JP4563047B2 - Linear synchronous motor - Google Patents
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Description
本発明はリニア同期モータに係わり、特に、ナノメートル単位の超精密度で位置決めする場合に有用なリニア同期モータに関する。 The present invention relates to a linear synchronous motor, and more particularly, to a linear synchronous motor useful for positioning with nanometer unit ultraprecision.
大推力を必要とする機械工作機や半導体製造装置等において多用されているリニア同期モータとして、たとえば、特開2002−238240号公報(特許文献1)に開示されている。そのリニア同期モータの概要を図5(A)〜(C)および図6を参照して述べる。
図5(A)はリニア同期モータの断面図であり、図5(B)は図5(A)に図解したコイルの配置を示す図であり、図5(C)は位相と磁束密度との関係を示す図である。
As a linear synchronous motor that is frequently used in machine tools, semiconductor manufacturing apparatuses, and the like that require a large thrust, it is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-238240 (Patent Document 1). An outline of the linear synchronous motor will be described with reference to FIGS. 5 (A) to 5 (C) and FIG.
FIG. 5A is a cross-sectional view of a linear synchronous motor, FIG. 5B is a diagram showing the arrangement of coils illustrated in FIG. 5A, and FIG. 5C shows the phase and magnetic flux density. It is a figure which shows a relationship.
図5(A)、(B)に図解したリニア同期モータは、下記に列挙する構成要素を有する。
(1)平行に離間して配置された一対のヨーク1a、1b
(2)一対のヨーク1a、1bのうち、図中上部位置に配置された一方のヨーク(以下「上部ヨーク」という。)1aの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(以下「上部永久磁石」という。)S1a、N1a、S2a、N2a、…
(以下、永久磁石S1aを「第1のS極の上部永久磁石」と、
永久磁石N1aを「第1のN極の上部永久磁石」と、
永久磁石S2aを「第2のS極の上部永久磁石」と、
永久磁石N2aを「第2のN極の上部永久磁石」という。)
(3)下部位置に配置されたヨーク(以下「下部ヨーク」という。)1bの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(以下「下部永久磁石」という。)S1b、N1b、S2b、N2b、…
(以下、永久磁石S1bを「第1のS極の下部永久磁石」と、
永久磁石N1bを「第1のN極の下部永久磁石」と、
永久磁石S2bを「第2のS極の下部永久磁石」と、
永久磁石N2bを「第2のN極の下部永久磁石」という。)
(4)上下部ヨーク1a、1b間の中央部分に、上下部ヨーク1a、1bと平行に(以下「X方向」という。)移動可能に配置された可動部2
The linear synchronous motor illustrated in FIGS. 5A and 5B has the components listed below.
(1) A pair of
(2) Among a pair of
(Hereinafter, the permanent magnet S1a is referred to as “the first permanent magnet having the S pole”,
The permanent magnet N1a is referred to as “first N pole upper permanent magnet”.
The permanent magnet S2a is referred to as "the second permanent magnet of the S pole",
The permanent magnet N2a is referred to as a “second N-pole upper permanent magnet”. )
(3) A plurality of permanent magnets (hereinafter referred to as “lower permanent magnets”) S1b, N1b disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of a yoke (hereinafter referred to as “lower yoke”) 1b disposed at the lower position. , S2b, N2b, ...
(Hereinafter, the permanent magnet S1b is referred to as a “first permanent magnet having a lower S pole”.
The permanent magnet N1b is referred to as “first N pole lower permanent magnet”,
The permanent magnet S2b is referred to as a “second S pole lower permanent magnet”.
The permanent magnet N2b is referred to as a “second N pole lower permanent magnet”. )
(4) The
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…および下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…は、同一の鉛直線上においては相異なる極性の永久磁石が対向するように、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aと第1のS極の下部永久磁石S1bが対向するように配置されている。
また、上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…は、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互に位置するように、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aに隣接して第1のS極の上部永久磁石S1aが、第1のS極の上部永久磁石S1aに隣接して第2のN極の上部永久磁石N2aが位置するように配置されている。
同様に、下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…も、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互に位置するように、たとえば、第1のS極の下部永久磁石S1bに隣接して第1のN極の下部永久磁石N1bが、第1のN極の下部永久磁石N1bに隣接して第2のS極の下部永久磁石S2b位置するように配置されている。
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... And the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are arranged so that the permanent magnets having different polarities face each other on the same vertical line. The N-pole upper permanent magnet N1a and the first S-pole lower permanent magnet S1b are arranged to face each other.
