JP4534194B2 - Moving coil type linear motor and magnetic circuit assembling method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体製造装置、フラットディスプレイ製造装置、プリント基板製造装置あるいは各種検査装置等に使用されるアライメントステージの駆動機構等に好適な高精度の可動コイル型リニアモータ及びその固定子の磁気回路の組立方法に関する。 The present invention provides a high-precision moving coil linear motor suitable for an alignment stage drive mechanism used in, for example, a semiconductor manufacturing apparatus, a flat display manufacturing apparatus, a printed board manufacturing apparatus, or various inspection apparatuses, and a magnetic field of a stator thereof. The present invention relates to a circuit assembly method.
特許文献1には図10(a)(断面図)及び図10(b)((a)のA−A線矢視断面図)で示される位置決めに好適な高精度の可動コイル型リニアモータが開示されている。
図10のリニアモータにおいて、2bは磁石であり、6はベースであり、7は可動子であり、8は支持摺動部材であり、5はコイルであり、9はコイルフレームであり、10は短尺プレートである。この短尺プレート10上に2個の主磁石2a及び2個の補磁用磁石2bが載置されて磁石付短尺プレート11が構成されていると共に、磁石付短尺プレート11が可動子7の走行方向に沿って所定個数配設されている。このリニアモータの磁気回路の組立は、2個の主磁石2a及び2個の補磁用磁石2bからなる磁石列を予め短尺プレート10上に載置して磁石付短尺プレート11を構成し、次に断面形状が略コの字に形成された一体構造のベース6の内側面に磁石付短尺プレート11を配設するという方法によっている。
In the linear motor of FIG. 10, 2b is a magnet, 6 is a base, 7 is a mover, 8 is a supporting sliding member, 5 is a coil, 9 is a coil frame, 10 is It is a short plate. Two
特許文献2には図11(a)の外観図、及び図11(b)((a)のA’−A’線矢視断面図)で示される可動コイル型リニアモータの一軸ステージが開示されている。
図11において、101はリニアモータであり、101aは断面形状がコの字の分割型ヨークであり、101bは永久磁石であり、101cはコイル(可動部)であり、102はガイド部であり、103はケーブルベアである。
In FIG. 11, 101 is a linear motor, 101a is a U-shaped split yoke, 101b is a permanent magnet, 101c is a coil (movable part), 102 is a guide part,
特許文献3には図12(側面図)で示される可動コイル型リニアモータの固定子の磁気回路が開示されている。
図12において、121はマグネットヨークを表し、122は断面形状が略コの字の一体ヨークを構成する上側の対向部であり、123は断面形状が略コの字の一体ヨークを構成する下側の対向部であり、124は両者を連結する連結側部である。130及び131はマグネットであり、127及び128は対向するヨーク面であり、125aはねじ孔であり、132は空隙であり、132aは側部開口である。
In FIG. 12, 121 denotes a magnet yoke, 122 denotes an upper facing portion constituting an integral yoke having a substantially U-shaped cross section, and 123 denotes a lower side constituting an integral yoke having a substantially U-shaped cross section. 124 is a connecting side portion for connecting the two. 130 and 131 are magnets, 127 and 128 are opposing yoke surfaces, 125a is a screw hole, 132 is a gap, and 132a is a side opening.
しかしながら、特許文献1に記載の磁石付短尺プレートを用いた可動コイル型リニアモータの磁気回路の組み立て方法では、(1)断面形状が略コの字に形成された一体構造のベースを使用しており、このベース形状に加工する加工費が高価なこと、(2)断面形状が略コの字に形成されたベースの内側面に一対の磁石付短尺プレートを配設しているが狭いベースの内側空間でかつ磁石付短尺プレート同志の強力な吸引/反発力が作用する悪条件下の組立作業なので作業者の熟練と根気を要しかつ作業効率が非常に悪いという問題がある。この組立作業性の悪さは近年のリニアモータの大推力化に伴う磁気空隙の磁束密度の増大化と共に益々深刻化する問題になりつつある。
特許文献2に記載の可動コイル型リニアモータでは断面形状がコの字のヨーク101aが3分割のヨーク板からなるヨーク組立体の構成なので、一体構造の断面コの字ヨークを加工して形成する場合に比べて加工費は安価になる。しかし、このリニアモータの磁気回路の組立は、3分割のヨーク板から断面形状がコの字のヨーク組立体101aを組立た後に、ヨーク組立体101aの対向する内側面に空隙を介して一対の永久磁石101b,101bを接着するという作業になる。この接着作業は特許文献1の磁気回路の組立作業と同様に高価でかつ作業性が悪いものであり、改善が求められていた。
特許文献3に記載の可動コイル型リニアモータでは断面形状が略コの字の一体ヨークを固定子に用いているが、特許文献1の場合と同様に一体ヨークの加工費が高価であり、かつ特許文献1、2と同様に永久磁石を一体ヨーク上に接着する作業は作業性が悪いものである。
However, in the method for assembling a magnetic circuit of a moving coil linear motor using a magnet-attached short plate described in
In the moving coil type linear motor described in
In the moving coil type linear motor described in
従って本発明が解決しようとする課題は、組立作業性が良好でかつヨーク(ベース)の加工費が安価になり、更には推力リップルを低減した高性能の可動コイル型リニアモータ及びその固定子の磁気回路の組立方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a high-performance movable coil linear motor and its stator that have good assembly workability, reduce the processing cost of the yoke (base), and reduce thrust ripple. A method for assembling a magnetic circuit is provided.
