JP2015089189A - Linear motor - Google Patents

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清剛 永松
Kiyotaka Nagamatsu
清剛 永松
敦志 川原
Atsushi Kawahara
敦志 川原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the cogging force without shortening the effective stroke of a linear motor.SOLUTION: A linear motor 1 having a field 3 as a mover and an armature 2 as a stator includes a field yoke 10, a plurality of main pole magnets 11 arranged so that the polarities are different alternately in the direction of travel of the field 3 and two interpole magnets 12 located at both ends of the plurality of main pole magnets 11 in the field yoke 10, and protrusions 12a formed at the ends facing the armatures 2 of two interpole magnets 12.

Description

開示の実施形態は、リニアモータに関する。   The disclosed embodiment relates to a linear motor.

特許文献１には、永久磁石よりなる界磁を可動子とし、電機子巻線を有した電機子を固定子としたムービングマグネット形のリニアスライダが記載されている。   Patent Document 1 describes a moving magnet type linear slider in which a field made of a permanent magnet is a mover and an armature having an armature winding is a stator.

特開２００５−２６９８２２号公報JP 2005-269822 A

上記従来技術では、界磁用永久磁石がスキュー角を設けてテーブルに配置されている。このように、永久磁石にスキュー角を設ける場合、スキュー角を設けない場合に比べ、テーブルのストローク方向の寸法が長くなる。その結果、固定ベースに対するテーブルの有効ストローク長が短くなるという課題があった。   In the above prior art, the field permanent magnets are arranged on the table with a skew angle. As described above, when the skew angle is provided in the permanent magnet, the dimension in the stroke direction of the table becomes longer than when the skew angle is not provided. As a result, there is a problem that the effective stroke length of the table with respect to the fixed base is shortened.

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、有効ストローク長を短くすることなく、コギング力を低減することができる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 such problems, and an object thereof is to provide a linear motor capable of reducing the cogging force without shortening the effective stroke length.

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、界磁を可動子とし、電機子を固定子とするリニアモータであって、界磁ヨークと、前記界磁ヨークに、前記可動子の進行方向に沿って交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の両端に位置する２つの前記永久磁石の前記電機子と対向する端部に形成された突出部と、を有するリニアモータが適用される。   In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a linear motor having a field as a mover and an armature as a stator, the field yoke and the field yoke having the movable A plurality of permanent magnets arranged so as to have different polarities alternately along the traveling direction of the child, and two end portions of the two permanent magnets located at both ends of the plurality of permanent magnets are formed at the ends facing the armature. A linear motor having a protruding portion is applied.

また上記課題を解決するため、本発明の別の観点によれば、界磁を可動子とし、電機子を固定子とするリニアモータであって、界磁ヨークと、前記界磁ヨークに、前記可動子の進行方向に沿って交互に極性が異なるように配置された複数の第１永久磁石と、前記複数の第１永久磁石の前記進行方向における両端側に配置され、前記電機子と対向する端部に切り欠き部が形成された第２永久磁石と、を有するリニアモータが適用される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, there is provided a linear motor having a field as a mover and an armature as a stator, wherein the field yoke and the field yoke A plurality of first permanent magnets arranged so as to have different polarities alternately along the moving direction of the mover, and arranged on both end sides in the moving direction of the plurality of first permanent magnets, facing the armature. A linear motor having a second permanent magnet with a notch formed at the end is applied.

また上記課題を解決するため、本発明の別の観点によれば、界磁を可動子とし、電機子を固定子とするリニアモータであって、界磁ヨークと、前記界磁ヨークに、前記可動子の進行方向に沿って交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の両端に位置する２つの前記永久磁石における前記電機子との磁気的空隙寸法を前記進行方向に沿って変化させる手段と、を有するリニアモータが適用される。   In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, there is provided a linear motor having a field as a mover and an armature as a stator, wherein the field yoke and the field yoke Magnetic gap dimensions between a plurality of permanent magnets arranged so that the polarities are alternately different along the moving direction of the mover and the armatures of the two permanent magnets located at both ends of the plurality of permanent magnets A linear motor having means for changing along the traveling direction is applied.

本発明によれば、リニアモータの有効ストローク長を短くすることなく、コギング力を低減することができる。   According to the present invention, the cogging force can be reduced without shortening the effective stroke length of the linear motor.

実施形態のリニアモータを表す縦断面図である。It is a longitudinal section showing a linear motor of an embodiment. 補極磁石の機能を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the function of an auxiliary pole magnet. 補極磁石の突出部の寸法を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the dimension of the protrusion part of an auxiliary pole magnet. 界磁に突出部がない補極磁石を設けた比較例の場合のリニアモータの動作時のコギング力を表す説明図、及び界磁に突出部を有する補極磁石を設けた本実施形態の場合のリニアモータの動作時のコギング力を表す説明図である。The explanatory diagram showing the cogging force at the time of the operation of the linear motor in the case of the comparative example in which the supplementary magnet having no protrusion in the field is provided, and the case of the present embodiment in which the supplementary magnet having the protrusion in the field is provided It is explanatory drawing showing the cogging force at the time of operation | movement of this linear motor. 突出部のない補極磁石を設けた比較例の場合のコギング推力を示すグラフ、及び突出部を有する補極磁石を設けた本実施形態の場合のコギング推力を示すグラフである。It is a graph which shows the cogging thrust in the case of the comparative example which provided the complementary pole magnet without a protrusion part, and the graph which shows the cogging thrust in the case of this embodiment which provided the auxiliary pole magnet which has a protrusion part. 永久磁石にスキュー角を設けた場合の有効ストロークと突出部を有する補極磁石を設けた本実施形態の有効ストロークを表す説明図である。It is explanatory drawing showing the effective stroke of this embodiment which provided the effective stroke at the time of providing a skew angle in a permanent magnet, and the complementary pole magnet which has a protrusion part. 台形状の突出部を設けた補極磁石を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the complementary pole magnet which provided the trapezoid-shaped protrusion part.

