JP5386925B2 - 円筒形リニアモータ - Google Patents
円筒形リニアモータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5386925B2 JP5386925B2 JP2008268638A JP2008268638A JP5386925B2 JP 5386925 B2 JP5386925 B2 JP 5386925B2 JP 2008268638 A JP2008268638 A JP 2008268638A JP 2008268638 A JP2008268638 A JP 2008268638A JP 5386925 B2 JP5386925 B2 JP 5386925B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- teeth
- mover
- linear motor
- cylindrical linear
- small
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Linear Motors (AREA)
Description
特許文献1の円筒形リニアモータは、ティースを有する固定子コアが電磁鋼板の積層により構成されており、1枚の電磁鋼板中に有する小歯の数が相数とティースの数により決められている。電磁鋼板が回転積層されることで、小歯が隣接するティース間で軸方向にずれるように配置される。小歯の軸方向ピッチが電磁鋼板の厚さ×ティース数に設定されているので、ステッピングモータとして駆動した場合、ステップごとの基本移動量を小さくできる。また、回転モータと同様の製造方法により電機子巻線をティースに巻装することができるので、スロット内の導体数を多くでき高推力にすることができる。
特許文献2の円筒形リニアモータは、特許文献1の可動子を改良したものである。可動子は薄板の永久磁石が2枚の薄板の可動子コアで挟まれ、その組合せが軸方向等間隔に並べて構成される。特許文献1に比べ、ギャップの磁束密度を高めることができ、さらに高推力にすることができる。
以下、特許文献1を例に従来の円筒形リニアモータを説明する。
図13は第1従来技術(特許文献1)による円筒形リニアモータの側断面図、図14は図13を軸方向から見た正断面図である。図において、1は可動子、2はシャフト、3は永久磁石、4は可動子コア、5は凸部、100は固定子、101はフレーム、102は電機子巻線、103は固定子コア、104はティース、105は小歯である。
可動子1はシャフト2、永久磁石3、可動子コア4から構成されている。シャフト2の外周に2個の可動子コア4と1個の永久磁石3が配置され、可動子コア4の外周表面に凸部5が形成されている。軸方向上側の可動子コア4の凸部5はN極の磁極となり、軸方向下側の可動子コア4の凸部5はS極の磁極となっている。このように構成された可動子1は、図示しない支持機構により固定子10と所定の磁気的空隙を介して相対移動できるようにされている。
固定子100はフレーム101、電機子巻線102、固定子コア103、ティース104、小歯105から構成されている。フレーム101の内周に固定子コア103が設けられ、固定子コア103の円周方向には6個のティース104が形成されている。そのティース104に3相の電機子巻線102が巻装されている。固定子コア103の材料には電磁鋼板の積層体が用いられている。3相の電機子巻線102はティース104と同数の6個のコイルにより構成されており、各コイルは図14において時計方向の順にU相、V相、W相、U相、V相、W相となっている。
また、ティース104の内周表面には軸方向等間隔に小歯105が形成されている。図15は図13に示す可動子1側から見た小歯105の配置展開図である。同図の上下方向と左右方向は、円筒形リニアモータのそれぞれ軸方向と円周方向を表している。つまり、上下方向に並ぶ小歯105は各ティース104上での並びを表し、左右方向はティース104の並びを表している。
特許文献1によると、kを1以上の整数、mを相数、nをm/2より小さくm/2に最も近い値の整数とするとき、電磁鋼板はk×m個のティースを有するとともに、1枚の電磁鋼板中の小歯105がn×k個とするように決められている。図13、14に示す円筒形リニアモータは、相数m=3、ティース104の数を6としているので、n=1、k=2であり、1枚の電磁鋼板中の小歯105はn×k=2個となっている。従って、図15に示すような小歯105の並びとなっており、小歯105の厚さtと軸方向ピッチλの関係は必然的に
t/λ=1/3
となる。
例えば、相数m=3、ティースの数を9とすると、n=1、k=3となるので、1枚の電磁鋼板中の小歯はn×k=3個となり、小歯の厚さtと軸方向ピッチλの関係はt/λ=1/3となる。従って、3相の場合はティースの数に限らず、t/λが1/3に決定される。