上記課題を解決した本発明の可動コイル型リニアモータは、ヨークと永久磁石とで構成されると共に断面形状が略コの字に形成された磁気回路を有する固定子と、前記磁気回路に沿って形成された磁気空隙と、多相コイルを具備すると共に前記磁気空隙を走行自在に構成された可動子とを備えた可動コイル型リニアモータであって、前記磁気回路は永久磁石とセンターヨークとセンターヨークを挟み込んで当接する複数のサイドヨークとから構成されており、前記サイドヨークの少なくとも1つは可動子の走行方向に沿って複数に分割され、かつ可動子の走行路に面して前記サイドヨーク上に永久磁石が載置されていることを特徴とする。 The moving coil type linear motor of the present invention that has solved the above problems includes a stator including a yoke and a permanent magnet and a magnetic circuit having a substantially U-shaped cross section, and the magnetic circuit. A movable coil type linear motor comprising a magnetic gap formed and a mover configured to run in the magnetic gap while having a multiphase coil, the magnetic circuit comprising a permanent magnet, a center yoke, and a center A plurality of side yokes sandwiching and abutting the yoke, and at least one of the side yokes is divided into a plurality along the travel direction of the mover and faces the travel path of the mover. A permanent magnet is placed on the yoke.
本発明のリニアモータにおいて、サイドヨークは、センターヨークを挟み込んで当接する第1サイドヨーク及び第2サイドヨークと、第1サイドヨークと当接しかつ第2サイドヨークと空隙を介して対向する第3サイドヨークとからなり、第2サイドヨーク上に配設された複数の永久磁石からなる第1永久磁石列と第3サイドヨーク上に配設された複数の永久磁石からなる第2永久磁石列とで空隙を介して対向する一対の永久磁石列が形成されている場合に、組立性がよくかつ大推力になるので実用性が高い。 In the linear motor of the present invention, the side yoke includes a first side yoke and a second side yoke that are in contact with and sandwiching the center yoke, and a third side that is in contact with the first side yoke and is opposed to the second side yoke through a gap. A first permanent magnet row comprising a plurality of permanent magnets disposed on the second side yoke and a second permanent magnet row comprising a plurality of permanent magnets disposed on the third side yoke. In the case where a pair of permanent magnet arrays facing each other through a gap is formed, the assemblability is good and the thrust becomes large, so that the practicality is high.
本発明のリニアモータにおいて、サイドヨークとセンターヨークとが当接する位置の近傍におけるセンターヨーク側またはサイドヨーク側が面取りされている場合に、ヨークの厚みを過度に大きくすることなく断面形状が略コの字のヨーク組立体の撓み量を小さく抑えられ、推力リップルを低減できるので実用性に富む。 In the linear motor of the present invention, when the center yoke side or the side yoke side in the vicinity of the position where the side yoke and the center yoke abut are chamfered, the cross-sectional shape is substantially the same without excessively increasing the thickness of the yoke. Since the bending amount of the Y-shaped yoke assembly can be kept small and the thrust ripple can be reduced, it is highly practical.
本発明のリニアモータにおいて、対向する一対の永久磁石列が磁気空隙を介して上下の位置関係にある状態で使用される場合の実用性が高い。 The linear motor of the present invention is highly practical when used in a state where a pair of opposing permanent magnet rows are in a vertical positional relationship via a magnetic gap.
本発明の可動コイル型リニアモータの固定子の磁気回路の組立方法は、センターヨークと、センターヨークを挟み込んで当接する第1サイドヨーク及び第2サイドヨークと、第1サイドヨークと当接しかつ第2サイドヨークと空隙を介して対向する第3サイドヨークとからなる断面形状が略コの字に形成されたヨーク組立体を有し、前記ヨーク組立体における対向する第2サイドヨーク及び第3サイドヨーク上には一対の永久磁石列が空隙を介して対向して配設されており、第2サイドヨーク及び/または第3サイドヨークは前記永久磁石列の配設方向に沿って複数に分割された第2サイドヨーク片及び/または第3サイドヨーク片を有する可動コイル型リニアモータの固定子の磁気回路の組立方法であって、センターヨークと第1サイドヨークとを固定して断面形状が略L字のヨーク組立体を形成すると共に、複数の永久磁石を載置した磁石付き第2サイドヨーク片及び複数の永久磁石を載置した磁石付き第3サイドヨーク片とを空隙を介して対向した状態にせしめ、次に前記略L字のヨーク組立体の第1サイドヨーク上に前記対向状態の磁石付き第3サイドヨーク片を当接して固定すると共に、前記略L字のヨーク組立体のセンターヨークと前記対向状態の磁石付き第2サイドヨーク片とを当接して固定することにより断面形状が略コの字の磁気回路を形成することを特徴とする。
本発明の組立方法によれば、一体構造物のセンターヨークと第1サイドヨークの持つ剛性により組立後の磁気回路の剛性が保持され、かつ断面形状が略コの字のベースの内側空間での組立作業負荷を大幅に軽減できるので組立作業を容易かつ高精度で行え、また加工費を低減することができる。
A method of assembling a magnetic circuit of a stator of a moving coil linear motor according to the present invention includes a center yoke, a first side yoke and a second side yoke that are in contact with the center yoke and are in contact with the first side yoke. A yoke assembly having a substantially U-shaped cross section including a two-side yoke and a third side yoke facing each other through a gap, the second side yoke and the third side facing each other in the yoke assembly; A pair of permanent magnet rows are arranged on the yoke so as to face each other through a gap, and the second side yoke and / or the third side yoke are divided into a plurality along the arrangement direction of the permanent magnet rows. A method of assembling a magnetic circuit of a stator of a movable coil linear motor having a second side yoke piece and / or a third side yoke piece, the center yoke and the first side yoke And a second side yoke piece with magnet on which a plurality of permanent magnets are placed and a third side with magnet on which a plurality of permanent magnets are placed. The yoke piece is brought into a state of being opposed to each other through a gap, and then the third side yoke piece with the magnet in the opposed state is brought into contact with and fixed on the first side yoke of the substantially L-shaped yoke assembly, A magnetic circuit having a substantially U-shaped cross-section is formed by abutting and fixing a center yoke of the substantially L-shaped yoke assembly and the second side yoke piece with magnets in an opposed state. .
