JP5327701B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
本発明は主に工作機械の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置などに使用されるリニアモータの構成に関するものである。 The present invention mainly relates to the configuration of a linear motor used in a feed mechanism of a machine tool, a positioning device of a semiconductor manufacturing apparatus, or the like.
従来、工作機械の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置などに利用される永久磁石同期リニアモータは、界磁鉄心上に永久磁石を等ピッチで配置した界磁磁極と、電機子コアと該コアのティースに集中巻きにしてなる電機子コイルを備えた電機子と、を有し、界磁磁極と電機子の何れか一方を固定子、他方を可動子として用いることができる。
上記リニアモータは発熱が小さいことが求められており、発熱の小さいモータとしては、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多く、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、8n:9n(n:自然数)、もしくは、5n:6n(n:自然数)、といったものが従来から使われている。
なお、リニアモータは界磁磁極を固定子、電機子を可動子としたものをムービングコイル型リニアモータ、界磁磁極を可動子、電機子を固定子としたものをムービングマグネット型リニアモータと称しているが、ここでは前者のムービングコイル型リニアモータを中心に説明する。
図7は第1従来技術を示すムービングコイル型リニアモータの側断面図である。
図7において、1は界磁磁極、2は界磁鉄心、3は永久磁石、4は電機子、41は電機子コア、5はティース、6は電機子巻線である。
固定子側となる界磁磁極1は、界磁鉄心2に複数の永久磁石3を交互に極性が異なるように等ピッチで配置したものとなっている。また、永久磁石3の磁極面には、磁気的空隙を介して可動子側となる電機子4が対向配置されている。電機子4は電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜き先端に複数のティース5を形成してなる電機子コア41と、この複数のティース5にコイルを集中巻きにより巻回してなる電機子巻線6とから構成される。本例は、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、8n:9n(n:自然数)のリニアモータであり、n=1の場合を示したものとなっている。
図8は第2従来技術を示すムービングコイル型リニアモータの側断面図である。なお、図8は、図7で説明した構成要素と同じであるため、同一符号を付して説明を省略する。
本例は、第2従来技術と異なり、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、4n:3n(n:自然数)のリニアモータであり、n=2の場合を示したものとなっている。
また、コギング推力の低減やモータの絶縁強化を図るためにティースを1つ置きに集中巻きにしたモータが発明されている。(例えば、特許文献1参照)
The linear motor is required to generate little heat, and as a motor with low heat generation, there are many magnetic fluxes collected by the teeth wound around the coil, and the relationship between the number of magnetic poles by the permanent magnet and the number of teeth of the armature core is Conventionally, 8n: 9n (n: natural number) or 5n: 6n (n: natural number) is used.
A linear motor is called a moving coil type linear motor with a field pole as a stator and an armature as a mover, and a field magnet as a mover and armature as a moving magnet type linear motor. However, here, the former moving coil type linear motor will be mainly described.
FIG. 7 is a sectional side view of a moving coil linear motor showing the first prior art.
In FIG. 7, 1 is a field magnetic pole, 2 is a field iron core, 3 is a permanent magnet, 4 is an armature, 41 is an armature core, 5 is a tooth, and 6 is an armature winding.
The field
FIG. 8 is a side sectional view of a moving coil linear motor showing the second prior art. 8 is the same as the components described in FIG. 7, and thus the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
Unlike the second prior art, this example shows a case where the relationship between the number of magnetic poles by the permanent magnet and the number of teeth of the armature core is a linear motor of 4n: 3n (n: natural number) and n = 2. It has become.
