JP5476495B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
本発明は、電機子と磁石との間に相対推力を発生するリニアモータに関するものであり、高効率、小型および低推力脈動を実現する構造を備えたリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor that generates a relative thrust between an armature and a magnet, and relates to a linear motor having a structure that achieves high efficiency, small size, and low thrust pulsation.
従来の推力発生機構を有するリニアモータは、回転機を切り開いた形状をしており、磁石列からなる可動子と電機子との間に大きな吸引力が働く。磁気吸引力を相殺するために第一極性と第二極性の有する磁極を交互に配置したリニアモータが特許文献1に開示されている。従来の技術は、特許文献1の図4に示すように、電機子磁極ピッチは一定の値であった。
A linear motor having a conventional thrust generating mechanism has a shape in which a rotating machine is cut open, and a large attractive force acts between a mover made of a magnet array and an armature. A linear motor in which magnetic poles having a first polarity and a second polarity are alternately arranged to cancel the magnetic attractive force is disclosed in
従来の技術では、磁極ピッチが一定であるため、可動子と電機子間に働く力(推力)の脈動が大きい欠点があった。この解決策として、磁石にスキュー角をつけることが一般的に行われているが、スキュー角をつけることにより可動子の製作コストが増大し、複数の次数を有する推力脈動を同時に消すスキュー角にすることは難しいという問題がある。 In the prior art, since the magnetic pole pitch is constant, there is a drawback that the pulsation of the force (thrust) acting between the mover and the armature is large. As a solution to this problem, it is common practice to add a skew angle to the magnet. However, adding a skew angle increases the manufacturing cost of the mover, and a skew angle that simultaneously eliminates thrust pulsations having multiple orders. There is a problem that it is difficult to do.
本発明の目的は、製作コストを増大させることなく、推力脈動の小さいリニアモータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a linear motor having a small thrust pulsation without increasing the manufacturing cost.
本発明の他の目的は、低脈動であり、かつ、小型軽量で高推力を発生できるリニアモータを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a linear motor that is low in pulsation and that can generate high thrust with a small size and light weight.
本発明はその一面において、進行方向に隣り合う磁石の極性が逆になるように列設された複数の永久磁石を有する可動子と、前記可動子の前記永久磁石の両側に空隙を介して対向配置された一対の磁極歯と、これら一対の磁極歯間をつなぐコアを備えた磁極と、前記可動子の進行方向に隣り合う複数の前記磁極が同極性となるように、前記複数の磁極の前記コアに対して共通に巻かれた電機子巻線を備えた磁極組を有する電機子ユニットを備え、前記電機子ユニットと前記可動子が相対的に移動するための推力を発生するリニアモータであって、前記電機子ユニットを、その磁極ピッチPcの長さを可変に構成したことを特徴とする。 In one aspect of the present invention, a mover having a plurality of permanent magnets arranged so that the polarities of adjacent magnets in the traveling direction are opposite to each other, and opposite sides of the permanent magnet of the mover via a gap The magnetic poles having a pair of magnetic pole teeth arranged, a magnetic pole having a core connecting the pair of magnetic pole teeth, and the magnetic poles adjacent to each other in the moving direction of the mover have the same polarity. A linear motor comprising an armature unit having a magnetic pole set having an armature winding wound in common with respect to the core, and generating a thrust for moving the armature unit and the mover relatively. The armature unit is characterized in that the length of the magnetic pole pitch Pc is variable.
ここで、望ましくは、前記磁極ピッチPcの長さは、磁極間に幅の異なる介在物を挟むことによって設定するようにする。 Here, desirably, the length of the magnetic pole pitch Pc is set by sandwiching inclusions having different widths between the magnetic poles.
本発明の望ましい実施態様によれば、製作コストを増大させることなく、推力脈動の小さいリニアモータを提供することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, a linear motor with small thrust pulsation can be provided without increasing the manufacturing cost.
本発明の望ましい実施態様によれば、低脈動であり、かつ、小型軽量で高推力を発生できるリニアモータを提供することができる。 According to a preferred embodiment of the present invention, it is possible to provide a linear motor that has low pulsation, is small and light, and can generate high thrust.
