JP4352439B2

JP4352439B2 - Linear motor

Info

Publication number: JP4352439B2
Application number: JP22087699A
Authority: JP
Inventors: 透鹿山
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: JP2001045736A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置やＦＡ機器などの分野で高精度位置決め送りとして用いられると共に、高速・高加減速で直線運動を行い、高推力を得ることが可能なリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可動子に電機子巻線と永久磁石を備えた電機子鉄心、固定子に誘導子歯を持つ３相リニア誘導子形同期モータは図７のようになっている。
図７は従来の３相リニア誘導子形同期モータの斜視図、図８は３相リニア誘導子形同期モータのうち、可動子の永久磁石と固定子の配置を示す図であって、（ａ）は各相永久磁石の着磁パターン図、（ｂ）は（ａ）に対応した固定子の平面図である。
図７において、１１はリニアモータ、１２はリニアモータ１１の可動子、１３はＥ字形状に打ち抜いた電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心、１３ａは電機子鉄心のティース、１４は各々のティース１３ａ先端部に一列に設けた薄板状の永久磁石、１５は電機子鉄心のティース部１３ａの外周に巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からなる電機子巻線である。永久磁石１４および電機子巻線１５を備えた電機子鉄心１３を可動子１２としている。１６はリニアモータ１１の固定子で、可動子１２と一定の空隙を介して図示しないベースに支持されている。１７は一定の歯幅と高さ（継鉄厚み）の断面をもつ細長い磁性体であって、誘導子歯を構成している。１８は非磁性体であって、この磁性体１７と非磁性体１８をサンドイッチ状に交互に並べて固着したものを固定子として構成する。
また、可動子１２と固定子１６の支持は、スライダとガイドレールからなる図示しないリニアガイドで行われると共に、この場合、スライダ（図示せず）は可動子側に、ガイドレール（図示せず）は固定子側に取り付けられる。
さらに、可動子１２に設けた永久磁石１４は、図８において、固定子１６の歯ピッチ（磁性体１７の間隔）と同じ極対ピッチで、歯切方向と平行にＮ極、Ｓ極の極性が交互に並ぶように多極に着磁し、各３相のうちの磁極ピッチは互いに１／３極対ピッチずつ位相差が与えられている。
このようなリニアモータは、固定子１６の誘導子歯（１７）によって、Ｕ、Ｖ、Ｗ極の永久磁石１４の磁束が互いに通路を与えられて流れる。また、各相磁極の位相差が電気角で１２０°なので、可動子１２を動かすと各相巻線には互いに１２０°差の磁束が鎖交し、３相誘起電圧を発生する。逆に各相に３相電流を通電すると３相同期モータとして推力を発生し、可動子１２が固定子１６上を長手方向に直線移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、リニアモータの固定子は、磁性体と非磁性体をサンドイッチ状に配置していることから、磁束の通りやすいところと通りにくいところが存在するためにパーミアンス変化が大きくなり、図９に示すように大きな振幅のコギング力が発生することになる。その結果、コギング力発生に伴って起こる高速移動時の振動や一定速送り時の速度変動といった問題があった。
このようなリニアモータのコギング力低減を図る方法として、固定子の誘導子歯を可動子の進行方向に向かって斜めに設けたり、可動子の永久磁石を斜めに配置するなどの方策（スキュー）をとると、若干のコギング力の低減効果はあるものの、逆に製造・組立工数がかかり、製品原価が高くなるという問題があった。
そこで、本発明はコギング力を低減すると共に、高速移動時の振動や一定速送り時の速度変動を低減でき、かつ、安価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、請求項１記載の本発明は、磁束を通すＥ字状の電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心と、前記電機子鉄心の積厚方向に沿ってティース部の外周に巻装された３相の電機子巻線と、前記電機子鉄心のティース部先端に設けた薄板状の永久磁石と、前記永久磁石と空隙を介して対向配置されると共に磁性体からなる誘導子歯を有する誘導子を備え、前記電機子鉄心または前記誘導子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記電機子鉄心と前記誘導子とを相対的に走行するように配置したリニアモータにおいて、前記誘導子歯は、平板の上に突起状に形成されると共にピッチλ毎に等間隔に設けてあり、前記電機子鉄心は、鉄心の積厚方向が前記誘導子歯のピッチ方向と直交するように前記誘導子に対向配置してあり、前記永久磁石は、各々のティース先端部に極性の異なる永久磁石２個を一組として、少なくとも永久磁石２組を前記誘導子歯のピッチ方向に向かって並べて設けてあり、前記誘導子歯のピッチ方向に沿う永久磁石１個の幅Ｗmは、前記誘導子歯のピッチλとの間に、Ｗm＝λ／２の関係を有しており、前記各々の永久磁石組間には、隙間δを設けると共に、前記隙間δと前記誘導子歯のピッチλとの間には、０＜δ≦λの関係を有することを特徴としている。
請求項２記載の本発明は、磁束を通すＥ字状の電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心と、前記電機子鉄心の積厚方向に沿ってティース部の外周に巻装された３相の電機子巻線と、前記電機子鉄心のティース部先端に設けた薄板状の永久磁石と、前記永久磁石と空隙を介して対向配置されると共に磁性体からなる誘導子歯を有する誘導子を備え、前記電機子鉄心または前記誘導子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記電機子鉄心と前記誘導子とを相対的に走行するように配置したリニアモータにおいて、前記誘導子歯は、平板の上に突起状に形成されると共にピッチλ毎に等間隔に設けてあり、前記電機子鉄心は、鉄心の積厚方向が前記誘導子歯のピッチ方向と直交するように前記誘導子に対向配置してあり、前記永久磁石は、各々のティース先端部に極性の異なる永久磁石２個を一組として、少なくとも永久磁石２組を前記誘導子歯のピッチ方向に向かって並べて設けてあり、前記誘導子歯のピッチ方向に沿う永久磁石１個の幅Ｗmは、前記永久磁石の全個数をＺ、前記永久磁石の見かけ上のスキュー角度θとした場合、角度θが０°＜θ≦１８０°の範囲にあるとき、
【０００５】
【数２】

