JP2021078348A - リニアモータ及びリニアモータを利用した搬送システム - Google Patents

Abstract

【課題】速度変化が小さく、長距離移送を可能とする。
【解決手段】１次部材と２次部材を含んで構成されたリニアモータであって、１次部材は、複数の電機子モジュールを含む。電機子モジュールは、磁性体コア及び磁性体コアに巻かれたコイルを含む。２次部材は、進行方向に極を変えながら配置される複数の永久磁石を含む磁石モジュールを含む。磁石モジュールは、隣接する２つの突出部の間に置かれる。Ｐ個の永久磁石と進行方向にＰ個の永久磁石が整列された第１長さに対応する区間に配置された電機子モジュールとを一単位とし、移動磁界による推力が生成されるように所定の位相差を有する電源が各電機子モジュールのコイルに印加され、１次部材が固定されて生成される推力によって２次部材で構成される可動子を移動することができる。第１区間の第１電機子モジュール間の間隔が、これ以降の第２区間の第２電機子モジュール間の間隔と異なる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、直線運動を発生させるリニアモータ（線形電動機）を利用した搬送システムに関する。

一般的にリニアモータ、すなわちリニアモータは、直線状になられる可動子及び固定子との間に推力を発生する構造になっている。永久磁石型リニアモータは、可動子と固定子の内、いずれか一側に永久磁石を置いて、残りの一側に交互する多相電力を送って両者の間に電磁力が作用して一定方向に推力が発生するようにする。

このようなリニアモータを用いて、搬送システムに適用したものとしては特許文献１（特開２００６−１６６５３７「磁石可動型リニアモータ」（以下、「先行技術」）のようなものが挙げられる。

先行技術によるリニアモータは、回転モータを展開して直線状に広げ配置した構造により、電機子コアの突極と永久磁石との間には、強力な磁気吸引力が発生してシステムの精度が落ち、一定の空隙を維持する案内機構の摩耗が激しくなり、電機子コアに可動子の進行方向と同じ方向に磁束が流れ、モータ効率が低下する問題が発生するしかない。また、このような磁気吸引力を補完するために、機械的構造が複雑になって装置全体が重くなる問題点が多い。

特開２００６−１６６５３７号公報

本発明は、このような状況を勘案したもので、本発明の目的は、走行速度の変化が小さい搬送システムを提供することである。

本発明の他の目的は、小さな数の電機子モジュールを用いながら長距離移送が可能な永久磁石可動型搬送システムを提供することである。

本発明の一実施形態に係るリニアモータは、１次部材と２次部材を含んで構成され、１次部材は、複数の電機子モジュールを含み、各電機子モジュールは、２つ以上の突出部を含む磁性体コア及び磁性体コアに巻かれて同じ位相の電流が流れるコイルを含み、２次部材は進行方向に極を変えながら配置される複数の永久磁石を含む磁石モジュールを１つ以上含み、磁石モジュールは隣接する２つの突出部の間に置かれ、２の倍数であるＰ個の永久磁石と進行方向にＰ個の永久磁石が整列された第１長さに対応する区間に配置された電機子モジュールとを一単位として移動磁界による推力が生成されるように所定の位相差を有する電源が各電機子モジュールのコイルに印加され、１次部材が固定され生成される推力によって２次部材で構成される可動子が移動し、進行方向に基づいて、第１区間に配置された第１電機子モジュール間の第１間隔が第１区間以降の第２区間に配置された第２電機子モジュール間の第２間隔と異なることを特徴とする。

本発明の他の実施形態に係る搬送システムは、リニアモータと１次部材を固定しレールが設置される地上ベースと２次部材が固定される可動子ベース及び可動子ベースに搭載されてレールと結合するガイドを含んで構成されることを特徴とする。

様々な種類で構成した１次部材を用途に合わせて配置して搬送システム全体の電機子モジュール数を最適化し、システム全体の構成を軽量化することができるようになる。

また、小さいサイズで大容量の推力と高速送り速度を得ることができるようになり、また、各要素がモジュール化されているので、組み立てが容易であり、様々な形に変形が可能である。

