JP2008271753A - Armature for cylindrical linear motor, and the cylindrical linear motor - Google Patents

Armature for cylindrical linear motor, and the cylindrical linear motor Download PDF

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Toshiyuki Hoshi
俊行 星
Masahiko Tanabe
政彦 田邊
Takashi Yamada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an armature for a high-performance cylindrical linear motor and a cylindrical linear motor, where high magnetic flux density can be maintained in the air gap, and a region for cylindrical coils can be secured. <P>SOLUTION: The armature 12 for a cylindrical linear motor is constituted such that a cylindrical yoke 12b comprising a magnetic material and a plurality of cylindrical coils 12a, placed in the axial direction inside the cylindrical yoke 12b are arranged side by side; a Hall sensor unit 12d is brought into contact with the end face in the axial direction of the cylindrical yoke 12b as a position detection unit. In addition, an armature 10 for a cylindrical linear motor is constituted, penetrating a long-shaped flux pole 11 through the armature 12 for a cylindrical linear motor so that the armature 12 for a cylindrical linear motor moves on the field pole 11 as a stator. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、円筒型リニアモータに関するもので、特に、高特性が得られる円筒型リニアモータの電機子に関するものである。   The present invention relates to a cylindrical linear motor, and more particularly to an armature of a cylindrical linear motor that can obtain high characteristics.

円筒型リニアモータは既に知られており、これは磁性体からなる円筒状ヨークとこの円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子と、この円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設した長尺状固定子と、で構成し、複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって電機子が長尺状固定子に沿って軸方向に移動するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−１５１３９号公報 A cylindrical linear motor is already known. This is a cylindrical linear motor armature in which a cylindrical yoke made of a magnetic material and a plurality of cylindrical coils are arranged side by side inside the cylindrical yoke in the axial direction. And a long stator in which a plurality of columnar magnets are arranged so as to be coaxially opposed to each other inside the cylindrical coil via a magnetic gap, and the magnetization directions thereof are alternately changed, and The armature moves in the axial direction along the elongated stator by selectively exciting a plurality of cylindrical coils (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 5-15139

図５は従来技術による円筒型リニアモータの側断面図を示している。
図５において、４０は従来技術による円筒型リニアモータで、４１の界磁極（長尺状固定子）と４２の電機子（可動子）とから成る。
界磁極４１は、軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネット４１ａと、磁性体からなる円柱状のポールピース４１ｂと、ステンレスパイプ４１ｃと、ステンレスパイプ４１ｃの軸方向両端に備えたエンドブロック４１ｄとから構成される。マグネット４１ａは極性が交互に異なるように配置しており、また、各マグネット４１ａ間には磁性体からなる円柱状のポールピース４１ｂが備えられ、更に、各マグネット４１ａ間に生じる反発力を抑えるため、ステンレスパイプ４１ｃの両端部にエンドブロック４１ｄを取り付けた構造としている。
一方、電機子４２は、円筒状コイル４２ａと、磁性体からなる円筒状ヨーク４２ｂ、アルミフレーム４２ｃ、ホールセンサキバン４２ｅとＵ相用ホールＩＣ４２ｇ、−Ｗ相用ホールＩＣ４２ｈ、Ｖ相用ホールＩＣ４２ｉとから構成されている。円筒状コイル４２ａを複数個軸方向に並べ、この円筒状コイル４２ａの外側にホールセンサキバン４２ｅとホールＩＣ４２ｇ、４２ｈ、４２ｉとから成るホールセンサユニット４２ｄを備えている。
これらを円筒状ヨーク４２ｂの内側に配し、更に、円筒状ヨーク４２ｂの外側にアルミフレーム４２ｃを取り付けた構造となっている。
界磁極４１と電機子４２とが磁気ギャップを介してそれぞれが同軸上に配置され、界磁極４１を固定子に、電機子４２を可動子として、相対的に走行するようにして円筒型リニアモータ４０が構成される。
ところが、このように円筒型リニアモータ４０においては、ホールセンサユニット４２ｄを円筒状コイル４２ａと円筒状ヨーク４２ｂの間に配設していたので、エアギャップ中の磁束密度が低下し、更に、円筒状コイル４２ａの領域が犠牲になるため、結果としてモータ性能が低下してしまうことが判明した。 FIG. 5 shows a side sectional view of a cylindrical linear motor according to the prior art.
In FIG. 5, reference numeral 40 denotes a conventional cylindrical linear motor, which is composed of 41 field poles (long stator) and 42 armatures (mover).
The field pole 41 includes a plurality of cylindrical magnets 41a magnetized in the axial direction, a cylindrical pole piece 41b made of a magnetic material, a stainless steel pipe 41c, and end blocks 41d provided at both axial ends of the stainless steel pipe 41c. It consists of. The magnets 41a are arranged so that the polarities are alternately different, and a cylindrical pole piece 41b made of a magnetic material is provided between the magnets 41a, and further, a repulsive force generated between the magnets 41a is suppressed. The end block 41d is attached to both ends of the stainless steel pipe 41c.
On the other hand, the armature 42 includes a cylindrical coil 42a, a cylindrical yoke 42b made of a magnetic material, an aluminum frame 42c, a hall sensor hub 42e, a U-phase hall IC 42g, a -W-phase hall IC 42h, and a V-phase hall IC 42i. It is composed of A plurality of cylindrical coils 42a are arranged in the axial direction, and a hall sensor unit 42d including a hall sensor hub 42e and hall ICs 42g, 42h, 42i is provided outside the cylindrical coil 42a.
These are arranged inside the cylindrical yoke 42b, and an aluminum frame 42c is attached to the outside of the cylindrical yoke 42b.
A cylindrical linear motor is configured such that the field pole 41 and the armature 42 are coaxially arranged via a magnetic gap, and the field pole 41 is a stator and the armature 42 is a mover. 40 is configured.
However, in the cylindrical linear motor 40 as described above, since the Hall sensor unit 42d is disposed between the cylindrical coil 42a and the cylindrical yoke 42b, the magnetic flux density in the air gap is reduced, and further, As a result, it has been found that the motor performance deteriorates because the area of the coil-like coil 42a is sacrificed.