【０００６】
の関係を有することを特徴としている。
【０００７】
【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。
図１は本発明の第１の実施例を示すリニアモータの斜視図、図２は本発明の第１の実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリニアモータ可動子のコアティース先端部と誘導子の部分拡大図である。
図において、１はリニアモータ、２はリニアモータの可動子、３はＥ字形状に打ち抜いた電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心、３ａは電機子鉄心３のティース、４はティース３ａ先端部にＮ極、Ｓ極の極性が交互に配列するように設けた薄板状の永久磁石、５は電機子鉄心のティース３ａ部の外周に巻装された３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）からなる電機子巻線、７は電機子鉄心３の上部に設けたテーブルである。永久磁石４および電機子巻線５を備えた電機子鉄心３を可動子２に、また誘導子６を固定子とすると共に、可動子と固定子を図示しないリニアガイドで支持し、電機子鉄心３と誘導子６とを相対的に走行させる基本構成は従来技術と同じである。
本発明が従来技術と異なる構成は、以下のとおりである。
図において、誘導子６は、磁性体で、かつ、平板に突起状の誘導子歯６ａをピッチλ毎に等間隔に形成して構成される。
一方、可動子となる電機子鉄心３は、電機子鉄心３の積厚方向が誘導子歯６ａのピッチ方向と直交するように誘導子６上に配置されている。また、電機子鉄心３のティース３ａ先端部に設けた永久磁石４は、極性の異なる永久磁石２個を一組として、永久磁石２組を誘導子歯のピッチ方向に向かって並べて設けてある。さらに、誘導子歯のピッチ方向に沿う永久磁石１個の幅をＷmとした場合、誘導子歯ピッチλとの間に、Ｗm＝λ／２の関係を有している。またさらに、隣接する２個の永久磁石を１組とした場合、各々の永久磁石間に隙間δを設けており、隙間δと誘導子歯ピッチλとの間には、０＜δ≦λの関係を有している。
上記の関係を有するリニアモータは、各ティース間に設けた永久磁石の数が図２（ｂ）に示すように４個の場合、隣接する電機子鉄心のティース３ａ間のピッチを、３×λ＋λ／３として表すことができる。つまり、λが電気角で３６０°であるため、（３×３６０°）＋（３６０°／３）＝１２００°となり、電機子鉄心３の各相磁極の位相差が電気角で、１２００°−３×３６０°＝１２０°となる。
また、各ティース先端に設けた永久磁石４において、永久磁石４ａと永久磁石４ｂ、永久磁石４ｃと永久磁石４ｄを各々１対の永久磁石組とすれば、各々の永久磁石組同士の隙間δは、δ＝λ／８となる。つまり、δは電気角で３６０／８＝４５°となっている。
次に、本実施例のリニアモータを用いて、コギング力を数値解析により検討した結果を説明する。
図３は第１の実施例によるコギング力の波形を示したものである。
コギング力は、永久磁石４ａと永久磁石４ｂによって発生するものと、永久磁石４ｃと永久磁石４ｄによって発生するものをおおよそ足し合せたものである。しかし、前者と後者の各々のコギング力は、隙間δによって、λ／８のずれがあるため、それらの足し合せは図示のようになる。これから、本実施例のリニアモータのコギング力を従来技術（図９）と比較すると、振幅値で約３割程度低減されることになり、このようなコギング力の低減効果は、スキューを施したときと同じ効果を得ていることがわかる。
続いて、この理由を計算式を用いて説明する。
ここで、コギング力の振幅をｆ₁、電機子鉄心の積厚をＬ、積厚方向の座標をｙ、可動子の進行方向の座標ｘ、スキュー角度をθ_skとする。スキューが無い場合のコギング力が誘導子歯ピッチλの２倍周期で発生するとすれば、コギング力は次式で表すことができる。
【０００８】
【数３】

