JP2014143881A - Linear motor - Google Patents

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Hiromitsu Ohashi
弘光 大橋
Masahiro Mita
正裕 三田
Masahiro Masuzawa
正宏 増澤
Makoto Kawakami
川上  誠
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Hitachi Metals Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor in which a use amount of a magnet does not increase even if total length of a moving distance is long and achieves high speed operation with low power by reducing hysteresis loss.SOLUTION: In a linear motor, a needle includes two armature cores and a magnet in rectangular plate shapes, in which a moving direction is set to be a longitudinal direction, inside a coil in a vertical posture. Projections are arranged in parallel along the longitudinal direction on faces confronted with a plate-like part of the stator of the armature core. The two armature cores sandwich the magnet, and the projection of one armature core and the projection of the other armature core are fixed to be arranged in a staggered manner. The magnet is magnetized in a direction toward the other armature core from the one armature core.

Description

本発明は固定子と駆動コイルを有する可動子とを組み合わせてなるリニアモータに関する。   The present invention relates to a linear motor formed by combining a stator and a mover having a drive coil.

例えば、半導体製造装置、液晶表示装置の製造分野においては、大面積の基板等の処理対象物を高速度にて直線移動させ、適宜の移動位置にて高精度に位置決めすることができる送り装置が必要である。この種の送り装置は、一般的には、駆動源としてのモータの回転運動をボールねじ機構等の運動変換機構により直線運動に変換して実現されるが、運動変換機構が介在することから、移動速度の高速化に限界がある。また運動変換機構の機械的な誤差の存在により、位置決め精度も不十分であるという問題がある。   For example, in the field of manufacturing semiconductor manufacturing devices and liquid crystal display devices, there is a feeding device that can linearly move an object to be processed such as a large-area substrate at a high speed and accurately position the object at an appropriate moving position. is necessary. This type of feeding device is generally realized by converting the rotational motion of a motor as a drive source into a linear motion by a motion conversion mechanism such as a ball screw mechanism, but since a motion conversion mechanism is interposed, There is a limit to increasing the moving speed. There is also a problem that positioning accuracy is insufficient due to the presence of mechanical errors in the motion conversion mechanism.

この問題に対応するため、近年においては、直線運動出力が直接的に取り出し可能なリニアモータを駆動源とする送り装置が使用されている。リニアモータは、直線状の固定子と該固定子に沿って移動する可動子とを備えている。前述した送り装置においては、板状の永久磁石を一定間隔毎に多数並設して固定子を構成し、磁極歯と通電コイルとを備える電機子を可動子としたムービングコイル型のリニアモータ(例えば、特許文献1参照)が使用されている。   In order to cope with this problem, in recent years, a feeding device using a linear motor capable of directly taking out a linear motion output as a drive source has been used. The linear motor includes a linear stator and a mover that moves along the stator. In the above-described feeding device, a moving coil type linear motor (a moving coil type linear motor) in which a large number of plate-like permanent magnets are arranged in parallel at regular intervals to constitute a stator, and an armature having magnetic pole teeth and energizing coils is used as a mover. For example, Patent Document 1) is used.

特開平3−139160号公報JP-A-3-139160

ムービングコイル型のリニアモータでは、固定子に磁石を配置するため、リニアモータの全長が長くなるほど(可動子の移動距離が長くなるほど)、使用する磁石の量が増える。近年、希土類の価格上昇に伴い、使用する磁石量の増加は、コスト増加の原因となっていた。
また、リニアモータが動作する際、固定子に設けられた歯部の磁極変化によりヒステリシス損が発生する。そのため、リニアモータを高速に動作させるためには、より多くの電力を必要としていた。
In a moving coil type linear motor, since magnets are arranged on the stator, the amount of magnets to be used increases as the total length of the linear motor increases (the moving distance of the mover increases). In recent years, with the increase in the price of rare earths, an increase in the amount of magnets used has caused an increase in cost.
Further, when the linear motor operates, a hysteresis loss occurs due to a change in the magnetic poles of the teeth provided on the stator. Therefore, more electric power is required to operate the linear motor at high speed.

本発明は、上述のごとき事情に鑑みてなされたものであり、移動距離の全長が長くても磁石の使用量が増加しないリニアモータであって、ヒステリシス損を低減することにより、低電力で高速動作を可能としたリニアモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and is a linear motor that does not increase the amount of use of a magnet even when the total moving distance is long. An object of the present invention is to provide a linear motor that can operate.

本発明に係るリニアモータは、固定子、及びコイルを有する可動子を備えたリニアモータにおいて、前記固定子は前記可動子の移動方向に長い2つの板状部を有し、前記2つの板状部は可動子の移動域を間にして対向し、磁気的に結合するようにしてあり、前記2つの板状部の互いに対向する面それぞれには、直方体状の歯部が、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とは少なくとも一部が対向しないように、前記移動方向に並設してあり、前記可動子は前記コイル内部に、共に前記移動方向を長手方向とする矩形板状の磁石及び2つの電機子コアが縦姿勢で配してあり、前記電機子コアの前記板状部に対向する面それぞれには長手方向に沿って突出部が並設してあり、前記磁石は前記2つの電機子コア間に配してあり、一方の電機子コアの突出部と他方の電機子コアの突出部とを千鳥配置としてあり、前記磁石は2つの電機子コアの対向方向に磁化してあることを特徴とする。   The linear motor according to the present invention is a linear motor including a stator and a mover having a coil. The stator has two plate-like portions that are long in the moving direction of the mover, and the two plate-like parts are used. The parts are opposed to each other with the moving range of the mover therebetween and are magnetically coupled, and a rectangular parallelepiped tooth portion is formed on one of the two plate-like parts on the mutually opposing surfaces. The tooth part of the first part and the tooth part of the other plate-like part are arranged side by side in the movement direction so that at least a part does not face each other. The rectangular plate-shaped magnet and the two armature cores are arranged in a vertical posture, and each of the surfaces of the armature core that faces the plate-like portion is provided with protrusions along the longitudinal direction. The magnet is disposed between the two armature cores, and one of the armature cores And the projection and the projecting portion of the other of the armature core have a staggered, wherein said magnet are magnetized in the opposite direction of the two armature core.

本発明にあっては、リニアモータ稼動時の歯部の磁極の変化は、残留値からN極(S極)又はN極(S極)から残留値への変化しかないため、ヒステリシス損が低減可能となり、低電力で高速動作が可能となる。   According to the present invention, the change in the magnetic pole of the tooth portion during operation of the linear motor is only a change from the residual value to the N pole (S pole) or from the N pole (S pole) to the residual value, thereby reducing the hysteresis loss. It becomes possible to operate at high speed with low power.

本発明に係るリニアモータは、前記歯部は長手方向の略中央部に溝を有することを特徴とする。   The linear motor according to the present invention is characterized in that the tooth portion has a groove at a substantially central portion in the longitudinal direction.

本発明にあっては、前記歯部の長手方向の略中央部に溝を有することで、歯部の中央部においてS極とN極とがオーバーラップする領域を低減できる。   In the present invention, by having the groove at the substantially central portion in the longitudinal direction of the tooth portion, it is possible to reduce a region where the S pole and the N pole overlap in the central portion of the tooth portion.

本発明に係るリニアモータは、前記突出部の板状部に対向する面は略平行四辺形としてあることを特徴とする。   The linear motor according to the present invention is characterized in that a surface of the protruding portion facing the plate-like portion is a substantially parallelogram.

本発明にあっては、突出部の板状部に対向する面を略平行四辺形としたので、複数の電機子コアをスキュー配置した場合と同様に、ディテント力が低減され、固定子と可動子の相対位置の違いによる推力むらを低減することが可能となる。   In the present invention, since the surface of the projecting portion facing the plate-like portion is a substantially parallelogram, the detent force is reduced and the stator and the movable member are reduced as in the case where the plurality of armature cores are skewed. It is possible to reduce thrust unevenness due to a difference in relative positions of the children.

本発明に係るリニアモータは、前記突出部には、他の突出部とは前記可動子の移動方向の長さが異なるものを含むことを特徴とする。   In the linear motor according to the present invention, the protrusion includes a protrusion having a length in a moving direction different from that of the other protrusion.

本発明にあっては、可動子の移動方向の長さが異なる突出部を有することにより、ディテント力を低減させることが可能となる。   In this invention, it becomes possible to reduce detent force by having the protrusion part from which the length of the moving direction of a needle | mover differs.

本発明に係るリニアモータは、前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜していることを特徴とする。   The linear motor according to the present invention is characterized in that the short side section of the tooth portion is inclined with respect to the moving direction of the mover.

本発明にあっては、前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜している。すなわち歯部をスキュー配置としてあるので、ディテント力が低減され、固定子と可動子の相対位置の違いによる推力むらを低減することが可能となる。   In the present invention, the short side of the cross section of the tooth portion is inclined with respect to the moving direction of the mover. That is, since the tooth portions are arranged in a skew manner, the detent force is reduced, and it becomes possible to reduce the thrust unevenness due to the difference in the relative positions of the stator and the mover.

本発明に係るリニアモータは、前記一方の板状部の歯部と前記他方の板状部の歯部とでは、前記断面短辺の傾斜方向を逆にしてあることを特徴とする。   The linear motor according to the present invention is characterized in that the inclined direction of the short side of the cross section is reversed between the tooth portion of the one plate-like portion and the tooth portion of the other plate-like portion.

本発明にあっては、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とで、長手方向の両端の位置関係を逆にしてある。すなわち歯部の傾ける方向を板状部の一方と他方とで異なるようにしているので、可動子が移動方向に対して左右に傾くことにより生じるこじりを抑えることが可能となる。   In the present invention, the positional relationship between both ends in the longitudinal direction is reversed between the tooth portion of one plate-like portion and the tooth portion of the other plate-like portion. That is, since the direction in which the tooth portion is inclined is different between one and the other of the plate-like portions, it is possible to suppress the twisting that occurs when the mover is inclined to the left and right with respect to the moving direction.

本発明にあっては、可動子のみに磁石を使用するので、移動距離の全長が長くても磁石の使用量が増加せず、電機子コアは板状部の対向方向に長い部分と短い部分を設けたことにより、固定子の歯部の磁極は残留値からN極又はS極、N極又はS極から残留値にしか変化しないため、ヒステリシス損が低減し、低電力で高速動作が可能となる。   In the present invention, since the magnet is used only for the mover, the amount of use of the magnet does not increase even if the total length of the moving distance is long, and the armature core has a long portion and a short portion in the opposing direction of the plate-like portion. Since the magnetic poles of the stator teeth change only from the residual value to the N or S pole, and from the N or S pole to the residual value, hysteresis loss is reduced and high speed operation with low power is possible. It becomes.