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.

＜リニアモータの全体構成＞
図１を用いて、本実施形態のリニアモータの全体構成を説明する。図１に示すように、本実施形態のリニアモータ１は、電機子２を固定子とし、界磁３を可動子とした、ムービングマグネット型のリニアモータである。 <Overall configuration of linear motor>
The overall configuration of the linear motor of the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the linear motor 1 of this embodiment is a moving magnet type linear motor in which the armature 2 is a stator and the field 3 is a mover.

電機子２は、界磁３のストローク方向（進行方向）に沿って配列された複数（この例では９つ）のティース４を有する電機子鉄心５と、各ティース４に巻回された複数（この例では９つ）の電機子コイル６と、を備えている。各ティース４に巻回された電機子コイル６は、各ティース４の間に形成されたスロット７に収容されている。   The armature 2 includes an armature core 5 having a plurality of (in this example, nine) teeth 4 arranged along the stroke direction (traveling direction) of the field 3, and a plurality ( In this example, nine armature coils 6 are provided. The armature coil 6 wound around each tooth 4 is accommodated in a slot 7 formed between the teeth 4.

界磁３は、図示しないリニアガイドによって上記ストローク方向に沿って移動自在に支持された界磁ヨーク１０と、界磁ヨーク１０の電機子２と対向する対向面に、上記ストローク方向に沿ってＮＳの極性が交互に異なる態様で所定間隔で配置された複数の永久磁石とを備えている。複数の永久磁石は、この例では３つの主極磁石１１と、これら主極磁石１１の上記ストローク方向における両端側に配置された２つの補極磁石１２とで構成される。これら主極磁石１１及び補極磁石１２は、電機子２と所定の磁気的空隙（ギャップ）を空けて対向配置されている。なお、主極磁石１１が第１永久磁石の一例に相当し、補極磁石１２が第２永久磁石の一例に相当する。   The field magnet 3 has a field yoke 10 supported by a linear guide (not shown) so as to be movable along the stroke direction, and an NS surface along the stroke direction on an opposing surface of the field yoke 10 facing the armature 2. And a plurality of permanent magnets arranged at predetermined intervals in such a manner that their polarities are alternately different. In this example, the plurality of permanent magnets includes three main pole magnets 11 and two auxiliary pole magnets 12 disposed on both ends of the main pole magnet 11 in the stroke direction. The main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12 are arranged to face the armature 2 with a predetermined magnetic gap (gap) therebetween. The main pole magnet 11 corresponds to an example of a first permanent magnet, and the auxiliary pole magnet 12 corresponds to an example of a second permanent magnet.

補極磁石１２は、主極磁石１１よりも小さい幅（上記ストローク方向に沿った長さ）に形成されており、補極磁石１２と隣接する主極磁石１１とのピッチ間隔は、主極磁石１１同士のピッチ間隔よりも小さくなるように配置される。この例では、３つのティース４（３つのスロット）に対して２つの主極磁石１１が対向して配置されており、リニアモータ１は２ポール３スロットのスロットコンビネーションに構成されている。   The auxiliary pole magnet 12 is formed to have a smaller width (length along the stroke direction) than the main pole magnet 11, and the pitch interval between the auxiliary pole magnet 12 and the adjacent main pole magnet 11 is the main pole magnet. It arrange | positions so that it may become smaller than 11 pitch intervals. In this example, two main pole magnets 11 are arranged opposite to three teeth 4 (three slots), and the linear motor 1 is configured as a slot combination of two poles and three slots.

ここで、仮に界磁ヨーク１０のストローク方向両端部に補極磁石１２ではなく、主極磁石１１と同様な永久磁石を設けた場合、端部の主極磁石１１からストローク方向外方に漏れ磁束が生じ、隣接する主極磁石１１が形成する磁気回路に、ストローク方向両端部において磁気のアンバランスが発生する。これに対し、図２に示すように、界磁ヨーク１０のストローク方向両端部に補極磁石１２を設けることにより、界磁３の隣接する主極磁石１１が形成する磁気回路Ｑと同様な磁気回路を、補極磁石１２と主極磁石１１との間に形成することができるので、界磁ヨーク１０のストローク方向両端部に磁気のアンバランスが発生するのを防止できる。このようなことから、リニアモータ１では、界磁ヨーク１０のストローク方向両端部に補極磁石１２が配置される。   Here, if a permanent magnet similar to the main pole magnet 11 is provided at both ends in the stroke direction of the field yoke 10 instead of the main pole magnet 11, the leakage flux from the main pole magnet 11 at the end to the outside in the stroke direction. In the magnetic circuit formed by the adjacent main pole magnets 11, magnetic imbalance occurs at both ends in the stroke direction. On the other hand, as shown in FIG. 2, by providing the auxiliary pole magnets 12 at both ends in the stroke direction of the field yoke 10, the same magnetism as the magnetic circuit Q formed by the adjacent main pole magnets 11 of the field 3 is provided. Since the circuit can be formed between the auxiliary pole magnet 12 and the main pole magnet 11, it is possible to prevent magnetic unbalance from occurring at both ends in the stroke direction of the field yoke 10. For this reason, in the linear motor 1, the auxiliary pole magnets 12 are disposed at both ends of the field yoke 10 in the stroke direction.