【０００９】
スキューがある場合は、次式で書き表すことができる。
【００１０】
【数４】

【００１１】
また、上式を展開すると次式のようになる。
【００１２】
【数５】

【００１３】
また、スキュー角度θ_skとコギング力振幅値の関係を図４に示す。
図４はスキュー角度θ_skが０のとき、コギング力振幅値を１とした場合の結果である。
次に、本発明のコギング力について計算式を用いて説明する。
第１の実施例によるとコギング力は、（１）式と（１）式を電気角で４５°ずらせたもののおおよその足し合せで表すことができる。
【００１４】
【数６】

【００１５】
同様に上式を展開すると次式のようになる。
【００１６】
【数７】

【００１７】
スキュー角度θ_skが０のときのコギング力振幅値を１とした場合、本発明によるコギング力の振幅値は０．７１である。図４よりコギング力の振幅値が０．７１時のスキュー角度θ_skを読取れば、θ_sk＝８０°となる。従って、本案は約８０°のスキューの効果を得ていることになる。また、この結果は図３と図９のコギング力の振幅比としても現れている。
次に、動作について説明する。
リニアモータにおいて、固定子上に空隙を介して対向配置させた可動子を固定子の長手方向に沿って直線移動させると、電機子鉄心のティース部先端に設けた永久磁石組間に所定の隙間を設けた配置構成により、永久磁石２個を一組とする各々の永久磁石組によって発生するコギング力の位相のずれが生じ、この位相のずれによってコギング力が低減される。その結果、可動子は移動方向に速度変動を起こすことなく、一定の速度で移動する。
【００１８】
次に、第２の実施例について図５をもとに説明する。
図５は第２実施例による可動子のティース先端部分の拡大図を表している。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、永久磁石組の数を２に替えて３としたものである。
すなわち、永久磁石４ａと４ｂ、同様に永久磁石４ｃと４ｄ、４ｅと４ｆをそれぞれ一組としている。この場合、隣接する電機子鉄心のティース間のピッチは、４×λ＋λ／３と表せることができる。また、それら永久磁石組間の隙間δは、δ＝λ／１２になっている点である。つまり、δは電気角で３６０／１２＝３０°であり、３つの永久磁石組は、１組を基準として３０°ずれたものと６０°ずれたものになっている。よって、第２実施例は第１実施例と同じスキューの効果を得ることができる。動作については第1実施例と同じであるため説明を省略する。
【００１９】
次に、第３の実施例について図６をもとに説明する。
図６は第３の実施例による可動子のティース先端部分の拡大図を表している。
第３実施例が、第１および第２実施例と異なる点は、永久磁石４ａと４ｂ、永久磁石４ｃと４ｄを一組とした場合、永久磁石組間の隙間δは無く、１個の永久磁石の幅Wmがλ／２以上となっている点である。
ティース先端に貼り付けた永久磁石の全個数をＺ個とすれば、永久磁石の幅Wmは、次式のようになる。
【００２０】
【数８】