Further, in order to reduce the cogging thrust and to enhance the insulation of the motor, a motor in which every other tooth is concentratedly wound has been invented. (For example, see Patent Document 1)
しかしながら、リニアモータは一般的に電機子コアのティース深さが長く、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、8n:9n(n:自然数)、もしくは、5n:6n(n:自然数)といったリニアモータでは、磁極ピッチに対してティースピッチが短いために、コイルの巻回されたティースの集める磁束は多いが、磁極ピッチに対してコイルピッチが短いために、高推力では漏れ磁束が多くなって推力飽和の影響を受けやすい、という問題があった。
また、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、4n:3n(n:自然数)といったリニアモータでは、磁極ピッチに対してコイルピッチが長いために、高推力でも推力飽和の影響を受けにくいが、磁極ピッチに対してティースピッチが長いために、コイルの巻回されたティースの集める磁束が少ない、という問題があった。
さらに、特許文献1記載のリニアモータにおいても、永久磁石による磁極数と電機子コアのティース数の関係が、4n:3n(n:自然数)といったリニアモータと同様の問題や、コギング推力は低減されていても誘起電圧の高調波成分が大きく、制御特性が低下する、という問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、推力飽和の影響を受け難くすると共に、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多く、しかも誘起電圧の高調波成分を小さくすることのできるリニアモータを提供することを目的とする。
However, the linear motor generally has a long armature core tooth depth, and the relationship between the number of magnetic poles of the permanent magnet and the number of teeth of the armature core is 8n: 9n (n: natural number) or 5n: 6n (n : In a linear motor (natural number), the teeth pitch is short relative to the magnetic pole pitch, so there is a lot of magnetic flux collected by the coil wound around the coil, but the coil pitch is short relative to the magnetic pole pitch. There was a problem that the magnetic flux increased and it was easily affected by thrust saturation.
In addition, in the case of a linear motor having a 4n: 3n (n: natural number) relationship between the number of magnetic poles of permanent magnets and the number of teeth of an armature core, the coil pitch is long with respect to the magnetic pole pitch. However, since the teeth pitch is longer than the magnetic pole pitch, there is a problem that the magnetic flux collected by the teeth wound around the coil is small.
Further, in the linear motor described in
The present invention has been made in view of such problems, and is less susceptible to thrust saturation, has a large amount of magnetic flux collected by the teeth wound around the coil, and reduces harmonic components of the induced voltage. An object of the present invention is to provide a linear motor that can handle the above.
上記問題を解決するため、請求項1に記載の発明は、界磁鉄心上に交互に極性が異なる複数の永久磁石を等ピッチで配置した界磁磁極と、前記界磁磁極と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、電機子コアと該コアのティースにコイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線とを備えた電機子を有し、前記界磁磁極と前記電機子の何れか一方を固定子、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記電機子コアのティースは、該コイルを巻回する第1のティースと、該コイルを巻回しない第2のティースとで構成されており、前記永久磁石による磁極数と、前記電機子コアのティース数の関係を、4n:6n−1(n:自然数)とすると共に、前記電機子コアのティースピッチが磁極ピッチτに対し、2τ/3、かつ、前記電機子コアに巻回されたコイルピッチが磁極ピッチτに対し、4τ/3、とするようにし、前記第2のティースは、矩形形状を備えており、前記第1のティースは、末広がり形状を実現する突起部を先端部に備えるとともに前記第2のティースよりも長い、略矩形形状を備えていることを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記コイルを巻回しない第2のティースの磁石列と直交する方向の長さLtd2は、前記該コイルを巻回する第1のティースの磁石列と直交する方向の長さLtc2よりも短くしたことを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のリニアモータにおいて、前記コイルを巻回しない第2のティースの長さLtd2と、前記該コイルを巻回する第1のティースの長さLtc2との比Ltd2/Ltc2を、0.5≦(Ltd2/Ltc2)<1に設定したことを特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3までの何れか1項に記載のリニアモータにおいて、前記電機子コアの両端には、前記第1のティースの形状とは異なる形状の補助ティースを設けたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the invention described in
According to a second aspect of the present invention, in the linear motor according to the first aspect, a length Ltd2 in a direction orthogonal to the magnet array of the second tooth that does not wind the coil is a length that the coil is wound. It is characterized by being shorter than the length Ltc2 in the direction orthogonal to the magnet row of one tooth.
The invention according to
According to a fourth aspect of the present invention, in the linear motor according to any one of the first to third aspects, auxiliary teeth having a shape different from the shape of the first teeth are provided at both ends of the armature core. It is characterized by providing.
請求項1に記載の発明によると、推力飽和の影響を受け難くすると共に、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多い、リニアモータの構成を得ることができる。
また、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多い、リニアモータの構成を得ることができる。
請求項2、請求項3に記載の発明によると、上述の効果に加えて、コイルの誘起電圧の高調波成分が小さくなって制御特性を向上することができる。
請求項4に記載の発明によると、上述の効果に加えて、コギング推力の低減されたリニアモータの構成を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to obtain a configuration of a linear motor that is less susceptible to thrust saturation and has a large amount of magnetic flux collected by the teeth wound around the coil.
