JP5421173B2

JP5421173B2 - Linear motor

Info

Publication number: JP5421173B2
Application number: JP2010082540A
Authority: JP
Inventors: 卓也岡本; 旭後藤; 厚碇賀
Original assignee: ISHII TOOL & ENGINEERING CORPORATION
Current assignee: ISHII TOOL & ENGINEERING CORPORATION
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: JP2011217499A

Description

この発明はリニアモータ、詳しくはムービングマグネット型リニアモータであってそのコギング推力を低減しかつその推力を向上させ、例えば半導体製造設備用リニアモータ、大トルクリニアモータカー等に適用することができるリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor, more specifically a moving magnet type linear motor, which reduces its cogging thrust and improves its thrust, and can be applied to, for example, a linear motor for semiconductor manufacturing equipment, a large torque linear motor car, etc. About.

従来より、この種のムービングマグネット型（ＭＭ型）のリニアモータとしては、特許文献１に示すものが知られている。すなわち、ＭＭ型リニアモータは、直線的に移動する移動子と、この移動子を移動させる移動用磁界を発生する複数の電機子が直線状に配列された固定子と、を有している。
この移動子は、バックヨークと、これに互いに間隙を有して保持されて直列に並ぶ複数の永久磁石とを有している。これらの永久磁石は、その磁化方向が上記電機子の配列方向と直交し、かつ、そのうちの隣り合う２つの永久磁石同士の磁化方向が逆となるように（永久磁石の電機子列と対向する面の磁極がＳＮＳＮ・・となるように）バックヨークに保持されている。
そして、この移動子の両端の永久磁石と、これに隣接する他の永久磁石との間に、磁化方向が上記電機子の配列方向と同一である補極用永久磁石が配置されている。
これらの補極用永久磁石により、移動子が走行する際の走行方向の端部にあって磁束量の減少を補強し推力リップルの低減を行おうとしている。 Conventionally, as this type of moving magnet type (MM type) linear motor, the one shown in Patent Document 1 is known. In other words, the MM type linear motor includes a moving element that moves linearly and a stator in which a plurality of armatures that generate a moving magnetic field that moves the moving element are arranged in a straight line.
This moving element has a back yoke and a plurality of permanent magnets held in a gap with each other and arranged in series. These permanent magnets have a magnetization direction orthogonal to the armature arrangement direction, and the magnetization directions of two adjacent permanent magnets are opposite to each other (opposing the permanent magnet armature array). The magnetic poles of the surface are held by the back yoke (so that SNSN ···).
Further, between the permanent magnets at both ends of the moving element and other permanent magnets adjacent thereto, a permanent magnet for complementary pole having the same magnetization direction as the arrangement direction of the armature is arranged.
These permanent magnets for supplementary poles are intended to reinforce the decrease in the amount of magnetic flux at the end in the traveling direction when the moving element travels and to reduce the thrust ripple.

特開２００５−２４５０６６号公報JP 2005-245066 A

しかしながら、特許文献１に示すリニアモータの場合、補極用磁石によって高い磁束密度が得られ、高出力（高推力）となる半面、いまだにコギング推力が充分に大きいため、リニアモータを安定して制御することが極めて困難であった。また、補極用磁石の装着により移動子の端部構造が複雑となり、その製造が煩雑でコスト高を招来していた。 However, in the case of the linear motor shown in Patent Document 1, a high magnetic flux density is obtained by the magnet for supplementary poles, and on the other hand, the output becomes high (high thrust), but the cogging thrust is still sufficiently large, so the linear motor can be controlled stably. It was extremely difficult to do. In addition, the end structure of the mover becomes complicated due to the mounting of the magnet for supplementary pole, and the manufacture thereof is complicated, resulting in high cost.

そこで、発明者は、リニアモータの移動子に固定されている永久磁石の配列方向に着目した。この発明は、この永久磁石の配列の改良および移動子の構成の簡素化によって、コギング推力を低減し、かつ、高出力のリニアモータを提供することを目的としている。 Therefore, the inventor paid attention to the arrangement direction of the permanent magnets fixed to the mover of the linear motor. An object of the present invention is to provide a high-power linear motor that reduces cogging thrust by improving the arrangement of the permanent magnets and simplifying the configuration of the moving element.

請求項１に記載の発明は、複数の電機子が直線状に配設されて移動用磁界を発生させる固定子と、上記移動用磁界により電機子の配設方向に移動可能に設けられた移動子とを備えたリニアモータであって、上記移動子は、バックヨークと、このバックヨークに保持されて上記固定子に対峙した少なくとも３個の永久磁石とを有し、これらの３個の永久磁石は、上記電機子の配設方向に並んで上記バックヨークに保持され、それらの磁化方向が上記電機子の配設方向に沿い、上記３個の永久磁石にあって隣り合う２つの永久磁石同士の間に設けられる２つの磁力反発間隔では、それぞれＳ極同士、Ｎ極同士が対向し、３個の永久磁石のうちの中央の永久磁石を、その並び方向において等分割することにより２つの分割磁石とし、これら２つの分割磁石の間に所定の磁力間隙を備えたリニアモータである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a stator in which a plurality of armatures are linearly arranged to generate a magnetic field for movement, and a movement provided so as to be movable in the armature arrangement direction by the magnetic field for movement. A linear motor including a child, wherein the moving member includes a back yoke and at least three permanent magnets held by the back yoke and facing the stator, and the three permanent magnets. Magnets are held in the back yoke along with the armature arrangement direction, and their magnetization directions are along the armature arrangement direction, and the two permanent magnets are adjacent to each other in the three permanent magnets. In the two magnetic repulsion intervals provided between each other, the S poles and the N poles are opposed to each other, and the central permanent magnet among the three permanent magnets is divided equally in the arrangement direction thereof. Split magnets, these two parts This is a linear motor having a predetermined magnetic gap between the split magnets.