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。 Other objects and features of the present invention will be clarified in the embodiments described below.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1によるリニアモータを構成する電機子ユニットの斜視図である。電機子ユニット10は、1相分の巻線1、複数の磁極2で構成される固定子3および永久磁石4の列を含む可動子5からなる。固定子3は、磁石4に対向するように配置された上下の磁極歯6,7およびこれらの磁極歯をつなぐ鉄心8(図2)から構成される磁極2と、複数の磁極に同一に巻かれた巻線1からなる。また、可動子5は、隣り合う磁石の磁極が逆になるように配置された永久磁石4を備えている。固定子3は、通常は構造物等に固定され、永久磁石4を備えた可動子5が、固定子3に対して相対的に移動する。磁石4側を固定し、磁極2側を動かす構造も可能である。複数個の磁極は、基本的に磁極組9になるように配置される。この磁極組9のピッチを、以下に述べるように設定することによって、推力の脈動を低減できる。
FIG. 1 is a perspective view of an armature unit constituting the linear motor according to the first embodiment of the present invention. The
図2は、本発明の実施例1によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と直角の面で断面した断面図である。磁極2は、磁石4に対向した上下磁極歯6と7と、それらをつなぐ鉄心8から構成され、磁極歯6,7に巻線1が巻かれている。巻線1の位置は、磁極の他の位置に巻くことも可能である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the armature unit of the linear motor according to the first embodiment of the present invention taken along a plane perpendicular to the moving direction. The magnetic pole 2 is composed of upper and lower
図3は、本発明の実施例1によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図である。電機子ユニットは、磁石4のピッチ長Pに対し、磁極2のピッチPcを、Pc=2nP+2P/(qk)またはPc=2nP−2P/(qk)とする。ここで、n=1,2,3・・・、k=1,2,3・・・、qは磁極組を構成する磁極数とする。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the armature unit of the linear motor according to the first embodiment of the present invention taken along a vertical plane parallel to the moving direction. The armature unit sets the pitch Pc of the magnetic pole 2 to Pc = 2nP + 2P / (qk) or Pc = 2nP-2P / (qk) with respect to the pitch length P of the
図3の例では、磁極組9を構成する磁極2は2つであるので、この場合のqは2となる。また、kは任意に選ぶことが可能である。たとえば、3相リニアモータにおいて、6次の調波の脈動成分が多く含まれるような場合は、k=6とすることで6次の脈動成分を低減できる。q=2、k=6とした場合は、磁極ピッチPcは、Pc=2nP+P/6またはPc=2nP−P/6とすることで脈動を低減できる。 In the example of FIG. 3, since there are two magnetic poles 2 constituting the magnetic pole set 9, q in this case is 2. Further, k can be arbitrarily selected. For example, in a three-phase linear motor, when many pulsating components of sixth-order harmonics are included, the sixth-order pulsating components can be reduced by setting k = 6. When q = 2 and k = 6, the pulsation can be reduced by setting the magnetic pole pitch Pc to Pc = 2nP + P / 6 or Pc = 2nP-P / 6.
この磁極組を、磁極組ピッチPg=2aPとして、同じものを複数配置することができる。ここで、a=1,2,3・・・であり、これらの定数nとaは、機械的に干渉しないように設定する。また、必ずしも磁極組9は、隣同士の磁極2で構成しなくてもかまわない。 A plurality of the magnetic pole groups having the same magnetic pole group pitch Pg = 2aP can be arranged. Here, a = 1, 2, 3,..., And these constants n and a are set so as not to interfere mechanically. In addition, the magnetic pole set 9 does not necessarily have to be composed of the adjacent magnetic poles 2.
図4は、本発明の実施例1によるリニアモータの磁極組を構成する磁極の数が3である電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図である。この場合、磁極ピッチPcは、Pc=2nP+2P/(3k)または、Pc=2nP−2P/(3k)となる。 FIG. 4 is a cross-sectional view of the armature unit having three magnetic poles constituting the magnetic pole set of the linear motor according to the first embodiment of the present invention, taken along a vertical plane parallel to the moving direction. In this case, the magnetic pole pitch Pc is Pc = 2nP + 2P / (3k) or Pc = 2nP-2P / (3k).
このように電機子ユニットを構成することで、リニアモータの推力脈動を低減でき、かつ推力の低下を小さく抑えることが可能になる。 By configuring the armature unit in this way, it is possible to reduce the thrust pulsation of the linear motor and to suppress the reduction of the thrust.
また、2つの磁極2で構成する磁極組9と、3つの磁極2で構成する磁極組9のように、異なる磁極数を有する磁極組9を合わせて構成することも可能である。このように構成された電機子ユニットを組み合わせることにより、多相のリニアモータを構成できる。 It is also possible to combine magnetic pole sets 9 having different numbers of magnetic poles, such as a magnetic pole set 9 constituted by two magnetic poles 2 and a magnetic pole set 9 constituted by three magnetic poles 2. By combining the armature units configured as described above, a multiphase linear motor can be configured.
