JP3550678B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推力リプルや可動子のヨーイング、ピッチングの小さいことが要求される一定速送り用や、高速位置決め用のリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータには、集中巻の電機子コイルを重ねずに配置したものがあるが、これらはコギング力が発生しないために、速度リプルの小さいことが要求される用途に適している。また、集中巻にしたコイルを重ねずに配置する簡単な構造であるため絶縁が容易であり、２００Ｖといった電圧の用途にも適用が可能となっている。
従来のリニアモータを図９ないし図１１に示す。図９は、リニアモータの可動子の進行方向から見た正断面図、図１０は図９におけるＡ−Ａ線に沿う平断面図、図１１は電機子部を示す側面図である。
図９ないし図１１において、リニアモータ１は、可動部２と固定部３とから構成されている。可動部２は、いわゆるコアレスタイプの電機子部４と、前記電機子部４を取り付けた電機子部支持体５とからなっている。前記電機子部４は、複数個、例えば６個の集中巻にした電機子コイル６を進行方向に一列に配置し、樹脂７でモールドして構成している。
また、前記電機子コイル６は、３相３コイル４極を基本構成としており、電機子コイル６のコイルピッチＰｃは、４／３×Ｐｍとなっている。６個の電機子コイル６は紙面上において左からＵ、Ｗ、Ｖ相の順に並べられている。
前記集中巻の電機子コイル６の形状は、図１１に示すように、２次側部８ａ、８ｂと対向した主に推力を発生する２つのコイル辺６が平行した形状となっている。そして、これらの６個の電機子コイル６を進行方向に一列に配置している。また、固定部３は、永久磁石からなるいわゆる界磁極としての２次側部８ａ、８ｂと、前記２次側部８ａ、８ｂを取り付けたいわゆるバックヨークとしての２次側部支持体９ａ、９ｂとを有している。前記２次側部８ａ、８ｂを構成する永久磁石は、隣接する永久磁石と異極になるようにＰｍピッチごとに配置され、また、対向する永久磁石どうしが異極になるように並べて配置されている。なお、前記２次側部８ａ、８ｂと前記電機子部４は、互いに向かい合って進行方向に平行に配置され、２つの２次側部支持体９ａ、９ｂは、支持部材１０によって連結して支持されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では次のような問題があった。
（１） 異相の電機子コイルが隣接するため、２００Ｖといった高電圧で使用する場合、絶縁不良を起こす恐れがある。
（２） 絶縁性を上げるためには、電機子コイル間に絶縁物を挿入する必要があり、組立に手間がかかって、製造コストが高くなる。
（３） 集中巻の電機子コイルを用いているため、推力リプルが発生する。
本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、電機子コイル間の絶縁が良好で、組立て易く、かつ推力リプルが非常に小さいリニアモータを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、複数の界磁極からなる２次側部を取り付けた２次側部支持体と、前記２次側部に空隙を介して対向するとともに、複数個の集中巻した電機子コイルを有する電機子部を取り付けた電機子部支持体とを有し、前記２次側部と前記電機子部とが、互いに向かい合って進行方向に平行に配置されているリニアモータにおいて、前記２次側部の界磁極を、Ｐｍピッチごとに隣と異極になるように可動部の進行方向に配置するとともに、前記電機子コイルを、Ｐｃピッチごとに可動部の進行方向に３の倍数個並べて配置して電機子コイル層を構成し、かつ、前記電機子コイル層を、第１の電機子コイル層と第２の電機子コイル層の２層で構成するとともに、両者を空隙方向に重ねて配置し、
さらに、前記電機子コイルのピッチＰｃを、
Ｐｃ＝５／３×Ｐｍ
