JP2642240B2 - Linear motor - Google Patents

Linear motor

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JP2642240B2
JP2642240B2 JP2300464A JP30046490A JP2642240B2 JP 2642240 B2 JP2642240 B2 JP 2642240B2 JP 2300464 A JP2300464 A JP 2300464A JP 30046490 A JP30046490 A JP 30046490A JP 2642240 B2 JP2642240 B2 JP 2642240B2
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coil
linear motor
permanent magnet
cross
mover
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正喜 武富
輝雄 梅原
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,対向する永久磁石間に形成された磁気空隙
内を可動コイルが直線運動する形式のリニアモータに関
する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motor in which a movable coil moves linearly in a magnetic gap formed between opposed permanent magnets.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来10cm乃至100cmといった長いストロークの範囲内
で物体の位置決めを行なうための駆動装置としては,例
えば,特公昭58−49100号および実開昭63−93783号公報
に開示されているような可動コイル形リニアモータが多
用されている。このリニアモータは,厚さ方向に着磁し
た複数の永久磁石を着磁方向が異なるように対向させて
配置し,対向する永久磁石間に形成された空隙内に,磁
束の直角方向に運動する可動コイル組立体を配設した構
造を有する。
Conventionally, as a driving device for positioning an object within a long stroke range of 10 cm to 100 cm, for example, a moving coil type device disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-49100 and Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 63-93783 is known. Linear motors are frequently used. In this linear motor, a plurality of permanent magnets magnetized in the thickness direction are arranged so as to face each other so that the magnetizing directions are different, and move in a direction perpendicular to the magnetic flux in a gap formed between the facing permanent magnets. It has a structure in which a movable coil assembly is provided.

このようなリニアモータでは,磁気回路部にセンター
ヨークがなく,しかも空隙内で磁束が複数個の閉ループ
を構成し,磁路の一部に磁束が集中しないようになって
いるので,長いストロークの全域に亘って一様な磁束密
度を発生させることができる。
In such a linear motor, the magnetic circuit does not have a center yoke, and the magnetic flux forms a plurality of closed loops in the air gap so that the magnetic flux does not concentrate on a part of the magnetic path. A uniform magnetic flux density can be generated over the entire area.

第10図は従来のリニアモータを示す要部説明図であ
る。第10図において1はヨークであり,鉄板のような強
磁性材料により例えば平板状に形成する。2は永久磁石
であり,厚さ方向に着磁し,表面にNS磁極が交互に出現
するようにヨーク1の長手方向に配設して固着する。上
記のように形成したヨーク1を永久磁石2の異極が対向
するように空隙3を介して配設する。4は支持板であ
り,前記空隙3を確保するためにヨーク1の長手方向両
端部に固着する。なお支持板4は前記ヨーク1の同様の
強磁性材料によって形成することが好ましい。次に5は
コイルであり,前記空隙3における磁束と巻線方向が直
交するような偏平の多相コイルによって形成する。すな
わち複数個のコイルを永久磁石2の配設方向に若干量宛
ずらせて配設し,磁極の方向を磁界検出素子等の手段を
介して検出し,電流を流すべきコイルおよびその方向を
切換え得るように形成する。なお上記コイル5はホルダ
(図示せず)に一体に支持されて可動子を形成する。
FIG. 10 is an explanatory view of a main part showing a conventional linear motor. In FIG. 10, reference numeral 1 denotes a yoke formed of, for example, a flat plate made of a ferromagnetic material such as an iron plate. Reference numeral 2 denotes a permanent magnet, which is magnetized in the thickness direction and is disposed and fixed in the longitudinal direction of the yoke 1 so that NS magnetic poles appear alternately on the surface. The yoke 1 formed as described above is disposed via the gap 3 so that the different poles of the permanent magnet 2 face each other. Reference numeral 4 denotes a support plate which is fixed to both ends in the longitudinal direction of the yoke 1 to secure the gap 3. Note that the support plate 4 is preferably formed of the same ferromagnetic material as the yoke 1. Next, reference numeral 5 denotes a coil, which is formed by a flat multi-phase coil whose winding direction is orthogonal to the magnetic flux in the gap 3. In other words, a plurality of coils can be disposed slightly shifted in the direction in which the permanent magnets 2 are disposed, the direction of the magnetic poles can be detected via means such as a magnetic field detecting element, and the coils through which current flows and the direction can be switched. It is formed as follows. The coil 5 is integrally supported by a holder (not shown) to form a mover.

