JPS6192158A

JPS6192158A - リニアモ−タ

Info

Publication number: JPS6192158A
Application number: JP21134184A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamashita; 誠二山下; Hiroyuki Kanazawa; 金沢　宏至; Kunio Miyashita; 邦夫宮下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-05-10
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0628502B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はリニアモータに係シ、特にモータ効率を向上さ
せるとともに１簡単な構成にするに好適なりニアモータ
の構造に関する。

〔発明の背景〕

リニアモータは各種の搬送用およびＸＹテーブルなどに
広く使用されている。そして、基本的には磁石とコイル
間の電磁力によシ推力を出す第１０図に示すようなＡＣ
ブラシレスモータタイプ（実開昭５７−１３０５９７号
公報参照）と、可動子、固定子の相互に細かい溝を持つ
リニアステップモータタイプ、又、リニアインダクショ
／モータタイプとがある。第１０図のようなＡＣブラシ
Ｖスモータの場合モータ効率が良い反面、磁石側を町動
子とする場合、機械部材に取９つけると可動子に鉄粉そ
の他が吸着するような欠点がある。又、第１１図に示す
ようなリニアステップモータでは、その動作原理から、
高速時には駆動周波数を高くする必要があり、効率が低
下する欠点があるうさらに又、全く、別な原理で動くリ
ニアインダクションモータの場合には、励磁電流を供給
する必要から効率が低下する欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上述した欠点を取り除くことにある。す
なわち、出来るだけ簡単な可動子の構造でＡＣリニアモ
ータを提供することにおろう又、他の目的として高速時
に効率の良い新規なりニアモータを実現することにある
。

〔発明の概要〕

本発明では、磁石と鉄心、コイルを一体とし斥固定子と
、これに対向して磁気抵抗の高い部分と、磁気抵抗の低
い部分とを設けた可動子を配置する。

このことにより、両者の相対移動によシ磁束の変化を生
じさせ、実質的なＡＣリニアモータを作るものである。

〔発明の実施例〕

以下図面に従って、本発明を説明するっ第１図、第２図
は本発明の原理的な構造を示す図である。

可動子１はＰｌのピッチを持つ磁性体で構成され、ピッ
チＰ、のおよそＰ１／２のピッチは、可動子と固定子の
間に磁気抵抗を少なくシ、残りのＰ、／２のピンチは磁
気抵抗の高い部材、もしくはギャップを広くするよう構
成される。固定子２には１つの＠３に１つのコイル４が
巻装される。そして、１つの歯３とコイル４とで毎相毎
極コイルが形成されるっ歯３のピッチＰ３、すなわち、
隣合うコイル間の位相はα）式に従うよう配置される。

固定子の鉄心１４の側面には、第２図に示すよう磁石５
が設けられる。磁石５の磁束１１は破線のように流れる
。すなわち、磁石５から出た磁束は、固定子鉄心１４に
入シ、歯３に至ｐ１主ギャップ７を介して可動子ＩＫ至
シ、可動子ｌの戻シ磁性材部９ａ、ｇｂ戻シギャツプ８
ａ、８ｂを介して、ヨーク１０ａ、１０ｂ、６ａ、５ｂ
を通ッテ磁石５に戻る。磁石５の役割は、可動子と固定
子歯の間に磁化力を与えることにある。従って、本発明
は　第２図の構造でなく他の磁石回路構造でも実現でき
る。

磁石５によシ、固定子歯３と、可動子ｌの間には一定の
磁化力を与えているから、固定子歯と可動子との主ギャ
ップの磁束は、可動子が移動するに従い変化するっすな
わち、第３図に示す位置のときと、第６図に示す位置の
ときとでは、主ギャップの磁気抵抗が変化する。第３図
は、可動子歯ＩＡと歯部３とが一致した場合であり、こ
の場合が１つのコイル４に流れる磁束は最も犬きくなる
。

第５図は、可動子と同定子とを一定の相対速度で移動さ
せた場合であって、コイルに流れる磁束は・　曲線１１
のように変化する。第５図の０点が第３図の位置に対応
し、Ｄ点が第４図に対応する。１つのコイルに入る磁束
は曲線１１のように変化するから、コイル４には、曲線
１２のような内部誘起電圧が発生することになる。

誘起電圧が発生することは、ＡＣリニアモータを構成す
ること示す。例えば、第５図のように誘起電圧１２の位
相と電流１３の位相とを一致させれば、電源からモータ
に電力を送シ込むことになシ、移動方向に推力を発生さ
せることとなる。逆に第５図の電流と逆位相の電流を流
すと電力はモータから電源に送られ減速方向の推力を発
生させる。、ｔＢ束の変化する大きさと、誘起電圧の位
相〜とは、機械的な位置関係で定まるために、可動子の
相対位置を検出して、流す電流の方向を決めれば、推力
は第３図の左右いずれの方向にも設定できる。

