JPS63310360A - リニアモ−タ - Google Patents

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〕 本発明は磁性体からなる可動子と固定子とで構成された
リニアモータに係り、特にディテント力を低減させるに
好適なリニアモータに関する。

〔従来の技術〕

従来のリニアモータにおいては、特願昭５９−９２７９
８号公報に記載されたように、対向する磁極歯の歯幅の
関係については論じられていなかった。

第１２図及び第１３図に従来の三相のリニアモータの一
例を示す、１！ｌにおいて、可動子ヨーク１には歯幅Ω
の可動子磁極歯２が２Ｑのピッチで複数個形成されてい
る。一方固定子には°複数個の三相の固定子磁極３が一
定の間隔で設けられており、これらの固定子磁極３には
それぞれ歯幅Ωの３個の固定歯磁極歯４が２Ｑのピッチ
で形成されている。そして固定子磁極歯４は一定の空隙
を介して前記可動子磁極歯２と対向して配設されている
。

また固定子磁極３の基部にはそれぞれコイル５が巻回さ
れている。

上記のように構成された従来のリニアモータにおいて、
可動子磁極歯２と固定歯磁極歯４との間の磁気抵抗の変
化によって、可動子の運動を防げるディテント力が発生
するという問題があった。

この磁気抵抗は両磁極歯２，４間の空隙の距離は一定で
あるため、両磁極歯２，４の重なり幅によって変化する
。この重なり幅は可動子の移動距離によって第１３図に
示すように変化する。このため前記ディテント力が可動
子の移動距離が２２の周期で発生してしまう。

上記の現象を第１２図及び第１３図により説明する。第
１２図に示すように１つの固定子磁極３Ｕの固定子磁極
歯４と可動子磁極歯２とが完全に重なった場合、他の固
定子磁極３Ｖ、３Ｗの固定子磁極歯４と重なる可動子磁
極歯２の歯幅は、１つの固定子磁極歯４に対してＱ／３
となるため、各固定子磁極３Ｕ、３Ｖ、３Ｗにそれぞれ
形成された３個の固定子磁極歯４に重なる可動子磁極歯
２の合計の歯幅は下記のようになる。

Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相＝５Ｑ また第１３図に示すように１つの固定子磁極３Ｕの固定
子磁極歯４が可動子磁極歯２の中間に位置するときは、
他の固定子磁極３Ｖ、３Ｗの固定子磁極歯４と重なる可
動子磁極歯２の歯幅は、１つの固定子磁極歯４に対して
２／３Ｑとなるため、前記の場合と同様に３個の固定子
磁極歯４に重なる可動子磁極歯２つの合計の歯幅は下記
のようになる。

Ｕ相＋■相＋Ｗ相＝４Ｑ すなわち可動子の移動距離と両磁極歯２，４の重なり幅
との関係は第１４図に示すようになり、可動子の移動距
離が０及び２Ｑのときが第１２図に示した状態となり、
移動距離がＱのときが第１３図に示した状態となる。こ
のように可動子が移動することにより両磁極歯２，４の
重なり幅が変化するため磁気抵抗が変動し、ディテント
力が発生する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来のリニアモータにおいては、上記した
可動子磁極歯２と固定子磁極歯４との間の磁気抵抗の変
動（パーミアンスの逆数）については配慮されていなか
った。この磁気抵抗が永久磁石によって発生する磁気回
路において可動子の位置によって変化しなければディテ
ント力は発生しない、この磁気抵抗は可動子磁極歯２と
固定子磁極歯４との間の空隙断面積と空隙長によって決
定される。そして両磁極歯２，４間の距離である空隙長
は一定であるため、磁気抵抗は空隙断面積によりほぼ決
定される。厳密には両磁極の漏れ磁速や両磁極歯２，４
間の空隙と磁極歯の溝の深さにも影響されるが、両磁極
歯２，４が対向したときの空隙に対して磁極歯の溝の深
さが約１０倍以上となる場合には、両磁極歯２，４が重
なり合う空隙断面積のみで磁気抵抗を評価することがで
きる。

上記従来技術の場合、両磁極歯２，４の重なり幅は第１
４図に示すように変化し、この変化により磁気抵抗が変
化してディテント力が発生していた。この結果リニアモ
ータが低速運転されるとき動きがなめらかでなくなり、
リニアモータにより位置決めを行なうことが困難である
という問題があった。