以上の構成により,コイル5に電流を流すと,コイル
5の巻線方向が永久磁石2による磁束と直交しているの
で,コイル5はフレミングの左手の法則により,ヨーク
1の長手方向の駆動力を受けるから,コイル5を一体に
支持してなる可動子(図示せず)はヨーク1の長手方向
に移動する。次にコイル5に前記と逆方向の電流を流す
と,コイル5には前記と逆方向の駆動力が作用するか
ら,可動子は前記と逆方向に移動する。従ってコイル5
への通電およびその電流の方向を選択することにより,
可動子を所定位置に移動させることができる。
According to the above configuration, when a current flows through the coil 5, the winding direction of the coil 5 is orthogonal to the magnetic flux generated by the permanent magnet 2, so that the coil 5 is driven in the longitudinal direction of the yoke 1 by Fleming's left-hand rule. As a result, the mover (not shown) integrally supporting the coil 5 moves in the longitudinal direction of the yoke 1. Next, when a current in the opposite direction is applied to the coil 5, a driving force in the opposite direction acts on the coil 5, so that the mover moves in the opposite direction. Therefore coil 5
By selecting the direction of current flow and its current,
The mover can be moved to a predetermined position.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記構成のリニアモータにおいては,一般に永久磁石
2は直方体状に形成されており,コイル5の移動方向と
直交する断面積が同一,すなわち厚さ寸法および幅寸法
は同一である。また複数個の永久磁石2,2間においては
間隙,接着剤の介在,および磁束の短絡等により磁束密
度が永久磁石2の中間部におけるものより小となってい
る。そして永久磁石2全体としての前記コイル5の移動
方向の磁束分布は略円弧状となっている。
In the linear motor configured as described above, the permanent magnet 2 is generally formed in a rectangular parallelepiped shape, and has the same cross-sectional area orthogonal to the moving direction of the coil 5, that is, the same thickness and width. Further, the magnetic flux density between the plurality of permanent magnets 2 is smaller than that at the intermediate portion of the permanent magnet 2 due to a gap, the presence of an adhesive, a short circuit of magnetic flux, and the like. The magnetic flux distribution in the moving direction of the coil 5 as a whole of the permanent magnet 2 is substantially arc-shaped.

一般に回転子側が永久磁石界磁であり,外側が固定電
機子であるモータにおいては,常に回転子の磁束と電機
子起磁力の関係を垂直に保持するためには,適切な制御
回路によって,正弦波電機子電流の確立と正弦波のギャ
ップ磁束分布を形成することが必要であるとされてい
る。このように構成することにより,モータが発生する
トルクは,電機子電流と磁束密度の各々最大値の積にの
み依存し,回転子の基準軸からの変位角には無関係なト
ルクが発生する。すなわち上記変位角によるトルクリッ
プルの発生を防止できることになる。
In general, in a motor in which the rotor side is a permanent magnet field and the outside is a fixed armature, an appropriate control circuit is required to maintain the vertical relationship between the rotor magnetic flux and the armature magnetomotive force. It is necessary to establish a wave armature current and to form a sinusoidal gap magnetic flux distribution. With this configuration, the torque generated by the motor depends only on the product of the maximum value of the armature current and the maximum value of the magnetic flux density, and a torque is generated irrespective of the displacement angle of the rotor from the reference axis. That is, the occurrence of torque ripple due to the displacement angle can be prevented.

一方リニアモータは上記回転子および電機子の直径を
無限大に形成したものであり,上記の理論が当然に適用
される。従って前記第10図に示す永久磁石2におけるコ
イル5の移動方向の磁束密度分布を正弦波状に形成すれ
ば,コイル5の移動位置によるトルクリップルを解消
し,リニアリティの優れたリニアモータを得ることがで
きることとなる。
On the other hand, a linear motor is one in which the diameters of the rotor and the armature are formed to be infinite, and the above theory is naturally applied. Therefore, if the magnetic flux density distribution in the moving direction of the coil 5 in the permanent magnet 2 shown in FIG. 10 is formed in a sine wave shape, torque ripple due to the moving position of the coil 5 can be eliminated, and a linear motor with excellent linearity can be obtained. You can do it.

