JPWO2015177883A1 - Linear motor and equipment equipped with linear motor - Google Patents

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Abstract

可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供する。空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、可動子は、複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に長極部を有し、長極部は、電機子に対して前後方向に相対移動して、空隙を往復動可能であることを特徴とする。A linear motor capable of efficiently controlling the attitude of a mover and applying a magnetic levitation force and a device equipped with the linear motor are provided. An armature having two magnetic pole teeth facing each other through a gap, a winding wound around the magnetic pole teeth, and a mover in which a plurality of permanent magnets having polarity in the vertical direction are arranged in the front-rear direction; The mover has a long pole portion having a predetermined length in the front-rear direction as an array of a plurality of permanent magnets, and a length in the front-rear direction shorter than the length in the front-rear direction of the long pole portion. And the mover has a long pole portion in a flat plate-shaped portion having a width in the left-right direction, and the long pole portion moves relative to the armature in the front-rear direction to form a gap. It is possible to reciprocate.

Description

本発明は、リニアモータ及びリニアモータを搭載した機器に関する。   The present invention relates to a linear motor and a device equipped with the linear motor.

リニアモータに関する背景技術として、例えば、特許文献1,2が挙げられる。特許文献1には、被支持体を磁気支持する磁気支持装置が記載されている。特許文献2には、ピストンのシャフト2aを磁気的に浮上させるためにステータとコイルを組合せた磁気軸受4aが記載されている(0008)。   As background art regarding a linear motor, for example, Patent Literatures 1 and 2 are cited. Patent Document 1 describes a magnetic support device that magnetically supports a support. Patent Document 2 describes a magnetic bearing 4a in which a stator and a coil are combined to magnetically levitate a piston shaft 2a (0008).

特開2005−36839号公報JP 2005-36839 A 特開平7−4763号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-4763

特許文献1の被支持体1の外周には変位センサ4が設置され、この被支持体1と電磁石3の間のすきまを測定するよう構成されている。特許文献1では、電磁石の間における被支持体の変位を制御し得るものの、被支持体の自転運動を制御することは困難である。   A displacement sensor 4 is installed on the outer periphery of the supported body 1 of Patent Document 1, and is configured to measure the clearance between the supported body 1 and the electromagnet 3. In Patent Document 1, although the displacement of the supported body between the electromagnets can be controlled, it is difficult to control the rotation of the supported body.

また、特許文献2では、磁気軸受によってピストンのシャフトを浮上させているが、圧縮・膨張工程に伴う反力により、ピストンを自転させる力が印加され得る。特許文献2の磁気軸受では、シャフトの自転運動を制御することは困難である。このため、ピストンの圧縮室周壁との摩擦による損失が発生したり、圧縮室のシール性が低下したりする可能性がある。また、特許文献2において安定した磁気浮上力を得るためには、シャフト外周を均等に磁化する必要がある。これには、例えばリング状の永久磁石を用いることが考えられるが、永久磁石をリング状で実現するには或る程度の径が必要であり、小型化が困難である。   Moreover, in patent document 2, although the shaft of a piston is levitated by the magnetic bearing, the force which rotates a piston may be applied with the reaction force accompanying a compression / expansion process. In the magnetic bearing of Patent Document 2, it is difficult to control the rotation of the shaft. For this reason, there is a possibility that a loss due to friction with the compression chamber peripheral wall of the piston may occur, or the sealing performance of the compression chamber may be deteriorated. Further, in Patent Document 2, in order to obtain a stable magnetic levitation force, it is necessary to uniformly magnetize the outer periphery of the shaft. For this, for example, a ring-shaped permanent magnet may be used. However, in order to realize the permanent magnet in a ring shape, a certain diameter is required and it is difficult to reduce the size.

そこで、本発明は、可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供することを目的の一つとする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a linear motor that can efficiently control the attitude of the mover and impart magnetic levitation force, and a device equipped with the linear motor.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, an armature having two magnetic pole teeth facing each other through a gap, and a winding wound around the magnetic pole teeth, A linear motor comprising a plurality of permanent magnets having polarities in the vertical direction and arranged in the front-rear direction, wherein the movable element has a predetermined length in the front-rear direction as an array of the plurality of permanent magnets. A long pole portion having a length, and a short pole portion having a length in the front-rear direction shorter than the length in the front-rear direction of the long pole portion. It has a long pole part, and this long pole part can move relative to the armature in the front-rear direction and can reciprocate in the gap.

本発明によれば、可動子の姿勢制御と磁気浮上力の付与を効率的にできるリニアモータ及びこれを搭載した機器を提供することができる。
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the linear motor which can perform the attitude | position control of a needle | mover, and provision of a magnetic levitation | floating force efficiently, and the apparatus carrying this can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will become apparent from the description of the following examples.

実施例1のリニアモータの側面断面図。FIG. 3 is a side sectional view of the linear motor according to the first embodiment. 実施例1の電機子の構成例の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a configuration example of an armature according to the first embodiment. 実施例1の電機子の構成例の側面断面斜視図。FIG. 3 is a side cross-sectional perspective view of a configuration example of the armature according to the first embodiment. 実施例1の磁極構成部品の例の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of an example of a magnetic pole component according to the first embodiment. 実施例1の積層鋼板による磁極構成の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a magnetic pole configuration using the laminated steel plate according to the first embodiment. 実施例1のリニアモータの磁束の流れを示す磁極の正面断面模式図。The front cross-sectional schematic diagram of the magnetic pole which shows the flow of the magnetic flux of the linear motor of Example 1. FIG. 実施例1のリニアモータの磁束の流れを示す側面断面斜視模式図。FIG. 3 is a side cross-sectional perspective schematic diagram illustrating the flow of magnetic flux of the linear motor according to the first embodiment. 実施例1の駆動用電機子と浮上用電機子の配置の一例を示す図。The figure which shows an example of arrangement | positioning of the armature for a drive of Example 1, and the armature for levitation | floating. 図8の側面視における模式図。The schematic diagram in the side view of FIG. 実施例1の浮上用電機子の他の構成例を示す模式図。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the levitating armature of the first embodiment. 実施例1の電流の位相と永久磁石の位置との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the phase of the electric current of Example 1, and the position of a permanent magnet. 実施例1の駆動電機子の磁極歯の磁化と可動子の運動の関係を示す図。The figure which shows the relationship of magnetization of the magnetic pole tooth of the drive armature of Example 1, and a motion of a needle | mover. 実施例1の可動子が変位又は傾いた場合の反発力の説明図。Explanatory drawing of the repulsive force when the needle | mover of Example 1 is displaced or inclined. 三相駆動時の(a)各駆動用電機子の巻線に印加する電流波形の例を示す図。(b)各駆動用電機子の巻線に印加する電流により発生する推力の例を示す図。The figure which shows the example of the current waveform applied to the winding of (a) each armature for a drive at the time of three-phase drive. (B) The figure which shows the example of the thrust which generate | occur | produces with the electric current applied to the coil | winding of each armature for a drive. 実施例2の或る時刻における電機子と永久磁石との位置関係を示す図。The figure which shows the positional relationship of the armature and permanent magnet in the time of Example 2 at a certain time. 図15の時刻における両用電機子の磁極歯の磁化を示す図。The figure which shows magnetization of the magnetic pole tooth of the dual-use armature at the time of FIG. 図15の時刻における両用電機子の磁極歯の磁化を示す図。The figure which shows magnetization of the magnetic pole tooth of the dual-use armature at the time of FIG. (a)実施例2の両用電機子の巻線が受ける電流を示す図。(b)電流の位相と、磁極歯及び永久磁石の位置関係を示す図。(A) The figure which shows the electric current which the coil | winding of the dual-use armature of Example 2 receives. (B) The figure which shows the phase of an electric current, and the positional relationship of a magnetic pole tooth and a permanent magnet. 実施例2の両用電機子の磁極歯の磁化と可動子の運動の関係を示す図。The figure which shows the relationship of magnetization of the magnetic pole tooth of the armature for both uses of Example 2, and the motion of a needle | mover. 実施例2のリニアモータの駆動回路の構成例。4 is a configuration example of a drive circuit for a linear motor according to a second embodiment. 実施例2の電力変換回路の構成例。4 is a configuration example of a power conversion circuit according to a second embodiment. 実施例3の密閉型圧縮機の一例を示す縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view illustrating an example of a hermetic compressor according to a third embodiment. 実施例3の密閉容器3を除いた斜視図。The perspective view except the airtight container 3 of Example 3. FIG. 実施例3の密閉容器3を除いた水平断面の斜視図。The perspective view of the horizontal cross section except the airtight container 3 of Example 3. FIG. 各実施例のリニアモータを密閉型圧縮機に搭載した一例を示す図。The figure which shows an example which mounted the linear motor of each Example in the hermetic compressor. 実施例1、2のリニアモータを搭載した圧縮機を有する冷蔵庫の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of the refrigerator which has a compressor carrying the linear motor of Example 1,2.

以下、添付の図面を用いて本発明の各実施例を説明するが、本発明は、以下で詳述する各実施例の構成に限定されるものではない。また、本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、或る構成要素が他の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。   Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the configuration of each embodiment described in detail below. The various components of the present invention do not necessarily have to be independent of each other. A plurality of components are formed as a single member, and a single component is formed of a plurality of members. That a certain component is a part of another component, a part of a certain component overlaps with a part of another component, and the like.

また、実施例の説明のために、前後方向、左右方向、上下方向という語を用いることがあるが、必ずしも上下方向が重力方向と平行である必要はない。前後方向、左右方向又はそれ以外の方向が重力方向と平行であることを許容する。   Further, for the description of the embodiments, the terms front and rear direction, left and right direction, and up and down direction may be used, but the up and down direction is not necessarily parallel to the gravity direction. The front-rear direction, the left-right direction, or any other direction is allowed to be parallel to the direction of gravity.