図5は、本発明の実施例1による磁極組9の極数を4とした場合の3相リニアモータを構成する電機子ユニット10の斜視図である。q=4,k=6とした場合、磁極ピッチPcは、Pc=2nP±P/12となる。また、隣接する電機子ユニット10相互間のピッチは、3相モータではnP+P/3またはnP+2P/3とすることで構成可能である。
FIG. 5 is a perspective view of the
M相のリニアモータを構成した場合は、磁極ピッチPcを、Pc=2nP±P/(qkM)とする。ここで、n=1,2,3・・・、k=1,2,3・・・、qは磁極組を構成する磁極数、Mは相数である。このように構成することによって、M相リニアモータの主な脈動成分を低減できる。 When an M-phase linear motor is configured, the magnetic pole pitch Pc is set to Pc = 2nP ± P / (qkM). Here, n = 1, 2, 3,..., K = 1, 2, 3,..., Q is the number of magnetic poles constituting the magnetic pole set, and M is the number of phases. By comprising in this way, the main pulsation component of an M phase linear motor can be reduced.
図6は、本発明の実施例2による2つの磁極で構成された2つの磁極組からなる電機子ユニットを持つ3相リニアモータの斜視図である。q=2、k=1,M=3とすると、磁極ピッチPcは、Pc=2nP±P/6となる。この磁極組を2aPの間隔をもって配置することも可能である。 FIG. 6 is a perspective view of a three-phase linear motor having an armature unit made up of two magnetic pole sets composed of two magnetic poles according to Embodiment 2 of the present invention. When q = 2, k = 1, and M = 3, the magnetic pole pitch Pc is Pc = 2nP ± P / 6. It is also possible to arrange the magnetic pole sets with an interval of 2aP.
複数の磁極組9を有する電機子ユニット10の場合、異なる次数の推力脈動の低減を図ることが可能である。
In the case of the
図7は、本発明の実施例3によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図である。磁極組(1)および磁極組(2)の各々の磁極ピッチPcを、Pc=2nP±2p/(qk)とし、その磁極組間の磁極組ピッチPgを、Pg=2aP±2P/(qj)とし、k≠jとした場合、2つの次数成分を有する推力脈動を低減できる。たとえば、k=6、j=12とした場合、推力脈動の6次成分と12次成分を低減できることになる。k=jの場合は、同じ次数の脈動が低減されることになる。この場合、2つの磁極組の磁極の数が同じあれば、より効果的であるが、磁極組9の数が異なっても低減効果は得られる。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the armature unit of the linear motor according to the third embodiment of the present invention taken along a vertical plane parallel to the moving direction. The magnetic pole pitch Pc of each of the magnetic pole group (1) and the magnetic pole group (2) is Pc = 2nP ± 2p / (qk), and the magnetic pole group pitch Pg between the magnetic pole groups is Pg = 2aP ± 2P / (qj) When k ≠ j, thrust pulsation having two order components can be reduced. For example, when k = 6 and j = 12, the 6th and 12th components of thrust pulsation can be reduced. When k = j, pulsations of the same order are reduced. In this case, it is more effective if the number of magnetic poles of the two magnetic pole sets is the same, but a reduction effect can be obtained even if the number of magnetic pole sets 9 is different.
図8は、本発明の実施例3の変形例によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図である。図に示すように、電機子ユニットを構成する磁極2をすべて磁極組9となる磁極201とするのがより効果的であるが、構造的な理由等で磁極組9とならない磁極202が存在している。この場合は、磁極組9内の磁極ピッチPcを、Pc=2nP±2P/(2k)とし、磁極組9にならない磁極202との間隔、すなわち磁極組ピッチPgを、Pg=2aP±2P/(4k)のように配置する。または、磁極組にならない磁極202との間隔(磁極組ピッチ)Pgは、任意の値として配置することも可能である。この場合、磁極組9になる磁極201の脈動低減効果は同様に得られる。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a linear motor armature unit according to a modification of the third embodiment of the present invention, taken along a vertical plane parallel to the moving direction. As shown in the figure, it is more effective to use all of the magnetic poles 2 constituting the armature unit as the magnetic pole 201 that is the
図9は、本発明の実施例4による2つの磁極で構成された2つの磁極組からなる電機子ユニットを持つM相リニアモータの斜視図であり、M相リニアモータにおいて、主な脈動成分を低減させる構成について説明する。各々の磁極組内の磁極ピッチPcを、Pc=2nP±P/(qkM)とし、2つの磁極組間の磁極組ピッチPgを、Pg=2aP±P/(qjM)とし、k=1、j=2とした場合、6次の脈動成分と12次の脈動成分を同時に低減できる。このように、磁極組を組み合わせることで複数の次数成分の推力脈動を低減できる。従って、磁極組を、低減した脈動成分に合わせて配置していくことで、多くの次数の脈動成分が含まれていても低減効果が得られる。たとえば、磁極ピッチPcでは、Pc=2nP+P/(qkM)または、Pc=2nP−P/(qkM)の何れでも、同様の効果が得られるが、構成する磁極の寸法や最大推力によって任意に選択することが可能である。この実施例では、2つの異なる次数の推力脈動を低減する磁極配置を示したが、磁極組を増やすことで、さらなる異なる次数の推力脈動をも低減可能である。
FIG. 9 is a perspective view of an M-phase linear motor having an armature unit composed of two magnetic pole sets composed of two magnetic poles according to
図3から図9に示した磁極組の組み合わせは、構成の1例であり、他の磁極数の組み合わせで構成したり、故意に間隔を置いて構成したりすることも可能である。また、磁極組の数は、1つまたは2つの場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、異なる磁極数の磁極組を複数個用いることも可能である。 The combination of the magnetic pole groups shown in FIGS. 3 to 9 is an example of the configuration, and may be configured by a combination of other numbers of magnetic poles or intentionally spaced. Moreover, although the number of magnetic pole groups has been described for one or two cases, the present invention is not limited to these, and a plurality of magnetic pole groups having different numbers of magnetic poles can be used.