しかしながら,従来のリニアモータにおいては永久磁
石2が前記のように形成されているため,コイル5の移
動方向における磁束密度分布が非正弦波となり,トルク
リップルが発生し,リニアリティを損なうと共に,位置
決め精度に悪影響を及ぼすという問題点がある。
However, in the conventional linear motor, since the permanent magnet 2 is formed as described above, the magnetic flux density distribution in the moving direction of the coil 5 becomes a non-sinusoidal wave, torque ripple occurs, linearity is lost, and positioning accuracy is reduced. Has the problem of adversely affecting

また前記実開昭63−93783号公報には,直流リニアモ
ータにおける推力リップルを低減するために,電機子と
対向するマグネットの面をなだらかな凹部に形成する内
容の提案が記載されている。
Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 63-93783 discloses a proposal in which a surface of a magnet facing an armature is formed in a gentle concave portion in order to reduce a thrust ripple in a DC linear motor.

しかし上記提案のリニアモータは,各コイル毎に位置
検出素子(磁電変換素子)を設けて,各コイルに流れる
電流の向きを反転させているため,各コイルに電流の制
御手段を設ける必要がある。このため高推力を得る目的
でコイル数を多くした場合には,構造が複雑になるとい
う欠点がある。また隣接するマグネット相互の境界部に
なだらかな凹部(円弧状)を形成する構成としている
が,このようなマグネットの形状においては,凹部に磁
束が集中し易くなり,磁束密度のピーク値が低下すると
共に,磁束密度分布においてもピーク値近傍が先細りに
なることが考えられる。更にこのようなリニアモータに
おいては,コイルに正弦波電流を通電する旨記載してい
るが,位置検出素子の出力が正弦波状の磁束分布の影響
を受けることにより,結果的にコイルに入力される電流
が正弦波電流になるものであり,本質的にはリニア直流
制御方式であることに変りはない。
However, in the linear motor proposed above, since a position detecting element (magnetoelectric conversion element) is provided for each coil to reverse the direction of the current flowing through each coil, it is necessary to provide a current control means for each coil. . Therefore, when the number of coils is increased for the purpose of obtaining high thrust, there is a disadvantage that the structure becomes complicated. In addition, a gentle concave portion (arc shape) is formed at the boundary between adjacent magnets. However, in such a shape of the magnet, the magnetic flux easily concentrates in the concave portion, and the peak value of the magnetic flux density decreases. At the same time, in the magnetic flux density distribution, the vicinity of the peak value may be tapered. Further, in such a linear motor, it is described that a sinusoidal current is supplied to the coil. However, the output of the position detecting element is affected by the sinusoidal magnetic flux distribution, and is consequently input to the coil. The current becomes a sinusoidal current, and there is no change in being essentially a linear DC control system.

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し,ト
ルクリップルの少ないリニアモータを提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems existing in the prior art and to provide a linear motor with less torque ripple.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために,第1の発明においては,
相隣る磁極の極性が異なるように複数個の永久磁石を,
空隙を介して異極が対向するように配設し,この空隙内
に多相コイルからなる可動子を前記永久磁石の配設方向
に移動可能に設けると共に,前記多相コイルに正弦波駆
動電流を供給するための駆動回路を備えてなるリニアモ
ータにおいて,可動子の移動方向と直交する面における
永久磁石の断面積をAc>Ae(但し,Ac:中間部における断
面積,Ae:端部における断面積)に、かつ可動子の移動方
向と平行な面における永久磁石の断面形状を略台形状に
形成する,という技術的手段を採用した。
In order to achieve the above object, in the first invention,
Multiple permanent magnets are used so that the polarities of adjacent magnetic poles are different.
A movable element composed of a multi-phase coil is provided in the gap so as to be movable in the direction in which the permanent magnets are arranged, and a sine wave driving current is supplied to the poly-phase coil. In a linear motor equipped with a drive circuit for supplying the magnetic field, the cross-sectional area of the permanent magnet in a plane perpendicular to the moving direction of the mover is expressed as Ac> Ae (where Ac: the cross-sectional area in the middle, Ae: (Cross-sectional area) and the cross-sectional shape of the permanent magnet in a plane parallel to the moving direction of the mover is substantially trapezoidal.

