JPS60131071A

JPS60131071A - リニアモ−タ

Info

Publication number: JPS60131071A
Application number: JP24014783A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Yoshida; 修一吉田; Noriaki Wakabayashi; 若林　則章; Tsutomu Hamada; 力浜田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-12-20
Filing date: 1983-12-20
Publication date: 1985-07-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は直交座標系ロボットや産業用Ｘ−Ｙテーブルな
どに応用できる直線的に作動するりニアモータで、特に
磁気回路に磁極歯を有するリニアモータに関する。

従来例の構成とその問題点従来の磁極歯を有するリニアモータは第１図にその具体
構成を示すように、等ピッチで、かつ複数列の固定子磁
極歯列１ａ、１ｂを有する固定子２と、この固定子磁極
歯列１　ａ　、Ｉｂと適切な空隙を保持しつつ、Ｘ方向
へ走行可能なように設けられた可動子３より構成される
。可動子３は」二部コア４．永久磁石５ａ　、　５ｂ、
下部コア６ａ。

６ｂ、駆動コイル７ｘ、７ｙ、７ｚで構成され、下部コ
ア６ａ、６ｂにはステータ磁極歯列１ａ。

１ｂと同ピツチの町動子磁極歯Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚが固定
子磁極歯列１ａ、１ｂと対向して設けられる。

この様なりニアモータの動作原理は、固定子磁極歯列１
ａ、１ｂと可動子磁極歯ａｘ、ａｙ、ｓｚとの間の空隙
に発生する永久磁石ｓａ　、ｓｂによる磁束と駆動コイ
ル７Ｘ、７Ｍ、７Ｚによる磁束との合成磁束による磁気
力を利用するものであり、特開昭５７−２５１５１号公
報に記載の通りである。

上記の様に構成されたりニアモータで、前記上部コア、
下部コア、固定子の夫々の材料として純鉄を採用し、か
つ可動子重量が１．５ＫＦ程度のものを製作したところ
、最大速度が１ｎ／ｓｌ、か得られなかった。これはモ
ータの動的推力が低下しているためで、その原因は、高
速で運動するりニアモータの可動子および固定子磁極歯
列で、高い周波数の磁束の交番に起因する渦電流が発生
し、エネルギー損失が著しく増大されるためであり、こ
れは磁極の材料に純鉄の様に比較的体積抵抗率の低いも
のを用いたとき、かつモータが大型になる程顕著となる
傾向がある。

発明の目的本発明の目的は、動的性能に関する従来の問題点を除去
し、渦電流によるエネルギー損失を抑制することによっ
て性能を向上したりニアモータを提供することである。

発明の構成本発明のりニアモータは、固定子を、磁極歯を形成した
薄磁性板と、永久磁石による磁束の主磁路を構成する第
１固定子と、駆動巻線による磁束の主磁路を構成する第
２固定子とから構成し、可動子の下部コアと第２固定子
は、磁性鋼板を、可動子走行方向と平行かつ磁極歯形成
面と直交する面に沿うように配列し、その面と直交する
方向に積み重ねて固着して構成し、また第１固定子は、
磁性鋼板を、可動子走行方向と垂直かつ磁極歯形成面と
直交する面に沿うように配列し、その而と直交する方向
に積み重ねて固着して構成したものであり、これによっ
てリニアモータの性能を大幅に向上できるものである。

実施例の説明以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。

第２図は本発明の一実施例を示す図である。

第２図において、リニアモータは、等ピッチで、かつ複
数列の固定子磁極歯列１ａ、１ｂを有する固定子２と、
この固定子磁極歯列１ａ、１ｂと適切な空隙を保持しつ
つ、Ｘ方向へ走行可能なように設けられた可動子３よシ
構成する。また固定子２は、固定子磁極歯列１ａ、１ｂ
を形成した薄磁性板９と第１固定子１０および第２固定
子１１とを一体化して構成し、可動子３ば、上部コア４
、永久磁石５ａ、６ｂ、下部コア６ａ、６ｂ、駆動コイ
ル７ｘ　、７ｙ　、７ｚで構成する。さらに下部コアｅ
ａ、６ｂおよび第２固定子１１は、表面絶縁処理された
磁性鋼板を、Ｘ方向と平行かつＸ−Ｚ平面に沿うように
配列、Ｙ方向に積み重ねて固着することによって構成さ
れ、なお、かつ下部コア６ａ、６ｂには、固定子磁極歯
列１ａ、１ｂと同ピ、ノチの可動子磁極歯８ｘ、８ｙ、
８ｚが固定子磁極歯列１ａ、１ｂと対向して設けられる
。