少ないリソースで長距離移送が可能であり、走行速度と目標速度との差が小さいリニアモータを利用した搬送システムを提供することができるようになる。

本発明の出願人が出願した出願番号ＫＲ１０−２０１０−００８１５２２とＫＲ１０−２０１０−０１２９９４７に記載されたオープンリニアモータを示したものである。 本発明の出願人が出願した出願番号ＫＲ１０−２０１１−００２０５９９に記載されたリニアモータを示したものである。 本発明の一実施形態に係る１次部材をベースに固定し永久磁石を含む可動子が移動する搬送システムを示したものである。 本発明に係るリニアモータが適用される搬送システムの構成を示すものである。 本発明の一実施形態に基づいて、１次部材の１次モジュールを連続的に配置したＡ Modelと１次モジュールを間欠的に配置したＢ Modelとを示したものである。 本発明の一実施形態に基づいて、１次モジュールを連続的に配置し、それぞれの１次モジュールにインバータを１つずつ結線してインバータ全体を上位コントローラが制御する搬送システムを示したものである。 本発明の一実施形態に基づいて、１次部材の１次モジュールを間欠的に配置し、それぞれの１次モジュールにリレーを１つずつ結線しインバータ１つで複数の１次モジュールを上位コントローラが制御する搬送システムを示したものである。 ３相同期電動機の電機子モジュール数と永久磁石極数の組み合わせの関係を示したものである。 リニアモータで３つの電機子モジュールで構成した１次部材と、複数の永久磁石の組み合わせによって直線方向の推力が発生する動作原理を示すものである。 本発明の一実施形態に基づいて、同じ構造の永久磁石１０極ユニットに対して、電機子モジュール９個で構成された第１電機子グループ、電機子モジュール６個で構成された第２電機子グループ及び電機子モジュール３個で構成された第３電機子グループをそれぞれ示したものである。 本発明の一実施形態に応じて、同じ電機子グループを連続配置した例を示すものである。 加速、等速、減速の速度区間に応じて必要な推力の相対的な大きさと、本発明の一実施形態に基づいて互いに異なる１次部材の配置形態に対し各速度区間での速度変化を示したものである。 本発明の他の実施形態に基づいて、図１２のＢ Modelを第１部材に採択するときに可動子の長さを増やして速度誤差を減らすことを示したものである。 本発明の他の実施形態に基づいて速度区間別に突極数が異なる電機子モジュールが配置された１次部材の配置形態を示したものである。

以下、添付された図面を参照して、本発明に係るリニアモータを用いた搬送システムの好ましい実施形態を詳細に説明する。

本発明の出願人は、進行方向に一列に配置される多数の電機子モジュールで構成される１次部材及び進行方向に極を変えながら配置される複数の永久磁石を含む永久磁石モジュールを複数含む２次部材を含む密閉型とオープンリニアモータに対して、出願番号ＫＲ１０−２０１０−００８１５２２とＫＲ１０−２０１０−０１２９９４７を通じて出願した。

出願番号ＫＲ１０−２０１０−００８１５２２とＫＲ１０−２０１０−０１２９９４７に記載されたリニアモータの中で図１のようなオープンリニアモータにおいて、電機子モジュールのコアは、２次部材である永久磁石モジュールを囲むためのＣ字形状ではなく、例えば、直線状であり、複数の突極はコアから同じ方向に、例えば、直角に突出した形であり、２次部材の複数の永久磁石モジュールも並ぶように置かれた各突極間にコアの方向に突出した形をしている。

出願番号ＫＲ１０−２０１０−００８１５２２とＫＲ１０−２０１０−０１２９９４７に記載された他のリニアモータは電機子モジュールのコアで突極の突出角度が互いに異なり、金型製作にコストがたくさんかかり、精度を上げるには限界がある。しかし、図１のリニアモータにおいて、各電機子モジュールで、すべて突極は、コアのような角度、例えば直角をなし、各永久磁石モジュールもベースと同じ角度、例えば直角を成した状態で固定されているので、製造精度を上げることができ、金型コストも削減することができる。

本発明に係るリニアモータは、出願番号ＫＲ１０−２０１０−００８１５２２とＫＲ１０−２０１０−０１２９９４７に記載されたリニアモータの内、図１のオープンリニアモータを永久磁石可動型に変形したものである。永久磁石可動型リニアモータを用いる本発明では、搬送システムが要求する速度区間に対応するように電機子モジュール間の間隔を調節して長距離移送を可能にし、また、実際の走行速度と目標速度の差を最小にすることができる。

図２は、本発明の出願人によって出願された出願番号ＫＲ１０−２０１１−００２０５９９に記載されたリニアモータを図示したものであり、磁束を発生させるコイルを含む１次部材と磁束を横切る永久磁石を含む２次部材とを含んで構成することができる。図１のリニアモータと比較して、図２のリニアモータは、突極の数と永久磁石モジュールの数がそれぞれ２個と１個で減ったことを除外しては、動作原理は同じである。

図３は、本発明に係るリニアモータを示すものである。

本発明に係るリニアモータは電機子モジュールがベースに固定され永久磁石を含む可動子が移動する永久磁石可動型で、磁束を発生させるコイルを含む１次部材と磁束を横切る永久磁石を含む２次部材とを含んで構成することができる。図１と図２のリニアモータと比較して、図３のリニアモータは、突極の数と永久磁石モジュールの数がそれぞれ３個と２個で表示されているが、基本的な動作原理は同じである。

１次部材（Primary Module）３０は、分離された状態で進行方向に一列に配置される多数の電機子モジュール（Armature Module）１０で構成されるが、各電機子モジュール１０は、磁性体コア（Core）１１、３つの突極１２及びコイル１３で構成され、磁性体コア１１は、各突極１２を接続し、各突極１２に同じ位相の電流が流れるコイル１３が巻かれるようになる。図３で突極１２の数は、３つであるが、本発明はこれに限定されず、２つ以上複数個が可能である。

磁性体コア１１から同じ方向に突出する各突極１２は、磁性体コア１１のような材質であるから、磁性体コア１１と、各突極１２は、一つの磁性体コア１１と呼ぶことができ、各突極１２を磁性体コア１１の突出部１２と称することもできる。

