JP3856205B2

JP3856205B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP3856205B2
Application number: JP2001334506A
Authority: JP
Inventors: 敦志川原; 孝史山田; 恭祐宮本; 政彦田邊
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2021-10-31
Also published as: JP2003143829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機のテーブル送りなどに利用される高精度なリニアモータに関し、特にその電機子構造と界磁構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機のテーブル送りなどに利用される高精度なリニアモータは、例えば図５、図６および図７に示すように構成されている。図５は従来のリニアモータの平断面図、図６は図５の走行方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図であって、電機子に電機子取付板を取り付けた状態を示したものである。図７は図５の電機子部の拡大図である。
図５において、１０はリニアモータで、電機子２１と、前記電機子２１と空隙Ｇ₀を介して対向するように配置されている２つの界磁部３１とで構成されており、磁束貫通形構造を有している。
電機子２１は、略Ｉ字形状をした電機子コア４１を複数枚積層して構成される電機子コアブロック５１と、この電機子コアブロック５１の長手方向両端部のティース部６１に巻装した電機子巻線７１とからなる電機子ブロック８１を、電機子ブロック８１の長手方向がリニアモータ１０の走行方向に対して垂直となる向きに複数個連結して構成されている。電機子ブロック８１の相互の連結は、電機子コアブロック５１の連結部における一方の側面にアリ９１を形成すると共に、他方の側面にアリ溝９２を形成し、隣り合う電機子ブロック８１のアリ９１とアリ溝９２を結合することにより行う。
また、連結した各電機子ブロック８１間には、電機子コアブロック５１の中央部に設けた凹部９４によって機械的な間隔ｇを形成するとともに、これにより磁気的な空隙Ｇを構成している。この磁気的な空隙Ｇによって、主磁束Φ１以外の磁束、すなわちスロット漏洩磁束の磁路の磁気抵抗が大きくなり、漏洩磁束が低減する。この作用により、電機子磁気回路における主磁束Φ１が増加して、電機子
電流に対する推力特性の直線性が向上し、最大推力が増加するように工夫されている。
またさらに、図６において、９は取付穴、１４は締結部材であるボルト、１５は電機子取付板、１６は冷媒通路、１７はヨーク固定板、１８は締結部となる雌ねじ部である。連結した各電機子ブロック８１と電機子取付板１５においては、各電機子ブロック８１に設けた取付穴９に先端に雄ねじを有するボルト１４を通した後、電機子取付板１５に設けた雌ねじ部１８とボルト１４を締結し、固定するようになっている。
一方、界磁部３１は、ヨーク固定板１７に垂直に固定された界磁ヨーク１１と、この界磁ヨーク１１に交互に極性が異なるように隣り合わせに複数個等ピッチに並べて配置された、例えば永久磁石からなる界磁極１２とで構成されている。なお、図７において、９３は前記ティース部６１間に形成されたスロット部である。
このように構成されたリニアモータ１０は、図５〜図７に示すように、電機子２１と界磁部３１の界磁極１２によって、それぞれの電機子コアブロック５１を長手方向に貫通する主磁束Φ１が発生し、図示しない電源により、電機子巻線７１に交流電流が通電されると、電機子２１と界磁極１２間に電磁力が発生し、電機子ブロック８１の長手方向と垂直な走行方向に直線運動を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のいわゆる磁束貫通形の電機子を有するリニアモータをコンタリング性能が重要視される工作機械装置、あるいは微細な位置決めを高速に行う半導体装置のなどに適用するにあたり、次のような問題があった。