本発明の目的は、可動磁極歯と固定子磁極歯との相対運
動に伴う可動子磁極歯と固定子磁極歯の間の磁極抵抗の
変動量を低減させ、磁気抵抗の変動に伴って生ずるディ
テント力を低減することのできるリニアモータを提供す
るにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記の目的を達成するために、一定のピッチで
複数個の凸状の固定子磁極歯が形成された磁性体よりな
る固定子磁極が一定の間隔で配設された固定子と、前記
固定子磁極歯と一定の間隙を介して対向した複数個の凸
状の可動子磁極歯が前記固定子磁極歯と等しいピッチで
形成された磁性体よりなる可動子ヨークを有する可動子
とからなるリニアモータにおいて、前記固定子磁極歯と
可動子磁極歯との前記可動子の進行方向の歯幅の比を、
ほぼ２対３以上で１対１未満としたものである。

〔作用〕

上記の構成によると、可動子と固定子の相対運動に伴う
固定子磁極歯と可動子磁極歯とが重なりあう可動子の進
行方向の歯幅合計値の変動量が低減される。一方前記各
磁極歯の可動子の進行方向に対し直角の方向の歯長は一
定であるので、両磁極歯の重なりあう空隙断面積の合計
値の変動量が低減される。この空隙断面積は永久磁石か
ら見た磁気抵抗に相当するので、両磁極歯間の磁気抵抗
の変動量が低減され、磁気抵抗の変動に伴って生ずるデ
ィテント力が低減される。

〔実施例〕

以下、本発明に係るリニアモータの一実施例を図面を参
照して説明する。

第１図乃至第４図に本発明の一実施例を示す。

該図において、第１２図に示す従来例と同一または同等
部分には同一符号を付して示す。本実施例で示すリニア
モータは三相モータであり、第１図はリニアモータの進
行方向に平行な断面図、第２図は進行方向から見た正面
図である。進行方向に沿って設けられた断面がほぼＵ字
状の固定子６の中心には、３相の固定子磁極３Ｕ、３Ｗ
、３Ｖが一定のピッチで設けられており、これら３個１
組の固定子磁極３Ｕ、３Ｗ、３Ｖが固定子６に連続して
形成されている。固定子磁極３の進行方向の両側にはそ
れぞれ永久磁石７が同極が対向するように配設されてお
り、永久磁石７の外側の極の面は固定子６の両側内面に
設けられた磁路構成ヨーク８に取付けられている。また
固定子磁極３の永久磁石７の上部にはコイル５が巻回さ
れており、各固定子磁極３Ｕ、３Ｗ、３Ｖ間で３相結線
されている。さらに固定子磁極３の上部にはそれぞれ３
個の固定子磁極歯４が２２のピッチで形成されている。

この固定子磁極歯４は進行方向の歯幅は２／３Ｑであり
、かつ固定子磁極３Ｕ、３Ｖ。

３Ｗは固定子磁極歯４の位相関係が電気角でそれぞれ１
２０度及び２４０度ずれた位置になるように配設されて
いる。すなわち固定子磁極歯４のピッチ２Ｑが電気角で
３６０度であり、固定子磁極３ｖは３Ｕに対してピッチ
が２／３Ｑずれており、固定子磁極３Ｗは３Ｕに対して
ピッチが４／３Ωずれている。第３図及び第４図に後述
する可動子磁極歯２との関連においてこの状態を示す。

固定子６の両側上面にはガイドレール９が進行方向に平
行に設けられており、可動子１０の両側面に設けられた
車輪１１を介して可動子１０がガイドレール９上を転動
するようになっている。可動子１０の中心部下面には可
動子ヨーク１を介して複数個の可動子磁極歯２が進行方
向に２Ｑのピッチで設けられており、これらの可動子磁
極歯２の進行方向に平行な歯幅はＱである。すなわち可
動子磁極歯２のピッチ２Ωは電気角で３６０度であり、
歯幅Ｑは電気角で１８０度である。そして可動子磁極歯
２と前記固定子磁極歯４とは僅かな空隙を介して対向し
ている。これらの可動子磁極歯２、固定子磁極歯４、可
動子ヨーク１、磁路構成ヨーク８はそれぞれ磁性体で形
成されており、永久磁石７の磁束φは第２図に破線で示
すように前記空隙を介してこれらの磁性体により形成さ
れる磁路を通るようになっている。

次に本実施例の作用を説明する。第１図、第３図及び第
４図は固定子磁極３Ｕに設けられた固定子磁極歯４と可
動子磁極歯２どの位相が一致した状態を示し、このとき
は固定子磁極３Ｕの３個の固定子磁極歯４と可動子磁極
歯２とのピッチがいずれも２Ｑで等しいのでそれぞれの
中心線は一致している。この状態において固定子磁極３
Ｕの固定子磁極歯４が可動子磁極歯２と重なる歯幅は２
／３ＱＸ３＝２Ｑとなる。このとき固定子磁極３Ｖ、３
Ｗは固定子磁極３Ｕに対してピッチがそれぞれ２／３Ω
、４／３Ｑずれているので、固定子磁極３Ｖ、３Ｗの固
定子磁極歯４が可動子磁極歯２と重なる歯幅はそれぞれ
１／６Ｑとなる。従って各相固定子磁極３Ｕ、３Ｖ、３
Ｗにそれぞれ形成された３個の固定子磁極歯４に重なる
可動子磁極歯２の合計の歯幅は下記のようになる。

Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相＝３Ｑ また第５図に示すように１つの固定子磁極３Ｕの固定子
磁極歯４が可動子磁極歯２の中間に位置するときは、他
の固定子磁極３Ｖ、３Ｗの固定子磁極歯４と重なる可動
子磁極歯２のｔｉ幅は、１つの固定子磁極歯４に対して
１／２Ｑとなるため、前記の場合と同様に３個の固定子
磁極歯４に重なる可動子磁極歯２の合計の歯幅は下記の
ようになる。

Ｕ相＋Ｖ相＋Ｗ相＝３Ω すなわち可動子１０が移動しても可動子磁極歯２と固定
子磁極歯４とが重なる歯幅の合計はともに３Ｑとなり常
に一定となり、磁極歯２．４の可動子１０の移動方向に
対して直角の方向の歯長も一定であるため、対向する磁
極歯２，４間の空隙断面積も一定である。

第６図は、第１図及び第２図で示した本実施例の等価磁
気回路を示したものである。可動子ヨーク１と磁路構成
ヨーク８との空隙の磁気抵抗がＲｒで、破線で示すＲＱ
はもれの磁気抵抗、Ｒｍは永久磁石７の内部磁気抵抗、
Ｒｇは可動子磁極歯２と固定子磁極歯４との空隙部の磁
気抵抗を示し、ＡＴは磁気回路の永久磁石７の発生する
起磁力である。この起磁力ＡＴは永久磁石７を使用する
ために一定であり、第６図に示す等価磁気回路の片側の
磁気抵抗Ｒは（１）式で表わされる。

Ｒｒ＋２Ｒｇ　　　ＲＱ ここで、もれの磁気抵抗ＲΩを非常に大きいとすると、
（１）式は（２）式の様に書きかえられる。

Ｒ″：Ｒｒ＋２Ｒｇ＋Ｒｍ　　　　　　　　　−（２）
また、磁気回路を通る磁束φは、（３）式で表わされる
。

つまり、可動子１が動くことにより可動子磁極歯２と固
定子磁極歯４の位置関係で磁気抵抗Ｒｇが変化し、毎極
を通る磁束φは正弦波状に変化する。

本実施例の場合、可動子ヨークｌと磁路構成ヨーク８と
の空隙長及び上下に重なる部分の断面積が変化しないた
め、（４）式の値は一定となる。

μＯ′５ｒ Ｑｒ＝可動子ヨークと磁路構成ヨークの空隙長Ｓｒ；可
動子ヨークと磁路構成ヨークの空隙断面積 また、（３）式で示す永久磁石７の内部磁気抵抗Ｒｍも
一定である事から、（２）、　（３）式は（５）、　（
６）式で表わされる。

Ｒ二Ｒｇ　　　　　　　　　　　　　・・・（５）Ｒｇ ディテント力は、永久磁石からみた総合の磁気抵抗が変
化する事によって発生する。また、（５）式は（７）式
のように書きかえられる。

ここで、Ｑｇは磁極歯間の空隙長、またＳｇは磁極＃間
の空隙断面積である。この（７）式かられかる様に空隙
長が一定であれば磁気抵抗Ｒは空隙断面積によって決定
される０本実施例の場合は前述したように可動子磁極歯
２と固定子磁極歯４とがどのような重なり方をしても、
重なる歯幅の合計は第７図に示すように常に３１２と一
定であり。

可動子１０の移動方向に対して直角の方向の歯長も一定
であるので、空隙断面積は一定となり永久磁石７からみ
た磁気回路中の磁気抵抗も変化せず。

ディテント力は発生しない、なお第７図及び第１４図で
は可動子磁極歯２と固定子磁極歯４の凸部について説明
したが、歯部である凸部と歯部と歯部との間の凹部とが
重なった部分の磁気抵抗は、空隙が大きくなるため歯部
同志が重なった場合に比べて約１０倍径度大きくなる。