Further, the upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... Are adjacent to, for example, the first N-pole upper permanent magnet N1a so that permanent magnets having different polarities are alternately positioned along the longitudinal direction. The first S-pole upper permanent magnet S1a is arranged so that the second N-pole upper permanent magnet N2a is located adjacent to the first S-pole upper permanent magnet S1a.
Similarly, the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are adjacent to the lower permanent magnet S1b of the first S pole, for example, so that permanent magnets of different polarities are alternately positioned along the longitudinal direction. The first N-pole lower permanent magnet N1b is disposed adjacent to the first N-pole lower permanent magnet N1b so as to be positioned at the second S-pole lower permanent magnet S2b.
可動部2は、非磁性の補強板3と、補強板3の両面にそれぞれ設けられた扁平形状の第1、第2の三相コイル4a、4bとを備えている。
The
補強板3は、図6に示すように、矩形状の板状体を備えており、その両面にはそれぞれ3個の位置決め用の突起31U,31V、31Wが等間隔で設けられており、また、各突起31U,31V、31Wの周りには矩形環状の凹陥部32U,32V、32Wがそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 6, the
第1、第2の三相コイル4a、4bは、それぞれ矩形環状に形成されたU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wを備えており、これらのU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wは、図6に示すように、その中空部41U(図5参照),41V(図5参照)、41Wを補強板3の位置決め用の突起31U,31V、31Wに嵌着することにより、補強板3と一体化されている。
Each of the first and second three-
第1、第2の三相コイル4a、4bの長手方向(X方向)の寸法は、永久磁石の2個の分の長手方向(X方向)の寸法、たとえば、第1のS極の上部永久磁石S1aおよび第2のN極の上部永久磁石N2a(若しくは第1のN極の下部永久磁石N1bおよび第2のS極の下部永久磁石S2b)の長手方向(X方向)の寸法と等しくなるように構成されている。
The length in the longitudinal direction (X direction) of the first and second three-
このような構成のリニア同期モータにおいては、同一鉛直線上に極性の異なる永久磁石が配置された、いわゆる横断磁束形の励磁構造が採用されていることから、たとえば、第1のN極の下部永久磁石N1bから発生した磁束は、たとえば、V相コイル4Vを通り抜けて第1のS極の上部永久磁石S1aを通り、隣接する第2のN極の上部永久磁石N2a、V相コイル4Vおよび第2のS極の下部永久磁石S2bを通り、元の第1のN極の下部永久磁石N1bに戻る。
したがって、このような磁界中に配置されたU相コイル4U、V相コイル4VおよびW相コイル4Wに三相交流電流を流すと、三相コイル4a、4bにフレミング左手の法則に基づく推力が発生する。
Therefore, when a three-phase alternating current is passed through the U-phase coil 4U, V-phase coil 4V and W-
このような構成のリニア同期モータは、下記に述べる不利益に遭遇している。 The linear synchronous motor having such a configuration encounters the following disadvantages.
(1)第1に、可動部2がフラット状で、その厚さも薄く設計されていることから、捩り剛性が低く、可動部2に微振動が発生し易くなる。
(1) First, since the
(2)第2に、可動部2に発生する微振動に起因して可動部2の速度や現在位置が変動し、かかる変動が位置センサを介してフィードバックされ、より一層振動が増幅されることから、制御ゲインが低くなり、ひいては、ナノメートル単位での制御が困難になる。
(2) Second, the speed and the current position of the
(3)第3に、横断磁束形のリニア同期モータにおいては、図5(C)に示すように、磁束密度が各永久磁石の長手方向の中央部分(位相が90度若しくは270度の位置)において最大となり、この磁束密度の最大部分にコイルが位置したときに最大の推力が得られる部分、たとえば、V相コイル4Vに着目すれば、かかるV相コイル4Vが磁束密度のピーク値から外れた部分に位置しているため、モータ定数[N/√W]が小さくなる。なお、Nはニュートン、Wは消費電力を示している。 (3) Thirdly, in the transverse magnetic flux type linear synchronous motor, as shown in FIG. 5C, the magnetic flux density is the central portion in the longitudinal direction of each permanent magnet (position where the phase is 90 degrees or 270 degrees). If the coil is positioned at the maximum part of the magnetic flux density and the maximum thrust is obtained, for example, if attention is paid to the V-phase coil 4V, the V-phase coil 4V deviates from the peak value of the magnetic flux density. Since it is located in the portion, the motor constant [N / √W] becomes small. N represents Newton and W represents power consumption.