（１）電機子ブロック８１のアリ９１とアリ溝９２により電機子ブロック８１相互を連結して電機子２１を構成するため、アリ９１とアリ溝９２などを含めた電機子コアブロック５１の形状誤差と、電機子ブロック８１連結における機械的な突き当たりの状態の相違などによる組立精度への悪影響が、電機子コアブロック５１のティース部６１の走行方向のピッチ精度を阻害していた。このティース部６１の加工、組立上のピッチ精度のバラツキは、リニアモータ１０のコギング推力低減の磁気回路設計を施していても、界磁極１２によるティース部６１の電磁力のバランスが崩れてコギング推力や推力リップルの原因となり、ひいてはリニアモータ１０を組み込んだ工作機械や半導体装置などにおいては、コンタリング性能、あるいは位置決め性能を劣化させる原因となっていた。
また、この問題の対策のため、電機子コアブロック５１の抜き型の高精度化により形状精度を向上すれば製作コストが増大し、電機子ブロック８１連結の組立治具による組立精度向上を図っても、生産性や信頼性も低下していた上に、その効果にも限界があった。
（２）また、上記コギング推力を低減するために、界磁ヨーク１１の界磁極１２を、走行方向に対して所定の角度θで傾けて配置する、いわゆるスキューを施すが、電機子２１を挟むようにして対向する２つ界磁ヨーク１１は、工作機械装置などへ取り付ける際、界磁極貼付け面仕上げなどの加工生産性の観点から同形状の界磁ヨークを製作して使用される。この場合の構成例を図４に示す。図４は交差スキューを施した界磁極の配置を示した斜視図である。
図４に示すように、同形状の界磁ヨーク１１を対向させることにより、上記スキューの走行方向に対しての傾きが正逆反対になり、一方の界磁ヨーク１１の背面から投影して２つの界磁極１２をみるとＸ字形状上に交差した状態の構成となる。この交差スキューの場合、磁束貫通形の電機子２１のリニアモータでは、積層鋼板である電機子コアブロック５１の積厚方向の中心部における平断面では、異極の界磁極１２が電機子２１中心に対して左右対称な位置で対向しており、主磁束Φ１が良好に還流する。しかしながら、それ以外の部分の断面では左右の界磁極にずれが生じるため、主磁束Φ１の還流が乱れて、界磁極１２による主磁束Φ１の積厚方向の一様性が阻害されることになる。このため、スキューを施したにも関わらず推力の低下に加えて、コギング推力や推力リップルの原因となっていた。また、２つの界磁ヨーク１１の対向する界磁極１２の走行方向のピッチや、スキュー角のバラツキなど加工、組立精度の管理が困難であり、これによっても界磁極１２によるティース部６１の電磁力のバランスが崩れて、コギング推力発生の原因となっていた。
（３）さらには、電機子２１と界磁部３１との空隙Ｇ₀による磁気抵抗が、電機子ブロック８１間の磁気的な空隙Ｇの磁気抵抗よりも大きいと、スロット漏洩磁束が増加し、電機子磁気回路の主磁束Φ１が減少して推力特性の直線性の劣化、最大推力の減少を招いていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり。電機子のティースや界磁極のピッチ精度を向上し、また積厚方向の界磁の磁束の一様性を確保して、最大推力を増加させ、コギング推力の発生を極力低減することが可能な高精度なリニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明は、電機子と、前記電機子と空隙Ｇ₀を介して対向するように互いに平行させた２つの界磁部とを備え、前記電機子が、略Ｉ字形状をした電機子コアを複数枚積層してなる電機子コアブロックの長手方向両端部に電機子巻線を巻装して構成した電機子ブロックからなり、前記電機子コアブロックは当該電機子コアブロック内部の積層方向に取付穴が穿設してあり、前記電機子ブロックの上方に電機子取付板が配設してあり、前記電機子コアブロックと前記電機子取付板を、前記取付穴に挿設した締結部材を介して前記電機子取付板の被締結部と一体に連結してあり、前記界磁部は、界磁ヨークと、前記界磁ヨーク上に交互に極性が異なるように隣り合わせに複数個並べて配置させた界磁極とで構成され、前記電機子と前記界磁部の何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするリニアモータにおいて、前記電機子の隣り合う各々の電機子ブロック間を、前記電機子ブロックの長手方向がリニアモータのストローク方向に対して直角となる向きにした状態を維持しながら機械的に結合しないよう、前記電機子コアブロックの中央部の端部は所定の間隔gを設けて磁気的な空隙Ｇを形成してあり、前記電機子ブロック間に設ける磁気的な空隙Ｇの長さを、前記電機子ブロック間の磁気抵抗が増加するように、前記界磁部と前記電機子間の空隙Ｇ ₀ の長さよりも大きくしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリニアモータを図に示す実施例に基づいて説明する。