又、電流の大きさを制御すると、推力をも制御できるこ
とになる。

上の説明は、１つのコイルについて説明したが（１）式
に従うよう固定子歯のピッチを定めれば、仕意の相数の
ＡＣＩＪニアモータが実現できる。例えば、３＋１１と
し３相のインバータ、もしくは、３相のアンプを使って
、可動子の相対位置を検出しながら各相に電流を流せば
、どのような位置においても推力を発生させることが可
能である。

誘起電圧が発生することの効果は、モータが高い効率に
設計されることである。これは、リニアインダクション
モータに存する励磁電流が、ヨくなるため、モータに流
す電流が小さくとも充分推力を出すことができるためで
あるう又、可動子と固定子との相対位置が検出できれば
、その推力の方向をも自由に変えることが出来るっさら
に、ＡＣリニアモータを構成しているために、流す電流
に比例した推力が発生し、その制御が容易になる特も有
する。

本発明においては、固定子の１つの歯に対し、毎極毎相
コイルを構成している。このことは、固定子の歯ピッチ
Ｐｇを充分大きく取れること意味する、このために、リ
ニアモータの速度を上げても、リニアステップモータに
比べて格段に周波数は低く、従って、特に高速時の制御
が容易であるとともに、効率が高くできる利点があるう
又、可動子は、前述までの説明のように、主ギャップの
磁気抵抗を変化すれば良いので、単純な磁性体、例えば
、硅素鋼板等で実現出来、可動子部分のを単純化出来る
効果があＳｏ特に、第２図の構成においては、可動子と固定子との主
ギャップは一列の簡単な構成でＡＣＩＪニアモータを実
現できる効果がある。このことは、歯ピッチが広く、−
列でちるために、リニアステップモータのように、歯ピ
ッチが狭く精度が必要なものと較べ格段に製作性が向上
するものである。

つまり、ステップモータにおいては、各歯のピッチの歯
幅の精度を上げる必要があるのに対し、本発明の構成は
それ程の高精度は要求されない。又ギャップの精度も同
様であることから、安価なリニア入Ｃモータを提供でき
るものでるるつ第２図の実施例では、１つのコイルに対
し、主ギャップを１つで構成しているう主ギャップが一
列の場合は特に可動子が単純で製作が容易に出来る特長
があるが、反面、第５図１１のように磁束が片方向にの
みにしか流れない。これを改善したのが第６図〜第８図
に示す構造である。

第６図は可動子１の見取シ図でらって、磁性体で構成す
る可動子にＶヨ、主ギャップを２列設けるようにする。

可動子の歯ＩＢとＩＣの間は磁極ピッチＰ、の１／２ピ
ツチずつずらせて配置する。固定子は、第７図に示すよ
うに、固定子鉄心１４Ｂ。

１４ｃの２列に製作し、固定子鉄心１４Ｂ、１４Ｃの間
に磁石５を入れる。そして、両固定子鉄心全体く固定子
コイル４を巻装する。従って、コイル４には、固定子鉄
心の歯３Ｂ、３０を通る磁束が鎖交するようになる。従
って、可動子鉄心の歯ＩＢと固定子鉄心の歯３Ｂとが対
向する時は、第９図（ａ）のような磁束流れる。磁束１
５は磁石よシ出て、固定子鉄心１４Ｂ、３Ｂを通って可
動子ＩＢに至る。可動子ｌＢに入った磁束は軸方向に入
って隣設する歯に入る。隣シの歯から、隣シの固定子鉄
心歯に至り、固定子鉄心１４Ｃを経て磁石に戻る。可動
子と固定子が第７図（ａ）と相対的１／２Ｐ１ずれると
、第７図（ｂ）のように磁束は流れる。可動子を一定速
度で移動させると、第９図のように磁束は変化する。す
なわち、曲線１５は、固定子鉄心歯４Ｂを通る磁束であ
って、固定子鉄心歯３ＣＫは曲線１６のような磁束が流
れる。１つのコイルに鎖交する磁束は、曲線１５と曲線
１６の合成値である曲線１７のように変化する。

つまｂ、１つのコイルには、（Ｎ極、Ｓ極の）両磁束が
鎖交することを意味し、同一の磁石面積を持つものなら
、２倍の磁束が変化する。す々わち、リニア入Ｃモータ
の誘起電圧が約２倍の曲線１８のように発生することと
なる。

さらに、第８図は可動子、固定子の歯を３列に構成した
ものであって、大出力用ＡＣリニアモータに用いるのに
都合良い構造を示す。第８図は、第７図の磁気回路を２
つ重ねてあシ、第７図の約２倍の出力を出すことが可能
となる。