２次部材は、複数の永久磁石２１を含む永久磁石モジュール２０で構成され、永久磁石モジュール２０は、電機子モジュール１０のコア１１の方向に突出して、各突極１２との間に置かれ、電動機の進行方向に複数の永久磁石２１が極を変えながら配置することができる。永久磁石モジュール２０は、可動子ベース２２に固定することができる。１次部材を固定する地上ベース４１には、案内レール４２が設置され、２次部材を搭載した可動子ベース２２には、案内ガイド４３を設置し、電機子モジュール１０の突極１２と永久磁石モジュール２０の永久磁石２１との間に一定の空隙が維持されながら、１次部材と２次部材とが相互に機械的干渉を受けずに自由に走行することができる構造を形成する。

各電機子モジュール１０内で、各突極１２に移動磁界が形成されるようにコイル１３に電流が供給されるが、突極１２の端に形成される電子極及びこれに対応する永久磁石２１との間に吸引力と反発力によって進行推力が発生するように、少なくとも一つの電機子モジュール１０のコイル１３には、他の電機子モジュール１０のコイル１３とは、位相差を有する電流を供給することができる。

各電機子モジュール１０内において各突極１２の電磁石の極性を互いに異なるようにし、磁束閉ループが形成されるようにすることにより、電機子モジュール１０の各突極１２と永久磁石２１との間に高い密度の磁束がスムーズに流れるようにする。このため、電機子モジュール１０ごとに同じ位相の電流が流れるコイル１３を、各突極１２に巻くが、各突極１２の電磁石極性が互いに異なるように巻線方向を設定して巻く。

図４は、本発明に係るリニアモータが適用される搬送システムの構成を示したものである。

リニアモータの固定子が、可動子（Mover）が通過する通路（Runway）を閉じたループで形成され、可動子が通過する複数の位置に作業領域（Work area）が形成される。可動子が作業領域と作業領域の間に一定の速度で移動することもできる。または、移動速度を高めるために、可動子が現在の作業領域で、次の作業領域に移動を開始するとき、加速され、次の作業領域に到達する頃に減速することができる。つまり、作業領域と作業領域との間に加速、等速、減速区間を有することができる。

図５は、本発明の一実施形態に基づいて、１次部材の１次モジュール（Primary Module）を連続的に配置したＡ Modelと１次モジュールを間欠的に配置したＢ Modelを示したものである。

リニアモータ可動子の進行方向に所定間隔で配置される複数の電機子モジュールをまとめて一つの電機子グループ（または１次モジュール）を形成させ、複数の電機子グループを連続的にまたは間欠的に配置して搬送システムの軌道を形成することができる。永久磁石のＮ極とＳ極の永久磁石のピッチをτとするとき、１つの電機子グループの全長（または長さ）は、τの偶数倍が理想的であるが、電機子モジュールの各相間の絶対的な位相差と移動磁界の方向が一致するように製作するとしたら、奇数倍も可能である。

ここで、各電機子グループを配置するとき、各相の誘導起電力（逆起電力）が同位相になるように配置しなければならず、そのために進行方向に複数の電機子グループを配置する際、各電機子グループの第１電機子モジュール間の間隔（または同じ相の電機子モジュール間の間隔）は、２*τのｎ倍（ｎは１以上の整数）にしなければならない。

図６は、本発明の一実施形態に基づいて、１次モジュールを連続的に配置し、それぞれの１次モジュールにインバータ（Inverter）５１を１つずつ結線してインバータ全体を上位コントローラ（Controller）５０が制御する搬送システムを示したものである。

図６においては、電機子グループ（または１次モジュール）ごとに、その電機子グループに属する各電機子モジュールのコイルを駆動するインバータを別々に備えている。しかし、複数の電機子モジュール同士を互いに同相にすることができるので、電機子モジュールの端子線を直列、並列、または直並列結線をして、インバータの使用台数を減らすことができる。

図７は、本発明の一実施形態に基づいて、１次部材の１次モジュールを間欠的に配置し、それぞれの１次モジュールにリレー（Relay）を１つずつ結線してインバータ１つで複数の１次モジュールを上位コントローラが制御する搬送システムを示したものである。もちろん、場合によっては、リレーの代わりに、電機子グループごとにインバータを別々に接続して使用することもできる。

１次モジュール（または電機子グループ）が配置されない区間では、ホールセンサ（Hall sensor）５３を配置し、制御部（Controller）５０が、永久磁石可動子（Mover）の位置を把握し、リレーを介して可動子が移動する次の１次モジュールを接続し、その１次モジュールを制御することができるようにする。

図８は、３相同期電動機の電機子モジュール数と永久磁石極数の組み合わせの関係を示したものである。

図８の表において、永久磁石極数８の場合には、電機子モジュールを３個、６個、９個すべて共用に使用することができる。同様に、永久磁石極数１０の場合にも、電機子モジュールを３個、６個、９個すべて共用に使用することができる。

図９は、リニアモータで３つの電機子モジュールで構成した１次部材と、複数の永久磁石の組み合わせによって直線方向の推力が発生する動作原理を示したもので、２以上の電機子モジュールと永久磁石モジュールの組み合わせにより、進行方向に推力が発生する原理を図９に示している。たとえば、３つの電機子モジュール（１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ）に２つの永久磁石２１を対応させる場合、図９の上部の図のような電機子モジュール３相と永久磁石２極の組み合わせになる。