According to the assembling method of the present invention, the rigidity of the magnetic circuit after assembling is maintained by the rigidity of the center yoke and the first side yoke of the integral structure, and the cross-sectional shape of the inner space of the base is substantially U-shaped. Since the assembly work load can be greatly reduced, the assembly work can be performed easily and with high accuracy, and the processing cost can be reduced.
本発明の可動コイル型リニアモータの固定子の磁気回路の組立方法において、センターヨークと第1サイドヨークとを固定して断面形状が略L字のヨーク組立体を形成する作業と、複数の永久磁石を載置した磁石付き第2サイドヨーク片及び複数の永久磁石を載置した磁石付き第3サイドヨーク片とを空隙を介して対向した状態にせしめる作業とは、どちらの作業を先に行ってもよい。なお、磁石付き第2サイドヨーク片と磁石付き第3サイドヨーク片とを空隙を介して対向した状態にせしめる手段は特に限定されないが、例えば両者間に非磁性のスペーサ(例えば樹脂製等)を挟んだ状態で両者間に作用する磁気吸引力により両者を接合する方法が挙げられる。
また、本発明の可動コイル型リニアモータの固定子の磁気回路の組立方法において、前記略L字のヨーク組立体の第1サイドヨーク上に前記対向状態の磁石付き第3サイドヨーク片を当接して固定する作業と、前記略L字のヨーク組立体のセンターヨークと前記対向状態の磁石付き第2サイドヨーク片とを当接して固定する作業とは、どちらの作業を先に行ってもよい。
In the method of assembling the magnetic circuit of the stator of the moving coil linear motor of the present invention, an operation of fixing the center yoke and the first side yoke to form a yoke assembly having a substantially L-shaped cross section, and a plurality of permanent The work of making the second side yoke piece with magnets on which the magnet is placed and the third side yoke piece with magnets on which the plurality of permanent magnets are placed facing each other through the gap is performed first. May be. The means for causing the second side yoke piece with magnet and the third side yoke piece with magnet to face each other through a gap is not particularly limited. For example, a nonmagnetic spacer (for example, made of resin) is provided between the two. The method of joining both by the magnetic attraction force which acts between both in the state pinched | interposed is mentioned.
In the method of assembling the magnetic circuit of the stator of the moving coil type linear motor of the present invention, the third side yoke piece with the magnet in contact is brought into contact with the first side yoke of the substantially L-shaped yoke assembly. The work of fixing the center yoke of the substantially L-shaped yoke assembly and the work of fixing the second side yoke piece with magnets facing each other may be performed first. .
本発明によれば、組立作業性が良好でかつヨーク(ベース)の加工費が安価になり、更には推力リップルを低減した高性能の可動コイル型リニアモータ及びその固定子の組立方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a high-performance moving-coil linear motor that has good assembling workability, a low yoke (base) processing cost, and reduced thrust ripple, and a method for assembling the stator thereof. be able to.
以下、本発明の可動コイル型リニアモータ及びその固定子の組立方法について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a moving coil linear motor and a method of assembling a stator thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の可動コイル型リニアモータに係わる一実施形態を示す、可動子の走行方向に対して垂直な断面図である。図2は図1の磁気回路部分のB−B線矢視断面図である。
図1、2の可動コイル型リニアモータ40において、42は紙面に対して垂直方向に延設する一体構造体でかつ強磁性のセンターヨーク(例えばSS400製等)である。センターヨーク42の両端上部には面取り部42a,42aが設けてある。面取り部42aを設けたことにより対向するサイドヨーク43,45と44との間に作用する磁気吸引/反発力により発生する撓み量を低減することができ、もって可動コイル型リニアモータ40の推力リップルを低減することができる。43は強磁性の第1サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する一体構造体である。44は強磁性の第2サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する複数の第2サイドヨーク片44a,44b・・・(例えば10分割片等)からなる。52は第2サイドヨーク片の境界である。45は強磁性の第3サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する複数の第3サイドヨーク片45a,45b・・・(例えば10分割片等)からなる。53は第3サイドヨーク片の境界である。センターヨーク42の左端の平面部42bと第2サイドヨークの段差部44eとが当接された状態でねじ(図示省略)により締結されている。センターヨーク42の右端の平面部42bと第1サイドヨークの段差部43cとが当接された状態でねじ(図示省略)により締結されている。第1サイドヨークの段差部43dに第3サイドヨーク片45a,45b・・・が当接した状態でねじ(図示省略)で締結され、その上に永久磁石41が接着されている。第2サイドヨーク片の段差部44dには永久磁石41が接着されている。一対の永久磁石41,41は図2に示すように一対の対向する永久磁石列(第1永久磁石列410及び第2永久磁石列411)からなる。第1永久磁石列410は左端側から、横方向に配向した補助磁石41bと縦方向に配向した主磁石41aとを交互に配置してある。即ち、主磁石41aと補助磁石41bとを交互に配置しかつ磁気空隙51側に主磁石41aの磁極が順次交互に異極が表れるように配置すると共に、磁気空隙51側に表れている主磁石41aの磁極と同極の補助磁石41bの磁極同志を対向させて主磁石41aを挟み込んで配置してある。第2永久磁石列411の永久磁石の配置も同様であり、磁気空隙51を介して対向する一対の主磁石41a,41aの磁極は異極同志という所謂ハルバッハ型磁気回路を形成している。センターヨーク42とサイドヨーク43,44,45により断面形状が略コの字のヨーク組立体54が形成されている。このヨーク組立体54と永久磁石41により断面形状が略コの字の固定子の磁気回路50が構成されている。
46は多相コイル(例えば3相コイル等)である。49はコイルフレームであり、可動子を構成するテーブル47に接続されている。可動子47は固定子50の上部に設けられた支持摺動部材(例えばリニアモータガイド等)48,48を介して紙面に対して垂直方向に走行自在になっている、
FIG. 1 is a cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of a mover showing an embodiment of the moving coil linear motor of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetic circuit portion of FIG.
