JP5488836B2

JP5488836B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP5488836B2
Application number: JP2011036876A
Authority: JP
Inventors: 恭祐宮本; 清剛永松
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: CN102651599A; KR20120096906A; JP2012175852A

Description

開示の実施形態は、初期磁極位置を検出するホール素子を用いた磁極検出器を内蔵したリニアモータに関する。

従来、工作機械等のテーブル送りに利用される永久磁石同期機形のリニアモータは、リニアモータ電機子の進行方向先端部に磁極検出器を配置する構成が知られている。磁極検出器を構成するホール素子は、ホール素子基板に対して磁束検出位相が相対的に１２０°になるように配置される。

また、他の従来技術として、磁極検出器を排除し、磁極検出器の機能を駆動ドライバにインストールされた磁極検出ソフトウェアで行う技術もある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１６８２３２

従来技術では、電機子先端部に磁極検出器を配置する構造は、磁極検出器の進行方向長さの分、リニアモータのストローク（可動範囲）を減少させることになる。特に、同一軌道（マグネットトラック）内に、複数の電機子を配置する、所謂マルチヘッド用途では、電機子の進行方向長さを短く設計することが必須となる。従って、このような電機子先端部に磁極検出器を配置する構成は、リニアモータのストローク減少に与える影響が大きい。

また、従来の磁極検出ソフトウェアで行う技術では、リニアモータを直動案内するリニアガイドの摩擦特性が大きい場合、負荷重量がリニアモータ推力に対して大きい場合など、検出（位相）精度が悪くなるという問題がある。

実施形態の一態様は、可動子のストロークを犠牲にせず、検出精度、信頼性を向上させることが可能なリニアモータを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るリニアモータとして、請求項１に関しては、平板状の界磁ヨークに交互に極性が異なる複数の永久磁石を直線状に配置した界磁と、前記界磁の磁石列と磁気的ギャップを介して対向配置すると共に電磁鋼板を積層した電機子コアと当該電機子コアのスロットに巻装した多相の電機子巻線とを含む電機子と、を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、可動子と固定子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記電機子巻線は、前記電機子の駆動方向と直交する方向の巻線の高さがそれぞれ異なる第１電機子巻線および第２電機子巻線を含む２つのコイル群で構成されており、前記第１電機子巻線に比べて巻線の高さが低い前記第２電機子巻線の下面に初期磁極位置を検出するホール素子を有する磁極検出器を設けたことを特徴としている。
請求項２は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記第２電機子巻線は、前記第１電機子巻線の巻き回数より小さくしたことを特徴としている。
請求項３は、請求項１または２に記載のリニアモータにおいて、前記第１および第２の電機子巻線のＵ，Ｖ，Ｗ各相の配列は、リニアモータの界磁の磁極数をＰ、電機子のスロット数をＮｓ、相数をｍ（ここではｍ＝３）とし、毎極毎相当たりのスロット数ｑが、ｑ＝Ｎｓ／（ｍ×Ｐ）で表されるときに，ｑ＝１／２、１／４、１／５の場合の条件の下で、前記電機子コアのスロットに１個ずつ等間隔に配置することを特徴としている。
請求項４は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記ホール素子を、前記第２電機子巻線の電機子コア積厚方向におけるコイルエンド部の下方に配置したことを特徴としている。
請求項５は、請求項４記載のリニアモータにおいて、前記ホール素子が前記永久磁石の磁束に反応するように、前記永久磁石を前記電機子コアの積層厚みより外側にオーバーハングさせる長さは、前記ホール素子の幅寸法とほぼ同一としたことを特徴としている。
請求項６は、請求項１に記載のリニアモータにおいて、前記ホール素子を、前記第２電機子巻線の電機子コア積厚方向における中央部下方に配置したことを特徴としている。
請求項７は、請求項６に記載のリニアモータにおいて、前記ホール素子は前記電機子コアのティース間に設けたことを特徴としている。