図９において、Ｕ、Ｖ、Ｗは、３つの電機子モジュール（１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ）の各突極１２の内、一方の突極１２を進行方向に並べたものであり、Ｓ/Ｎは突極Ｕ、Ｖ、Ｗに対峙する位置に置かれた永久磁石２１を並べたものである。

各電機子モジュール１０のコイル１３に単一位相の電流を供給するが、３相である場合、隣接するモジュールと１２０度の位相差を有する電流を各電機子モジュール１０のコイル１３に印加することができる。

また、図９の上図に示したように、進行方向に交互に配置された永久磁石ＳまたはＮの極間隔をτ（１/２周期１８０度）とするとき、３つの電機子モジュール１０が２/３τ（１２０度）に対応する間隔で配置されることができる。

永久磁石Ｓ極とＮ極との間に位置する突極Ｖを巻いたコイルに（＋）方向にピーク値（Ｐ）の交流電流を流し突極ＶがＮ極になるとき、突極ＵとＷに巻いたコイルには（−）の方向にピーク値（Ｐ）/平方根（２）サイズの交流電流を流して突極ＵとＷがＳ極になるので、Ｎ極である突極Ｖが永久磁石Ｓ極に吸引力を永久磁石Ｎ極には反発力を作用して永久磁石を右に移動させる。突極ＶのＮ極より小さなサイズの自力でＳ極になった突極ＵとＷは、それぞれ永久磁石Ｓ極と永久磁石Ｎ極に反発力と吸引力を作用するが、互いに相殺されて進行方向に影響を及ぼさないようになる。

永久磁石２１が２/３τだけ移動して、今度は突極Ｗが永久磁石Ｓ極とＮ極との間に位置するようになり、この瞬間には、各突極１２のコイル１３に位相が１２０度進行した電流を流して、突極Ｗに巻いたコイルに（＋）方向にピーク値（Ｐ）の交流電流が流れて突極ＷがＮ極となり、突極ＵとＶに巻いたコイルには、（−）方向にピーク値（Ｐ）/平方根（２）サイズの交流電流が流れ、突極ＵとＶがＳ極になる。Ｎ極になった突極Ｗが永久磁石Ｓ極には吸引力を永久磁石Ｎ極には反発力を作用して永久磁石２１を右に移動させ、同様に突極ＷのＮ極より小さなサイズの自力でＳ極になった突極ＵとＶは、それぞれ永久磁石Ｎ極と永久磁石Ｓ極に吸引力と反発力を作用するが、互いに相殺される。

このような過程を繰り返して、永久磁石２１は右に移動することになる。つまり、各電機子モジュール１０に印加される３相の電流が突極Ｕ、Ｖ、Ｗに移動磁界を発生させ、これにより、永久磁石２１には、右に移動する推力が発生する。

理想的なモデルである場合、永久磁石２１を移動させる推力は、突極１２と永久磁石２１が接する表面積の和に比例し、また、進行方向に配置される電機子モジュール１０の数にも比例して大きくなり、コイル１３に印加される電流の大きさ、突極１２を巻くコイル１３の巻線数、永久磁石２１の磁力大きさなどにも比例関係を有する。

図９の最初の例（上図）は、電機子モジュール３相と永久磁石２極の基本の組み合わせの例であり、図９の２番目の例（下図）は、最初の組み合わせの拡張である電機子モジュール３相と永久磁石４極の組み合わせの例として推力が発生する原理は同一であり、３相８極、１０極などの組み合わせも可能である。

一般化すると、モータ定数の倍数となる電機子モジュール１０の数Ｓと２（Ｎ極とＳ極）の倍数である永久磁石２１の数Ｐの組み合わせに基づいて推力が発生するが、ここで、モータ定数３相電源で電機子を駆動する場合、３、５相電源で駆動する場合、５として、３以上の奇数とするのが一般的であり、モータ定数によって各電機子モジュール１０のコイル１３に印加される電流の位相差が決定される。

もちろん、Ｓ個の電機子モジュール、Ｐ個の永久磁石が空隙を介して対峙する部分の長さ（移動方向への長さ）を１次部材の単位長さとしたときに、多数の電機子モジュール１０で構成される１次部材または複数の永久磁石２１で構成される２次部材の内、いずれか一方は、単位長さよりは長く構成すべき可動子を移動させる推力を発生させることができる有効な距離を確保することができるようになる。

つまり、１次部材と２次部材が重畳する長さを単位長さより長く（電機子モジュールの数をＳ個以上、または永久磁石の数をＰ個以上）構成すべき推力発生のための有効距離を確保することになり、互いに重畳する１次部材と２次部材の間に形成される空隙の面積に比例して推力を増加することができる。

１次部材の各電機子モジュール１０に、進行方向にＵｕＵ（Ｕ相群）、ＶｖＶ（Ｖ相群）、ＷｗＷ（Ｗ相群）の順序で３相電流を印加する。ここで、小文字アルファベットは大文字アルファベットと逆位相の電流が供給されることを意味する。

