JP2013506394A - リニアモータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のリニアモータは、複数の電機子モジュールを含む電機子側部材、複数の永久磁石モジュールを含む界磁側部材と支持機構を含みから構成され、各電機子モジュールはリング状の磁性体から4つ以上の磁極が前記界磁側部材への方向に突出して、各磁極に同じ位相の電流が流れるコイルが巻き付いて、各永久磁石のモジュールには、各電機子モジュールに含まれている磁極の数と同じ極数の永久磁石が配置され、進行方向に配置されたS個の電機子モジュールと2の倍数であるP個の永久磁石のモジュールを一単位とし、進行磁界による推力が生成されるよう所定の位相の差を持つ電源が各電機子モジュールに印加され、前記電機子側部材または前記界磁側部材のいずれかが、可動子として前記生成された推力によって移動するように、他の一方が固定子として前記支持機構に固定することができる。
【選択図】図1
Description
従来のリニアモータは、回転モータを展開して直線状に広げて配置した構造により、電機子鉄心の磁極または突極と永久磁石間に強力な磁気吸引力が発生するためシステムの精度が落ち難しく、一定の空隙を維持する支持機構の摩耗が大きくなる問題が発生する。
一実施例では、各永久磁石のモジュール内の各永久磁石は、進行方向に隣接する永久磁石と極性が異なっている。
一実施例では、前記電機子側部材または前記界磁側部材の長さは、前記のS個の電機子モジュールとP個の永久磁石のモジュールからなる一単位の長さよりも長くなる。
図1と図2は、本発明の一実施の形態に係る内部永久磁石形リニアモータの電機子と永久磁石を図示したものである。
電機子側部材は、図1に図示したように、進行方向に一列に配置される複数の電機子モジュール10で構成されるが、各電機子モジュール10は、リング形状の磁性体鉄心1に半径方向に突出されている4つ以上の突極(または磁極)2にコイル3が巻かれた形になることがある。ここで、リング形状は、円形リングに限定されず、閉回路を構成する長方形、八角形等の長方形リング、八角形リングの使用が可能である。
支持機構は、電機子側部材と第界磁側部材のいずれかを固定子として残りを可動子にし、電機子モジュール10の磁極2と永久磁石4の間に一定の空隙を維持しながら、可動子が固定子と相対的に進行するようにする。
各電機子・モジュール(10)内で隣接する磁極2の電磁石極性が異なるようにして電機子モジュールの磁極2とそれに対応する永久磁石4の間に高い密度の磁束が円滑に流れるようにするために、たとえば、4つの磁極2が形成された場合は、コイル3におなじような位相の電流を流した時、所定の基準位置から時計回りに、1番目の磁極と3番目の磁極の極性が同じく、2番目の磁極と4番目磁極の極性が同じになるよう、各磁極2にコイル3を巻く。
図3は、図1と図2で説明した、2以上の電機子モジュール10と2の永久磁石モジュール20の組み合わせにより、直線方向の推力が発生する原理を図示しており、A−A’に切った断面の一部である。
図1で説明したように、各電機子モジュール10のコイルに、単相の電流を供給するが、3つの電機子モジュール(10U、10V、10W)を一つのセットにして3相電流を印加することができる。つまり、3相の場合、隣接するモジュールと120度の位相差をもつ電流を、各電機子・モジュール(10U、10V、10W)のコイルに供給する。
磁極U、V、Wのコイルは同じ方向に巻かれたことを前提とした近隣の電機子モジュールの対応する位置に置かれた磁極の反対方向にコイルを巻かれる。つまり、UとWは同じ方向にコイルが巻かれVはU、Wと反対方向にコイルが巻かれかれることができ、この場合でも、永久磁石を同じ方向に移動させる推力を発生するような位相差を持つ電流を供給することができる。
図3の1番目の例では、電機子モジュール3相と永久磁石2極の基本的な組み合わせの例であり、図3の2番目の例は、1番目の組み合わせの拡張である電機子モジュール3相と永久磁石4極の組み合わせの例で、推力が発生する原理は同じであり、3相8極などの組み合わせも可能である。一般化すると、モータ定数の倍数となる電機子モジュールの数Sと2(N極とS極)の倍数である永久磁石モジュールの数Pの組み合わせを基に推力が発生するが、ここでモータ定数は、3相電源に電機子を駆動する場合3、5相電源で駆動する場合は5で、3以上の奇数とするのが一般的であり、モータ定数により各電機子モジュールのコイルに印加される電流の位相差が決定される。
また、二つの電源でモータを駆動させることもできるが、この場合は、各電機子モジュールを永久磁石の極厚の半分(τ/2)だけ離して配置した状態で90度の位相差をもつ2相の電流を2つの電機子モジュールに流す場合にも、永久磁石を一方向に移動させる推力を発生させることができる。
図7と8は、本発明に係るリニアモータを利用して移動手段を様々な形で実装した例である。
可動コイル形の場合、固定子である界磁側部材は、2つの固定支持部54により両側で固定され、可動である電機子側部材は、可動支持台50に接続され、ガイドレール52とスライド53の案内に沿って直線運動をする。
図1ないし図8では、電機子モジュールの電機子側部材が外部に、永久磁石モジュールの界磁側部材が内部に位置する内部磁石形の実施例を提示したが、図9では、電機子モジュールが内部に永久磁石モジュールは外部に位置する外部永久磁石形リニアモータの実施例を図示している。