In addition , a linear motor configuration can be obtained in which the magnetic flux collected by the teeth wound with the coil is large.
According to the second and third aspects of the invention, in addition to the above-described effect, the harmonic component of the induced voltage of the coil can be reduced and the control characteristics can be improved .
According to the invention described in 請 Motomeko 4, in addition to the effects described above, to obtain a reduced linear motor arrangement of cogging thrust.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1実施例を示すムービングコイル型リニアモータ側断面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図1において、51、52、53、54、55、56はコイルを巻回してなるティース、71、72、73、74、75はコイルを巻回しないティース、61、62、63、64、65、66は電機子巻線である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、電機子コア41のティース51、52、53、54、55、56にはコイルを集中巻により巻回して電機子巻線61、62、63、64、65、66を形成し、コイルを巻回したティース51、52、53、54、55、56間にはそれぞれコイルを巻回しないティース71、72、73、74、75を配置し、前記コイルを巻回するティースと前記コイルを巻回しないティースとを交互に一つおきに配置するようにした点である。
また、リニアモータは、永久磁石3による磁極数と、電機子コア41のティース数の関係を、4n:6n−1(n:自然数)とすると共に、電機子コア41のティースピッチが磁極ピッチτに対し、2τ/3、かつ、電機子コア41のティース51、52、53、54、55、56に巻回された電機子巻線61、62、63、64、65、66のコイルピッチが磁極ピッチτに対し、4τ/3としてあり、コイルを巻回しないティースの磁石列と平行する方向の長さLtd1は、コイルを巻回するティースの磁石列と平行する方向の長さLtc1よりも短くした構成となっている。
ここで、電機子巻線は、図1の左端ティース51より1ティースおきに、正巻に巻回され、相順をU相、V相、W相となるように配置してある。また、図1においては、n=2の場合を示した。
ところで、上記説明では、電機子巻線を、図1の左側の端ティースより1ティースおきに、正巻で巻回され、相順をU相、V相、W相となるように配置する例を述べたが、逆巻で巻回され、相順をU相、V相、W相となるように配置してもよい。
また、相順についてもU相、V相、W相となるように配置する例を述べたが、V相、W相、U相またはW相、U相、V相、またはW相、V相、U相、またはV相、U相、W相、またはU相、W相、V相となるように配置してもよい。
FIG. 1 is a sectional side view of a moving coil type linear motor showing a first embodiment of the present invention. It should be noted that constituent elements of the present invention that are the same as those in the prior art are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted, and only different points will be described.
In FIG. 1, 51, 52, 53, 54, 55, and 56 are teeth formed by winding coils, 71, 72, 73, 74, and 75 are teeth that do not wind coils, 61, 62, 63, 64, and 65. , 66 are armature windings.
The present invention is different from the prior art as follows.
That is, the
In the linear motor, the relationship between the number of magnetic poles by the
Here, the armature windings are wound in the normal winding every other tooth from the
By the way, in the above description, the armature winding is wound in the normal winding every other tooth from the left end tooth in FIG. 1, and the phase sequence is arranged to be the U phase, the V phase, and the W phase. However, the winding may be wound in the reverse direction so that the phase sequence is the U phase, the V phase, and the W phase.
Moreover, although the example arrange | positioned so that it may become a U phase, a V phase, and a W phase also about the phase order was described, the V phase, the W phase, the U phase or the W phase, the U phase, the V phase, or the W phase, the V phase , U phase, V phase, U phase, W phase, or U phase, W phase, V phase.
図2は、第1実施例における可動子位置と鎖交磁束の関係を示す図であって、ティースの集める磁束波形を表したものである。
第1実施例の効果を確認するために、例えば、電機子コアの寸法をLtd1=6.9[mm]、Ltc1=1.0[mm]、Ltd2=Ltc2=34.5[mm]として、シミュレーションを行った。図2から、電機子コアの巻回しないティースありの場合(第1実施例)と、巻回しないティースなしの場合(従来技術)を比較すると、前者の電機子コアの巻回しないティースありの場合のほうが、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多くなるという効果を確認した。また、コイルピッチが磁極ピッチよりも長いために推力飽和の影響を受けにくくなる、という効果も確認した。
したがって、第1実施例によれば、従来技術は全てのティースにコイルを巻回していたが、図1に示すようにコイルを巻回するティース51、52、53、54、55、56とコイルを巻回しないティース61、62、63、64、65とを交互に配置し、従来の電機子を構成する6本のティースの間にコイルを巻回するティースを配置するようにしたので、推力飽和の影響を受け難くすると共に、コイルの巻回されたティースの集める磁束が多くなるという効果を奏するリニアモータを提供することができる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the mover position and the interlinkage magnetic flux in the first embodiment, and shows the magnetic flux waveform collected by the teeth.