<リニアモータの構成の概要>
図1は、実施例1に係るリニアモータの側面断面図である。本実施例のリニアモータ100は、前後方向(図1中、左右方向)に相対移動可能な固定子5および可動子6を有する。
固定子5は電機子9を有し、各電機子9は、磁性体である磁極7を有する。磁極7は磁極歯70を有しており、電機子9は、上下方向に空隙を介して対向配置された二つの磁極歯70(以下、「磁極歯組」ともいう。)を有している。これら二つの磁極歯70は、空隙の左右方向に位置し上下方向に延在する鉄心7eによって繋がっている(例えば、図2参照)。可動子6はこの空隙に配置されており、固定子5と相対移動可能である。また、各磁極歯70には巻線8を巻回している。巻線8に電流を流すことにより磁極歯70が磁化して極性が生じる。なお、固定子5を構成する電機子9の数は、後述する駆動用電機子9a(U相)と、浮上用電機子9b(M相)がそれぞれ一つ以上含まれれば任意である(例えば、図9参照)。
<Outline of configuration of linear motor>
FIG. 1 is a side sectional view of the linear motor according to the first embodiment. The linear motor 100 according to the present embodiment includes a stator 5 and a mover 6 that are relatively movable in the front-rear direction (left-right direction in FIG. 1).
The stator 5 has an armature 9, and each armature 9 has a magnetic pole 7 that is a magnetic body. The magnetic pole 7 has magnetic pole teeth 70, and the armature 9 has two magnetic pole teeth 70 (hereinafter also referred to as “magnetic pole tooth sets”) arranged to face each other with a gap in the vertical direction. . These two magnetic pole teeth 70 are connected by an iron core 7e positioned in the left-right direction of the gap and extending in the up-down direction (see, for example, FIG. 2). The mover 6 is disposed in this gap and is movable relative to the stator 5. A winding 8 is wound around each magnetic pole tooth 70. When a current is passed through the winding 8, the magnetic pole teeth 70 are magnetized to generate polarity. Note that the number of armatures 9 constituting the stator 5 is arbitrary as long as one or more driving armatures 9a (U phase) and one or more levitation armatures 9b (M phase) described later are included (for example, FIG. 9).

各電機子9の間には、非磁性体のスペーサ11が挿入されている。非磁性体の例としては、オーステナイト系ステンレスやアルミ合金、セラミックやエンジニアリングプラスチックなどの樹脂材料が挙げられる。   A nonmagnetic spacer 11 is inserted between the armatures 9. Examples of non-magnetic materials include austenitic stainless steel, aluminum alloys, resin materials such as ceramics and engineering plastics.

可動子6には、永久磁石2が前後方向に並んで複数個設置されている。永久磁石2は、それぞれ前後方向の長さが略同一であると好ましく、それぞれ平板形状で略同一形状であるとさらに好ましい。
複数個の永久磁石2は、それぞれが上下方向に極性(N極とS極)を有する。可動子6に配置した永久磁石2の並びとしては、短極部2cと長極部2sを含む(例えば、図9参照)。
A plurality of permanent magnets 2 are arranged on the mover 6 side by side in the front-rear direction. The permanent magnets 2 preferably have substantially the same length in the front-rear direction, and more preferably have a flat plate shape and substantially the same shape.
Each of the plurality of permanent magnets 2 has a polarity (N pole and S pole) in the vertical direction. The arrangement of the permanent magnets 2 arranged on the mover 6 includes a short pole portion 2c and a long pole portion 2s (see, for example, FIG. 9).

次に、電機子9の構成について図2〜図5を用いて説明する。図2は実施例1に係る電機子9の構成例の斜視図である。図3は実施例1に係る電機子9の構成例の側面断面斜視図である。   Next, the structure of the armature 9 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view of a configuration example of the armature 9 according to the first embodiment. FIG. 3 is a side cross-sectional perspective view of a configuration example of the armature 9 according to the first embodiment.

電機子9の構成例としては、二つの磁極7と、二つの磁極7の間に挿入されるブリッジ10を有するものが挙げられる。二つの磁極7の間隔はブリッジ10の厚みにて規定することができる。ブリッジ10は、磁性体でも非磁性体でも良いが、ブリッジ10が磁性体であると、後述する立体的な磁束の経路が構成可能であるため好ましい。このため、以下ではブリッジ10が磁性体である場合について説明する。   As an example of the configuration of the armature 9, one having two magnetic poles 7 and a bridge 10 inserted between the two magnetic poles 7 can be cited. The distance between the two magnetic poles 7 can be defined by the thickness of the bridge 10. The bridge 10 may be a magnetic body or a non-magnetic body, but it is preferable that the bridge 10 is a magnetic body because a three-dimensional magnetic flux path to be described later can be configured. For this reason, below, the case where the bridge | bridging 10 is a magnetic body is demonstrated.

磁極7のうち、ブリッジ10を介して隣接する磁極歯組については、或る磁極歯と隣接又は対向する磁極歯で極性が異なり、かつ斜向かいの磁極歯で極性が同じになるように巻線8の向き及び巻線8に流れる電流が制御されている。例えば、図3を参考にすると、磁極歯70aがN極のときは、磁極歯70aと対向する磁極歯70b、隣接する磁極歯70cはS極、斜向かいの磁極歯70dはN極ができるようになっている。本実施例のブリッジ10は磁性体のため、ブリッジ10を介して前後方向に隣接する磁極7が磁気的に繋がり、後述するように前後方向に平行な面を通過する磁束の経路が形成される。   Of the magnetic poles 7, the magnetic pole teeth adjacent to each other via the bridge 10 are wound so that the polarity differs between the magnetic pole teeth adjacent to or opposite to a certain magnetic pole tooth, and the polarity is the same between the magnetic pole teeth diagonally opposite to each other. The direction of 8 and the current flowing through the winding 8 are controlled. For example, referring to FIG. 3, when the magnetic pole teeth 70a have N poles, the magnetic pole teeth 70b facing the magnetic pole teeth 70a, the adjacent magnetic pole teeth 70c have S poles, and the diagonally opposite magnetic pole teeth 70d have N poles. It has become. Since the bridge 10 of this embodiment is a magnetic body, the magnetic poles 7 adjacent in the front-rear direction are magnetically connected via the bridge 10, and a magnetic flux path passing through a plane parallel to the front-rear direction is formed as will be described later. .

図4は実施例1に係る磁極構成部品の一例を示す斜視図である。図5は実施例1に係る積層鋼板によって磁極を構成する一例を示す図である。リニアモータを構成する際、組立の容易性や多くの巻線が巻ける構造が望まれている。   FIG. 4 is a perspective view illustrating an example of a magnetic pole component according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which a magnetic pole is formed by the laminated steel plates according to the first embodiment. When constructing a linear motor, it is desired to have a structure in which assembling is easy and many windings can be wound.

ここでは電機子9が有する磁極7は図4に示すように、磁極歯ごとに分割可能な構造となっている。この構造により、巻線8を巻くのが容易になる。また、巻線8をより多く巻くことができ、電流に対する推力を大きくすることが可能になる。つまり、リニアモータを小型化することが可能になる。
もちろん、電機子9を構成する磁極7を図5に示すように一体としても良い。この場合は、組み立て工程の短縮が可能になる。
また、磁極7は電磁鋼板31を積層させた構造となっており,積層方向は可動子6の進行方向となっている。これにより、固定子の鉄損を抑制でき、高効率なリニアモータを提供することが可能になる。
Here, the magnetic pole 7 of the armature 9 has a structure that can be divided for each magnetic pole tooth, as shown in FIG. This structure makes it easy to wind the winding 8. Further, more windings 8 can be wound, and the thrust with respect to the current can be increased. That is, the linear motor can be reduced in size.
Of course, the magnetic poles 7 constituting the armature 9 may be integrated as shown in FIG. In this case, the assembly process can be shortened.
The magnetic pole 7 has a structure in which electromagnetic steel plates 31 are laminated, and the lamination direction is the traveling direction of the mover 6. Thereby, the iron loss of a stator can be suppressed and it becomes possible to provide a highly efficient linear motor.

<立体的な磁束の経路>
次に,図6,図7を用いて磁極7内を流れる磁束について説明する。図6は本実施例のリニアモータの正面断面模式図であり、図7は本実施例のリニアモータの側面断面模式図である。
<Three-dimensional magnetic flux path>
Next, the magnetic flux flowing in the magnetic pole 7 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a schematic front sectional view of the linear motor of this embodiment, and FIG. 7 is a schematic side sectional view of the linear motor of this embodiment.

図6,図7中の実線及び破線矢印は、リニアモータ駆動時における磁束の流れの一例を示している。なお、磁束の流れの向きは、巻線8に流れる電流の向きにより逆方向になり得るため、図に示す限りではない。   The solid line and broken line arrows in FIGS. 6 and 7 show an example of the flow of magnetic flux when the linear motor is driven. Note that the direction of the flow of magnetic flux is not limited to that shown in the figure because it can be reversed depending on the direction of the current flowing through the winding 8.

各磁極歯70が上記したような極性になるように巻線8に電流を流すと、磁極7内には主に図6、図7の実線矢印で示すような磁束の流れが生じる。磁束は上下の対向する磁極歯70内を貫通し、両側に位置している磁極歯をつなぐ鉄心7e内を貫通するループとなっている。この磁束の流れ(ループ)は可動子6の移動方向(前後方向)に対して直交する平面内である。   When a current is passed through the winding 8 so that each magnetic pole tooth 70 has the polarity as described above, a magnetic flux flow is generated in the magnetic pole 7 mainly as shown by solid line arrows in FIGS. The magnetic flux penetrates through the upper and lower opposing magnetic pole teeth 70 and forms a loop that penetrates through the iron core 7e that connects the magnetic pole teeth located on both sides. This magnetic flux flow (loop) is in a plane perpendicular to the moving direction (front-rear direction) of the mover 6.

本実施例では、磁極7は電磁鋼板を可動子6の進行方向に積層した構造になっており、電磁鋼板平面と磁極7内の主な磁束の流れ(ループ)を含む平面とが同一または平行となるようにすることで、電磁鋼板内に発生する渦電流を抑制し、渦電流による損失発生を防止している。   In this embodiment, the magnetic pole 7 has a structure in which electromagnetic steel plates are laminated in the moving direction of the mover 6, and the plane of the electromagnetic steel plate and the plane including the main magnetic flux flow (loop) in the magnetic pole 7 are the same or parallel. By doing so, eddy currents generated in the electromagnetic steel sheet are suppressed, and loss due to eddy currents is prevented.

本実施例の駆動用電機子9aでは、ブリッジ10を磁性体とすることで、図7に示すように、補助的な磁束の流れ(ループ)を構成している(図7中、破線矢印)。このように立体的な磁気回路を構成することで、磁極の磁束飽和を防止することができる。
したがって、高推力を発生することが可能になる。
In the driving armature 9a of the present embodiment, the bridge 10 is made of a magnetic material, thereby forming an auxiliary magnetic flux flow (loop) as shown in FIG. 7 (broken arrows in FIG. 7). . By constructing a three-dimensional magnetic circuit in this way, magnetic flux saturation of the magnetic pole can be prevented.
Accordingly, high thrust can be generated.

<各電機子の概要>
図8は、駆動用電機子9aと浮上用電機子9bの配置の一例を示す図である。図9は、図8の側面視における模式図である。
<Overview of each armature>
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the driving armature 9a and the floating armature 9b. FIG. 9 is a schematic diagram in a side view of FIG.