とし、かつ、ｎを整数としたとき、前記第１コイル層と第２コイル層を、
ｎ／６×Ｐｍ
だけずらして配置し、さらに、前記電機子コイルの幅Ｗｃを、
４／３×Ｐｍ ≦ Ｗｃ ≦ ５／３×Ｐｍ
とするとともに、前記第１コイル層と第２コイル層の間に、非磁性材の絶縁物を挿入し、かつ、前記絶縁物を、第１コイル層と第２コイル層の結線をパターン化したプリント基板で構成するようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
なお、本発明におけるリニアモータの基本構造は、電機子部を除き、従来技術におけるリニアモータの構造と略同じであり、図９ないし図１１と同一もしくは相当する部材は、同一符号を付し説明を省略する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例における電機子コイルの配置を示す電機子部の側面図である。
図１に示すように、電機子部４は、進行方向に一列に配備した集中巻の電機子コイル６を樹脂７でモールドして構成している。前記電機子コイル６は、３相で６コイルから構成されており、２次側部の界磁極のピッチをＰｍとした場合、集中巻の電機子コイル６のコイルピッチＰｃを
Ｐｃ＝５／３×Ｐｍ
として、ピッチごとに可動部の進行方向に並べて配置している。
これらの６個の電機子コイル６の並べ方は、紙面において左から、順方向巻のＵ相コイル、逆方向巻のＶ相コイル、順方向巻のＷ相コイル、逆方向巻のＵ相コイル、順方向巻のＶ相コイル、逆方向巻のＷ相コイルの順としている。
なお、前記コイルピッチＰｃを電気角で表すと、５／３×１８０＝３００度となる。
１個の電機子コイル６について、コイル幅Ｗｃ／磁石ピッチＰｍに対する巻線係数と所定の推力発生時の損失の関係を図２に示す。
図２において、Ａ１、Ａ２は、コイル幅Ｗｃに対する空心幅（コイル中央部の空間の幅）の割合が０．６の電機子コイル６を用いたもの、Ｂ１、Ｂ２は、コイル幅Ｗｃに対する空心幅の割合が０．４の電機子コイル６を用いたもの、また、Ｃ１、Ｃ２は、コイル幅Ｗｃに対する空心幅の割合が０．２の電機子コイル６を用いたものを示している。本発明では、コイルピッチＰｃを５／３×Ｐｍとしているので、Ｗｃ／Ｐｍは５／３以下で考える必要がある。巻線係数はＷｃ／Ｐｍが４／３近辺で最大となっている。コイル幅Ｗｃを拡げることによって巻数を増やすことができるので、損失はＷｃ／Ｐｍが４／３よりも大きなところで最小にすることができる。しかし、Ｗｃ／Ｐｍが５／３に近づくにつれ、コイル間が狭くなるため、電機子コイル６間の絶縁が問題となる。本発明では、界磁極ピッチＰｍの大きさと絶縁必要間隔によって、コイル幅Ｗｃを決めることができる。例えば、界磁極ピッチＰｍを１８ｍｍとし、損失を小さくできるＷｃ／Ｐｍを４／３とした場合、
コイルピッチ Ｐｃ＝５／３×１８ｍｍ＝３０ｍｍ
コイル幅 Ｗｃ＝４／３×１８ｍｍ＝２４ｍｍ
コイル間隔 Ｗｇ＝Ｐｃ−Ｗｃ＝３０ｍｍ−２４ｍｍ＝６ｍｍ
となる。つまり、電機子コイル６と電機子コイル６との間隔は６ｍｍも開くことになる。
従来技術の場合は、このコイル間隔が非常に狭くなるために、高電圧仕様のとき絶縁を確保できない問題があったが、本発明の場合は、６ｍｍも電機子コイル６間が開くことになるので、そこに何ら絶縁物を挿入せずとも、絶縁を確実に確保することができる。
【０００６】
［第２の実施例］
次に第２の実施例について説明する。図３は可動部の進行方向から見たリニアモータの正断面図、図４は電機子部のコイル配置を示す図である。
第２の実施例の固定部３は、第１の実施例と同じ構造である。第１の実施例と違う点は、電機子部４の構造である。電機子部４は、集中巻の電機子コイル６を進行方向に一列に配備したコイル層を２層にし、コイル層間に非磁性材の絶縁物１１を挿入し、全体を樹脂７でモールドして構成している。紙面左側の第１のコイル層６ａ、紙面右側の第２のコイル層６ｂは、それぞれ界磁極のピッチをＰｍとした場合、集中巻の電機子コイル６のコイルピッチＰｃを
Ｐｃ＝５／３×Ｐｍ