【００２１】
ここで、角度θは永久磁石の見かけ上のスキュー角であり、０°＜θ≦180°が成り立っている。
図６によれば、Ｚ＝４、θを＋９０°としているので、永久磁石の幅Wmは次式のようになる。
【００２２】
【数９】

【００２３】
これを電気角で表すと、λは３６０°であるので、 Wmは２０２．５°となる。
第３実施例は、第１および第２実施例の構造によるWmがλ／２＝１８０°であるのに対して、従来構造の永久磁石４ａを基準とすれば、永久磁石４ｂは．２２．５°、永久磁石４ｃは４５°、永久磁石４ｄは６７．５°ずれて配置されたことになる。よって、各々の永久磁石と誘導子歯によって生じるコギング力に位相差が生じるため、スキューによる効果と同等の効果が得られ、コギング力を低減することができる。動作については第１、第２実施例と同じであるため説明を省略する。
したがって、本発明の第１、第２実施例は、電機子鉄心のティース部先端に設けた永久磁石組間に所定の隙間を設けた配置構成により、永久磁石２個を一組とする各々の永久磁石組によって発生するコギング力の位相のずれが生じるため、コギング力が低減される。その結果、スキューによる効果と同等の効果が得られ、可動子は、移動方向に向かって速度変動を起こすことはなく、一定の速度で可動子を移動させることができる。
また、第３実施例は、永久磁石組間の隙間δを無くし、１個の永久磁石の幅Wmをλ／２以上とした配置構成により、各々の永久磁石と誘導子歯によって生じるコギング力に位相差が生じるため、スキューによる効果と同等の効果が得られ、コギング力を低減することができる。
なお、上記実施例では電機子巻線と永久磁石を有する電機子鉄心を可動子としたが、電機子鉄心を固定子とし、一方、誘導子歯が設けられた方を可動子としても構わない。この構成の変更によって得られる発明の効果は、上記実施例と同様であることは言うまでもない。
また、本実施例では、ティース先端に永久磁石を貼り付ける構造のもので説明したが、ティース先端に凸凹を設け、この凹部に永久磁石を埋め込む構造のものとしても構わず、ティース先端部の形状は、適宜選択される。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、従来技術で問題となっていたコギング力を、簡単な可動子構造で低減することができる。その結果、高速移動時の振動や、一定速送り時の速度変動を低減でき、かつ、安価なリニアモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータの斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリニアモータ可動子のコアティース先端部と誘導子の部分拡大図である。
【図３】第１の実施例によるコギング力の波形を示したものである。
【図４】スキュー角度とコギング力の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例におけるティース先端の拡大図である。
【図６】本発明の第３の実施例におけるティース先端の拡大図である。
【図７】従来の３相リニア誘導子形同期モータの斜視図である。
【図８】３相リニア誘導子形同期モータのうち、可動子の永久磁石と固定子の配置を示す図であって、（ａ）は各相永久磁石の着磁パターン図、（ｂ）は（ａ）に対応した固定子の平面図である。
【図９】従来技術を示すリニアモータのコギング力の波形である。
【符号の説明】
１リニアモータ
２可動子
３電機子鉄心
３ａティース
４永久磁石
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ永久磁石
５電機子巻線
６誘導子（固定子）
６ａ誘導子歯
７テーブル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor that can be used as high-precision positioning feed in the fields of semiconductor manufacturing equipment and FA equipment, for example, and that can perform linear motion at high speed and high acceleration / deceleration to obtain high thrust.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows a conventional three-phase linear inductor synchronous motor having an armature core provided with armature windings and permanent magnets on the mover and an inductor tooth on the stator.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional three-phase linear inductor synchronous motor, and FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of permanent magnets and stators of the mover in the three-phase linear inductor synchronous motor. ) Is a magnetization pattern diagram of each phase permanent magnet, and (b) is a plan view of a stator corresponding to (a).
In FIG. 7, 11 is a linear motor, 12 is a mover of the linear motor 11, 13 is an armature core formed by laminating a number of electromagnetic steel sheets punched into an E shape, 13a is a tooth of the armature core, and 14 is each of the teeth. A thin plate-like permanent magnet provided in a row at the tip of the teeth 13a, 15 is an armature winding composed of three phases (U phase, V phase, W phase) wound around the outer periphery of the teeth portion 13a of the armature core. is there. An armature core 13 having a permanent magnet 14 and an armature winding 15 is used as a mover 12. Reference numeral 16 denotes a stator of the linear motor 11, which is supported by a base (not shown) through a fixed gap with the mover 12. Reference numeral 17 denotes an elongated magnetic body having a constant tooth width and height (yoke thickness) cross section, and constitutes an inductor tooth. Reference numeral 18 denotes a non-magnetic material, and the magnetic material 17 and the non-magnetic material 18 are alternately arranged in a sandwich and fixed to form a stator.
The mover 12 and the stator 16 are supported by a linear guide (not shown) made up of a slider and a guide rail. In this case, the slider (not shown) is placed on the mover side with a guide rail (not shown). Is attached to the stator side.
Further, in FIG. 8, the permanent magnet 14 provided on the mover 12 has the same pole pair pitch as the tooth pitch of the stator 16 (interval of the magnetic body 17), and the polarities of the N pole and the S pole parallel to the gear cutting direction Are magnetized so as to be alternately arranged, and the magnetic pole pitch of each of the three phases is given a phase difference by 1/3 pole pair pitch.