第７図、第８図のように可動子、固定子の歯を複数列設
けると、１つのコイルには（？’ｌおよびＳ極）両磁束
が鎖交し、同一の磁石体積で第２図の構造に比べ２倍の
磁束の変化を起させることが出来る。このため、誘起電
圧が大きく、出力の大きなＡＣ’Ｊニアモータを実現で
きる効果がある、又、第７図の場合に比べて戻りギャッ
プをなくすことが出来るため、磁石の磁化力を有効に使
用できるものである。

前述のように本発明ｔよ、コイルのある側に磁石を配置
し、主ギャップに磁石の磁化力を与え、コイルのない側
に磁気抵抗の大きな部分と、小さな部分とを設け、相対
的に固定子と可動子が移動する時にコイルの磁束が変化
させ得るよう構成することが特徴である。さらに言及す
るならば、１つのコイルは、毎極毎相コイルに相当する
よう構成しており、このことにより、コイルに流す周波
数が低くとも充分高い速度のリニアＡＣモータが実現で
きるものである。そして、１つのコイルが巻かれる鉄心
の磁極は１つのみで構成する。このことによシ、モータ
を構成するピッチは充分大きく、ステップの精度、歯幅
の精度を必要としないものであるっ又、第１１図の従来のステップモータの場合にはコイル
の巻かれるピッチは、対向する歯の１．５倍のピッチに
なるのに対し、本発明の構成においては、磁気抵抗の高
低を成ず歯ピッチよりも少なくコイルピッチを構成でき
る。このことは、巻線の実装密度が高められることを意
味し、高出力のＡＣリニアモータを実現することができ
る。さらに又、本発明では任意の相数のモータを実現で
きる点も第１１図の構成とは異なる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、コイルのある側に
磁石を配置し、磁石の磁束を主ギャップに導き、主ギャ
ップの磁気抵抗を変化せしめるように、コイルのある歯
と対向した磁性材を設け、コイルのピッチは、毎極毎相
コイルとなるように配置したために、大ピツチ磁極のＡ
ＣＩＪニアモータを構成できる。このため、効率が良く
、シかも高速性に適しておシ、コイルに対向する可動子
側を単純な磁性体で構成できることから、製作の非常に
容易なリニアモータを提供することができるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＩＪ　ニアＡＣモータの縦断面図、第
２図は第１図のＡ−Ａ’部分の横断面図、第３図、第４
図は本発明の詳細な説明するためのリニアＡＣモータの
一部縦断面図、第５図は、本発明の磁束、誘起電圧、電
流の曲線図、第６図は本発明の別の実施例を示す可動子
の見取図、第７図は２列の磁路を持つリニアＡＣモータ
の横断面図、第８図は３列の磁路を持つリニアＡＣモー
タの横断面図、第９図は第７図および第８図の磁束の変
化、誘起電圧の曲線図、第１０図は従来のＡＣＩＪニア
モータの縦断面図、第１１図は同じ〈従来のリニアステ
ップモータの縦断面図である。ｌ・・・可動子、ＩＡ−ＩＦ・・・可動子の歯、２・・
・固定子、３．３Ｂ、３Ｃ・・・固定子鉄心の歯、４・
・・コイル、５，５Ａ、　〜５Ｃ・・・磁石、６ａ、６
ｂ・・・戻り磁路用固定子ヨーク、７・・・主ギャップ
、８ａ、８ｂ・・・戻り磁路ギャップ、９ａ、９ｂ・・
・戻シ磁路用可動子ヨーク、１０ａ、１０ｂ・・・戻り
磁路用回転子ヨーク、１１・・・磁束、１２・・・誘起
電圧、１３・・・モータ電流、１４・・・固定子鉄心、
１４Ｂ−１４Ｆ・・・固定子鉄心、１５・・・磁束、１
６・・・磁束、１７・・・磁束１６．磁束１７の合成磁
束、１８・・・出路を複数第　１　力箔　２因嶋　３０

Claims

【特許請求の範囲】１、固定子と、この固定子に対して僅少なギャップをも
って移動可能に配され、かつ磁性材からなる可動子と、
この可動子の移動方向に前記ギャップにおいて磁気抵抗
の高い部分と低い部分を交互に形成し、一方固定子には
同じく移動方向にそれぞれコイルを巻装の歯を形成した
ものにおいて、前記可動子の磁気抵抗の高い部分間のピ
ッチをＰ＿１とし、前記歯に巻装するコイルの相数をｍ
（ｍは２以上の整数）とするとき、前記歯のピッチＰ＿
２を、ｓｉｎπ／ｍ＝｜ｓｉｎ（Ｐ＿２／Ｐ＿１×２π）｜の
条件を満足するようにし、前記ギャップに磁気力を与え
る永久磁石を固定子側に配置したことを特徴とするリニ
アモータ。２、前記特許請求の範囲第１項記載のものにおい可動子
と固定子間に移動方向に１列の主ギャップを設け、前記
の永久磁石に、永久磁石、ヨーク、可動子、固定子を通
る磁気回路を形成させるためのヨークを連設したことを
特徴とするリニアモータ。