次に第2の発明においては、相隣る磁極の極性が異な
るように複数個の永久磁石を、空隙を介して異極が対向
するように配設し、この空隙内に多相コイルからなる可
動子を前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けると共
に、前記多相コイルに正弦波駆動電流を供給するための
駆動回路を備えてなるリニアモータにおいて、可動子の
移動方向と直交する面における永久磁石の断面積をAc>
Ae(但し、Ac:中間部における断面積、Ae:端部における
断面積)に、厚さ寸法を同一に、かつ可動子の移動方向
に沿う永久磁石の両側縁部の輪郭を略正弦波状に形成す
る、という技術的手段を採用した。
Next, in the second invention, a plurality of permanent magnets are arranged so that the adjacent magnetic poles have different polarities so that different poles face each other via a gap, and a plurality of permanent magnets are formed in the gap. In a linear motor, wherein a mover is provided so as to be movable in a direction in which the permanent magnet is provided, and a drive circuit for supplying a sine-wave drive current to the multi-phase coil is provided. Ac>
Ae (however, Ac: the cross-sectional area at the middle part, Ae: the cross-sectional area at the end), the thickness dimension is the same, and the profile of both side edges of the permanent magnet along the moving direction of the mover is approximately sinusoidal. The technical means of forming was adopted.

〔作用〕[Action]

上記の構成により,永久磁石のコイル移動方向の磁束
分布が正弦波状となり,コイルに正弦波電流を印加する
ことにより,トルクリップルを大幅に低減することがで
きる。
With the above configuration, the magnetic flux distribution of the permanent magnet in the coil moving direction becomes sinusoidal, and the torque ripple can be significantly reduced by applying a sinusoidal current to the coil.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の実施例を示す要部断面図である。第
1図において11はベースであり,軟鋼のような強磁性材
料により平板状に形成する。12はセンターヨーク,13は
サイドヨークであり,各々前記ベース11と同様の材料に
よって平板状に形成すると共に,ベース11上に間隔を介
して固着する。次に14は永久磁石であり,例えば希土類
系磁石により後述するような形状寸法に形成し,センタ
ーヨーク12およびサイドヨーク13の夫々の対向面に,相
隣る磁極の磁性が異なるように複数個を,空隙15を介し
て異極が対向するように配設する。第1図において永久
磁石14の配設方向は紙面と直交する方向である。次に16
は可動子であり,キャリッジ17の下方にコイルフレーム
18を固着し,コイルフレーム18が前記空隙15において紙
面と直交する方向に移動可能に設ける。このコイルフレ
ーム18は,推力リップルの発生を防止するため,非磁性
材料によって形成する。すなわち,例えばアルミニウム
合金製の枠(絶縁性を付与するため表面はアルマイト処
理をしておく)の表面に樹脂(例えばガラス入エポキシ
樹脂)製の基板を装着し,この基板上に後述するコイル
19を固着して形成する。なおコイルフレーム18を磁性材
料によって形成したり,あるいは可動子16の側にバック
ヨークが存在すると,永久磁石14の吸着力によるアンバ
ランスが発生し,推力リップルの発生原因の一つとな
る。19はコイルであり,偏平状に形成すると共にコイル
フレーム18の両面に設ける。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a base, which is formed in a flat plate shape from a ferromagnetic material such as mild steel. Reference numeral 12 denotes a center yoke, and 13 denotes a side yoke, each of which is formed in a flat plate shape using the same material as the base 11, and is fixed on the base 11 with a space therebetween. Next, reference numeral 14 denotes a permanent magnet formed of, for example, a rare earth magnet to have a shape and a size as described below, and a plurality of permanent magnets are provided on the opposing surfaces of the center yoke 12 and the side yoke 13 so that adjacent magnetic poles have different magnetism. Are arranged such that different poles face each other with the gap 15 therebetween. In FIG. 1, the direction in which the permanent magnets 14 are disposed is a direction orthogonal to the paper surface. Then 16
Denotes a mover, and a coil frame is provided below the carriage 17.
The coil frame 18 is fixed, and the coil frame 18 is provided movably in the space 15 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. The coil frame 18 is formed of a non-magnetic material in order to prevent thrust ripple from occurring. That is, for example, a resin (for example, epoxy resin containing glass) substrate is mounted on the surface of an aluminum alloy frame (the surface is anodized to provide insulation), and a coil (described later) is mounted on the substrate.
19 is fixedly formed. If the coil frame 18 is formed of a magnetic material, or if the back yoke exists on the side of the mover 16, imbalance due to the attraction force of the permanent magnet 14 occurs, which is one of the causes of thrust ripple. Reference numeral 19 denotes a coil, which is formed in a flat shape and provided on both sides of the coil frame 18.