In such a linear motor, the magnetic fluxes of the permanent magnets 14 having U, V, and W poles flow through each other by the inductor teeth (17) of the stator 16. In addition, since the phase difference between the magnetic poles of each phase is 120 ° in electrical angle, when the mover 12 is moved, magnetic fluxes with a difference of 120 ° are linked to each phase winding to generate a three-phase induced voltage. Conversely, when a three-phase current is supplied to each phase, a thrust is generated as a three-phase synchronous motor, and the mover 12 moves linearly on the stator 16 in the longitudinal direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, the stator of the linear motor has a magnetic material and a non-magnetic material arranged in a sandwich shape, so there are places where magnetic flux easily passes and difficult to pass. As shown in FIG. 9, a cogging force having a large amplitude is generated. As a result, there are problems such as vibration during high-speed movement and speed fluctuation during constant-speed feeding that occur with the generation of cogging force.
As a method of reducing the cogging force of such a linear motor, measures (skew) such as providing stator stator teeth obliquely toward the moving direction of the mover or arranging the permanent magnets of the mover diagonally. However, although there is a slight reduction effect of the cogging force, there is a problem that, on the contrary, manufacturing and assembly man-hours are required, and the product cost increases.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an inexpensive linear motor that can reduce cogging force, reduce vibration during high-speed movement, and speed fluctuation during constant-speed feeding.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention according to claim 1 is directed to an armature core formed by laminating a number of E-shaped electromagnetic steel plates that pass magnetic flux, and a tooth portion along a stacking direction of the armature core. A three-phase armature winding wound around the outer periphery, a thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth portion of the armature core, and a magnetic material that is disposed opposite to the permanent magnet via a gap. An inductor having inductor teeth is provided, and the armature core and the inductor are relatively driven by using either the armature core or the inductor as a mover and the other as a stator. In the arranged linear motor, the inductor teeth are formed in a protruding shape on a flat plate and provided at equal intervals for each pitch λ, and the armature core has a thickness direction of the iron core in the inductor teeth direction. Arranged opposite the inductor so as to be orthogonal to the pitch direction of The permanent magnet is provided with two permanent magnets having different polarities at each tooth tip, and at least two permanent magnets are arranged side by side in the pitch direction of the inductor teeth. The width Wm of one permanent magnet along the tooth pitch direction has a relationship of Wm = λ / 2 with the pitch λ of the inductor teeth, and between each of the permanent magnet sets, A gap δ is provided, and a relationship of 0 <δ ≦ λ is established between the gap δ and the pitch λ of the inductor teeth.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an armature core formed by laminating a large number of E-shaped electromagnetic steel plates through which magnetic flux passes, and 3 wound around the outer periphery of the tooth portion along the stacking direction of the armature core. Phase armature winding, a thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth portion of the armature core, and an inductor having an inductor tooth made of a magnetic material and disposed opposite to the permanent magnet via a gap A linear motor that is arranged so that the armature core and the inductor travel relatively with either one of the armature core or the inductor as a mover and the other as a stator, The inductor teeth are formed in a protruding shape on a flat plate and are provided at equal intervals for each pitch λ, and the armature core has a thickness direction of the iron core orthogonal to the pitch direction of the inductor teeth. The permanent magnet is disposed opposite to the inductor. A pair of two permanent magnets having different polarities at each tooth tip, and at least two sets of permanent magnets are arranged side by side in the pitch direction of the inductor teeth, and the permanent magnets follow the pitch direction of the inductor teeth. One width Wm is such that when the total number of the permanent magnets is Z, and the apparent skew angle θ of the permanent magnets, the angle θ is in the range of 0 ° <θ ≦ 180 °.
[0005]
[Expression 2]