実施形態の一態様によれば、リニアモータは、このように本発明における手段を実施することで、磁極検出器部が、電機子内部配置されることで、リニアモータのストロークを犠牲にせず、または、リニアモータの推力性能を大きく低下させることなく、検出精度、信頼性を向上させることができる。
まず最大推力特性Fは、Laが変わらないため、性能低下は一切無い。
次に、モータ定数Kmについては、電機子スロット高さｈｓにも関係するが、実際の製品設計上では、５％以下の低減率となり、従来技術に比べてはるかに少ない

本発明の第１実施形態を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）を左方から見た正断面図、（ｃ）は（ａ）を下方から見た平面図本発明の第２実施形態を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）を左方から見た正断面図、（ｃ）は（ａ）を下方から見た平面図

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明の第１実施形態を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）を左方から見た正断面図、（ｃ）は（ａ）を下方から見た平面図である。
図１において、１はリニアモータで、２は界磁、３は界磁ヨーク、４は界磁ヨーク３上に交互に極性が異なるように隣接して等ピッチで配置した永久磁石であり、界磁ヨーク３および永久磁石４とで界磁２を構成している。
５は界磁２と磁気的ギャップを介して対向配置した電機子、６は電磁鋼板を櫛歯形状に打ち抜いて積層してなる電機子コア、７は電機子コア６のスロット部に整列巻きして収納されたＵ、Ｖ、Ｗ相からなる多相の電機子巻線。８はモールド樹脂であり、電機子巻線７および電機子コア６全体をモールド樹脂８で覆うように固着することにより電機子５を構成している。
また、９は磁極検出器であり、磁極検出部５は、図１（ｂ）および（ｃ）に示すようにホール素子基板１０にマグネット磁束を検知するホール素子１１を１２０°位相にて配置したもので構成されており、電機子進行方向長さ内に収まっていることがわかる。
さらに、１２は磁極検出器信号線、１３はモータリードである。
具体的には、電機子巻線７は、巻線の巻き回数が異なる少巻回巻線７ａと多巻回巻線７ｂの２つのコイル群で構成されており、これらは直列接続されている。ここで、多巻回巻線７ｂが、特許請求の範囲に記載の第１の電機子巻線に相当し、少巻回巻線７ａが、特許請求の範囲に記載の第２の電機子巻線に相当している。
この多巻回巻線７ｂは電機子コアのスロット内部に整列巻きによりフルに巻回してあり、他方の少巻回巻線７ａは多巻回巻線７ｂに比べて巻回数を少なくした巻線で構成されている。すなわち、少巻回巻線７ａは巻線の巻回数を少なくした分だけ、少巻回巻線７ａの電機子の駆動方向と直交する方向の巻線の高さＨ１が多巻回巻線７ｂの高さＨ２より小さくなっている。
また、少巻回巻線７ａの巻線の高さＨ１を小さくすることによりできる下面スペース（高さＨ＝多巻回巻線７ｂの高さＨ２―少巻回巻線７ａの高さＨ１）には、ホール素子基板２２とホール素子２３からなる磁極検出器９が設けられている。なお、この少巻回巻線７ａは、多巻回巻線７ｂに比べて巻回数を少なくする構成に替えて、多巻回巻線７ｂと巻回数を同じにした状態で線径を落とす構成を取るようにしても構わない、
また、ホール素子１１は、少巻回巻線のコイルエンド部下に配置固定されているが、これと対向する永久磁石４も、電機子コア６の積層厚みより、ホール素子１１が磁束に反応するまでオーバーハングさせている。このオーバーハングの最大寸法は、ホール素子１１の幅寸法と、ほぼ同一となる。

次に動作について説明する。
このような構成において、リニアモータの電機子５は、電機子コア６に多相の電機子巻線７が、磁極ピッチλｐを１８０°とした場合、３相巻線の場合では、１２０°位相となるように順次巻回されている。そしてこの各相巻線には、時間位相が１２０°の電機子電流を通電する。磁極検出器９は、この通電タイミング信号を駆動ドライバ側に送る機能となっている。上記のように、リニアモータ１の電機子巻線７に図示しない電源により交流を通電すると、この電機子巻線７と永久磁石４との電磁作用により、積層された電機子コア６を貫通するように界磁が発生し、リニアモータ１の可動子を構成する電機子５は界磁の長手方向（直線方向に向かって直線移動する。