さらに、従来の円筒型リニアモータ４０には、次のような問題があることが判明した。図６は従来技術による円筒型リニアモータを説明する図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示している。
図６においては図５のホールセンサユニットの図示は省略している。
界磁極４１は図５と同じ構成であるので、重複説明は省略する。
電機子４２は、円筒状コイル４２ａと、磁性体からなる円筒状ヨーク４２ｂ、アルミフレーム４２ｃから構成される。円筒状コイル４２ａを複数個軸方向に並べ、これらを円筒状ヨーク４２ｂの内側に配し、更に、円筒状ヨーク４２ｂの外側にアルミフレーム４２ｃを取り付けた構造となっている。アルミフレーム４２ｃについては、電機子４１の機械剛性を確保しつつ、かつ電機子４１の軽量化を図るためにアルミ材にて構成している。
図６（ｂ）から判るように、界磁極４１と電機子４２とが磁気ギャップＧを介してそれぞれが同軸上に配置され、界磁極４１を固定子に、電機子４２を可動子として、相対的に走行するようにしてリニアモータ４０が構成される。
ここで、円筒状ヨーク４２ｂを用いることによって、ギャップ磁束密度が向上し、モータの高性能化を実現するとともに、界磁極４１から発生する磁束を円筒状ヨーク４２ｂ内に誘導することで、アルミフレーム４２ｃへの漏れ磁束が低減され、粘性制動力を抑制することができる。
しかしながら、円筒状ヨーク４２ｂの内部において、その円周方向に渦電流ｉが流れ、その結果、渦電流ｉによる粘性制動力が円筒状ヨーク４２ｂに発生してしまうことが判明した。 Furthermore, it has been found that the conventional cylindrical linear motor 40 has the following problems. 6A and 6B are diagrams illustrating a cylindrical linear motor according to the prior art, in which FIG. 6A is a side sectional view, and FIG. 6B is a view taken along the line AA in FIG.
In FIG. 6, the Hall sensor unit of FIG. 5 is not shown.
The field pole 41 has the same configuration as that shown in FIG.
The armature 42 includes a cylindrical coil 42a, a cylindrical yoke 42b made of a magnetic material, and an aluminum frame 42c. A plurality of cylindrical coils 42a are arranged in the axial direction, these are arranged inside the cylindrical yoke 42b, and an aluminum frame 42c is attached to the outside of the cylindrical yoke 42b. The aluminum frame 42c is made of an aluminum material in order to ensure the mechanical rigidity of the armature 41 and reduce the weight of the armature 41.
As can be seen from FIG. 6B, the field pole 41 and the armature 42 are arranged coaxially via the magnetic gap G, and the field pole 41 is used as a stator and the armature 42 is used as a mover. The linear motor 40 is configured so as to travel in an automatic manner.
Here, by using the cylindrical yoke 42b, the gap magnetic flux density is improved, the performance of the motor is improved, and the magnetic flux generated from the field pole 41 is guided into the cylindrical yoke 42b, whereby the aluminum frame is obtained. The leakage magnetic flux to 42c is reduced, and the viscous braking force can be suppressed.
However, it has been found that an eddy current i flows in the circumferential direction inside the cylindrical yoke 42b, and as a result, a viscous braking force due to the eddy current i is generated in the cylindrical yoke 42b.

以上のように、従来の円筒型リニアモータ４０には、ホールセンサユニット４２ｄを円筒状コイル４２ａと円筒状ヨーク４２ｂの間に配すことにより、エアギャップ中の磁束密度が低下し、更に、円筒状コイル４２ａの領域が犠牲になるため、結果としてモータ性能が低下してしまうという欠点（第１の欠点）、そして円筒状ヨーク４２ｂの内部において、その円周方向に渦電流が流れ、結果として粘性制動力が発生してしまうという欠点（第２の欠点）があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エアギャップ中の磁束密度の低下を防止すると共に、粘性制動力を低減し、推力特性を改善できる円筒型リニアモータを提供することを目的とする。 As described above, in the conventional cylindrical linear motor 40, by arranging the hall sensor unit 42d between the cylindrical coil 42a and the cylindrical yoke 42b, the magnetic flux density in the air gap is reduced, and further, the cylinder As a result, the area of the coil-shaped coil 42a is sacrificed, resulting in a motor performance deterioration (first defect), and an eddy current flows in the circumferential direction inside the cylindrical yoke 42b. There was a defect (second defect) that viscous braking force was generated.
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a cylindrical linear motor that can prevent a decrease in magnetic flux density in an air gap, reduce viscous braking force, and improve thrust characteristics. With the goal.

