JP3944799B2

JP3944799B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP3944799B2
Application number: JP34348697A
Authority: JP
Inventors: 透鹿山; 安幸坂口; 健一貞包; 恭祐宮本; 筒井　　幸雄
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-12-12
Filing date: 1997-12-12
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2017-12-12
Also published as: JPH11178310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコギング力、発熱を嫌い、高速・高加減速または高精度位置決めを要求される例えば半導体製造装置やＦＡ機器、あるいは工作機テーブルの送りに用いられるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な可動マグネット形リニア同期モータは、可動子は界磁用永久磁石を移動方向に並べ、固定子は電機子巻線を施して構成される。例えば、毎極毎相のスロット数１／２の３相リニアモータの側面から見た断面図を図１９に示す。
まず、可動子３１について説明する。可動子３１は界磁用の永久磁石３２と界磁ヨーク３３から成る。界磁ヨーク３３は可動子３１の移動方向に沿って伸びた平板状を成し、その下に永久磁石３２が所定の極ピッチで極性が交互に異極となるように配置されている。
次に、固定子３４について説明する。固定子３４は、スロット内の巻線占積率を上げる例として、分割コアとした例を示す。まず、１個の分割コア３５には、電機子巻線３６が集中巻きされている。それを移動方向に連結し、その分割コア３５の底面をネジ穴等を設けている固定子フレーム３７に固着して、構成している。
以上示した分割コア３５の連結方法は、回転形サーボモータ等に多く応用されているものであり、これをリニアモータに置き換えたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の技術によると次のような問題点がある。
固定子３４の分割コア３５の歯先端と可動子３１の界磁永久磁石３２とは近接している。そのために、界磁永久磁石３２と分割コア３５の歯先端に大きな吸引力が作用する。この大きさは最大推力の３〜５倍程度である。そのために、リニアガイド（図示せず）に発生する摩擦力が非常に大きなものとなり、リニアガイドとリニアモータの発熱が大きくなった。また、吸引力による可動子３１のたわみを回避するために、可動子３１を強固にする必要が生じる。よって、可動子重量が大きくなり、高加減速運動が不向きであった。
さらに、分割コア連結部のクリアランスにバラツキがあるために、磁束のアンバランスが生じコギング力が発生した。また、ギャップが不均一であったり、可動子３１の場所によってギャップが変動することによってもコギング力の原因となった。よって、非常に微少な位置決め性能が要求される用途への適用が困難であった。
そこで本発明が解決しようとする課題は、界磁永久磁石と分割コアの歯先端に作用する吸引力を打ち消し、リニアモータの発熱を小さくでき、さらに、コギング力を小さくできるリニアモータの構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の手段は、固定子または可動子の何れか一方に電機子巻線を施した電機子を配備し、他方に可動子に複数の界磁とした永久磁石を非磁性材フレームに配備したリニアモータにおいて、前記電機子は、電機子巻線を集中巻きした分割コアを階段状に並べ傾斜させた状態で連結した電機子ユニットを２ｎ（ｎは自然数）個備え、前記電機子ユニットの２個が前記磁石ユニットの１個を左右一定の空隙となるように挟み込んで構成したモータ組みをｎ組構成する。また、前記磁石ユニットの左右にある前記２個の電機子ユニットの分割コアの倒れ方向を逆方向する。以上の第１の手段によって、永久磁石と分割コアの歯先端に生じる吸引力が左右で相殺される。そのため従来例に示した吸引力による問題を解決することができる。また、固定子の分割コアをスキュー角分傾斜した状態で連結することにより、スロット内の巻線占積率を向上しかつコギング力を小さくすることができる。つまり、吸引力、コギング力、発熱のすべてが小さいリニアモータが可能となる。
【０００５】