［第１の実施例］
図１は本発明の第1の実施例を示すリニアモータの平断面図、図２は図1の電機子部の拡大図である。なお、図1に対する正断面図は従来技術の図６と同じであり、界磁極が電機子の両側にある磁束貫通形を有するものである。また、本発明の構成要素が従来技術と同じものについてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、１はリニアモータ、２は電機子、３は界磁部、４は電機子コア、５は電機子コアブロック、６はティース部、７は電機子巻線、８は電機子ブロックである。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、従来は図５に示すように電機子２１の各電機子ブロック８１間はアリ９１とアリ溝９２などにより、機械的に接触、結合して複数の電機子ブロック８１を結合し、電機子２１を構成していたのに対し、本発明は電機子２の隣り合う各々の電機子ブロック８間を、電機子ブロック８の長手方向がリニアモータ１のストローク方向に対して直角となる向きにした状態を維持しながら機械的に結合しないよう、電機子コアブロック５の中央部の端部に所定の間隔gを設けて磁気的な空隙Ｇを形成し、電機子コアブロック５は当該電機子コアブロック内部の積層方向に取付穴９が穿設してあり、電機子ブロック８の上方に電機子取付板１５が配設してあり、電機子コアブロック５と電機子取付板１５を、取付穴９に挿設したボルト１４を介して電機子取付板１５の雌ねじ部１８と一体に連結して構成されている点である。
このような電機子２では、電機子ブロック８間の接触、結合が無いので、電機子ブロック８の形状誤差や、電機子ブロック８の連結における機械的な突き当たりの状態の相違などによる電機子ブロック８の走行方向のピッチ精度への影響が無くなるように作用する。これにより電機子ブロック８のティース部６の走行方向ピッチを高精度にすることができ、ティース部６の走行方向ピッチ誤差に起因するコギング推力を抑制できる。
【０００６】
また、図２において、電機子ブロック８間の磁気的な空隙Ｇの構成について説明したが、電機子ブロック８間の磁気的な空隙Ｇの長さを、電機子ブロック８間の磁気抵抗が増加するように、電機子２とそれを挟む界磁極１２との空隙Ｇ₀の長さよりも大きく取るようにすると良い。このことにより、電機子ブロック８間を流れる磁束、すなわち漏洩磁束をほぼ無くすことができ、主磁束Φ１が大きくとれて、負荷電流対する推力特性の直線性が向上するように作用し、リニアモータの最大推力の増加させることができる。
【０００７】
［第２実施例］
図３は本発明の第２の実施例を示す並行スキューを施した界磁極の配置を示した斜視図である。
図において、２つの界磁ヨーク１１，１１上に設けた界磁極１２，１２同士を、リニアモータ１の走行方向に対して、同方向に所定の角度θに傾斜させて並行配置した点である。この界磁ヨーク５の内側に従来構造の電機子２１、あるいは本発明で提案した構造の電機子２を組み込むことによりリニアモータが構成される。
このような構成のリニアモータにすれば、積層鋼板である電機子コアブロック５の積厚方向の中心部以外の平断面でも、異極の界磁極１２が電機子２の中心に対して左右対称な位置で対向しており、主磁束Φ１が乱れることなく、良好に還流するように作用する。