本実施例の駆動用電機子9aは、磁性体のブリッジ10で繋がった二つの磁極歯組を有しており、一方、浮上用電機子9bは、一つの磁極歯組を有する構成としているが、両者の構造をこれらに限定する趣旨ではない。例えば両電機子はそれぞれ、鉄心7eで繋がった一つの磁極歯組と、磁極歯70に巻回した巻線8を有していればよい。但し、浮上用電機子9bについては、磁極永久磁石2bを有する場合は、巻線8を省略することもできる。   The driving armature 9a of the present embodiment has two magnetic pole tooth sets connected by a magnetic bridge 10, while the levitating armature 9b has a single magnetic pole tooth set. However, it is not intended to limit the structure of both. For example, both armatures only need to have one magnetic pole tooth set connected by the iron core 7 e and the winding 8 wound around the magnetic pole tooth 70. However, for the levitating armature 9b, when the magnetic pole permanent magnet 2b is provided, the winding 8 can be omitted.

本実施例のリニアモータは、図8に示すように、正弦波や矩形波といった交流電流を印加して可動子6に推力を与える駆動用電機子9aと、可動子6に磁気浮上力を与える浮上用電機子9bを有する。以下、説明のため、駆動用電機子9aについて、ブリッジ10よりも浮上用電機子9bから遠い二つの磁極歯70を第一の磁極歯組と呼び、ブリッジ10よりも浮上用電機子9bに近い二つの磁極歯70を第二の磁極歯組と呼ぶ。
本実施例の駆動用電機子9aは、二つの磁極歯組を有する電機子9である。これは、図7に示した様に、磁束の流れ(磁気回路)を立体的に構成することにより、磁極の磁束飽和を防止することで、高推力を発生することが可能にするためである。勿論、一つの磁極歯組によって駆動用電機子9aを構成しても良い。
また、本実施例の浮上用電機子9bは、リニアモータの小型化の観点から、一つの磁極歯組を有する電機子9としている。浮上用電機子9bの磁極7は、図9に示すように磁極永久磁石2bを有さなくても良いし、図10に示すように有しても良い。リニアモータの推力効率の改善や小型化の観点からは、駆動用電機子9a、浮上用電機子9bの構成は上記のようなものが好ましいが、上述したように、各電機子が有する磁極歯組の個数などの構造は上記に限られない。
As shown in FIG. 8, the linear motor of this embodiment applies a driving armature 9 a that applies an alternating current such as a sine wave or a rectangular wave to apply thrust to the mover 6, and applies a magnetic levitation force to the mover 6. It has a levitation armature 9b. Hereinafter, for description, in the driving armature 9a, the two magnetic pole teeth 70 farther from the levitation armature 9b than the bridge 10 are referred to as a first magnetic pole tooth set, and closer to the levitation armature 9b than the bridge 10. The two magnetic pole teeth 70 are referred to as a second magnetic pole tooth set.
The driving armature 9a of the present embodiment is an armature 9 having two magnetic pole tooth groups. This is because, as shown in FIG. 7, it is possible to generate high thrust by preventing the magnetic flux saturation of the magnetic poles by constructing the flow of magnetic flux (magnetic circuit) in three dimensions. . Of course, the driving armature 9a may be constituted by one magnetic pole tooth set.
Further, the levitating armature 9b of the present embodiment is an armature 9 having one magnetic pole tooth set from the viewpoint of miniaturization of the linear motor. The magnetic pole 7 of the levitation armature 9b may not have the magnetic pole permanent magnet 2b as shown in FIG. 9, or may have as shown in FIG. From the viewpoint of improving the thrust efficiency and miniaturization of the linear motor, the configuration of the driving armature 9a and the floating armature 9b is preferably as described above. However, as described above, the magnetic pole teeth of each armature The structure such as the number of sets is not limited to the above.

駆動用電機子9aは、可動子6に設けた永久磁石2のうち、それぞれの短極部2cに属する永久磁石2と対向可能である。一方、浮上用電機子9bは、可動子6に設けた永久磁石2のうち、長極部2sに属する永久磁石2と対向可能である。   The driving armature 9a can be opposed to the permanent magnets 2 belonging to the respective short pole portions 2c among the permanent magnets 2 provided on the mover 6. On the other hand, the levitating armature 9b can face the permanent magnet 2 belonging to the long pole portion 2s among the permanent magnets 2 provided on the mover 6.

<駆動用電機子と短極部の詳細>
まず、駆動用電機子9aと短極部2cについて詳細に説明する。説明のため、以下、第一の磁極歯組をU相、第二の磁極歯組をU−相ともよぶ。U相とU−相は、上述したようにブリッジ10を介して隣接する磁極であるから、互いに逆方向の極性に磁化するように巻線に電流が流れる。本実施例では、駆動用電機子9aを単相で駆動する例を示している。具体的には、巻線に流れる電流の位相差は略180°である。
U相又はU−相の磁極歯組に対向可能な永久磁石2は、二つ以上の短極部2cを構成している。それぞれの短極部2cは、一個又は同じ向きの極性を持つ二個以上の永久磁石2を有している。本実施例では、可動子6は三つの短極部2cを有し、各単極部2cには、それぞれ一個の永久磁石2ca、2cb及び2ccが配置されている。勿論、それぞれの短極部2cが、互いに同じ向きの極性を持つ二個以上の永久磁石2で置き換えられても良い。これにより、それぞれの短極部2cは、上下方向に極性を有している。また、互いに隣接する短極部2cは、互いに逆向きの極性を持つように永久磁石2を配置している。
<Details of driving armature and short pole part>
First, the driving armature 9a and the short pole portion 2c will be described in detail. For the sake of explanation, hereinafter, the first magnetic pole tooth set is also referred to as U-phase, and the second magnetic pole tooth set is also referred to as U-phase. Since the U-phase and the U-phase are adjacent magnetic poles via the bridge 10 as described above, a current flows through the windings so as to be magnetized in opposite polarities. In this embodiment, an example in which the driving armature 9a is driven in a single phase is shown. Specifically, the phase difference of the current flowing through the winding is approximately 180 °.
The permanent magnet 2 that can face the U-phase or U-phase magnetic pole teeth group constitutes two or more short pole portions 2c. Each short pole portion 2c has one or two or more permanent magnets 2 having polarities in the same direction. In the present embodiment, the mover 6 has three short pole portions 2c, and one permanent magnet 2ca, 2cb, and 2cc is disposed in each single pole portion 2c. Of course, each short pole portion 2c may be replaced with two or more permanent magnets 2 having the same polarity in each other. Thereby, each short pole part 2c has polarity in the up-down direction. Moreover, the permanent magnet 2 is arrange | positioned so that the short pole part 2c adjacent to each other may have a mutually reverse polarity.

それぞれの短極部2cの前後方向の長さは、略同一であることが好ましいが、リニアモータの制御が可能な範囲で互いに異なる長さにしても良い。   The lengths of the short pole portions 2c in the front-rear direction are preferably substantially the same, but may be different from each other as long as the linear motor can be controlled.

それぞれの短極部2cが複数の永久磁石2で構成される場合は、短極部2cの長さには、永久磁石2の間隔は含めないことができる。すなわち、一の短極部2cに属する永久磁石2の長さの和が、この一の短極部2cの長さとすることができる。なお、本実施例では、略同一形状の永久磁石2一個ごとに極性が逆向きになるように並べているため、永久磁石2一個分の前後方向長さが、短極部2cの長さである。   When each short pole part 2c is comprised with the some permanent magnet 2, the space | interval of the permanent magnet 2 can not be included in the length of the short pole part 2c. That is, the sum of the lengths of the permanent magnets 2 belonging to one short pole portion 2c can be the length of this one short pole portion 2c. In the present embodiment, since the permanent magnets 2 having substantially the same shape are arranged so that the polarities are opposite to each other, the length in the front-rear direction of one permanent magnet 2 is the length of the short pole portion 2c. .

駆動用電機子9aは、可動子6に設けられた永久磁石2のうち、少なくとも短極部2cと対向可能である。巻線8に流れる電流によってU相、U−相を磁化させ、短極部2cとの間に反発力及び吸引力を生じさせ、可動子6に前後方向への推力を与えて所望に往復運動させることができる。この点についてさらに説明する。   The drive armature 9a can be opposed to at least the short pole portion 2c of the permanent magnet 2 provided on the mover 6. The U-phase and U-phase are magnetized by the current flowing through the winding 8 to generate a repulsive force and an attractive force with the short pole part 2c, and a thrust in the front-rear direction is applied to the mover 6 to reciprocate as desired. Can be made. This point will be further described.

<可動子への推力の付与>
図11は、U相の上側の磁極歯の巻線8に流れる電流の位相と、可動子6の永久磁石2との位置との関係を説明する図である。図中には、永久磁石2として短極部に属する三つの永久磁石2a、2b、2cが描かれているが、個数は勿論これに限られない。リニアモータの駆動原理を説明するために、一例として、巻線8に周期が2πの正弦波が流れるとする。
<Applying thrust to the mover>
FIG. 11 is a diagram for explaining the relationship between the phase of the current flowing through the winding 8 of the U-phase upper magnetic pole teeth and the position of the permanent magnet 2 of the mover 6. In the drawing, three permanent magnets 2a, 2b, and 2c belonging to the short pole portion are depicted as the permanent magnets 2, but the number is of course not limited thereto. In order to explain the driving principle of the linear motor, as an example, it is assumed that a sine wave with a period of 2π flows through the winding 8.

本実施例のリニアモータは、電流の位相が0のとき、磁極歯の中心は永久磁石2bに対向する。同様に、位相がπ/2のとき、磁極歯の中心は永久磁石2b、2cとの間に対向する。位相が−π/2のとき、磁極歯の中心は永久磁石2a、2bとの間に対向する。位相がπのとき、磁極歯の中心は永久磁石2cに対向する。位相が−πのとき、磁極歯の中心は永久磁石2aに対向する。   In the linear motor of the present embodiment, when the current phase is 0, the center of the magnetic pole teeth faces the permanent magnet 2b. Similarly, when the phase is π / 2, the center of the magnetic pole teeth faces the permanent magnets 2b and 2c. When the phase is −π / 2, the center of the magnetic pole teeth faces the permanent magnets 2a and 2b. When the phase is π, the center of the magnetic pole teeth faces the permanent magnet 2c. When the phase is −π, the center of the magnetic pole teeth faces the permanent magnet 2a.