また、本発明の第２の手段は、界磁に永久磁石、もしくはモータの２次側である２次導体や誘導子を左右対向するように配設し、電機子は分割コアに巻線を巻回し、前記界磁またはモータの２次側に配置したリニアモータにおいて、前記電機子は、分割コアに、各相巻線を集中巻きした後、前記界磁もしくは２次側に対し前記分割コアを階段状に並べて傾斜させた状態で連結して構成する。また、分割コアの形状を十字型やＴ形にしたりＩ形にしたりして構成する。さらに、前記可動子を移動方向に対し前後方向または上下方向に２個配置すると共に、前後方向または上下方向の前記分割コアを逆方向に傾斜させたりする。以上の第２の手段により、可動子に生じる吸引力が左右で相殺される。また、界磁の永久磁石に対し可動子の分割コアが斜めに配置されるために、コギング力が低減される。また、このときの電機子巻線の巻数は、分割コアを斜めに倒す角度には一切左右されないため、巻線占積率が高く発熱の小さいものとなっている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発面の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施例における正面から見た正断面図、図２は図１のＡ−Ａ’における断面図を表している。このリニアモータは毎極毎相のスロット数が１／２である。これらの図において、１は可動子、２は界磁ヨーク、３は磁石ユニット、４は永久磁石、５はリニアガイド、６は固定子、７は固定子フレーム、８は固定部材、９は固定ボルト、１０は電機子ユニット、１１は分割コア、１２は電機子巻線である。
まず、可動子１について説明する。可動子１は、両サイドに可動子を支持するためのリニアガイド５、テーブル面に対し垂直に配置された界磁用の２個の永久磁石ユニット３から構成される。１個の磁石ユニット３には永久磁石４が９個配備されるが、両側の永久磁石の幅は、内側のものの幅に対し約半分となっており、磁束がバランスするようになっている。
次に、固定子６について説明する。固定子６は、２個の磁石ユニット３を挟み込んでいる４個の電機子ユニット１０、その電機子ユニット１０を貼り付けている山形の固定部材８、リニアガイド５と山形の固定部材８を受けている固定子フレーム７より構成される。１個の電機子ユニット１０は、１８個の分割コア１１とそれに予め集中巻きした電機子巻線１２より構成される。さらに、この巻線表面は熱伝導の良い樹脂でスタイキャストされている。
【０００７】
ここで、分割コア１１の連結方法を図３，４に基づいて説明する。図３は電機子ユニット１０の上面から見た図であり、電機子ティース先端の並びを示している。このように電機子ティースは斜めに倒れて並んでいる。また、これを斜視図として表したものを図４（ａ），（ｂ）に示す。図４（ａ）は電機子巻線１２を施した後の連結を示すものであり、図４（ｂ）は分割コア１１単体同士を連結したものを示している。電機子ティースを斜めに並べるようにするため、分割コア１１の連結部では丁度階段状になっている。また、この倒れ角は、コギング力が発生する周期を消すために、スロットピッチの半分となっている。
以上のように構成すると、まず、永久磁石４の両側を電機子の分割コア１１で挟み込んでいるために吸引力が相殺される。次に、分割コアであるため、スロット内の巻線占積率は著しく向上し、発熱を小さくできる。さらに、分割コア１１を永久磁石４の並び方向に対し傾斜した状態で連結しているため、コギング力を小さくすることができる。
【０００８】
次に第２実施例について説明する。図５は本発明の第２実施例における磁石ユニット３を挟んだ２個の電機子ユニット１０の上面から見た図であり、電機子ティース先端の並びを示している。ここで、実線は右側の電機子ユニット１０Ｒのティース先端、破線は左側の電機子ユニット１０Ｌのティース先端を表している。つまり、磁石ユニット３を挟んで左右の分割コア１１の倒れ方向が逆になっている。
このような構成により、分割コア１１を倒すことによって生じる推力の縦方向成分は、左右の電機子ユニット１０Ｌ、１０Ｒの分割コア１１を逆方向に倒すことによって互いに打ち消し合う。つまり、可動子１のピッチングを引き起こさないようになる。
【０００９】
次に第３実施例について説明する。図６は本発明の第３実施例における電機子ユニット１０の上面から見た図であり、電機子ティース先端の並びを示している。第１実施例よりもさらに分割コア１０の倒れ角を大きくした場合、電機子ユニット１１両端では分割コアが無い三角形の所が大きくなる。つまり、可動子の有効ストローク範囲が短くなってしまう。そこで、第３実施例では、この三角形の所に電機子巻線が巻かれた分割コアと同じ断面形状であるが積厚の小さい補助分割コア１１’を連結している。このようにすることによって、電機子ユニット１０の長さから可動子長を差し引いた分を可動子１の有効ストロークにすることができる。
【００１０】