１次部材は（１次部材のコア１１のような材質である強磁性体で）互いに接続されず、独立した電機子モジュール１０で構成されるため、同じ大きさの電源が各電機子モジュール１０に提供されると、各電機子モジュール１０には、独立して、同じ大きさの磁束が流れるようになり、各電機子モジュール１０を介して生成される推進力にばらつきが少なく推力にリップルが少なくなる。

突極１２と永久磁石２１を通過する磁束の量は、突極１２から出てきたり突極１２に入る磁束の分布が一定であるとすると、突極１２の表面と永久磁石２１の表面が互いに重畳する部分の面積に比例することになる。

電機子モジュール１０の突極１２から出てきた磁束または突極１２に入る磁束が通過する永久磁石２１の断面は、長方形や平行四辺形に限定されず、菱形、円形または楕円形も可能であり、長方形や平行四辺形の四隅をカットした八角形の形状も可能である。

図１０は、本発明の一実施形態に基づいて、同じ構造の永久磁石１０極ユニット（10-Pole Unit）に対して、電機子モジュール９個で構成された第１電機子グループ（9-core type）、電機子モジュール６個で構成された第２電機子グループ（6-core type）及び電機子モジュール３個で構成された第３電機子グループ（3-core type）をそれぞれ示したものである。

各電機子グループは永久磁石１０極ユニットで構成した２次部材の単位長さＬ（２τ*５＝１０極）と同じように設計することができる。

第１電機子グループは９つの電機子モジュールが２次部材の単位長さＬの範囲内で、同じ間隔で配置され、第２電機子グループは、２次部材の単位長さＬの範囲内で、第１電機子グループで３つの電機子モジュールが抜けた形で６つの電機子モジュールが配置され、第３電機子グループは、２次部材の単位長さＬの範囲内で、第１電機子グループで６つの電機子モジュールが抜けた形で３つの電機子モジュールが配置される。

すなわち、第２電機子グループは、第１電機子グループで３つの電機子モジュールの間隔で第２、第５及び第８電機子モジュールが抜け、第１、第３、第４、第６、第７、第９電機子モジュールのみ配置された形態である。また、第３電機子グループは、第１電機子グループで３つの電機子モジュールの間隔で第２、第５及び第８電機子モジュールのみ残り、残りの電機子モジュールが抜けた形態である。したがって、第１電機子グループ、第２電機子グループ及び第３電機子グループに配置される電機子モジュールの数の比は３：２：１である。

第１電機子グループにおいて電機子モジュール間の第１間隔は、第３電機子グループから電機子モジュール間の第３間隔よりも小さい。また、第２電機子グループで電機子モジュール間の間隔は、第１間隔と第２間隔のいずれか１つになる。

本発明のリニアモータは、電機子モジュールごとに個別のコイルが巻かれ、他電機子モジュール同士が互いに影響を与えないので、同じ間隔で連続的に配置される電機子グループでいくつかの電機子モジュールを抜いても、動作に問題がない。

すなわち、図１０において、第１電機子グループは、１０個の永久磁石、つまり１０極ユニットの単位長さＬにｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、ｍ５、ｍ６、ｍ７、ｍ８及びｍ９の順に９つの電機子モジュールが配置され、ｍ１、ｍ２及びｍ３にはＵ相群、ｍ４、ｍ５及びｍ６にはＶ相群、ｍ７、ｍ８及びｍ９にはＷ相群の電流が供給され、２次部材である永久磁石モジュールを移動させる推力を生成することができる。

また、第２電機子グループは１０極ユニットの単位長さＬにｍ１、ｍ３、ｍ４、ｍ６、ｍ７及びｍ９の順に６つの電機子モジュールが配置され、ｍ１とｍ３にはＵ相群、ｍ４とｍ６にはＶ相群、ｍ７とｍ９はＷ相群の電流が供給され、２次部材である永久磁石モジュールを移動させる推力を生成することができる。

同様に、第３電機子グループは１０極ユニットの単位長さＬにｍ２、ｍ５及びｍ８の順に３つの電機子モジュールが配置され、ｍ２にはＵ相、ｍ５にはＶ相、ｍ８にはＷ相の電流が供給され、２次部材である永久磁石モジュールを移動させる推力を生成することができる。

同じ構造の永久磁石８極ユニットで構成された２次部材の単位長さＬ（２τ*４＝８極）に対しても、９つの電機子のモジュールで構成される第１電機子グループ、６つの電機子モジュールで構成される第２電機子グループ及び３つの電機子モジュールで構成される第３電機子グループを共通に使用することができる。

推力を発生させる単位長さの範囲の内で、第１電機子グループに配置される電機子モジュールの数と永久磁石の極数の比は、９：１０または９：８で有り得る。

図１１は、本発明の一実施形態に応じて、同じ電機子グループを連続配置した例を示したものであり、２次部材はどのタイプでも共通に使用することができる。

９つの電機子のモジュールで構成される第１電機子グループを連続的に配置すると、同じ間隔で電機子モジュールが連続的に配置される。６つの電機子のモジュールで構成される第２電機子グループを連続的に配置すると、３つの電機子モジュールを周期で、２つの電機子モジュールが連続的に配置された後、１つの電機子モジュールが抜けた形が繰り返される。３つの電機子モジュールで構成される第３電機子グループを連続的に配置すると、３つの電機子モジュールを周期で１つの電機子モジュールが配置された後、２つの電機子モジュールが抜けた形が繰り返される。