実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す部分破断斜視図である。1 is a partially broken perspective view showing an example of a schematic configuration of a linear motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るリニアモータの電機子コア及び永久磁石の形状の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the shape of the armature core and permanent magnet of the linear motor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るリニアモータの可動子の一例を示す斜視図である。3 is a perspective view illustrating an example of a mover of the linear motor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す正面図である。1 is a front view illustrating an example of a schematic configuration of a linear motor according to a first embodiment. 実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す側面図である。1 is a side view illustrating an example of a schematic configuration of a linear motor according to a first embodiment. 実施の形態1に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。3 is an explanatory diagram illustrating a principle of thrust generation of the linear motor according to Embodiment 1. FIG. 図6のVII−VII線による断面図である。It is sectional drawing by the VII-VII line of FIG. 図6のVIII−VIII線による断面図である。It is sectional drawing by the VIII-VIII line of FIG. リニアモータの推力発生原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the thrust generation principle of a linear motor. 実施の形態1に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。3 is an explanatory diagram illustrating a principle of thrust generation of the linear motor according to Embodiment 1. FIG. 図10のXI−XI線による断面図である。It is sectional drawing by the XI-XI line of FIG. 図10のXII−XII線による断面図である。It is sectional drawing by the XII-XII line | wire of FIG. リニアモータの推力発生原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the thrust generation principle of a linear motor. 鉄の通常のヒステリシス曲線を示したグラフである。It is the graph which showed the normal hysteresis curve of iron. 実施の形態1に係るリニアモータにおける電機子コア、歯部のヒステリシス曲線を示したグラフである。4 is a graph showing hysteresis curves of armature cores and teeth in the linear motor according to the first embodiment. 実施の形態2に係るリニアモータの固定子の構成を示す正面図である。6 is a front view showing a configuration of a stator of a linear motor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係るリニアモータの可動子を示す斜視図である。6 is a perspective view showing a mover of a linear motor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係るリニアモータの可動子を示す平面図である。6 is a plan view showing a mover of a linear motor according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4に係るリニアモータの固定子の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a stator of a linear motor according to a fourth embodiment. 実施の形態5に係るリニアモータの固定子の構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a stator of a linear motor according to a fifth embodiment.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態1
図1は実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す部分破断斜視図である。本実施の形態に係るリニアモータは、可動子1と固定子2とから構成されている。可動子1はコイル11、電機子コア12、13及び永久磁石(磁石)14を含む。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
Embodiment 1
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing an example of a schematic configuration of the linear motor according to the first embodiment. The linear motor according to the present embodiment includes a mover 1 and a stator 2. The mover 1 includes a coil 11, armature cores 12 and 13, and a permanent magnet (magnet) 14.

図2は実施の形態1に係るリニアモータの電機子コア12、13及び永久磁石14の形状の一例を示す斜視図である。図2Aは電機子コア12を示している。図2Bは電機子コア13を示している。図2Cは永久磁石14を示している。図1に示すように電機子コア12は可動子1の移動方向を長手方向とする矩形板状である。電機子コア12の長手方向の上面及び下面には直方体状の突起部12a(突出部)が形成してある。隣り合う2つの突起部12aの間は凹部12bとなっている。図2Aに示す例では突起部12aは上面及び下面にそれぞれ5個ずつ形成してある。上面の突起部12aと下面の突起部12aとは対向する位置に形成してある。電機子コア13も電機子コア12と同様に可動子1の移動方向を長手方向とする矩形板状である。電機子コア13の長手方向の上面及び下面には直方体状の突起部13a(突出部)が形成してある。隣り合う2つの突起部13aの間は凹部13bとなっている。図2Bに示す例では突起部13aは上面及び下面にそれぞれ4個ずつ形成してある。上面の突起部13aと下面の突起部13aとは対向する位置に形成してある。突起部12a、突起部13aの個数はあくまでも一例であり、図2A、2Bに示すものに限られない。電機子コア12の上面及び下面それぞれに突起部12a及び凹部12bが最低一組あれば良い。同様に電機子コア13の上面及び下面それぞれに突起部13a及び凹部13bが最低一組あれば良い。このような電機子コア12、電機子コア13及び磁石14を組み合わせ、その周囲にコイル11線を巻き回すことで最小サイズの可動子を形成することが可能である。電機子コア12及び電機子コア13の縦横は略同一寸法としてある。電機子コア12及び電機子コア13の奥行きも略同一寸法としてある。電機子コア12と電機子コア13とをそれぞれの中心が一致するように重ねた場合、突起部12aと凹部13bとが及び凹部12bと突起部13aとが、それぞれ重なる位置(千鳥配置)となるように突起部12a、13aを形成してある。図2Cに示すように永久磁石14は可動子1の移動方向を長手方向とする矩形板状である。紙面の裏側から表側方向に磁化されている。永久磁石14の横寸法は電機子コア12及び電機子コア13と略同一としてある。永久磁石14の縦寸法は、電機子コア12に形成してある上面凹部12bの底面と下面凹部12bの底面との距離と略同一としてある。   FIG. 2 is a perspective view showing an example of the shapes of the armature cores 12 and 13 and the permanent magnet 14 of the linear motor according to the first embodiment. FIG. 2A shows the armature core 12. FIG. 2B shows the armature core 13. FIG. 2C shows the permanent magnet 14. As shown in FIG. 1, the armature core 12 has a rectangular plate shape whose longitudinal direction is the moving direction of the mover 1. A rectangular parallelepiped protrusion 12a (protrusion) is formed on the upper and lower surfaces of the armature core 12 in the longitudinal direction. A recess 12b is formed between two adjacent protrusions 12a. In the example shown in FIG. 2A, five protrusions 12a are formed on each of the upper surface and the lower surface. The protrusion 12a on the upper surface and the protrusion 12a on the lower surface are formed at positions facing each other. Similarly to the armature core 12, the armature core 13 has a rectangular plate shape in which the moving direction of the mover 1 is the longitudinal direction. A rectangular parallelepiped protrusion 13a (protrusion) is formed on the upper and lower surfaces of the armature core 13 in the longitudinal direction. A recess 13b is formed between two adjacent protrusions 13a. In the example shown in FIG. 2B, four protrusions 13a are formed on each of the upper surface and the lower surface. The protrusion 13a on the upper surface and the protrusion 13a on the lower surface are formed at positions facing each other. The numbers of the protrusions 12a and the protrusions 13a are merely examples, and are not limited to those shown in FIGS. 2A and 2B. It suffices if there is at least one pair of protrusions 12a and recesses 12b on the upper and lower surfaces of the armature core 12, respectively. Similarly, it is sufficient that the armature core 13 has at least one pair of protrusions 13a and recesses 13b on the upper and lower surfaces, respectively. By combining such an armature core 12, the armature core 13, and the magnet 14 and winding a coil 11 wire around the armature core 12, it is possible to form a mover having a minimum size. The armature core 12 and the armature core 13 have substantially the same length and width. The armature core 12 and the armature core 13 have substantially the same depth. When the armature core 12 and the armature core 13 are overlapped so that their centers coincide with each other, the protrusion 12a and the recess 13b and the recess 12b and the protrusion 13a overlap each other (staggered arrangement). Thus, the protrusions 12a and 13a are formed. As shown in FIG. 2C, the permanent magnet 14 has a rectangular plate shape in which the moving direction of the mover 1 is the longitudinal direction. Magnetized in the front side direction from the back side of the paper. The lateral dimension of the permanent magnet 14 is substantially the same as that of the armature core 12 and the armature core 13. The vertical dimension of the permanent magnet 14 is substantially the same as the distance between the bottom surface of the upper surface recess 12 b and the bottom surface of the lower surface recess 12 b formed in the armature core 12.

電機子コア12、13は、軟磁性材料、例えばケイ素鋼板を積層してもよいし、磁性金属粉末を固めた例えばSMC(軟磁性複合部材:Soft Magnetic Composites)にしてもよい。このような部材を用いることで、電機子コア材料の渦電流損やヒステリシス損や偏磁を抑制することができる。
永久磁石14は、ネオジム(Nd)、鉄(Fe)、ボロン(B)を主成分とするネオジム磁石である。ネオジム磁石に限らず、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などを用いても良い。
The armature cores 12 and 13 may be laminated with a soft magnetic material, for example, a silicon steel plate, or may be made of, for example, SMC (Soft Magnetic Composites) in which magnetic metal powder is hardened. By using such a member, it is possible to suppress eddy current loss, hysteresis loss, and demagnetization of the armature core material.
The permanent magnet 14 is a neodymium magnet mainly composed of neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B). In addition to neodymium magnets, alnico magnets, ferrite magnets, samarium cobalt magnets, and the like may be used.

図3は実施の形態1に係るリニアモータの可動子1の一例を示す斜視図である。電機子コア12、電機子コア13及び永久磁石14は縦姿勢で、コイル11の内部に配されている。電機子コア12、電機子コア13及び永久磁石14の長手方向が可動子1の移動方向となるようにしてある。電機子コア12、13の広面にコイル11を巻き回した構成としてある。永久磁石14は電機子コア12と電機子コア13との間に配されている。図2Cに示したように磁石14は広面の一方から他方に向かう向きに磁化されているから、電機子コア12、13の対向方向に磁化してあることになる。上述したように、電機子コア12の突起部12aと電機子コア13の突起部13aとは長手方向に沿って互い違いの配置(千鳥配置)となっている。   FIG. 3 is a perspective view showing an example of the mover 1 of the linear motor according to the first embodiment. The armature core 12, the armature core 13, and the permanent magnet 14 are arranged in a vertical posture inside the coil 11. The longitudinal directions of the armature core 12, the armature core 13, and the permanent magnet 14 are set to be the moving direction of the mover 1. The coil 11 is wound around the wide surfaces of the armature cores 12 and 13. The permanent magnet 14 is disposed between the armature core 12 and the armature core 13. As shown in FIG. 2C, the magnet 14 is magnetized in the direction from one side of the wide surface to the other, so that it is magnetized in the opposite direction of the armature cores 12 and 13. As described above, the protruding portions 12a of the armature core 12 and the protruding portions 13a of the armature core 13 are alternately arranged (staggered arrangement) along the longitudinal direction.

電機子コア12及び13を矩形板状とし、長手方向の上面及び下面に突起部12a、13aを有する構成としているので、電機子コア12及び13を軟磁性鋼板から切り出し加工あるいは鋼板を打ち抜き加工しその後積層することで製造できる。
よって突起部12a、13a及び凹部12b、13bの可動子1の移動方向の幅寸法のばらつきを少なくすることができコギング特性を良好にすることが可能となる。
Since the armature cores 12 and 13 have a rectangular plate shape and have protrusions 12a and 13a on the upper and lower surfaces in the longitudinal direction, the armature cores 12 and 13 are cut out from the soft magnetic steel plate or punched out from the steel plate. It can manufacture by laminating after that.
Therefore, it is possible to reduce variations in the width dimension of the protrusions 12a and 13a and the recesses 12b and 13b in the moving direction of the mover 1 and to improve the cogging characteristics.

図4は実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す正面図である。図5は実施の形態1に係るリニアモータの概略構成の一例を示す側面図である。   FIG. 4 is a front view showing an example of a schematic configuration of the linear motor according to the first embodiment. FIG. 5 is a side view showing an example of a schematic configuration of the linear motor according to the first embodiment.