このように、本実施例のリニアモータは、電流の振幅が最も大きくなる位相±π/2のときに、二つの永久磁石の間に磁極歯が対向するように構成している同期式モータである。また、正弦波の振幅が最も小さくなる位相0、±πのときに、永久磁石2に駆動用電機子9aの磁極歯70が対向するように構成している。このように構成することで、磁極歯は、磁化が大きいときに永久磁石の間に対向するため、可動子6の永久磁石2は、相対移動方向(前後方向)に大きな磁気吸引力又は反発力を受けることができる。   Thus, the linear motor of the present embodiment is a synchronous motor configured such that the magnetic pole teeth face each other between two permanent magnets at the phase ± π / 2 where the current amplitude is the largest. is there. Further, the magnetic pole teeth 70 of the driving armature 9a are configured to face the permanent magnet 2 when the phase of the sine wave is the smallest, ie, 0, ± π. With this configuration, since the magnetic pole teeth face each other between the permanent magnets when the magnetization is large, the permanent magnet 2 of the mover 6 has a large magnetic attraction force or repulsive force in the relative movement direction (front-rear direction). Can receive.

図12は、可動子と固定子との相対運動を説明する図である。図12では、一例として、可動子6が紙面右方向に向かって運動する場合を示している。図12(a)、(c)に示す位相θ=0、πのとき、正弦波の振幅は小さいため、U相の磁極歯は殆ど磁化していない。図12(b)、(d)に示すθ=π/2、(3π)/2のとき、正弦波の振幅が大きいため、U相の磁極歯の磁化は強い。上述したように、このとき磁極歯は永久磁石の間に対向するため、可動子6に対して大きな推力を与えることができる。   FIG. 12 is a diagram for explaining the relative motion between the mover and the stator. In FIG. 12, as an example, the case where the mover 6 moves toward the right side of the drawing is shown. Since the amplitude of the sine wave is small when the phases θ = 0 and π shown in FIGS. 12A and 12C, the U-phase magnetic pole teeth are hardly magnetized. When θ = π / 2 and (3π) / 2 shown in FIGS. 12B and 12D, since the amplitude of the sine wave is large, the magnetization of the U-phase magnetic pole teeth is strong. As described above, since the magnetic pole teeth face each other between the permanent magnets at this time, a large thrust can be given to the mover 6.

上述したようにU相の下側磁極歯は、上側磁極歯と逆向きの磁化となる。このとき、U相の下側の磁極歯と対向する永久磁石2の極も、U相の上側の磁極歯と対向する磁極と逆向きであるから、図11,12の説明と同様に、可動子6に推力を与えることができる。
U相とU−相との間の距離を調整することで、U−相についてもU相と同様の推力を可動子6に与えるように構成することができる。なお、駆動用電機子9aとして、他にV相、W相、さらにV−相、W−相を設けて三相駆動としても良い。また、駆動用電機子9aの巻線8に流す電流波形は正弦波に限られず、例えば矩形波にしてもよい。
As described above, the lower magnetic pole teeth of the U phase have a magnetization opposite to that of the upper magnetic pole teeth. At this time, since the pole of the permanent magnet 2 facing the lower magnetic pole teeth of the U phase is also opposite to the magnetic pole facing the upper magnetic pole teeth of the U phase, it is movable as in the description of FIGS. Thrust can be given to the child 6.
By adjusting the distance between the U phase and the U-phase, the U-phase can be configured to give the same thrust to the mover 6 as the U-phase. As the driving armature 9a, a V-phase, a W-phase, a V-phase, and a W-phase may be provided in addition to the three-phase driving. Further, the current waveform flowing through the winding 8 of the driving armature 9a is not limited to a sine wave, and may be a rectangular wave, for example.

<浮上用電機子と長極部の詳細>
次に、浮上用電機子9b(M相)と長極部2sについて詳細に説明する。
上述したように、巻線8を流れる交流電流で磁化する駆動用電機子9aは、可動子6に対して推力を与え得る。しかし、駆動用電機子9aは、可動子6を磁極歯の間に保持する力(磁気浮上力)を十分に与えることは困難である。このため、本実施例では、浮上用電機子9bを設け、これによって磁気浮上力を与えている。
長極部2sは、M相の磁極歯組に対向可能である。長極部2sは、一個の永久磁石2又は同じ向きの極性で配置した二個以上の永久磁石2を有し、長極部2sの前後方向の長さは、短極部2cの前後方向の長さより長い。本実施例では、長極部2sは一個の永久磁石2saで構成されているため、この前後方向長さが長極部2sの長さである。
<Details of levitating armature and long pole part>
Next, the levitation armature 9b (M phase) and the long pole portion 2s will be described in detail.
As described above, the driving armature 9 a that is magnetized by the alternating current flowing through the winding 8 can give a thrust to the mover 6. However, it is difficult for the driving armature 9a to sufficiently apply a force (magnetic levitation force) for holding the mover 6 between the magnetic pole teeth. For this reason, in this embodiment, the levitation armature 9b is provided, and thereby the magnetic levitation force is applied.
The long pole portion 2s can oppose the M-phase magnetic pole tooth set. The long pole portion 2s has one permanent magnet 2 or two or more permanent magnets 2 arranged with the same polarity, and the length of the long pole portion 2s in the front-rear direction is the length of the short pole portion 2c in the front-rear direction. Longer than length. In the present embodiment, since the long pole portion 2s is composed of one permanent magnet 2sa, the length in the front-rear direction is the length of the long pole portion 2s.

短極部2cの長さが複数種類ある場合は、最も長い短極部2cの長さより長極部2sを長くすることができる。
複数個の永久磁石2によって長極部2sを構成する場合、長極部2sの長さには、各永久磁石2の間隔を含めても良いし含めなくても良い。すなわち、後者の場合は、長極部2sに属する永久磁石2の長さの和が、この長極部2sの長さとなる。前者の場合は、長極部2sに属する永久磁石2の長さの和に、さらに長極部2sに属する永久磁石2の間の長さの和を加えたものが長極部の長さとなる。
後者の場合は、当然に本実施例に記載の効果が得られる。前者の場合は、その間隔及び永久磁石2の磁化の程度を調整すること等によって、本実施例に記載の効果が得られる。例えば、短極部2cに属する永久磁石2の磁化より強い磁化の永久磁石2を用いれば、適当な間隔を設けても、本実施例の効果を得ることができる。このようにして長極部2sの長さを短極部2cの長さより長くすることで、以下で説明するように、可動子6の往復運動全体に亘って磁気浮上力を与えることができる。
When there are a plurality of types of short pole portions 2c, the long pole portion 2s can be made longer than the longest short pole portion 2c.
When the long pole portion 2s is constituted by a plurality of permanent magnets 2, the length of the long pole portion 2s may or may not include the interval between the permanent magnets 2. That is, in the latter case, the sum of the lengths of the permanent magnets 2 belonging to the long pole portion 2s is the length of the long pole portion 2s. In the former case, the length of the long pole portion is obtained by adding the sum of the lengths of the permanent magnets 2 belonging to the long pole portion 2s to the sum of the lengths of the permanent magnets 2 belonging to the long pole portion 2s. .
In the latter case, the effects described in this embodiment are naturally obtained. In the former case, the effects described in this embodiment can be obtained by adjusting the interval and the degree of magnetization of the permanent magnet 2. For example, if the permanent magnet 2 having magnetization stronger than the magnetization of the permanent magnet 2 belonging to the short pole portion 2c is used, the effect of this embodiment can be obtained even if an appropriate interval is provided. Thus, by making the length of the long pole portion 2s longer than the length of the short pole portion 2c, a magnetic levitation force can be applied over the entire reciprocating motion of the mover 6, as will be described below.

また、浮上用電機子9b(M相)を、駆動電機子9aの両側(前側及び後ろ側)に設けると、可動子6の磁気浮上が効率よく行える点で好ましい。   Further, it is preferable that the levitation armature 9b (M phase) is provided on both sides (front side and rear side) of the drive armature 9a in that the magnetic levitation of the mover 6 can be efficiently performed.

<可動子への磁気浮上力の付与>
M相の巻線8には、長極部2sが生ずる磁場の向きと逆方向の磁場が発生するように電流を流す(例えば、図9参照)。この電流は一定の大きさをとるものでも良いし、同じ向きで大きさが時変となるものでも良い。これにより、可動子6には、長極部2sを介して上下方向への反発力(磁気浮上力)が発生する。これにより、後述するように最終的には、磁気的にバランスが取れた略中間位置に保持される。すなわち、可動子6は磁気浮上し、磁気的に軸支持をすることが可能になる。これにより、摩擦損失を低減することができ、リニアモータ100を高効率で駆動することが可能になる。
<Applying magnetic levitation force to the mover>
A current is passed through the M-phase winding 8 so that a magnetic field in the direction opposite to the direction of the magnetic field generated by the long pole portion 2s is generated (see, for example, FIG. 9). This current may have a constant magnitude, or may have a time-varying magnitude in the same direction. Thereby, a repulsive force (magnetic levitation force) in the vertical direction is generated in the mover 6 via the long pole portion 2s. As a result, as will be described later, the magnetic head is finally held at a substantially intermediate position that is magnetically balanced. That is, the mover 6 is magnetically levitated and can be magnetically supported on the shaft. Thereby, friction loss can be reduced and the linear motor 100 can be driven with high efficiency.

また、図10のように、M相が磁極永久磁石2bを有する場合は、巻線8に流す電流量を小さくすることができる。磁極永久磁石2bの極性は、長極部2sが生ずる磁場の向きと逆方向の磁場が発生するように配置する。M相に巻線8を巻き、長極部2sと逆磁場を発生させる電流を流す構成とすると、少ない電流量で能動的に磁気浮上力を制御可能になる。なお、磁極永久磁石2bの磁化の程度によっては、巻線8を設けなくても良い。   Further, as shown in FIG. 10, when the M phase has the magnetic pole permanent magnet 2b, the amount of current flowing through the winding 8 can be reduced. The polarity of the magnetic pole permanent magnet 2b is arranged so that a magnetic field in the direction opposite to the direction of the magnetic field generated by the long pole portion 2s is generated. If the winding 8 is wound around the M phase and a current that generates a reverse magnetic field with the long pole portion 2s is passed, the magnetic levitation force can be actively controlled with a small amount of current. The winding 8 may not be provided depending on the degree of magnetization of the magnetic pole permanent magnet 2b.

安定に磁気浮上力を得るため、M相に対向する永久磁石2sの長さLm、M相電機子の長さ(積厚)Ls、および可動子の移動長(ストローク)Lsl(図9参照)を次の数1および数2を満たす構成とすることができる。
〔数1〕Lm≧Ls
〔数2〕Lsl≦Lm−Ls
In order to obtain a magnetic levitation force stably, the length Lm of the permanent magnet 2s facing the M phase, the length (stack thickness) Ls of the M phase armature, and the moving length (stroke) Lsl of the mover (see FIG. 9) Can be configured to satisfy the following equations 1 and 2.
[Equation 1] Lm ≧ Ls
[Expression 2] Lsl ≦ Lm−Ls

上式を満たす構成にすることにより、M相電機子は常に長極部2sと対向することができる。すなわち、安定に磁気浮上力を得ることができる。   By adopting a configuration that satisfies the above equation, the M-phase armature can always face the long pole portion 2s. That is, the magnetic levitation force can be obtained stably.