上記問題を解決するため、請求項１記載の円筒型リニアモータ用電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、
前記電機子の現在位置を示す位置検出ユニットを前記円筒状ヨークの軸方向の端部に配置したことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の円筒型リニアモータ用電機子において、ホールＩＣと該ホールＩＣホールを取り付けたセンサキバンとから成るホールセンサユニットを前記位置検出ユニットとして用いたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の円筒型リニアモータ用電機子において、前記ホールセンサキバンの端面を前記円筒状ヨークの軸方向端面に突き当てることにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と、各相ホールＩＣの出力電圧の位相差を一義的に決定できるようにしたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の円筒型リニアモータ用電機子において、前記ホールセンサキバンの寸法と多相のホールＩＣの取付位置とを調整することにより、各相の前記円筒状コイルに誘起される電圧の位相と前記各相のホールＩＣの出力電圧の位相差を自由に調整できるようにしたことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の円筒型リニアモータ用電機子において、前記円筒状ヨークの外側にアルミフレームを取り付けたことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention for a cylindrical linear motor armature according to claim 1 is characterized in that a cylindrical yoke made of a magnetic material and a plurality of cylindrical coils in the axial direction are provided inside the cylindrical yoke. In the armature for cylindrical linear motors arranged side by side,
A position detection unit indicating a current position of the armature is arranged at an end portion in the axial direction of the cylindrical yoke.
According to a second aspect of the present invention, in the armature for a cylindrical linear motor according to the first aspect, a Hall sensor unit comprising a Hall IC and a sensor chip mounted with the Hall IC hole is used as the position detection unit. It is said.
According to a third aspect of the present invention, in the armature for a cylindrical linear motor according to the second aspect, the end surface of the Hall sensor base is abutted against the end surface in the axial direction of the cylindrical yoke, so that the cylindrical coil of each phase is applied. The phase difference between the induced voltage and the output voltage of each phase Hall IC can be uniquely determined.
According to a fourth aspect of the present invention, in the armature for a cylindrical linear motor according to the third aspect, the cylindrical shape of each phase is adjusted by adjusting the dimension of the Hall sensor base and the mounting position of the multi-phase Hall IC. The phase difference between the voltage induced in the coil and the output voltage of the Hall IC of each phase can be freely adjusted.
According to a fifth aspect of the present invention, in the armature for the cylindrical linear motor according to the fourth aspect, an aluminum frame is attached to the outside of the cylindrical yoke.

請求項６記載の円筒型リニアモータの発明は、軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項１〜５のいずれか１項記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴としている。
請求項７記載の円筒型リニアモータ用電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって前記複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、前記円筒状ヨークにその円周方向に複数箇所でキリカキを半径方向に設けたことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の円筒型リニアモータ用電機子において、 前記キリカキは円周方向に約４５度間隔で設けたことを特徴としている。
請求項９記載の円筒型リニアモータの発明は、軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項７又は８記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed inside a hollow extending in the axial direction, and a magnetic gap is formed inside the cylindrical coil. And a plurality of cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and a cylindrical pole piece made of a magnetic material is disposed between the plurality of cylindrical magnets. And a long stator having end blocks fixed at both ends in the axial direction, and the armature moves along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. In the cylindrical linear motor that is moved in the axial direction, the armature for cylindrical linear motor is the armature for cylindrical linear motor according to any one of claims 1 to 5.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a cylindrical linear motor armature comprising: a cylindrical yoke made of a magnetic material; and a plurality of cylindrical coils arranged side by side in the axial direction inside the cylindrical yoke. The motor armature is characterized in that the cylindrical yoke is provided with radial holes at a plurality of locations in the circumferential direction in the radial direction.
According to an eighth aspect of the present invention, in the armature for a cylindrical linear motor according to the seventh aspect, the drill is provided at an interval of about 45 degrees in the circumferential direction.
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed inside a hollow extending in the axial direction, and a magnetic gap is formed inside the cylindrical coil. And a plurality of cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and a cylindrical pole piece made of a magnetic material is disposed between the plurality of cylindrical magnets. And a long stator having end blocks fixed at both ends in the axial direction, and the armature moves along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. The cylindrical linear motor armature is a cylindrical linear motor armature according to claim 7 or 8, wherein the cylindrical linear motor armature is moved in the axial direction.