In order to confirm the effects of the first embodiment, for example, the dimensions of the armature core L td1 = 6.9 [mm], L tc1 = 1.0 [mm], L td2 = L tc2 = 34.5 [ mm] was simulated. From FIG. 2, comparing the case where the armature core is not wound (first embodiment) and the case where the armature core is not wound (prior art), the former armature core is not wound. In the case, the effect of increasing the magnetic flux collected by the teeth wound around the coil was confirmed. Moreover, since the coil pitch was longer than the magnetic pole pitch, the effect of being less susceptible to thrust saturation was also confirmed.
Therefore, according to the first embodiment, the prior art has wound the coils around all the teeth, but the
図3は本発明の第2実施例を示すムービングコイル型リニアモータ側断面図である。なお、第2実施例以下、第1実施例で説明した構成要素と同じであるため、その説明を省略する。
第1実施例のリニアモータ(図1)で、コイルを巻回したティース51、52、53、54、55、56間にコイルを巻回しないティース71、72、73、74、75を配置した構成において、コイルを巻回するティースの長さLtc2とコイルを巻回しないティースの長さLtd2が等しい例を示したが、第2実施例のリニアモータは、図3に示すように該コイルを巻回しないティースの長さLtd2を、該コイルを巻回するティースの長さLtc2よりも短くしたものとなっている。
FIG. 3 is a sectional side view of a moving coil type linear motor showing a second embodiment of the present invention. Since the second embodiment is the same as the components described in the first embodiment, description thereof is omitted.
In the linear motor (FIG. 1) of the first embodiment, the
図4は第2実施例における可動子位置と鎖交磁束の関係を示す図であって、ティースの集める磁束波形を表したものである。
第2実施例の効果を確認するために、例えば、電機子コアの寸法をLtd1=6.9[mm]、Ltc1=1.0[mm]、Ltc2=34.5[mm]の場合において、Ltd2=34.5[mm]、32.0[mm]、29.5[mm]と変化させてシミュレーションを行った。
コイルを巻回しないティースの長さLtd2を、コイルを巻回するティースの長さLtc2より短くしていくと、図4のようにコイルの鎖交磁束の波形が正弦波に近づき、誘起電圧の高調波成分を小さくなるために制御特性が向上するという効果という効果を確認した。
したがって、第2実施例によれば、コイルを巻回しないティースの長さLtd2を、コイルを巻回するティースの長さLtc2よりも短くしたので、第1実施例と同様の効果以外に、誘起電圧の高調波成分を小さくできる効果を奏するリニアモータを提供することができる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the mover position and the interlinkage magnetic flux in the second embodiment, and shows the magnetic flux waveform collected by the teeth.
In order to confirm the effects of the second embodiment, for example, the dimensions of the armature core L td1 = 6.9 [mm], L tc1 = 1.0 [mm], L tc2 = 34.5 in [mm] In some cases, the simulation was performed by changing L td2 = 34.5 [mm], 32.0 [mm], and 29.5 [mm].
If the length L td2 of the teeth not wound with the coil is made shorter than the length L tc2 of the teeth wound with the coil, the interlinkage magnetic flux waveform of the coil approaches a sine wave as shown in FIG. The effect of improving the control characteristics to reduce the harmonic component of the voltage was confirmed.
Therefore, according to the second embodiment, the length L td2 of the tooth that does not wind the coil is made shorter than the length L tc2 of the tooth that winds the coil. It is possible to provide a linear motor capable of reducing the harmonic component of the induced voltage.
図5は本発明の第3実施例を示すムービングコイル型リニアモータ側断面図である。
第1実施例および第2実施例のリニアモータ(図1、図3)で、コイルを巻回したティース51、52、53、54、55、56の形状と、コイルを巻回しないティース71、72、73、74、75の形状は互いに同じ矩形状の例を示したが、第3実施例のリニアモータは、図5に示すように該コイルを巻回するティースの先端形状を例えば、鋭利な突起を施すなどの形状に変えて、該コイルを巻回しないティースとは異なる先端形状にしている。
FIG. 5 is a sectional side view of a moving coil type linear motor showing a third embodiment of the present invention.