図10は、本発明の実施例5による磁極組の極数を4とした場合の3相リニアモータを構成する電機子ユニット10の斜視図であり、磁石列を配置した可動子5と、磁極組をシャフト11で保持した例である。磁石4は、はしご状の可動子5に配置され、一体となって磁極2に対して相対移動が可能である。また、各電機子ユニット10内の全ての磁極2は、シャフト11で結合されている。また、磁極2間の相対関係が保てれば、磁極2の支持方法はどのような方法でもよい。たとえば、シャフト11を通して、磁極組の間隔を変える移動ができるようにした場合、任意の磁極ピッチPcでの構成が可能になる。このように磁極2の位置を移動可能にすることで、推力脈動の調整が可能になる。材料の特性のばらつきや部品の寸法精度のばらつきなどの要因による推力脈動を調整することも可能になる。
FIG. 10 is a perspective view of the
図11は、本発明の実施例6によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図であり、磁極間に介在物を介した電機子ユニットを示している。磁極の間に介在物12を挟むことにより、磁極の位置を安定させるとともに、介在物の寸法を変化させることにより任意の間隔で磁極を配置させることが可能である。介在物12の厚さを調整することで、僅かな脈動の調整も可能となり、より推力脈動を低減できる。さらに、介在物12の形状を工夫することにより、リニアモータを組み立てた後でも、容易に磁極位置を変更できる。極間介在物12は、図11に示したように、一体で構成したり、複数の部材で構成したりすることも可能である。また、厚さの異なる薄板を組み合わせて任意の厚さに調整することもできる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a linear motor armature unit according to a sixth embodiment of the present invention, taken along a vertical plane parallel to the moving direction, and shows an armature unit with inclusions between magnetic poles. By sandwiching the
図12は、本発明の実施例7によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向と並行な垂直面で断面した断面図であり、磁性体の磁極間介在物121を用いた電機子ユニットの断面図である。電機子ユニット内の隣り合う磁極2の磁束の方向が同一であるため、磁性材料の磁極間介在物121を用いることが可能である。磁極間介在物を磁性材料で構成した場合、磁束の経路の断面積が拡大し、特性の向上や磁気抵抗の低減および小型化が可能になる。 FIG. 12 is a cross-sectional view of a linear motor armature unit according to a seventh embodiment of the present invention, taken along a vertical plane parallel to the moving direction, and a cross-sectional view of the armature unit using magnetic pole inclusions 121. It is. Since the directions of the magnetic fluxes of the adjacent magnetic poles 2 in the armature unit are the same, it is possible to use an interpole inclusion 121 made of a magnetic material. When the inclusions between the magnetic poles are made of a magnetic material, the cross-sectional area of the path of the magnetic flux is enlarged, and it becomes possible to improve characteristics, reduce the magnetic resistance, and reduce the size.