<長極部と短極部の境界部分に位置する永久磁石>
隣接する長極部の永久磁石2及び短極部の永久磁石2(本実施例では永久磁石2ccと2sa)の極性の向きは制限されない。しかし、これらの極性が互いに逆向きである場合、ストロークを調整すれば、永久磁石2saが可動子6に推力を与えられる。こうすると可動子6の最大ストロークをより長くし得る点で好ましい。なお、互いに隣接する長極部及び短極部の永久磁石2の間隔は、短極部2cに属する二つの永久磁石2の間隔より長くしても良いし、略同一にしても良い。
また、これらの極性が互いに同じ向きである場合、永久磁石2ccは、M相の磁極歯組に対向可能であっても良い。
<Permanent magnet located at the boundary between the long pole and short pole>
The directions of the polarities of the adjacent long pole permanent magnet 2 and short pole permanent magnet 2 (in this embodiment, the permanent magnets 2cc and 2sa) are not limited. However, when these polarities are opposite to each other, the permanent magnet 2sa can give a thrust to the mover 6 by adjusting the stroke. This is preferable in that the maximum stroke of the mover 6 can be made longer. In addition, the space | interval of the permanent magnet 2 of the long pole part and short pole part which mutually adjoins may be longer than the space | interval of the two permanent magnets 2 which belong to the short pole part 2c, and may be made substantially the same.
When these polarities are in the same direction, the permanent magnet 2cc may be able to face the M-phase magnetic pole teeth group.

<可動子の姿勢制御>
M相の磁極7と可動子6に設けた長極部2sに属する永久磁石2との正面断面図を図13に示す。
可動子6は、通常、M相の磁極歯70の間であってM相による反発力と重力が釣り合う位置で安定している。しかし、例えば、図13(a)に示すように、可動子が上側に変位した場合、永久磁石2(長極部2s)とM相の磁極歯の距離が短くなるため、可動子6に与えられる反発力の和は、下向きになる。そのため、可動子は下方向に移動する。反対に、図13(b)に示すように、可動子が下側に変位した場合、可動子6に与えられる反発力は、上向きになる。そのため、可動子は上方向に移動する。
<Motor attitude control>
FIG. 13 shows a front sectional view of the M-phase magnetic pole 7 and the permanent magnet 2 belonging to the long pole portion 2 s provided on the mover 6.
The mover 6 is normally stable between the M-phase magnetic pole teeth 70 and at a position where the repulsive force and gravity due to the M-phase are balanced. However, for example, as shown in FIG. 13 (a), when the mover is displaced upward, the distance between the permanent magnet 2 (long pole portion 2s) and the M-phase magnetic pole teeth is shortened. The sum of the repulsive forces that can be used is downward. Therefore, the mover moves downward. Conversely, as shown in FIG. 13B, when the mover is displaced downward, the repulsive force applied to the mover 6 becomes upward. Therefore, the mover moves upward.

その結果、可動子6は磁気的にバランスが取れた略中間位置に保持される。すなわち、可動子6は磁気浮上し、磁気的に軸支持をすることが可能になる。これにより、摩擦損失を低減することができ、リニアモータ100を高効率で駆動することが可能になる。   As a result, the mover 6 is held at a substantially intermediate position that is magnetically balanced. That is, the mover 6 is magnetically levitated and can be magnetically supported on the shaft. Thereby, friction loss can be reduced and the linear motor 100 can be driven with high efficiency.

また、図13(c)に示した様に、可動子6は往復動方向に対して傾く(自転する)場合がある。図13(c)では、可動子6が時計方向に傾いた場合の例を示している。ここで、可動子6は左右方向に所定長さを有する平板形状部を有しており、ここに長極部2sに属する永久磁石2saが配置されている。
本実施例では、永久磁石2saの左右方向の長さ(幅)は、M相の二つの磁極歯70の空隙の上下方向長さより長い(図13は、可動子6に働く力を図示して説明するため、空隙の上下方向長さを長く描いている。実際の配置の関係の一例としては、例えば図8参照。)。このため、可動子6が傾くと、可動子端部において、磁化した磁極歯70から受ける上下方向の反発力の大きさに差が生じ、傾きを補正する力を受ける。また、M相の磁極歯70の左右方向の幅は、長極部2sに属する永久磁石2の左右方向の幅と同程度か、やや短いと好ましい(例えば、図6参照)。こうすると、永久磁石2の端部に働く反発力を大きくすることができ、傾きの補償が効率よく実現できる。
この結果、可動子6には反時計方向に力が加わり、最終的に可動子が水平に保持される。
Further, as shown in FIG. 13C, the mover 6 may be tilted (rotated) with respect to the reciprocating direction. FIG. 13C shows an example where the mover 6 is tilted clockwise. Here, the mover 6 has a flat plate-shaped portion having a predetermined length in the left-right direction, and a permanent magnet 2sa belonging to the long pole portion 2s is disposed here.
In this embodiment, the length (width) of the permanent magnet 2sa in the left-right direction is longer than the length in the vertical direction of the gap between the M-phase two magnetic pole teeth 70 (FIG. 13 illustrates the force acting on the mover 6). For the sake of explanation, the length of the gap in the vertical direction is drawn long (see FIG. 8 as an example of the actual arrangement relationship). For this reason, when the mover 6 is inclined, a difference occurs in the magnitude of the vertical repulsive force received from the magnetized magnetic pole teeth 70 at the end of the mover, and the force for correcting the inclination is received. The width in the left-right direction of the M-phase magnetic pole teeth 70 is preferably the same as or slightly shorter than the width in the left-right direction of the permanent magnet 2 belonging to the long pole portion 2s (see, for example, FIG. 6). If it carries out like this, the repulsive force which acts on the edge part of the permanent magnet 2 can be enlarged, and inclination compensation can be implement | achieved efficiently.
As a result, a force is applied to the mover 6 in the counterclockwise direction, and the mover is finally held horizontally.

<効果>
本実施例によれば、長極部2sと逆方向の磁場を供給する浮上用電機子9bによって、前後方向に往復相対運動する可動子6には十分な磁気浮上力が与えられる。これにより、摩擦損失が抑制されると共に可動子6の変位が補償される。さらに、浮上用電機子9bの磁極歯及び長極部2sに属する永久磁石2が平板形状であるため、可動子6の傾きや自転運動が補償される。
<Effect>
According to the present embodiment, a sufficient magnetic levitation force is applied to the mover 6 that reciprocally moves in the front-rear direction by the levitating armature 9b that supplies a magnetic field in the opposite direction to the long pole portion 2s. Thereby, friction loss is suppressed and displacement of the mover 6 is compensated. Furthermore, since the permanent magnet 2 belonging to the magnetic pole teeth and the long pole portion 2s of the levitation armature 9b has a flat plate shape, the inclination and the rotation motion of the mover 6 are compensated.

次に、本発明の実施例2に係るリニアモータを説明する。実施例2のリニアモータは、以下の点を除き実施例1と同様の構成である。
本実施例のリニアモータは、電機子9として、推力及び磁気浮上力を可動子6に与える両用電機子9cを一つ以上有している。好ましくは、両用電機子9cを三つ以上有する。また、両用電機子9cを三つ以上有する場合は、浮上用電機子9bを任意で有することができる。
Next, a linear motor according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The linear motor of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except for the following points.
The linear motor according to the present embodiment has at least one armature 9c as the armature 9 that applies thrust and magnetic levitation force to the mover 6. Preferably, there are three or more dual-use armatures 9c. Further, when three or more dual-use armatures 9c are provided, the levitation armature 9b can be optionally provided.

永久磁石2は、左右方向に幅を有する平板形状であり、この永久磁石2を有する可動子6の部分も、平板形状である。   The permanent magnet 2 has a flat plate shape having a width in the left-right direction, and the portion of the mover 6 having the permanent magnet 2 is also a flat plate shape.

電気角で120度の位相差の電流を各相の両用電機子9cの巻線8に流すことにより、可動子6に往復運動する方向に推力を発生させることができる。本実施例では三相駆動を行っているため制御性に優れ、ベクトル制御などによる制御が可能となっている。   By flowing a current having a phase difference of 120 degrees in electrical angle through the winding 8 of the dual armature 9c for each phase, a thrust can be generated in the reciprocating direction of the mover 6. In this embodiment, since three-phase driving is performed, controllability is excellent and control by vector control or the like is possible.

<正弦波による三相駆動>
本実施例の両用電機子9cの巻線8に流れる電流を説明する前に、実施例1で説明した駆動用電機子9aを三つ用いて三相駆動する場合を説明する。すなわち、三つの駆動用電機子9aそれぞれに正弦波電流を流す三相駆動について説明する。以下、説明のため、各駆動電機子9aを、U相、V相、W相と呼ぶ。
<Three-phase drive by sine wave>
Before describing the current flowing through the winding 8 of the dual armature 9c of the present embodiment, a case of three-phase driving using the three driving armatures 9a described in the first embodiment will be described. That is, three-phase driving in which a sine wave current is supplied to each of the three driving armatures 9a will be described. Hereinafter, for explanation, each driving armature 9a is referred to as a U phase, a V phase, and a W phase.

図14(a)は、三相駆動による各駆動用電機子9aの巻線に印加する電流波形の例を示す図であり、図14(b)は、三相駆動による各駆動用電機子9aの巻線に印加する電流により発生する推力の例を示す図である。   FIG. 14A is a diagram showing an example of a current waveform applied to the winding of each driving armature 9a by three-phase driving, and FIG. 14B is a diagram showing each driving armature 9a by three-phase driving. It is a figure which shows the example of the thrust which generate | occur | produces with the electric current applied to the coil | winding.

三相駆動時においては、これらの電流によって各相は半波整流したような推力を発生する。結果、リニアモータ100の可動子6は、全相の推力を合計した推力(トータル推力)を受ける。   During three-phase driving, each current generates a thrust that is half-wave rectified by these currents. As a result, the mover 6 of the linear motor 100 receives a thrust (total thrust) obtained by summing the thrusts of all phases.