一方、第１固定子１０は、表面絶縁処理された磁性鋼板
を、Ｙ方向と平行かつＹ−Ｚ平面に沿うように配列、Ｘ
方向に積み重ねて固着することによって構成される。

以上のように構成された本実施例のりニアモータの動作
原理は、従来例と同じであるので省略する。

第３図および第４図は本実施例の磁束の流れを説明する
だめの図である。

第３図は、第２図を走行方向より示した断面図であり、
永久磁石５ａ、ｓｂによる磁束は、矢印Ａの如く一方向
へ、可動子３の上部コア４と下部コア６ａ、６ｂの内部
および町ζ助子磁極爾８ｘと固定子磁極歯列１ａ、１ｂ
間の空隙および固定子の薄磁性板９を経て、第１固定子
１Ｏの内部を流れる。ここで、第２固定子１１は表面絶
縁処理された磁性鋼板をＹ方向に積層して構成している
ため、絶縁膜訃よび鋼板間に生じた空隙の影響で、第２
固定子１１のＹ方向の単位体積当りの磁気抵抗は、第１
固定子１ｏのそれに比べて非常に太きくなる。そのため
固定子２内部で１．Ｙ方向磁束は主に第１固定子１○内
を通る。この永久磁石５ａ。

６ｂによる磁束の大きさは、可動子３の移動とともに、
可動子磁極歯８ｘと固定子磁極歯列１ａ。

１ｂとの相対位置が変化し、両磁極歯間の磁気抵抗が変
わるために、直流バイアス磁束を動作点としてその上下
に変化する。

第４図は、第２図を側面より示した断面図であり、駆動
コイル７ｘ、７ｙ、７ｚによる磁束は、コイルに流す電
流の方向に応じて双方向に、可動子３の下部コア６ａの
内部および可動子磁極歯ＢＸ、Ｂ７．ＢＺと固定子磁極
歯列１ａ間の空隙ないし、固定子の薄磁性板９と第１固
定子１ｏ内部を経て、第２固定子１１の内部を流れる。

ここで、第３図の説明で述べた同様の理由で、第１固定
子１ｏのＸ方向の単位体積当りの磁気抵抗は、第２固定
子１１のそれに比べて非常に大きくなるため、固定子２
内部で、Ｘ方向磁束は主に第２固定子１１内を通る。

′−第６図は積層された鋼板において、交流磁束の流れ
る方向と、その磁束によって生ずる渦電流との関係を説
明するだめの図である。

第５図においてＸ、Ｙ、Ｚ各方向に流れる交流磁束によ
って各々矢印Ｗｘ、’Ｗｙ、Ｗｚに示す方向に渦電流が
生じる。このうちＷｘ、Ｗｚの方向に流れる渦電流は、
各鋼板に施した表面絶縁膜の電気抵抗および各鋼板間に
生ずる空隙によって阻止され、各々の鋼板内だけの発生
にとどまる。一方、Ｗ７方向の渦電流は、Ｘ−Ｚ平面内
で大きなループを描いて流れる。そのため、同じ大きさ
の交流磁束をＸ、Ｙ、Ｚ各方向に流した場合の単位体積
当りの渦電流損失は、Ｙ方向の場合よりもｘ、Ｚ各方向
の場合の方が極めて小さくなる。

以上の事に基づいて、本実施例における磁極部の積層鋼
板の積層方向と、その中を流れる磁束の方向性との関係
および、それによる渦電流損失の低減効果について、第
３図ないし第５図を参照しつつ説明する。まず第３図に
よれば、永久磁石６ａ　、ｓｂによる磁束は、下部コア
ｅａ、６ｂ内では２方向成分のみ、上部コア４および第
１固定子１Ｏ内ではＹ、Ｚ各方向成分がある。上部コア
４内は磁束変化分が極めて小さいことが実験的に確めら
れており、渦電流については問題ない。下部コアｓａ、
ｓｂおよび第１固定子１ｏ内の２方向成分および第１固
定子１○内のＹ方向成分の磁束変化による渦電流につい
ては、第５図のＷｘ。

Ｗｚ各方向の渦電流と同様に各鋼板内だけの発生にとど
まり、渦電流損は低減される。また、第４図によれば、
駆動コイル７ｘ　、７Ｙ　、７２による磁束は、第１固
定子１ｏ内ではＺ方向成分のみ、下部コア６ａおよび第
２固定子１１内ではＸ、Ｚ各方向成分があり、全ての磁
束成分の変化による渦電流が、第５図のＷｘ　、　’Ｗ
　ｚ各方向の渦電流と同様に各鋼板内だけの発生にとど
まり、渦電流損は低減される。但し、第３図および第４
図中で、破線で示した第２固定子１１および第１固定子
１Ｑの各内部を流れる磁束が存在する可能性があり、こ
のうちＺ方向成分の変化分による渦電流の発生は阻止さ
れるが、第２固定子１１内部のＹ方向成分および第１固
定子１０の内部のＸ方向成分夫々による渦電流について
は、第５図のＷｙＸ方向渦電流と同様に、阻止すること
ができない。この各々の磁束成分の大きさは、先に述べ
た様に、積層した鋼板の厚み方向の大き橙磁気抵抗のた
めに、夫々第１固定子１ｏの内部のＹ方向成分および第
２固定子１１の内部のＸ方向成分の大きさに比べると十
分小さいが、さらにその程度を上げるためには、各鋼板
の厚さを薄くし、かつ表面絶縁膜の厚さを厚くすること
によって厚さ方向の磁気抵抗を大きくすることが必要に
なる。鋼板の厚さを薄くする理由は、一般に薄手の鋼板
は冷間圧延を繰り返した結果、圧延面方向に比べて厚さ
方向の磁気抵抗が極めて高くなるからである。これによ
って、第２固定子１１の内部のＹ方向成分および第１固
定子１０の内部のＸ方向成分各々の磁束変化による渦電
流損失は、極めて小さくできる。