図13は、本発明の実施例7による磁極間に介在物を挟んで構成した3相のリニアモータの電機子ユニット10の斜視図である。磁極2間に任意の厚さの磁極間介在物(磁性体)121を挟み込んだ電機子ユニット10を3つ並べることで、3相のリニアモータを構成できる。磁極2の間に任意の厚さの磁極間介在物121を挟み、シャフト11を通し、締め付けることで任意の磁極間隔に調整できる。
FIG. 13 is a perspective view of an
図14は、本発明の実施例8によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図である。相端介在物13と相間介在物14を配置した電機子ユニットで3相リニアモータを構成している。相端介在物13を配置することにより、巻線1を保護することが可能になり、損傷を防ぐ効果がある。さらには、高温なった巻線1に接触するなどの危険性も低減できる。また、巻線1を保持する部材としても利用可能である。相間介在物14は、相端介在物13と同様の効果があり、さらには、相間介在物14の厚さを調整することで、各電機子ユニット10間の間隔を調整できる。
FIG. 14 is a perspective view of an armature unit of a linear motor according to an eighth embodiment of the present invention, taken along a vertical plane parallel to the moving direction. A three-phase linear motor is constituted by an armature unit in which the phase end inclusions 13 and the
図15は、本発明の実施例9によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図である。電機子ユニット10の両端に相端介在物(磁性体)131を配置するとともに、各電機子ユニット10間には相間介在物14を配置した3相リニアモータである。電機子ユニット10内の磁極2の方向は同じであるため、相端介在物131の材質を、磁性を有する部材に変更することで、磁束の経路の断面積を拡大し、特性の向上や磁気抵抗の低減および小型化が可能になる。磁極間介在物(磁性体)121、相端介在物(磁性体)131、相間介在物14は、円筒状の介在物や四角形状の部材を挟み込むことでも構成可能である。各介在物は、可動子5の移動を妨げることがない形状であれば、形状を問わない。
FIG. 15 is a perspective view of an armature unit of a linear motor according to a ninth embodiment of the present invention taken along a vertical plane parallel to the moving direction. A phase-phase inclusion (magnetic body) 131 is disposed at both ends of the
図16は、本発明の実施例10によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図である。相間介在物14を非磁性体とした三相のリニアモータを示す。相間の介在物14を非磁性体とすることで、各電機子ユニット間の磁気的な干渉を低減できる。また、相間介在物14の厚さ等を調整することで、推力脈動の低減が図れる。相間介在物14は、非磁性体であればその形状を問わない。また、固体、液体、気体などの形態も問わない。相間の介在物14は、できるだけ透磁率の低い材料が好ましい。
FIG. 16 is a perspective view of the armature unit of the linear motor according to the tenth embodiment of the present invention taken along a vertical plane parallel to the moving direction. 3 shows a three-phase linear motor in which the
図17は、本発明の実施例11によるリニアモータの電機子ユニットの斜視図であり、磁極間介在物121をコの字形状に構成した三相リニアモータの例を示す。磁極間介在物121をコの字形状にした場合、磁極間隔を調整する際にシャフト11を抜くことなく磁極間介在物121を挿入できる。また、コの字形状の極間介在物121を抜くことで、容易に巻線1や磁石4の状況を確認できる。さらに、磁石4の列および巻線1内側への上下方向の通気性が良くなり、磁石4や巻線1の冷却が容易にできる利点がある。また、コの字形状でなくても磁極間介在物121を分割することで、シャフト11を抜かずに作業が可能となる効果が得られる。
FIG. 17 is a perspective view of the armature unit of the linear motor according to the eleventh embodiment of the present invention, and shows an example of a three-phase linear motor in which the interpole assembly 121 is formed in a U-shape. When the inter-magnetic pole inclusion 121 has a U-shape, the inter-magnetic pole inclusion 121 can be inserted without removing the shaft 11 when adjusting the magnetic pole spacing. Moreover, the state of the coil | winding 1 and the
図18は、本発明の実施例11によるリニアモータの電機子ユニットの一部分解斜視図であり、コの字形状の磁極間介在物121を抜き出した様子を、1相分だけ示している。分割された磁極間介在物121は、容易に横方向へ抜くことが可能である。 FIG. 18 is a partial exploded perspective view of the armature unit of the linear motor according to the eleventh embodiment of the present invention, and shows a state where the U-shaped inter-pole inclusion 121 is extracted for only one phase. The divided inclusions 121 between the magnetic poles can be easily pulled out in the lateral direction.
図19は、本発明の実施例11による相端介在物を分割したリニアモータの電機子ユニットの斜視図である。相端介在物131も、図18における磁極間介在物121と同様に、分割して構成することができる。このような構造にすることにより、容易に電機子ユニットを分解できる等の利点がある。 FIG. 19 is a perspective view of an armature unit of a linear motor obtained by dividing phase end inclusions according to Embodiment 11 of the present invention. The phase end inclusion 131 can also be divided and configured in the same manner as the interpole inclusion 121 in FIG. With such a structure, there is an advantage that the armature unit can be easily disassembled.