図14(b)の長二点鎖線で囲った矩形箇所に注目する。電流波形がゼロクロス付近の相は、他相よりも発生推力が小さい。言い換えると、電流が小さい相は、トータル推力への寄与が相対的に小さい。図14(b)の矩形領域では、V相の寄与が相対的に小さい。   Attention is paid to a rectangular portion surrounded by a long two-dot chain line in FIG. The phase where the current waveform is near zero cross has a smaller generated thrust than the other phases. In other words, the phase with a small current has a relatively small contribution to the total thrust. In the rectangular area of FIG. 14B, the contribution of the V phase is relatively small.

正弦波による三相駆動時における図14(b)の矩形領域部分に相当する時刻の電機子9と可動子6の位置関係を図15に、その時刻における各相の磁極歯の磁化を図16に示す。永久磁石2と対向する面積が最も大きいV相は、上述したように電流値が小さくなるよう制御されており、ほとんど磁化していない。   FIG. 15 shows the positional relationship between the armature 9 and the mover 6 at the time corresponding to the rectangular region of FIG. 14B during three-phase driving by a sine wave, and FIG. 16 shows the magnetization of the magnetic pole teeth of each phase at that time. Shown in The V phase having the largest area facing the permanent magnet 2 is controlled to have a small current value as described above, and is hardly magnetized.

このような正弦波形による三相駆動は、可動子6に推力を与え得るが、十分な磁気浮上力を与えることは困難である。可動子6に前後方向への推力を印加するためには、永久磁石2と磁極歯70との対向面積が小さいときに磁極歯70が磁化していることが好ましく、必然的に上下方向に加わる力が小さくなるためである。   Such three-phase driving with a sinusoidal waveform can give a thrust to the mover 6, but it is difficult to give a sufficient magnetic levitation force. In order to apply thrust in the front-rear direction to the mover 6, it is preferable that the magnetic pole teeth 70 are magnetized when the facing area between the permanent magnet 2 and the magnetic pole teeth 70 is small, and inevitably applied in the vertical direction. This is because the force is reduced.

<成形した波形を用いた三相駆動>
そこで、本実施例では、電機子9の巻線8に与える電流波形として、図18(a)に示すような波形を成形する。このような電流が巻線8に流れる電機子9を両用電機子9cと呼ぶ。これにより、永久磁石2との対向面積が大きい相により可動子6に磁気浮上力を与えることができる。具体的には、両用電機子9cにより、図17のように、対向面積の大きいV相の磁極歯に発生する磁性が、V相と対向する永久磁石2と同極となるように、電流を流す。つまり、V相電機子は永久磁石2の磁場と逆磁場を発生する構成とする。
<Three-phase drive using shaped waveform>
Therefore, in this embodiment, a waveform as shown in FIG. 18A is formed as a current waveform applied to the winding 8 of the armature 9. The armature 9 in which such a current flows in the winding 8 is referred to as a dual armature 9c. Thereby, a magnetic levitation force can be given to the mover 6 by a phase having a large area facing the permanent magnet 2. Specifically, as shown in FIG. 17, the dual armature 9c causes the current to be generated so that the magnetism generated in the V-phase magnetic pole teeth having a large facing area is the same as that of the permanent magnet 2 facing the V-phase. Shed. That is, the V-phase armature is configured to generate a magnetic field opposite to the magnetic field of the permanent magnet 2.

両用電機子9cは一つ以上あればよいが、本実施例では、好ましい形態として、三つの両用電機子9cを用いた三相駆動の例を説明する。   One or more dual-purpose armatures 9c may be provided, but in the present embodiment, an example of three-phase driving using three dual-purpose armatures 9c will be described as a preferred embodiment.

<各相に流れる成形した電流波形>
以下、本実施例の電機子9である両用電機子9cの巻線8に流す電流波形について説明する。以下では、両用電機子9c三つそれぞれに図18(a)のような電流波形を印加する例を説明する。各相には、成形した波形がそれぞれ位相差略120°で印加される。
<Shaped current waveform flowing in each phase>
Hereinafter, the current waveform that flows through the winding 8 of the dual armature 9c that is the armature 9 of the present embodiment will be described. Hereinafter, an example in which a current waveform as shown in FIG. 18A is applied to each of the three armatures 9c will be described. Each phase is applied with a shaped waveform with a phase difference of approximately 120 °.

本実施例では、三相駆動を行う両用電機子9cによって磁気浮上力及び推力を効率的に与えるために、図18(a)のような電流波形を生成する電力変換器(例えば、PWM信号作成器133)を有する。説明のため、この波形の周期を2πとする。また、説明のため、磁極歯がN極に磁化するときに巻線8に流れる電流の向きを正とし、S極に磁化するときの向きを負とする。図18(a)の電流の各位相に相当する時刻における、各相の磁極歯と永久磁石との位置関係の対応を、図18(b)に示す。   In this embodiment, in order to efficiently provide the magnetic levitation force and thrust by the dual armature 9c that performs three-phase driving, a power converter (for example, PWM signal generation) that generates a current waveform as shown in FIG. Device 133). For explanation, the period of this waveform is 2π. For the sake of explanation, the direction of the current flowing through the winding 8 when the magnetic pole teeth are magnetized to the N pole is positive, and the direction when the magnetic pole teeth are magnetized to the S pole is negative. FIG. 18B shows the correspondence of the positional relationship between the magnetic pole teeth of each phase and the permanent magnet at the time corresponding to each phase of the current in FIG.

<両用電機子によるリニアモータの駆動>
図18(a)のような成形した波形を受ける相について、この相と各時刻における可動子の永久磁石との位置関係及び電流値の関係を、図19に示す。
説明のため、両用電機子9cの上側磁極歯の一つと、可動子6の永久磁石2(短極部2c)との関係を、図18、図19を用いて説明する。なお、本実施例においては、上述した浮上用電機子9bを設ける必要は必ずしもなく、この場合、永久磁石の長さは一種類にすることができる。すなわち、短極部2c、長極部2sの両方を設ける必要はない。
<Driving of linear motor by dual armature>
FIG. 19 shows the positional relationship and current value relationship between this phase and the permanent magnet of the mover at each time for the phase that receives the shaped waveform as shown in FIG.
For the sake of explanation, the relationship between one of the upper magnetic pole teeth of the dual armature 9c and the permanent magnet 2 (short pole portion 2c) of the mover 6 will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, it is not always necessary to provide the above-described levitation armature 9b. In this case, the length of the permanent magnet can be one kind. That is, it is not necessary to provide both the short pole part 2c and the long pole part 2s.

図18(a)、図19(a)に示すように、電流の位相がθ=0近傍のとき、電流は比較的小さい正の値をとる(小振幅帯)。また、電流の変化(時刻に対する微分係数)は略0となる。このとき磁極歯は、対向する永久磁石と同極のN極に磁化しており、磁気浮上力を可動子に与える。   As shown in FIGS. 18A and 19A, when the phase of the current is in the vicinity of θ = 0, the current takes a relatively small positive value (small amplitude band). Further, the change in current (differential coefficient with respect to time) is substantially zero. At this time, the magnetic pole teeth are magnetized in the N pole having the same polarity as the opposing permanent magnet, and give a magnetic levitation force to the mover.

図18(a)、図19(b)に示すように、電流の位相がθ=π/2のとき、電流は比較的大きい正の値をとる(大振幅帯)。また、電流の変化は、ピークであるθ=π/2の前で正の最大となり、ピークθ=π/2で0となり、θ=π/2後に負の最大となる。このとき磁極歯は、永久磁石の間に対向しており、推力を可動子に与える。   As shown in FIGS. 18A and 19B, when the phase of the current is θ = π / 2, the current takes a relatively large positive value (large amplitude band). The change in current becomes a positive maximum before the peak θ = π / 2, becomes 0 at the peak θ = π / 2, and becomes a negative maximum after θ = π / 2. At this time, the magnetic pole teeth are opposed to each other between the permanent magnets, and give thrust to the mover.

図18(a)、図19(c)に示すように、電流の位相がθ=π近傍のとき、電流は比較的小さい負の値をとる(小振幅帯)。また、電流の変化は略0となる。このとき磁極歯は、対向する永久磁石と同極のS極に磁化しており、磁気浮上力を可動子に与える。   As shown in FIGS. 18A and 19C, when the phase of the current is in the vicinity of θ = π, the current takes a relatively small negative value (small amplitude band). Further, the change in current is substantially zero. At this time, the magnetic pole teeth are magnetized to the south pole of the same polarity as the opposing permanent magnet, and give a magnetic levitation force to the mover.

図18(a)、図19(d)に示すように、電流の位相がθ=(3π)/2近傍のとき、電流は比較的大きい負の値をとる(大振幅帯)。また、電流の変化は、ピークであるθ=(3π)/2の前で負の最大となり、ピークθ=(3π)/2で0となり、ピークθ=(3π)/2の後で正の最大となる。このとき磁極歯は、永久磁石の間に対向しており、推力を可動子に与える。   As shown in FIGS. 18A and 19D, when the phase of the current is in the vicinity of θ = (3π) / 2, the current takes a relatively large negative value (large amplitude band). In addition, the change in current becomes a negative maximum before the peak θ = (3π) / 2, becomes zero at the peak θ = (3π) / 2, and is positive after the peak θ = (3π) / 2. Maximum. At this time, the magnetic pole teeth are opposed to each other between the permanent magnets, and give thrust to the mover.

<電流波形の特徴>
すなわち、本実施例の電流波形は、半周期(位相π)ごとに電流の向きが変わり、それぞれの向きで、電流値の絶対値が比較的小さい「小振幅帯」と、電流値の絶対値が比較的大きい「大振幅帯」とを有する。また、各向きで、微分係数が略0となる領域が二つ存在する。すなわち、一周期の間に微分係数が略0となる領域が四つ存在する。本実施例の電流波形は、小振幅帯、大振幅帯の順で、向きを変えて周期的に流れる。小振幅帯と大振幅帯の境には、微分係数の絶対値が急激に大きくなる遷移帯が存在する(図18中、θ=θ1、θ2、θ3、θ4の近傍)。
<Characteristics of current waveform>
That is, the current waveform of the present embodiment changes the direction of the current every half cycle (phase π), and in each direction, the “small amplitude band” in which the absolute value of the current value is relatively small and the absolute value of the current value Has a relatively large “large amplitude band”. In each direction, there are two regions where the differential coefficient is substantially zero. That is, there are four regions where the differential coefficient is substantially 0 during one cycle. The current waveform of the present embodiment periodically flows in the order of the small amplitude band and the large amplitude band while changing the direction. At the boundary between the small amplitude band and the large amplitude band, there is a transition band in which the absolute value of the differential coefficient suddenly increases (in the vicinity of θ = θ1, θ2, θ3, θ4 in FIG. 18).