第１実施形態は、リニアモータ電機子に磁極検出器を内蔵されることで、リニアモータのストロークを犠牲にせず、または、リニアモータの推力性能を大きく低下させることなく、検出精度、信頼性を向上させることができる。

図２は、本発明の第２実施形態を示すリニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）を左方から見た正断面図、（ｃ）は（ａ）を下方から見た平面図である。
図２において、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、ホール素子１１を、少巻回巻線７ａの電機子コア積厚方向における中央部下方に配置した構成になっており、しかも電機子コア６のティース間に配置固定されていることから、これと対向するマグネット磁束を検知、磁極信号出力をさせるものである。
したがって、図１に示す第１実施形態では、マグネット幅寸法が、電機子コア６の積層厚みよりオーバーハングさせていたが、図２に示す第２実施懈怠では、マグネット幅寸法の電機子コア６の積層厚みよりオーバーハングさせる構成は不要となり、若干であるが、マグネットコストの低減と、リニアモータ幅寸法の小型化が可能となる。

なお、本実施形態におけるＵ，Ｖ，Ｗ各相の電機子巻線の配列は、リニアモータの界磁の磁極数をＰ、電機子のスロット数をＮｓ、相数をｍ（ここではｍ＝３）とし、毎極毎相当たりのスロット数ｑが、ｑ＝Ｎｓ／（ｍ×Ｐ）で表されるときに，ｑ＝１／２、１／４、１／５の場合の条件の下で、前記電機子コアのスロットに１個ずつ等間隔に配置されることが好ましい。

１リニアモータ
２界磁、
３界磁ヨーク、
４永久磁石、
５電機子、
６電機子コア、
７電機子巻線、
７ａ少巻回巻線（第２電機子巻線）
７ｂ多巻回巻線（第１電機子巻線）
８モールド樹脂、
９磁極検出器
１０ホール素子基板
１１ホール素子
１２磁極検出器信号線
１３モータリード

Claims

平板状の界磁ヨークに交互に極性が異なる複数の永久磁石を直線状に配置した界磁と、
前記界磁の磁石列と磁気的ギャップを介して対向配置すると共に電磁鋼板を積層した電機子コアと当該電機子コアのスロットに巻装した多相の電機子巻線とを含む電機子と、
を備え、
前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、可動子と固定子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記電機子巻線は、前記電機子の駆動方向と直交する方向の巻線の高さがそれぞれ異なる第１電機子巻線および第２電機子巻線を含む２つのコイル群で構成されており、
前記第１電機子巻線に比べて巻線の高さが低い前記第２電機子巻線の下面に初期磁極位置を検出するホール素子を有する磁極検出器を設けたことを特徴とするリニアモータ。
前記第２電機子巻線は、前記第１電機子巻線の巻き回数より小さくしたことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
前記第１および第２の電機子巻線のＵ，Ｖ，Ｗ各相の配列は、リニアモータの界磁の磁極数をＰ、電機子のスロット数をＮｓ、相数をｍ（ここではｍ＝３）とし、毎極毎相当たりのスロット数ｑが、ｑ＝Ｎｓ／（ｍ×Ｐ）で表されるときに，ｑ＝１／２、１／４、１／５の場合の条件の下で、前記電機子コアのスロットに１個ずつ等間隔に配置することを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
前記ホール素子を、前記第２電機子巻線の電機子コア積厚方向におけるコイルエンド部の下方に配置したことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
前記ホール素子が前記永久磁石の磁束に反応するように、前記永久磁石を前記電機子コアの積層厚みより外側にオーバーハングさせる長さは、前記ホール素子の幅寸法とほぼ同一としたことを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
前記ホール素子を、前記第２電機子巻線の電機子コア積厚方向における中央部下方に配置したことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
前記ホール素子は前記電機子コアのティース間に設けたことを特徴とする請求項６に記載のリニアモータ。