図20は、本発明の実施例12によるリニアモータの電機子ユニットの一部分解斜視図であり、磁極2を分割した3相リニアモータを示す。磁極2を可動子3に対して、上側と下側に分割することで、巻線1を外すことなく磁極2を分解できる。従って、磁極歯の取り換えや、磁極2のピッチを容易に変更できる。たとえば、可動子5の上側の磁極を変更する場合、上側のシャフト11を外し、上側磁極2を外すことにより、巻線1を外すことなく、磁極2の配置の変更が可能になる。たとえば、磁極間介在物121を上下に2分割、もしくは、上下左右に4分割にすることも可能である。
FIG. 20 is a partially exploded perspective view of the armature unit of the linear motor according to the twelfth embodiment of the present invention, showing a three-phase linear motor in which the magnetic pole 2 is divided. The magnetic pole 2 can be disassembled without removing the winding 1 by dividing the magnetic pole 2 into the upper side and the lower side with respect to the
図21は、本発明の実施例12によるリニアモータの電機子ユニットの斜視図と分解斜視図である。電機子ユニットは、複数個の磁極2と極間介在物121を相端介在物131で挟み込んで構成される。極間介在物121や相端介在物131の形状によっては巻線1の内側や、磁石4の列への通気口が構成され、冷却口15として利用できる。さらに、このユニットを複数個並べ、板等に固定してリニアモータを構成することも可能である。
FIG. 21 is a perspective view and an exploded perspective view of an armature unit of a linear motor according to a twelfth embodiment of the present invention. The armature unit is configured by sandwiching a plurality of magnetic poles 2 and interpole inclusions 121 with phase end inclusions 131. Depending on the shape of the interpole inclusion 121 and the phase end inclusion 131, an air vent to the inside of the winding 1 and the row of the
図22は、本発明の実施例13によるリニアモータの電機子ユニットの配置例を示す。可動子3の進行方向が同じになるように、複数個の電機子ユニットを配置して、リニアモータを構成することが可能である。図22(a)は3相のリニアモータを2列に構成した例である。この2列の可動子3を結合することで、同じユニット形状で大推力のリニアモータを構成できる。また、図22(b)のように横方向の配列も可能である。図22(c)では、3相のリニアモータを6列配置しており、各ユニットで発生する力の平衡状態が保たれるように配置することも可能である。図22(d)は1軸2ユニットで1相を構成して、3相のリニアモータとして駆動する例である。
FIG. 22 shows an arrangement example of the armature units of the linear motor according to the thirteenth embodiment of the present invention. A linear motor can be configured by arranging a plurality of armature units so that the moving direction of the
図23は、本発明の実施例13によるリニアモータの電機子ユニット10の斜視図、上面図およびA−A断面斜視図である。コの字状の極間介在物121を採用して構成した電機子ユニット10を示す。コの字形状の極間介在物121を極間に挿入した場合、電機子ユニット10の上面図および、A−A断面で切り取った断面斜視図から分かるように、巻線1および磁石4への冷却媒体の経路が形成され、巻線1および可動子3の冷却効果を高めることができる。また、可動子3や巻線1の内側の状態を、容易に確認できる利点もある。
FIG. 23 is a perspective view, a top view, and an AA cross-sectional perspective view of the
図24は、本発明の実施例14によるリニアモータの上下分割電機子ユニットの分解斜視図である。図に示すように、相端介在物131、磁極間介在物121、磁極2、相間介在物14を、可動子3に対して上下に分割にした場合、巻線1の取り外しが容易になる。また、上下ともに同一形状で製作することも可能なため、製作コストを低減できる利点もある。図24では、3つの電機子ユニット10に、1本のシャフト11(図示せず)を貫通させているが、1つの電機子ユニット毎にシャフト11を通して、1ユニット毎に、上ユニット16と下ユニット17に分けることも可能である。
FIG. 24 is an exploded perspective view of the upper and lower divided armature units of the linear motor according to the fourteenth embodiment of the present invention. As shown in the figure, when the phase end inclusion 131, the interpole inclusion 121, the magnetic pole 2, and the
図25は、本発明の実施例15によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図と一部の寸法拡大図であり、可動子5の磁石4の面取り形状について示している。磁石4の幅をLmとした場合、磁石4の角部の面取り寸法Cmを、10Cm>Lmとすることで、磁石4の磁束の漏れを低減できる。さらに、推力脈動を調整する効果も得られる。可動子5の動作によっては、磁石4の面取りの個所を変えることも可能であり、必ずしも全指定個所を同時に面取りしなくてもよい。
FIG. 25 is a perspective view of the armature unit of the linear motor according to the fifteenth embodiment of the present invention taken along a vertical plane parallel to the moving direction and a partial enlarged view of the chamfered shape of the
