JP2024006584A - linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械等の産業機械で使用されるリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor used in industrial machines such as machine tools.
従来から、工作機械等の産業機械では、高速、高精度化を実現するための手段としてリニアモータが使用されている。特に移動距離が長ストロークの機械において、高価な永久磁石を可動子側に配置することで、永久磁石の使用量を少なくして、モータの低コスト化を実現したリニアモータが知られている。特許文献1には、リニアモータの構成例が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, linear motors have been used in industrial machines such as machine tools as a means to achieve high speed and high precision. Linear motors are known, especially in machines with long travel distances, in which expensive permanent magnets are placed on the mover side, thereby reducing the amount of permanent magnets used and reducing the cost of the motor. Patent Document 1 discloses a configuration example of a linear motor.
図3は、従来技術のリニアモータを示す図である。リニアモータは、固定子12と可動子111を備える。図3において、固定子12は例えば電磁鋼板を積層して形成され、表面には固定子磁気ヨーク21より突出するように、ピッチPの間隔で突極10が配置されている。可動子111も、固定子12と同様に、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。可動子111は、可動子磁気ヨーク20と、U,V,W相のティース13,14,15を含む。ティース13,14,15はそれぞれが突極10に対して、X軸方向に相対的に電気角で120度に相当するP/3だけずらして配置されている。ティース13,14,15には、それぞれU,V,W相の三相交流巻線16,17,18が巻回されている。ティース13,14,15はそれぞれ、複数のティース要素13E,14E,15Eを含む。各ティース要素13Eは、ピッチP/2で配列されており、各ティース要素13Eの間には永久磁石19が配置されている。各ティース要素14Eおよび各ティース要素15Eも同様の構成である。各ティース13,14,15において、永久磁石19は隣り合う永久磁石19と磁化方向が逆向きとなるように配置されている。図3において、矢印の方向は永久磁石19の磁化方向を示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a prior art linear motor. The linear motor includes a
このようなリニアモータにおいて、長ストロークの可動範囲を実現する場合には、安価な電磁鋼板を積層して形成した簡単な構造の固定子ブロックを繰り返し並べて配置するだけで実現できる。さらに、高価な永久磁石19を可動子111側に配置し、永久磁石の使用量を減らすことができるため、リニアモータの製作コストを低く抑えることができる。
In such a linear motor, a long stroke movable range can be achieved simply by repeatedly arranging stator blocks, which have a simple structure and are formed by laminating inexpensive electromagnetic steel sheets. Furthermore, since the expensive
しかし、上述した従来技術のリニアモータは、以下に説明するような課題があった。 However, the conventional linear motor described above has the following problems.
図3において、矢印の方向は永久磁石19の磁化方向を、矢印の本数は永久磁石19の磁束量を示している。図3に示すように、永久磁石19は隣り合う永久磁石19と磁化方向が逆向きとなるように配置されている。このような配置によって、永久磁石19は隣り合う永久磁石19と互いに磁束を弱め合い、磁束量が減らされている。永久磁石19の磁束量は、それぞれ配置される場所によって異なる。各相の巻線が巻回される各ティース13,14,15において、永久磁石19の中で最も端に位置する永久磁石19は、片側にしか隣り合う永久磁石19が存在しない。よって、最も端に位置する永久磁石19は、片側の永久磁石19からしか磁束を弱められないため、永久磁石19の中で最も磁束量が多い。一方、各ティース13,14,15において、永久磁石19の中で端から2番目に位置する永久磁石19は、最も磁束量の多い最も端に位置する永久磁石19から磁束を弱められるため、最も磁束量が少ない。このため、端から2番目に位置する永久磁石19は、リニアモータ動作時に三相交流巻線16,17,18に電流を通電した際、永久磁石19に磁化方向と逆向きの磁界が印加されると最も不可逆減磁が生じやすい。
In FIG. 3, the direction of the arrow indicates the magnetization direction of the
よって、各相の巻線が巻回される各ティース13,14,15において、端から2番目に位置する永久磁石19が不可逆減磁してしまうことを抑制できる構成が望まれている。例えば、全ての永久磁石19に一律に、重希土類を多く含む、保磁力の高い永久磁石を採用することで、不可逆減磁の問題は解消され得る。しかし、重希土類を多く含む永久磁石は、コストが高く、調達リスクが大きいという問題がある。
Therefore, a configuration is desired that can suppress irreversible demagnetization of the
本発明の目的は、リニアモータにおいて、永久磁石の不可逆減磁を抑制しつつ重希土類の使用量を削減することにある。 An object of the present invention is to reduce the amount of heavy rare earths used in a linear motor while suppressing irreversible demagnetization of permanent magnets.