第2図は第1図におけるコイルフレーム18を示す要部
斜視図であり,同一部分は第1図と同一の参照符号で示
す。コイル19は例えば3相コイル(特開昭62−193543号
公報参照)とし,各相はすべて直列接続すると共に,各
相間はY形接続とする。
FIG. 2 is a perspective view of a main part showing the coil frame 18 in FIG. 1, and the same parts are denoted by the same reference numerals as in FIG. The coil 19 is, for example, a three-phase coil (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-193543). All the phases are connected in series, and the phases are Y-connected.

本発明のリニアモータは,上記のように多相コイルを
使用して,この多相コイルに正弦波状の駆動電流を供給
するのであるが,相数が多くなる程力率が低下するた
め,入力電流を増加する必要があるので,2相または3相
の通電方式を採用するのが望ましい。すなわち本発明の
リニアモータは,後述するような特定形状の永久磁石を
有する磁気回路と,2相または3相の正弦波電流出力型の
駆動回路とを組合せた構成とすることが望ましい。
The linear motor of the present invention uses a polyphase coil as described above and supplies a sinusoidal drive current to the polyphase coil. However, as the number of phases increases, the power factor decreases. Since it is necessary to increase the current, it is desirable to adopt a two-phase or three-phase conduction method. That is, it is desirable that the linear motor of the present invention has a configuration in which a magnetic circuit having a permanent magnet of a specific shape as described later is combined with a two-phase or three-phase sine wave current output type drive circuit.

第3図は第1図および第2図における位置検出素子と
コイル19との位置関係を示す要部側面図であり,同一部
分は前記第1図および第2図と同一の参照符号で示す。
第3図において,可動子16は,永久磁石14の磁極ピッチ
lmの1/6の幅で紙面に平行な面内で巻かれている3個の
偏平コイルLu1,Lw1,Lv1をコイル幅だけずらせて配置し
た(相互の偏平コイルの中央部は重ならない)コイル19
a,およびこのコイル19aと同様に構成されたコイル19b,1
9cを有している。また可動子16には,3個の位置検出素子
20が,コイルピッチlc(前記磁極ピッチlmと等しい)の
1/6の間隔lhを置いて設けられている。これらの位置検
出素子20は,偏平コイルLu1,Lw1,Lv1に対して夫々間隔
l′宛オフセットされているが,このオフセット状態は
電気的に処理できるので,実用上は全く問題とならな
い。そして駆動回路(図示せず)によって120゜位置の
ずれた3相電流波形を作り,これを前記偏平コイルLu1,
Lw1,Lv1に供給する(第3図における矢印は電流の向き
を示す)ことにより,可動子16が連続して移動する。な
お3相の場合,理論的には位置検出素子20の間隔lhは,
コイルピッチlc(磁極ピッチlmと等しい)の1/3に設定
されるが,第3図に示す例においては,実装上の理由に
より上記のように設定している。すなわち,前記偏平コ
イルLu1,Lw1,Lv1等は,通電方向を逆転させることによ
り,180゜のn(nは正の整数)倍毎の任意の位置に配置
できるためである。
FIG. 3 is a side view of a main part showing a positional relationship between the position detecting element and the coil 19 in FIGS. 1 and 2, and the same parts are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
In FIG. 3, the mover 16 is a magnetic pole pitch of the permanent magnet 14.
Three flat coils Lu 1 , Lw 1 , and Lv 1 wound in a plane parallel to the paper and having a width of 1/6 of lm are displaced by the coil width (the center of each flat coil is heavy). Must not) coil 19
a, and coils 19b, 1 configured similarly to this coil 19a
9c. The mover 16 has three position detection elements.
20 is the coil pitch lc (equal to the magnetic pole pitch lm)
It is provided at a distance l h of 1/6. These position detecting elements 20 are offset from the flat coils Lu 1 , Lw 1 , Lv 1 to the interval l ′, respectively. However, since this offset state can be electrically processed, there is no practical problem at all. . Then, a three-phase current waveform shifted by 120 ° is created by a driving circuit (not shown), and this is combined with the flat coil Lu 1 ,
By supplying the current to Lw 1 and Lv 1 (the arrows in FIG. 3 indicate the direction of the current), the mover 16 moves continuously. In the case of three phases, the interval l h between the position detecting elements 20 is theoretically
It is set to 1/3 of the coil pitch lc (equal to the magnetic pole pitch lm), but in the example shown in FIG. 3, it is set as described above for mounting reasons. That is, the flat coils Lu 1 , Lw 1 , Lv 1, etc. can be arranged at arbitrary positions every 180 ° n (n is a positive integer) times by reversing the energizing direction.

