JPH08205514A - リニア同期モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に製造可能であって、コギング推力を可
及的に低減可能な磁気回路構造を有したリニア同期モー
タを提供する。 【構成】 リニア同期モータ１０は、複数の永久磁石１
８を備えた界磁１２と、界磁１２との間に空隙を介して
配置され、電機子鉄心２２に設けられた複数のスロット
２６に収容される複数の巻線２８を備えた電機子１４と
を備える。巻線２８には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相交流
が供給される。電機子１４には、この三相交流を通す巻
線組が同一の相配置で複数個設けられる。隣合う巻線組
は、等間隔ではなく、スロット２６の幅Ｔに相当する距
離だけ相互に接近又は離反する方向へずれて配置され
る。Ｔはスロットピッチの半分に相当し、隣合う巻線組
においてコギング推力は位相が丁度１８０°ずれて発生
するので、それぞれの巻線組におけるコギング推力が互
いに打ち消し合う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニア同期モータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば工作機械の主軸／テーブル送り機
構等、各種産業機械の駆動部に使用されるリニア同期モ
ータでは、電機子鉄心に設けた複数のスロットに巻線を
収容してなる電機子を備えたものがある。電機子鉄心は
一般に複数の磁性薄板の積層体からなり、例えば各磁性
薄板に設けた切欠きが連通することによりスロットが形
成される。電機子は、電機子と界磁との相対移動方向に
略直交する方向へ各スロットが延びるようにして、空隙
を介して界磁に対向配置される。

【０００３】この種のリニア同期モータでは、スロット
を画成する電機子鉄心の突歯と界磁磁極との間に磁気回
路が形成されるが、各突歯間のスロット開口に起因する
磁気抵抗の変化によりいわゆるコギング推力が生じ、そ
れが電機子と界磁との相対移動時の周期的な推力むらの
一因となっている。従来、コギング推力を低減するため
に、電機子と界磁との相対移動方向に対し傾斜して延び
る斜めスロットを有する電機子が、高い動作精度を要求
されるリニア同期モータで採用されている。このような
斜めスロットは、回転電機においてはコギングトルクや
スロットリップル（スロット開口に起因するトルク脈
動）を低減する有効な手段として周知である。

【０００４】一般に、磁性薄板の積層体からなる電機子
鉄心に斜めスロットを設ける場合、まず珪素鋼板等の磁
性薄板材料から複数の切欠きを有した薄板コアを打抜
き、次に複数の薄板コアを、隣接する薄板コアの各切欠
きが一方向へ所定距離づつ僅かにずれるように相対変位
して積層し、かしめや接着によって相互に固定する。こ
のように所定距離づつ僅かにずれて重ねられた複数の切
欠きにより、複数の斜めスロットが形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】積層鉄心に斜めスロッ
トを形成する場合、上記のように複数の薄板コアを所定
距離づつ僅かにずらして積層するので、積層工程が煩雑
になるだけでなく、電機子の外形が直方体ではなくなる
ので電機子の支持が不便になる課題があった。また、斜
めスロットに巻線を挿入すること自体、困難な作業であ
った。

【０００６】したがって本発明の目的は、電機子の製造
工程を煩雑にしたり外形に影響を与えたりすることな
く、コギング推力を可及的に低減可能な磁気回路構造を
有したリニア同期モータを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の磁極を備えた界磁と、界磁との間
に空隙を介して配置され、磁極に対し直線的に相対移動
する複数の巻線を備えた電機子とを具備し、電機子の電
機子鉄心に、磁極に対向して開口する複数のスロットが
形成され、それら複数のスロットに巻線が所定配置で収
容されてなるリニア同期モータにおいて、巻線は、それ
ぞれに多相交流が供給される複数の巻線組を含み、それ
ら巻線組の間で同一相の巻線が、各々の対向する磁極に
対し常に異なる位置関係を有することを特徴とするリニ
ア同期モータを提供する。