このリニアモータは固定子と移動子（可動子）とを備えており、その固定子は、複数の電機子が例えば等ピッチで直線状に配設されて構成されている。これらの電機子は、鉄心にコイルを巻回することにより構成され、各コイルへの通電制御により移動用磁界、すなわち、移動子を移動させるための磁界を発生させる。
上記移動子は、少なくとも３個の永久磁石（各永久磁石は同質同形の棒磁石）が複数の電機子の配設方向に沿って並ぶようにそれぞれ所定の磁力反発間隔を有してバックヨークに保持されている。すなわち、これらの永久磁石のうちの隣り合う２つの永久磁石同士の間では同じ極同士が所定の磁力反発間隔（Ｓ極−Ｓ極による間隔、Ｎ極−Ｎ極による間隔）を有して対向している。換言すると、各永久磁石においてはその磁化方向が上記電機子の配設方向と平行とされている。また、各永久磁石はバックヨークに支持されて上記固定子に対して所定の間隙を有して対峙している。
これらの磁力反発間隔は、隣り合う２つの永久磁石の間にそれぞれ設けられており、両永久磁石の対向する磁極が同一の極性を有するよう、例えばＳ極−Ｓ極またはＮ極−Ｎ極となるようバックヨークに固定・保持されている。複数の磁力反発間隔にあってはそれらの間隔はほぼ同一とされる。
そして、これら３つの永久磁石のうちの中央に位置する永久磁石は、その並び方向（上記配設方向と同一方向）において物理的に２つに等分割され、この結果、空間を介して２つの分割磁石が形成される（永久磁石が同一断面の棒磁石の場合、分割磁石同士はその長さが同一とする）。分割磁石同士はその磁化方向は同一となり、一方がＳ−Ｎ方向に磁化されておれば、空間を介して他方もＳ−Ｎ方向に磁化されている。この空間を、これら２つの分割磁石間に形成された磁力間隙とする。つまり、分割されることによって形成された分割端の磁極同士は異なる極となる。
この磁力間隙は、２つの分割磁石の間に設けられ、バックヨークに保持された両分割磁石同士が互いに吸引するようにこれらの間に磁界が形成される。なお、移動子が５つの永久磁石を有する場合は、その一端から数えて２番目と４番目の永久磁石を分割磁石で構成することができる。 This linear motor includes a stator and a mover (movable element), and the stator is configured by arranging a plurality of armatures in a straight line at an equal pitch, for example. These armatures are configured by winding coils around an iron core, and generate a magnetic field for movement, that is, a magnetic field for moving the mover, by energization control of each coil.
The moving element has a predetermined magnetic repulsion interval so that at least three permanent magnets (each permanent magnet is a bar magnet of the same and same shape) are arranged in the arrangement direction of the plurality of armatures. Is retained. That is, between the two adjacent permanent magnets among these permanent magnets, the same poles are opposed to each other with a predetermined magnetic repulsion interval ( interval by S pole-S pole, interval by N pole-N pole). doing. In other words, the magnetization direction of each permanent magnet is parallel to the armature arrangement direction. Each permanent magnet is supported by a back yoke and is opposed to the stator with a predetermined gap.
These magnetic repulsion intervals are respectively provided between two adjacent permanent magnets. For example, the S pole-S pole or the N pole-N pole can be used so that the opposing magnetic poles of both permanent magnets have the same polarity. It is fixed and held on the back yoke. In the plurality of magnetic repulsion intervals, the intervals are substantially the same.
And the permanent magnet located in the center among these three permanent magnets is physically divided equally into two in the arrangement direction (the same direction as the arrangement direction), and as a result, two permanent magnets are separated through the space. A split magnet is formed (when the permanent magnet is a bar magnet having the same cross section, the split magnets have the same length). The magnetizing directions of the divided magnets are the same. If one of the magnets is magnetized in the SN direction, the other magnetized in the SN direction through the space. This space is a magnetic gap formed between these two divided magnets. That is, the magnetic poles at the split ends formed by the splitting are different poles.
This magnetic gap is provided between the two divided magnets, and a magnetic field is formed between the two divided magnets held by the back yoke so as to attract each other. When the mover has five permanent magnets, the second and fourth permanent magnets counted from one end can be constituted by split magnets.

請求項１に記載の発明によれば、固定子においては複数の電機子に対して通電・励磁することにより移動用磁界を発生させる。この移動用磁界によって移動子は電機子の配設方向に沿って所定速度にて走行（直線的に移動）することとなる。
ここで、上記移動子にあってバックヨークに保持された３つの永久磁石のうちの中央位置の永久磁石について磁力間隙を介してその長さ方向にて２つのブロックに２等分してある。このため、この移動子の長さ方向での中央位置からその一端までにおける永久磁石によるブロックが、これに対峙する電機子との間に生じるコギング推力と、この移動子の中央位置から他端までにおける永久磁石によるブロックおよびこれに対峙する電機子の間に生じるコギング推力との差（位相差）によりこれらコギング推力同士が相殺されるように作用する。この結果、このリニアモータにあっては移動子全体としてこれに作用するコギング推力を小さくすることができる。 According to the first aspect of the present invention, in the stator, a magnetic field for movement is generated by energizing and exciting a plurality of armatures. This moving magnetic field causes the moving element to travel (moves linearly) at a predetermined speed along the armature arrangement direction.
Here, among the three permanent magnets held in the back yoke in the moving element, the central permanent magnet is divided into two blocks in the longitudinal direction through a magnetic gap. For this reason, the block by the permanent magnet from the central position in the longitudinal direction of the moving element to one end thereof is the cogging thrust generated between the armature facing the block and the central position of the moving element to the other end. The cogging thrust acts so as to cancel each other due to the difference (phase difference) from the cogging thrust generated between the block by the permanent magnet and the armature facing the permanent magnet. As a result, in this linear motor, the cogging thrust acting on the entire moving element can be reduced.

上記バックヨークは、酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体で形成されている。また、バックヨークを２分割してその間に磁性体であるセンタヨークを配することもできる。
上記永久磁石は、ネオジム磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを利用することができる。この場合の永久磁石については２分割されたブロックのそれぞれが生じさせる磁界が同一であることが必要とされる。 The back yoke is made of a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite. Further, the back yoke can be divided into two and a center yoke, which is a magnetic material, can be disposed between them.
As the permanent magnet, a neodymium magnet, an alnico magnet, a ferrite magnet, or the like can be used. In this case, the permanent magnet is required to have the same magnetic field generated by each of the two divided blocks.

請求項２に記載の発明は、上記電機子の配設方向に並んで配列されてＳ極とＮ極とが交互に上記固定子に対峙する複数の永久磁石を、上記バックヨークと上記３個の永久磁石との間に設けた請求項１に記載のリニアモータである。 According to a second aspect of the present invention, there are provided a plurality of permanent magnets arranged side by side in the armature arrangement direction so that the south pole and the north pole alternately face the stator, the back yoke and the three pieces. It is a linear motor of Claim 1 provided between the permanent magnets .

このリニアモータの移動子の両端には一対のエンドヨークがそれぞれ取り付けることができる。一対のエンドヨークは同質同形であってバックヨークの長さ方向（永久磁石の並び方向）の両端に固着されている。一対のエンドヨークは永久磁石のコイル対峙面に向かって所定長さだけ（例えば、上記永久磁石の厚さと同じ長さだけ）突出している。
このエンドヨークは酸化鉄、酸化クロム、コバルト、フェライトなどの磁性体で形成されている。このエンドヨークは、磁性体で形成されることにより、移動子の両端における磁束の漏れを防止することとなる。 A pair of end yokes can be attached to both ends of the moving element of the linear motor . The pair of end yokes have the same shape and shape, and are fixed to both ends of the back yoke in the length direction (permanent magnet arrangement direction). The pair of end yokes protrude by a predetermined length (for example, the same length as the thickness of the permanent magnet) toward the coil facing surface of the permanent magnet.
The end yoke is made of a magnetic material such as iron oxide, chromium oxide, cobalt, or ferrite. The end yoke is formed of a magnetic material, thereby preventing magnetic flux leakage at both ends of the moving element.

エンドヨークを取り付けることにより、移動子の両端における磁束漏れを防止することによって、両端に位置する永久磁石と、電機子のコイルとの間に形成される磁界での磁束密度を高めることができる。リニアモータの推力は、移動子に設けられている全ての永久磁石と、これらの永久磁石の直下における電機子コイルとの間に生じる磁場の磁束密度により決定される。この漏れ磁束の低減により、このリニアモータにあってはその推力を大きくすることができる。つまり、このリニアモータは高い出力を得ることができる。 By attaching the end yoke, magnetic flux leakage at both ends of the mover can be prevented, thereby increasing the magnetic flux density in the magnetic field formed between the permanent magnets located at both ends and the armature coil. The thrust of the linear motor is determined by the magnetic flux density of the magnetic field generated between all the permanent magnets provided on the moving element and the armature coil immediately below these permanent magnets. By reducing the leakage magnetic flux, the thrust of the linear motor can be increased. That is, this linear motor can obtain a high output.

請求項１，２に記載の発明によれば、移動子における永久磁石構成体をその長さ方向において２等分し一端側部と他端側部とに分割した場合、これらの間の磁力間隙を調整することにより、この移動子の一端側部における永久磁石と各電機子コイルとの間に生じるコギング推力と、他端側部における永久磁石により生じるコギング推力と、の差を０に近づけることができる。つまり、リニアモータの移動子の一端側で生じるコギング推力は、他端側で生じるコギング推力によって相殺可能とされる。このリニアモータにあってはそのコギング推力を小さくすることができる。 According to the invention described in claim 1, when dividing the permanent magnet arrangement in the bisecting one side and the other end side in the length direction of the moving element, magnetic gap between them Is adjusted so that the difference between the cogging thrust generated between the permanent magnet and each armature coil on one end side of the moving element and the cogging thrust generated by the permanent magnet on the other end side approaches zero. Can do. That is, the cogging thrust generated on one end side of the moving element of the linear motor can be canceled by the cogging thrust generated on the other end side. In this linear motor, the cogging thrust can be reduced.

また、移動子の両端における磁束漏れを防止することによって、両端の永久磁石と電機子コイルとの間の磁束密度を高めることができる。リニアモータの推力は、永久磁石とその直下におけるコイルとの間の磁束密度により決定されるため、リニアモータの推力を大きくすることができる（高出力を得ることができる）。また、磁性体のエンドヨークを両端に配置するだけでよく、その製造を簡単に行うこともできる。 Moreover, the magnetic flux density between the permanent magnets at both ends and the armature coil can be increased by preventing magnetic flux leakage at both ends of the mover. Since the thrust of the linear motor is determined by the magnetic flux density between the permanent magnet and the coil immediately below it, the thrust of the linear motor can be increased (high output can be obtained). Further, it is only necessary to dispose magnetic end yokes at both ends, and the manufacture thereof can be performed easily.

この発明の一実施例に係るリニアモータの概略構成を示すその斜視図である。1 is a perspective view showing a schematic configuration of a linear motor according to an embodiment of the present invention. この発明の一実施例に係るリニアモータの移動子の概略構成を示すその斜視図である。It is the perspective view which shows schematic structure of the slider of the linear motor which concerns on one Example of this invention. この発明の一実施例に係るリニアモータの移動子を示す正面図である。It is a front view which shows the slider of the linear motor which concerns on one Example of this invention. この発明の一実施例に係るリニアモータを示す正面図である。It is a front view which shows the linear motor which concerns on one Example of this invention. この発明の一実施例に係るリニアモータにおいてその磁力間隙Ｔを永久磁石の磁極間隔τ１で除したときの値とそのコギング推力低減率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing a relationship between a value obtained by dividing the magnetic force gap T by a magnetic pole interval τ1 of a permanent magnet and a cogging thrust reduction rate in the linear motor according to the embodiment of the present invention. この発明の一実施例に係るリニアモータにおいてエンドヨークの厚みＷをバックヨークの厚みＡで除した値とリニアモータの推力増加率との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the value obtained by dividing the thickness W of the end yoke by the thickness A of the back yoke in the linear motor according to one embodiment of the present invention and the thrust increase rate of the linear motor.

以下、この発明に係るリニアモータの一実施例について図１〜図６を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a linear motor according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図１に示すように、この発明の一実施例に係るリニアモータ１００は、帯板状の固定子ベース１１及び複数の電機子１２を有する固定子１０と、この固定子１０の延びる方向に移動する移動子２０とを含んで構成されている。 As shown in FIG. 1, a linear motor 100 according to one embodiment of the present invention moves in a direction in which the stator 10 extends, and a stator 10 having a strip-shaped stator base 11 and a plurality of armatures 12. The moving element 20 is configured to be included.

上記固定子１０は、所定幅で一直線に延びる磁性体板で形成された固定子ベース１１と、この固定子ベース１１にその延びる方向に沿って等間隔で並んで配設された複数の電機子１２と、を有する。
図４に示すように、この固定子ベース１１には磁性体であるコイルヨーク１２ａが複数本、等間隔にかつ固定子ベース１１の延びる方向に沿って並んで設けられている。これにより、この固定子ベース１１とこれらのコイルヨーク１２ａとは一体に形成されている。そして、これらのコイルヨーク１２ａには電機子巻線１２ｂがコイル状にそれぞれ巻回されている。電機子１２は、コイルヨーク１２ａと電機子巻線１２ｂとにより構成される。つまり、固定子ベース１１上に複数の電機子１２が等間隔に配設されているのである。
これらの電機子１２は、電機子巻線１２ｂに三相交流を流すことにより後述する移動子２０を移動させる移動用磁界を発生させる電磁石である。これらの電機子１２は、電流の大きさ、電流の向きが同じであれば、同じ磁化方向、同じ磁力の磁界を発生させる。
これらの電機子１２が発生する磁界の磁化方向がこの固定子ベース１１の延びる方向と垂直になるように、これらの電機子１２は配設されている。これらの電機子１２に三相交流を流したとき、隣り合うコイルヨーク１２ａの上面は、互いに異なる極性になるようように、上記電機子巻線１２ｂに流れる電流を制御する。つまり、コイルヨーク１２ａの上面の磁極は、固定子ベース１１の延びる方向に沿ってＮＳＮＳ…となるように、電機子巻線１２ｂに流れる電流を制御する。 The stator 10 includes a stator base 11 formed of a magnetic plate extending in a straight line with a predetermined width, and a plurality of armatures arranged on the stator base 11 side by side at equal intervals along the extending direction. 12 and.
As shown in FIG. 4, the stator base 11 is provided with a plurality of coil yokes 12 a, which are magnetic bodies, arranged at equal intervals along the direction in which the stator base 11 extends. Thereby, this stator base 11 and these coil yokes 12a are integrally formed. The armature windings 12b are wound around the coil yokes 12a in a coil shape. The armature 12 includes a coil yoke 12a and an armature winding 12b. That is, a plurality of armatures 12 are arranged on the stator base 11 at equal intervals.
These armatures 12 are electromagnets that generate a magnetic field for movement that moves a mover 20 described later by passing a three-phase alternating current through the armature winding 12b. These armatures 12 generate a magnetic field having the same magnetization direction and the same magnetic force if the magnitude of the current and the direction of the current are the same.
These armatures 12 are arranged so that the magnetization direction of the magnetic field generated by these armatures 12 is perpendicular to the direction in which the stator base 11 extends. When a three-phase alternating current is passed through these armatures 12, the currents flowing through the armature windings 12b are controlled so that the upper surfaces of adjacent coil yokes 12a have different polarities. That is, the current flowing in the armature winding 12b is controlled so that the magnetic pole on the upper surface of the coil yoke 12a becomes NSNS... Along the direction in which the stator base 11 extends.

図２にはこの発明の一実施例に係るリニアモータ１００の移動子２０の斜視図が示されている。この移動子２０では、平面視して矩形の２個のバックヨーク２１ａ，２１ｂがセンターヨーク２６をその間に挟んで設けられている。
上記バックヨーク２１ａ，２１ｂは、平面視して矩形の平板であり、磁性体にて形成されている。これらのバックヨーク２１ａ，２１ｂは、同一厚さ、同一形状である。
上記センタヨーク２６はバックヨークと同じく磁性体にて形成され、このセンタヨーク２６の直下には磁力間隙と称呼する間隙が形成される。このセンターヨーク２６は、平面視して矩形のブロックである。このセンターヨーク２６を側面視したときに示されるその厚さは、上記バックヨーク２１ａ，２１ｂの厚さと同一である。
上記バックヨークのうちの一方のバックヨーク２１ａには、第１の永久磁石２２ａ，２２ｂが２個、その端部を突き合わせて固着されている。すなわち、これらの第１の永久磁石２２ａ，２２ｂは互いに密着している。これらの第１の永久磁石２２ａ，２２ｂの磁化方向（図２矢印参照）が上記固定子１０の延びる方向に対して垂直になるように、これらの第１の永久磁石２２ａ，２２ｂはバックヨーク２１ａに固着されている。また、隣り合う第１の永久磁石２２ａ，２２ｂの磁化方向が異なる（逆となる）ようにバックヨーク２１ａに固着されている。
これらの第１の永久磁石２２ａ，２２ｂは、同一材質、同一長さ、同一幅、同一厚みを有する棒磁石で構成されている。そして、平面視したときのバックヨーク２１ａをその長さ方向において２等分した形状と、これらの第１の永久磁石２２ａ，２２ｂの平面形状とは同一である。
他方のバックヨーク２１ｂにも、同様にして第１の永久磁石２２ｃ，２２ｄが２個固着されている。これらの第１の永久磁石２２ｃ，２２ｄは、上記第１の永久磁石２２ａ，２２ｂと同一材質、同一長さ、同一幅、同一厚みを有する棒磁石で構成されている。そして、第１の永久磁石２２ｂ、２２ｃは、その磁化方向が逆である。前者が下面にＳ極が配設される場合は、所定間隙を有して隣り合う後者の下面はＮ極となる。 FIG. 2 is a perspective view of the mover 20 of the linear motor 100 according to one embodiment of the present invention. In the moving element 20, two rectangular back yokes 21 a and 21 b in a plan view are provided with a center yoke 26 interposed therebetween.
The back yokes 21a and 21b are rectangular flat plates in plan view and are formed of a magnetic material. These back yokes 21a and 21b have the same thickness and the same shape.
The center yoke 26 is formed of a magnetic material like the back yoke, and a gap called a magnetic force gap is formed immediately below the center yoke 26. The center yoke 26 is a rectangular block in plan view. The thickness of the center yoke 26 when viewed from the side is the same as the thickness of the back yokes 21a and 21b.
Two first permanent magnets 22a and 22b are fixed to one back yoke 21a of the back yokes with their end portions abutted against each other. That is, these first permanent magnets 22a and 22b are in close contact with each other. These first permanent magnets 22a and 22b are connected to the back yoke 21a so that the magnetization directions (see arrows in FIG. 2) of these first permanent magnets 22a and 22b are perpendicular to the direction in which the stator 10 extends. It is fixed to. Further, the first permanent magnets 22a and 22b adjacent to each other are fixed to the back yoke 21a so that the magnetization directions thereof are different (reverse).
These first permanent magnets 22a and 22b are composed of bar magnets having the same material, the same length, the same width and the same thickness. The shape obtained by dividing the back yoke 21a into two in the length direction when viewed in plan is the same as the planar shape of the first permanent magnets 22a and 22b.
Similarly, two first permanent magnets 22c and 22d are fixed to the other back yoke 21b. These first permanent magnets 22c and 22d are composed of bar magnets having the same material, the same length, the same width and the same thickness as the first permanent magnets 22a and 22b. The magnetization directions of the first permanent magnets 22b and 22c are opposite. When the former is provided with the south pole on the lower surface, the lower surface of the latter adjacent with a predetermined gap becomes the north pole.

上記第１の永久磁石２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの下面には、５個の第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅが固着されている。
これらの第２の永久磁石の磁化方向（図２矢印参照）は全て、上記固定子１０の延びる方向と同一方向となるように固着されている。
上記バックヨーク２１ａの長さ方向の一端から数えて１番目の第２の永久磁石２３ａは、第１の永久磁石２２ａにその一端同士を合わせて固着されている。この１番目の第２の永久磁石２３ａの形状は、平面視して矩形である。
上記バックヨーク２１ａの長さ方向の一端から数えて２番目の第２の永久磁石２３ｂは、１番目の第２の永久磁石２３ａの隣りに所定長さだけ離間して固着されている。これにより、１番目の第２の永久磁石２３ａと２番目の第２の永久磁石２３ｂとの間に第１の磁力反発間隔が形成される。この２番目の第２の永久磁石２３ｂは、１番目の永久磁石２３ａの２個分の大きさ（長さ）を有している。
一方のバックヨーク２１ａの長さ方向の一端から数えて３番目の第２の永久磁石２３ｃは、その長さ方向において２等分割されて、２個の分割磁石２４ａ，２４ｂにより構成される。この３番目の第２の永久磁石２３ｃの形状は、上記２番目の第２の磁石２３ｂの形状と同じである。長さ、幅、厚み、材質が同一である。よって、これら２つの分割磁石２４ａ，２４ｂはそれぞれ第２の永久磁石２３ｃの半分の長さを有することとなる。
これらの分割磁石のうちの一方（長さ方向にて一端側の分割磁石）２４ａは、２番目の第２の永久磁石２３ｂの隣りに所定長さだけ離間して固着されている。これにより、一方の分割磁石２４ａと２番目の永久磁石２３ｂとの間に第２の磁力反発間隔が形成される。そして、第２の磁力反発間隔の離間幅は、第１の磁力反発間隔の離間幅と同じである。一方の分割磁石２４ａは、上記第１の永久磁石２２ｂにその他端同士を合わせてこれらが垂直平面を構成するように固着されている。
上記１番目の第２の永久磁石２３ａと上記２番目の第２の永久磁石２３ｂとの磁化方向は互いに異なる。つまり、１番目の第２の永久磁石２３ａと２番目の第２の永久磁石２３ｂとはその突き合わせ端部での極性が同じであり互いに反発している。
上記２番目の第２の永久磁石２３ｂと上記一方の分割磁石２４ａとの磁化方向も互いに異なる。つまり、２番目の第２の永久磁石２３ｂと一方の分割磁石２４ａとの間にはその突き合わせた対向端部にあって互いに反発する力が働いている。 Five second permanent magnets 23a, 23b, 23c, 23d, and 23e are fixed to the lower surfaces of the first permanent magnets 22a, 22b, 22c, and 22d.
The magnetization directions of these second permanent magnets (see the arrows in FIG. 2) are all fixed so as to be in the same direction as the direction in which the stator 10 extends.
The first second permanent magnet 23a, counting from one end in the length direction of the back yoke 21a, is fixed to the first permanent magnet 22a with its one ends aligned. The shape of the first second permanent magnet 23a is rectangular in plan view.
The second second permanent magnet 23b, counting from one end in the length direction of the back yoke 21a, is fixed to be adjacent to the first second permanent magnet 23a by a predetermined length. Thus, a first magnetic repulsion interval is formed between the first second permanent magnet 23a and the second second permanent magnet 23b. The second second permanent magnet 23b has a size (length) equivalent to two pieces of the first permanent magnet 23a.
The third second permanent magnet 23c counting from one end in the length direction of one back yoke 21a is divided into two equal parts in the length direction, and is constituted by two divided magnets 24a and 24b. The shape of the third second permanent magnet 23c is the same as the shape of the second second magnet 23b. The length, width, thickness and material are the same. Therefore, these two divided magnets 24a and 24b each have half the length of the second permanent magnet 23c.
One of these divided magnets (a divided magnet on one end side in the length direction) 24a is fixed adjacent to the second second permanent magnet 23b with a predetermined length apart. Thereby, a second magnetic repulsion interval is formed between the one divided magnet 24a and the second permanent magnet 23b. The separation width of the second magnetic repulsion interval is the same as the separation width of the first magnetic repulsion interval. One divided magnet 24a is fixed to the first permanent magnet 22b so that the other ends thereof are aligned to form a vertical plane.
The magnetization directions of the first second permanent magnet 23a and the second second permanent magnet 23b are different from each other. That is, the first second permanent magnet 23a and the second second permanent magnet 23b have the same polarity at the abutting end portions and repel each other.
The magnetization directions of the second second permanent magnet 23b and the one divided magnet 24a are also different from each other. In other words, forces that repel each other are acting between the second second permanent magnet 23b and the one divided magnet 24a at the abutting facing end.

これらの分割磁石うちの他方２４ｂは、センターヨーク２６の幅（電機子配設方向の長さ）だけ分割磁石２４ａから離間した状態で第１の永久磁石２２ｃの下面に固着されている。これにより２個の分割磁石２４ａ，２４ｂの間にセンターヨーク２６の幅と同一幅の磁力間隙が形成される。これらの分割磁石２４ａ，２４ｂの磁化方向は、同じである。つまり、これらの分割磁石２４ａ，２４ｂの対向端同士には互いに引き寄せ合う力が働いている。
上記バックヨーク２１ａの一端から数えて４番目の第２の永久磁石２３ｄは、バックヨーク２１ｂの下面に固着された第１の永久磁石２２ｃ，２２ｄの下面に固着されている。また、４番目の第２の永久磁石２３ｄは他方の分割磁石２４ｂの隣りに所定長さだけ離間して固着されている。これにより、４番目の第２の永久磁石２３ｄと他方の分割磁石２４ｂとの間に第３の磁力反発間隔が形成される。この４番目の第２の永久磁石２３ｄは、２番目の永久磁石２３ｂと同一形状、同一材質である。第３の磁力反発間隔の間隔長さは、第１の磁力反発間隔の間隔長さと同じである。
上記バックヨーク２１ａの一端から数えて５番目の第２の永久磁石２３ｅは、４番目の第２の永久磁石２３ｄの隣りに所定長さだけ離間して第１の永久磁石２２ｄの下面に固着されている。これにより、４番目の第２の永久磁石２３ｄと５番目の第２の永久磁石２３ｅとの間に第４の磁力反発間隔が形成される。この５番目の第２の永久磁石２３ｅは、第１の永久磁石２２ｄに端を合わせて固着されている。この５番目の第２の永久磁石２３ｅは、１番目の永久磁石２３ａと同一材質・同一形状である。第４の磁力反発間隔の幅は、第１の磁力反発間隔のそれと同じである。
上記他方の分割磁石２４ｂと上記４番目の第２の永久磁石２３ｄとの磁化方向は互いに異なる。つまり、他方の分割磁石２４ｂと４番目の第２の永久磁石２３ｄとはその対向端同士で互いに反発している（Ｎ極とＮ極とが対峙している）。
上記４番目の第２の永久磁石２３ｄと上記５番目の第２の永久磁石２３ｅとの磁化方向も互いに異なる。つまり４番目の第２の永久磁石２３ｄと５番目の第２の永久磁石２３ｅとは対向端で互いに反発している（Ｓ−Ｓ）。 The other 24b of these divided magnets is fixed to the lower surface of the first permanent magnet 22c while being separated from the divided magnet 24a by the width of the center yoke 26 (length in the armature arrangement direction). As a result, a magnetic gap having the same width as the width of the center yoke 26 is formed between the two divided magnets 24a and 24b. The magnetization directions of these divided magnets 24a and 24b are the same. That is, a force attracting each other acts on the opposing ends of the divided magnets 24a and 24b.
The fourth second permanent magnet 23d counted from one end of the back yoke 21a is fixed to the lower surfaces of the first permanent magnets 22c and 22d fixed to the lower surface of the back yoke 21b. Further, the fourth second permanent magnet 23d is fixed to the other divided magnet 24b with a predetermined length apart. As a result, a third magnetic repulsion interval is formed between the fourth second permanent magnet 23d and the other divided magnet 24b. The fourth second permanent magnet 23d has the same shape and the same material as the second permanent magnet 23b. The interval length of the third magnetic repulsion interval is the same as the interval length of the first magnetic repulsion interval.
The fifth second permanent magnet 23e, counting from one end of the back yoke 21a, is fixed to the lower surface of the first permanent magnet 22d with a predetermined length next to the fourth second permanent magnet 23d. ing. As a result, a fourth magnetic force repulsion interval is formed between the fourth second permanent magnet 23d and the fifth second permanent magnet 23e. The fifth second permanent magnet 23e is fixed to the first permanent magnet 22d with its ends aligned. The fifth second permanent magnet 23e has the same material and shape as the first permanent magnet 23a. The width of the fourth magnetic repulsion interval is the same as that of the first magnetic repulsion interval.
The magnetization directions of the other divided magnet 24b and the fourth second permanent magnet 23d are different from each other. That is, the other divided magnet 24b and the fourth second permanent magnet 23d are repelled from each other at their opposite ends (the N pole and the N pole face each other).
The magnetization directions of the fourth second permanent magnet 23d and the fifth second permanent magnet 23e are also different from each other. That is, the fourth second permanent magnet 23d and the fifth second permanent magnet 23e repel each other at the opposing ends (SS).

上述の構成により形成された移動子主要部の側面は平坦面に構成されている。この側面の形状と同一形状を有する一対のエンドヨーク２５ａ，２５ｂがこれら両側面にそれぞれ取り付けられている。
これらのエンドヨーク２５ａ，２５ｂは、磁性体にて形成されたブロックであり、エンドヨーク２５ａ，２５ｂの形状は同じで、同一の長さ、幅および厚みを有している。以上により移動子２０が構成されている。 The side surface of the main part of the moving element formed by the above-described configuration is a flat surface. A pair of end yokes 25a and 25b having the same shape as that of the side surfaces are respectively attached to both side surfaces.
The end yokes 25a and 25b are blocks formed of a magnetic material, and the end yokes 25a and 25b have the same shape and the same length, width, and thickness. The mover 20 is configured as described above.

このように構成された移動子２０は、その一端から、半分の長さの位置までにおける磁力反発間隔の並びと、移動子２０の半分の長さ位置から他端までにおける磁力反発間隔の並びと、を対比すると、それらの磁力反発間隔における磁界の極性の並びは同じである。つまり、磁力反発間隙を構成する各磁極は移動子２０の一端側から他端側に向かって順にＮ−Ｎ，Ｓ−Ｓ，Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓとなっている。
この所定幅の磁力間隙により、移動子２０の長さ方向でその中間点からその一端までの範囲における第２の永久磁石２３ａ，２３ｂ，２４ａによるブロックと、上記電機子１２との間に生じるコギング推力、および、移動子２０の長さ方向の中間点から他端までの範囲における第２の永久磁石２４ｂ，２３ｄ，２３ｅによるブロックと、上記電機子１２との間に生じるコギング推力同士が相殺される構成である。このため、リニアモータ全体としてこれに作用するコギング推力を低減することができる。 The moving element 20 configured in this way has an arrangement of magnetic repulsion intervals from one end to a half-length position, and an arrangement of magnetic repulsion intervals from a half-length position of the moving element 20 to the other end. , The order of magnetic field polarities in the magnetic repulsion interval is the same. That is, the magnetic poles constituting the magnetic repulsion gap are NN, SS, NN, SS in order from one end side of the moving element 20 to the other end side.
The cogging generated between the armature 12 and the block formed by the second permanent magnets 23a, 23b, and 24a in the range from the intermediate point to one end of the moving element 20 in the longitudinal direction due to the magnetic gap having the predetermined width. The thrust and the cogging thrust generated between the armature 12 and the block formed by the second permanent magnets 24b, 23d, and 23e in the range from the intermediate point in the longitudinal direction of the mover 20 to the other end are offset. This is a configuration. For this reason, the cogging thrust which acts on this as the whole linear motor can be reduced.

第２の永久磁石の上部には第１の永久磁石が設けられ、隣り合う第２の永久磁石と第１の永久磁石とによって取り囲むように磁力反発間隙が形成される。このとき、隣り合う第２の永久磁石及び第１の永久磁石は互いに反発し合うように第１の永久磁石と第２の永久磁石が配設されている。これにより、磁力反発間隙における磁束の磁束密度は非常に高くなる。このため、リニアモータ１００の推力を高くすることができる。
また、上記構成の移動子２０の両端に磁性体ブロックからなるエンドヨーク２５ａ，２５ｂをそれぞれ設けることにより、第１の永久磁石と第２の永久磁石との周囲を取り囲むように磁性体で覆う構造とした。ただし、第２の永久磁石の下面は固定子１０に対して対峙して露出している。
このため、第２の永久磁石と各電機子１２との間にて発生する磁場での磁束が、この移動子２０の外部に漏れることを防止することができる。これにより、第２の永久磁石と各電機子１２との間にて生ずる磁束の磁束密度が高まり、リニアモータ１００全体としての推力を高めることができる。 A first permanent magnet is provided above the second permanent magnet, and a magnetic repulsion gap is formed so as to be surrounded by the adjacent second permanent magnet and the first permanent magnet. At this time, the first permanent magnet and the second permanent magnet are arranged so that the adjacent second permanent magnet and the first permanent magnet repel each other. Thereby, the magnetic flux density of the magnetic flux in the magnetic repulsion gap becomes very high. For this reason, the thrust of the linear motor 100 can be increased.
Further, by providing end yokes 25a and 25b made of a magnetic block at both ends of the moving element 20 having the above-described configuration, a structure in which the first permanent magnet and the second permanent magnet are surrounded by a magnetic body so as to surround them. It was. However, the lower surface of the second permanent magnet is exposed to face the stator 10.
For this reason, it is possible to prevent the magnetic flux in the magnetic field generated between the second permanent magnet and each armature 12 from leaking to the outside of the moving element 20. Thereby, the magnetic flux density of the magnetic flux produced between the 2nd permanent magnet and each armature 12 increases, and the thrust as the whole linear motor 100 can be raised.