[0006]
It is characterized by having the relationship.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a linear motor showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a linear motor showing the first embodiment of the present invention, (a) is a side sectional view thereof, (b). These are the elements on larger scale of the core teeth front-end | tip part and inductor of a linear motor mover.
In the figure, 1 is a linear motor, 2 is a mover of the linear motor, 3 is an armature core formed by laminating a number of electromagnetic steel sheets punched into an E shape, 3a is a tooth of the

armature core

3, and 4 is a tip of the tooth 3a. Thin plate-like permanent magnets provided so that the polarities of the N poles and S poles are alternately arranged on the part, 5 are three phases (U phase, V phase, W) wound around the outer periphery of the tooth 3a part of the armature core The armature winding 7 and the table 7 are provided on the armature core 3. The armature core 3 having the permanent magnet 4 and the armature winding 5 is used as the mover 2, the inductor 6 is used as the stator, and the mover and the stator are supported by a linear guide (not shown). 3 and the inductor 6 are relatively driven in the same basic configuration as in the prior art.
The configuration in which the present invention differs from the prior art is as follows.
In the figure, the inductor 6 is a magnetic body, and is configured by forming protruding inductor teeth 6a on a flat plate at equal intervals for each pitch λ.
On the other hand, the armature core 3 as a mover is disposed on the inductor 6 so that the thickness direction of the armature core 3 is orthogonal to the pitch direction of the inductor teeth 6a. In addition, the permanent magnet 4 provided at the tip of the tooth 3a of the armature core 3 is provided by arranging two permanent magnets having different polarities as a set and arranging two sets of permanent magnets in the pitch direction of the inductor teeth. Furthermore, when the width of one permanent magnet along the pitch direction of the inductor teeth is Wm, there is a relationship of Wm = λ / 2 with the inductor tooth pitch λ. Furthermore, when two adjacent permanent magnets are used as one set, a gap δ is provided between each permanent magnet, and 0 <δ ≦ λ between the gap δ and the inductor tooth pitch λ. Have a relationship.
In the linear motor having the above relationship, when the number of permanent magnets provided between the teeth is four as shown in FIG. 2B, the pitch between the teeth 3a of the adjacent armature cores is 3 × λ + λ. / 3. That is, since λ is 360 ° in electrical angle, (3 × 360 °) + (360 ° / 3) = 1200 °, and the phase difference of each phase magnetic pole of the armature core 3 is 1200 ° − in electrical angle. 3 × 360 ° = 120 °.
Further, in the permanent magnet 4 provided at the tip of each tooth, if the permanent magnet 4a and the permanent magnet 4b, and the permanent magnet 4c and the permanent magnet 4d are each a pair of permanent magnet sets, the gap δ between each permanent magnet set is Δ = λ / 8. That is, δ is 360/8 = 45 ° in electrical angle.
Next, the results of examining the cogging force by numerical analysis using the linear motor of the present embodiment will be described.
FIG. 3 shows the cogging force waveform according to the first embodiment.
The cogging force is approximately the sum of the force generated by the permanent magnet 4a and the permanent magnet 4b and the force generated by the permanent magnet 4c and the permanent magnet 4d. However, since the cogging forces of the former and the latter have a shift of λ / 8 due to the gap δ, their addition is as shown in the figure. From this, the cogging force of the linear motor of this embodiment is reduced by about 30% in amplitude value as compared with the prior art (FIG. 9), and the effect of reducing such cogging force is skewed. It can be seen that the same effect is obtained.
Subsequently, this reason will be described using a calculation formula.
Here, it is assumed that the amplitude of the cogging force is f ₁ , the thickness of the armature core is L, the coordinate in the stacking direction is y, the coordinate x in the moving direction of the mover, and the skew angle is θ _sk . If the cogging force in the absence of skew is generated at a period twice as long as the inductor tooth pitch λ, the cogging force can be expressed by the following equation.
[0008]
[Equation 3]