次に、図16は第2従来技術(特許文献2)による円筒形リニアモータの可動子の側面から見た断面拡大図である。図において、13は永久磁石、14は可動子コアである。特許文献1と異なり、薄板の永久磁石が2枚の薄板の可動子コアで挟まれ、その組合せが軸方向等間隔に並べて配置されている。永久磁石23の磁化方向はすべて同じ軸方向となっている。
このように構成された従来技術による円筒形リニアモータは、電機子巻線にサーボモータとして3相交流電流を供給したり、ステッピングモータとして矩形波状の電流を供給することで、可動子に軸方向の推力を発生させることができる。
特許文献1の構成は、小歯の厚さtと軸方向ピッチλの関係がt/λ=1/3に設定されている。一般にt/λが小さいと推力/電流比は大きくできるものの、電流を大きくすると巻線磁束の増大にともない小歯が磁気飽和を起こしてしまう。つまり、推力が飽和し、所定の最大推力が得られなくなる問題があった。
また、t/λが小さいので、ギャップのパーミンアス分布は高調波成分を多く含む歪なものとなり、コギング力が大きくなった。コギング力が大きいと、ステッピングモータとして駆動した場合は静止位置誤差が大きくなり、サーボモータとして駆動した場合は送り時の振動が大きくなるなどの問題を引き起こした。さらに、特許文献2の構成は、永久磁石の磁化方向がすべて同じ軸方向になっている。そのため、永久磁石が作る磁束のうち固定子側を通る有効磁束はわずかで、可動子コア間を漏れ渡って軸方向に通る漏れ磁束が圧倒的に多くなっていた。その結果、所定の推力を得られない問題があった。
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、円筒形リニアモータにおいて、推力を大きくでき、かつ、コギング力を小さくできる円筒形リニアモータを提供することを目的とする。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の円筒形リニアモータにおいて、前記3相電機子巻線が作る磁界の極数である電機子極数をPa、前記ティース数をNとした場合、隣接する前記ティースとの間の前記小歯の軸方向ずれδを、δ=Pa・λ/(2×N)としたことを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の円筒形リニアモータにおいて、前記可動子の磁極を可動子コアと永久磁石で構成すると共に、前記可動子コアと前記永久磁石を軸方向に交互に配置し、隣接する前記永久磁石の磁化方向を軸方向にして対極させたことを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、請求項1〜3までの何れか1項に記載の円筒形リニアモータにおいて、前記小歯の形状を階段状もしくは台形状にしたことを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明によると、隣接するティース間での小歯の軸方向ずれδをティース数と電機子極数に合わせ推力が最大となるように規定しているので、推力/電流比を大きくし、推力を有効的に発生させることができる。さらに、ギャップのパーミアンス分布の高調波成分も低減されるので、コギング力を低減することができる。
また、請求項3に記載の発明によると、可動子コアと永久磁石を軸方向に交互に配置し、隣接する永久磁石の磁化方向を軸方向にして対極するようにしている。そのため、可動子コアで集中された永久磁石の磁束が固定子側を通る有効磁束となるので、推力を大幅に向上することができる。
また、請求項4に記載の発明によると、小歯の形状を階段状もしくは台形状にしているので、請求項1に比べ、ギャップのパーミアンス分布をより滑らかにし、コギング力を更に低減することができる。
図において、23は永久磁石、24は可動子コア、112は電機子巻線、113は固定子コア、114はティース、115は小歯である。可動子1はシャフト2、永久磁石23、可動子コア24から構成されている。シャフト2の外周に可動子コア24と永久磁石23を軸方向に交互に配置するとともに、隣接する永久磁石23の磁化方向を軸方向に対極するようにして、それを磁極数(界磁極数)Pm=16個組み合わせている。このように構成した可動子1を、図示しない支持機構により固定子100と所定の磁気的空隙を介して相対移動できるようにしている。
固定子10はフレーム101、電機子巻線112、固定子コア113、ティース114、小歯115から構成されている。フレーム101の内周に固定子コア113を設け、固定子コア113の円周方向に6個のティース114を形成し、そのティース114に3相の電機子巻線112を巻装している。固定子コア113の材料には磁性体である電磁鋼板の積層体や焼結コアの成形体を用いることでき、第1実施例では電磁鋼板の積層体としている。3相の電機子巻線112をティース114と同数の6個のコイルにより構成しており、各コイルを図2において時計方向の順にU相、V相、W相、U相、V相、W相となるように配置している。このようなコイルの相順にすることで、3相の電機子巻線112が作る回転磁界の極数(電機子極数)はPa=4となっている。