サーボシステムは、モータに印加する電流を生成する駆動アンプ、駆動アンプからモータに供給する電流を検出する電流センサ、リニアモータ可動子の位置または、移動速度を検出するリニアセンサ、電流センサおよび/またはリニアセンサで検出された信号をもとに制御コマンドに基づいて、駆動するアンプを制御する制御器を含めて構成することも可能である。駆動アンプは、交流電源を直流に変える整流器(図に示さず)と、モータ駆動に必要な電流を生成するインバータ(図に示さず)を含めることができる。
Claims (18)
- 複数の電機子モジュールを含む電機子側部材、複数の永久磁石モジュールを含む界磁側部材と支持機構を含みから構成され、
各電機子モジュールはリング状の磁性体から4つ以上の磁極が前記界磁側部材への方向に突出して、各磁極の同じ位相の電流が流れるコイルが巻き付いて巻かれ、
各永久磁石のモジュールには、各電機子モジュールに含まれている磁極の数と同じ極数の永久磁石が配置され、
進行方向に配置されたS個の電機子モジュールと偶数であるPの永久磁石のモジュールを一単位とし、進行磁界による推力が生成されるよう所定の位相差を有する電源が各電機子モジュールに印加され、
前記電機子側部材または前記界磁側部材のいずれかが稼動者子に前記生成されたる推力によって移動するように、他の一つの固定子が前記支持機構に固定されていることを特徴とするリニアモータ。 - 複数の電機子モジュールを含む電機子側部材、複数の磁性体モジュールを含む界磁側部材と支持機構を含みから構成され、
各電機子モジュールはリング状の磁性体から4つ以上の磁極が前記界磁側部材への方向に突出して、各磁極に同じ位相の電流が流れるコイルが巻かれ、
各磁性体モジュールには、各電機子モジュールに含まれている磁極と同じ数の第2磁極が配置され、進行方向に配置されたS個の電機子モジュールとP個の磁性体のモジュールを一単位とし、進行磁界による推力が生成されるよう所定の位相差を有する電源が前記電機子モジュールに印加され、
各磁極とそれに対応する第2磁極が一定の空隙を維持した状態で、前記電機子側部材または前記第2部材のいずれかが移動するように、他の一つは、前記支持機構に固定されていることを特徴とするリニアモータ。 - 各電機子モジュール内に隣接する磁極の極性が互いに異なるようにコイルが巻きことを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のリニアモータ。
- 各永久磁石のモジュールでは、各永久磁石は、隣接する永久磁石と異なる極がなるように配置されていることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 各永久磁石のモジュールでは、各永久磁石は、磁性体表面に固定されるか、磁性体内部に埋め立てされていることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 隣接する永久磁石のモジュールは、一定の間隔で離隔されるか、非磁性体がその間に配置されていることを特徴とする請求項1記載のリニアモータ。
- 前記電機子モジュールの断面は対称構造であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のリニアモータ。
- 前記電機子モジュールの磁性体は、円形リング状であるか、または多角形のリング形状であることを特徴とする、請求項7記載のリニアモータ。
- 前記電機子モジュールの磁極は点対称または、線対称に前記磁性体に配置されることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のリニアモータ。
- 前記界磁側部材は、前記電機子側部材の内部に配置されるか、または、前記電機子側部材の外側に配置されることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のリニアモータ。
- 前記界磁側部材が前記電機子側部材の内部に配置されている場合、前記電機子モジュールの磁極は、前記磁性体の内側に形成され、前記界磁側部材が前記電機子側部材の外側に配置されている場合、前記電機子モジュールの磁極は、前記磁性体の外側に形成されることを特徴とする、請求項10記載のリニアモータ。
- 前記界磁側部材は、前記永久磁石モジュールを進行方向に長さが形成されているパイプの形に挟んで組み立てることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 各永久磁石のモジュール内の各永久磁石は、進行方向に隣接する永久磁石と極性が異なることを特徴とする、請求項1記載のリニアモータ。
- 前記電機子側部材または前記第2部材の長さは、前記のSの電機子モジュールとP個の永久磁石のモジュールからなる一単位の長さより長いことを特徴とする請求項1記載のリニアモータ。
- 前記Sは、前記所定の位相差を決定する定数の倍数のいずれかに決定され、前記倍数は、3以上の奇数であることを特徴とする、請求項14記載のリニアモータ。
- 前記の定数は3であり、前記(S、P)は(3、2)、(3、4)、(9、8)、(9、10)のいずれか一つであることを特徴とする、請求項15記載のリニアモータ。
- 前記の定数が3であり、前記のSが9の場合、120度の位相の差位相の差を有する3つの電流をそれぞれU、V、Wとするとき、連続する9つの電機子モジュールには、UVWUVWUVWの電流が供給されるか、UuUVvVWwW(小文字は大文字と逆向きの電流を流す相を表す。)の電流が供給される、請求項15記載のリニアモータ。
- 前記電機子モジュールの磁性体は積層された形であることを特徴とする、請求項1又は請求項2記載のリニアモータ。
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