In the linear motors of the first and second embodiments (FIGS. 1 and 3), the shape of the
したがって、第3実施例はコイルを巻回するティースの先端形状を、該コイルを巻回しないティースの先端形状とは異なり、ティース先端をティース根元と比較してその面積を大きくしているため、第1実施例、第2実施例よりもさらにコイルの巻回されたティースの集める磁束が多くなるという効果がある。 Therefore, in the third embodiment, since the tip shape of the tooth around which the coil is wound is different from the tip shape of the tooth around which the coil is not wound, the area of the tooth tip is increased compared to the root of the tooth. There is an effect that the magnetic flux collected by the teeth wound with the coil is further increased than in the first and second embodiments.
図6は本発明の第4実施例を示すムービングコイル型リニアモータ側断面図である。
第4実施例が第3実施例と異なる点は、電機子コア41の両端には、コイルを巻回するティース51、56の形状とは異なる形状の補助ティース81、82を配置した点である。
FIG. 6 is a side sectional view of a moving coil type linear motor showing a fourth embodiment of the present invention.
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that
第4実施例は補助ティースを配置しているため、上述の第1実施例乃至第3実施例で得られる効果以外にコギング推力が低減されるという効果がある。 Since the auxiliary teeth are arranged in the fourth embodiment, there is an effect that the cogging thrust is reduced in addition to the effects obtained in the first to third embodiments.
1 界磁磁極
2 界磁鉄心
3 永久磁石
4 電機子
41 電機子コア
5、51、52、53、54、55、56 コイルを巻回してなるティース、
6、61、62、63、64、65、66 電機子巻線、
71、72、73、74、75 コイルを巻回しないティース、
81、82 補助ティース
DESCRIPTION OF
6, 61, 62, 63, 64, 65, 66 armature winding,
71, 72, 73, 74, 75 Teeth that do not wind coils,
81, 82 Auxiliary teeth
Claims (4)
前記界磁磁極と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、電機子コアと該コアのティースにコイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線とを備えた電機子を有し、前記界磁磁極と前記電機子の何れか一方を固定子、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記電機子コアのティースは、該コイルを巻回する第1のティースと、該コイルを巻回しない第2のティースとで構成されており、
前記永久磁石による磁極数と、前記電機子コアのティース数の関係を、4n:6n−1(n:自然数)
とすると共に、前記電機子コアのティースピッチが磁極ピッチτに対し、2τ/3、かつ、前記電機子コアに巻回されたコイルピッチが磁極ピッチτに対し、4τ/3とするようにし、
前記第2のティースは、矩形形状を備えており、
前記第1のティースは、末広がり形状を実現する突起部を先端部に備えるとともに前記第2のティースよりも長い、略矩形形状を備えている
ことを特徴とするリニアモータ。 Field magnetic poles in which a plurality of permanent magnets having different polarities alternately arranged on a field iron core at an equal pitch,
The armature having an armature core and an armature winding formed by winding a coil around the armature core and a concentrated winding around the field magnetic pole and a magnetic gap. In a linear motor that is configured to travel relatively using either a field magnetic pole or the armature as a stator and the other as a mover,
The teeth of the armature core are composed of a first tooth that winds the coil and a second tooth that does not wind the coil.
The relationship between the number of magnetic poles by the permanent magnet and the number of teeth of the armature core is 4n: 6n-1 (n: natural number)
And the tooth pitch of the armature core is 2τ / 3 with respect to the magnetic pole pitch τ, and the coil pitch wound around the armature core is 4τ / 3 with respect to the magnetic pole pitch τ,
The second tooth has a rectangular shape,
The linear motor according to claim 1, wherein the first tooth has a substantially rectangular shape that is provided with a projecting portion that realizes a divergent shape at a tip portion and is longer than the second tooth .
との比Ltd2/Ltc2を、0.5≦(Ltd2/Ltc2)<1に設定したことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータ。 The length Ltd2 of the second tooth that does not wind the coil, and the length Ltc2 of the first tooth that winds the coil
The linear motor according to claim 2 , wherein the ratio Ltd2 / Ltc2 is set to 0.5 ≦ (Ltd2 / Ltc2) <1.
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