また、ティース114の内周表面には軸方向等間隔に小歯115を形成している。図4は図1に示す可動子1側から見た小歯115の配置展開図である。第1実施例では小歯115の軸方向厚さtと軸方向ピッチλの関係を、
t/λ=1/2
としている。従来技術はt/λ=1/3であるので、第1実施例のt/λは1.5倍大きくなっている。さらに、小歯115を隣接するティース114間で軸方向にずらして配置させている。ティース114の数をNとした場合、隣接するティース114との間で生じる小歯115の軸方向ずれδを
δ=Pa・λ/(2×N)=λ/3
になるように設定している。
上記した式の関係から、1枚の電磁鋼板中に有する小歯115の数は図4を見てわかるように2個と4個が繰り返すようになっている。つまり、従来技術が2個の電磁鋼板だけであったのに対し、新たに4個の電磁鋼板が入っている。
図5は本発明の第2実施例を示す円筒形リニアモータの側断面図、図6は図5を軸方向から見た正断面図である。である。また、図7は図5に示す可動子側から見た小歯の配置展開図である。図において、122は電機子巻線、123は固定子コア、124はティース、125は小歯である。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、ティース124の数をN=9、電機子極数をPa=8とし、小歯125の厚さtと軸方向ピッチλを
t/λ=4/9
としたことである。従来技術はt/λ=1/3であるので、第2実施例のt/λは1.33倍大きくなっている。
また、ティース124の数をN=9、電機子極数をPa=8としているので、図6における電機子巻線122の9個のコイルを時計方向の順にU相、U´相、V´相、V相、V´相、W´相、W相、W´相、U´相としている(U´相、V´相、W´相で示されるコイルはU相、V相、W相で示されるコイルと反対のコイル巻線方向(逆相)を示す)。
そして、隣接するティース124間の小歯125の軸方向ずれδを
δ=Pa・λ/(2×N)=4×λ/9
としている。
上記した式の関係から、ティースの数N=9における1枚の電磁鋼板中に有する小歯の数は図7を見てわかるように4個となっている。従来技術でティース数N=9とすると、1枚の電磁鋼板中に有する小歯の数は前記したように3個となる。従って、従来技術とは異なる構成となっている。
2/5 < t/λ ≦ 1/2
の条件を満たすこととしている。軸方向ピッチλあたりの電磁鋼板の枚数を3の倍数とし、この条件を満たすt/λを求めると、以下のとおりとなる。
電磁鋼板の枚数が 3枚の場合 適合するものなし
6枚の場合 t/λ=3/6=1/2 (第1実施例に適用)
9枚の場合 t/λ=4/9 (第2実施例に適用)
12枚の場合 t/λ=5/12
t/λ=6/12=1/2
15枚の場合 t/λ=7/15
18枚の場合 t/λ=8/18=4/9
t/λ=9/18=1/2
以上のように電磁鋼板の枚数を設定することで、第1実施例、第2実施例と同様の効果を得ることができる。なお、電磁鋼板の枚数を多くしλを大きくしすぎると、小歯の数が少なくなり、推力/電流比が低下してしまう。よって、18枚より多く設定することは、設計上ほとんどないと言える。
図8〜図11は本発明の第3の実施例を示す側面から見た小歯の形状である。図において、135、145、155、165すべて小歯である。
図8は第1実施例における小歯を階段状に形成し、新たに小歯135として構成したものである。小歯135は電磁鋼板3枚のうち外側2枚の内径を大きくすることで階段状としている。
図9は第2実施例における小歯を階段状に形成し、新たに小歯145として構成したものである。小歯145は電磁鋼板4枚のうち外側2枚の内径を大きくすることで階段状としている。
図10は小歯の厚さtと軸方向ピッチλの関係をt/λ=5/12として構成した場合について、その小歯を階段状に形成し、新たに小歯155として構成したものである。小歯155は電磁鋼板5枚のうち外側2枚の内径を最も大きくし、次に内側2枚の内径を少し大きくすることで階段状としている。
図11は固定子コアを焼結コアで構成した場合であり、小歯165を台形状に形成したものである。
図12は本発明の第4実施例を示す可動子であって、(a)はその側断面図、(b)は(a)の比較対象となる第1実施例の側断面図である。
図12において、33は永久磁石、34は可動子コアである。第4実施例が第1実施例と異なる点は、可動子の磁極ピッチを固定子の小歯ピッチよりも少し大きく設定している点である。図12(b)に示す第1実施例の可動子の磁極ピッチτは、
τ=λ/2
に設定されている。一方、図12(a)に示す第4実施例の磁極ピッチτは、界磁極数Pm=16であるので
τ=λ/2+λ/(6×Pm)=λ/2+λ/96
に設定している。つまり、磁極ピッチをλ/96だけ大きくしている。その結果、可動子の軸方向長Lmは第1実施例が