以上の事柄を総合すると、本発明のりニアモータでは、
従来例に比べて全体的に渦電流損失を抑えることができ
るため、動的推力特性を大幅に向上させることが可能に
なった。

なお、磁極部に用いる材料については純鉄に限らず、例
えば珪素を数パーセント含有した磁性鋼板は、純鉄に比
べて体積抵抗率が数倍程度大きいため、純鉄よりも渦電
流を阻止する効果が大きい。

そのため、この材料を磁極部に用いたりニアモータでは
、さらに性能が向上することを確認している。

また、本実施例では、第２図に示した様に薄磁性板９に
おける磁極歯列１ａ、１ｂの形成は、薄磁性板９の可動
子磁極歯８　Ｘ　、　８　ｙ　、　８　ｚとの対向面側
を一定の深さだけ削除する方法でなされているが、これ
に限らず薄磁性板を打抜いて得られるスリット板として
もかまわない。

さらに、本実施例では、第２図に示した様に第１固定子
を上部に、そして第２固定子を下部に夫々配置した形を
とっているが、この配置を上下逆にしても原理的に何ら
問題はない。

なお、本実施例では、駆動巻線の数が３つの、いわゆる
３相のモータを示したが、相数は本発明−の主旨と関係
ない。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発ｒ３Ａはりニアモ
ータの可動子の下部コアおよび固定子の第２固定子を、
磁性鋼板で、可動子走行方向と平行かつ磁極歯形成面と
直交する面に沿うように配列し、その面と直交する方向
に積み重ねて固着して構成し、固定子の第１固定子を、
磁性鋼板で、可動子走行方向と垂直かつ磁極歯形成面と
直交する面に沿うように配列し、その面と直交する方向
に積み重ねて固着して構成しているので、磁路内で発生
する渦電流損失を著しく抑制すると−う優れた効果を有
する。その効果によりリニアモータの動的性能が向上し
、従来最大速度が１ｍ／ＳＬか得られなかった可動子重
量１．６　Ｋｇ程度のりニアモータに本発明を適用し、
かつ約３％の珪素を含有する磁性鋼板の両面に絶縁膜処
理を施したものを用いて、磁極部を構成した結果、３ｍ
／ｓ　の最高速度が確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の斜視図、第２図は本発明の一実施例の
斜視図、第３図および第４図は第２図の実施例の磁束の
流れを説明するための断面図、第６図は積層された鋼板
において、交流磁束の流れる方向とその磁束によって生
ずる渦電流との関係を説明するための図である。１ａ、１ｂ・・−・・固定子孫＠歯列、２　・−・固定
子、３・・・・・可動子、４・・・・」二部コア、５ａ
　、　５ｂ　・・・永久磁石、６　ａ　、　６ｂ　・・
−下部コア、７ｘ、７ｙ。７　ｚ　＝−駆動コイル、８Ｘ＋　８　Ｙ　、　８　Ｚ
−−・５ｆ動子磁極歯、９　・・薄磁性板、１Ｏ・・第
１固定子、１１・・・・・第２固定子。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１　図Ｚ第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

長手方向に等ピッチの磁極歯列を有する固定子と、前記
固定子の磁極歯列上を所定の空隙を保持して前記固定子
に沿って走行する可動子とを具備し、前記可動子は、永
久磁石と磁気的に結合された上部コアおよび前記固定子
の磁極歯列と対向して可動子磁極歯を設けた下部コアと
、前記下部コアに巻回された複数の駆動巻線とを具備し
、前記固定子は、磁極歯列を形成した薄磁性板と、永久
磁石による磁束の主磁路を構成する第１固定子と、駆動
巻線による磁束の主磁路を構成する第２固定子とを具備
し、前記下部コアおよび前記第２固定子は、磁性鋼板を
、可動子走行方向と平行かつ磁極歯形成面と直交する面
に沿うように配列し、その面と直交する方向に積み重ね
て固着して構成し、前記第１固定子は、磁性鋼板を、可
動子走行方向と垂直かつ磁極歯形成面と直交する面に沿
うように配列し、その面と直交する方向に積み重ねて固
着して構成したことを特徴とするりニアモータ。