In the moving coil type linear motor 40 shown in FIGS. 1 and 2, reference numeral 42 denotes an integral structure extending in a direction perpendicular to the paper surface and a ferromagnetic center yoke (for example, made of SS400). Chamfered portions 42 a and 42 a are provided at both upper ends of the center yoke 42. By providing the chamfered portion 42 a, it is possible to reduce the amount of bending caused by the magnetic attraction / repulsion force acting between the opposing side yokes 43, 45, 44, and hence the thrust ripple of the movable coil linear motor 40. Can be reduced. Reference numeral 43 denotes a ferromagnetic first side yoke (for example, made of SS400), which is an integral structure extending in a direction perpendicular to the paper surface. Reference numeral 44 denotes a ferromagnetic second side yoke (for example, made of SS400), which includes a plurality of second side yoke pieces 44a, 44b (for example, 10 divided pieces) extending in a direction perpendicular to the paper surface. Reference numeral 52 denotes a boundary of the second side yoke piece. Reference numeral 45 denotes a ferromagnetic third side yoke (for example, made of SS400), which includes a plurality of third side yoke pieces 45a, 45b (for example, 10 divided pieces) extending in a direction perpendicular to the paper surface. 53 is a boundary of the third side yoke piece. The flat portion 42b at the left end of the center yoke 42 and the stepped portion 44e of the second side yoke are in contact with each other and are fastened by screws (not shown). Fastened with screws (not shown) in a state where the flat portion 42b at the right end of the center yoke 42 and the stepped portion 43c of the first side yoke are in contact with each other. The third side yoke pieces 45a, 45b,... Are in contact with the stepped portion 43d of the first side yoke and are fastened with screws (not shown), and the
Reference numeral 46 denotes a multiphase coil (for example, a three-phase coil).
図1、2に示す固定子の磁気回路50の組立方法について以下に説明する。
まず、センターヨーク42の右端部平面42bと第1サイドヨークの段差部43cとを当接した状態で螺着して断面形状が略L字のヨーク組立体を形成する。次に、複数の永久磁石41を第3サイドヨーク片45a,45b・・・上に接着し、所定個数の磁石付き第3サイドヨーク片を形成する。並行して複数の永久磁石41を第2サイドヨーク片44a,44b・・・上に接着し、所定個数の磁石付き第2サイドヨーク片を形成する。
次に、所定厚みの非磁性スペーサ(図示省略)を挟んで磁石付き第2サイドヨーク片1片と第3サイドヨーク片1片とを両者間に作用する磁気吸引力により接合する。この一対の接合体は可動コイル型リニアモータ40の可動子47の走行ストロークに見合う個数が準備される。
前記非磁性スペーサ(図示省略)を挟んで第2サイドヨーク片1片と接合された状態の磁石付き第3サイドヨーク片1片を前記略L字のヨーク組立体の第1サイドヨークの段差部43dに当接した状態で螺着する。並行して前記略L字のヨーク組立体のセンターヨーク42の左端部平面42bと前記接合状態の片側の磁石付き第2サイドヨーク片1片の段差部44eとを当接した状態で螺着する。こうして一対の磁石付きサイドヨーク片が前記略L字のヨーク組立体に組み込まれる。この要領で最終的に可動コイル型リニアモータ40の走行ストロークに見合う複数対の接合状態の磁石付き第2サイドヨーク片及び第3サイドヨーク片が順次前記略L字のヨーク組立体のセンターヨーク42及び第1サイドヨーク43に組み付けられて断面形状が略コの字の磁気回路が形成される。
前記組立方法において、前記非磁性スペーサ(図示省略)を挟んで第2サイドヨーク片1片と接合された状態の磁石付き第3サイドヨーク片1片を前記略L字のヨーク組立体の第1サイドヨークの段差部43dに当接した状態で螺着する作業と、前記略L字のヨーク組立体のセンターヨーク42の左端部平面42bと前記接合状態の片側の磁石付き第2サイドヨーク片1片の段差部44eとを当接した状態で螺着する作業とはどちらが先でも良い。
また前記組立方法の変形例として、所定厚みの非磁性スペーサ(図示省略)を挟んで磁気吸引力により接合する磁石付き第2サイドヨーク片及び第3サイドヨーク片の個数は2片以上であっても良い。
A method of assembling the stator
First, the right end flat surface 42b of the center yoke 42 and the stepped portion 43c of the first side yoke are screwed together to form a yoke assembly having a substantially L-shaped cross section. Next, a plurality of
Next, one piece of the second side yoke piece with magnet and one piece of the third side yoke piece are joined together by a magnetic attraction force acting between them with a non-magnetic spacer (not shown) having a predetermined thickness interposed therebetween. This pair of joined bodies is prepared in a number corresponding to the travel stroke of the mover 47 of the moving coil linear motor 40.