図１２は、加速、等速、減速の速度区間に応じて必要な推力の相対的な大きさ、及び、本発明の一実施形態に基づいて互いに異なる１次部材の配置形態に対し各速度区間での速度の変化を図示したものである。

図１２において、Ａ Modelは９つの電機子モジュールの第１電機子グループを連続配置したものであり、Ｂ Modelは、第１電機子グループを間欠配置したものであり、Ｃ Modelは９つの電機子モジュールの第１電機子のグループ、６つの電機子モジュールの第２電機子のグループ、３つの電機子モジュールの第３電機子のグループ、第２電機子グループ及び第１電機子グループをこの順に連続配置したものである。

搬送システムが、電機子モジュール９つが同じ間隔で配置された第１電機子グループを連続的に配置したＡ Modelのリニアモータを利用すれば、速度変化が最も小さくて理想的であるが、移動距離が長くなるほど必要とする１次部材のコストが上昇し搬送システムの全体の重量も重くなる。

Ｂ Modelのように、第１電機子グループを間欠配置することにより、１次部材のコスト上昇を削減し、全体の重量を減らすことができるが、可動子の走行中の速度変化が大きく用途によっては使用することに制約がある。

図１２の下のグラフに示すように、第１の位置から出発して、第２の位置に到達して停止するまでのパスが加速区間（Acceleration）、等速区間（Constant velocity）及び減速区間（Decelaration）で構成されることができる。
区間ごとに、その区間の速度形に応じて必要な推力が異なるが、加速区間には加わるための推力が相対的に多く必要とし、等速区間には推力がほとんど必要とせず、減速区間には反対方向に推力が相対的に多く必要である。つまり、区間に必要な速度に応じて、必要な推力の相対的な大きさが変わる。

図１２の下のグラフにおいて、Ａ Modelのグラフは、時間によるリニアモータの理想的な速度に該当するが、Ｂ Modelのグラフは、加速区間、等速区間及び減速区間でオーバーシュート（Overshoot）とアンダーシュート（Undershoot）が発生して、可動子が減速するときと加速するときにガタガタになる。

したがって、加速区間と減速区間には、推力を多く発生させることができるように、電機子モジュールが抜けず、同じ間隔で配置される第１電機子グループを配置することができる。等速区間には推力がほとんど必要ないので、電機子モジュール間のギャップが最も長い第３電機子グループを配置し、加速区間と等速区間及び等速区間と減速区間のそれぞれの間には、第２電機子グループを配置することができる。

すなわち、本発明においては、区間に必要な速度（必要な推力）に基づいて電機子モジュール間の間隔が他の電機子グループを連続的に配置して、資源を効率的に使用してコストの上昇を低減させながら重量を削減しながら目標速度との誤差を減らすことができる。

図１２においては、第１電機子グループ、第２電機子グループ、第３電機子グループ、第２電機子グループ、第１電機子グループの順に配置したが、第２電機子グループを削除して、第１電機子グループ、第３電機子グループ、第１電機子グループの順で配置することもでき、また、第３電機子グループを削除し、第１電機子グループ、第２電機子グループ、第１電機子グループの順序で配置することもできる。

図１３は、本発明の他の実施形態に基づいて、図１２のＢ Modelを第１部材に採択したときに可動子の長さを増やして速度誤差を減らすことを示したものである。

図１２の下のグラフは、電機子グループの長さと永久磁石モジュールの長さが同じであるという仮定でシミュレーションしたもので、Ｂ Modelの場合、隣接する２つの電機子グループの間に推力が発生しないので、速度誤差がさらに発生する可能性がある。

図１２のＢ Modelのように９つの電機子モジュールで構成される第１電機子グループを間欠的に配置するときに、図１３のように、２次部材の中心が隣接する２つの第１電機子グループ間を通るときも、２次部材の両方の一部が２つの第１電機子グループに重畳されるように、２次部材である永久磁石モジュールの長さを第１電機子グループの長さよりも長くして、例えば、２次部材を永久磁石２０極ユニットで構成して、目標速度との違いを減らすこともできる。

図１４は、本発明の他の実施形態に基づいて速度区間別に突極数が異なる電機子モジュールが配置された１次部材の配置形態を示したものである。

本発明のリニアモータは、進行方向と垂直方向に配置される永久磁石モジュールの数を自由に選択して設計することができる特徴がある。例えば、図１では、永久磁石モジュール２０が４つであり、図２では、永久磁石モジュール２０が１つであり、図３では、永久磁石モジュール２０が２つであるが、永久磁石モジュール２０を３個使用しても同じ原理でリニアモータを構成することが可能である。