【０００８】

【作用】コギング推力は、電機子巻線を収容したスロッ
トと界磁磁極との相対位置に対応して周期的に増減す
る。したがって、複数の巻線組の間で、同一相の巻線と
各々の対向する磁極とが常に異なる位置関係を有するよ
うな配置によれば、同一相の巻線を収容した各スロット
に関して生じるコギング推力の位相がずれ、力が分散さ
れるので、コギング推力がリニアモータの推力に及ぼす
影響は低減される。このような位相のずれが１つの巻線
組におけるコギング推力の発生周期の半分に相当する場
合、すなわち異なる巻線組での同一相の巻線と対向磁極
との位置関係のずれがスロットのピッチの半分に相当す
る場合、それぞれの巻線組におけるコギング推力が互い
に打ち消し合うので、モータ全体のコギング推力を著し
く低減することができる。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその好
適な実施例に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の
実施例によるリニア同期モータ１０を示す。リニア同期
モータ１０は、複数の磁極を備えた界磁１２と、界磁１
２との間に空隙を介して配置され、磁極に対し直線的に
相対移動する複数の巻線を備えた電機子１４とを備え
る。界磁１２と電機子１４とは、いずれか一方が静止機
台に固定されて固定子を構成し、他方が周知の案内手段
に移動可能に支持されて可動子を構成する。案内手段
は、可動子の移動中、界磁磁極により可動子に作用する
垂直力に抗して可動子を支持し、可動子と固定子との間
に所定空隙を維持する。

【００１０】界磁１２は、鉄等の磁性材料からなる板状
の基部１６と、基部１６上に並置かつ固定される複数の
永久磁石１８とを備える。各永久磁石１８は、略直方体
形状を有し、隣合う永久磁石１８が交互的に電機子１４
に接近又は離反する方向へ延びる磁束を形成する。すな
わち、隣合う永久磁石１８の電機子対向面２０に交互に
Ｎ極及びＳ極が形成される。なお各永久磁石１８は、周
知のように例えば接着剤によって基部１６に固着され
る。

【００１１】電機子１４は、珪素鋼板等の複数の磁性薄
板材料の積層体からなる略直方体形状の電機子鉄心２２
と、電機子鉄心２２の界磁対向面２４に略平行に凹設さ
れた複数のスロット２６に所定配置で収容される複数の
巻線２８とを備える。したがって電機子鉄心２２の界磁
対向面２４には、永久磁石１８に対向する複数の開口３
０が形成される。

【００１２】巻線２８には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の三相交
流が供給される。各相の巻線はそれぞれ４個のスロット
２６に収容される。この三相交流により巻線２８に移動
磁界が生じると、移動磁界と界磁１２の永久磁石１８と
の間に作用する吸引力及び反発力により、可動子が推力
を付与されて固定子に沿って直線的に移動する。電機子
１４には、この三相交流を通す巻線組（計１２個のスロ
ット２６に収容される）が、同一の相配置で複数個設け
られる。

【００１３】なお図示実施例では、スロット２６の幅
（すなわちモータの駆動方向に沿った壁間距離）は、ス
ロット２６を画成する突歯３２の厚み（すなわちモータ
の駆動方向に沿った寸法）に等しくなっている。これら
の寸法をＴで示すと、スロット２６の基本ピッチは２Ｔ
である。さらに詳述すると、１つの相に対応する４個の
スロット２６は、突歯３２とさらに厚みの大きな突歯３
４とによって画成される。厚みの大きな突歯３４は、磁
気回路を構成する空隙の磁束分布を安定させるためのも
のである。

【００１４】このような構成のリニア同期モータ１０で
は、スロット２６の開口３０に起因する磁気抵抗の変化
により、スロット２６と永久磁石１８との相対位置に対
応して周期的に増減するコギング推力が発生する。この
コギング推力を低減するために、リニア同期モータ１０
では、複数の巻線組の間で同一相の巻線２８が、各々の
対向する永久磁石１８に対し常に異なる位置関係を有す
るように、スロット２６の位置が設定されている。本発
明によるこのような解決策をさらに明らかにするため
に、複数の巻線組の間で同一相の巻線が各々の対向する
永久磁石に対し常に同じ位置関係を有するリニア同期モ
ータ１０′を図２に示し、比較説明する。なお図２で
は、図１のリニア同期モータ１０の構成要素に対応する
各要素には、図１で用いた参照符号に′を添えた参照符
号を付す。