A stepped portion of the first side yoke of the substantially L-shaped yoke assembly is formed by connecting the third side yoke piece with a magnet in a state of being joined to the second side yoke piece by sandwiching the nonmagnetic spacer (not shown). Screwed in contact with 43d. In parallel, the left end flat surface 42b of the center yoke 42 of the substantially L-shaped yoke assembly and the stepped portion 44e of the second side yoke piece with magnet on one side in the joined state are screwed together. . In this way, the pair of magnet-attached side yoke pieces are incorporated into the substantially L-shaped yoke assembly. In this manner, a plurality of pairs of magnetized second side yoke pieces and third side yoke pieces, which are finally matched to the travel stroke of the moving coil linear motor 40, are sequentially provided in the center yoke 42 of the substantially L-shaped yoke assembly. In addition, a magnetic circuit having a substantially U-shaped cross section is formed by being assembled to the first side yoke 43.
In the assembling method, the third side yoke piece with magnet in a state of being joined to the second side yoke piece with the nonmagnetic spacer (not shown) interposed between the first side of the substantially L-shaped yoke assembly. The work of screwing in a state of being in contact with the stepped portion 43d of the side yoke, and the second
As a modification of the assembling method, the number of the second side yoke pieces with magnets and the third side yoke pieces to be joined by a magnetic attraction force with a non-magnetic spacer (not shown) having a predetermined thickness interposed therebetween is two or more. Also good.
図3は本発明の可動コイル型リニアモータに係わる他の実施態様を示す、可動子の走行方向に対して垂直な断面図である。図4は図3の磁気回路部分のC−C線矢視断面図の一例である。
図3、4の可動コイル型リニアモータ60において、62は紙面に対して垂直方向に延設する一体構造体でかつ強磁性のセンターヨーク(例えばSS400製等)である。センターヨーク62の両端上部には面取り部62a,62aが設けてあり、対向するサイドヨーク63,65と64との間に作用する磁気吸引/反発力により発生する撓み量を低減することができ、もって可動コイル型リニアモータ60の推力リップルを低減することができる。63は強磁性の第1サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する一体構造体である。第1サイドヨークの外側面63aがベース70への取付面(基準面)になっている。64は強磁性の第2サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する複数の第2サイドヨーク片64a,64b・・・(例えば20分割片等)からなる。72は第2サイドヨーク片の境界である。65は強磁性の第3サイドヨーク(例えばSS400製等)であり紙面に対して垂直方向に延設する複数の第3サイドヨーク片65a,65b・・・(例えば20分割片等)からなる。73は第3サイドヨーク片の境界である。センターヨーク62の左端の平面部62bと第2サイドヨークの段差部64eとが当接された状態でねじ(図示省略)により締結されている。センターヨーク62の右端の平面部62bと第1サイドヨークの段差部63cとが当接された状態でねじ(図示省略)により締結されている。第1サイドヨークの段差部63dに第3サイドヨーク片65a,66b・・・が当接した状態でねじ(図示省略)で締結され、その上に永久磁石61が接着されている。第2サイドヨーク片64a,64b・・・の段差部64dには永久磁石61が接着されている。一対の永久磁石61,61は図4に示すように一対の対向する永久磁石列(第1永久磁石列610及び第2永久磁石列611)からなる。第1永久磁石列610は左端側から、横方向に配向した補助磁石61bと縦方向に配向した主磁石61aとを交互に配置してあり、磁気空隙71側に主磁石61aの磁極が順次交互に異極が表れるように配置すると共に、磁気空隙71側に表れている主磁石61aの磁極と同極の補助磁石61bの磁極同志を対向させて主磁石61aを挟み込んで配置してある。第2永久磁石列611の永久磁石の配置も同様であり、磁気空隙71を介して対向する一対の主磁石61a,61aの磁極は異極同志というハルバッハ型磁気回路を形成している。センターヨーク62とサイドヨーク63,64,65により断面形状が略コの字のヨーク組立体77が形成されている。このヨーク組立体77と永久磁石61により断面形状が略コの字の磁気回路78が構成されている。
66は多相コイル(例えば3相コイル)であり、69はコイルフレームであり可動子67に接続されている。可動子67は固定子75の上部に設けられた支持摺動部材(例えばリニアモータガイド等)68,68を介して紙面に対して垂直方向に走行自在になっている、
磁気回路78の組立方法は図1のリニアモータ40の場合と同様であり、この磁気回路78を備えたリニアモータ60は対向する一対の永久磁石列610,611が磁気空隙71を介して上下の位置関係にある状態で使用される用途に好適である。
FIG. 3 is a cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of the mover, showing another embodiment relating to the moving coil linear motor of the present invention. FIG. 4 is an example of a cross-sectional view taken along the line CC of the magnetic circuit portion of FIG.
In the moving coil
Reference numeral 66 denotes a multiphase coil (for example, a three-phase coil), and reference numeral 69 denotes a coil frame, which is connected to the mover 67. The mover 67 is movable in a direction perpendicular to the paper surface via supporting sliding members (for example, linear motor guides) 68 and 68 provided on the upper portion of the stator 75.