本発明に係るリニアモータは、固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、前記可動子は、可動子磁気ヨークと、前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、前記ティースに巻回された三相交流巻線と、前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から2番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも保磁力が高い、ことを特徴とする。 A linear motor according to the present invention includes a stator and a movable element disposed opposite to the stator and movable with respect to the stator, wherein the stator The mover includes a plurality of salient poles arranged at regular intervals in the moving direction of the mover, and the mover includes a mover magnetic yoke and a plurality of salient poles that protrude from the mover magnetic yoke toward the stator and are arranged in the moving direction. teeth, a three-phase AC winding wound around the teeth, a plurality of gaps formed in the teeth and lined up in the movement direction, and a permanent magnet arranged in each of the plurality of gaps of the teeth. and, in each of the teeth, the permanent magnet is arranged in the gap so that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet, and in each of the teeth, among the plurality of permanent magnets, , the permanent magnet located second from the end in the moving direction has a higher coercive force than the other permanent magnets.
また、本発明に係るリニアモータは、固定子と、前記固定子に対向して配置されて前記固定子に対して移動可能である可動子と、を備えるリニアモータであって、前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、前記可動子は、可動子磁気ヨークと、前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、前記ティースに巻回された三相交流巻線と、前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から2番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも磁化方向の寸法が大きい、ことを特徴とする。 Moreover, the linear motor according to the present invention is a linear motor including a stator and a movable element disposed opposite to the stator and movable with respect to the stator, wherein the stator is , the mover includes a plurality of salient poles arranged at regular intervals in the moving direction of the mover, the mover includes a mover magnetic yoke, and a plurality of salient poles that protrude from the mover magnetic yoke toward the stator and extend in the moving direction. a plurality of teeth arranged in a row, a three-phase AC winding wound around the teeth, a plurality of gaps formed in the teeth and arranged in the movement direction, and arranged in each of the plurality of gaps of the teeth. a permanent magnet, in each of the teeth, the permanent magnet is arranged in the gap so that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet, and in each of the teeth, a plurality of the permanent magnets Among the permanent magnets, the permanent magnet located second from the end in the moving direction has a larger dimension in the magnetization direction than the other permanent magnets.
本発明によれば、各ティースにおいて、端から2番目に位置する永久磁石は、その他の永久磁石よりも、保磁力が高められている(例えば重希土類を多く含む永久磁石を採用している)か、または、磁化方向の寸法が大きくなっているため、不可逆減磁を抑制することができる。また、その他の永久磁石は、端から2番目に位置する永久磁石に比べて、保磁力が低いか、または、寸法が小さい(重希土類を不使用であるか、または少量の使用である)ため、重希土類の使用量を削減することができる。 According to the present invention, in each tooth, the permanent magnet located second from the end has a higher coercive force than the other permanent magnets (for example, a permanent magnet containing a large amount of heavy rare earth elements is used). Alternatively, since the dimension in the magnetization direction is large, irreversible demagnetization can be suppressed. In addition, other permanent magnets have lower coercive force or smaller dimensions (they do not use heavy rare earths or use a small amount of heavy rare earth) compared to the permanent magnet located second from the end. , the amount of heavy rare earths used can be reduced.
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。全ての図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described herein. Identical elements in all drawings are designated by the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.