そしてこの磁気抵抗も常に一定となる。

上記実施例では可動子磁極歯２の歯幅が２であリ、固定
子磁極歯４の歯幅が２／３Ωである場合について説明し
たが、第８図に可動子磁極歯幅Ｑに対して固定子磁極歯
４の歯幅をＯから２Ｑまで変えた場合の両磁極歯２，４
の重なり幅の最大と最小のときの差を示す。この重なり
幅の差がディテント力の発生する大きに比例する０図か
ら判るように固定子磁極歯４の歯幅が２／３Ω、４／３
Ｑ、２Ｑのときにディテント力は発生しないが、固定子
磁極歯４の歯幅が可動磁極歯２の歯幅より大きいと、１
つの固定子磁極子４に対して２つの可動子磁極歯２が重
なってしまうため推力が減少する。また固定子磁極歯４
の歯幅を大きくすることは重量増大にもなり好ましくな
い。

またこの種のリニアモータでは推力発生条件を満足する
ためには、両磁極歯２，４の歯幅の関係が下記の２条件
を満足していなければならない。

（１）１つの固定子磁極歯４に２つ以上の可動子磁極歯
２が重なってはいけない。すなわち固定子磁極歯の歯幅
はΩより小さい必要がある。

（２）常に推力を発生できる固定子磁極歯幅が必要であ
る。すなわち固定子磁極歯４の歯幅はＱ／３より大でな
ければならない。

上記２つの条件から次式（８）が得られる。

Ｑ／３く固定子磁極歯幅くΩ　　　　　　・・・（８）
この式（８）に示す推力発生条件と第８図に示すディテ
ント力低減条件とを併せ満足させる固定子磁極歯４の歯
幅としては、可動子磁極歯幅Ωに対して前記実施例で示
した２／３Ωが最も望ましいが、推力の低下とディテン
ト力の低減を考慮し、２／３Ω近辺からＱより僅かに小
さい値の間にしてもよい、また上記実施例では固定子磁
極歯４が１つの固定子磁極３にそれぞれ３個設けられた
場合について説明したが、この固定子磁極歯４の数は３
個に限定されるものではない。また固定子磁極３の配置
も本実施例に示した位置に限定されるものではない。

第９図及び第１０図は円筒形リニアモータを示したもの
であり、この場合の固定子磁極歯４と可動子磁極歯２の
各歯幅を前記実施例と同様に設定することにより同様な
作用効果を得ることができる。

また第１１図に示すような回転形モータに応用しても同
様な作用効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、リニアモータを構成す
る固定子磁極歯と可動子磁極歯との可動子進行方向の歯
幅の比をほぼ２対３以上、１対１未満としたので、両磁
極歯間の磁気抵抗の変動を低減させ、磁気抵抗の変動に
伴って生ずるディテント力を低減することができる。こ
の結果リニアモータの低速でのなめらかな運転が可能と
なり、しかもリニアモータによる位置決めを容易にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るリニアモータの一実施例を示す進
行方向と平行な断面図、第２図は第１図の進行方向と直
角な面の正面図、第３図及び第４図は第１図の磁極歯を
示す拡大側面図、第５図は第１図の可動子移動時を示す
断面図、第６図は等価磁気回路を示す回路図、第７図は
本実施例における可動子の移動距離と両磁極歯の重なり
幅との関係を示すグラフ、第８図は固定子磁極幅と両磁
極歯の重なり幅の差との関係を示すグラフ、第９図及び
第１１図は本発明の他の実施例を示す軸方向に直角な断
面図、第１０図は第９図と直角の方向の断面図、第１２
図及び第１３図は従来のリニアモータの進行方向と平行
な断面図、第１４図は従来例における可動子の移動距離
と両磁極歯の重なり幅との関係を示すグラフである。 １・・・可動子ヨーク、２・・・可動子磁極歯、３・・
・固定子磁極、４・・・固定子磁極歯、６・・・固定子
、１０・・・可動子。 牟　１　目 不２ｒｌ！ｉ ６−固定； 乎　３　図 ′＄４凹 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（ｆ３ン　　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）Ｖ、　ｆ
　図 革乙　図 ρｒ 第ｒＩ凹 町動釦移動距鹸 卑δ　国 固たＥｒＭｋ、軸畠輻 第９図 昂　１０　　図 ネ　ＩＩ　　［！１ ８１２　図 第　１３　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一定のピッチで複数個の凸状の固定子磁極歯が形成
   された磁性体よりなる固定子磁極が一定の間隔で複数個
   配設された固定子と、前記固定子磁極歯と一定の間隙を
   介して対向した複数個の凸状の可動子磁極歯が前記固定
   子磁極歯と等しいピッチで形成された磁性体よりなる可
   動子ヨークを有する可動子とからなるリニアモータにお
   いて、前記固定子磁極歯と可動子磁極歯との前記可動子
   の進行方向の歯幅の比を、ほぼ２対３以上で１対１未満
   としたことを特徴とするリニアモータ。 ２、固定子磁極歯と可動子磁極歯の対向する磁極歯の面
   が、平面、円筒のうちのいずれかの面の一部であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のリニアモー
   タ。