【００１５】リニア同期モータ１０′は、図１の界磁１
２と実質的同一の構成を有する界磁１２′と、図１の電
機子１４とはスロット配置の異なる電機子１４′とを備
える。電機子１４′では、図示のように異なる巻線組の
間で同一相の巻線２８′が、各々の対向する永久磁石１
８′に対し常に同じ位置関係を有するように、各スロッ
ト２６′の位置が設定されている。リニア同期モータ１
０と同様に、スロット２６′の幅はスロット２６′を画
成する突歯３２′の厚みに等しく、これらの寸法をＴで
示す。したがってリニア同期モータ１０′では、隣合う
巻線組の間の突歯３２１′の厚みはＴである。

【００１６】これに対しリニア同期モータ１０では、図
１に示すように、隣合う巻線組の間の突歯３２１の厚み
が２Ｔになっている。さらに、図の右端側で隣接する巻
線組の間は、突歯が排除されて幅２Ｔのスロット２６１
にＣ相の巻線２８ＣとＡ相の巻線２８Ａとが収容されて
いる。このようにリニア同期モータ１０では、リニア同
期モータ１０′での配置に対し、隣合う巻線組がスロッ
ト２６の幅Ｔに相当する距離だけ相互に接近又は離反す
る方向へずれて配置される。この場合、スロット２６の
幅Ｔが突歯３２の厚みに等しく、Ｔはスロットピッチの
半分に相当するので、隣合う巻線組において、コギング
推力は位相が丁度１８０°ずれて発生することになり、
それぞれの巻線組におけるコギング推力が互いに打ち消
し合う。このようにして、リニア同期モータ１０におい
ては、モータ全体のコギング推力が著しく低減される。

【００１７】上記のように構成されたリニア同期モータ
１０の電機子１４は、珪素鋼板等の磁性薄板材料から打
ち抜かれた複数の切欠きを有する薄板コアを積層して形
成される。このとき、重なり合った切欠きによりスロッ
ト２６が形成される。したがって従来、例えば図２に示
すスロット配置を有した電機子の製造に使用されるプレ
ス機械を使用して、スロット２６の打抜き位置を変更調
整するだけで、電機子１４を製造することができる。し
かも電機子１４の外形は直方体形状を維持できるので、
電機子の支持構造に影響を及ぼすことがなく、また、ス
ロット２６に巻線を容易に挿入することができる。

【００１８】図３は、本発明の他の実施例によるリニア
同期モータ３６を示す。リニア同期モータ３６は、複数
の永久磁石３８を備えた界磁４０と、界磁４０との間に
空隙を介して配置され、永久磁石３８に対し直線的に相
対移動する複数の巻線４２を備えた電機子４４とを備え
る。電機子４４は、図２に示した電機子１４′と実質的
に同一の構成を有する。すなわち、電機子鉄心４６に設
けた複数のスロット４８は基本ピッチ２Ｔで配置され、
隣合う巻線組の間の突歯５０１の厚みはＴである。

【００１９】界磁４０の複数の永久磁石３８は、交互的
に電機子４４に接近又は離反する方向へ磁化された隣合
う永久磁石３８の間に、所定寸法の隙間ｔを有して基部
５２に固着される。図示実施例では、ｔ＝Ｔである。

【００２０】リニア同期モータ３６では、コギング推力
を低減するために、複数の巻線組の間で同一相の巻線４
２が、各々の対向する永久磁石３８に対し常に異なる位
置関係を有するように、永久磁石３８の位置が設定され
ている。本発明によるこのような解決策をさらに明らか
にするために、複数の巻線組の間で同一相の巻線が各々
の対向する永久磁石に対し常に同じ位置関係を有するリ
ニア同期モータ３６′を図４に示し、比較説明する。な
お図４では、図３のリニア同期モータ３６の構成要素に
対応する各要素には、図３で用いた参照符号に′を添え
た参照符号を付す。