Lm=τ×Pm=8×λ
であるのに対し、第4実施例では
Lm=8×λ+λ/6
となり、λ/6だけ長くなっている。
なお、第4実施例では磁極ピッチτを
τ=λ/2+λ/(6×Pm)
として設定したが、この場合16個の磁極がλ/96ずつずれることになるので、推力も低下してしまう。そこで、下記の範囲
λ/2−λ/(6×Pm)≦τ<λ/2 または λ/2<τ≦λ/2+λ/(6×Pm)
の中で、必要な推力に合わせて設定すれば、推力をむやみに低下させずにコギング力を低減することができる。
2 シャフト
3、13、23、33 永久磁石
4、14、24、34 可動子コア
5 凸部
100 固定子
101 フレーム
102、112、122 電機子巻線
103、113、123 固定子コア
104、114、124 ティース
105、115、125、135、145、155、165 小歯
Claims (4)
- 3相電機子巻線を巻装した複数のティースを円周方向に配置すると共に、前記ティースのギャップ面に軸方向等間隔に小歯を配置した固定子と、
前記固定子と磁気的空隙を介して対向すると共に、軸方向等間隔に磁極を配置した可動子と、
を備えた円筒形リニアモータにおいて、
前記小歯の軸方向の厚さをt、軸方向ピッチをλとした場合、
2/5<t/λ≦1/2
とし、
前記可動子の磁極の極ピッチをτ、前記磁極の極数である界磁極数をPmとした場合、
λ/2−λ/(6×Pm)≦τ<λ/2 または λ/2<τ≦λ/2+λ/(6×Pm)
としたことを特徴とする円筒形リニアモータ。 - 前記3相電機子巻線が作る磁界の極数である電機子極数をPa、前記ティース数をNとした場合、隣接する前記ティースとの間の前記小歯の軸方向ずれδを
δ=Pa・λ/(2×N)
としたことを特徴とする請求項1記載の円筒形リニアモータ。 - 前記可動子の磁極を可動子コアと永久磁石で構成すると共に、前記可動子コアと前記永久磁石を軸方向に交互に配置し、隣接する前記永久磁石の磁化方向を軸方向にして対極させたことを特徴とする請求項1または2記載の円筒形リニアモータ。
- 前記固定子の小歯の形状を階段状もしくは台形状にしたことを特徴とする請求項1〜3までの何れか1項に記載の円筒形リニアモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008268638A JP5386925B2 (ja) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | 円筒形リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008268638A JP5386925B2 (ja) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | 円筒形リニアモータ |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010098880A JP2010098880A (ja) | 2010-04-30 |
JP2010098880A5 JP2010098880A5 (ja) | 2012-02-16 |
JP5386925B2 true JP5386925B2 (ja) | 2014-01-15 |
Family
ID=42260154
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008268638A Expired - Fee Related JP5386925B2 (ja) | 2008-10-17 | 2008-10-17 | 円筒形リニアモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5386925B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102497081B (zh) * | 2011-11-30 | 2013-07-24 | 哈尔滨工业大学 | 磁场调制式圆筒型横向磁通直线电机 |
JP5809996B2 (ja) * | 2012-02-10 | 2015-11-11 | 隆逸 小林 | リニア発電装置 |
TWI500241B (zh) * | 2012-02-16 | 2015-09-11 | Hitachi Metals Ltd | 線性馬達 |
KR20240034878A (ko) * | 2022-04-08 | 2024-03-14 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 모듈형 리니어 모터 |
CN117895739A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-04-16 | 比亚迪股份有限公司 | 直线电机、悬架系统及车辆 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS49116514A (ja) * | 1973-03-12 | 1974-11-07 | ||