また本実施例においては,位置検出素子20と制御回路
(図示せず)とによって通電すべき偏平コイルおよび電
流の方向を切換若しくは選択しているが,位置検出素子
20としては,ホール素子のような公知のものを使用する
ことができる。なお制御回路も通常の永久磁石を界磁と
して使用する,例えば同期式ACサーボモータにおけるも
のと同様の構成でよい。
In the present embodiment, the position of the flat coil to be energized and the direction of the current are switched or selected by the position detecting element 20 and a control circuit (not shown).
As 20, a known element such as a Hall element can be used. The control circuit may also use a normal permanent magnet as a field, for example, a configuration similar to that of a synchronous AC servomotor.

更に本発明においては,3相コイル(19a〜19b)を6連
式とした場合でも,3個の位置検出素子20を使用して位置
検出をすることができる。従って供給される電流は,単
相または3相の正弦波電流が使用され,その同期化手段
としてホール素子の正(負)から負(正)に反転する
(ゼロクロス)タイミングのみを使用している。なお2
相の通電方式を採用した場合は,磁極ピッチlmの1/4の
間隔で位置検出素子20を可動子16に設け,駆動回路で90
゜位置のずれた2相電流波形を作り,これをコイルに供
給すればよい。
Further, in the present invention, even when the three-phase coils (19a to 19b) are of a six-row type, the position can be detected using the three position detecting elements 20. Accordingly, a single-phase or three-phase sine wave current is used as the supplied current, and only the timing of inverting the Hall element from positive (negative) to negative (positive) (zero cross) is used as a synchronization means. . 2
When the phase energization method is adopted, the position detecting elements 20 are provided on the mover 16 at intervals of 1/4 of the magnetic pole pitch lm, and 90
゜ A two-phase current waveform with a shifted position may be created and supplied to the coil.

次に第4図は第1図における永久磁石14の形状寸法を
示す斜視図であり,コイルフレーム18の移動方向(矢印
A)に複数個配設するのであるが,上記移動方向と平行
な断面の形状を略台形状に形成する。例えばコイルフレ
ーム18の移動方向(矢印A方向)における永久磁石14の
表面輪郭の一部を斜直線状とした形状に形成する。すな
わち上記移動方向の端部における厚さを6.5mm,中間部に
おける厚さを10mmに形成する。なお永久磁石14は厚さ方
向,すなわち上下方向に着磁する。
Next, FIG. 4 is a perspective view showing the shape and dimensions of the permanent magnet 14 in FIG. 1, and a plurality of permanent magnets are arranged in the moving direction (arrow A) of the coil frame 18. Is formed in a substantially trapezoidal shape. For example, a part of the surface contour of the permanent magnet 14 in the moving direction (the direction of the arrow A) of the coil frame 18 is formed in an oblique linear shape. That is, the thickness at the end in the moving direction is set to 6.5 mm, and the thickness at the middle is set to 10 mm. The permanent magnet 14 is magnetized in the thickness direction, that is, in the vertical direction.

上記のように形成した実施例のリニアモータについ
て,可動子16の移動方向,すなわちストロークと磁束密
度との関係を測定した。第5図はこの結果を示す図であ
り,◇印にて示すaは実施例に対応するものであり,△
印にて示すbの正弦波と極めて近似した曲線であると認
められる。なお□印にて示すcは従来の構成であり,永
久磁石を幅50mm,長さ30mm,厚さ10mmの直方体状に形成し
たものである。第5図から明らかなように,cは半楕円形
若しくは円弧状を示し,前記bに示す正弦波とは著しく
形状が異なる。従ってトルクリップルが大きく,リニア
リティが低く現われる。これに対して本実施例のものに
おいてはトルクリップルが大幅に低減し,優れたリニア
リティを示すことを確認した。
With respect to the linear motor of the embodiment formed as described above, the movement direction of the mover 16, that is, the relationship between the stroke and the magnetic flux density was measured. FIG. 5 is a view showing the result, wherein a shown with a mark corresponds to the embodiment.
It is recognized that the curve is very similar to the sine wave b shown by the mark. Note that c indicated by □ is a conventional configuration in which a permanent magnet is formed in a rectangular parallelepiped shape having a width of 50 mm, a length of 30 mm, and a thickness of 10 mm. As is clear from FIG. 5, c indicates a semi-elliptical shape or an arc shape, and the shape is significantly different from the sine wave shown in b. Therefore, the torque ripple is large and the linearity is low. On the other hand, in the case of the present embodiment, it was confirmed that the torque ripple was significantly reduced and excellent linearity was exhibited.

第6図は本発明の他の実施例における永久磁石の形状
寸法を示す平面図であり,幅寸法を端部において26mm,
中間部において50mmに形成し,両側縁部の輪郭を正弦波
状に形成する。なお厚さ寸法は10mmとし,前記同様に厚
さ方向に着磁してリニアモータを構成した。矢印A方向
の磁束密度分布を測定したところ,第5図に示すaと同
様の正弦波状となることが認められた。
FIG. 6 is a plan view showing the shape and size of a permanent magnet according to another embodiment of the present invention.
It is formed to 50 mm in the middle part, and the outline of both side edges is formed in a sine wave shape. The thickness was set to 10 mm, and a linear motor was constructed by magnetizing in the thickness direction as described above. When the magnetic flux density distribution in the direction of arrow A was measured, it was confirmed that the distribution had a sinusoidal shape similar to a shown in FIG.

第7図および第8図は各々比較例における永久磁石を
示す端面図であり,同一部分は前記第4図および第6図
と同一の参照符号で示す。第7図および第8図におい
て,永久磁石14の寸法は,幅50mm,長さ30mm,最大厚さ10
mmに形成し,前記第4図および第6図に示すものと対応
させる。なお第7図に示すものは永久磁石14の上面の斜
面部を凸円弧状(例えば断面形状がかまぼこ形となるよ
うに)に形成し,第8図に示すものは,端縁部に円弧状
の凹部を形成した点が前記のものと異なる。
7 and 8 are end views showing a permanent magnet in a comparative example, and the same parts are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 4 and 6. 7 and 8, the dimensions of the permanent magnet 14 are 50 mm in width, 30 mm in length, and 10 mm in maximum thickness.
mm and correspond to those shown in FIGS. 4 and 6. FIG. 7 shows an example in which the slope of the upper surface of the permanent magnet 14 is formed in a convex arc shape (for example, so that the cross-sectional shape becomes a semicylindrical shape), and that shown in FIG. Is different from the above.