後述するように、本実施例の電流波形は、例えばPulse Width Modulation(PWM)制御等によって得ることができる。このような電流波形の生成法の詳細は、後述する図20、図21の説明を参照されたい。このような方法で電流波形を得ると、実際の波形は高周波成分が重畳されるなどして、図18(a)と比較してギザギザした波形となる。このため、本実施例の波形を使用しているかどうかを確認するには、観察する電流波形を予めローパスフィルタに通過させるなどして平滑化させると好ましい。   As will be described later, the current waveform of this embodiment can be obtained by, for example, Pulse Width Modulation (PWM) control. Refer to the description of FIG. 20 and FIG. 21 described later for details of the method of generating such a current waveform. When a current waveform is obtained by such a method, the actual waveform becomes a jagged waveform as compared with FIG. For this reason, in order to confirm whether or not the waveform of this embodiment is used, it is preferable to smooth the current waveform to be observed by passing it through a low-pass filter in advance.

<電流波形の他の特徴>
遷移帯又はこの直前又は直後には、停留点又は変曲点が現れ得る。特に、図18(a)に示すように、小振幅帯から大振幅帯への遷移の際(θ=θ1、θ3)又は大振幅帯から小振幅帯への遷移の際(θ=θ2、θ4)には、停留点が現れ得る。
<Other features of current waveform>
A stop point or an inflection point may appear immediately before or immediately after the transition zone. In particular, as shown in FIG. 18A, at the time of transition from the small amplitude band to the large amplitude band (θ = θ1, θ3) or at the transition from the large amplitude band to the small amplitude band (θ = θ2, θ4). ) May be a stop point.

電流波形は、例えば一周期の間に停留点を1つ以上,2つ以上,3つ以上又は4つ以上有することができる。
本実施例の電流波形は、大振幅帯で変曲点を有するため、一周期の間に変曲点を2つ有している。小振幅帯と大振幅帯の間の遷移を考えると、電流波形は、2つ、又は3つ以上の変曲点を有することができる。
The current waveform can have, for example, one or more, two or more, three or more, or four or more stationary points during one cycle.
Since the current waveform of this embodiment has an inflection point in a large amplitude band, it has two inflection points in one cycle. Considering the transition between the small and large amplitude bands, the current waveform can have two or more inflection points.

なお、変曲点とは、微分係数が0となる点の内、その点の前後で微分係数の符号が変化する点である。停留点とは、微分係数が0となる点の内、その点の前後で微分係数の符号が変化しない点である。但し、ここでの符号の変化には、「正から0」、「0から正」、「負から0」、「0から負」を含む。また、必ずしもその点において微分係数が定義可能でなくても良く、その点の前後近傍での微分係数の符号の変化を観察しても良い。さらに、微分係数が所定時間に亘って0であり続ける場合は、その両端の二点が変曲点又は停留点であると考えてよい。   The inflection point is a point where the sign of the differential coefficient changes before and after the point where the differential coefficient is zero. The stationary point is a point where the sign of the differential coefficient does not change before and after the point where the differential coefficient becomes zero. However, the change in the sign includes “positive to 0”, “0 to positive”, “negative to 0”, and “0 to negative”. In addition, it is not always necessary to define the differential coefficient at that point, and a change in the sign of the differential coefficient in the vicinity of the point may be observed. Furthermore, when the differential coefficient continues to be 0 for a predetermined time, it may be considered that the two points at both ends thereof are inflection points or stationary points.

なお、電流の生成の方法としては、(1)商用電源やインバータ制御等によって得られる交流電流(交流電圧)を基本波形として、別途他の電流(電圧)を重畳等すること、(2)インバータ制御等によって直接図18(a)のような電流を作成すること、等が挙げられる。   As a method of generating current, (1) AC current (AC voltage) obtained by commercial power supply, inverter control, or the like is used as a basic waveform, and another current (voltage) is superposed separately. (2) Inverter For example, a current as shown in FIG. 18A is directly generated by control or the like.

<電流位相と永久磁石位置の同期>
電流位相と永久磁石位置の同期は、種々公知の技術によって実現できるが、例えば次のようにすることができる。まず、図示しない可動子の位置センサによって可動子の位置を検出する。これにより各相を流れる電流を制御することができる。同様に、可動子の位置情報を利用して、各相に対向する永久磁石の極性を知ることができる。これにより、各時刻における各相の磁極歯70の磁化(巻線8の電流値)、対向する永久磁石2の極性、磁極歯70と永久磁石2との対向面積、などを知ることができる。すなわち、いずれの相が推力への寄与が小さいかを知ることができるので、この相の巻線8の電流を制御して磁化を制御し、対向する永久磁石2と同極にすればよい。
<Synchronization of current phase and permanent magnet position>
The synchronization of the current phase and the permanent magnet position can be realized by various known techniques. For example, it can be performed as follows. First, the position of the mover is detected by a position sensor of the mover (not shown). Thereby, the electric current which flows through each phase is controllable. Similarly, the polarity of the permanent magnet facing each phase can be known using the position information of the mover. Thereby, it is possible to know the magnetization of the magnetic pole teeth 70 of each phase at each time (current value of the winding 8), the polarity of the opposing permanent magnet 2, the opposing area of the magnetic pole teeth 70 and the permanent magnet 2, and the like. That is, since it is possible to know which phase has a small contribution to the thrust, the current may be controlled by controlling the current of the winding 8 of this phase so as to have the same polarity as the opposing permanent magnet 2.

また、後述する電流検出手段107を設けて各相の巻線8への電流値を検出又は推定したり、磁気センサを用いて永久磁石2の位置を検出又は推定したりしてもよい。なお、電流検出手段107により検出又は推定した巻線8への電流値に基づいて、可動子6の位置情報を推定しても良い。   Further, a current detection means 107 described later may be provided to detect or estimate a current value to the windings 8 of each phase, or a position of the permanent magnet 2 may be detected or estimated using a magnetic sensor. Note that the position information of the mover 6 may be estimated based on the current value to the winding 8 detected or estimated by the current detection means 107.

<リニアモータ駆動装置の構成例>
次に、本実施例に係る三相のリニアモータを駆動する駆動回路について説明する。駆動回路の構成例を図20に示す。リニアモータ駆動装置101は、出力電圧指令値を出力する制御部102と、直流電圧源120を用いて交流電圧を出力する電力変換回路105と、リニアモータ100あるいは電力変換回路105に流れる電流を検出する電流検出手段107から構成される。電流検出手段107は、リニアモータ100に設けた電機子9の巻線8に流れる電流を検出可能である。
<Configuration example of linear motor drive device>
Next, a drive circuit for driving the three-phase linear motor according to the present embodiment will be described. A configuration example of the drive circuit is shown in FIG. The linear motor driving device 101 detects a control unit 102 that outputs an output voltage command value, a power conversion circuit 105 that outputs an AC voltage using a DC voltage source 120, and a current that flows through the linear motor 100 or the power conversion circuit 105. The current detecting means 107 is configured. The current detection means 107 can detect the current flowing through the winding 8 of the armature 9 provided in the linear motor 100.

電力変換回路105の詳細な回路構成例を図21に示す。電力変換回路105はインバータ121、直流電圧源120、ゲートドライバ回路123を有する。インバータ121は、スイッチング素子122(例えば、IGBTやMOS−FETなどの半導体スイッチング素子)によって構成される。これらのスイッチング素子122(122a〜122f)は、二つのスイッチング素子122が直列に接続されて各相の上下アームを構成しており、図の例では122aと122bによりU相、122cと122dによりV相、122eと122fによりW相の上下アームを構成している。   A detailed circuit configuration example of the power conversion circuit 105 is shown in FIG. The power conversion circuit 105 includes an inverter 121, a DC voltage source 120, and a gate driver circuit 123. The inverter 121 is configured by a switching element 122 (for example, a semiconductor switching element such as an IGBT or a MOS-FET). In these switching elements 122 (122a to 122f), two switching elements 122 are connected in series to form upper and lower arms of each phase. In the example shown in the figure, 122a and 122b are the U phase, and 122c and 122d are the V phase. The upper and lower arms of the W phase are constituted by the phases 122e and 122f.

各相の上下アームの接続点は、リニアモータ100へ配線されている。スイッチング素子122(122a〜122f)は、推力指令値又は位置指令値が電圧指令値作成器103に入力されると、これに基づいて電圧指令値が作成され、PWM信号作成器133に入力される。PWM信号作成器133は、電圧指令値に基づいて作成したドライブ信号をゲートドライバ回路123に送る。ドライブ信号はパルス状の波形をしている。ゲートドライバ回路123は、ドライブ信号に基づいて各スイッチング素子122のON/OFFを制御する信号(124a〜124f)を送り、スイッチング素子122は信号(124a〜124f)に応じてスイッチング動作をする。直流電圧源120の電圧は、スイッチング素子122を介して各相に印加される。すなわち、各相に印加される電圧がスイッチング素子122により制御される。この電流波形は、上述したようにギザギザ形状になり得る。このため、本実施例の電流波形を作成することを指令するドライブ信号又は電圧指令値が出力されているかを確認するには、この電流をローパスフィルタに通すなどして平滑化するとよい。   The connection point of the upper and lower arms of each phase is wired to the linear motor 100. When the thrust command value or the position command value is input to the voltage command value generator 103, the switching element 122 (122a to 122f) generates a voltage command value based on this and inputs the voltage command value to the PWM signal generator 133. . The PWM signal generator 133 sends a drive signal generated based on the voltage command value to the gate driver circuit 123. The drive signal has a pulse waveform. The gate driver circuit 123 sends a signal (124a to 124f) for controlling ON / OFF of each switching element 122 based on the drive signal, and the switching element 122 performs a switching operation according to the signal (124a to 124f). The voltage of the DC voltage source 120 is applied to each phase via the switching element 122. That is, the voltage applied to each phase is controlled by the switching element 122. This current waveform can be jagged as described above. For this reason, in order to check whether a drive signal or a voltage command value for commanding creation of the current waveform of this embodiment is output, it is preferable to smooth this current by passing it through a low-pass filter or the like.

上記のようにして電圧を出力することで、任意の周波数の三相交流電圧をリニアモータ100に印加することができ、図18(a)のような波形を成形できる。また、リニアモータ100を、可変速駆動、位置制御駆動、推力制御駆動することができる。   By outputting the voltage as described above, a three-phase AC voltage having an arbitrary frequency can be applied to the linear motor 100, and a waveform as shown in FIG. Further, the linear motor 100 can be driven at a variable speed, a position control drive, and a thrust control drive.