請求項１０記載の円筒型リニアモータ用電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって前記複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、前記電機子の現在位置を示す電気的位相を特定するためのホールセンサキバンとホールＩＣとから成るホールセンサユニットを前記円筒状ヨークの軸方向の端部に配置し、かつ前記円筒状ヨークに円周方向にキリカキを設けたことを特徴としている。
請求項１１記載の円筒型リニアモータの発明は、軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項１０記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴としている。 The invention of a cylindrical linear motor armature according to claim 10 is a cylindrical linear motor comprising a cylindrical yoke made of a magnetic material and a plurality of cylindrical coils arranged side by side in the axial direction inside the cylindrical yoke. In a motor armature, a hall sensor unit comprising a hall sensor kiban and a hall IC for specifying an electrical phase indicating the current position of the armature is disposed at an axial end of the cylindrical yoke, and The cylindrical yoke is provided with a drill in the circumferential direction.
The invention of a cylindrical linear motor according to claim 11 is a cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed inside a hollow extending in the axial direction, and a magnetic gap is formed inside the cylindrical coil. And a plurality of cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and a cylindrical pole piece made of a magnetic material is disposed between the plurality of cylindrical magnets. And a long stator having end blocks fixed at both ends in the axial direction, and the armature moves along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. A cylindrical linear motor that is moved in the axial direction is characterized in that the cylindrical linear motor armature is the cylindrical linear motor armature according to claim 10.

請求項１記載の発明によると、検出ユニットを円筒状ヨークの軸方向の端部に配置したことにより、エアギャップ中にて高磁束密度を維持でき、また、円筒状コイルの領域を確保できるため、高性能な円筒型リニアモータ用の電機子が得られる。
請求項２記載の発明によると、検出ユニットをホールセンサユニットで実現したので、位置検出が正確にかつ安価に行うことができる。
また、請求項３記載の発明によると、ホールセンサユニットのホールセンサキバンの端面を円筒状ヨークの端面に突き当てることにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と、各相ホールＩＣの出力電圧の位相差を一義的に決めることが可能となる。また、本モータの断面において、軸を中心とした点対称モデルであることから、ホールセンサユニットを円筒状ヨークの円周上どの位置に配置しても機能上問題が無い。
更に、請求項４記載の発明によると、ホールセンサキバンの寸法と、ホールＩＣ（Ｕ）、ホールＩＣ（−Ｗ）、ホールＩＣ（Ｖ）の取付位置を調整することにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と、各相ホールＩＣの出力電圧の位相差を自由に調整し、電機子（可動子）の長さを短くすることが可能となる。
請求項５記載の発明によると、電機子の機械剛性を確保しつつ、かつ電機子の軽量化を図ることができる。
請求項６記載の発明によると、エアギャップ中にて高磁束密度を維持でき、また、円筒状コイルの領域を確保できる電機子を用いるので、高性能な円筒型リニアモータを得ることができる。
請求項７記載の発明によると、ヨーク内で発生する渦電流を小さくすることで、ヨーク部で生じる粘性制動力を抑制し、極めて高性能な円筒型リニアモータ用電機子が得られる。
請求項８記載の発明によると、ヨーク部で生じる粘性制動力を抑制できる電機子を用いるので、高性能な円筒型リニアモータを得ることができる。
請求項９記載の発明によると、キリカキが周方向の適所適所に設けられるのでヨーク部で生じる粘性制動力を効果的に抑制できるので、高性能な円筒型リニアモータを得ることができる。
請求項１０記載の発明によると、エアギャップ中にて高磁束密度を維持でき、また、円筒状コイルの領域を確保でき、かつヨーク部で生じる粘性制動力を抑制できる電機子が得られる。
請求項１１記載の発明によると、エアギャップ中にて高磁束密度を維持でき、また、円筒状コイルの領域を確保でき、かつヨーク部で生じる粘性制動力を抑制できる電機子を用いるので、極めて高性能な円筒型リニアモータを得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the detection unit is arranged at the end of the cylindrical yoke in the axial direction, a high magnetic flux density can be maintained in the air gap, and the area of the cylindrical coil can be secured. An armature for a high-performance cylindrical linear motor can be obtained.
According to the second aspect of the present invention, since the detection unit is realized by the hall sensor unit, position detection can be performed accurately and inexpensively.
According to the invention of claim 3, the phase of the voltage induced in the cylindrical coil of each phase and the phase hall of each phase by abutting the end face of the hall sensor base of the hall sensor unit against the end face of the cylindrical yoke It is possible to uniquely determine the phase difference of the output voltage of the IC. Further, since the cross section of the motor is a point-symmetric model with the axis as the center, there is no functional problem regardless of the position of the Hall sensor unit on the circumference of the cylindrical yoke.
Furthermore, according to the invention described in claim 4, by adjusting the dimensions of the hall sensor base and the mounting positions of the hall IC (U), hall IC (-W), hall IC (V), the cylindrical shape of each phase. It is possible to freely adjust the phase difference between the voltage induced in the coil and the output voltage of each phase Hall IC, and to shorten the length of the armature (mover).
According to the invention described in claim 5, it is possible to reduce the weight of the armature while ensuring the mechanical rigidity of the armature.
According to the invention described in claim 6, since the armature that can maintain a high magnetic flux density in the air gap and can secure the area of the cylindrical coil is used, a high-performance cylindrical linear motor can be obtained.
According to the seventh aspect of the invention, by reducing the eddy current generated in the yoke, the viscous braking force generated in the yoke portion is suppressed, and an extremely high performance armature for a cylindrical linear motor can be obtained.
According to the invention described in claim 8, since the armature that can suppress the viscous braking force generated in the yoke portion is used, a high-performance cylindrical linear motor can be obtained.
According to the ninth aspect of the present invention, since the crisp is provided at an appropriate place in the circumferential direction, the viscous braking force generated at the yoke portion can be effectively suppressed, so that a high-performance cylindrical linear motor can be obtained.
According to the invention of claim 10, an armature that can maintain a high magnetic flux density in the air gap, can secure a region of a cylindrical coil, and can suppress a viscous braking force generated in the yoke portion is obtained.
According to the eleventh aspect of the invention, since an armature that can maintain a high magnetic flux density in the air gap, can secure a cylindrical coil region, and can suppress the viscous braking force generated in the yoke portion is used. A high-performance cylindrical linear motor can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
なお、本発明の構成要素が従来のそれと同じものについては同一符号を付して重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same component as the conventional one, and duplication description is abbreviate | omitted.