(4)第4に、モータ定数を向上させるためには出力を大きくしなければならない一方、出力が大きくなると、発熱が多くなり、ひいては、周囲の温度が上昇し、熱膨張による誤差が生じ易くなる。 (4) Fourth, in order to improve the motor constant, the output must be increased. On the other hand, when the output increases, the heat generation increases, and as a result, the ambient temperature rises and errors due to thermal expansion tend to occur. Become.
本発明は、高剛性で推力変動が小さく、また、超精密制御を容易に行なうことができ、さらに、モータ定数や耐外乱性能を向上させることができるリニア同期モータを提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide a linear synchronous motor that is highly rigid and has a small thrust fluctuation, that can easily perform ultra-precise control, and that can improve motor constants and disturbance resistance performance. .
本発明によれば、平行に離間して配置された一対のヨークと、前記各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、前記一対のヨークの間に、前記一対のヨークと平行に配置されたセンターヨークと、前記センターヨークの外周に沿って移動可能に、前記外周と遊嵌状態に配置された環状の第1および第2の三相コイルとを備え、
前記各永久磁石はそれぞれ、前記一対のヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、前記一対のヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、
前記第1の三相コイルと前記第2の三相コイルとは前記センターヨークの長手方向に沿って1個の永久磁石の幅だけ離間して配置され、かつ、前記第1の三相コイルおよび前記第2の三相コイルのそれぞれの長手方向の寸法は前記永久磁石の2個分の長手方向の寸法と同一である、
リニア同期モータが提供される。
According to the present invention, a pair of yokes spaced apart in parallel, a plurality of permanent magnets respectively disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of each yoke, and the pair of yokes, A center yoke disposed in parallel with the pair of yokes; and annular first and second three-phase coils disposed in a loosely fitted state with the outer periphery so as to be movable along the outer periphery of the center yoke. ,
Each of the permanent magnets has a permanent magnet of the same polarity arranged at the opposing position of the pair of yokes, and permanent magnets of different polarities are alternately arranged in the longitudinal direction of the pair of yokes.
The first three-phase coil and the second three-phase coil are arranged apart from each other by a width of one permanent magnet along the longitudinal direction of the center yoke, and the first three-phase coil and wherein each of the longitudinal dimension of the second three-phase coil is the same as the longitudinal dimension of the two component prior KiHisashi permanent magnet,
A linear synchronous motor is provided.
好ましくは、本発明のリニア同期モータにおける第1の三相コイルは、センターヨークの長手方向に沿ってU相コイル、V相コイルおよびW相コイルの相順で配列されたもので構成され、第2の三相コイルは、センターヨークの長手方向に沿って−U相コイル、−V相コイルおよび−W相コイルの相順で配列されたもので構成され、第1の三相コイルのW相コイルには第2の三相コイルの−U相コイルが対向して配列されている。 Preferably, the first three-phase coil in the linear synchronous motor of the present invention is configured by arranging the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke. The three three-phase coils are configured by arranging the -U phase coil, the -V phase coil, and the -W phase coil in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke, and the W phase of the first three phase coil The -U phase coil of the second three-phase coil is arranged facing the coil.
本発明のリニア同期モータによれば、センターヨークの外周に環状の三相コイルが装着されていることから、コイルの剛性を高くすることができ、ひいては推力変動を小さくすることができ、また、超精密制御を容易に行なうことができる上、モータ定数や耐外乱性能を向上させることができる。 According to the linear synchronous motor of the present invention, since the annular three-phase coil is mounted on the outer periphery of the center yoke, it is possible to increase the rigidity of the coil, and thus to reduce the thrust fluctuation, Ultra-precise control can be easily performed, and motor constants and disturbance resistance can be improved.