JPH0739135A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-02-07 | Oriental Motor Co Ltd | 円筒形リニアパルスモータ |
JP3585130B2 (ja) * | 1993-09-24 | 2004-11-04 | オリエンタルモーター株式会社 | リニアパルスモータ |
JPH08237933A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Oriental Motor Co Ltd | リニアモータ |
JPH1141905A (ja) * | 1997-07-22 | 1999-02-12 | Oriental Motor Co Ltd | リニアパルスモータ |
JP2007244004A (ja) * | 2006-02-08 | 2007-09-20 | Nippon Densan Corp | モータ及びそれを備える記録ディスク駆動装置 |
-
2008
- 2008-10-17 JP JP2008268638A patent/JP5386925B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010098880A (ja) | 2010-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5477126B2 (ja) | リニアモータ | |
JP2007174830A (ja) | 永久磁石型回転機 | |
US9059626B2 (en) | Electric machine with linear mover | |
JP5462877B2 (ja) | 永久磁石型ステッピングモータ | |
JP5511713B2 (ja) | リニアモータ | |
JP5386925B2 (ja) | 円筒形リニアモータ | |
JP6117574B2 (ja) | 誘導子型回転モータ | |
KR101308154B1 (ko) | 영구자석형 선형 동기전동기 및 회전형 동기전동기 | |
JP2009219199A (ja) | リニアモータ | |
JP2002209371A (ja) | リニアモータ | |
JP5678025B2 (ja) | 推力発生機構 | |
JP5589507B2 (ja) | リニア駆動装置の可動子及び固定子 | |
JP5143119B2 (ja) | 印刷機又は印刷機のための電気機械 | |
JP2010068548A (ja) | 電動機 | |
JP3944766B2 (ja) | 永久磁石形同期リニアモータ | |
WO2018167970A1 (ja) | リニアモータ | |
JP2006129546A (ja) | ムービングコイル形リニアモータ | |
JP2002101636A (ja) | リニアモータ | |
JP4988233B2 (ja) | リニアモータ | |
JP3824060B2 (ja) | リニアモータ | |
JP2004289961A (ja) | ステッピングモータ | |
JP5874246B2 (ja) | リニア駆動装置の可動子 | |
JP5589508B2 (ja) | リニア駆動装置の可動子、固定子、及びリニア駆動装置 | |
JP5352442B2 (ja) | 永久磁石モータ | |
JP5953688B2 (ja) | リニア駆動装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110509 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111222 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20120216 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121217 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130108 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130308 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130910 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130923 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |