JP5447308B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
この発明は、リニアモータに関し、特にリニアモータを構成する固定子と可動子の構造に関するものである。 The present invention relates to a linear motor, and more particularly, to a structure of a stator and a mover constituting the linear motor.
工作機械のテーブル送りや搬送機器のアクチュエータに対しては、高速化・高精度化への要求が高い。そこで近年工作機械などにダイレクト駆動であるリニアモータがよく用いられるようになっている。リニアモータは、回転型サーボモータとボールネジを組み合わせた駆動方式に比べ、高速度・高加速度特性を得ることができ、かつバックラッシュや摩擦による応答誤差が生じないため高精度なシステムを構築可能である。リニアモータは工作機械や半導体製造装置などの産業機械のテーブル送りや搬送機器に用いられる。 There is a high demand for high speed and high precision for table feed of machine tools and actuators of transfer equipment. Therefore, in recent years, linear motors that are directly driven are often used for machine tools and the like. Compared to a drive system that combines a rotary servo motor and a ball screw, a linear motor can achieve high speed and high acceleration characteristics, and it does not cause response errors due to backlash or friction, so a highly accurate system can be constructed. is there. Linear motors are used in table feed and transport equipment for industrial machines such as machine tools and semiconductor manufacturing equipment.
リニアモータは、互いに摺動自在となる固定子と可動子とを備えている。一般的な固定子は、磁石板の上に複数の永久磁石を配置して構成されている。隣接する永久磁石は異極となるように着磁されている。可動子の複数のティースにはそれぞれコイルが巻回されている。回転型サーボモータとボールネジを組み合わせる場合、限界速度以下で運転する必要がありストロークに制限があるが、リニアモータには限界速度やストローク制限は理論上生じない。しかし上記のリニアモータの構成では、長ストローク化すると、必要とする永久磁石数が増加する。リニアモータの永久磁石は高推力化のためネオジム磁石が多く用いられており、リニアモータが高価である原因となっている。 The linear motor includes a stator and a mover that are slidable with respect to each other. A general stator is configured by arranging a plurality of permanent magnets on a magnet plate. Adjacent permanent magnets are magnetized so as to have different polarities. A coil is wound around each of the teeth of the mover. When a rotary servo motor and a ball screw are combined, it is necessary to operate at a speed lower than the limit speed and the stroke is limited. However, a linear motor theoretically has no limit speed or stroke limit. However, in the configuration of the linear motor, the number of permanent magnets required increases as the stroke becomes longer. As the permanent magnet of a linear motor, a neodymium magnet is often used for increasing the thrust, which is a cause of the high cost of the linear motor.
そこで低コスト化のため、特許文献1は、ストローク全体に永久磁石を配置しない構成のリニアモータを提案している。このリニアモータは、隣り合う各2つの磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有する第1構造体と、磁極列に対向するように配置された電機子列を有する第2構造体と、互いに間隔を隔てて所定方向に並んだ所定の複数の軟磁性体で構成され、磁極列と電機子列の間に位置するように配置された軟磁性体列を有する第3構造体から構成されている。 Therefore, in order to reduce the cost, Patent Document 1 proposes a linear motor having a configuration in which no permanent magnet is disposed over the entire stroke. The linear motor includes a first structure having a magnetic pole array arranged such that two adjacent magnetic poles have different polarities, and a second structure having an armature array arranged to face the magnetic pole array. And a third structure having a soft magnetic material row arranged to be positioned between the magnetic pole row and the armature row, and a plurality of soft magnetic materials arranged in a predetermined direction at intervals from each other It is composed of
しかし特許文献1の構成では、第1構造体と第2構造体の間に第3構造体を配置しているため、ギャップが第3構造体を挟んで両側となる。このため構造や組立が複雑であるという課題が残されている。本発明の目的は、構造が簡単なリニアモータを提供することにある。 However, in the configuration of Patent Document 1, since the third structure is disposed between the first structure and the second structure, the gap is on both sides of the third structure. For this reason, the subject that a structure and an assembly are complicated remains. An object of the present invention is to provide a linear motor having a simple structure.
本願に関わるリニアモータは、間隔を隔てて並列に固定配置されている軟磁性体からなる複数の磁極と、それぞれにコイルが巻回された複数のティースがバックヨーク部で互いに連結されてなる連結ティースと、複数の永久磁石が隣り合う永久磁石とは異極となるように磁極の対向面に並列に固定配置されているコアと、コアと連結ティースを結合する非磁性の連結部材とを備えていて、永久磁石とティースの先端部はともに磁極の配列方向と同じ向きに並列に配列しているものである。 The linear motor related to the present application is a connection in which a plurality of magnetic poles made of a soft magnetic material fixedly arranged in parallel at intervals and a plurality of teeth each wound with a coil are connected to each other by a back yoke portion. A tooth, a core fixed in parallel to the opposing surface of the magnetic pole so that a plurality of permanent magnets have different polarities, and a nonmagnetic coupling member that couples the core and the coupling tooth In addition, both the permanent magnets and the tips of the teeth are arranged in parallel in the same direction as the arrangement direction of the magnetic poles.
この発明によれば、進行方向には複数の軟磁性体からなる磁極を並べるため価格を抑えることができ、ギャップは1面のみのため構造が簡単である。 According to the present invention, since the magnetic poles made of a plurality of soft magnetic materials are arranged in the traveling direction, the price can be suppressed, and the structure is simple because the gap is only one surface.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1を示すリニアモータの断面図を示している。図1において、リニアモータ100は、固定子1と可動子2によって構成されている。固定子1と可動子2は、互いに摺動自在となるように所定のギャップを設けて支持されている。固定子1は磁極7と固定子板10から構成されている。磁極7の材質は、鉄などの軟磁性体からなる。磁極7は固定子板10の上に固定配置されているが、取り付け先である装置に直接固定して構成してもよい。固定子板10を使う場合はステンレスやアルミニウム、エポキシガラス積層板などの非磁性体で構成するのがよい。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a sectional view of a linear motor showing Embodiment 1 for carrying out the present invention. In FIG. 1, a
一方、可動子2は、ティース3と、コイル4と、永久磁石5と、コア6と、連結部材8で構成されている。ティース3はバックヨーク部3aと先端部3bからなる。先端部3bは磁極7と対向している。ティース3のそれぞれには、コイル4が巻回されている。永久磁石5はコア6の固定子対向面6aに貼り付けられている。連結部材8はコア6と連結されたティース3を結合している。ティース3とコア6とは図中でそれぞれ左右に配置されている。
On the other hand, the mover 2 includes a
図2にリニアモータ100の斜視図を示す。この図では、コイル4が省略されている。磁極7は間隔を隔ててリニアモータの進行方向に対して垂直な方向に並列に並べられている。ティース3はバックヨーク部3aで互いに連結されている。永久磁石5は隣り合う永久磁石が互いに異極となるように並列に配列されている。永久磁石5はコア6に接着剤で貼り付けられることによって固定されている。
FIG. 2 shows a perspective view of the
図3は図1の左側側面図を示す。この図はリニアモータのティース側に着目した側面図である。コイル4はティース3のそれぞれに配設されている。ここにはコイル4が巻回された3個のティース3が示されている。それぞれのティース3はバックヨーク部3aで互いに連結されていて、連結ティース11を成している。磁極7はティース3の先端部3bと間隔を隔てて対向している。ティース3の先端部3bは磁極7の配列方向と同じ向きに並列に配列している。
FIG. 3 shows a left side view of FIG. This figure is a side view focusing on the teeth side of the linear motor. The
図4は図1の右側側面図を示す。この図はリニアモータのコア側に着目した側面図である。ここでは並列に配置された4個の永久磁石5が示されている。永久磁石5に描かれている矢印はそれぞれの永久磁石の着磁の方向を示している。永久磁石5は磁極7の配列方向と同じ向きに並列に配列している。コア6の固定子対向面6aには複数の永久磁石5が隣り合う永久磁石が互いに異極となるように貼り付けられている。磁極7は永久磁石5の固定子対向面5aと間隔を隔てて対向している。ティースと永久磁石と磁極の数に関して、とりうる組合せの中で最も良い比は、ティース数:永久磁石数:磁極数=3:4:3と考えられている。
FIG. 4 shows a right side view of FIG. This figure is a side view focusing on the core side of the linear motor. Here, four
磁束の流れを図5に示す。図5ではコイルと連結部材を省略している。磁気回路は、永久磁石5から発生する磁束が固定子1の磁極7を通りティース3へ到達し、さらに磁極7を通って永久磁石5とコア6の内部を通り、元に戻る構成となっている。磁気回路の漏れ磁束を低減するために連結部材8の材料としてはステンレスやアルミニウムなどの非磁性体を用いるのがよい。
The flow of magnetic flux is shown in FIG. In FIG. 5, the coil and the connecting member are omitted. The magnetic circuit is configured such that the magnetic flux generated from the
固定子の磁極7を流れる磁束を図6に示す。永久磁石5の着磁方向に合わせて磁束の流れる方向が決まる。磁束の流れをスムーズにするためには、ティース3の固定子対向面3cの幅と永久磁石5の固定子対向面5aの幅はほぼ同じでかつ磁極7の厚みは固定子対向面3cと固定子対向面5aの幅とほぼ同じとするのがよい。さらに、ティース3と永久磁石5の間で磁束の漏れが起こりにくいようにティース3と永久磁石5の間はギャップ(固定子対向面3cまたは固定子対向面5aと磁極7との間隔)の2倍以上の距離を離すとよい。
FIG. 6 shows the magnetic flux flowing through the
このような構成とすることで、固定子1に永久磁石を使わない構成とすることができる。リニアモータの進行方向には複数の軟磁性体からなる磁極7を並べるため長ストローク化した場合でも安価である。またギャップが1面であるため構造が簡単である。一般的なリニアモータと同様に互いに対向する固定子と可動子から構成されており、組立が従来と同様の手順で可能である。
By setting it as such a structure, it can be set as the structure which does not use a permanent magnet for the stator 1. FIG. Since the
実施の形態2.
図7は、この発明を実施するための実施の形態2を示すリニアモータの断面図である。この図もリニアモータの進行方向に垂直な面の断面図である。実施の形態2では、隣接する磁極の2面のそれぞれに、コイルを巻回したティース3と複数の永久磁石5が貼り付けられたコアを対向させて配置した。磁極7の上面7aには永久磁石5が対向している。磁極7の片側の側面7bにはティース3の先端部が対向している。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a linear motor showing Embodiment 2 for carrying out the present invention. This figure is also a sectional view of a plane perpendicular to the traveling direction of the linear motor. In the second embodiment, the
図8に実施の形態2における固定子内の磁束の流れを示す。スムーズな磁束の流れのためにはティースの固定子対向面3aの幅と永久磁石の固定子対向面5aの幅をほぼ同じとし、略正方形の磁極形状とするのがよい。このため、実施の形態1と比較して磁極体積が1/2以下となり、低コスト化が可能である。また、実施の形態1と3では、ティースと永久磁石を貼り付けたコアの間に必ずコイルエンドが存在し、磁極の必要長さはその分増加する。しかし、実施の形態2の配置とすることでコイルエンドが直接磁極と対向しないため実施の形態3よりも磁極の体積を低減し、低コスト化が可能である。
FIG. 8 shows the flow of magnetic flux in the stator in the second embodiment. For smooth magnetic flux flow, it is preferable that the width of the
図9は実施の形態2の別の形態を示す図である。この図もリニアモータの進行方向に垂直な面の断面図である。この実施の形態は、図8に示した形態において、ティースと永久磁石の配置場所を入れ替えたものである。ティース3の先端部は磁極7の上面7aと対向している。磁極7の片側の側面7bには永久磁石5が対向している。
FIG. 9 is a diagram showing another form of the second embodiment. This figure is also a sectional view of a plane perpendicular to the traveling direction of the linear motor. In this embodiment, the arrangement locations of the teeth and the permanent magnets are changed in the form shown in FIG. The tip of the
実施の形態3.
実施の形態3では実施の形態1と同様に、直線状の磁極に対して、コイルを巻回したティースと永久磁石を貼り付けたコアとを磁極の同じ上面に配置している。図10は、この発明を実施するための実施の形態3を示すリニアモータの断面図である。図1と同様にリニアモータの進行方向に垂直な面の断面図である。実施の形態3では、可動子は連結された複数のティース3の両側に、コア(第1のコア)61、コア(第2のコア)62を配置し、これらの部品を連結部材8にて連結して構成されている。コア61には隣り合う永久磁石が互いに異極となるように複数の永久磁石(第1の永久磁石)51が固定子対向面61aに貼り付けられている。同様にコア62には隣り合う永久磁石が互いに異極となるように複数の永久磁石(第2の永久磁石)52が固定子対向面62aに貼り付けられている。
In the third embodiment, similarly to the first embodiment, a tooth around which a coil is wound and a core to which a permanent magnet is attached are arranged on the same upper surface of the magnetic pole as in the case of the linear magnetic pole. FIG. 10 is a cross-sectional view of a linear
図1の構成では磁極と永久磁石間では磁気吸引力が大きく、磁極とコイルが巻回されたティースの間の磁気吸引力は小さいため、可動子全体に進行方向を軸の中心とする力のモーメントが発生する。このような力のモーメントは、可動子2を摺動させるために用いられるリニアガイドなどの案内機構の寿命低下を引き起こす。しかし、実施の形態3の構成とすることで可動子2にかかる力のモーメントはほぼ0になるため、案内機構の長寿命化が可能である。 In the configuration of FIG. 1, the magnetic attraction force is large between the magnetic pole and the permanent magnet, and the magnetic attraction force between the teeth around which the magnetic pole and the coil are wound is small. A moment is generated. Such a moment of force causes a reduction in the life of a guide mechanism such as a linear guide used for sliding the mover 2. However, by adopting the configuration of the third embodiment, the moment of force applied to the mover 2 becomes almost zero, so that the life of the guide mechanism can be extended.
実施の形態3における固定子内の磁束の流れを図11に示す。図中には永久磁石51と永久磁石52の着磁方向が示されている。磁極7に対し同列に配列されている永久磁石は同じ向きに着磁されている。図6と同様に磁束の流れをスムーズにするにはティースの固定子対向面3cの幅に対し両側の永久磁石51、52の固定子対向面51a、52aの幅は1/2倍とし、かつ固定子の磁極7の厚みは永久磁石の固定子対向面の幅とほぼ同じとするのがよい。つまり、実施の形態3は実施の形態1と比較して磁極の厚みが1/2倍となり、長ストローク化した場合の磁極コスト低減効果が大きい。
FIG. 11 shows the flow of magnetic flux in the stator in the third embodiment. In the figure, the magnetization directions of the
実施の形態4.
図12は、この発明を実施するための実施の形態4を示すリニアモータの断面図である。この図もリニアモータの進行方向に垂直な面の断面図である。実施の形態4では、図7の構成においてコイルを巻回したティースの両側に複数の永久磁石を貼り付けたコアを配置し、磁極7の3面に対向させる構成とした。実施の形態4では、可動子は連結された複数のティース3の両側に、コア(第1のコア)61、コア(第2のコア)62を配置し、これらの部品を連結部材8にて連結して構成されている。
FIG. 12 is a cross-sectional view of a linear
コア61には隣り合う永久磁石が互いに異極となるように複数の永久磁石(第1の永久磁石)51が貼り付けられている。同様にコア62には隣り合う永久磁石が互いに異極となるように複数の永久磁石(第2の永久磁石)52が貼り付けられている。永久磁石51は側面7cと対向している。ティース3は上面7aと対向している。永久磁石52は側面7bと対向している。
A plurality of permanent magnets (first permanent magnets) 51 are attached to the core 61 so that adjacent permanent magnets have different polarities. Similarly, a plurality of permanent magnets (second permanent magnets) 52 are attached to the core 62 so that adjacent permanent magnets have different polarities. The
図10の構成では磁極と永久磁石および磁極とティース間の吸引力がアンバランスとなるため、図1と同様可動子全体に進行方向を軸の中心とする力のモーメントが発生する。このような力のモーメントは、可動子を摺動させるために用いられるリニアガイドなどの案内機構の寿命低下を引き起こす。しかし図12の構成とすることで可動子にかかる力のモーメントはほぼ0になるため、磁極のコストを低減しつつ案内機構の長寿命化が可能である。 In the configuration of FIG. 10, since the attractive force between the magnetic pole and the permanent magnet and between the magnetic pole and the tooth is unbalanced, a moment of force with the traveling direction as the center of the axis is generated in the entire mover as in FIG. Such a moment of force causes a reduction in the life of a guide mechanism such as a linear guide used for sliding the mover. However, with the configuration shown in FIG. 12, the moment of force applied to the mover becomes almost zero, so that the life of the guide mechanism can be extended while reducing the cost of the magnetic poles.