次に第４実施例について説明する。図７は電機子ユニット１０とそれを固定するための固定部材８を斜視図で表したものである。分割コア１１の連結部は階段状となっているため、これに合わせて固定部材８に凸凹を設けている。そして、分割コア１１の底面と階段状になった側面が固定部材８との接着面となる。よって、電機子ユニット１０は精度良く位置決めされると共に接着面が増えることによって接着はがれ等の問題が無くなる。
以上の実施例では可動マグネット形で示したが、可動コイル形で構成してももちろん良い。また、第１乃至４実施例では毎極毎相のスロット数を１／２で説明を行っているが、他のコンビネーションとしてももちろん良い。
【００１１】
図８は本発明の第５実施例を上から見た断面図、図９は側面から見た電機子ティース表面と永久磁石の位置関係を示した図である。また、図１０は図９におけるＡ−Ａ’断面図である。図１１（ａ）は電機子部分の斜視図、図１１（ｂ）は分割コアの連結を示す斜視図、図１２は可動子の組立を示す斜視図である。このリニアモータは８ポール９スロットを基本構成としている。
これらの図において、２１は可動子、２１Ｕは可動子上部材、２１Ｄは可動子下部材、２２は十字形分割コア、２３は電機子巻線、２４は可動子上部材２１Ｕと可動子上部材２１Ｄを結合するボルト、２５Ｌは左側固定子、２５Ｒは右側固定子、２６は固定子のバックヨーク、２７は永久磁石である。
本実施例において、固定子は、右側固定子２５Ｒと左側固定子２５Ｌの２つから構成される。それらは、同じ構造をしており、丁度内側が対向するように配置されている。各固定子２５Ｌ、２５Ｒは、界磁とした永久磁石２７とそれを貼り付けているバックヨーク２６で構成される。
可動子２１は、これら２つの固定子２５Ｌ、２５Ｒ間にあり、その上面は図示しない負荷に固定され、長手方向に移動自在に支持されている。可動子構造は、十字形の分割コア２２に予め電機子巻線２３を集中巻きし、それを９個それぞれ所定の角度に傾斜した状態で連結している。そして、可動子上部材２１Ｕと可動子下部材２１Ｄとで挟み込み、分割コア２２中央に開けた貫通穴２２ａにボルト２４を通して固定している。
【００１２】
次に第６実施例について説明する。図１３（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１３（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。また、図１４は図１３（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。このリニアモータの基本構成は８ポール９スロットである。
本実施例では、可動子分割コア２８の形状をＴ形とし、それら連結部分の継鉄に電機子巻線２３を集中巻きしている。そして、第５実施例と同じくＴ形の分割コア２８を傾斜した状態で連結している。
【００１３】
次に第７実施例について説明する。図１５（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１５（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。また、図１６は図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。このリニアモータの基本構成も８ポール９スロットである。
本実施例では、可動子２１の分割コア２９の形状をＩ形とし、それら電機子ティースに電機子巻線２３を集中巻きしている。そして、第１、２実施例と同じくＩ形の分割コア２９を傾斜した状態で連結している。
【００１４】
次に第８実施例について説明する。図１７（ａ）は本実施例を上から見た断面図、図１７（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。
本実施例では、可動子２１は、その前方と後方にそれぞれ８スロット９ポールを基本とした電機子を合体させているが、それぞれの分割コアの傾斜方向を逆方向にしている。この構成によって、分割コアを斜めにしても残っている上下方向の力をさらに相殺することができる。
【００１５】
次に第９実施例について説明する。図１８（ｂ）は本実施例の側面から見た電機子ティース表面を表す図、図１８（ａ）は図１８（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
本実施例は、それぞれ８スロット９ポールを基本とした電機子２５を移動方向に対し上方と下方とに２個配置すると共に、左方と右方の分割コア３０を逆方向に傾斜させたものである。この構成によって、第８実施例と同様に、可動子２１Ｌ，２１Ｒの左右方向の力を相殺することができる。