本発明のリニア同期モータの好ましい実施の形態について図1〜図4を参照して述べる。
図1は本発明の第1実施の形態としてのリニア同期モータの概略構成図であり、図2は図1に図解したリニア同期モータにおける第1、第2の三相コイルの斜視図である。なお、図1および図2において、図5および図6と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図3は図1および図2に図解したリニア同期モータにおいて、たとえば、コイルVに最大推力を発生させるときる磁束密度を図解した図である。
図4は図1に図解したリニア同期モータの特性図である。
A preferred embodiment of the linear synchronous motor of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a linear synchronous motor as a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of first and second three-phase coils in the linear synchronous motor illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. 5 and FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating the magnetic flux density when the maximum thrust is generated in the coil V in the linear synchronous motor illustrated in FIGS. 1 and 2, for example.
FIG. 4 is a characteristic diagram of the linear synchronous motor illustrated in FIG.
図1に図解したリニア同期モータは、下記の構成要素を備えている。
(1)平行に離間して配置された一対の板状のヨーク(上下部ヨーク)1a、1b
(2)上部ヨーク1aの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(上部永久磁石)S1a、N1a、S2a、N2a、…
(3)下部ヨーク1bの対向面に長手方向に沿って配置された複数個の永久磁石(下部永久磁石)S1b、N1b、S2b、N2b、…
(4)上下部ヨーク1a、1b間の中央部分に上下部ヨーク1a、1bと平行に配置されたセンターヨーク5
(5)センターヨーク5の外周に遊嵌状態で装着され、X方向に移動可能に離間して配置された環状の第1、第2の三相コイル6a、6b
The linear synchronous motor illustrated in FIG. 1 includes the following components.
(1) A pair of plate-shaped yokes (upper and lower yokes) 1a and 1b arranged in parallel and spaced apart from each other
(2) A plurality of permanent magnets (upper permanent magnets) S1a, N1a, S2a, N2a,... Arranged along the longitudinal direction on the opposing surface of the
(3) A plurality of permanent magnets (lower permanent magnets) S1b, N1b, S2b, N2b,... Arranged along the longitudinal direction on the opposing surface of the lower yoke 1b.
(4) A
(5) Annular first and second three-
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…および下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…は、同一の鉛直線上においては同一極性の永久磁石が対向するように、たとえば、第1のS極・N極の上部永久磁石S1a・N1aと第1のS極・N極の下部永久磁石S1b、N1bが対向するように配置されている。
上部永久磁石S1a、N1a、S2a、N2a、…は、図5に図解したリニア同期モータと同様に、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互(S極、N極、…S極)に位置するように配置されている。
下部永久磁石S1b、N1b、S2b、N2b、…も、図5に図解したリニア同期モータと同様に、長手方向に沿って相異なる極性の永久磁石が交互(S極、N極、…S極)に位置するように配置されている。
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... And the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Are arranged so that, for example, the first S The upper permanent magnets S1a and N1a having poles and N poles and the lower permanent magnets S1b and N1b having first S poles and N poles are arranged to face each other.
The upper permanent magnets S1a, N1a, S2a, N2a,... Are alternately composed of permanent magnets having different polarities along the longitudinal direction (S pole, N pole,... S pole), like the linear synchronous motor illustrated in FIG. It is arranged to be located in.
Similarly to the linear synchronous motor illustrated in FIG. 5, the lower permanent magnets S1b, N1b, S2b, N2b,... Alternate with permanent magnets having different polarities along the longitudinal direction (S pole, N pole,... S pole). It is arranged to be located in.