The assembly method of the
図5は図3のリニアモータ60の磁気回路部分のC−C線矢視断面図の他の例である。
図5では、図3の一対の永久磁石61,61が一対の永久磁石列(第1永久磁石列620及び第2永久磁石列621)からなる。第1、2永久磁石列620、621はどちらも左端側から、縦方向に配向した主磁石61a’を順次配置して磁気空隙71’側に交互に異極が表れるようになっていると共に、磁気空隙71’を介して対向する一対の主磁石61a’,61a’の磁極は異極同志という磁気回路の構成である。
FIG. 5 is another example of a cross-sectional view taken along the line CC of the magnetic circuit portion of the
In FIG. 5, the pair of
本発明のリニアモータの磁気回路において、センターヨークあるいはサイドヨークに設けた面取り部の形状は平面に限定されず凸面あるいは凹面でも良いが、面取り幅wが2〜20mmになるようにするのが好ましく、5〜15mmにするのが更に好ましい。面取り部を設けると、磁気吸引/反発力の特に強いハルバッハ型磁気回路における組立作業の効率向上や断面形状が略コの字のヨーク組立体の撓み抑制に非常に有効である。面取り部の幅寸法wが前記範囲未満では撓み抑制の効果を得られず、前記範囲を超えると磁気回路の大型化を招来するので実用性が低下する。
面取り部の面取り角度は30〜60度にするのが望ましい。面取り角度が前記範囲を外れると撓み抑制の効果が低下する傾向にある。
In the magnetic circuit of the linear motor of the present invention, the shape of the chamfered portion provided in the center yoke or the side yoke is not limited to a flat surface, but may be a convex surface or a concave surface, but it is preferable that the chamfer width w is 2 to 20 mm. 5 to 15 mm is more preferable. Providing the chamfered portion is very effective for improving the efficiency of assembly work in the Halbach magnetic circuit with particularly strong magnetic attraction / repulsion force and for suppressing the bending of the yoke assembly having a substantially U-shaped cross section. If the width dimension w of the chamfered portion is less than the above range, the effect of suppressing the bending cannot be obtained, and if it exceeds the above range, the magnetic circuit is increased in size and the practicality is lowered.
The chamfer angle of the chamfered portion is preferably 30 to 60 degrees. When the chamfering angle is out of the above range, the effect of suppressing the bending tends to decrease.
本発明のリニアモータの磁気回路において、第2、第3サイドヨーク片上に載置する永久磁石の個数は特に限定されないが、組立時の磁気吸引/反発力を考慮して第2及び第3サイドヨーク片1片あたりそれぞれ2〜30個とするのが好ましく、4〜15個とするのがより好ましい。第2、第3サイドヨーク片1片あたりの配置個数が2個以下では実用性が無く、30個超では組立時の磁気吸引/反発力が増大して組立作業が困難になる。
第2、第3サイドヨーク片の個数は可動子のストローク、永久磁石やヨークの寸法等に依存するので特に限定されないが、1磁気回路あたり5〜50片とするのが実用的であり、10〜30片とするのがより実用性に富む。この範囲を外れると組立の効率や精度の低下を招く。
In the magnetic circuit of the linear motor of the present invention, the number of permanent magnets placed on the second and third side yoke pieces is not particularly limited, but the second and third side magnets are considered in consideration of magnetic attraction / repulsive force during assembly. Each of the yoke pieces is preferably 2 to 30 pieces, more preferably 4 to 15 pieces. If the number of arrangements per piece of the second and third side yoke pieces is two or less, there is no practicality, and if it exceeds 30, the magnetic attraction / repulsive force at the time of assembling increases and the assembling work becomes difficult.
The number of the second and third side yoke pieces depends on the stroke of the mover, the dimensions of the permanent magnet and the yoke, and is not particularly limited, but it is practical to use 5 to 50 pieces per magnetic circuit. It is more practical to use ~ 30 pieces. Outside this range, assembly efficiency and accuracy are reduced.
図6は本発明の可動コイル型リニアモータに係わる更に他の実施態様を示す、可動子の走行方向に対して垂直な断面図である。
図6の可動コイル型リニアモータ80は、センターヨーク82として面取り部を有しない平板状の強磁性ヨーク(一体構造体、例えばSS400製等)を用いた以外は、図3の可動コイル型リニアモータ60と同一構成であり、組立方法も同様なので説明を省略する。
FIG. 6 is a cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of the mover, showing still another embodiment relating to the moving coil linear motor of the present invention.
The moving coil
図7は本発明の可動コイル型リニアモータの磁気回路に係わる更に他の実施態様を示す、可動コイル型リニアモータの走行方向に対して垂直な断面図である。
図7の磁気回路278において、262は紙面に対して垂直方向に延設する板状の強磁性センターヨーク(一体構造体、例えばSS400製等)である。263は紙面に対して垂直方向に延設する第1サイドヨーク(一体構造体、例えばSS400製等)であり、センターヨーク262と当接して締結された側には面取り部263aが設けてある。264は紙面に対して垂直方向に延設する複数片からなる第2サイドヨーク264(例えばSS400製、15分割片等)であり、センターヨーク262と当接して締結された側には面取り部264aが設けてある。第2センターヨークの段差部264dに永久磁石261が載置されている。第1サイドヨークの段差部263dには永久磁石261を載置した第3サイドヨーク265が固定されている。第3サイドヨーク265は紙面に対して垂直方向に延設する複数片からなる(例えばSS400製、15分割片等)。一対の永久磁石261,261が磁気空隙271を介して対向している。263bはベース等(図示省略)への取付面である。
磁気回路278ではセンターヨークではなくサイドヨークに面取り部263a,264aを設けた点で図3の磁気回路78と異なるが、他の構成は同様である。このため、磁気回路278の組立方法は図3の磁気回路78の組立方法と同様である、
磁気回路278ではサイドヨークに面取り部263a,264aを設けたことにより、可動コイル型リニアモータに組み込んだときに磁気吸引力により磁気回路278の磁気空隙271に面する開口側に発生する撓み量を低減できるので推力リップルを低減でき、もって高精度の可動コイル型リニアモータを構成することができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view perpendicular to the traveling direction of the moving coil linear motor, showing still another embodiment relating to the magnetic circuit of the moving coil linear motor of the present invention.