固定子の磁束の流れを図13に示す。図中には永久磁石51と永久磁石52の着磁方向が示されている。磁極7に対し同列に配列されている永久磁石は同じ向きに着磁されている。これまでと同様に磁束の流れをスムーズとするには、ティースの固定子対向面の幅に対し永久磁石の固定子対向面の幅を1/2倍とするとよい。このことにより、実施の形態2と比較してさらに磁極体積が1/2倍となり、磁極の低コスト化が可能である。
The flow of the magnetic flux of the stator is shown in FIG. In the figure, the magnetization directions of the
実施の形態5.
図14は、この発明を実施するための実施の形態5を示すリニアモータの断面図である。図12においてコイルに近接するコア61、62の部分を鉄より熱伝導率がよい材料に替えて放熱板9とし、コイル4と放熱板9を接触させる構成とした。放熱板9の材料としては、アルミや銅などが挙げられる。
FIG. 14 is a cross-sectional view of a linear
図12の構成ではコイル4がコア61、62の内部にあるため、コイル4で発生した熱が可動子の外に逃げにくい構造となっていた。しかし実施の形態5の構成とすることで、コイル4で発生した熱が放熱板9に伝達し、可動子表面に到達して放熱しやすくなり、可動子温度が低減可能である。
In the configuration of FIG. 12, since the
100 リニアモータ、1 固定子、2 可動子、3 ティース、4 コイル、5 永久磁石、6 コア、7 磁極、8 連結部材、9 放熱板 100 linear motor, 1 stator, 2 mover, 3 teeth, 4 coil, 5 permanent magnet, 6 core, 7 magnetic pole, 8 connecting member, 9 heat sink
Claims (8)
それぞれにコイルが巻回された複数のティースがバックヨーク部で互いに連結されてなる連結ティースと、
複数の永久磁石が隣り合う永久磁石とは異極となるように前記磁極の対向面に並列に固定配置されているコアと、
前記コアと前記連結ティースを結合する非磁性の連結部材とを備えていて、
前記永久磁石と前記ティースの先端部はともに前記磁極の配列方向と同じ向きに並列に配列しているリニアモータ。 A plurality of magnetic poles made of a soft magnetic material fixedly arranged in parallel at intervals;
A plurality of teeth each having a coil wound around each other and connected to each other at the back yoke portion;
A core that is fixedly arranged in parallel on the facing surface of the magnetic pole so that a plurality of permanent magnets have different polarities from adjacent permanent magnets;
A non-magnetic coupling member that couples the core and the coupling teeth;
A linear motor in which both the permanent magnet and the tip of the teeth are arranged in parallel in the same direction as the magnetic pole arrangement direction.
それぞれにコイルが巻回された複数のティースがバックヨーク部で互いに連結されてなる連結ティースと、
第1の複数の永久磁石が隣り合う永久磁石とは異極となるように前記磁極の対向面に並列に固定配置されている第1のコアと、
第1の複数の永久磁石とは異なる第2の複数の永久磁石が隣り合う永久磁石とは異極となるように前記磁極の対向面に並列に固定配置されている第2のコアと、
前記第1のコアと前記連結ティースと第2のコアを結合する非磁性の連結部材とを備えていて、
前記連結ティースは第1のコアと第2のコアの間に配設されていて、前記永久磁石と前記ティースの先端部はともに前記磁極の配列方向と同じ向きに並列に配列しているリニアモータ。 A plurality of magnetic poles made of a soft magnetic material fixedly arranged in parallel at intervals;
A plurality of teeth each having a coil wound around each other and connected to each other at the back yoke portion;
A first core that is fixedly arranged in parallel on the facing surface of the magnetic pole so that the first plurality of permanent magnets have different polarities from adjacent permanent magnets;
A second core that is fixedly arranged in parallel on the facing surface of the magnetic pole so that a second plurality of permanent magnets different from the first plurality of permanent magnets has a different polarity from the adjacent permanent magnet;
A non-magnetic coupling member that couples the first core, the coupling teeth, and the second core;
The connecting teeth are disposed between the first core and the second core, and the permanent magnets and the tips of the teeth are both arranged in parallel in the same direction as the arrangement direction of the magnetic poles. .
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