図26は、本発明の実施例16によるリニアモータの電機子ユニット10を移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図と一部の寸法拡大図であり、電機子ユニット10の磁極2の角部の面取りについての説明図である。磁極2の厚さLtに対して、磁極2の面取り幅Ctを、10Ct>Ltとすることで、磁束の変化が穏やかになり推力脈動を調整でき、さらに、漏れ磁束を低減できる。図25に記載した磁石4の面取りと、図26に記載した磁極2の面取りを同時に行うことにより、相乗的に効果が得られる。また、磁石4の角部および磁極2を直線状に面取りする図について説明したが、角部を円弧状に面取りしたり、角部が多角形になるように面取りしてもよい。
FIG. 26 is a perspective view of a cross section of the
図27は、本発明の実施例17によるリニアモータの電機子ユニットの斜視図と一部部品の分解斜視図であり、磁極間介在物121の磁石4に対向する部分の形状を円弧状にした構造を示している。磁極間介在物121を、磁性を有する部材で構成した場合、磁路として構成可能である。磁極間介在物121の磁石4に対向する部分の形状を円弧状もしくは階段状に変化させ、形状を工夫することで、漏れ磁束を低減し、推力脈動を調整することが可能となる。磁極間介在物121は、磁路の構成と脈動の低減効果があれば、図27の形状に限定されるものではない。
FIG. 27 is a perspective view of the armature unit of the linear motor according to the seventeenth embodiment of the present invention and an exploded perspective view of a part of the part. The shape of the portion of the interpole assembly 121 facing the
図28は、本発明の実施例17によるリニアモータの電機子ユニットを移動方向に平行な垂直面で断面した斜視図である。磁極間介在物121の形状を円弧形状とし、磁石4および磁極2に面取りを施した電機子ユニットの1例を示している。
FIG. 28 is a perspective view of an armature unit of a linear motor according to
図29は、本発明の実施例18によるリニアモータの電機子ユニットの斜視図と正面図である。相端介在物131、極間介在物121、磁極2を上下に2分割して電機子ユニットを構成し、相端介在物131に巻線保持部品18を設置した例を示す。 FIG. 29 is a perspective view and a front view of an armature unit of a linear motor according to Embodiment 18 of the present invention. An example in which the armature unit is configured by dividing the phase end inclusion 131, the interpole inclusion 121, and the magnetic pole 2 into two parts vertically, and the winding holding component 18 is installed on the phase end inclusion 131 is shown.
図30は、本発明の実施例18によるリニアモータの電機子ユニットの変形例の斜視図と正面図である。図29と異なる点は、相端介在物13を1体で構成し、磁極間介在物121および磁極2を上下に2分割構成とした例である。このように、複数の組み合わせで電機子ユニットを構成することが可能である。 30 is a perspective view and a front view of a modification of the armature unit of the linear motor according to the eighteenth embodiment of the present invention. The difference from FIG. 29 is an example in which the phase inclusions 13 are configured as a single body, and the interpole inclusions 121 and the magnetic poles 2 are vertically divided into two. Thus, an armature unit can be configured by a plurality of combinations.
図31は、本発明の実施例18によるリニアモータの電機子ユニットの他の変形例の斜視図と側面図である。3つの電機子ユニット10を個別にシャフトで組立て、固定板19に取り付けた例である。
FIG. 31 is a perspective view and a side view of another modification of the armature unit of the linear motor according to the eighteenth embodiment of the present invention. In this example, three
図32は、本発明の実施例18によるリニアモータの電機子ユニットのさらに他の変形例の斜視図と正面図である。可動子3の断面形状が、同図(A)〜(C)で異なっている例を示している。図32(A)には、H断面形状の可動子5の例を示している。また、同図(B)には、十字型可動子5の例を示す。さらに、同図(C)に、(A)と(B)の可動子形状を組合わせた例を示している。各可動子5の形状は、一体で構成してもよいし、各部品に分けて製作したものを組み合わせてもよい。
FIG. 32 is a perspective view and a front view of still another modified example of the armature unit of the linear motor according to the eighteenth embodiment of the present invention. The cross-sectional shape of the needle |
図33は、図32に示した可動子5の全体斜視図である。 FIG. 33 is an overall perspective view of the mover 5 shown in FIG.