センターヨーク5は、第1、第2の三相コイル6a、6bのX方向への移動をガイドする役割を有しており、その外形は後述する第1、第2の三相コイル6a、6bの中空部62と略同形、たとえば、横断面視で略矩形状に形成されている。
The
第1の三相コイル6aは、図2に示すように、たとえば、矩形環状に形成されたU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wを備えている。
これらのU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wは、それぞれ同一の仕様で例えばエナメル線等の導線を矩形環状に多層巻きしたもので形成され、導線間にエポキシ樹脂などの接着剤を浸透させることにより、矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
これらのU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wは、各中空部62の軸芯を一致させて、かつX方向に沿ってU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wの相順で積層状態に配列され、さらに各相のコイル間には非磁性の絶縁部材61a、61bが介挿されている。
As shown in FIG. 2, the first three-
The U-phase coil 6U, the V-
The U-phase coil 6U, the V-
同様に、第2の三相コイル6bは、図2に示すように、たとえば、矩形環状に形成された−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wを備えている。
これらの−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wは、第1の三相コイル6aと同様にそれぞれ同一の仕様で形成され、接着剤により矩形環状の形状を維持した状態で固着されている。
これらの−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wは、各中空部62の軸芯を一致させて、かつX方向に沿って−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wの相順で積層状態に配列され、さらに各相のコイル間には非磁性の絶縁部材61a、61bが介挿されている。
Similarly, as shown in FIG. 2, the second three-
The -U phase coil 6U, -
These -U-phase coil 6U, -V-
これらのU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wを一組とする第1の三相コイル6a、並びに−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wを一組とする第2の三相コイル6bの長手方向(X方向)の寸法は、それぞれ2個分の永久磁石、例えば第1のN極の上部永久磁石N1aおよび第2のS極の上部永久磁石S2a(または第1のN極の下部永久磁石N1bおよび第2のS極の下部永久磁石S2b)の長手方向の寸法と同一に設定されている。
すなわち、2個の永久磁石に対して、U相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wを一組とする第1の三相コイル6a並びに−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wを一組とする第2の三相コイル6bが動作単位として構成されている。
A first three-
That is, with respect to two permanent magnets, the first three-
ここで、−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wは、それぞれU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wとは逆極性のU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wが配置されていることを表わしている。
Here, -U phase coil 6U, -
このような構成の第1、第2の三相コイル6a、6bは、センターヨーク5の外周に、かつセンターヨーク5の長手方向に沿って離間して配置されている。
また、第1の三相コイル6aのW相コイル6Wは、第2の三相コイル6bの−U相コイル−6Uと対向するように配置されている。
ここで、第1、第2の三相コイル6a、6b間の離間寸法は、前記永久磁石の1個分の長手方向の寸法と同一である。
The first and second three-
In addition, the W-
Here, the distance between the first and second three-
このような構成のリニア同期モータにおいては、同一鉛直線上に同一極性の永久磁石が配置された、いわゆる軸方向磁束形の励磁構造が採用されていることから、たとえば、第1のN極の上部永久磁石N1aから発生する磁束は、第1の三相コイル6aを通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第2のS極の上部永久磁石S2aを通り、元の第1のN極の上部永久磁石N1aに戻る。
また、第1のN極の下部永久磁石N1bから発生する磁束は、第1の三相コイル6aを通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第2のS極の下部永久磁石S2bを通り、元の第1のN極の下部永久磁石N1bに戻る。
同様に、たとえば、第3のN極の上部永久磁石N3aから発生する磁束は、第2の三相コイル6bを通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第3のS極の上部永久磁石S3aを通り、元の第3のN極の上部永久磁石N3aに戻る。
また、第3のN極の下部永久磁石N3bから発生する磁束は、第2の三相コイル6bを通り抜けセンターヨーク5を経由して隣接する第3のS極の下部永久磁石S3bを通り、元の第3のN極の下部永久磁石N3bに戻る。
In the linear synchronous motor having such a configuration, a so-called axial magnetic flux type excitation structure in which permanent magnets of the same polarity are arranged on the same vertical line is employed. For example, the upper part of the first N pole The magnetic flux generated from the permanent magnet N1a passes through the first three-
The magnetic flux generated from the first N-pole lower permanent magnet N1b passes through the first three-
Similarly, for example, the magnetic flux generated from the third N-pole upper permanent magnet N3a passes through the second three-
The magnetic flux generated from the third N-pole lower permanent magnet N3b passes through the second three-
このような磁界中に配置されたU相コイル6U、V相コイル6VおよびW相コイル6Wを一組とする第1の三相コイル6a、並びに−U相コイル6U、−V相コイル6Vおよび−W相コイル6Wを一組とする第2の三相コイル6bにそれぞれ三相交流電流を流すと、各相のコイルにフレミング左手の法則に基づく推力が発生し、これにより可動子としての第1、第2の三相コイル6a、6bがX方向に移動する。
図3は図1および図2に図解したリニア同期モータにおいて、たとえば、コイルVに最大推力を発生させるときる磁束密度を図解した図である。
A first three-
FIG. 3 is a diagram illustrating the magnetic flux density when the maximum thrust is generated in the coil V in the linear synchronous motor illustrated in FIGS. 1 and 2, for example.