[0009]
If there is a skew, it can be expressed as:
[0010]
[Expression 4]

[0011]
Moreover, when the above equation is expanded, the following equation is obtained.
[0012]
[Equation 5]

[0013]
FIG. 4 shows the relationship between the skew angle θ _sk and the cogging force amplitude value.
FIG. 4 shows the result when the cogging force amplitude value is set to 1 when the skew angle θ _sk is 0.
Next, the cogging force of the present invention will be described using a calculation formula.
According to the first embodiment, the cogging force can be expressed by an approximate addition of the expressions (1) and (1) shifted by 45 degrees in electrical angle.
[0014]
[Formula 6]

[0015]
Similarly, when the above equation is expanded, the following equation is obtained.
[0016]
[Expression 7]

[0017]
When the cogging force amplitude value when the skew angle θ _sk is 0 is 1, the amplitude value of the cogging force according to the present invention is 0.71. From FIG. 4, if the skew angle θ _sk is read when the cogging force amplitude value is 0.71, θ _sk = 80 °. Therefore, the present plan obtains an effect of skew of about 80 °. This result also appears as the amplitude ratio of the cogging force in FIGS.
Next, the operation will be described.
In a linear motor, when a mover arranged oppositely on a stator via a gap is linearly moved along the longitudinal direction of the stator, a predetermined gap is provided between the permanent magnet groups provided at the tips of the teeth of the armature core. Due to the arrangement configuration, the phase shift of the cogging force generated by each permanent magnet set including two permanent magnets is generated, and the cogging force is reduced by this phase shift. As a result, the mover moves at a constant speed without causing a speed fluctuation in the moving direction.
[0018]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows an enlarged view of the tooth tip portion of the mover according to the second embodiment.
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the number of permanent magnet sets is changed to 2 and changed to 3.
That is, the permanent magnets 4a and 4b, as well as the permanent magnets 4c and 4d, 4e and 4f, are set as one set. In this case, the pitch between the teeth of adjacent armature cores can be expressed as 4 × λ + λ / 3. Further, the gap δ between the permanent magnet sets is δ = λ / 12. In other words, δ is 360/12 = 30 ° in electrical angle, and the three permanent magnet sets are shifted by 30 ° and 60 ° with respect to one set. Therefore, the second embodiment can obtain the same skew effect as the first embodiment. Since the operation is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0019]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows an enlarged view of the tooth tip portion of the mover according to the third embodiment.
The third embodiment is different from the first and second embodiments in that when the permanent magnets 4a and 4b and the permanent magnets 4c and 4d are combined as one set, there is no gap δ between the permanent magnet sets. The magnet has a width Wm of λ / 2 or more.
If the total number of permanent magnets affixed to the teeth tips is Z, the width Wm of the permanent magnets is as follows.
[0020]
[Equation 8]

[0021]
Here, the angle θ is an apparent skew angle of the permanent magnet, and 0 ° <θ ≦ 180 ° is established.
According to FIG. 6, since Z = 4 and θ is set to + 90 °, the width Wm of the permanent magnet is expressed by the following equation.
[0022]
[Equation 9]