図１は実施例１による円筒型リニアモータの側断面図、図２は図１の点線部の拡大図、さらに、図３は図１における円筒状コイルと各相ホールＩＣの位置関係を説明する図をそれぞれ示している。
図１において、１０は実施例１による円筒型リニアモータで、１１の界磁極（長尺状固定子）と１２の電機子（可動子）とから成る。
界磁極１１は、軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネット１１ａと、磁性体からなる円柱状のポールピース１１ｂとをステンレスパイプ１１ｃの中に交互に収納し、ステンレスパイプ１１ｃの軸方向両端をエンドブロック１１ｄで押させて構成される。このように、マグネット１１ａは極性が交互に異なるように配置しており、また、各マグネット１１ａ間にはポールピース１ｂが介在し、更に各マグネット１１ａ間に生じる反発力を抑えるため、ステンレスパイプ１１ｃの両端部にエンドブロック１１ｄを取り付けている。
一方、電機子１２は、複数の円筒状コイル１２ａと、磁性体からなる円筒状ヨーク１２ｂ、アルミフレーム１２ｃ、ホールセンサキバン１２ｅとホールＩＣ１２ｆ（Ｕ相用ホールＩＣ１２ｇ、−Ｗ相用ホールＩＣ１２ｈ、Ｖ相用ホールＩＣ１２ｉ）とから構成されている。このようにホールセンサユニット１２ｄは円筒状コイル１２ａの外側にホールセンサキバン１２ｅを設け、これにホールＩＣ１２ｇ、１２ｈ、１２ｉを取り付けている。そして、円筒状ヨーク１２ｂの外側にアルミフレーム１２ｃを取り付けた構造となっている。
界磁極１１と電機子１２とが磁気ギャップＧを介してそれぞれが同軸上に配置され、界磁極１１を固定子に、電機子１２を可動子として、相対的に走行するようにして円筒型リニアモータ１０が構成されている。 1 is a side sectional view of a cylindrical linear motor according to a first embodiment, FIG. 2 is an enlarged view of a dotted line portion of FIG. 1, and FIG. 3 illustrates a positional relationship between the cylindrical coil and each phase Hall IC in FIG. Each figure is shown.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a cylindrical linear motor according to the first embodiment, which includes 11 field poles (long stator) and 12 armatures (movable elements).
The field pole 11 alternately stores a plurality of columnar magnets 11a magnetized in the axial direction and a columnar pole piece 11b made of a magnetic material in a stainless steel pipe 11c. Is pushed by the end block 11d. In this way, the magnets 11a are arranged so that the polarities are alternately different, and the pole pieces 1b are interposed between the magnets 11a, and the stainless steel pipe 11c is used to suppress the repulsive force generated between the magnets 11a. End blocks 11d are attached to both ends of the.
On the other hand, the armature 12 includes a plurality of cylindrical coils 12a, a cylindrical yoke 12b made of a magnetic material, an aluminum frame 12c, a hall sensor kiban 12e, and a hall IC 12f (a U-phase hall IC 12g, a -W-phase hall IC 12h, V Phase hall IC 12i). As described above, the hall sensor unit 12d is provided with the hall sensor base 12e outside the cylindrical coil 12a, and the hall ICs 12g, 12h, and 12i are attached thereto. The aluminum frame 12c is attached to the outside of the cylindrical yoke 12b.
The field magnetic pole 11 and the armature 12 are coaxially arranged via a magnetic gap G, and are linearly moved so that they run relatively with the field magnetic pole 11 as a stator and the armature 12 as a mover. A motor 10 is configured.