図１４のように、大きな推力が必要とする加速区間と減速区間では、永久磁石モジュール３つをすべて駆動することができるよう４つの突極で構成される電機子モジュールを１次部材の一部で配置して、普通の推力が必要とする区間には永久磁石モジュール２つを駆動することができるよう３つの突極で構成される電機子モジュールを１次部材の一部で配置し、小さな推力が必要な区間は、永久磁石モジュール１つだけ駆動することができるよう２つの突極で構成される電機子モジュールを１次部材の一部で配置することができる。

図１４においては、駆動することができる永久磁石モジュールの数を調節するように区間ごとに電機子モジュールの突極の数を変える例を挙げているが、図１４の実施形態を、図１２のＣ Modelと組み合わせて、駆動することができる永久磁石モジュールの数だけでなく、永久磁石モジュールの長さに対応する区間に含まれた電機子モジュールの数（または電機子モジュール間の間隔）を異なるように調節することもできる。

このように、１次部材を構成する１次モジュールをさまざまな種類で構成しこれを速度や推力に合うように連続配置することにより、速度変化を最小化しながら、１次部材のコスト上昇を減らし、搬送システムの全体の重量も軽量化することができる効果がある。

本発明のリニアモータを利用した搬送システムにおいて、１次部材、２次部材は走行を案内するガイド部以外にはどの区間でも、不必要な機械的干渉がないので、耐久性が良く、製品寿命が長くなる。

本発明のリニアモータと搬送システムの様々な実施形態を簡単かつ明瞭に説明すると、次の通りである。

本発明の一実施形態に係るリニアモータは、１次部材と２次部材を含んで構成され、１次部材は、複数の電機子モジュールを含み、各電機子モジュールは、２つ以上の突出部を含む磁性体コア及び磁性体コアに巻かれて同じ位相の電流が流れるコイルを含み、２次部材は、進行方向に極を変えながら配置される複数の永久磁石を含む磁石モジュールを１つ以上含み、磁石モジュールは隣接する２つの本突出部の間に置くことができ、２の倍数であるＰ個の永久磁石と進行方向にＰ個の永久磁石が整列された第１長さに対応する区間に配置された電機子モジュールを一単位とし、移動磁界による推力が生成されるように所定の位相差を有する電源が各電機子モジュールのコイルに印加され、１次部材が固定され生成される推力によって２次部材で構成される可動子が移動し、進行方向に基づいて、第１区間に配置された第１電機子モジュール間の第１間隔が、第１区間以降の第２区間に配置された第２電機子モジュール間の第２間隔と異なることがある。

一実施形態において、第２区間以降の第３区間に配置された第３電機子モジュール間の第３間隔は、第１間隔と同じで有り得る。

一実施形態において、第２間隔が第１間隔より大きいことがある。

一実施形態において、第１区間と第３区間は可動子の速度が変わる区間であり、第２区間は可動子の速度が一定の区間で有り得る。

一実施形態において、第１区間と第２区間との間、及び、第２区間と第３区間との間に、それぞれ第４区間と第５区間とが配置され、第４区間及び第５区間に配置された第４電機子モジュールの間の間隔は、第１間隔と第２間隔の内いずれか１つで有り得る。

一実施形態において、第１区間で第１長さに対応する区間に配置される第１電機子モジュールの個数、第４区間で第１長さに対応する区間に配置される第４電機子モジュールの個数及び第２区間で第１長さに対応する区間に配置される第２電機子モジュールの個数の比は３：２：１で有り得る。

一実施形態において、第１区間で第１長さに対応する区間で１−ｍ１、１−ｍ２、１−ｍ３、１−ｍ４、１−ｍ５、１−ｍ６、１−ｍ７、１−ｍ８及び１−ｍ９の順序で９つの第１電機子モジュールが配置され、１−ｍ１、１−ｍ２及び１−ｍ３にはＵ相群、１−ｍ４、１−ｍ５及び１−ｍ６にはＶ相群、１−ｍ７、１−ｍ８及び１−ｍ９にはＷ相群の電流が供給され、第４区間で第１長さに対応する区間で４−ｍ１、４−ｍ３、４−ｍ４、４−ｍ６、４−ｍ７及び４−ｍ９の順序で６つの第４電機子モジュールが配置され、４−ｍ１及び４−ｍ３にはＵ相群、４−ｍ４及び４−ｍ６にはＶ相群、４−ｍ７及び４−ｍ９にはＷ相群の電流が供給され、第２区間で第１長さに対応する区間で２−ｍ２、２−ｍ５及び２−ｍ８の順序で３つの第２電機子モジュールが配置され、２−ｍ２にはＵ相、２−ｍ５にはＶ相、２−ｍ８にはＷ相の電流が供給されることができる。なお、「１−ｍ１」等の表記について、ハイフン（−）の前の数字は、電機子モジュールの冒頭の「第１」に対応し、ｍの後ろの数字は、図１０のように、配置される電機子モジュール（例えば９つの第１電機子モジュール）を区別するためのものである。つまり、「１−ｍ１」は、９つの第１電機子モジュールの内の一つ目を意味する。

一実施形態において、第１区間で第１長さに対応する区間に配置される第１電機子モジュールの数ＭとＰ（２の倍数であるＰ個の永久磁石）の関係は、Ｍ：Ｐ＝９：（９±１）で有り得る。

一実施形態において、第１電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第１個数と第２電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第２個数とが互いに異なることができる。