以上述べたように、本発明の実施の形態のリニア同期モータによれば、第1、第2の三相コイル6a、6bが環状に形成され、かつ環状に形成された三相コイルがセンターヨークの外周に遊嵌状態で装着されていることから、図4に図解したリニア同期モータよりも、三相コイルの捩り剛性が高く、ひいては推力変動を小さくすることができる。
As described above, according to the linear synchronous motor of the embodiment of the present invention, the first and second three-
さらに超精密制御が容易となり、リニア同期モータのモータ定数や耐外乱性能も向上させることができる。 Furthermore, ultraprecision control is facilitated, and the motor constant and disturbance resistance performance of the linear synchronous motor can be improved.
さらに、本実施の形態のリニア同期モータの各相コイルは、永久磁石の最大磁束密度部で最大推力が得られるので、すなわち永久磁石による磁場の有効活用の程度が高くなり、推力定数が向上する。その結果、必要なモータ電流が少なくなり、ひいてはジュール熱の低減を図ることができる。 Furthermore, since each phase coil of the linear synchronous motor of this embodiment can obtain the maximum thrust at the maximum magnetic flux density portion of the permanent magnet, that is, the degree of effective utilization of the magnetic field by the permanent magnet is increased, and the thrust constant is improved. . As a result, the necessary motor current is reduced, and as a result, Joule heat can be reduced.
また、本実施の形態のリニア同期モータにおいて、第1の三相コイル6aに対して第2の三相コイル6bが逆極性で配置されていることから、各相コイルからの動磁束が相互に相殺され、ヨークに発生する渦電流が殆どなくなり、鉄損を著しく減少させることができる。
In the linear synchronous motor of the present embodiment, since the second three-
本発明の実施の形態のリニア同期モータにおいては、第1の三相コイル6aに対して第2の三相コイル6bが逆極性となるように配置していることから捩り剛性やモータ定数の向上を図ることができる上、推力の非線形化を防止することができる。すなわち、1個の三相コイル(例えば第1の三相コイル6a)のみを配置したリニア同期モータにおいては、コイルのAT(アンペアターン)による磁場の変動により、ヨークやセンターヨーク等が磁気飽和したり、磁石の磁場を弱めたりするため、図4の曲線bに示した特性で示すように、三相交流の電流に対して推力が非線形的な特性を示すことになるが、第1の三相コイル6aに対して第2の三相コイル6bが逆極性となるように配置した本発明の実施の形態のリニア同期モータにおいては、各相のコイルからの磁束が逆極性のコイルの磁束により相互に相殺されることから、図3の曲線aに示した特性となり、上記の非線形化を招く原因を除去することができる。
In the linear synchronous motor according to the embodiment of the present invention, the second three-
以上から明らかなように、本発明の実施の形態のリニア同期モータにおいては、より一層大推力化を図ることができ、また発熱をより一層低減することができ、ひいてはナノメートル単位での制御も容易に行なうことができる。
リニア同期モータの特性も図4の曲線aで示す線形特性となり、制御もより一層容易に行なうことができる。
さらに、コイルの動磁束も相殺されることから、鉄損を大幅に減少させることができ、モータの効率や発熱による悪影響をも回避することができる。
As is clear from the above, in the linear synchronous motor according to the embodiment of the present invention, it is possible to further increase the thrust, further reduce the heat generation, and thus control in nanometer units. It can be done easily.
The characteristic of the linear synchronous motor is also a linear characteristic indicated by a curve a in FIG. 4, and the control can be performed more easily.
Furthermore, since the magnetic flux of the coil is canceled out, iron loss can be greatly reduced, and adverse effects due to motor efficiency and heat generation can be avoided.
変形態様
上述した実施の形態のリニア同期モータにおいては、センターヨークの外周に第1、第2の三相コイル6a、6bを遊嵌状態で装着した場合について述べているが、センターヨークの外周に第1、第2の三相コイル6a、6bを装着・固定し、センターヨークと共に移動させるようにしてもよい。
この場合には、センターヨーク内に長手方向に沿って通路を設け、この通路内に冷却媒体を流すことにより冷却効率を向上させることができる。
Modified Embodiment In the linear synchronous motor of the above-described embodiment , the case where the first and second three-
In this case, the cooling efficiency can be improved by providing a passage along the longitudinal direction in the center yoke and flowing a cooling medium in the passage.
また、コイルのヘッド部分に冷却パイプを遊嵌させてもよく、この場合には真空中における冷却を容易に行なうことができる。 Further, a cooling pipe may be loosely fitted to the head portion of the coil. In this case, cooling in a vacuum can be easily performed.