として、ピッチごとに可動部の進行方向に並べて配置している。
さらに、第１のコイル層と第２のコイル層は、５／６×Ｐｍのずれ量Ｓで、可動部の進行方向にずれて配置されている。これを電気角で表すと５／６×１８０＝１５０度となる。したがって、電機子部４の第１のコイル層６ａは、紙面において左から順方向巻のＵ相コイル、逆方向巻のＶ相コイル、順方向巻のＷ相コイルの順に並び、第２のコイル層は、逆方向巻のＵ相コイル、順方向巻のＶ相コイル、逆方向巻のＷ相コイルの順に並んで配置される。
このように構成されたものは、前記第１の実施例と同様の効果がある。また、電機子部４を側面から見ると（２次側部側からみると）、異相のコイル同士が重なる所が現れる。つまり、電機子部４において、電機子部４と２次側部８ａ、８ｂ間のエアギャップの厚み方向に相帯が分布されるため、永久磁石などの界磁極の磁化のバラツキや位置ずれなどにより発生する推力リプルを低減することができる。
【０００７】
［第３の実施例］
次に第３の実施例を図５に基づいて説明する。
この第３の実施例は、第２の実施例において、その電機子部４の電機子コイル６の配置方法を変えたものである。第１のコイル層、第２のコイル層の各コイル配置は同じであるが、第１のコイル層と第２のコイル層を２／３×Ｐｍ（電気角１２０度）だけずらして配置している。第１のコイル層は、紙面において左から順方向巻のＵ相コイル、逆方向巻のＶ相コイル、順方向巻のＷ相コイルの順に並び、第２のコイル層は、左から順方向巻のＶ相コイル、逆方向巻のＷ相コイル、順方向巻のＵ相コイルの順に並んで配置される。
第３の実施例も、第２の実施例と同様の効果を得ることができるが、第３の実施例は、第１のコイル層６ａと第２のコイル層６ｂのずれを電気角で１２０度に小さくしているので、電機子部４の長さを小さくできるメリットがある。
【０００８】
［第４の実施例］
次に第４の実施例を、図６に基づいて説明する。
この第４の実施例は、第２、３の実施例において、その電機子部４のコイル配置方法を変えたものである。第１のコイル層６ａ、第２のコイル層６ｂの各コイル配置は同じであるが、第１のコイル層６ａと第２のコイル層６ｂを１／３×Ｐｍ（電気角６０度）だけずらして配置している。第１のコイル層６ａは、左から順方向巻のＵ相コイル、逆方向巻のＶ相コイル、順方向巻のＷ相コイルの順に並び、第２のコイル層６ｂは、左から逆方向巻のＷ相コイル、順方向巻のＵ相コイル、逆方向巻のＶ相コイルの順に並んで配置される。
この第４の実施例も、前述の第２、第３の実施例と同様の効果を得ることができるが、第４の実施例は、第１のコイル層６ａと第２のコイル層６ｂのずれを電気角で６０度に小さくしているので、電機子部４の長さをさらに小さくできるメリットがある。
【０００９】
［第５の実施例］
次に第５の実施例を、図７および図８に基づいて説明する。第５の実施例は、前述の第１の実施例ないし第４の実施例において、その電機子部４のコイル幅とコイルピッチを変えたものである。まず、すべてのコイルのコイル幅Ｗｃを、
Ｗｃ＝４／３×Ｐｍ
としている。このような大きさのコイル幅Ｗｃは、大きな推力を発生させることができる。そして、耐高電圧仕様でない用途には、図７に示すように、コイルピッチＰｃを
Ｐｃ＝４／３×Ｐｍ
として構成し、
耐高電圧仕様には、図８に示すように、コイルピッチＰｃを
Ｐｃ＝５／３×Ｐｍ
として構成する。
コイルピッチＰｃは、５／３×Ｐｍとするよりも、４／３×Ｐｍとした方が電機子部の長さを小さくすることができるため、用途に応じてコイルピッチＰｃを変えて構成する。これにより、リニアモータを低コストで製造することができる。
【００１０】
［第６の実施例］
前記第２の実施例から第５の実施例においては、第１のコイル層６ａと第２のコイル層６ｂの間に絶縁物１１を挿入しているが、前記絶縁物１１を、前記第１のコイル層６ａと第２のコイル層６ｂの結線をパターン化したプリント基板で構成してもよい。この場合は、電機子コイル６間の結線処理を簡単化することができる。
【００１１】
