及び第Ｍの永久磁石と第Ｍ−１の永久磁石との間の間隔寸法が共にＧ１１であり、その他の隣り合う二つの永久磁石間の間隔寸法が共にＧ１２であり、電機子９のスロットピッチをτとしたときに、（Ｌ＋Ｇ１１）＝１．１５τ、（Ｌ＋Ｇ１２）＝１．１２５τの関係を有するように、Ｇ１とＧ２とが等しい長さ寸法を有するように定められており、その他は本例のリニアモータと同じ構造を有している。図３はその測定結果を示している。本図より、本例のリニアモータは、比較例のリニアモータに比べてコギング力の振幅をほぼ１／２に低下でき、コギング力の波数が多くなるのが分かる。

次に、導磁性体１７の厚み寸法ｔを変え、その他は本例のリニアモータと同じ構造を有している種々のリニアモータを製造し、導磁性体１７の厚み寸法ｔとコギング力の振幅との関係を調べた。図４はその測定結果を示している。本図より、導磁性体１７の厚み寸法ｔが０．０４２Ｌ＜ｔ＜０．０７５Ｌ（０．５ｍｍ＜ｔ＜０．９ｍｍ）の範囲にあるとコギング力の振幅を小さくできるのが分かる。

図５（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態のリニアモータの正面図及び断面図である。本例のリニアモータでは、固定子１０１の電機子１０９の横断面が矩形状を有しており、可動子１０３は、電機子１０９を介して対向する２つの永久磁石構成体１１５を有している。永久磁石構成体１１５は、平板状の永久磁石支持体１１１と該永久磁石支持体１１１の表面に配置された磁極列１１３とを有している。そして、磁極列１１３を構成する第１乃至第Ｍの永久磁石磁極Ｐ１〜Ｐ９は、それぞれ平板状の外郭形状を有している。

上記各例では、永久磁石磁極Ｐ１〜Ｐ９の外郭形状は、それぞれ、リング状または平板状をなしているが、永久磁石磁極の外郭形状は、円弧状をなしていても構わない。

（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第１の実施の形態のリニアモータの正面図及び断面図である。 図１の部分拡大図である。 試験に用いたリニアモータの可動子の変位とコギング力との関係を示す図である。 導磁性体の厚み寸法ｔとコギング力の振幅との関係を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の第２の実施の形態のリニアモータの正面図及び断面図である。

符号の説明

１ 固定子
３ 可動子
９ 電機子
１３ 磁極列
１７ 導磁性体
Ｐ１〜Ｐ９ 第１乃至第９の永久磁石磁極

Claims (6)

1. 固定子と可動子とを有するリニアモータにおいて、
   前記固定子及び可動子の一方に配置され、複数の磁極が前記可動子の移動方向に並ぶように構成された電機子と、
   前記複数の磁極に対向する第１乃至第Ｍの永久磁石磁極（Ｍ個は４以上の自然数）が、Ｎ極とＳ極とが交互に並び且つ前記移動方向に向かって所定の間隔をあけて列をなすように、前記固定子及び可動子の他方に配置されてなる磁極列とを具備し、
   前記Ｍ個の永久磁石磁極のうち、前記磁極列の両端に位置する第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極は、隣接する永久磁石磁極に対向するそれぞれの面に、コギング力を低下させるように前記永久磁石の磁束の流れを変化させる導磁性体が取付けられているリニアモータ。
2. 前記導磁性体が珪素鋼板からなる請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記リニアモータは、毎極毎相スロット数が３／８であり、
   前記Ｍ個の永久磁石磁極のうち、前記磁極列の両端に位置する第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極を除く他の永久磁石磁極の前記移動方向の長さ寸法Ｌと、第１の永久磁石磁極及び第Ｍの永久磁石磁極のそれぞれの前記移動方向の長さ寸法Ｌ１とは、０．４５Ｌ＜Ｌ１＜０．５Ｌの関係を有しており、
   前記導磁性体の前記移動方向の厚み寸法ｔが０．０４２Ｌ＜ｔ＜０．０７５Ｌの範囲である請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記第１の永久磁石磁極に取付けられた前記導磁性体と第２の永久磁石磁極との間の間隔寸法と、前記第Ｍの永久磁石磁極に取付けられた前記導磁性体と第Ｍ−１の永久磁石磁極との間の間隔寸法と、その他の隣り合う二つの前記永久磁石磁極間の間隔寸法がいずれも等しい請求項１〜３いずれか1つに記載のリニアモータ。
5. 前記第１乃至第Ｍの永久磁石磁極の前記外郭形状は、それぞれリング状または円弧状をなしている請求項１〜４のいずれか1つに記載のリニアモータ。
6. 前記第１乃至第Ｍの永久磁石磁極の前記外郭形状は、それぞれ平板状をなしている請求項１〜４のいずれか1つに記載のリニアモータ。

Images