本発明のリニア同期モータによれば、第1、第2の三相コイル6a、6bが環状に形成され、かつ環状に形成された三相コイルがセンターヨークの外周に装着されていることから、図5に図解したリニア同期モータよりも、三相コイルの捩り剛性が高く、ひいては推力変動を小さくすることができ、また、超精密制御を容易に行なうことができる上、耐外乱性能も向上させることができる。
さらに、本実施の形態のリニア同期モータにおける各相コイルは、永久磁石の最大磁束密度部で最大推力が得られ推力定数が向上することから、モータ定数を小さくすることができ、また、必要なモータ電流が少なくなり、ひいてはジュール熱の低減を図ることができる。
According to the linear synchronous motor of the present invention, the first and second three-
Furthermore, each phase coil in the linear synchronous motor of the present embodiment can obtain a maximum thrust at the maximum magnetic flux density portion of the permanent magnet and improve the thrust constant, so that the motor constant can be reduced and necessary. As a result, the motor current is reduced, and as a result, Joule heat can be reduced.
1a…ヨーク(上部ヨーク)、1b…ヨーク(下部ヨーク)
S1a、N1a、S2a、N2a…永久磁石(上部永久磁石)
S1b、N1b、S2b、N2b…永久磁石(下部永久磁石)
5…センターヨーク
6a…第1の三相コイル
6U…U相コイル
6V…V相コイル
6W…W相コイル
6b…第2の三相コイル
6U…−U相コイル
6V…−V相コイル
6W…−W相コイル
1a ... Yoke (upper yoke), 1b ... Yoke (lower yoke)
S1a, N1a, S2a, N2a ... Permanent magnet (upper permanent magnet)
S1b, N1b, S2b, N2b ... Permanent magnet (lower permanent magnet)
5 ...
Claims (2)
前記各ヨークの対向面に長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、
前記一対のヨークの間に、前記一対のヨークと平行に配置されたセンターヨークと、
前記センターヨークの外周に沿って移動可能に、前記外周と遊嵌状態に配置された環状の第1および第2の三相コイルと
を備え、
前記各永久磁石はそれぞれ、前記一対のヨークの対向位置においては同一極性の永久磁石が配置され、前記一対のヨークの長手方向においては相異なる極性の永久磁石が交互に配置され、
前記第1の三相コイルと前記第2の三相コイルとは前記センターヨークの長手方向に沿って1個の永久磁石の幅だけ離間して配置され、かつ、前記第1の三相コイルおよび前記第2の三相コイルのそれぞれの長手方向の寸法は前記永久磁石の2個分の長手方向の寸法と同一である、
リニア同期モータ。 A pair of yokes spaced apart in parallel;
A plurality of permanent magnets respectively disposed along the longitudinal direction on the opposing surface of each yoke;
A center yoke disposed in parallel with the pair of yokes between the pair of yokes;
An annular first and second three-phase coil disposed in a loose fit with the outer periphery so as to be movable along the outer periphery of the center yoke;
Each of the permanent magnets has a permanent magnet of the same polarity arranged at the opposing position of the pair of yokes, and permanent magnets of different polarities are alternately arranged in the longitudinal direction of the pair of yokes.
The first three-phase coil and the second three-phase coil are arranged apart from each other by a width of one permanent magnet along the longitudinal direction of the center yoke, and the first three-phase coil and wherein each of the longitudinal dimension of the second three-phase coil is the same as the longitudinal dimension of the two component prior KiHisashi permanent magnet,
Linear synchronous motor.
前記第2の三相コイルは、前記センターヨークの長手方向に沿って−U相コイル、−V相コイルおよび−W相コイルの相順で配列されたもので構成され、
前記第1の三相コイルの前記W相コイルには、前記第2の三相コイルの前記−U相コイルが対向して配列されている、
請求項1記載のリニア同期モータ。 The first three-phase coil is composed of a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil arranged in the phase order along the longitudinal direction of the center yoke.
The second three-phase coil is configured by being arranged in the phase order of a -U phase coil, a -V phase coil, and a -W phase coil along the longitudinal direction of the center yoke,
The -U phase coil of the second three-phase coil is arranged to face the W-phase coil of the first three-phase coil,
The linear synchronous motor according to claim 1.
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