図4に示すように固定子2は断面略横U字形である。図1に示すように、固定子2は可動子1の移動方向に長くなっている。固定子2は互いに対向する上板部21、下板部22、上板部21と下板部22とを連結する側板部23を含む。側板部23は上板部21と下板部22とを磁気的に結合する役割を果たしている。固定子2は、軟磁性金属、例えば平板状の圧延鋼材を折り曲げることにより形成する。また、上板部21、下板部22、側板部23それぞれを平板状の軟磁性金属の板として作成し、溶接やねじ止めにより形成してもよい。なお、図4に示す向きで設置されることが固定子2の必須の要件ではない。設置可能な如何なる向きで使用することが可能である。したがって、図4に示すように上板部21が上側で、下板部22が下側で、側板部23が左右側となるように設置することは必須ではない。   As shown in FIG. 4, the stator 2 has a substantially horizontal U-shaped cross section. As shown in FIG. 1, the stator 2 is elongated in the moving direction of the mover 1. The stator 2 includes an upper plate portion 21, a lower plate portion 22, and side plate portions 23 that connect the upper plate portion 21 and the lower plate portion 22 to each other. The side plate portion 23 plays a role of magnetically coupling the upper plate portion 21 and the lower plate portion 22. The stator 2 is formed by bending a soft magnetic metal, for example, a flat rolled steel material. Alternatively, each of the upper plate portion 21, the lower plate portion 22, and the side plate portion 23 may be formed as a flat soft magnetic metal plate and formed by welding or screwing. It is not an essential requirement for the stator 2 to be installed in the orientation shown in FIG. It can be used in any orientation that can be installed. Therefore, as shown in FIG. 4, it is not essential that the upper plate portion 21 is on the upper side, the lower plate portion 22 is on the lower side, and the side plate portion 23 is on the left and right sides.

上板部21には可動子1の移動方向に直交した長手方向を有する複数の歯部21aが可動子1の移動方向に沿って並設されている。歯部21aは直方体状である。歯部21aは上板部21の下板部22に対向する面に設けてある。歯部21aは上板部21から下板部22に向かって突出している。同様に下板部22に複数の歯部22aが可動子1の移動方向に沿って並設されている。歯部22aは略直方体状である。歯部22aは下板部22の上板部21に対向する面に設けてある。歯部22aは下板部22から上板部21に向かって突出している。歯部21a、22aは軟磁性の金属板、例えば鋼板等により形成し、それぞれ上板部21、下板部22に溶接等で接合又はねじ止め等により固定する。またU字状に形成した軟磁性鋼板の歯部となる部位を残し歯部となる部位の両側に溝を掘り込み加工により形成し、歯部21a、22aとしてもよい。このようにすると、歯部を溶接等で接合又はねじ止め等により固定する場合に比べて、固定子2のコストダウンが可能となる。   A plurality of tooth portions 21 a having a longitudinal direction orthogonal to the moving direction of the mover 1 are arranged in parallel on the upper plate portion 21 along the moving direction of the mover 1. The tooth part 21a has a rectangular parallelepiped shape. The tooth portion 21 a is provided on a surface facing the lower plate portion 22 of the upper plate portion 21. The tooth portion 21 a protrudes from the upper plate portion 21 toward the lower plate portion 22. Similarly, a plurality of tooth portions 22 a are arranged on the lower plate portion 22 along the moving direction of the mover 1. The tooth part 22a has a substantially rectangular parallelepiped shape. The tooth portion 22 a is provided on a surface facing the upper plate portion 21 of the lower plate portion 22. The tooth portion 22 a protrudes from the lower plate portion 22 toward the upper plate portion 21. The tooth portions 21a and 22a are formed of a soft magnetic metal plate, such as a steel plate, and are fixed to the upper plate portion 21 and the lower plate portion 22 by welding or screwing or the like. Alternatively, the tooth portions 21a and 22a may be formed by excavating grooves on both sides of the portion to be the tooth portion while leaving the portion to be the tooth portion of the U-shaped soft magnetic steel sheet. In this case, the cost of the stator 2 can be reduced as compared with the case where the tooth portion is fixed by welding or the like by welding or screwing.

図4及び図5に示すように、上板部21の歯部21a及び下板部22の歯部22aは同一形状、同一寸法であるのが望ましい。隣り合う歯部21aの間隔(歯部21aのピッチ)は歯部21aの配置方向の幅(図5における横幅)と略同一としてある。歯部22aのピッチも同様である。図5に示すように、歯部21a、22aの突出長(図5における縦方向の長さ)は歯部21a、22aのピッチよりも長くしてある。歯部21a、22aの図4の紙面左右方向の寸法は、電機子コア12、13及び磁石14の紙面左右方向の寸法を加算したものより、やや大きくしてある。この場合フリンジング磁束により仮想的にエアギャップが短くなり、可動子の磁石からの磁束を効率よく固定子に流すことができる。短くすると可動子が吸引力で中央に吸引されて直進性が良くなる。またこの長さは同じでもよい。   As shown in FIGS. 4 and 5, it is desirable that the tooth portion 21 a of the upper plate portion 21 and the tooth portion 22 a of the lower plate portion 22 have the same shape and the same size. The interval between adjacent tooth portions 21a (pitch of the tooth portions 21a) is substantially the same as the width in the arrangement direction of the tooth portions 21a (lateral width in FIG. 5). The same applies to the pitch of the tooth portions 22a. As shown in FIG. 5, the protruding lengths of the tooth portions 21a and 22a (vertical length in FIG. 5) are longer than the pitch of the tooth portions 21a and 22a. The dimensions of the tooth portions 21a, 22a in the left-right direction in FIG. 4 are slightly larger than those obtained by adding the dimensions of the armature cores 12, 13 and the magnet 14 in the left-right direction. In this case, the air gap is virtually shortened by the fringing magnetic flux, and the magnetic flux from the magnet of the mover can be efficiently flowed to the stator. If the length is shortened, the mover is attracted to the center by the suction force, and the straightness is improved. The lengths may be the same.

図5に示すように歯部21a及び歯部22aは可動子の移動方向に互い違いに配置(千鳥配置)されている。歯部21a及び歯部22aのそれぞれ可動子1と対向する面同士は対向していないが、面の一部同士が対向しても良い。そのような場合でも、推力は発生するからである。しかし、全面が対向すると可動子1に推力が発生しない。   As shown in FIG. 5, the tooth portions 21a and the tooth portions 22a are alternately arranged (staggered arrangement) in the moving direction of the mover. The surfaces of the tooth portion 21a and the tooth portion 22a that face the movable element 1 do not face each other, but part of the surfaces may face each other. This is because thrust is generated even in such a case. However, when the entire surface is opposed, no thrust is generated in the mover 1.

歯部21a及び歯部22aそれぞれの配置方向の幅(図5における横幅)は、可動子1の電機子コア12の突起部12a及び電機子コア13の突起部13aの組の移動方向の長さ(図5における横幅)より、短くしてある。
歯部21a及び歯部22aのそれぞれの配置方向の幅は突起部12a及び13aの移動方向の幅と同じであってもよく、また長くてもよい。リニアモータの寸法や推力特性等を考慮し適宜設定すればよい。
The width in the arrangement direction of each of the tooth portions 21a and the tooth portions 22a (lateral width in FIG. 5) is the length in the moving direction of the set of the protruding portion 12a of the armature core 12 of the mover 1 and the protruding portion 13a of the armature core 13. It is shorter than (lateral width in FIG. 5).
The width in the arrangement direction of each of the tooth portions 21a and the tooth portions 22a may be the same as or longer than the width in the moving direction of the protrusions 12a and 13a. What is necessary is just to set suitably in consideration of the dimension, thrust characteristic, etc. of a linear motor.

図6は実施の形態1に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図7は図6のVII−VII線による断面図である。図8は図6のVIII−VIII線による断面図である。図6は固定子2の開口側(リニアモータの側面)から見た場合の図である。図7、図8それぞれの紙面左側が図6の紙面表側を示す。図6において、電機子コア12の手前側、紙面左右方向にコイル11が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。可動子1のコイル11に交流電流を流す。図6のコイル11において、丸の中に黒丸は紙面裏から手前へ電流が流れることを示す。丸の中にXは紙面表から奥へ電流が流れることを示す。図6のコイル11に示す方向に通電した場合、可動子1が固定子2の外部にある状態(通電した可動子が単体の状態)では、コイル11により電機子コア12、13上側にはS極、下側にはN極が励磁される。しかしながら、可動子1が軟磁性体である固定子2の内部にある場合には、電機子コア12、13の励磁は可動子1及び固定子2を含めた一体の磁気回路で考慮する必要がある。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the principle of thrust generation of the linear motor according to the first embodiment. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. FIG. 6 is a view when viewed from the opening side of the stator 2 (side surface of the linear motor). The left side of each of FIGS. 7 and 8 shows the front side of the page of FIG. In FIG. 6, the coil 11 passes through the front side of the armature core 12 and in the left-right direction on the paper surface, but the description is omitted for convenience of explanation. An alternating current is passed through the coil 11 of the mover 1. In the coil 11 of FIG. 6, a black circle in the circle indicates that a current flows from the back of the paper to the front. X in the circle indicates that current flows from the front to the back of the page. When energized in the direction indicated by the coil 11 in FIG. 6, when the mover 1 is outside the stator 2 (the energized mover is a single unit), the coil 11 causes the armature cores 12, 13 to have S on the upper side. The N pole is excited on the pole and the lower side. However, when the mover 1 is inside the stator 2 that is a soft magnetic material, the excitation of the armature cores 12 and 13 needs to be considered in an integrated magnetic circuit including the mover 1 and the stator 2. is there.

図6において、上板部21の歯部21aの磁極及び電機子コア13の突起部13aの磁極は点線で示す。下板部22の歯部22aの磁極及び電機子コア12の突起部12aの磁極は実線で示す。実線は可動子1及び固定子2の手前側で発生している現象であることを示す。点線は可動子1及び固定子2の奥側で発生している現象であることを示す。   In FIG. 6, the magnetic poles of the teeth 21 a of the upper plate portion 21 and the magnetic poles of the protrusions 13 a of the armature core 13 are indicated by dotted lines. The magnetic poles of the teeth 22a of the lower plate 22 and the magnetic poles of the protrusions 12a of the armature core 12 are indicated by solid lines. A solid line indicates a phenomenon occurring on the front side of the movable element 1 and the stator 2. A dotted line indicates a phenomenon occurring on the back side of the movable element 1 and the stator 2.