In the
The
In the
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、それら実施例により本発明が限定されるものではない。
(実施例1)
図8(a)、(b)に示す形状の、主磁石61a(厚みTmが22.5mm,長さLm1が27mm,高さHmが88mmの日立金属(株)製NdFeB系異方性焼結磁石、商品名:HS55AH)、補助磁石61b(厚みTmが22.5mm,長さLm2が27mm,高さHmが88mmのNdFeB系異方性焼結磁石、商品名:HS55AH)、センターヨーク62(SS400製、厚みTcが26mm、面取り部62aの幅wは5mmでC5に面取りされている)、第1サイドヨーク63(SS400製、厚みTs1が11.8mm)、第2サイドヨーク片64(SS400製、厚みTs2が21.8mm、ストローク方向に20分割されている)、及び第3サイドヨーク片65(SS400製、厚みTs3が10mm、ストローク方向に20分割されている)を使用し、図3の可動コイル型リニアモータ60用の磁気回路78を組立し、もってリニアモータ60を構成した。
このリニアモータ60に組み込んだ磁気回路78の開口側端点Q及びSの撓み量δ1、δ2を測定した結果、実用上支障の無いレベルになっているのがわかった。撓み量δ1は、図8(a)に示すように、第2サイドヨーク64の締結側端面64bからその外側面64jに沿って接線Eを引き、更に開口側端面64tから接線Fを引いたとき、両者が交差する位置Pと開口側端点Qとの間隔を測定して撓み量δ1とした。撓み量δ2は、第1サイドヨーク63の締結側端面63bから取付面63aに沿って接線Gを引き、更に開口側端面63tから接線Hを引いたとき、両者が交差する位置Rと開口側端点Sとの間隔を測定して撓み量δ2とした。
このリニアモータ60の安定走行状態(ストローク3000mm)における推力−ストローク特性の代表的な測定例を図9に示す。図9では、縦軸に可動子の推力値をとり、横軸に任意位置を原点とした場合の可動子の走行ストローク値をとっている。図9より、推力リップルが4%に抑えられており、従来の可動コイル型リニアモータと同等以上の高精度になっているのがわかった。推力リップルは(安定走行状態での最大推力値−安定走行状態での最小推力値)÷(安定走行状態での推力平均値)×100(%)で定義し、求めた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited by these Examples.
Example 1
The main magnet 61a (NdFeB based anisotropic sintering made by Hitachi Metals, Ltd. having a thickness Tm of 22.5 mm, a length Lm1 of 27 mm, and a height Hm of 88 mm, having the shape shown in FIGS. Magnet, product name: HS55AH), auxiliary magnet 61b (NdFeB anisotropic sintered magnet having a thickness Tm of 22.5 mm, a length Lm2 of 27 mm, and a height Hm of 88 mm, product name: HS55AH), center yoke 62 ( Made of SS400, thickness Tc is 26 mm, chamfered portion 62a has a width w of 5 mm and is chamfered to C5), first side yoke 63 (made of SS400, thickness Ts1 is 11.8 mm), second side yoke piece 64 (SS400 Made, thickness Ts2 is 21.8 mm, divided into 20 in the stroke direction), and third side yoke piece 65 (made from SS400, thickness Ts3 is 10 mm, stroke direction Using the 20 divided are), the assembled
As a result of measuring the deflection amounts δ1 and δ2 of the opening-side end points Q and S of the
FIG. 9 shows a typical measurement example of thrust-stroke characteristics in the stable running state (stroke 3000 mm) of the
(実施例2)
図6の可動コイル型リニアモータ80の磁気回路98のセンターヨーク82としてSS400製、厚みTc’が26mmのものを用いた。これ以外の他の構成部品は全て実施例1と同じ部品を使用し、磁気回路98を組立し、もって図6のリニアモータ80を構成した。このリニアモータ60の磁気回路98の撓み量(δ1+δ2)を実施例1と同様にして測定した結果、実施例1に比べて約2倍の撓み量(δ1+δ2)になっており推力リップルは約8%に増大したが、実用上支障は無かった。
(Example 2)
As the center yoke 82 of the
(比較例)
図3の磁気回路78を構成する4分割のヨークからなるヨーク組立体77と同一形状寸法に加工した、断面形状が略コの字の一体構造体ヨークを準備した。この一体構造体ヨークを図3のヨーク組立体77に替えて組み込んだ以外は実施例1と同様にして可動コイル型リニアモータを構成した。このリニアモータの推力リップルは実施例1の場合とほぼ同等になっていた。
(Comparative example)
An integral structure yoke having a substantially U-shaped cross-section, which was processed into the same shape and dimensions as the yoke assembly 77 consisting of four divided yokes constituting the
本発明のリニアモータの磁気回路では、磁気空隙の磁束密度分布を高めかつ正弦波に近づけると共に、撓み量δ1,δ2を抑制するために、永久磁石の厚み(Tm)とセンターヨークの厚み(Tc)とサイドヨークの厚み(Ts:第2サイドヨークの厚みTs2または第1、第3サイドヨークの厚みの合計(Ts1+Ts3)とする)とを、実用上支障が無い範囲のTc≧Tm≧Tsとするのが好ましく、Tc>Tm>Tsとするのが更に好ましい。
また本発明のリニアモータ用磁気回路では、磁気空隙の磁束密度分布を高めかつ正弦波に近づけると共に、撓み量δ1,δ2を抑制するために、ヨークの厚みに関して、Ts2=0.7(Ts1+Ts3)〜1.3(Ts1+Ts3)とするのが好ましく、Ts2=0.8(Ts1+Ts3)〜1.2(Ts1+Ts3)とするのが更に好ましい。
なお、Ts1、Ts3の厚みの比率は組立作業の効率、精度を考慮して適宜設定すれば良い。
In the magnetic circuit of the linear motor of the present invention, the permanent magnet thickness (Tm) and the center yoke thickness (Tc) are used to increase the magnetic flux density distribution of the magnetic gap and bring it closer to a sine wave and to suppress the deflection amounts δ1 and δ2. ) And the thickness of the side yoke (Ts: the thickness of the second side yoke Ts2 or the sum of the thicknesses of the first and third side yokes (Ts1 + Ts3)), Tc ≧ Tm ≧ Ts in a range where there is no practical problem. It is preferable that Tc>Tm> Ts.