【００２１】リニア同期モータ３６′は、図３の界磁４
０とは永久磁石配置の異なる界磁４０′と、図３の電機
子４４と実質的同一の構成を有する電機子４４′とを備
える。界磁４０′では、図示のように全ての永久磁石３
８′が隣合う永久磁石３８′間に隙間ｔ（＝Ｔ）を有し
て配置される。それにより、異なる巻線組の間で同一相
の巻線４２′が、各々の対向する永久磁石３８′に対し
常に同じ位置関係を有するようになっている。

【００２２】これに対しリニア同期モータ３６では、図
３に示すように、１つの巻線組に対向する４個の永久磁
石３８を１つの磁石組として、隣合う磁石組の間の永久
磁石３８１間の隙間が０の場所と２ｔの場所とが設けら
れている。このようにリニア同期モータ３６では、リニ
ア同期モータ３６′での配置に対し、隣合う磁石組がス
ロット４８の幅Ｔに相当する距離ｔだけ相互に接近又は
離反する方向へずれて配置される。この場合、ｔはスロ
ットピッチの半分に相当するので、隣合う巻線組におい
て、コギング推力は位相が丁度１８０°ずれて発生する
ことになり、それぞれの巻線組におけるコギング推力が
互いに打ち消し合う。このようにして、リニア同期モー
タ３６においても、モータ全体のコギング推力が著しく
低減される。

【００２３】上記のように構成されたリニア同期モータ
３６の界磁４０は、基部５２上での永久磁石３８の固着
位置を調整するだけで製造することができる。電機子４
４側には、コギング推力を低減するための特別な配慮が
不要であり、電機子の製造工程や形状に何ら影響を及ぼ
すことがない。

【００２４】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、特許
請求の範囲に記載した範囲内で様々な変更が可能であ
る。例えば上記実施例において、界磁は永久磁石によら
ず、電磁石や超電導磁石によって構成することもでき
る。また、スロットの幅、突歯の厚み、永久磁石間の隙
間等の諸寸法は、上記に限定されることなく、互いに異
なる寸法とすることができる。さらに、巻線と磁極との
相対位置のずらし量は、上記のように１つの巻線組にお
けるコギング推力の発生周期の半分に相当することが好
ましいが、コギング推力の発生位相をずらすことができ
さえすれば、ずらし量はいかなる量であってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、電機子において多相交流が供給される複数の巻線組
を、それら巻線組の間で同一相の巻線と各々の対向する
界磁磁極とが常に異なる位置関係を有するように配置す
るので、同一相の巻線を収容した各スロットに関して生
じるコギング推力の位相がずれ、コギング推力がリニア
モータの推力に及ぼす影響を低減できる。しかも、電機
子の製造工程を煩雑にしたり外形に影響を与えたりする
ことがない。したがって本発明によれば、容易に製造可
能であって高い動作精度を要求されるリニア同期モータ
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるリニア同期モータの正面
図である。

【図２】図１のリニア同期モータに対応し、コギング推
力低減手段を有しない他のリニア同期モータを示す正面
図である。

【図３】本発明の他の実施例によるリニア同期モータの
正面図である。

【図４】図３のリニア同期モータに対応し、コギング推
力低減手段を有しない他のリニア同期モータを示す正面
図である。

【符号の説明】

１２、４０…界磁 １４、４４…電機子 １６、５２…基部 １８、３８…永久磁石 ２０…電機子対向面 ２２、４６…電機子鉄心 ２４…界磁対向面 ２６、２６１、４８…スロット ２８、４２…巻線 ３０…開口 ３２、３２１、３４、５０１…突歯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極を備えた界磁と、該界磁との
   間に空隙を介して配置され、前記磁極に対し直線的に相
   対移動する複数の巻線を備えた電機子とを具備し、該電
   機子の電機子鉄心に、前記磁極に対向して開口する複数
   のスロットが形成され、該複数のスロットに前記巻線が
   所定配置で収容されてなるリニア同期モータにおいて、 前記巻線は、それぞれに多相交流が供給される複数の巻
   線組を含み、それら巻線組の間で同一相の巻線が、各々
   の対向する前記磁極に対し常に異なる位置関係を有する
   ことを特徴とするリニア同期モータ。