ホールセンサユニット１２ｄは図２に示すように、円筒状コイル１２ａ並びに円筒状ヨーク１２ｂに対して、ストローク方向の前方又は後方に配置した構造にすることにより、図５の従来装置と比べて円筒状コイル１２ａと円筒状ヨーク１２ｂとの間隔を狭めることができるので、エアギャップＧ中の磁束密度を低下させること無く、また、円筒状コイル１２ａの領域を大きく確保できることから、高性能なモータを提供することが可能となる。
ただし、この場合、電機子（可動子）の長さは、主に、電磁部の長さ＋ホールセンサユニットの長さとなり、若干長くなってしまうという懸念があるが、しかし、図３に示すように、円筒状コイルと各相ホールＩＣの位置関係において、
ΔＸθ ＝ α
として、距離αを保ったまま、電機子の長さ方向の前方又は後方に自由に平行移動することができるので、ホールセンサ信号の立ち上がり時点を制御しやすい誘起電圧の立ち上がりの０度の位置まで移動させてもよいし、できるだけ電機子側に近づけて小型化することも可能である。後者の場合、制御側で位相差を補正することになる。
例えば、α ＝ ２τｐとした場合、図３（ｂ）に示すように、誘起電圧の立上りに対し、ホールセンサ信号の立上りは２７０°遅れとなるので、制御側で２７０°位相差の補正をすればよいことになる。
また、進行方向の前方にホールセンサユニットを配置したくない場合は、後方に配置することも可能である。
以上のように、ホールセンサキバンの端面を円筒状ヨークの軸方向端面に突き当てることにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と各相ホールＩＣの出力電圧の位相差を一義的に決定できるようになる。
また、ホールセンサキバンの寸法と多相のホールＩＣの取付位置とを調整することにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と各相のホールＩＣの出力電圧の位相差を自由に調整できるようになる。 As shown in FIG. 2, the hall sensor unit 12d has a cylindrical shape compared to the conventional device of FIG. 5 by arranging it in front of or behind the cylindrical coil 12a and the cylindrical yoke 12b in the stroke direction. Since the space between the coil 12a and the cylindrical yoke 12b can be reduced, a high-performance motor can be provided without reducing the magnetic flux density in the air gap G and ensuring a large area of the cylindrical coil 12a. It becomes possible to do.
However, in this case, the length of the armature (movable element) is mainly the length of the electromagnetic part + the length of the Hall sensor unit, and there is a concern that the length becomes slightly longer. In the positional relationship between the cylindrical coil and each phase Hall IC,
ΔXθ = α
As the distance α is maintained, the armature can be freely translated forward or backward in the length direction, so that the rise time of the induced voltage is easy to control at the 0 degree position of the induced voltage. It may be moved, or it can be miniaturized as close to the armature side as possible. In the latter case, the phase difference is corrected on the control side.
For example, when α = 2τp, as shown in FIG. 3B, the rise of the Hall sensor signal is delayed by 270 ° with respect to the rise of the induced voltage, so the control side corrects the 270 ° phase difference. It will be good.
Moreover, when it is not desired to arrange the hall sensor unit in the front in the traveling direction, it can be arranged in the rear.
As described above, the phase difference between the phase of the voltage induced in the cylindrical coil of each phase and the output voltage of each phase Hall IC is uniquely defined by abutting the end surface of the Hall sensor rib against the axial end surface of the cylindrical yoke. Can be determined automatically.
In addition, by adjusting the dimensions of the Hall sensor kiban and the mounting position of the multi-phase Hall IC, the phase difference between the voltage induced in the cylindrical coil of each phase and the output voltage of the Hall IC of each phase can be freely set. Can be adjusted.

図４は実施例２による円筒型リニアモータを説明する図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示している。
図４において、電機子１２は、円筒状コイル１２ａと、磁性体からなる円筒状ヨーク１２ｂ、アルミフレーム１２ｃから構成される。円筒状コイル１２ａを複数個軸方向に並べ、これらを円筒状ヨーク１２ｂの内側に配し、更に、円筒状ヨーク１２ｂの外側にアルミフレーム１２ｃを取り付けた構造となっている。アルミフレーム１２ｃについては、電機子１１の機械剛性を確保しつつ、かつ電機子１１の軽量化を図るためにアルミ材にて構成している。
図４（ｂ）から判るように、界磁極１１と電機子１２とが磁気ギャップＧを介してそれぞれが同軸上に配置され、界磁極１１を固定子に、電機子１２を可動子として、相対的に走行するようにしてリニアモータ１０が構成される。
ここで、円筒状ヨーク１２ｂを用いることによって、ギャップ磁束密度が向上し、モータの高性能化を実現するとともに、界磁極１１から発生する磁束を円筒状ヨーク１２ｂ内に誘導することで、アルミフレーム１２ｃへの漏れ磁束が低減され、粘性制動力を抑制することができる。
さらに、実施例２によって、円筒状ヨーク１２ｂに、その円周方向に複数箇所（図では、４５度間隔で）キリカキ１２ｋを半径方向に設けているのが特徴である。このようにすることで、渦電流ｉが発生してもキリカキ１２ｋを通過できなくなり、周方向に流れることがなく、その結果、渦電流ｉによる粘性制動力が円筒状ヨーク１２ｂに発生しなくなる。 4A and 4B are diagrams for explaining a cylindrical linear motor according to the second embodiment. FIG. 4A is a side sectional view, and FIG. 4B is a view taken along the line AA in FIG.
In FIG. 4, the armature 12 includes a cylindrical coil 12a, a cylindrical yoke 12b made of a magnetic material, and an aluminum frame 12c. A plurality of cylindrical coils 12a are arranged in the axial direction, these are arranged inside the cylindrical yoke 12b, and an aluminum frame 12c is attached to the outside of the cylindrical yoke 12b. The aluminum frame 12c is made of an aluminum material in order to ensure the mechanical rigidity of the armature 11 and reduce the weight of the armature 11.
As can be seen from FIG. 4B, the field pole 11 and the armature 12 are coaxially arranged via the magnetic gap G. The field pole 11 is a stator and the armature 12 is a mover. Thus, the linear motor 10 is configured so as to travel.
Here, by using the cylindrical yoke 12b, the gap magnetic flux density is improved, the performance of the motor is improved, and the magnetic flux generated from the field magnetic pole 11 is guided into the cylindrical yoke 12b, whereby an aluminum frame is obtained. The leakage magnetic flux to 12c is reduced and the viscous braking force can be suppressed.
Further, according to the second embodiment, the cylindrical yoke 12b is provided with a plurality of drill holes 12k in the radial direction (at intervals of 45 degrees in the drawing) in the radial direction. By doing so, even if the eddy current i is generated, it cannot pass through the clearance 12k and does not flow in the circumferential direction. As a result, the viscous braking force due to the eddy current i is not generated in the cylindrical yoke 12b.