【００１６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、界磁用永久磁石を２個の電機子ユニットで挟み込んだり、可動子を界磁用永久磁石で挟み込んだりすることにより、従来の問題であった吸引力が相殺される。また、電機子巻線は分割コアによってスロット内の巻線占積率が非常に大きくできるため、リニアモータの発熱を小さくできる。さらには、分割コアが永久磁石の並びに対し傾斜しているため、コギング力も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す正断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】本発明の第１実施例を示す電機子ユニット上面図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す斜視図であり、（ａ）は電機子巻線を施した後の連結を示すものであり、（ｂ）は分割コア単体同士を連結したものを示している。
【図５】本発明の第２実施例を示す電機子ユニット上面図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す電機子ユニット上面図である。
【図７】本発明の第４実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第５実施例を上から見た断面図である。
【図９】本発明の第５実施例を側面から見た電機子ティース表面と永久磁石の位置関係を示した図である。
【図１０】図９におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図１１】（ａ）は本発明の第５実施例の電機子部分の斜視図、（ｂ）は分割コアの連結を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第５実施例の可動子の組立を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は本発明の第６実施例における上から見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。
【図１４】図１３（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図１５】（ａ）は本発明の第７実施例における上から見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。
【図１６】図１５（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図１７】（ａ）は本発明の第８実施例における上から見た断面図、（ｂ）は側面から見た電機子ティース表面を示した図である。
【図１８】（ｂ）は本発明の第９実施例における側面から見た電機子ティース表面を表す図、図１８（ａ）は図１８（ｂ）におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図１９】従来技術による構造図である。
【符号の説明】
１可動子、２界磁ヨーク、３磁石ユニット、４永久磁石、５リニアガイド、６固定子、７固定子フレーム、８固定部材、９固定ボルト、１０電機子ユニット、１１分割コア、１２電機子巻線、２１可動子、２１Ｕ可動子上部材、２１Ｄ可動子下部材、２２十字形分割コア、２３電機子巻線、２４ボルト、２５Ｌ左側固定子、２５Ｒ右側固定子、２６バックヨーク、２７永久磁石、２８，２９，３０分割コア、３１可動子、３２永久磁石、３３界磁ヨーク、３４固定子、３５分割コア、３６電機子、３７固定子フレーム

Claims

固定子または可動子の何れか一方に電機子巻線を施した電機子を配備し、他方に可動子に複数の界磁とした永久磁石を非磁性材フレームに配備したリニアモータにおいて、
前記電機子は、電機子巻線を集中巻きした分割コアを階段状に並べ傾斜させた状態で連結した電機子ユニットを２ｎ（ｎは自然数）個備え、
前記電機子ユニットの２個が前記磁石ユニットの１個を左右一定の空隙となるように挟み込んで構成したモータ組みをｎ組構成したことを特徴とするリニアモータ。
前記磁石ユニットの左右にある前記２個の電機子ユニットの分割コアの倒れ方向が、逆方向であることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
界磁に永久磁石、もしくはモータの２次側である２次導体や誘導子を左右対向するように配設し、電機子は分割コアに巻線を巻回し、前記界磁またはモータの２次側に配置したリニアモータにおいて、
前記電機子は、分割コアに、各相巻線を集中巻きした後、前記界磁もしくは２次側に対し前記分割コアを階段状に並べて傾斜させた状態で連結して構成したことを特徴とするリニアモータ。
前記電機子を移動方向に対し前後方向または上下方向に２個配置すると共に、前後方向または上下方向の前記分割コアを逆方向に傾斜させたことを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。