図1は、本発明の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。リニアモータは、固定子12と可動子11を備える。固定子12は、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。固定子12は、固定子磁気ヨーク21と、複数の突極10を含む。突極10は、固定子磁気ヨーク21の表面より突出して、X軸方向(図1参照)にピッチPの間隔で配置されている。なお、固定子12は、左右方向(X軸方向)に延在しており、図1には一部のみが表れている。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a linear motor according to an embodiment of the present invention. The linear motor includes a
可動子11は、固定子12に対向して配置されて、固定子12に対してX軸方向に移動可能となっている。X軸方向は、可動子11の移動方向である。可動子11の各部材の形状、配置は、図3の可動子111のそれと同様である。可動子11は、例えば電磁鋼板を積層して形成されている。可動子11は、可動子磁気ヨーク20と、可動子磁気ヨーク20から固定子12に向かって突出したU,V,W相のティース13,14,15を含む。ティース13,14,15は、X軸方向に並んでいる。ティース13,14,15はそれぞれが突極10に対して、X軸方向に相対的に電気角で120度に相当するP/3だけずらして配置されている。ティース13,14,15には、それぞれU,V,W相の三相交流巻線16,17,18が巻回されている。
The
ティース13,14,15はそれぞれ、複数のティース要素13E,14E,15Eを含む。図1の例では、ティース13は、可動子磁気ヨーク20から突出する6つのティース要素13Eを含む。なお、図1では、一部のティース要素に対する符号13E(14E,15E)が省略されている。ティース13と同様に、ティース14は、6つのティース要素14Eを含み、ティース15は、6つのティース要素15Eを含む。各ティース要素13Eは、ピッチP/2で配列されており、各ティース要素13Eの間は、間隙となっている。各ティース要素14Eおよび各ティース要素15Eも同様の構成である。このように、可動子11は、X軸方向(移動方向)に並ぶ複数の間隙を含む。
Teeth 13, 14, 15 each include a plurality of
各ティース13,14,15の複数の間隙のそれぞれには、永久磁石22,23が配置されている。ティース13において、永久磁石22,23は、隣り合う永久磁石22,23と磁化方向が逆向きとなるように間隙に配置されている。ティース14、15においても同様である。図1において、矢印の向きは永久磁石22,23の磁化方向を、矢印の本数は永久磁石22,23の磁束量を示している。
ここで、ティース13において、複数の永久磁石22,23のうち、X軸方向(移動方向)において端から2番目に位置する永久磁石23は、その他の永久磁石22よりも保磁力が高くなっている。すなわち、永久磁石23は、永久磁石22に比べて、例えば重希土類を多く含む永久磁石(保磁力の高い永久磁石)を採用している。これは、ティース14、15においても同様である。これにより、各ティース13,14、15において、端から2番目に位置する永久磁石23が不可逆減磁してしまうことを抑制することができる。
Here, in the
リニアモータは、三相交流巻線16,17,18に電流を印加すると、可動子11と固定子12の相対位置に応じてそれらの間に磁気吸引力が生じる。これにより、可動子11にX軸方向の推力が発生し、可動子11が固定子12に対して移動することになる。
In the linear motor, when a current is applied to the three-phase AC windings 16, 17, and 18, a magnetic attraction force is generated between the
以上説明した実施形態によれば、最も磁束量が少なく不可逆減磁の生じやすい永久磁石23のみに保磁力の高い材質(例えば重希土類を多く含む材質)を選定し、その他の永久磁石22には比較的、保磁力の低い材質(例えば重希土類を含まないか、少量だけ含む材質)を選定することになる。よって、重希土類の使用量を減らすことができ、コストや調達リスクを低減することができる。
According to the embodiment described above, a material with high coercive force (for example, a material containing a large amount of heavy rare earth elements) is selected only for the
図2は、本発明の別の実施形態に係るリニアモータの概略構成を示す図である。図2のリニアモータは、図1のリニアモータにおける永久磁石23(各ティースの端から2番目に位置する永久磁石)を、磁化方向の寸法が大きい永久磁石23aに置き換えたものである。図2において、永久磁石23aは、永久磁石22よりも、磁化方向の寸法が大きくなっている。ここで、永久磁石23aは、永久磁石22と同じく保磁力の低い材質(例えば重希土類を含まないか、少量だけ含む材質)であってよい。永久磁石23aは、磁化方向の寸法を大きくすることで減磁耐量が高くなっているため、保磁力の低い材質であっても不可逆減磁を抑制することができる。この実施形態の場合、さらに重希土類の使用量を低減することができる。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a linear motor according to another embodiment of the present invention. The linear motor of FIG. 2 is obtained by replacing the permanent magnet 23 (permanent magnet located second from the end of each tooth) in the linear motor of FIG. 1 with a
10 突極、11,11a,111 可動子、12 固定子、13,14,15 ティース、13E,14E,15E ティース要素、16,17,18 三相交流巻線、19 永久磁石、20 可動子磁気ヨーク、21 固定子磁気ヨーク、22,23,23a 永久磁石。
10 salient poles, 11, 11a, 111 mover, 12 stator, 13, 14, 15 teeth, 13E, 14E, 15E teeth element, 16, 17, 18 three-phase AC winding, 19 permanent magnet, 20 mover magnetism Yoke, 21 Stator magnetic yoke, 22, 23, 23a Permanent magnet.
Claims (2)
前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、
前記可動子は、
可動子磁気ヨークと、
前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、
前記ティースに巻回された三相交流巻線と、
前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、
前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、
前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、
前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から2番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも保磁力が高い、
ことを特徴とするリニアモータ。 A linear motor comprising a stator and a movable element disposed opposite to the stator and movable with respect to the stator,
The stator includes a plurality of salient poles arranged at regular intervals in the moving direction of the movable element,
The movable element is
a mover magnetic yoke;
a plurality of teeth protruding from the movable magnetic yoke toward the stator and aligned in the moving direction;
a three-phase AC winding wound around the teeth;
a plurality of gaps formed in the teeth and lined up in the moving direction;
a permanent magnet disposed in each of the plurality of gaps of the teeth,
In each of the teeth, the permanent magnet is arranged in the gap so that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet,
In each of the teeth, among the plurality of permanent magnets, the permanent magnet located second from the end in the moving direction has a higher coercive force than the other permanent magnets.
A linear motor characterized by:
前記固定子は、前記可動子の移動方向に一定間隔で配列された複数の突極を含み、
前記可動子は、
可動子磁気ヨークと、
前記可動子磁気ヨークから前記固定子に向かって突出し、前記移動方向に並ぶ複数のティースと、
前記ティースに巻回された三相交流巻線と、
前記ティースに形成された、前記移動方向に並ぶ複数の間隙と、
前記ティースの複数の前記間隙のそれぞれに配置された永久磁石と、を含み、
前記各ティースにおいて、前記永久磁石は、隣り合う前記永久磁石と磁化方向が逆向きとなるように前記間隙に配置されており、
前記各ティースにおいて、複数の前記永久磁石のうち、前記移動方向において端から2番目に位置する前記永久磁石は、その他の前記永久磁石よりも磁化方向の寸法が大きい、
ことを特徴とするリニアモータ。 A linear motor comprising a stator and a movable element disposed opposite to the stator and movable with respect to the stator,
The stator includes a plurality of salient poles arranged at regular intervals in the moving direction of the movable element,
The movable element is
a mover magnetic yoke;
a plurality of teeth protruding from the movable magnetic yoke toward the stator and aligned in the moving direction;
a three-phase AC winding wound around the teeth;
a plurality of gaps formed in the teeth and lined up in the moving direction;
a permanent magnet disposed in each of the plurality of gaps of the teeth,
In each of the teeth, the permanent magnet is arranged in the gap so that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet,
In each of the teeth, among the plurality of permanent magnets, the permanent magnet located second from the end in the moving direction has a larger dimension in the magnetization direction than the other permanent magnets.
A linear motor characterized by:
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