以上述べたように、ホールセンサユニットを円筒状コイル並びに円筒状ヨークに対して、ストローク方向前方又は後方に配置した構造にすることにより、エアギャップ中の磁束密度を低下させること無く、また、円筒状コイルの領域を確保したまま、高性能なリニアモータを液晶・半導体をはじめとしたあらゆる市場の搬送装置等への適用が可能となる。   As described above, the Hall sensor unit is structured to be arranged forward or backward in the stroke direction with respect to the cylindrical coil and the cylindrical yoke, so that the magnetic flux density in the air gap is not reduced and the cylindrical shape is reduced. It is possible to apply high-performance linear motors to transfer devices in all markets including liquid crystals and semiconductors while securing the area of the coil-shaped coil.

本発明の実施例１による円筒型リニアモータの側断面図である。It is a sectional side view of the cylindrical linear motor by Example 1 of this invention. 図１の点線部の拡大図である。It is an enlarged view of the dotted line part of FIG. 図３は図１における円筒状コイルと各相ホールＩＣの位置関係を説明する図である。FIG. 3 is a view for explaining the positional relationship between the cylindrical coil and each phase Hall IC in FIG. 実施例２による円筒型リニアモータを説明する図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示している。It is a figure explaining the cylindrical linear motor by Example 2, (a) is a sectional side view, (b) has shown the AA arrow directional view of (a). 従来技術による円筒型リニアモータの側断面図を示している。1 shows a cross-sectional side view of a cylindrical linear motor according to the prior art. 従来技術による円筒型リニアモータを説明する図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図を示している。It is a figure explaining the cylindrical linear motor by a prior art, (a) is a sectional side view, (b) has shown the AA arrow line view of (a).

符号の説明Explanation of symbols

１０ 実施例１による円筒型リニアモータ
１１ 界磁極（長尺状固定子）
１１ａ 円柱状マグネット
１１ｂ 円柱状ポールピース
１１ｃ ステンレスパイプ
１１ｄ エンドブロック
１２ 電機子（可動子）
１２ａ 円筒状コイル
１２ｂ 円筒状ヨーク
１２ｃ アルミフレーム
１２ｄ ホールセンサユニット
１２ｅ ホールセンサキバン
１２ｇ Ｕ相用ホールＩＣ
１２ｈ −Ｗ相用ホールＩＣ
１２ｉ Ｖ相用ホールＩＣ
１２ｋ キリカキ
Ｇ 磁気ギャップ 10 Cylindrical Linear Motor 11 According to Example 1 Field Pole (Long Stator)
11a Cylindrical magnet 11b Cylindrical pole piece 11c Stainless steel pipe 11d End block 12 Armature (mover)
12a Cylindrical coil 12b Cylindrical yoke 12c Aluminum frame 12d Hall sensor unit 12e Hall sensor kiban 12g U phase Hall IC
12h-Hall IC for W phase
12i Hall IC for V phase
12k Kirikaki G Magnetic gap

Claims (11)

磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、
前記電機子の現在位置を示す位置検出ユニットを前記円筒状ヨークの軸方向の端部に配置したことを特徴とする円筒型リニアモータ用電機子。 In a cylindrical linear motor armature in which a cylindrical yoke made of a magnetic material and a plurality of cylindrical coils are arranged side by side in the axial direction inside the cylindrical yoke,
A cylindrical linear motor armature, wherein a position detection unit indicating a current position of the armature is disposed at an end portion in an axial direction of the cylindrical yoke. ホールＩＣと該ホールＩＣホールを取り付けたセンサキバンとから成るホールセンサユニットを前記位置検出ユニットとして用いたことを特徴とする請求項１記載の円筒型リニアモータ用電機子。   2. The armature for a cylindrical linear motor according to claim 1, wherein a hall sensor unit comprising a hall IC and a sensor chip mounted with the hall IC hall is used as the position detection unit. 前記ホールセンサキバンの端面を前記円筒状ヨークの軸方向端面に突き当てることにより、各相の円筒状コイルに誘起される電圧の位相と、各相ホールＩＣの出力電圧の位相差を一義的に決定できるようにしたことを特徴とする請求項２記載の円筒型リニアモータ用電機子。   By abutting the end face of the Hall sensor rib against the axial end face of the cylindrical yoke, the phase difference between the voltage induced in the cylindrical coil of each phase and the output voltage of each phase Hall IC is uniquely determined. 3. The armature for a cylindrical linear motor according to claim 2, wherein the armature can be determined. 前記ホールセンサキバンの寸法と多相のホールＩＣの取付位置とを調整することにより、各相の前記円筒状コイルに誘起される電圧の位相と前記各相のホールＩＣの出力電圧の位相差を自由に調整できるようにしたことを特徴とする請求項３記載の円筒型リニアモータ用電機子。   By adjusting the dimensions of the Hall sensor base and the mounting position of the multi-phase Hall IC, the phase difference between the phase of the voltage induced in the cylindrical coil of each phase and the output voltage of the Hall IC of each phase is obtained. 4. The armature for a cylindrical linear motor according to claim 3, wherein the armature can be freely adjusted. 前記円筒状ヨークの外側にアルミフレームを取り付けたことを特徴とする請求項４記載の円筒型リニアモータ用電機子。   The armature for a cylindrical linear motor according to claim 4, wherein an aluminum frame is attached to the outside of the cylindrical yoke. 軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、
前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項１〜５のいずれか１項記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴とする円筒型リニアモータ。 A cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed in a hollow interior extending in the axial direction, and a plurality of coils arranged inside and coaxially opposed to each other through a magnetic gap inside the cylindrical coils. The cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and cylindrical pole pieces made of a magnetic material are arranged between the plurality of cylindrical magnets, and end blocks are fixed at both ends in the axial direction. A cylindrical linear motor comprising a long stator, wherein the armature moves in an axial direction along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. ,
A cylindrical linear motor, wherein the cylindrical linear motor armature is the cylindrical linear motor armature according to any one of claims 1 to 5. 磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって前記複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、
前記円筒状ヨークにその円周方向に複数箇所でキリカキを半径方向に設けたことを特徴とする円筒型リニアモータ用電機子。 In a cylindrical linear motor armature in which a cylindrical yoke made of a magnetic material and the plurality of cylindrical coils are arranged side by side in the axial direction inside the cylindrical yoke,
A cylindrical linear motor armature, wherein the cylindrical yoke is provided with radial holes at a plurality of locations in a circumferential direction thereof. 前記キリカキは円周方向に約４５度間隔で設けたことを特徴とする請求項７記載の円筒型リニアモータ用電機子。   8. The armature for a cylindrical linear motor according to claim 7, wherein the clearance is provided at an interval of about 45 degrees in the circumferential direction. 軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、
前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項７又は８記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴とする円筒型リニアモータ。 A cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed in a hollow interior extending in the axial direction, and a plurality of coils arranged inside and coaxially opposed to each other through a magnetic gap inside the cylindrical coils. The cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and cylindrical pole pieces made of a magnetic material are arranged between the plurality of cylindrical magnets, and end blocks are fixed at both ends in the axial direction. A cylindrical linear motor comprising a long stator, wherein the armature moves in an axial direction along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. ,
The cylindrical linear motor according to claim 7 or 8, wherein the cylindrical linear motor armature is the cylindrical linear motor armature. 磁性体からなる円筒状ヨークと該円筒状ヨークの内側に軸方向に向かって前記複数個の円筒状コイルを並べて配置した円筒型リニアモータ用電機子において、
前記電機子の現在位置を示す電気的位相を特定するためのホールセンサキバンとホールＩＣとから成るホールセンサユニットを前記円筒状ヨークの軸方向の端部に配置し、かつ前記円筒状ヨークに円周方向にキリカキを設けたことを特徴とする円筒型リニアモータ用電機子。 In a cylindrical linear motor armature in which a cylindrical yoke made of a magnetic material and the plurality of cylindrical coils are arranged side by side in the axial direction inside the cylindrical yoke,
A hall sensor unit comprising a hall sensor base and a hall IC for specifying an electrical phase indicating the current position of the armature is disposed at an end portion in the axial direction of the cylindrical yoke, and a circle is formed on the cylindrical yoke. An armature for a cylindrical linear motor, characterized by providing a clearance in the circumferential direction. 軸方向に延びる中空内部に複数個の円筒状コイルが固定された円筒型リニアモータ用電機子と、前記円筒状コイルの内側に磁気的空隙を介して同軸上に対向配置されてかつ内部に複数個の円柱状マグネットが磁化方向が交互に異なるように配設すると共に、前記複数の円柱状マグネット間に磁性体からなる円柱状ポールピースを配設し、軸方向両端にエンドブロックを固定された長尺状固定子と、から成り、前記複数個の円筒状コイルを選択的に励磁することによって前記電機子が前記長尺状固定子に沿って軸方向に移動して成る円筒型リニアモータにおいて、
前記円筒型リニアモータ用電機子が請求項１０記載の円筒型リニアモータ用電機子であることを特徴とする円筒型リニアモータ。 A cylindrical linear motor armature in which a plurality of cylindrical coils are fixed in a hollow interior extending in the axial direction, and a plurality of coils arranged inside and coaxially opposed to each other through a magnetic gap inside the cylindrical coils. The cylindrical magnets are arranged so that their magnetization directions are alternately different, and cylindrical pole pieces made of a magnetic material are arranged between the plurality of cylindrical magnets, and end blocks are fixed at both ends in the axial direction. A cylindrical linear motor comprising a long stator, wherein the armature moves in an axial direction along the long stator by selectively exciting the plurality of cylindrical coils. ,
The cylindrical linear motor according to claim 10, wherein the cylindrical linear motor armature is the cylindrical linear motor armature.
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