Further, in the magnetic circuit for a linear motor of the present invention, in order to increase the magnetic flux density distribution of the magnetic gap and bring it closer to a sine wave, and to suppress the deflection amounts δ1 and δ2, regarding the yoke thickness, Ts2 = 0.7 (Ts1 + Ts3) To 1.3 (Ts1 + Ts3) is preferable, and Ts2 = 0.8 (Ts1 + Ts3) to 1.2 (Ts1 + Ts3) is more preferable.
Note that the ratio of the thicknesses of Ts1 and Ts3 may be set as appropriate in consideration of the efficiency and accuracy of assembly work.
上記実施の形態及び実施例では、本発明のリニアモータの磁気回路を構成するセンターヨーク及び第1サイドヨークが一体構造体の場合を記載したが、磁気回路の剛性の厳しくない用途ではセンターヨークまたは第1サイドヨークを複数片から構成しても良く、センターヨーク及び第1サイドヨークを複数片から構成しても良い。
また上記実施の形態及び実施例では3相コイルの場合を記載したが、2相あるいは4相以上の多相コイルの場合も本発明の可動コイル型リニアモータを構成するのに何ら支障は無い。
また上記実施の形態及び実施例ではNdFeB系のブロック状永久磁石を使用したが、特に限定されず、適宜の材質、形状品を用いることができる。
In the above-described embodiments and examples, the case where the center yoke and the first side yoke constituting the magnetic circuit of the linear motor of the present invention are integrated structures has been described. However, in applications where the rigidity of the magnetic circuit is not strict, The first side yoke may be composed of a plurality of pieces, and the center yoke and the first side yoke may be composed of a plurality of pieces.
In the above-described embodiments and examples, the case of a three-phase coil has been described, but there is no problem in configuring the movable coil linear motor of the present invention even in the case of a two-phase or four-phase or more multi-phase coil.
In the above embodiments and examples, NdFeB block permanent magnets are used. However, the present invention is not particularly limited, and appropriate materials and shapes can be used.
40,60、80:リニアモータ、
41,61,81,261:永久磁石、
41a,61a,61a’:主磁石、41b、61b:補助磁石、
42,62,82,262:センターヨーク、
42a,62a,263a,264a:面取り部、
42b,62b:端部平面部、
43,63,63’,83,263:第1サイドヨーク、
43a,63a,83a,263b:取付面、
43c,43d,44d,44e,63c,63d,64d,64e,83c,83d,84d,84e,263d,264d:段差部、
44,64,84,263,264:第2サイドヨーク、
44a,44b,64a,64b,64a’、64b’:第2サイドヨーク片、
46、66,86:多相コイル、
45,65,85,265:第3サイドヨーク、
45a、45b,65a,65b,65a’,65b’:第3サイドヨーク片、
47,67、87:可動子(テーブル)、
48,68,88:支持摺動部材(リニアモータガイド)、
49、69,89:コイルフレーム、
51、71,71’,91,271:磁気空隙、
52,53,72,73:境界、
50,75,95:固定子、
54,77,97:ヨーク組立体、
70,90:ベース、
78,98,278:磁気回路、
410,610:第1永久磁石列、
411,611:第2永久磁石列。
40, 60, 80: linear motor,
41, 61, 81, 261: permanent magnet,
41a, 61a, 61a ′: main magnet, 41b, 61b: auxiliary magnet,
42, 62, 82, 262: Center yoke,
42a, 62a, 263a, 264a: chamfered portions,
42b, 62b: end plane portions,
43, 63, 63 ′, 83, 263: first side yoke,
43a, 63a, 83a, 263b: mounting surface,
43c, 43d, 44d, 44e, 63c, 63d, 64d, 64e, 83c, 83d, 84d, 84e, 263d, 264d: steps,
44, 64, 84, 263, 264: second side yoke,
44a, 44b, 64a, 64b, 64a ′, 64b ′: second side yoke pieces,
46, 66, 86: polyphase coil,
45, 65, 85, 265: third side yoke,
45a, 45b, 65a, 65b, 65a ′, 65b ′: third side yoke pieces,
47, 67, 87: Movable element (table),
48, 68, 88: support sliding member (linear motor guide),
49, 69, 89: coil frame,
51, 71, 71 ′, 91, 271: magnetic gap,
52, 53, 72, 73: boundary,
50, 75, 95: stator,
54, 77, 97: Yoke assembly,
70, 90: base,
78, 98, 278: magnetic circuit,
410, 610: first permanent magnet row,
411,611: 2nd permanent magnet row | line | column.
Claims (5)
サイドヨークが面取りされており面取り幅は2〜20mmであり、面取り角度は30度〜60度である請求項1または請求項2に記載の可動コイル型リニアモータ。 The center yoke or the side yoke is chamfered in the vicinity of the position where the side yoke and the center yoke abut, the chamfering width is 2 to 20 mm, and the chamfering angle is 30 to 60 degrees. The moving coil type linear motor described.
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