第9図は第4図および第8図に示す永久磁石14を使用
したリニアモータにおけるストロークと磁束密度との関
係を示す図であり,前記第5図と対応する。第9図にお
いて曲線a,dは各々第4図および第8図に示す永久磁石1
4を使用したリニアモータにおけるものである。第9図
から明らかなように,曲線d(第8図対応)は磁束密度
のピーク値が低いと共に,ピーク値近傍が先細りした三
角波状の曲線となっており,特性が低く現われる。また
第8図に示す永久磁石14の凹部の円弧の半径を大にする
と,磁束密度のピーク値が更に低下する。なお第7図に
示す永久磁石14を使用した場合には,磁束密度分布が略
正弦波曲線状になるが,ピーク値近傍が,第9図に示す
曲線aよりもやや拡がった形状になると推定される。従
って可動子の移動方向と平行な面における断面形状にお
いて台形状の永久磁石を使用する場合には,第4図に示
すように,可動子若しくはコイルフレームの移動方向
(矢印A)における永久磁石14の端部表面輪郭を斜直線
とすることが好ましい。
FIG. 9 is a view showing the relationship between the stroke and the magnetic flux density in the linear motor using the permanent magnet 14 shown in FIGS. 4 and 8, and corresponds to FIG. In FIGS. 9A and 9B, curves a and d represent the permanent magnets 1 shown in FIGS. 4 and 8, respectively.
4 is for a linear motor. As is apparent from FIG. 9, the curve d (corresponding to FIG. 8) has a low peak value of the magnetic flux density and a triangular curve with a tapered portion in the vicinity of the peak value. When the radius of the arc of the concave portion of the permanent magnet 14 shown in FIG. 8 is increased, the peak value of the magnetic flux density further decreases. When the permanent magnet 14 shown in FIG. 7 is used, the magnetic flux density distribution has a substantially sinusoidal curve shape, but it is estimated that the vicinity of the peak value becomes slightly wider than the curve a shown in FIG. Is done. Accordingly, when a trapezoidal permanent magnet is used in a cross section in a plane parallel to the moving direction of the mover, as shown in FIG. 4, the permanent magnet 14 in the moving direction (arrow A) of the mover or the coil frame is used. Is preferably an oblique straight line.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるか
ら,リニアモータにおけるトルクリップルを大幅に低減
させることができ,リニアリティおよび信頼性を大幅に
向上させ得るという効果がある。
Since the present invention has the configuration and operation as described above, the torque ripple in the linear motor can be greatly reduced, and the linearity and reliability can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例を示す要部断面図,第2図は第
1図におけるコイルフレームを示す要部斜視図,第3図
は第1図および第2図における位置検出素子とコイルと
の位置関係を示す要部側面図,第4図は第1図における
永久磁石の形状寸法を示す斜視図,第5図はストローク
と磁束密度との関係を示す図,第6図は本発明の他の実
施例における永久磁石の形状寸法を示す平面図,第7図
および第8図は各々比較例における永久磁石を示す端面
図,第9図は第4図および第8図に示す永久磁石を使用
したリニアモータにおけるストロークと磁束密度との関
係を示す図,第10図は従来のリニアモータの例を示す要
部説明図である。 14:永久磁石,16:可動子。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an essential part showing a coil frame in FIG. 1, and FIG. 3 is a position detecting element and a coil in FIGS. 4 is a perspective view showing the shape and dimensions of the permanent magnet in FIG. 1, FIG. 5 is a view showing the relationship between stroke and magnetic flux density, and FIG. 6 is a view showing the present invention. FIGS. 7 and 8 are end views showing permanent magnets according to comparative examples, and FIG. 9 is a permanent magnet shown in FIGS. 4 and 8. FIG. FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a stroke and a magnetic flux density in a linear motor using the motor, and FIG. 10 is an explanatory view of a main part showing an example of a conventional linear motor. 14: permanent magnet, 16: mover.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】相隣る磁極の極性が異なるように複数個の
永久磁石を、空隙を介して異極が対向するように配設
し、この空隙内に多相コイルからなる可動子を前記永久
磁石の配設方向に移動可能に設けると共に、前記多相コ
イルに正弦波駆動電流を供給するための駆動回路を備え
てなるリニアモータにおいて、可動子の移動方向と直交
する面における永久磁石の断面積をAc>Ae(但し、Ac:
中間部における断面積、Ae:端部における断面積)に、
かつ可動子の移動方向と平行な面における永久磁石の断
面形状を略台形状に形成したことを特徴とするリニアモ
ータ。
A plurality of permanent magnets are disposed so that adjacent magnetic poles have different polarities so that different poles face each other via a gap, and a mover comprising a multi-phase coil is provided in the gap. In a linear motor, which is provided so as to be movable in the direction in which the permanent magnets are provided and includes a drive circuit for supplying a sine-wave drive current to the polyphase coil, When the cross-sectional area is Ac> Ae (where Ac:
(Ae: cross-sectional area at the middle, Ae: cross-sectional area at the end)
A linear motor characterized in that the cross-sectional shape of the permanent magnet in a plane parallel to the moving direction of the mover is substantially trapezoidal.
【請求項2】相隣る磁極の極性が異なるように複数個の
永久磁石を、空隙を介して異極が対向するように配設
し、この空隙内に多相コイルからなる可動子を前記永久
磁石の配設方向に移動可能に設けると共に、前記多相コ
イルに正弦波駆動電流を供給するための駆動回路を備え
てなるリニアモータにおいて、可動子の移動方向と直交
する面における永久磁石の断面積をAc>Ae(但し、Ac:
中間部における断面積、Ae:端部における断面積)に、
厚さ寸法を同一に、かつ可動子の移動方向に沿う永久磁
石の両側縁部の輪郭を略正弦波状に形成したことを特徴
とするリニアモータ。
2. A plurality of permanent magnets are arranged so that adjacent magnetic poles have different polarities such that different poles face each other via a gap, and a mover comprising a multi-phase coil is provided in the gap. In a linear motor, which is provided so as to be movable in the direction in which the permanent magnets are provided and includes a drive circuit for supplying a sine-wave drive current to the polyphase coil, When the cross-sectional area is Ac> Ae (where Ac:
(Ae: cross-sectional area at the middle, Ae: cross-sectional area at the end)
A linear motor having the same thickness dimension and the outline of both side edges of a permanent magnet along a moving direction of a mover formed in a substantially sinusoidal shape.
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