コイル11を図7、図8に示す向きに通電すると、図7Aの紙面右側(図6において奥側)の電機子コア13の突起部13aにはS極が励磁される。その磁極の直上である歯部21aの奥側にはN極が励磁される。通常電機子コア13の下側の突起部13aにN極が励磁されるが電機子コア13の下側の突起部13aの直下には歯部22aがなく、最も近い歯部は図8Aに示す歯部22aとなるため、励磁の状態は変わり次のような流れとなる。磁力線は電機子コア13と電機子コア12で挟まれた磁石14を貫通し電機子コア12に流入する。図8Aに示す様に電機子コア12の下側の突起部12aから下側の歯部22aへ流入する。磁力線は磁気回路として最も磁気抵抗の小さい経路を通過しようとするからである。空気は磁性体より磁気抵抗が大きく、距離が長いほど磁気抵抗が大きくなる。そのため、磁力線は電機子コア13の下側の突起部13aから歯部22aに流れこむのではなく、電機子コア12の下側の突起部12aから下側の歯部22aへ流入するという経路を流れることとなる。   When the coil 11 is energized in the direction shown in FIGS. 7 and 8, the south pole is excited in the protrusion 13a of the armature core 13 on the right side of FIG. 7A (the back side in FIG. 6). The N pole is excited on the back side of the tooth portion 21a immediately above the magnetic pole. Normally, the N pole is excited in the lower projection 13a of the armature core 13, but there is no tooth portion 22a immediately below the lower projection 13a of the armature core 13, and the closest tooth portion is shown in FIG. 8A. Since it becomes the tooth part 22a, the state of excitation changes and it becomes the following flows. The lines of magnetic force pass through the magnet 14 sandwiched between the armature core 13 and the armature core 12 and flow into the armature core 12. As shown in FIG. 8A, the armature core 12 flows into the lower tooth portion 22a from the lower protrusion portion 12a. This is because the magnetic field lines try to pass through the path having the smallest magnetic resistance as the magnetic circuit. Air has a larger magnetic resistance than a magnetic material, and the longer the distance, the greater the magnetic resistance. Therefore, the magnetic lines of force do not flow from the lower protrusion 13a of the armature core 13 to the tooth 22a, but flow from the lower protrusion 12a of the armature core 12 to the lower tooth 22a. It will flow.

図7A、8Aにより示す磁力線の経路は、図6では紙面左から4番目の歯部21a、電機子コア13の左から2番目上部の突起部13a、磁石14(図6では現れず)、電機子コア12の左から3番目下部の突起部12a、左から5番目の歯部22aというものである。ここで、左から2番目上部の突起部13a、磁石14を通る磁力線は図6に示すように、電機子コア12の左から3番目下部の突起部12aのみではなく、電機子コア12の左から2番目下部の突起部12a、左から4番目の歯部22aという経路にも流れる。その他の部分についても、図6に示す磁力線の流れが発生している。   7A and 8A, the lines of magnetic force lines shown in FIG. 6 are the fourth tooth portion 21a from the left side of the drawing in FIG. 6, the second uppermost protrusion portion 13a from the left side of the armature core 13, the magnet 14 (not shown in FIG. 6), the electric machine The child core 12 has a third lower projection 12a from the left and a fifth tooth 22a from the left. Here, the magnetic field lines passing through the second upper protrusion 13a and the magnet 14 from the left are not only the third lower protrusion 12a from the left of the armature core 12, but the left of the armature core 12, as shown in FIG. To the second lower projection 12a and the fourth tooth 22a from the left. The flow of magnetic field lines shown in FIG. 6 is also generated in the other portions.

図6、図7A、図8Aを参照して、コイル11を通電したことによる電機子コア12、13の励磁について説明したが、次に電機子コア12、13に挟まれた磁石14による電機子コア12、13の励磁とリニアモータの推力発生原理について述べる。図7Bは図7Aと同様に図6のVII−VII線による断面図である。図8Bは図8Aと同様に図6のVIII−VIII線による断面図である。図9はリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図7B、図8Bに示すように磁石14は矢印の方向に磁化してある。この場合は矢印の終点がN極、始点がS極となるように着磁してある。したがって、図7Bにおいて左側の電機子コア12はN極に、右側の電機子コア13はS極に励磁される。図8Bにおいても同様である。図9において紙面手前側の電機子コア12はN極に、紙面奥側の電機子コア13はS極に励磁されている。また歯部21a、22aの磁極について考えると、上側の歯部21aについては、図9の紙面奥側はN極に励磁され、紙面手前側は励磁されていない。また下側の歯部22aついては、紙面手前側はS極に励磁され、紙面奥側は励磁されていない(図7B、図8Bを参照)。よって手前側の電機子コア12は下側の歯部22aと吸引し、奥側の電機子コア13は上側の歯部21aと吸引し、可動子1は紙面右側に移動する。
なお、図7において、断面で示した突起部13aと対向する歯部22aはないが、当該突起部13aより奥(紙面裏面方向)にある突起部12aと対向する歯部22aが見えるはずである。また、図8において、断面で示した突起部12aと対向する歯部21aはないが、当該突起部12aより奥(紙面裏面方向)にある突起部13aと対向する歯部21aが見えるはずである。しかし、上述の説明内容について、理解の妨げとならないように記載を省略している。
Excitation of the armature cores 12 and 13 by energizing the coil 11 has been described with reference to FIGS. 6, 7A, and 8A. Next, the armature by the magnet 14 sandwiched between the armature cores 12 and 13 is described. The principles of excitation of the cores 12 and 13 and the thrust generation principle of the linear motor will be described. 7B is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 6, similarly to FIG. 7A. 8B is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII in FIG. 6, similarly to FIG. 8A. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the principle of thrust generation of a linear motor. As shown in FIGS. 7B and 8B, the magnet 14 is magnetized in the direction of the arrow. In this case, the arrow is magnetized so that the end point is N-pole and the start point is S-pole. Therefore, in FIG. 7B, the left armature core 12 is excited to the N pole, and the right armature core 13 is excited to the S pole. The same applies to FIG. 8B. In FIG. 9, the armature core 12 on the front side of the paper is excited to the N pole, and the armature core 13 on the back side of the paper is excited to the S pole. Considering the magnetic poles of the tooth portions 21a and 22a, as for the upper tooth portion 21a, the back side of the paper in FIG. 9 is excited to the N pole and the front side of the paper is not excited. As for the lower tooth portion 22a, the front side of the paper is excited to the S pole, and the back side of the paper is not excited (see FIGS. 7B and 8B). Therefore, the armature core 12 on the near side sucks with the lower tooth portion 22a, the armature core 13 on the back side sucks with the upper tooth portion 21a, and the mover 1 moves to the right side of the drawing.
In FIG. 7, there is no tooth portion 22 a facing the protruding portion 13 a shown in the cross section, but the tooth portion 22 a facing the protruding portion 12 a located behind (in the direction of the back of the paper surface) the protruding portion 13 a should be visible. . Further, in FIG. 8, there is no tooth portion 21a facing the protruding portion 12a shown in the cross section, but the tooth portion 21a facing the protruding portion 13a located behind (in the rear surface direction of the paper) from the protruding portion 12a should be visible. . However, the description of the above description is omitted so as not to hinder understanding.

図10は実施の形態1に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図10は図6の状態から可動子1が右側に移動した状態を示す図である。図11は図10のXI−XI線による断面図である。図12は図10のXII−XII線による断面図である。図10は固定子2の開口側から見た場合の図である。図11、図12それぞれの紙面左側が図10の紙面表側を示す。図10において、電機子コア12の手前側、紙面左右方向にコイル11が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。可動子1のコイル11に流れる電流は図6とは逆方向となる。図10に示す方向にコイル11を通電した場合、可動子1及び固定子2がどのように励磁されるかについては、図6の場合と同様に可動子1及び固定子2を含めた一体の磁気回路で考慮する必要がある。   FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of thrust generation of the linear motor according to the first embodiment. FIG. 10 is a diagram showing a state where the mover 1 has moved to the right side from the state of FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. FIG. 10 is a view when seen from the opening side of the stator 2. The left side of each of FIGS. 11 and 12 shows the front side of the page of FIG. In FIG. 10, the coil 11 passes through the front side of the armature core 12 and in the left-right direction on the paper surface, but the description is omitted for convenience of explanation. The current flowing through the coil 11 of the mover 1 is in the opposite direction to that in FIG. When the coil 11 is energized in the direction shown in FIG. 10, how the mover 1 and the stator 2 are excited is integrated with the mover 1 and the stator 2 as in the case of FIG. 6. It is necessary to consider in the magnetic circuit.

図10において、上板部21の歯部21aの磁極及び電機子コア12の突起部12aの磁極は実線で示す。下板部22の歯部22aの磁極及び電機子コア13の突起部13aの磁極は点線で示す。実線、点線の使い分けは図6と同様である。実線は手前側で発生している現象を示す。点線は奥側で発生している現象を示す。   In FIG. 10, the magnetic poles of the teeth 21 a of the upper plate portion 21 and the magnetic poles of the protrusions 12 a of the armature core 12 are indicated by solid lines. The magnetic poles of the teeth 22a of the lower plate 22 and the magnetic poles of the protrusions 13a of the armature core 13 are indicated by dotted lines. The use of solid and dotted lines is the same as in FIG. The solid line shows the phenomenon occurring on the front side. A dotted line indicates a phenomenon occurring on the back side.

コイル11を図11、図12に示す向きに通電すると、図11Aの紙面右側(図10において奥側)の電機子コア13の下側の突起部13aにはS極が励磁される。その磁極の真下である歯部22aの奥側にはN極が励磁される。通常電機子コア13の上側の突起部13aにN極が励磁されるが電機子コア13の上側の突起部13aの真上には歯部21aがなく、最も近い歯部は図12Aに示す歯部21aとなるため、励磁の状態は変わり次のような流れとなる。磁力線は電機子コア13と電機子コア12で挟まれた磁石14を貫通し電機子コア12に流入する。図12Aに示すように電機子コア12の上側の突起部12aから上側の歯部21aへ流入する。磁力線は磁気回路として最も磁気抵抗の少ない経路を通過しようとするからである。空気は磁性体より磁気抵抗が大きく、距離が長いほど磁気抵抗が大きくなる。そのため、磁力線は電機子コア13の上側の突起部13aから歯部21aに流れこむのではなく、電機子コア12の上側の突起部12aから上側の歯部21aへ流入するという経路を流れることとなる。   When the coil 11 is energized in the direction shown in FIGS. 11 and 12, the south pole is excited in the lower protrusion 13a of the armature core 13 on the right side of FIG. 11A (the back side in FIG. 10). An N pole is excited on the back side of the tooth portion 22a, which is directly below the magnetic pole. Normally, the N pole is excited in the upper protrusion 13a of the armature core 13, but there is no tooth portion 21a directly above the upper protrusion 13a of the armature core 13, and the closest tooth is the tooth shown in FIG. 12A. Since it becomes the part 21a, the state of excitation changes and it becomes the following flows. The lines of magnetic force pass through the magnet 14 sandwiched between the armature core 13 and the armature core 12 and flow into the armature core 12. As shown in FIG. 12A, the armature core 12 flows from the upper protrusion 12a to the upper tooth portion 21a. This is because the magnetic field lines try to pass through the path with the least magnetic resistance as a magnetic circuit. Air has a larger magnetic resistance than a magnetic material, and the longer the distance, the greater the magnetic resistance. Therefore, the lines of magnetic force do not flow from the upper protruding portion 13a of the armature core 13 to the tooth portion 21a, but flow through a path that flows from the upper protruding portion 12a of the armature core 12 to the upper tooth portion 21a. Become.