一実施形態において、第２区間以降の第３区間に配置された第３電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第３個数は、第１個数と同じであり、第２個数より大きいことがある。

本発明の他の実施形態に係る搬送システムは、先に説明したリニアモータと１次部材を固定しレールが設置される地上ベースと、２次部材が固定される可動子ベースと、可動子ベースに搭載されてレールと結合するガイドを含んで構成することができる。

以上説明した内容を通じて当業者であれば、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で様々な変更及び修正が可能することを分かる。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定まるべきである。

１０ 電機子モジュール
１１ 磁性体コア、コア
１２ 突極（突出部）
１３ コイル
２０ 永久磁石モジュール
２１ 永久磁石
２２ 可動子ベース
３０ １次部材
４１ 地上ベース
４２ 案内レール
４３ 案内ガイド
５０ 上位コントローラ
５１ インバータ
５２ リレー

Claims (11)

1. １次部材と２次部材を含んで構成され、
   前記１次部材は、複数の電機子モジュールを含み、各々の前記電機子モジュールは、２つ以上の突出部を含む磁性体コアと、前記磁性体コアに巻かれて同じ位相の電流が流れるコイルとを含み、
   前記２次部材は、進行方向に極を変えながら配置される複数の永久磁石を含む磁石モジュールを１つ以上含み、前記磁石モジュールは、隣接する２つの前記突出部の間に置かれ、
   ２の倍数であるＰ個の永久磁石と前記進行方向に前記Ｐ個の永久磁石が整列された第１長さに対応する区間に配置された電機子モジュールとを一単位とし、移動磁界による推力が生成されるように所定の位相差を有する電源が前記各電機子モジュールの前記コイルに印加され、
   前記１次部材が固定され、前記生成される推力によって前記２次部材で構成される可動子が移動し、
   前記進行方向に基づいて、第１区間に配置された第１電機子モジュール間の第１間隔が、前記第１区間以降の第２区間に配置された第２電機子モジュール間の第２間隔と異なることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記第２区間以降の第３区間に配置された第３電機子モジュール間の第３間隔は、前記第１間隔と同じ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。
3. 前記第２間隔が、前記第１間隔より大きいことを特徴とする、請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記第１区間と前記第３区間は前記可動子の速度が変わる区間であり、前記第２区間は、前記可動子の速度が一定の区間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。
5. 前記第１区間と前記第２区間との間及び前記第２区間と前記第３区間との間に、それぞれ第４区間と第５区間とが配置され、前記第４区間及び前記第５区間に配置された第４電機子モジュールの間の間隔は、前記第１間隔と前記第２間隔の内、いずれか１つ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。
6. 前記第１区間で前記第１長さに対応する区間に配置される前記第１電機子モジュールの数、第４区間で前記第１長さに対応する区間に配置される第４電機子モジュールの数及び前記第２区間で前記第１長さに対応する区間に配置される前記第２電機子モジュールの数の比は３：２：１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。
7. 前記第１区間で前記第１長さに対応する区間で１−ｍ１、１−ｍ２、１−ｍ３、１−ｍ４、１−ｍ５、１−ｍ６、１−ｍ７、１−ｍ８及び１−ｍ９の順序で９つの前記第１電機子モジュールが配置され、前記１−ｍ１、１−ｍ２及び１−ｍ３にはＵ相群、前記１−ｍ４、１−ｍ５及び１−ｍ６にはＶ相群、前記１−ｍ７、１−ｍ８及び１−ｍ９にはＷ相群の電流が供給され、
   前記第４区間で前記第１長さに対応する区間に４−ｍ１、４−ｍ３、４−ｍ４、４−ｍ６、４−ｍ７及び４−ｍ９の順序で６つの前記第４電機子モジュールが配置され、前記４−ｍ１及び４−ｍ３にはＵ相群、前記４−ｍ４及び４−ｍ６にはＶ相群、前記４−ｍ７及び４−ｍ９にはＷ相群の電流が供給され、
   前記第２区間で前記第１長さに対応する区間に２−ｍ２、２−ｍ５及び２−ｍ８の順序で３つの前記第２電機子モジュールが配置され、前記２−ｍ２にはＵ相、前記２−ｍ５にはＶ相、前記２−ｍ８にはＷ相の電流が供給されることを特徴とする、請求項５又は請求項６に記載のリニアモータ。
8. 前記第１区間で前記第１長さに対応する区間に配置される前記第１電機子モジュールの数Ｍと、前記Ｐのと関係は、Ｍ：Ｐ＝９：（９±１）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。
9. 前記第１電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第１個数と前記第２電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第２個数とが互いに異なることを特徴とする、請求項１に記載のリニアモータ。
10. 前記第２区間以降の第３区間に配置された第３電機子モジュールの磁性体コアが含む突出部の第３個数は、前記第１個数と同じであり、前記第２個数より大きいことを特徴とする、請求項９に記載のリニアモータ。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のリニアモータと、
    前記１次部材を固定してレールが設置される地上ベースと、
    前記２次部材が固定される可動子ベースと、
    前記可動子ベースに搭載されて前記レールと結合するガイドとを含んで構成された搬送システム。

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