なお、本発明は上記各実施例の構成に限ることはなく、次のような構成にしてもよい。
（ａ） 電機子部と２次側部は、いずれが固定子あるいは可動子でも構わない。
（ｂ） 永久磁石形のリニアモータだけでなく、電磁石形のリニアモータでもよく、また、インダクション形のリニアモータや、リラクタンス形のリニアモータなど電機子を有するものであればどのようなリニアモータでもよい。
（ｃ） 電機子部はコアレスタイプでなく、コアを有するタイプのものでもよい。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次のような効果がある。
(1) 同一のコイル層において、集中巻にした電機子コイルを、所定の間隔を離して配置しているので、２００Ｖの高電圧仕様においても、十分な絶縁ができる。また、電機子コイル間に絶縁物を挿入する必要がなく、組立てが簡単であり、製造コストを低減することができる。
(2) 電機子コイルを２層構成とし、電機子部の左右両面に電機子コイルをずらして配置しているので、相帯を分布させることができ、永久磁石などの界磁極の磁化のバラツキや位置ずれによる推力リプルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すコイル配置図である。
【図２】１個の電機子コイルにおける、コイル幅Ｗｃ／磁石ピッチＰｍに対する巻線係数と損失の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施例におけるリニアモータの正断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示すコイル配置図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示すコイル配置図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示すコイル配置図である。
【図７】本発明の第５の実施例を示すコイル配置図である。
【図８】本発明の第５の実施例を示すコイル配置図である。
【図９】従来技術におけるリニアモータを示す正断面図である。
【図１０】図８におけるＡ−Ａ線に沿う平断面図である。
【図１１】従来技術におけるコイル配置図である。
【符号の説明】
１ リニアモータ、
２ 可動部、
３ 固定部、
４ 電機子部、
５ 電機子部支持体、
６ 電機子コイル、
７ 樹脂、
８ａ、８ｂ ２次側部、
９ａ、９ｂ ２次側部支持体、
１０ 支持部材、
１１ 絶縁物

Claims (1)

1. 複数の界磁極からなる２次側部を取り付けた２次側部支持体と、
   前記２次側部に空隙を介して対向するとともに、複数個の集中巻した電機子コイルを有する電機子部を取り付けた電機子部支持体とを有し、
   前記２次側部と前記電機子部とが、互いに向かい合って進行方向に平行に配置されているリニアモータにおいて、
   前記２次側部の界磁極を、Ｐｍピッチごとに隣と異極になるように可動部の進行方向に配置するとともに、
   前記電機子コイルを、Ｐｃピッチごとに可動部の進行方向に３の倍数個並べて配置して電機子コイル層を構成し、
   かつ、前記電機子コイル層を、第１の電機子コイル層と第２の電機子コイル層の２層で構成するとともに、両者を空隙方向に重ねて配置し、
   さらに、前記電機子コイルのピッチＰｃを、
   Ｐｃ＝５／３×Ｐｍ
   とし、ｎを整数としたとき、前記第１コイル層と第２コイル層を、
   ｎ／６×Ｐｍ
   だけずらして配置し、
   さらに、前記電機子コイルの幅Ｗｃを、
   ４／３×Ｐｍ ≦ Ｗｃ ≦ ５／３×Ｐｍ
   とするとともに、前記第１コイル層と第２コイル層の間に、非磁性材の絶縁物を挿入し、かつ、前記絶縁物を、第１コイル層と第２コイル層の結線をパターン化したプリント基板で構成したことを特徴とするリニアモータ。

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