この発明に係るリニアモータ１００の推力特性を調べた。以下説明する。 The thrust characteristics of the linear motor 100 according to the present invention were examined. This will be described below.

図３に示すように、第１の磁力反発間隔の中間点から、第２の磁力反発間隔のそれまでの長さをτ１とする。そして、センターヨーク２６の同一方向（第２磁石の磁化方向）での長さ（つまり、磁力間隙の幅）をＴとする。このとき、τ１を１００としたときのＴの値と、コギング推力低減率との関係を図５に示す。なお、Ｔの値は、第２の永久磁石の長さを固定値とし、センターヨーク２６の長さ（幅）を変化させることによって変動させた。
このコギング推力低減率はＴが０のとき、すなわち、バックヨーク間にセンターヨークを有しないときのコギング推力を基準としたコギング推力の低減割合をいう。 As shown in FIG. 3, let τ1 be the length from the midpoint of the first magnetic repulsion interval to the second magnetic repulsion interval. The length of the center yoke 26 in the same direction (the magnetization direction of the second magnet) (that is, the width of the magnetic gap) is T. At this time, the relationship between the value of T when τ1 is 100 and the cogging thrust reduction rate is shown in FIG. Note that the value of T was varied by changing the length (width) of the center yoke 26 with the length of the second permanent magnet as a fixed value.
The cogging thrust reduction rate is a reduction rate of cogging thrust based on the cogging thrust when T is 0, that is, when there is no center yoke between the back yokes.

図５の結果より、Ｔがτ１の５％〜３５％の範囲で有れば、コギング推力はかなり低減されることが分かる。特に、Ｔがτ１の１５％〜２５％の範囲において、コギング推力は著しく（５０％以上）低減していることが分かる。
この結果から、従来では設けられていなかったセンターヨーク２６を移動子２０のバックヨークに取り付け、磁力間隙を形成することにより、第２の永久磁石群を２つのブロックに分割することでそのコギング推力が著しく低減できることが判明した。 From the result of FIG. 5, it can be seen that if T is in the range of 5% to 35% of τ1, the cogging thrust is considerably reduced. In particular, it can be seen that the cogging thrust is significantly reduced (50% or more) when T is in the range of 15% to 25% of τ1.
From this result, a cogging thrust force is obtained by dividing the second permanent magnet group into two blocks by attaching a center yoke 26, which has not been conventionally provided, to the back yoke of the moving element 20 and forming a magnetic gap. Has been found to be significantly reduced.

次に、図３に示すように、上記移動子２０のバックヨーク２１ａ，２１ｂの厚さをＡとする。そして、上記移動子２０の長さ方向におけるエンドヨーク２５ａ，２５ｂの長さ（幅）をＷとする。このとき、バックヨーク厚さＡを１００としたときのエンドヨーク幅Ｗの値と、推力増加率との関係を図６に示す。なお、Ｗの値は、バックヨークの厚さを固定値とし、上記移動子の長さ方向におけるエンドヨーク２５ａ，２５ｂの幅（厚み）を変化させることによって変動させた。
この推力増加率は、Ｗが０のとき、すなわち、エンドヨークを有しないときの推力を基準とした増加した推力の割合をいう。 Next, as shown in FIG. 3, the thickness of the back yokes 21a and 21b of the moving element 20 is A. The length (width) of the end yokes 25a and 25b in the length direction of the moving element 20 is W. FIG. 6 shows the relationship between the value of the end yoke width W when the back yoke thickness A is 100 and the thrust increase rate. Note that the value of W was varied by changing the width (thickness) of the end yokes 25a and 25b in the length direction of the moving element with the thickness of the back yoke as a fixed value.
This thrust increase rate refers to the ratio of the increased thrust based on the thrust when W is 0, that is, when the end yoke is not provided.

図６の結果より、Ｗの値が大きくなれば大きくなるほど推力増加率が高まることが分かる。
この結果より、従来では設けられていなかったエンドヨーク２５ａ，２５ｂを移動子２０の両端に取り付けることにより、推力が高まることが判明した。これは両端での磁束の漏れを低減できたからと考えられる。 From the result of FIG. 6, it can be seen that the larger the value of W, the higher the thrust increase rate.
From this result, it was found that the thrust is increased by attaching the end yokes 25a and 25b, which were not provided in the prior art, to both ends of the moving element 20. This is presumably because the leakage of magnetic flux at both ends could be reduced.

１０固定子、
１２電機子、
２０移動子、
２１ａ，２１ｂバックヨーク、
２３ａ〜２３ｅ第２の永久磁石、
２４ａ，２４ｂ分割磁石、
２５ａ，２５ｂエンドヨーク、
１００リニアモータ。 10 Stator,
12 Armature,
20 mover,
21a, 21b Back yoke,
23a-23e second permanent magnets,
24a, 24b Split magnet,
25a, 25b end yoke,
100 Linear motor.

Claims

A plurality of armatures arranged linearly to generate a magnetic field for movement;
A linear motor provided with a mover provided to be movable in the armature arrangement direction by the magnetic field for movement,
The mover is
Back yoke,
Having at least three permanent magnets held by the back yoke and facing the stator,
These three permanent magnets are
It is held in the back yoke side by side in the arrangement direction of the armature,
Their magnetization direction is along the armature arrangement direction,
In two magnetic repulsion intervals provided between two adjacent permanent magnets in the three permanent magnets, the S poles and the N poles face each other,
The middle permanent magnet among the three permanent magnets is divided into two divided magnets by equally dividing in the direction of arrangement,
A linear motor having a predetermined magnetic gap between these two divided magnets.

A plurality of permanent magnets arranged side by side in the armature arrangement direction so that the S pole and the N pole alternately face the stator are provided between the back yoke and the three permanent magnets. The linear motor according to claim 1 .