＜補極磁石の特徴＞
図３に示すように、補極磁石１２は、電機子２と対向する側（図３中下側）の端部に、突出部１２ａが形成されている。補極磁石１２はストローク方向に対称な形状である。この例では、突出部１２ａは、ストローク方向に垂直な方向（図３において紙面に垂直な方向）から見た形状が略四角形であり、突出部１２ａが形成された補極磁石１２の端部は凸型状となる。突出部１２ａは、例えば略四角形の補極磁石の電機子２と対向する側の端部に２つの切り欠き部１２ｂを形成することで、形成される。詳細は後述するが、突出部１２ａは、両端部に位置する補極磁石１２の磁束を所望の分布に変更し、両端部の補極磁石１２によるコギング力と端部以外の主極磁石１１によるコギング力を相殺させるためのものである。なお、突出部１２ａ及び切り欠き部１２ｂが電機子との磁気的空隙寸法を進行方向に沿って変化させる手段の一例に相当する。 <Characteristics of supplementary magnet>
As shown in FIG. 3, the supplementary magnet 12 has a protruding portion 12 a formed at the end of the side facing the armature 2 (the lower side in FIG. 3). The auxiliary pole magnet 12 has a symmetrical shape in the stroke direction. In this example, the protruding portion 12a has a substantially quadrangular shape as viewed from the direction perpendicular to the stroke direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3), and the end of the auxiliary pole magnet 12 on which the protruding portion 12a is formed is Convex shape. The protruding portion 12a is formed by, for example, forming two cutout portions 12b at an end portion on the side facing the armature 2 of a substantially quadrangular auxiliary pole magnet. Although details will be described later, the projecting portion 12a changes the magnetic flux of the auxiliary pole magnets 12 located at both ends to a desired distribution, and the cogging force by the auxiliary pole magnets 12 at both ends and the main pole magnets 11 other than the end portions. This is for canceling the cogging force. In addition, the protrusion part 12a and the notch part 12b are corresponded to an example of a means to change the magnetic space | gap dimension with an armature along a advancing direction.

補極磁石１２の突出部１２ａの寸法は、スロットコンビネーションに応じて設定される。本実施形態のように２ポール３スロットの場合、図３に示すように、主極磁石１１の厚さ（電機子２との対向方向の寸法。図３中上下方向の長さ）をＨとし、補極磁石１２の幅（進行方向の寸法。図中左右方向の長さ）をＷとすると、突出部１２ａの厚さが０．２５Ｈ、突出部１２ａの幅が０．５Ｗ程度である。なお、５ポール６スロット等の他のスロットコンビネーションを含め、突出部１２ａの厚さは０．２Ｈ〜０．３Ｈ、突出部１２ａの幅は０．４Ｗ〜０．６Ｗ程度とするのが好ましい。   The dimension of the protrusion 12a of the auxiliary pole magnet 12 is set according to the slot combination. In the case of 2 poles and 3 slots as in this embodiment, as shown in FIG. 3, the thickness of the main pole magnet 11 (the dimension in the direction facing the armature 2; the length in the vertical direction in FIG. 3) is H. If the width of the auxiliary pole magnet 12 (the dimension in the traveling direction; the length in the left-right direction in the figure) is W, the thickness of the protrusion 12a is about 0.25H and the width of the protrusion 12a is about 0.5W. In addition, including other slot combinations such as 5 poles and 6 slots, the thickness of the protruding portion 12a is preferably 0.2H to 0.3H, and the width of the protruding portion 12a is preferably about 0.4W to 0.6W.

＜補極磁石による主極磁石のコギング力の相殺＞
図４にリニアモータの動作時のコギング力を表す説明図を示す。図４（ａ）は、界磁３に突出部１２ａがない補極磁石１２′を設けた比較例の場合、図４（ｂ）は、界磁３に突出部１２ａを有する補極磁石１２を設けた本実施形態の場合である。図４（ａ）及び図４（ｂ）では２ポール３スロットのスロットコンビネーションであるので、主極磁石１１の磁石ピッチを１８０°とする電気角で界磁ヨーク４の配置ピッチは１２０°である。なお、この図４の説明において「右」及び「左」という場合、図４中における右方向及び左方向をそれぞれ指すものとする。また、図４中のコギング力の方向を示す矢印の長さはコギング力の大きさを表す。 <Cancellation of cogging force of main pole magnet by supplementary pole magnet>
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the cogging force during operation of the linear motor. FIG. 4A shows a comparative example in which an auxiliary pole magnet 12 ′ having no protrusion 12 a is provided in the field 3. FIG. 4B shows an auxiliary magnet 12 having a protrusion 12 a in the field 3. This is the case of the present embodiment provided. 4 (a) and 4 (b), since it is a slot combination of 2 poles and 3 slots, the arrangement pitch of the field yoke 4 is 120 ° with an electrical angle of 180 ° as the main pole magnet 11 pitch. . In the description of FIG. 4, “right” and “left” refer to the right direction and the left direction in FIG. 4, respectively. Further, the length of the arrow indicating the direction of the cogging force in FIG. 4 represents the magnitude of the cogging force.