[0023]
Expressing this in terms of electrical angle, since λ is 360 °, Wm is 202.5 °.
In the third embodiment, Wm is λ / 2 = 180 ° according to the structure of the first and second embodiments, whereas the permanent magnet 4b is. 22.5 °, the permanent magnet 4c is 45 °, and the permanent magnet 4d is 67.5 ° shifted. Therefore, a phase difference occurs in the cogging force generated by each permanent magnet and the inductor teeth, so that an effect equivalent to the effect by the skew can be obtained and the cogging force can be reduced. Since the operation is the same as in the first and second embodiments, a description thereof will be omitted.
Therefore, in the first and second embodiments of the present invention, each of the two permanent magnets as one set is arranged by providing a predetermined gap between the permanent magnet sets provided at the tips of the teeth of the armature core. Since the phase shift of the cogging force generated by the permanent magnet assembly occurs, the cogging force is reduced. As a result, an effect equivalent to the effect by the skew is obtained, and the mover can move the mover at a constant speed without causing a speed fluctuation in the moving direction.
Further, the third embodiment eliminates the gap δ between the permanent magnet sets and has an arrangement configuration in which the width Wm of one permanent magnet is λ / 2 or more, thereby reducing the cogging force generated by each permanent magnet and the inductor teeth. Since a phase difference occurs, an effect equivalent to the effect due to skew can be obtained, and the cogging force can be reduced.
In the above embodiment, the armature core having the armature winding and the permanent magnet is used as the mover. However, the armature core may be used as the stator and the armature provided with the inductor teeth may be used as the mover. . It goes without saying that the effect of the invention obtained by this change in configuration is the same as that of the above-described embodiment.
Further, in the present embodiment, the structure is described in which a permanent magnet is attached to the tip of the tooth. Is appropriately selected.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the cogging force that has been a problem in the prior art can be reduced with a simple mover structure. As a result, vibration during high-speed movement and speed fluctuation during constant speed feeding can be reduced, and an inexpensive linear motor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a linear motor showing a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are linear motors showing a first embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a side sectional view thereof, and FIG. 2B is a partially enlarged view of a core teeth tip portion and an inductor of a linear motor movable element; is there.
FIG. 3 shows a waveform of cogging force according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a skew angle and a cogging force.
FIG. 5 is an enlarged view of a tooth tip in the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged view of a tooth tip in a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional three-phase linear inductor type synchronous motor.
8A and 8B are diagrams showing an arrangement of a permanent magnet and a stator of a mover in a three-phase linear inductor type synchronous motor, wherein FIG. 8A is a magnetization pattern diagram of each phase permanent magnet, and FIG. It is a top view of the stator corresponding to (a).
FIG. 9 is a waveform of cogging force of a linear motor showing the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear motor 2 Mover 3 Armature core 3a Teeth 4 Permanent magnet 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Permanent magnet 5 Armature winding 6 Inductor (stator)
6a Inductor teeth 7 Table

Claims

An armature core formed by laminating a large number of E-shaped electromagnetic steel plates through which magnetic flux passes, a three-phase armature winding wound around an outer periphery of a tooth portion along the stacking direction of the armature core, A thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth part of the armature core, and an inductor having an inductor tooth made of a magnetic material and disposed opposite to the permanent magnet through a gap, the armature core or the In the linear motor arranged so that the armature core and the inductor travel relatively with either one of the inductors as a mover and the other as a stator,
The inductor teeth are formed in a protruding shape on a flat plate and provided at equal intervals for each pitch λ,
The armature core is disposed opposite the inductor so that the thickness direction of the core is perpendicular to the pitch direction of the inductor teeth,
The permanent magnet is provided with two permanent magnets having different polarities at each tooth tip, and at least two permanent magnets are arranged side by side in the pitch direction of the inductor teeth.
The width Wm of one permanent magnet along the pitch direction of the inductor teeth has a relationship of Wm = λ / 2 with the pitch λ of the inductor teeth.
A gap δ is provided between each of the permanent magnet sets, and a relation of 0 <δ ≦ λ is established between the gap δ and the pitch λ of the inductor teeth. Linear motor.

An armature core formed by laminating a large number of E-shaped electromagnetic steel plates through which magnetic flux passes, a three-phase armature winding wound around an outer periphery of a tooth portion along the stacking direction of the armature core, A thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth part of the armature core, and an inductor having an inductor tooth made of a magnetic material and disposed opposite to the permanent magnet through a gap, the armature core or the In the linear motor arranged so that the armature core and the inductor travel relatively with either one of the inductors as a mover and the other as a stator,
The inductor teeth are formed in a protruding shape on a flat plate and provided at equal intervals for each pitch λ,
The armature core is disposed opposite the inductor so that the thickness direction of the core is perpendicular to the pitch direction of the inductor teeth,
The permanent magnet is provided with two permanent magnets having different polarities at each tooth tip, and at least two permanent magnets are arranged side by side in the pitch direction of the inductor teeth.
The width Wm of one permanent magnet along the pitch direction of the inductor teeth is such that the total number of the permanent magnets is Z and the apparent skew angle θ of the permanent magnet is 0 ° <θ ≦ 180. When in the range of °

A linear motor characterized by having the following relationship.