また、図３に示した並行スキューを施した界磁極１２においては、界磁ヨーク上あるいは下面側から界磁極１２の配置を容易に観測、測定できるため、対向する異極の界磁極１２を、走行方向に対して垂直な線上で揃えたり、あるいは各界磁ヨーク１１上において、界磁極１２の走行方向のピッチ精度を管理したりが容易になる。これより、界磁極１２によるティース部６の電磁力のバランスが確保できて、コギング推力発生を抑制することができる。また、最大推力も大きくなり、推力特性の優れたリニアモータを提供できるという大きな効果がある。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電機子の隣り合う各々の電機子ブロック間を、電機子ブロックの長手方向がリニアモータのストローク方向に対して直角となる向きにした状態を維持しながら機械的に結合しないよう、電機子コアブロックの中央部の端部に所定の間隔gを設けて磁気的な空隙Ｇを形成し、電機子コアブロック内部の積層方向に取付穴を穿設し、電機子ブロックの上方に電機子取付板を配設し、電機子コアブロックと電機子取付板を、取付穴に挿設したボルト（締結部材）を介して電機子取付板の雌ねじ部（被締結部）と一体に連結して構成したので、電機子ブロックの機械的精度や組立誤差の影響をなくすと共に、電機子ブロックのティース部の走行方向ピッチを高精度にすることができ、ティースピッチ誤差に起因するコギング推力を最小に抑制できる。
また、電機子ブロック間の磁気的な空隙Ｇの長さを、電機子ブロック間の磁気抵抗が増加するように、電機子と界磁極との空隙Ｇ₀の長さよりも大きく取るようにしたので、電機子ブロック間を流れる漏洩磁束をほぼ無くすことができ、主磁束Φ１が大きくとれて、負荷電流対する推力特性の直線性が向上するように作用し、リニアモータの最大推力の増加させることができる。
また、さらに２つの界磁ヨーク上に設けた界磁極同士を、リニアモータの走行方向に対して、同方向に所定の角度θに傾斜させて並行配置したので、界磁極によるティース部の電磁力のバランスが確保できて、コギング推力発生を極力抑制でき、また、最大推力も大きくなり、推力特性の優れたリニアモータを提供できるという大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施例を示すリニアモータの平断面図である。
【図２】図1の電機子部の拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す並行スキューを施した界磁極の配置を示した斜視図である。
【図４】交差スキューを施した界磁極の配置を示した斜視図である。
【図５】従来のリニアモータの平断面図である。
【図６】図５の走行方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図であって、電機子取付板を取り付けた状態を示したものである。
【図７】図５の電機子部の拡大図である。
【符号の説明】
１リニアモータ
２電機子
３界磁部
４電機子コア
５電機子コアブロック
６ティース部
７電機子巻線
８電機子ブロック
９取付穴
１１界磁ヨーク
１２界磁極
１３スロット部
１４締結部材（ボルト）
１５電機子取付板
１６冷媒通路
１７ヨーク固定板
１８被締結部（雌ねじ部）

Claims

電機子（２）と、前記電機子（２）と空隙Ｇ₀を介して対向するように互いに平行させた２つの界磁部（３）とを備え、
前記電機子（２）が、略Ｉ字形状をした電機子コア（４）を複数枚積層してなる電機子コアブロック（５）の長手方向両端部に電機子巻線（７）を巻装して構成した電機子ブロック（８）からなり、
前記電機子コアブロック（５）は当該電機子コアブロック内部の積層方向に取付穴（９）が穿設してあり、
前記電機子ブロック（８）の上方に電機子取付板（１５）が配設してあり、
前記電機子コアブロック（５）と前記電機子取付板（１５）を、前記取付穴（９）に挿設した締結部材（１４）を介して前記電機子取付板（１５）の被締結部（１８）と一体に連結してあり、
前記界磁部（３）は、界磁ヨーク（１１）と、前記界磁ヨーク（１１）上に交互に極性が異なるように隣り合わせに複数個並べて配置させた界磁極（１２）とで構成され、
前記電機子（２）と前記界磁部（３）の何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするリニアモータ（１）において、
前記電機子（２）の隣り合う各々の電機子ブロック（８）間を、前記電機子ブロック（８）の長手方向がリニアモータ（１）のストローク方向に対して直角となる向きにした状態を維持しながら機械的に結合しないよう、前記電機子コアブロック（５）の中央部の端部は所定の間隔gを設けて磁気的な空隙Ｇを形成してあり、
前記電機子ブロック（８）間に設ける磁気的な空隙Ｇの長さを、前記電機子ブロック（８）間の磁気抵抗が増加するように、前記界磁部（３）と前記電機子（２）間の空隙Ｇ ₀ の長さよりも大きくしたことを特徴とするリニアモータ。