界磁３が電機子鉄心５に対しストローク方向左端にあるときを電気角０°の位置とする。この場合、本実施形態、比較例のいずれも、左側の主極磁石１１と右側の主極磁石１１についてはティース４にほぼ正対し、中央の主極磁石１１については隣り合うティース４の間のスロット７にほぼ正対するので、いずれもコギング力はほぼ０となる。言い換えれば、主極磁石１１によるコギング力は、＋方向（図４中左方向）と−方向（図４中右方向）の大きさが均等となる。その結果、主極磁石１１による合計のコギング力は０となる。また、左端の補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング力は−方向に、右端の補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング力は＋方向に作用し、その大きさは均等となる。その結果、両端の補極磁石１２（補極磁石１２′）による合計のコギング力は０となる。したがって、本実施形態、比較例のいずれも、主極磁石１１と補極磁石１２′による全体のコギング力の合計は共に０となる。   When the field 3 is at the left end in the stroke direction with respect to the armature core 5, the electrical angle is 0 °. In this case, in both the present embodiment and the comparative example, the left main pole magnet 11 and the right main pole magnet 11 are almost directly opposed to the teeth 4, and the center main pole magnet 11 is between the adjacent teeth 4. Since the slots 7 are almost directly opposed to each other, the cogging force is almost zero. In other words, the cogging force by the main pole magnet 11 is equal in magnitude in the + direction (left direction in FIG. 4) and − direction (right direction in FIG. 4). As a result, the total cogging force by the main pole magnet 11 becomes zero. Further, the cogging force by the leftmost complementary magnet 12 (complementary magnet 12 ') acts in the negative direction, and the cogging force by the rightmost complementary magnet 12 (complementary magnet 12') acts in the positive direction. It will be equal. As a result, the total cogging force by the complementary magnets 12 (complementary magnets 12 ') at both ends becomes zero. Therefore, in both of the present embodiment and the comparative example, the total cogging force by the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12 ′ is both zero.

次に、電気角１５°の位置についてみると、比較例の場合、各主極磁石１１とティース４との対向位置に基づき、左側の主極磁石１１と右側の主極磁石１１についてはコギング力は＋方向に大となり、中央の主極磁石１１についてはコギング力は−方向に小となる。その結果、主極磁石１１の合計のコギング力は＋方向に大となる。また、各補極磁石１２′とティース４との対向位置に基づき、左端の補極磁石１２′についてはコギング力は−方向に大となり、右端の補極磁石１２′についてはコギング力は＋方向に小となる。その結果、補極磁石１２′の合計のコギング力は−方向に小となる。したがって、補極磁石１２′によるコギング力によって、主極磁石１１によるコギング力を相殺する効果は少ない。   Next, regarding the position at an electrical angle of 15 °, in the case of the comparative example, the cogging force is applied to the left main pole magnet 11 and the right main pole magnet 11 based on the opposing positions of the main pole magnets 11 and the teeth 4. Increases in the + direction, and the cogging force decreases in the-direction for the central main pole magnet 11. As a result, the total cogging force of the main pole magnet 11 increases in the + direction. Further, the cogging force is large in the − direction for the leftmost complementary magnet 12 ′, and the cogging force is positive in the positive direction for the rightmost complementary magnet 12 ′ based on the opposing position of each complementary magnet 12 ′ and the teeth 4. It becomes small. As a result, the total cogging force of the auxiliary pole magnet 12 'becomes small in the-direction. Therefore, the effect of offsetting the cogging force by the main pole magnet 11 by the cogging force by the auxiliary pole magnet 12 'is small.

一方、本実施形態の場合、左端の補極磁石１２は、突出部１２ａのほぼ全体がティース４と重なって対向することからコギング力は−方向に大となり、右端の補極磁石１２は、突出部１２ａがティース４から外れて対向することからコギング力はほぼゼロとなる。その結果、両端の補極磁石１２による合計のコギング力は−方向に大となる。なお、本実施形態における主極磁石１１によるコギング力は比較例の場合と同じであり、主極磁石１１の合計のコギング力は＋方向に大となる。したがって、補極磁石１２によるコギング力により、主極磁石１１によるコギング力が大きく相殺される。   On the other hand, in the case of the present embodiment, the leftmost complementary magnet 12 has a large cogging force in the − direction because almost the entire protruding portion 12a overlaps and opposes the teeth 4, and the rightmost complementary magnet 12 protrudes. Since the portion 12a is separated from the teeth 4 and faces the cogging force, the cogging force becomes almost zero. As a result, the total cogging force by the auxiliary pole magnets 12 at both ends becomes large in the − direction. In addition, the cogging force by the main pole magnet 11 in this embodiment is the same as that in the comparative example, and the total cogging force of the main pole magnet 11 becomes large in the + direction. Therefore, the cogging force by the main pole magnet 11 is largely offset by the cogging force by the auxiliary pole magnet 12.

次に、電気角３０°の位置についてみると、比較例の場合、各主極磁石１１とティース４との対向位置に基づき、左側の主極磁石１１と右側の主極磁石１１についてはコギング力は＋方向に小となり、中央の主極磁石１１についてはコギング力は−方向に大となる。その結果、主極磁石１１による合計のコギング力はほぼ０となる。また、補極磁石１２′については、左端の補極磁石１２′はティース４にほぼ正対し、右端の補極磁石１２′は隣り合うティース４の間のスロット７にほぼ正対するので、いずれもコギング力はほぼ０となる。その結果、両端の補極磁石１２′による合計のコギング力は０となる。したがって、主極磁石１１と補極磁石１２′による全体のコギング力の合計はほぼ０となる。   Next, regarding the position at an electrical angle of 30 °, in the case of the comparative example, the cogging force is applied to the left main pole magnet 11 and the right main pole magnet 11 based on the opposing positions of the main pole magnets 11 and the teeth 4. Is small in the + direction, and the cogging force is large in the − direction for the central main pole magnet 11. As a result, the total cogging force by the main pole magnet 11 becomes almost zero. As for the complementary magnet 12 ', the leftmost complementary magnet 12' is almost directly opposed to the teeth 4, and the rightmost complementary magnet 12 'is substantially opposed to the slot 7 between the adjacent teeth 4. The cogging force is almost zero. As a result, the total cogging force by the complementary magnets 12 'at both ends is zero. Therefore, the total cogging force of the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12 'is almost zero.

一方、本実施形態の場合、左端の補極磁石１２はティース４にほぼ正対し、右端の補極磁石１２′は隣り合うティース４の間のスロット７にほぼ正対するので、いずれもコギング力はほぼ０で、両端の補極磁石１２による合計のコギング力はほぼ０となる。なお、主極磁石１１によるコギング力は比較例の場合と同じであり、主極磁石１１による合計のコギング力はほぼ０である。したがって、上記比較例と同様に、主極磁石１１と補極磁石１２′による全体のコギング力の合計はほぼ０となる。   On the other hand, in the case of the present embodiment, the leftmost complementary magnet 12 is almost directly opposed to the teeth 4 and the rightmost complementary magnet 12 'is substantially opposed to the slot 7 between the adjacent teeth 4. The total cogging force by the auxiliary pole magnets 12 at both ends is substantially zero. The cogging force by the main pole magnet 11 is the same as in the comparative example, and the total cogging force by the main pole magnet 11 is almost zero. Therefore, as in the comparative example, the total cogging force of the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12 'is almost zero.

次に、電気角４５°の位置についてみると、比較例の場合、各主極磁石１１とティース４との対向位置に基づき、左側の主極磁石１１と右側の主極磁石１１についてはコギング力は＋方向に極小となり、中央の主極磁石１１についてはコギング力は−方向に大となる。その結果、主極磁石１１による合計のコギング力は−方向に大となる。また、各補極磁石１２′とティース４との対向位置に基づき、左端の補極磁石１２′についてはコギング力は＋方向に大となり、右端の補極磁石１２′についてはコギング力は−方向に小となる。その結果、両端の補極磁石１２′による合計のコギング力は＋方向に小となる。したがって、補極磁石１２′によるコギング力によって、主極磁石１１によるコギング力を相殺する効果は小さい。   Next, regarding the position at an electrical angle of 45 °, in the case of the comparative example, the cogging force is applied to the left main pole magnet 11 and the right main pole magnet 11 based on the opposing positions of the main pole magnets 11 and the teeth 4. Is minimal in the + direction, and the cogging force is large in the − direction for the central main pole magnet 11. As a result, the total cogging force by the main pole magnet 11 increases in the negative direction. Further, based on the opposing position of each of the complementary magnets 12 'and the teeth 4, the cogging force is large in the + direction for the leftmost complementary magnet 12', and the cogging force is in the -direction for the rightmost complementary magnet 12 '. It becomes small. As a result, the total cogging force by the auxiliary pole magnets 12 ′ at both ends becomes small in the + direction. Therefore, the effect of offsetting the cogging force by the main pole magnet 11 by the cogging force by the auxiliary pole magnet 12 'is small.

一方、本実施形態の場合、左端の補極磁石１２は、突出部１２ａのほぼ全体がティース４と重なって対向することからコギング力は＋方向に大となり、右端の補極磁石１２は、突出部１２ａがティース４から外れて対向することからコギング力はほぼゼロとなる。その結果、両端の補極磁石１２による合計のコギング力は＋方向に大となる。なお、本実施形態における主極磁石１１によるコギング力は比較例の場合と同じであり、主極磁石１１の合計のコギング力は−方向に大となる。したがって、補極磁石１２によるコギング力により、主極磁石１１によるコギング力が大きく相殺される。   On the other hand, in the case of this embodiment, the cogging force is large in the + direction because the leftmost auxiliary pole magnet 12 is substantially opposed to the teeth 4 so that the entire protruding portion 12a overlaps the teeth 4, and the rightmost auxiliary magnet 12 protrudes. Since the portion 12a is separated from the teeth 4 and faces the cogging force, the cogging force becomes almost zero. As a result, the total cogging force by the auxiliary pole magnets 12 at both ends becomes large in the + direction. In addition, the cogging force by the main pole magnet 11 in this embodiment is the same as that in the comparative example, and the total cogging force of the main pole magnet 11 becomes large in the − direction. Therefore, the cogging force by the main pole magnet 11 is largely offset by the cogging force by the auxiliary pole magnet 12.

次に、電気角６０°の位置についてみると、本実施形態、比較例のいずれも、中央の主極磁石１１についてはティース４にほぼ正対し、左側の主極磁石１１と右側の主極磁石１１については隣り合うティース４の間のスロット７にほぼ正対するので、主極磁石１１によるコギング力は＋方向と−方向の大きさが均等となる。その結果、主極磁石１１による合計のコギング力は０となる。また、左端の補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング力は＋方向に、右端の補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング力は−方向に作用し、その大きさは均等となる。その結果、両端の補極磁石１２（補極磁石１２′）による合計のコギング力は０となる。したがって、本実施形態、比較例のいずれも、主極磁石１１と補極磁石１２′による全体のコギング力の合計は共に０となる。   Next, regarding the position at an electrical angle of 60 °, in both of the present embodiment and the comparative example, the central main pole magnet 11 is almost directly opposed to the teeth 4, and the left main pole magnet 11 and the right main pole magnet. 11 is almost directly opposed to the slot 7 between the adjacent teeth 4, the cogging force by the main pole magnet 11 is equal in magnitude in the + direction and the − direction. As a result, the total cogging force by the main pole magnet 11 becomes zero. Further, the cogging force by the leftmost complementary magnet 12 (complementary magnet 12 ') acts in the positive direction, and the cogging force by the rightmost complementary magnet 12 (complementary magnet 12') acts in the negative direction. It will be equal. As a result, the total cogging force by the complementary magnets 12 (complementary magnets 12 ') at both ends becomes zero. Therefore, in both of the present embodiment and the comparative example, the total cogging force by the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12 ′ is both zero.

本実施形態によるコギング力のシミュレーション結果を比較例と対比して図５に示す。図５（ａ）は、界磁３に突出部１２ａがない補極磁石１２′を設けた比較例の場合、図５（ｂ）は、界磁３に突出部１２ａを有する補極磁石１２を設けた本実施形態の場合である。なお、図５において、主極磁石１１によるコギング推力を間隔の大きな破線で示し、補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング推力を間隔の小さな破線で示し、それらの合成によるコギング推力を太い実線で示す。   A simulation result of the cogging force according to the present embodiment is shown in FIG. 5 in comparison with the comparative example. FIG. 5A shows a comparative example in which an auxiliary pole magnet 12 ′ having no protruding portion 12 a is provided in the field 3. FIG. 5B shows an auxiliary pole magnet 12 having a protruding portion 12 a in the field 3. This is the case of the present embodiment provided. In FIG. 5, the cogging thrust by the main pole magnet 11 is indicated by a broken line with a large interval, the cogging thrust by the auxiliary pole magnet 12 (auxiliary magnet 12 ′) is indicated by a broken line with a small interval, and the cogging thrust by combining them is shown. Shown in bold solid line.

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、主極磁石１１によるコギング推力は、界磁３の電機子２に対する位置に応じて電気角６０°を１周期とする略正弦波状に変化する。一方、補極磁石１２（補極磁石１２′）によるコギング推力も、電気角６０°を１周期とする略正弦波状に変化するが、主極磁石１１の波形に対し逆相（位相差が電気角で約３０°）となっている。図５（ａ）に示す比較例では、補極磁石１２′によるコギング推力が小さいので、補極コギング推力による主極コギング推力の相殺効果が小さい。そのため、主極コギング推力と補極コギング推力とを合成した合成コギング推力は、主極コギング推力の７０％〜８０％程度にしか小さくできない。これに対し、本実施形態では、補極磁石１２によるコギング推力が大きいので、補極コギング推力による主極コギング推力の相殺効果が大きい。そのため、主極コギング推力と補極コギング推力とを合成した合成コギング推力を主極コギング推力の２０％〜３０％程度まで大きく低減できる。   As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the cogging thrust by the main pole magnet 11 is substantially sinusoidal with an electrical angle of 60 ° as one cycle according to the position of the field 3 with respect to the armature 2. Change. On the other hand, the cogging thrust by the auxiliary magnet 12 (complementary magnet 12 ') also changes in a substantially sinusoidal shape with an electrical angle of 60 ° as one cycle, but has a phase opposite to the waveform of the main pole magnet 11 (the phase difference is electric). The angle is about 30 °. In the comparative example shown in FIG. 5A, since the cogging thrust by the auxiliary pole magnet 12 'is small, the effect of canceling the main pole cogging thrust by the complementary pole cogging thrust is small. Therefore, the combined cogging thrust obtained by combining the main pole cogging thrust and the complementary pole cogging thrust can only be reduced to about 70% to 80% of the main pole cogging thrust. On the other hand, in this embodiment, since the cogging thrust by the auxiliary pole magnet 12 is large, the effect of canceling the main pole cogging thrust by the complementary pole cogging thrust is great. Therefore, the combined cogging thrust obtained by combining the main pole cogging thrust and the complementary pole cogging thrust can be greatly reduced to about 20% to 30% of the main pole cogging thrust.

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のリニアモータ１では、界磁ヨーク１０に複数（この例では３つ）の主極磁石１１とその両端の２つの補極磁石１２が配置される。両端の補極磁石１２には、電機子２と対向する端部に突出部１２ａが形成される。この突出部１２ａにより、両端部に位置する補極磁石１２の磁束を所望の分布に変更し、補極磁石１２によるコギング力と主極磁石１１によるコギング力を相殺させて、界磁３と電機子２との間に作用するコギング力を低減することができる。 <Effect of embodiment>
As described above, in the linear motor 1 of this embodiment, the field yoke 10 is provided with a plurality (three in this example) of the main pole magnets 11 and the two auxiliary pole magnets 12 at both ends thereof. Protruding portions 12 a are formed at the end portions of the opposite pole magnets 12 at the opposite ends of the armature 2. By this protrusion 12a, the magnetic flux of the auxiliary pole magnet 12 located at both ends is changed to a desired distribution, and the cogging force by the auxiliary pole magnet 12 and the cogging force by the main pole magnet 11 are offset, so that the field 3 and the electric machine The cogging force acting between the child 2 can be reduced.

またその結果、次のような効果を得る。一般に、コギング力を低減するために永久磁石のスキュー構造が採用される。図６（ａ）にこのスキュー構造の一例を示す。図６（ａ）に示すように、主極磁石１１及び補極磁石１２にスキュー角を設けた場合、界磁ヨーク１０のストローク方向の寸法が長くなるので、電機子２に対する界磁ヨーク１０の有効ストローク長が短くなる。これに対し、本実施形態では、上述のようにコギング力を低減することができるので、永久磁石（主極磁石１１及び補極磁石１２）にスキュー角を設けて配置する必要がない。その結果、図６（ｂ）に示すように、スキュー角を設ける場合に比べて、界磁ヨーク４のストローク方向の寸法を小型化できるので、電機子２に対する界磁ヨーク１０の有効ストローク長をより長く確保できる。   As a result, the following effects are obtained. In general, a permanent magnet skew structure is employed to reduce the cogging force. FIG. 6A shows an example of this skew structure. As shown in FIG. 6A, when the skew angle is provided in the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12, the dimension of the field yoke 10 in the stroke direction becomes long. Effective stroke length is shortened. On the other hand, in this embodiment, since the cogging force can be reduced as described above, it is not necessary to provide a permanent magnet (the main pole magnet 11 and the auxiliary pole magnet 12) with a skew angle. As a result, as shown in FIG. 6B, since the dimension of the field yoke 4 in the stroke direction can be reduced as compared with the case where the skew angle is provided, the effective stroke length of the field yoke 10 with respect to the armature 2 can be reduced. Can be secured longer.

以上のように、本実施形態によれば、有効ストローク長を短くすることなく、コギング力を低減できる。また、スキュー角を設けないので、スキューによるモータ定数の低下を防止できる。   As described above, according to the present embodiment, the cogging force can be reduced without shortening the effective stroke length. Further, since no skew angle is provided, it is possible to prevent a reduction in motor constant due to skew.

また、本実施形態では特に、突出部１２のストローク方向の寸法Ｗ及び電機子２との対向方向の寸法Ｈがスロットコンビネーションに応じて設定される。これにより、多様なスロットコンビネーションにおいて、有効ストローク長を短くすることなくコギング力を低減できるリニアモータを実現できる。   In the present embodiment, in particular, the dimension W in the stroke direction of the protrusion 12 and the dimension H in the direction facing the armature 2 are set according to the slot combination. Thereby, it is possible to realize a linear motor capable of reducing the cogging force without shortening the effective stroke length in various slot combinations.

＜変形例＞
なお、上記実施形態は以上説明した内容に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。 <Modification>
In addition, the said embodiment is not restricted to the content demonstrated above, A various deformation | transformation is possible within the range which does not deviate from the meaning and technical idea.

例えば、上記実施形態では、補極磁石１２の突出部１２ａは、ストローク方向に垂直な方向から見た形状を略四角形としたが、突出部の形状を略台形としてもよい。本変形例における補極磁石の一例を図７に示す。   For example, in the above-described embodiment, the protruding portion 12a of the auxiliary pole magnet 12 has a substantially quadrangular shape as viewed from the direction perpendicular to the stroke direction, but the protruding portion may have a substantially trapezoidal shape. An example of the auxiliary pole magnet in this modification is shown in FIG.

図７に示すように、本変形例の補極磁石１６は、電機子２と対向する側（図７中上側）端部に、ストローク方向に垂直な方向（図７の紙面に垂直な方向）から見た形状が略等脚の台形状である突出部１６ａが形成されている。なお、補極磁石１６が第２永久磁石の一例に相当する。   As shown in FIG. 7, the supplementary magnet 16 of this modification example has a direction perpendicular to the stroke direction (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7) at the end (upper side in FIG. 7) that faces the armature 2. A protrusion 16a having a trapezoidal shape with a substantially equal leg shape is formed. The supplementary magnet 16 corresponds to an example of a second permanent magnet.

補極磁石１６のＮ極側の表面は、突出部１６ａのストローク方向両側の傾斜面１６ｂで中央部よりも電機子鉄心５のティース４に対し離れる方向に後退している。これにより、上記実施形態と同様に、補極磁石１６によるコギング力と主極磁石１１によるコギング力とを効果的に相殺することができる。なお、突出部１６ａ及び傾斜面１６ｂが電機子との磁気的空隙寸法を進行方向に沿って変化させる手段の一例に相当する。   The surface on the N-pole side of the auxiliary pole magnet 16 is retreated in the direction away from the teeth 4 of the armature core 5 from the central portion at the inclined surfaces 16b on both sides in the stroke direction of the protruding portion 16a. Thereby, the cogging force by the auxiliary pole magnet 16 and the cogging force by the main pole magnet 11 can be effectively canceled out as in the above embodiment. In addition, the protrusion 16a and the inclined surface 16b correspond to an example of means for changing the magnetic gap dimension with the armature along the traveling direction.

以上既に述べた以外にも、上記実施形態や変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。   In addition to those described above, the methods according to the above-described embodiments and modifications may be used in appropriate combination.

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。   In addition, although not illustrated one by one, the above-described embodiments and modifications are implemented with various modifications within the scope not departing from the gist thereof.

１ リニア−モータ
２ 電機子
３ 界磁
４ ティース
５ 電機子鉄心
６ 電機子コイル
７ スロット
１０ 界磁ヨーク
１１ 主極磁石（永久磁石、第１永久磁石）
１２ 補極磁石（永久磁石、第２永久磁石）
１２ａ 突出部
１６ 補極磁石（永久磁石、第２永久磁石）
１６ａ 突出部
Ｍ 磁束 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear motor 2 Armature 3 Field 4 Teeth 5 Armature core 6 Armature coil 7 Slot 10 Field yoke 11 Main pole magnet (permanent magnet, 1st permanent magnet)
12 Supplementary magnet (permanent magnet, second permanent magnet)
12a Protrusion 16 Supplementary pole magnet (permanent magnet, second permanent magnet)
16a Protrusion M Magnetic flux

Claims (7)

界磁を可動子とし、電機子を固定子とするリニアモータであって、
界磁ヨークと、
前記界磁ヨークに、前記可動子の進行方向に沿って交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の両端に位置する２つの前記永久磁石の前記電機子と対向する端部に形成された突出部と、
を有することを特徴とするリニアモータ。 A linear motor having a field as a mover and an armature as a stator,
Field yoke,
A plurality of permanent magnets arranged on the field yoke so that the polarities are alternately different along the traveling direction of the mover;
Protrusions formed at the ends of the two permanent magnets facing the armatures located at both ends of the plurality of permanent magnets;
The linear motor characterized by having. 前記突出部が形成された前記永久磁石は、
前記進行方向に対称な形状である
ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。 The permanent magnet formed with the protrusion is:
The linear motor according to claim 1, wherein the linear motor has a symmetrical shape in the traveling direction. 前記突出部は、
前記進行方向に垂直な方向から見た形状が略四角形である
ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。 The protrusion is
The linear motor according to claim 2, wherein a shape viewed from a direction perpendicular to the traveling direction is a substantially square shape. 前記突出部は、
前記進行方向に垂直な方向から見た形状が略台形である
ことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。 The protrusion is
The linear motor according to claim 2, wherein a shape viewed from a direction perpendicular to the traveling direction is a substantially trapezoid. 前記突出部は、
前記進行方向の寸法及び前記電機子との対向方向の寸法がスロットコンビネーションに応じて設定される
ことを特徴とする請求項３又は４に記載のリニアモータ。 The protrusion is
5. The linear motor according to claim 3, wherein a dimension in the advancing direction and a dimension in a direction opposite to the armature are set according to a slot combination. 前記突出部が形成された永久磁石は、
他の前記永久磁石よりも前記進行方向の寸法が小さく形成され、隣接する前記他の永久磁石とのピッチ間隔が当該他の永久磁石同士のピッチ間隔よりも小さくなるように配置される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリニアモータ。 The permanent magnet formed with the protrusion is
The dimension in the advancing direction is smaller than that of the other permanent magnets, and the pitch interval between the other permanent magnets adjacent to the other permanent magnets is smaller than the pitch interval between the other permanent magnets. The linear motor according to any one of claims 1 to 5. 界磁を可動子とし、電機子を固定子とするリニアモータであって、
界磁ヨークと、
前記界磁ヨークに、前記可動子の進行方向に沿って交互に極性が異なるように配置された複数の第１永久磁石と、
前記複数の第１永久磁石の前記進行方向における両端側に配置され、前記電機子と対向する端部に切り欠き部が形成された第２永久磁石と、
を有することを特徴とするリニアモータ。 A linear motor having a field as a mover and an armature as a stator,
Field yoke,
A plurality of first permanent magnets arranged in the field yoke so that the polarities are alternately different along the traveling direction of the mover;
A second permanent magnet that is disposed on both ends in the traveling direction of the plurality of first permanent magnets and has a notch formed at an end facing the armature;
The linear motor characterized by having.
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