図11A、12Aに示す磁力線の経路は、図10では紙面左から5番目の歯部22a、電機子コア13の左から2番目下部の突起部13a、磁石14(図10では現れず)、電機子コア12の左から2番目上部の突起部12a、左から4番目の歯部21aというものである。ここで、左から2番目下部の突起部13a、磁石14を通る磁力線は図10に示すように、電機子コア12の左から2番目上部の突起部12aのみではなく、電機子コア12の左から3番目上部の突起部12a、左から5番目の歯部21aという経路にも流れる。その他の部分についても、図10に示す磁力線の流れが発生している。   11A and 12A, the lines of magnetic force lines shown in FIG. 10 are the fifth tooth portion 22a from the left in FIG. 10, the second lower protrusion 13a from the armature core 13, the magnet 14 (not shown in FIG. 10), the electric machine The protrusion 12a at the second upper part from the left of the child core 12 and the fourth tooth part 21a from the left. Here, the lines of magnetic force passing through the second lower protrusion 13a and the magnet 14 from the left are not only the second upper protrusion 12a from the left of the armature core 12, but the left of the armature core 12, as shown in FIG. To the third upper protrusion portion 12a and the fifth tooth portion 21a from the left. The flow of magnetic lines of force shown in FIG.

図10、図11A、図12Aを参照して、コイル11を通電したことによる電機子コア12、13の励磁について説明したが、次に電機子コア12、13に挟まれた磁石14による電機子コア12、13の励磁とリニアモータの推力発生原理について述べる。図11Bは図11Aと同様に図10のXI−XI線による断面図である。図12Bは図12Aと同様に図10のXII−XII線による断面図である。図13はリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図11B、図12Bに示すように磁石14は矢印の方向に磁化してある。この場合は矢印の終点がN極、始点がS極となるように着磁してある。したがって、図11Bにおいて左側の電機子コア12はN極に、右側の電機子コア13はS極に励磁される。図12Bにおいても同様である。図13において紙面手前側の電機子コア12はN極に、紙面奥側の電機子コア13はS極に励磁されている。また歯部21a、22aの磁極について考えると、上側の歯部21aについては、図13の紙面手前側はS極に励磁され、紙面奥側は励磁されていない。また下側の歯部22aついては、紙面奥側はN極に励磁され、紙面手前側は励磁されていない(図11B、図12Bを参照)。よって手前側の電機子コア12は上側の歯部21aと吸引し、奥側の電機子コア13は下側の歯部22aと吸引し、可動子1は紙面右側に移動する。可動子1が右側に移動すると先に示した図6から図9と同様な状態となる。このように同様な動作を繰り返すことにより、可動子1は継続的に移動する。
なお、図11において、断面で示した突起部13aと対向する歯部21aはないが、当該突起部13aより奥(紙面裏面方向)にある突起部12aと対向する歯部21aが見えるはずである。また、図12において、断面で示した突起部12aと対向する歯部22aはないが、当該突起部12aより奥(紙面裏面方向)にある突起部13aと対向する歯部22aが見えるはずである。しかし、上述の説明内容について、理解の妨げとならないように記載を省略している。
10, 11 </ b> A, and 12 </ b> A, the excitation of the armature cores 12 and 13 by energizing the coil 11 has been described. Next, the armature by the magnets 14 sandwiched between the armature cores 12 and 13. The principles of excitation of the cores 12 and 13 and the thrust generation principle of the linear motor will be described. 11B is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. 10 as in FIG. 11A. 12B is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of FIG. 10 similarly to FIG. 12A. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the principle of thrust generation of a linear motor. As shown in FIGS. 11B and 12B, the magnet 14 is magnetized in the direction of the arrow. In this case, the arrow is magnetized so that the end point is N-pole and the start point is S-pole. Therefore, in FIG. 11B, the left armature core 12 is excited to the N pole, and the right armature core 13 is excited to the S pole. The same applies to FIG. 12B. In FIG. 13, the armature core 12 on the front side of the paper is excited to the N pole, and the armature core 13 on the back side of the paper is excited to the S pole. Considering the magnetic poles of the tooth portions 21a and 22a, as for the upper tooth portion 21a, the front side of the paper in FIG. 13 is excited to the S pole and the back side of the paper is not excited. As for the lower tooth portion 22a, the back side of the paper is excited to the N pole, and the front side of the paper is not excited (see FIGS. 11B and 12B). Therefore, the armature core 12 on the near side sucks with the upper tooth portion 21a, the armature core 13 on the back side sucks with the lower tooth portion 22a, and the mover 1 moves to the right side of the drawing. When the mover 1 moves to the right side, the same state as that shown in FIGS. 6 to 9 is obtained. By repeating the same operation in this manner, the mover 1 moves continuously.
In FIG. 11, there is no tooth portion 21 a that faces the protruding portion 13 a shown in the cross section, but the tooth portion 21 a that faces the protruding portion 12 a located behind (in the rear surface direction of the paper) the protruding portion 13 a should be visible. . In addition, in FIG. 12, there is no tooth portion 22a facing the protruding portion 12a shown in cross section, but the tooth portion 22a facing the protruding portion 13a located behind (in the direction of the back of the paper surface) from the protruding portion 12a should be visible. . However, the description of the above description is omitted so as not to hinder understanding.

ここで2種類の電機子コア12、13及び磁石14との組み合わせと上下の歯部21a、22aにおいて通電による励磁の状態について考察する。まず電機子コア12、13の励磁について考える。図7A、図8A、図11A、図12Aに示すように手前側(紙面左側)の電機子コア12の突起部12aは上部及び下部ともN極に励磁されるか又は励磁されず、奥側(紙面右側)の電機子コア13の突起部13aは上部及び下部ともS極に励磁されるか又は励磁されない。   Here, the combination of the two types of armature cores 12 and 13 and the magnet 14 and the state of excitation by energization in the upper and lower tooth portions 21a and 22a will be considered. First, the excitation of the armature cores 12 and 13 will be considered. As shown in FIG. 7A, FIG. 8A, FIG. 11A, and FIG. 12A, the protrusion 12a of the armature core 12 on the front side (left side of the paper) is excited to the N pole at the upper and lower portions. The upper and lower protrusions 13a of the armature core 13 on the right side of the drawing are excited to the S pole or not excited.

次に歯部21a、22aについて考える。図7A、図12Aに示すように、歯部21aの奥側はN極に励磁されるか又は励磁されない。手前側はS極に励磁されるか又は励磁されない。図8A、図11Aに示すように、歯部22aの奥側はN極に励磁されるか又は励磁されない。歯部22aの手前側はS極に励磁されるか又は励磁されない。図7A等において、歯部21a、22aが励磁されないか、励磁されていても極めて弱い状態を0で示している。また、上記歯部21a、22aにおいて、左側(手前側)、右側(奥側)と表記しているが、励磁の状態はこれらの真ん中で完全に分かれているわけではなく、歯部21a、22aの中央部においてはS極になったりN極になったりする。所謂オーバーラップ部分が存在する。   Next, the tooth portions 21a and 22a will be considered. As shown in FIGS. 7A and 12A, the back side of the tooth portion 21a is excited to the N pole or not excited. The front side is excited to the S pole or not excited. As shown in FIGS. 8A and 11A, the back side of the tooth portion 22a is excited to the N pole or not excited. The front side of the tooth portion 22a is excited to the S pole or not excited. In FIG. 7A and the like, the tooth portions 21a and 22a are not excited, or even if they are excited, a very weak state is indicated by zero. Further, in the tooth portions 21a and 22a, the left side (near side) and the right side (back side) are described, but the excitation states are not completely separated in the middle, and the tooth portions 21a and 22a. In the central part, it becomes the S pole or the N pole. There is a so-called overlap portion.

電流の向きを一定の周期で変える(交番電流を流す)と本実施の形態の電機子コア12、13や歯部21a、22aはN←→Sの様に磁極が変化せず、残留値←→N又は残留値←→Sのように変化する。すなわち、NからS又はSからNのように逆の極には変化しない。   When the direction of the current is changed at a constant period (an alternating current is passed), the armature cores 12 and 13 and the tooth portions 21a and 22a of the present embodiment do not change the magnetic poles like N ← → S, and the residual value ← → N or residual value ← → S That is, it does not change to the opposite pole like N to S or S to N.

ここで磁性体のヒステリシス損について考える。ヒステリシス損は磁性体を交流で磁化した場合に失われる電気エネルギーである。ヒステリシス損は該磁性体のヒステリシスループで囲まれた部分の面積に比例することが知られている。本実施の形態のリニアモータのように、電機子12の突起部12a、電機子コア13の突起部13a、歯部21a、22aで励磁される極を限定しNとSとの間で変化しないようにすれば、ヒステリシスループの面積を小さくでき、ヒステリシス損を低減できる。   Here, the hysteresis loss of the magnetic material is considered. Hysteresis loss is electrical energy lost when a magnetic material is magnetized by alternating current. It is known that the hysteresis loss is proportional to the area of the magnetic material surrounded by the hysteresis loop. Like the linear motor of the present embodiment, the poles excited by the projection 12a of the armature 12, the projection 13a of the armature core 13, and the teeth 21a and 22a are limited and do not change between N and S. By doing so, the area of the hysteresis loop can be reduced and the hysteresis loss can be reduced.

図14は鉄の通常のヒステリシス曲線を示したグラフである。図15は実施の形態1に係るリニアモータにおける電機子コア、歯部のヒステリシス曲線を示したグラフである。横軸が磁界の強さであり、単位はA/mである。縦軸が磁束密度であり、単位はTである。図14と図15とを比較して明らかのように、図15で示す本実施の形態におけるヒステリシス曲線で囲まれた部分の面積のほうが、図14で示すヒステリシス曲線で囲まれた部分の面積より小さい。したがって、ヒステリシス損の低減が示されている。   FIG. 14 is a graph showing a normal hysteresis curve of iron. FIG. 15 is a graph showing hysteresis curves of the armature core and teeth in the linear motor according to the first embodiment. The horizontal axis is the strength of the magnetic field, and the unit is A / m. The vertical axis represents the magnetic flux density, and the unit is T. As is clear from comparison between FIG. 14 and FIG. 15, the area of the portion surrounded by the hysteresis curve in the present embodiment shown in FIG. 15 is larger than the area of the portion surrounded by the hysteresis curve shown in FIG. small. Therefore, a reduction in hysteresis loss is shown.

上述したような実施の形態1に係るリニアモータは次のような効果を奏する。可動子1のみに永久磁石を使用するので、移動距離の全長が長くても永久磁石の使用量が増加しない。また、可動子1は矩形板状の2つの電機子コア12、13を、矩形板状の永久磁石14を挟んで縦姿勢に配し、各電機子コア12、13の歯部21a、22aに対向する面それぞれには長手方向に沿って突起部12a、13aが並設してある。一方の電機子コア12(13)の突起部12a(13a)と他方の電機子コア13(12)の突起部13a(12a)とを千鳥配置としてある。それにより、固定子2の歯部21a、22aの磁極は残留値からN極又はS極、N極又はS極から残留値にしか変化しないため、ヒステリシス損が低減し、低電力で高速動作が可能となる。   The linear motor according to the first embodiment as described above has the following effects. Since permanent magnets are used only for the mover 1, the amount of permanent magnets used does not increase even if the total movement distance is long. Further, the mover 1 has two rectangular plate-like armature cores 12 and 13 arranged in a vertical posture with a rectangular plate-like permanent magnet 14 interposed therebetween, and the armature cores 12 and 13 have tooth portions 21a and 22a. Protruding portions 12a and 13a are juxtaposed along the longitudinal direction on each of the opposing surfaces. The protrusion 12a (13a) of one armature core 12 (13) and the protrusion 13a (12a) of the other armature core 13 (12) are arranged in a staggered manner. As a result, the magnetic poles of the tooth portions 21a and 22a of the stator 2 change only from the residual value to the N or S pole, and from the N or S pole to the residual value, thereby reducing hysteresis loss and enabling high speed operation with low power. It becomes possible.

なお、磁石14の磁化方向は図7B等に示すように固定子2の図6の紙面奥側から手前側としたが、逆向きとしても良い。その場合、電機子コア12と電機子コア13との間で流れる磁力線の向きが逆向きとなる。すなわち、磁力線は電機子コア12の突起部12aから入り、磁石14を通り、電機子コア13の突起部13aから出るという経路となる。電機子コア12と電機子コア13との間で流れる磁力線の向きが逆向きとなることにより、上述した動作も変わるが、動作原理については同様である。   Note that the magnetization direction of the magnet 14 is from the back side to the front side in FIG. 6 of the stator 2 as shown in FIG. 7B or the like, but it may be reversed. In that case, the direction of the lines of magnetic force flowing between the armature core 12 and the armature core 13 is reversed. That is, the magnetic lines of force enter from the protrusion 12 a of the armature core 12, pass through the magnet 14, and exit from the protrusion 13 a of the armature core 13. Although the operation described above is changed by reversing the direction of the lines of magnetic force flowing between the armature core 12 and the armature core 13, the operation principle is the same.

また、実施の形態1では可動子1がすべて固定子2に挟まれている形態を示したが、本発明においては可動子1のうち電機子コア12、13と永久磁石14とが固定子2に挟まれていればよく、コイル11の一部が固定子2から突出していてもよい。   In the first embodiment, all of the mover 1 is sandwiched between the stators 2. However, in the present invention, the armature cores 12 and 13 and the permanent magnets 14 of the mover 1 are the stator 2. The coil 11 may protrude from the stator 2 as long as it is sandwiched between them.

次に端効果による影響の改善について説明する。端効果とは、リニアモータにおいて、可動子両端に発生する磁気的吸引、反発力の影響がモータの推力特性(コギング特性、ディテント特性)に影響を及ぼすことを言う。端効果が発生するのは、磁束ループが移動方向と同じ方向に流れるためである。(特許文献1の第2図参照)しかしながら、実施の形態1に係るリニアモータでは、固定子2本体を通る磁路を含めたループ(磁束ループ)は可動子1の移動方向と直角な方向に流れるため、端効果の影響を低減させることが可能となる。   Next, the improvement of the influence by the end effect will be described. The end effect means that in a linear motor, the influence of magnetic attraction and repulsion generated at both ends of the mover affects the thrust characteristics (cogging characteristics, detent characteristics) of the motor. The end effect occurs because the magnetic flux loop flows in the same direction as the moving direction. However, in the linear motor according to the first embodiment, the loop (magnetic flux loop) including the magnetic path passing through the stator 2 main body is in a direction perpendicular to the moving direction of the mover 1. Since it flows, the influence of the end effect can be reduced.

実施の形態2
図16は実施の形態2に係るリニアモータの固定子2の構成を示す正面図である。実施の形態2において、歯部21a、22aのそれぞれは溝21a1、22a1を有することを特徴とする。上述したように歯部21a、22aはコイル11による励磁と、歯部21a、22aを含む固定子2、電機子コア12、13、永久磁石14により構成される磁力線の流れによる励磁とが混在する。この2つの励磁により、歯部21a、22aの長手方向の中央付近には、S極とN極とがオーバーラップする領域が発生する。オーバーラップする領域により、歯部21a、22aの励磁が弱まるので、このオーバーラップする領域は存在しないか、存在したとしても狭い領域であることが望ましい。そこで、実施の形態2においては、歯部21a、22aそれぞれに溝21a1、22a1を設けてある。
Embodiment 2
FIG. 16 is a front view showing the configuration of the stator 2 of the linear motor according to the second embodiment. In the second embodiment, each of the tooth portions 21a and 22a has grooves 21a1 and 22a1. As described above, the tooth portions 21a and 22a are mixed with excitation by the coil 11 and excitation by the flow of magnetic lines composed of the stator 2, the armature cores 12 and 13 and the permanent magnet 14 including the tooth portions 21a and 22a. . By these two excitations, an area where the S pole and the N pole overlap is generated near the center in the longitudinal direction of the tooth portions 21a and 22a. Since the excitation of the tooth portions 21a and 22a is weakened by the overlapping region, the overlapping region does not exist or is desirably a narrow region even if it exists. Therefore, in the second embodiment, grooves 21a1 and 22a1 are provided in the tooth portions 21a and 22a, respectively.

溝21a1は歯部21aの長手方向の中央部に形成してある。溝21a1は歯部21aの可動子1と対向する面から板状部21方向へ掘ったように形成してある。溝21a1は歯部21aの長手方向と交差する方向に沿って形成してある。図16では、溝21a1は歯部21aの長手方向と直角な方向、すなわち短手方向に沿って形成してある。溝21a1は断面が矩形状となる矩形溝としてある。溝21a1の深さは歯部21aの突出長より短くしてある。図16では、溝21a1の底面付近の連結部21a2で左右の歯部はつながっている。それに限らず、歯部21aが溝21a1により左右が完全に分かれていても良い。一方、歯部21a(22a)の可動子1と対向する面を左右に分ける程度の深さの浅いV溝を溝21a1(22a1)としても良い。なお、歯部22aに形成してある溝22a1、連結部22a2はそれぞれ歯部21aに形成してある溝21a1、連結部21a2と同様であるので、説明を省略する。   The groove 21a1 is formed in the central portion in the longitudinal direction of the tooth portion 21a. The groove 21a1 is formed so as to be dug in the direction of the plate-like portion 21 from the surface facing the mover 1 of the tooth portion 21a. The groove 21a1 is formed along the direction intersecting the longitudinal direction of the tooth portion 21a. In FIG. 16, the groove 21a1 is formed along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the tooth portion 21a, that is, along the short side direction. The groove 21a1 is a rectangular groove having a rectangular cross section. The depth of the groove 21a1 is shorter than the protruding length of the tooth portion 21a. In FIG. 16, the left and right teeth are connected by a connecting portion 21a2 near the bottom surface of the groove 21a1. However, the left and right sides of the tooth portion 21a may be completely separated by the groove 21a1. On the other hand, it is good also considering the shallow V-groove as the groove | channel 21a1 (22a1) to the extent which divides the surface which opposes the needle | mover 1 of the tooth | gear part 21a (22a) into right and left. In addition, since the groove | channel 22a1 and the connection part 22a2 which are formed in the tooth | gear part 22a are respectively the same as the groove | channel 21a1 and the connection part 21a2 which are formed in the tooth | gear part 21a, description is abbreviate | omitted.

以上のように実施の形態2に係るリニアモータは、実施の形態1に係るリニアモータが奏する効果に加え、溝21a1、22a1により歯部21a、22aの中央部でS極とN極がオーバーラップする領域を低減することが可能となる。それにより、歯部21a、22aの励磁状態が安定し、安定した推進力を得ることが可能となる。なお、溝21a1、22a1の深さや幅を適宜設定することにより、オーバーラップする領域をなくすことも可能である。   As described above, in the linear motor according to the second embodiment, in addition to the effects achieved by the linear motor according to the first embodiment, the S pole and the N pole overlap at the center of the tooth portions 21a and 22a by the grooves 21a1 and 22a1. It is possible to reduce the area to be used. Thereby, the excitation state of the tooth portions 21a and 22a is stabilized, and a stable propulsive force can be obtained. It is possible to eliminate overlapping regions by appropriately setting the depth and width of the grooves 21a1 and 22a1.

実施の形態3
図17は実施の形態3に係るリニアモータの可動子1を示す斜視図である。図18は実施の形態3に係るリニアモータの可動子1を示す平面図である。固定子2については、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。
Embodiment 3
FIG. 17 is a perspective view showing the mover 1 of the linear motor according to the third embodiment. FIG. 18 is a plan view showing the mover 1 of the linear motor according to the third embodiment. Since the stator 2 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

実施の形態3において、可動子1の全体的な構成は実施の形態1と同様であるので、ここでは実施の形態1との違いを主に説明する。
実施の形態3において、電機子コア12の突起部12a1の移動方向(図18の紙面左右方向)の長さは、他の突起部12aよりも長くなっている。それに対応して突起部12a1の反対側(図18の紙面裏側)にある突起部12a1(図示せず)も移動方向の長さが他の突起部12aよりも長くなっている。電機子コア13も電機子コア12と同様である。図18に示す凹部13b1の移動方向の長さは他の凹部13bよりも長くなっている。凹部13b1の反対側にある凹部13b1(図示せず)の移動方向の長さも他の凹部13bよりも長くなっている。なお、長さの異なる突起部12a1、凹部13b1の位置をそれぞれ、電機子コア12、電機子コア13の長手方向中央としているが、それに限られない。電機子コア12のいずれか1つの突起部の移動方向の長さが他の突起部よりも長くなっていれば良い。電機子コア13のいずれか1つの凹部の移動方向の長さが他の凹部よりも長くなっていれば良い。突起部12a1と凹部13b1との移動方向の位置は一致していなくても良い。また、電機子コア12の凹部の長さと電機子コア13の突起部の移動方向の長さを変える構成としても良い。さらに、特定の突起部の移動方向の長さを他の突起部より長くし、特定の凹部の移動方向の長さを他の凹部より長い構成としているが、長くするのではなく、短くするのでも良い。
In Embodiment 3, since the whole structure of the needle | mover 1 is the same as that of Embodiment 1, the difference with Embodiment 1 is mainly demonstrated here.
In the third embodiment, the length of the protrusion 12a1 of the armature core 12 in the moving direction (the left-right direction in FIG. 18) is longer than the other protrusions 12a. Correspondingly, the protrusion 12a1 (not shown) on the opposite side of the protrusion 12a1 (the back side in FIG. 18) is also longer in the moving direction than the other protrusions 12a. The armature core 13 is the same as the armature core 12. The length in the moving direction of the recess 13b1 shown in FIG. 18 is longer than that of the other recess 13b. The length of the recess 13b1 (not shown) on the opposite side of the recess 13b1 in the moving direction is also longer than the other recesses 13b. In addition, although the position of the protrusion part 12a1 and the recessed part 13b1 from which length differs is made into the armature core 12 and the armature core 13 of the longitudinal direction, respectively, it is not restricted to it. The length in the moving direction of any one protrusion of the armature core 12 only needs to be longer than the other protrusions. The length in the moving direction of any one recess of the armature core 13 only needs to be longer than the other recesses. The positions in the movement direction of the protrusion 12a1 and the recess 13b1 do not need to match. Further, the length of the concave portion of the armature core 12 and the length of the protruding portion of the armature core 13 in the moving direction may be changed. Furthermore, the length of the specific protrusion in the moving direction is made longer than the other protrusions, and the length of the specific recess in the moving direction is longer than that of the other concave parts. But it ’s okay.

実施の形態1において電機子コア12は平面視略長方形をなしている。それに対して、実施の形態3において、電機子コア12は、図18に示すように平面視が長方形を含まない略平行四辺形をなしている。電機子コア12の突起部12a、12a1、電機子コア12の凹部12bは端面(板状部21、22と対向する面)が長方形を含まない略平行四辺形としてある。突起部12a、12a1を構成する面のうち、移動方向に対する面を傾斜してある。   In the first embodiment, the armature core 12 has a substantially rectangular shape in plan view. On the other hand, in the third embodiment, the armature core 12 has a substantially parallelogram shape in plan view not including a rectangle as shown in FIG. The projecting portions 12a and 12a1 of the armature core 12 and the recess 12b of the armature core 12 have end faces (surfaces facing the plate-like portions 21 and 22) that are substantially parallelograms that do not include a rectangle. Of the surfaces constituting the protrusions 12a and 12a1, the surface with respect to the moving direction is inclined.

電機子コア12と同様に電機子コア13は、平面視が長方形を含まない略平行四辺形をなしている(図18参照)。電機子コア13の突起部13a、電機子コア13の凹部13b、13b1の端面(板状部21、22と対向する面)が略平行四辺形としてある。突起部13aを構成する面のうち、移動方向に対する面を傾斜してある。   Like the armature core 12, the armature core 13 has a substantially parallelogram shape that does not include a rectangle in plan view (see FIG. 18). The projecting portions 13a of the armature core 13 and the end surfaces of the recesses 13b and 13b1 of the armature core 13 (surfaces facing the plate-like portions 21 and 22) are substantially parallelograms. Of the surfaces constituting the protrusion 13a, the surface with respect to the moving direction is inclined.

電機子コア12、13と同様に永久磁石14は、平面視が長方形を含まない略平行四辺形をなしている(図18参照)。電機子コア12、13、永久磁石14の移動方向(長手方向)の長さは、略同一としてある。可動子1は実施の形態1と同様、電機子コア12と電機子コア13との間に永久磁石14が配され、これらの周りにコイル11が巻回してある構成である。
実施の形態1と異なり、突起部12a、13aは図18に示すように、移動方向に対する面が傾いている構成である。各突起部12a、13aを、いわゆるスキュー配置している。このような構成は、ディテント力を低減させるための構成である。
As with the armature cores 12 and 13, the permanent magnet 14 has a substantially parallelogram shape that does not include a rectangle in plan view (see FIG. 18). The lengths in the moving direction (longitudinal direction) of the armature cores 12 and 13 and the permanent magnet 14 are substantially the same. Similar to the first embodiment, the mover 1 has a configuration in which a permanent magnet 14 is disposed between an armature core 12 and an armature core 13, and a coil 11 is wound around them.
Unlike the first embodiment, the protrusions 12a and 13a have a configuration in which the surface with respect to the moving direction is inclined as shown in FIG. The protrusions 12a and 13a are so-called skewed. Such a configuration is a configuration for reducing the detent force.

可動子は移動方向で比透磁率が周期的に変化するため、高次のディテント力高調波成分が顕著になる。一般に相独立型の駆動では、3相合成時に基本波及び2次、4次の高調波は打ち消されるが、3次、6次、9次などの3の倍数の高調波は強め合うこととなる。   Since the relative permeability of the mover periodically changes in the moving direction, higher-order detent force harmonic components become significant. In general, in the case of phase-independent driving, the fundamental wave and the second-order and fourth-order harmonics are canceled at the time of three-phase synthesis, but the third-order, sixth-order, and ninth-order harmonics strengthen each other. .

高調波成分の中で特に6次の高調波が多くなる傾向にあるため、電機子コア12の突起部12a1、電機子コア13の凹部13b1の移動方向の長さを、他の電機子コア12の突起部12a、電機子コア13の他の凹部13bよりもτ/6(τ:極ピッチ、τ=λ/2、λ:電気角で360度に相当する長さ)だけ長くしてある。これにより、突起部12a1と突起部12aとに発生するディテント力の位相が6次の高調波成分において180度異なるので、6次の高調波成分が打ち消され減少する。なお、τ/6だけ電機子コア12の突起部12a1を長くしたが、τ/6だけ電機子コア12の突起部12a1を他の電機子コア12の突起部12aより短くしても、同様の効果を奏する。すなわち、他の突起部12aとτ/6だけ長さが異なる電機子コアを設ければ良い。   Among the harmonic components, the sixth-order harmonic tends to increase in particular. Therefore, the length in the moving direction of the projection 12a1 of the armature core 12 and the recess 13b1 of the armature core 13 is set to the other armature core 12. The protrusion 12a and the other recess 13b of the armature core 13 are longer by τ / 6 (τ: pole pitch, τ = λ / 2, λ: length corresponding to 360 degrees in electrical angle). As a result, the phase of the detent force generated at the protrusion 12a1 and the protrusion 12a differs by 180 degrees in the sixth harmonic component, so the sixth harmonic component is canceled and reduced. In addition, although the protrusion part 12a1 of the armature core 12 was lengthened only by τ / 6, even if the protrusion part 12a1 of the armature core 12 is shorter than the protrusion parts 12a of other armature cores 12 by τ / 6, There is an effect. That is, an armature core having a length different from that of the other protrusions 12a by τ / 6 may be provided.

次に、12次以上の高調波成分については、電機子コア12の突起部12a、12a1、電機子コア13の突起部13aをスキュー配置することにより低減可能である。スキュー配置は、移動方向の垂直方向に対して傾斜(角度)をつけて電機子コア12の突起部12a、12a1、電機子コア13の突起部13aを形成することである。なお、スキューさせる角度(スキュー角度)は0〜6度程度である。   Next, the 12th and higher harmonic components can be reduced by arranging the protrusions 12a and 12a1 of the armature core 12 and the protrusion 13a of the armature core 13 in a skewed manner. The skew arrangement is to form the protrusions 12a and 12a1 of the armature core 12 and the protrusion 13a of the armature core 13 with an inclination (angle) with respect to the vertical direction of the moving direction. The skew angle (skew angle) is about 0 to 6 degrees.

上述では電機子コア12の突起部12a及び突起部12a1の長さ並びに電機子コア13の凹部13b及び凹部13b1の長さを変えると共に、突起部12a、12a1、13aのスキュー配置を行った。このような構成では、電機子コアの突起部の長さとスキュー角度は独立で変更できるため、主たる高調波成分に対してディテント力を有効に低減することが可能である。それに限られず、スキュー配置はせずに、突起部12a1等の長さのみを変えても良い。また、突起部12a1、凹部13b1は形成せずに、突起部12a、13aのスキュー配置のみを行なっても良い。   In the above description, the lengths of the protrusions 12a and 12a1 of the armature core 12 and the lengths of the recesses 13b and the recesses 13b1 of the armature core 13 are changed, and the skews of the protrusions 12a, 12a1, and 13a are performed. In such a configuration, the length of the armature core protrusion and the skew angle can be changed independently, so that the detent force can be effectively reduced with respect to the main harmonic component. However, the present invention is not limited to this, and only the length of the protrusion 12a1 or the like may be changed without performing the skew arrangement. Further, only the skew arrangement of the protrusions 12a and 13a may be performed without forming the protrusions 12a1 and the recesses 13b1.

以上のように実施の形態3に係るリニアモータは、実施の形態1及び実施の形態2に係るリニアモータが奏する効果に加え、ディテント力の高調波成分を低減するという効果を奏する。   As described above, the linear motor according to the third embodiment has the effect of reducing the harmonic component of the detent force in addition to the effects exhibited by the linear motor according to the first and second embodiments.

実施の形態4
図19は実施の形態4に係るリニアモータの固定子2の構成を示す断面図である。リニアモータの固定子2を可動子1の移動方向に沿って切断した横断面図である。上板部21が有する歯部21a及び下板部22が有する歯部22aをスキュー配置している。図19の左から3番目の歯部21aを用いて説明する。歯部21aの断面は長方形である。点線で示す長方形は歯部21aをスキュー配置していない場合を示している。図19において、可動子1の移動方向は左右の方向である。スキュー配置していない場合、点線で示す歯部21aの断面短辺は可動子1の移動方向に対して、平行である。スキュー配置した場合、断面短辺E1とE2は可動子1の移動方向に対して傾斜していることとなる。図19では歯部22aは突出方向先端の端面が現れている。図19の左から二番目の歯部22aにおいて、点線で示す長方形は歯部22aがスキュー配置していない場合を示している。端面の短辺は可動子1の移動方向と平行であり、傾斜していない。スキュー配置した場合、端面の短辺E3、E4は可動子1の移動方向に対して傾斜している。歯部22aの断面は端面と同一形状であるから、断面短辺も同様に可動子1の移動方向に対して傾斜することとなる。
Embodiment 4
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of the stator 2 of the linear motor according to the fourth embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the linear motor stator 2 cut along the moving direction of the mover 1. The tooth portion 21a included in the upper plate portion 21 and the tooth portion 22a included in the lower plate portion 22 are arranged in a skew manner. This will be described using the third tooth portion 21a from the left in FIG. The cross section of the tooth portion 21a is rectangular. A rectangle indicated by a dotted line indicates a case where the tooth portion 21a is not skewed. In FIG. 19, the moving direction of the mover 1 is the left-right direction. When the skew is not arranged, the short side of the tooth portion 21a indicated by the dotted line is parallel to the moving direction of the mover 1. In the case of the skew arrangement, the short cross-sections E1 and E2 are inclined with respect to the moving direction of the mover 1. In FIG. 19, the tooth part 22a has an end face at the tip in the protruding direction. In the second tooth portion 22a from the left in FIG. 19, a rectangle indicated by a dotted line indicates a case where the tooth portion 22a is not skewed. The short side of the end face is parallel to the moving direction of the mover 1 and is not inclined. In the case of the skew arrangement, the short sides E3 and E4 of the end face are inclined with respect to the moving direction of the mover 1. Since the cross section of the tooth portion 22a has the same shape as the end face, the short side of the cross section is similarly inclined with respect to the moving direction of the mover 1.

可動子1については、上述の実施の形態1は実施の形態2又は実施の形態3と同様であるので、説明を省略する。実施の形態4においては、固定子2の歯部21a及び歯部22aをスキュー配置することにより、可動子1の電機子コア12の突起部12a(12a1)、電機子コア13の突起部13aをスキューさせなくても、ディテント力の低減が可能となる。
なお、可動子1として上述の実施の形態3と同様なものも使用可能である。ディテント力の低減には、固定子2の歯部21a、22a並びに可動子1の電機子コア12の突起部12a(12a1)、電機子コア13の突起部13aの可動子1の移動方向となす角度が関係する。当該なす角度が適切な値となるように、固定子2の歯部21a、22a並びに可動子1の電機子コア12の突起部12a(12a1)、電機子コア13の突起部13aのそれぞれをスキューさせれば良い。
Regarding the mover 1, since the above-described first embodiment is the same as the second embodiment or the third embodiment, the description thereof is omitted. In the fourth embodiment, the tooth portion 21a and the tooth portion 22a of the stator 2 are arranged in a skew so that the protrusion 12a (12a1) of the armature core 12 of the mover 1 and the protrusion 13a of the armature core 13 are arranged. The detent force can be reduced without skewing.
Note that the same movable element as that of the above-described third embodiment can be used. In order to reduce the detent force, the tooth portions 21a and 22a of the stator 2 and the protrusion 12a (12a1) of the armature core 12 of the mover 1 and the moving direction of the mover 1 of the protrusion 13a of the armature core 13 are set. Angle is involved. Each of the teeth 21a and 22a of the stator 2, the protrusion 12a (12a1) of the armature core 12 of the mover 1, and the protrusion 13a of the armature core 13 is skewed so that the angle formed becomes an appropriate value. You can do it.

実施の形態5
図20は実施の形態5に係るリニアモータの固定子2の構成を示す断面図である。リニアモータを可動子1の移動方向に沿って切断した横断面図である。上板部21が有する歯部21a及び下板部22の有する歯部22aをスキュー配置している。すなわち、固定子2の歯部21a及び歯部22aは、可動子1の移動方向に対して傾斜するように配置してある。可動子については、上述の実施の形態1、実施の形態2又は実施の形態3と同様であるので、説明を省略する。
Embodiment 5
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the configuration of the stator 2 of the linear motor according to the fifth embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the linear motor cut along the moving direction of the mover 1. The tooth portion 21a of the upper plate portion 21 and the tooth portion 22a of the lower plate portion 22 are arranged in a skew manner. That is, the tooth part 21 a and the tooth part 22 a of the stator 2 are arranged so as to be inclined with respect to the moving direction of the mover 1. The mover is the same as that in the first embodiment, the second embodiment, or the third embodiment described above, and thus the description thereof is omitted.

実施の形態5において、一方の板状部21が備える歯部21aと他方の板状部22が備える歯部22aとでは、断面短辺の傾斜の方向を逆にしてある。図20に示すように、歯部21aの断面短辺E1、E2と歯部22aの端面短辺と同様な断面短辺E3、E4とは可動子1の移動方向に対して傾斜している。その点は上述の実施の形態4と同様である。実施の形態5では、歯部21aと歯部22aとで傾斜する方向を逆にしている。すなわち、歯部21aの断面短辺E1、E2の傾斜方向と歯部22aの断面短辺E3、E4とは傾斜方向が逆にしてある。これは、スキュー配置したことによるこじりを抑えることを目的としている。歯部21a、22aをスキュー配置することにより、リニアモータに発生する推力は、移動方向からスキュー角度分傾く方向に生じるので、可動子全体が傾きこじりを発生する場合がある。歯部21aと歯部22aの傾斜方向を逆にすることにより、歯部21aと歯部22aにより発生する移動方向に垂直な方向(横方向)の推力成分が逆向きとなる。そのため、横方向の推力成分は、互いに打ち消しあい、こじりを防止することが可能となる。   In the fifth embodiment, the tooth portion 21a provided in one plate-like portion 21 and the tooth portion 22a provided in the other plate-like portion 22 are reversed in the direction of inclination of the short side. As shown in FIG. 20, the short cross-sections E1 and E2 of the tooth portion 21a and the short cross-sections E3 and E4 similar to the short end face of the tooth portion 22a are inclined with respect to the moving direction of the mover 1. This is the same as in the fourth embodiment. In the fifth embodiment, the direction of inclination between the tooth portion 21a and the tooth portion 22a is reversed. In other words, the inclination directions of the short cross sections E1 and E2 of the tooth portion 21a and the short cross sections E3 and E4 of the tooth portion 22a are opposite to each other. This is intended to suppress twisting due to the skew arrangement. By arranging the tooth portions 21a and 22a in a skew manner, the thrust generated in the linear motor is generated in a direction inclined by the skew angle from the moving direction, so that the entire mover may be tilted. By reversing the inclination directions of the tooth portion 21a and the tooth portion 22a, the thrust component in the direction (lateral direction) perpendicular to the moving direction generated by the tooth portion 21a and the tooth portion 22a is reversed. Therefore, the thrust components in the lateral direction cancel each other and can be prevented from being twisted.

以上のように、実施の形態5においては、実施の形態1から実施の形態4に係るリニアモータにおける効果に加え、次の効果を奏する。固定子2の歯部21a及び歯部22aをスキュー配置することにより、可動子1の電機子コア12の突起部12a(12a1)、電機子コア13の突起部13a(13a1)をスキューさせることなく、ディテント力の高調波成分を低減するという効果を奏する。また、歯部21aと歯部22aの傾ける向きを逆方向にすることにより、こじりを防止するという効果を奏する。   As described above, the fifth embodiment provides the following effects in addition to the effects of the linear motor according to the first to fourth embodiments. By arranging the tooth portion 21a and the tooth portion 22a of the stator 2 in a skewed manner, the protrusion 12a (12a1) of the armature core 12 of the mover 1 and the protrusion 13a (13a1) of the armature core 13 are not skewed. This has the effect of reducing the harmonic component of the detent force. In addition, the direction in which the tooth portion 21a and the tooth portion 22a are inclined is reversed, thereby providing an effect of preventing twisting.

なお、実施の形態5においても、実施の形態4と同様に、実施の形態3における可動子1を用いることも可能であり、可動子1及び固定子2のスキュー角度は適宜定めれば良い。   In the fifth embodiment, similarly to the fourth embodiment, the mover 1 in the third embodiment can be used, and the skew angles of the mover 1 and the stator 2 may be determined as appropriate.

また、本明細書では、固定子2は板状部材において歯部となる部分が突出した形状であるが、例えば板状部材で歯となる部分を残しスリットを形成したり、または歯となる部分をくし歯状に形成したりしても、本発明は実施可能である。
さらにまた、上述においては、単相のリニアモータ(単相分のユニット)について説明したが、例えば3相駆動のリニアモータを構成する場合には、上記の可動子3個を、歯部のピッチ×(n+1/3)または歯部のピッチ×(n+2/3)(但し、nは整数)だけ間隔をあけて直線上に配置すれば良い。この場合、各可動子の長手方向の長さを考慮して整数nを設定すれば良い。
Further, in this specification, the stator 2 has a shape in which a portion that becomes a tooth portion protrudes from the plate-like member, but a portion that becomes a tooth in the plate-like member, for example, forms a slit or becomes a tooth portion. The present invention can be implemented even if it is formed in a comb-tooth shape.
Furthermore, in the above description, a single-phase linear motor (unit for a single phase) has been described. However, for example, in the case of configuring a three-phase linear motor, the above-described three movers are connected to the tooth pitch. What is necessary is just to arrange | position on a straight line at intervals only x (n + 1/3) or the pitch of a tooth part x (n + 2/3) (n is an integer). In this case, an integer n may be set in consideration of the length of each movable element in the longitudinal direction.

各実施例で記載されている技術的特徴(構成要件)はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
The technical features (components) described in each embodiment can be combined with each other, and new technical features can be formed by combining them.
The embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered as restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.

1 可動子
11 コイル
12、13 電機子コア
12a、13a 突起部(突出部)
12b、13b 凹部
14 永久磁石(磁石)
2 固定子
21 上板部(板状部)
21a 歯部
22 下板部(板状部)
22a 歯部
23 側板部
12a1 突起部(突出部)
13b1 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Movable element 11 Coil 12, 13 Armature core 12a, 13a Protrusion part (protrusion part)
12b, 13b Recessed portion 14 Permanent magnet (magnet)
2 Stator 21 Upper plate part (plate-like part)
21a tooth part 22 lower plate part (plate-like part)
22a tooth part 23 side plate part 12a1 protrusion part (protrusion part)
13b1 recess

Claims (6)

固定子、及びコイルを有する可動子を備えたリニアモータにおいて、
前記固定子は前記可動子の移動方向に長い2つの板状部を有し、前記2つの板状部は可動子の移動域を間にして対向し、磁気的に結合するようにしてあり、
前記2つの板状部の互いに対向する面それぞれには、直方体状の歯部が、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とは少なくとも一部が対向しないように、前記移動方向に並設してあり、
前記可動子は前記コイル内部に、共に前記移動方向を長手方向とする矩形板状の磁石及び2つの電機子コアが縦姿勢で配してあり、
前記電機子コアの前記板状部に対向する面それぞれには長手方向に沿って突出部が並設してあり、
前記磁石は前記2つの電機子コア間に配してあり、一方の電機子コアの突出部と他方の電機子コアの突出部とを千鳥配置としてあり、
前記磁石は2つの電機子コアの対向方向に磁化してあること
を特徴とするリニアモータ。
In a linear motor including a stator and a mover having a coil,
The stator has two plate-like portions that are long in the moving direction of the mover, the two plate-like portions are opposed to each other with the moving region of the mover in between, and are magnetically coupled,
To each of the two opposing surfaces of the two plate-like portions, a rectangular parallelepiped tooth portion, so that at least a portion of the tooth portion of one plate-like portion and the tooth portion of the other plate-like portion do not face each other, Juxtaposed in the direction of movement,
The mover has a rectangular plate-shaped magnet and two armature cores arranged vertically in the coil, both having the moving direction as a longitudinal direction.
Each of the surfaces of the armature core that faces the plate-like portion has protrusions along the longitudinal direction,
The magnet is disposed between the two armature cores, and the protruding portion of one armature core and the protruding portion of the other armature core are arranged in a staggered manner,
The linear motor, wherein the magnet is magnetized in a direction opposite to two armature cores.
前記歯部は長手方向の略中央部に溝を有することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。   The linear motor according to claim 1, wherein the tooth portion has a groove at a substantially central portion in a longitudinal direction. 前記突出部の板状部に対向する面は略平行四辺形としてあること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のリニアモータ。
3. The linear motor according to claim 1, wherein a surface of the projecting portion that faces the plate-like portion is a substantially parallelogram.
前記突出部には、他の突出部とは前記可動子の移動方向の長さが異なるものを含むこと
を特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリニアモータ。
The linear motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the protrusion includes a protrusion having a length different from that of the other protrusion in the moving direction.
前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜していること
を特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のリニアモータ。
The linear motor according to any one of claims 1 to 4, wherein a short side of the cross section of the tooth portion is inclined with respect to a moving direction of the mover.
前記一方の板状部の歯部と前記他方の板状部の歯部とでは、前記断面短辺の傾斜方向を逆にしてあること
を特徴とする請求項5に記載のリニアモータ。
The linear motor according to claim 5, wherein the inclined direction of the short side of the cross section is reversed between the tooth portion of the one plate-like portion and the tooth portion of the other plate-like portion.
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