図34は、本発明の実施例18によるリニアモータの電機子ユニットの可動子の構成例図である。同図(A)は、磁石4間の構造物を個別に製作し挟み込んでいる。H型の部材20で挟み込むことで、磁石4の保持も可能である。同図(B)は、各部に面取りを施し、磁石4を接着した場合の、接着剤溜まりを設けている。同図(C)は、可動子5の磁石4保持部分を、はしご状に製作したはしご状磁石保持部材21を示している。
FIG. 34 is a configuration diagram of the mover of the armature unit of the linear motor according to the eighteenth embodiment of the present invention. In FIG. 2A, the structure between the
図35は、本発明の実施例19によるリニアモータの電機子ユニットの一部分解斜視図と磁極構造を示す図である。磁極2等の形状をC字型にした開放型リニアモータの例を示す。リニアモータは、コア形状が分かり易いように、上側の巻線1をはずして図示している。このような構造にすることで、片側から支持することが可能になる。壁などに可動子3を取り付け、C字型をした電機子ユニットを動かすことも可能である。また、円弧状または湾曲するように、可動子3および電気子ユニット等を配置することにより可動子5または電機子ユニット10を回転運動させることも可能である。
FIG. 35 is a partial exploded perspective view of the armature unit of the linear motor according to
本明細書では、リニアモータとして、3相の構成を中心に説明したが、それに限定されるものではない。電機子ユニット10の配置により、同一の電機子ユニットで何相のリニアモータでも構成できる。
In this specification, the linear motor has been described with a three-phase configuration as the center, but is not limited thereto. Depending on the arrangement of the
本発明の実施例によれば、電機子ユニット10を構成する相端介在物13または131、磁極間介在物12または121、相間介在物14および磁極2等により、推力脈動等を低減するために、容易に寸法を変えたり、磁極位置を変えたりすることが可能になる。また、説明した各構成部品のほかに、薄いシム等を用いての微調整や、他の形状の介在物やスペーサを用いて調整することも可能である。さらに、磁性を有する介在物等は磁極と一体に形成しても、同様の効果が得られる。
According to the embodiment of the present invention, the phase pulsation inclusions 13 or 131, the
各実施例における、磁極や各介在物は電磁鋼板を積層して製作することも可能である。または、圧粉磁心などで構成することも可能である。その他の部材では、透磁率の高い材料を使うのが効果的である。また、薄板状の材料を積層し各部材を構成した場合、傾斜部や円弧部は階段状としても同様の効果が得られる。 The magnetic poles and the inclusions in each embodiment can be manufactured by laminating electromagnetic steel plates. Alternatively, it may be configured with a dust core or the like. For other members, it is effective to use a material having high magnetic permeability. Moreover, when laminating | stacking a thin plate-shaped material and comprising each member, the same effect is acquired even if an inclined part and a circular arc part are made into step shape.
図36は、本発明の一実施例によるリニアモータの可動子の磁石の配置について示した斜視図とスキューの有無を示す2つの上面図である。可動子3上の磁石4の配置を、可動子5の長手方向と磁石4の角度θmを45°<θm<90°とすることにより、他の推力脈動低減作用との相乗効果により推力脈動成分の調整が容易になる。この磁石4の配置は、これまで述べた各実施例に適用することで、より推力脈動の調整が容易になる。
FIG. 36 is a perspective view showing the arrangement of the magnets of the mover of the linear motor according to one embodiment of the present invention and two top views showing the presence or absence of skew. By arranging the
1…巻線、2…磁極、3…固定子、4…磁石、5…可動子、6…上磁極歯、7…下磁極歯、8…鉄心、9…磁極組、10…電機子ユニット、11…シャフト、12…磁極間介在物、121…磁性体の磁極間介在物、13…相端介在物、14…相間介在物、15…冷却口、16…上部ユニット、17…下部ユニット、18…巻線保持部品、19…固定板、20…H型部材、21…はしご状磁石保持部材。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記可動子の前記永久磁石の両側に空隙を介して対向配置された一対の磁極歯と、これら一対の磁極歯間をつなぐコアを備えた磁極と、
前記可動子の進行方向に隣り合う複数の前記磁極が同極性となるように、前記複数の磁極の前記コアに対して共通に巻かれた電機子巻線を備えた磁極組を有する電機子ユニットを備え、
前記電機子ユニットと前記可動子が相対的に移動するための推力を発生するリニアモータであって、
前記電機子ユニットを、その磁極ピッチPcの長さを可変に構成したことを特徴とするリニアモータ。 A mover having a plurality of permanent magnets arranged so that the polarities of the magnets adjacent to each other in the traveling direction are reversed;
A pair of magnetic pole teeth opposed to each other on both sides of the permanent magnet of the mover via a gap, and a magnetic pole having a core connecting between the pair of magnetic pole teeth;
An armature unit having a magnetic pole set including armature windings wound around the core of the plurality of magnetic poles so that the plurality of magnetic poles adjacent to each other in the traveling direction of the mover have the same polarity. With
A linear motor that generates a thrust for moving the armature unit and the mover relatively;
A linear motor characterized in that the armature unit has a variable magnetic pole pitch Pc.
前記電機子ユニットを、その磁極間に介在物を挟み、磁極ピッチPcの長さを可変に構成したことを特徴とするリニアモータ。 In claim 1,
A linear motor characterized in that the armature unit is configured such that inclusions are sandwiched between the magnetic poles, and the length of the magnetic pole pitch Pc is variable.
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