なお電力変換回路105の直流側にシャント抵抗125を付加した場合、過大な電流が流れた際にスイッチング素子122を保護するための過電流保護回路や、後述するシングルシャント電流検出方式などに利用できる。   When the shunt resistor 125 is added to the DC side of the power conversion circuit 105, it can be used for an overcurrent protection circuit for protecting the switching element 122 when an excessive current flows, a single shunt current detection method described later, and the like. .

また図21には、図20に示した電流検出手段107の具体的な実現事例が示されている。図21に示す電流検出手段107は、リニアモータ100または電力変換回路105に流れる三相の交流電流の内、U相とW相に流れる電流を検出する。全相の交流電流を検出しても構わないが、キルヒホッフの法則から、三相のうち二相が検出できれば、他の一相は検出した二相から算出できる。   FIG. 21 shows a specific implementation example of the current detection unit 107 shown in FIG. The current detection unit 107 shown in FIG. 21 detects a current flowing in the U phase and the W phase among the three-phase AC currents flowing in the linear motor 100 or the power conversion circuit 105. The AC currents of all phases may be detected. However, if two of the three phases can be detected from Kirchhoff's law, the other phase can be calculated from the detected two phases.

リニアモータ100または電力変換回路105に流れる交流電流を検出する別方式として、例えば、電力変換回路105の直流側に付加されたシャント抵抗125に流れる直流電流から、電力変換回路105の交流側の電流を検出するシングルシャント電流検出方式がある。この方式は、電力変換回路105を構成するスイッチング素子の通電状態によって、電力変換回路105の各相の交流電流と同等の電流がシャント抵抗125に流れることを利用している。シャント抵抗125に流れる電流は時間的に変化するため、ドライブ信号(124a〜124f)が変化するタイミングを基準に適切なタイミングで電流検出する必要がある。図示はしていないが、電流検出手段107に、シングルシャント電流検出方式を用いてもよい。   As another method for detecting the AC current flowing through the linear motor 100 or the power conversion circuit 105, for example, from the DC current flowing through the shunt resistor 125 added to the DC side of the power conversion circuit 105, the current on the AC side of the power conversion circuit 105 is used. There is a single shunt current detection method for detecting the current. This method utilizes the fact that a current equivalent to the alternating current of each phase of the power conversion circuit 105 flows through the shunt resistor 125 depending on the energization state of the switching elements constituting the power conversion circuit 105. Since the current flowing through the shunt resistor 125 changes with time, it is necessary to detect the current at an appropriate timing with reference to the timing at which the drive signals (124a to 124f) change. Although not shown, a single shunt current detection method may be used for the current detection means 107.

<電圧中間相で磁気浮上力を発生>
前述の通り、本実施例では、成形した波形を用いて、一の電機子(一の相)によって推力及び磁気浮上力を得る。例えば正弦波駆動をした場合に電流がゼロ近傍となる相に、磁極歯に発生する磁性が永久磁石2と同極となるように電流を流すことにより、磁気浮上力を得ている。図20に示した様に、電圧指令値を算出してリニアモータを駆動する場合を考えると、電流がゼロ近傍の相とは、電圧指令値が最大となる相および最小となる相以外となる。すなわち、本実施例のように三相の場合は、電圧指令値が中間である相(中間相)が該当する。つまり、電力変換回路105の出力電圧が最大および最小となる相により電機子9と可動子6が相対的に移動する推力発生し、残りのいずれかの相(三相の場合は中間相)により、前記電機子9と前記可動子6が相対的に移動する方向に直交する方向の磁気力を発生する構成とする。
<Generates magnetic levitation force in the voltage intermediate phase>
As described above, in this embodiment, the thrust and the magnetic levitation force are obtained by one armature (one phase) using the shaped waveform. For example, the magnetic levitation force is obtained by flowing the current so that the magnetism generated in the magnetic pole teeth has the same polarity as that of the permanent magnet 2 in the phase where the current becomes near zero when sine wave driving is performed. As shown in FIG. 20, when the voltage command value is calculated to drive the linear motor, the phase where the current is near zero is the phase other than the phase where the voltage command value is the maximum and the phase where the voltage command value is the minimum. . That is, in the case of three phases as in this embodiment, a phase (intermediate phase) in which the voltage command value is intermediate corresponds. That is, a thrust is generated in which the armature 9 and the mover 6 move relative to each other in the phase where the output voltage of the power conversion circuit 105 is maximum and minimum, and the remaining phase (intermediate phase in the case of three phases) is generated. The armature 9 and the mover 6 are configured to generate a magnetic force in a direction orthogonal to the direction in which the armature 9 and the mover 6 move relatively.

<可動子位置の能動制御>
例えば、より能動的に可動子6の位置を制御したい場合は、電機子9と可動子6が相対的に移動する方向に直交する方向の変位と、可動子6の進行方向を軸とした傾きの少なくとも1つを検出あるいは推定する手段135を備える。
<Active control of mover position>
For example, when it is desired to control the position of the mover 6 more actively, the displacement in the direction orthogonal to the direction in which the armature 9 and the mover 6 move relatively, and the inclination with the traveling direction of the mover 6 as an axis. Means 135 for detecting or estimating at least one of the following.

例えば、リニアモータ100に印加する電圧指令値を出力する電圧指令値作成器103の中に、比例積分微分制御器(PID制御器)を構成し、検出あるいは推定した変位または傾きに応じて、比例積分微分制御することにより、電機子9が永久磁石2と対向する面積が最も大きい相の電流を変化させる。これにより、能動的に可動子6の位置を制御することが可能になる。また、可動子6が略中間位置や略平行に保持されている場合は、電機子9が永久磁石2と対向する面積が最も大きい相の電流を小さくするため、効率を上げることが可能になる。   For example, a proportional-integral-derivative controller (PID controller) is configured in the voltage command value generator 103 that outputs a voltage command value to be applied to the linear motor 100, and proportional to the detected or estimated displacement or inclination. By performing integral / differential control, the current of the phase in which the armature 9 has the largest area facing the permanent magnet 2 is changed. As a result, the position of the mover 6 can be actively controlled. Further, when the mover 6 is held at a substantially intermediate position or substantially parallel, the current of the phase where the armature 9 is opposed to the permanent magnet 2 is reduced, so that the efficiency can be increased. .

以上のように、可動子の永久磁石2と対抗面積が最も大きい電機子に、前記可動子の永久磁石2と逆磁場を発生させる電流を変化させることにより、電機子と前記可動子が相対的に移動する方向に直行する方向に磁気的に均衡する位置(略中間位置)に保持されると同時に、可動子の進行方向を軸とした傾きも磁気的に均衡する位置(略平行)に保持される。   As described above, the armature and the mover are relatively moved by changing the current that generates a reverse magnetic field with the permanent magnet 2 of the mover to the armature having the largest opposing area with the permanent magnet 2 of the mover. Is held at a magnetically balanced position (substantially intermediate position) in a direction orthogonal to the direction of movement of the movable element, and at the same time, the tilt around the moving direction of the mover is held at a magnetically balanced position (substantially parallel). Is done.

上記では、V相が電流ゼロ近傍となる時、つまりV相の電機子が可動子6の永久磁石2と対向する面積が最も大きい場合に説明をしたが、当然、可動子が移動することにより、電機子が永久磁石2と対向する面積が最も大きい相も変化する。可動子の往復運動方向の移動に応じて、電機子9が永久磁石2と対向する面積が最も大きい相に、磁極歯70に発生する磁性が永久磁石2と同極となるように電流を流すことにより、磁気浮上力を得ることができる。   In the above description, when the V-phase is close to zero current, that is, when the area where the V-phase armature is opposed to the permanent magnet 2 of the mover 6 is the largest, naturally the mover moves. The phase with the largest area where the armature faces the permanent magnet 2 also changes. In accordance with the movement of the mover in the reciprocating direction, an electric current is applied to the phase where the armature 9 is opposed to the permanent magnet 2 so that the magnetism generated in the magnetic pole teeth 70 has the same polarity as the permanent magnet 2. Thus, a magnetic levitation force can be obtained.

このように、可動子の往復運動方向の移動に応じて、磁気浮上力を得る相を順次変更する構成とすることで、同じ巻線を利用して推進力と磁気浮上力を得ることができ、リニアモータ100を小型化することが可能になる。   In this way, by adopting a configuration in which the phase for obtaining the magnetic levitation force is sequentially changed according to the movement of the mover in the reciprocating direction, the propulsive force and the magnetic levitation force can be obtained using the same winding. The linear motor 100 can be downsized.

<効果>
本実施例によれば、上述した波形の電流を成形する信号を出力する電流変換器により、可動子に推力と共に磁気浮上力を与える両用電機子9cを含んで三相駆動を実現できる。これにより、十分な磁気浮上力を可動子6に与えることができる。また、両用電機子9cを三つ又は四つ以上用いると、通常の三相駆動モータと同様のスペースによって磁気浮上力を得ることができ、リニアモータを小型化することができると共に、摩擦損失を抑制できる。また、実施例1で説明したのと同様な効果を得ることができる。
勿論、両用電機子9cと共に浮上用電機子9b、駆動用電機子9aを有しても良い。
<Effect>
According to the present embodiment, three-phase driving can be realized by including the dual-purpose armature 9c that applies a magnetic levitation force to the movable element together with a thrust by the current converter that outputs a signal for shaping the waveform current described above. Thereby, sufficient magnetic levitation force can be given to the mover 6. In addition, when three or four dual-use armatures 9c are used, magnetic levitation force can be obtained in the same space as a normal three-phase drive motor, the linear motor can be miniaturized, and friction loss can be suppressed. it can. Further, the same effect as described in the first embodiment can be obtained.
Of course, you may have the armature 9b for levitation | floating and the armature 9a for a drive with the armature 9c for both.

次に本発明に係るリニアモータを圧縮機に適用した事例について説明する。
図22は、本発明に係るリニアモータを有する圧縮機の縦断面図の一例である。
本実施例の密閉型圧縮機50は、圧縮要素20と電動要素30とが密閉容器3内に配置するレシプロ圧縮機である。圧縮要素20及び電動要素30は支持ばね49によって密閉容器3内に弾性的に支持されている。
Next, an example in which the linear motor according to the present invention is applied to a compressor will be described.
FIG. 22 is an example of a longitudinal sectional view of a compressor having a linear motor according to the present invention.
The hermetic compressor 50 according to the present embodiment is a reciprocating compressor in which the compression element 20 and the electric element 30 are arranged in the hermetic container 3. The compression element 20 and the electric element 30 are elastically supported in the sealed container 3 by a support spring 49.

圧縮要素20はシリンダ1aを形成するシリンダブロック1と、シリンダブロック1の端面に組み立てられるシリンダヘッド16と、吐出室空間を形成するヘッドカバー17とを備えている。シリンダ1a内に供給された作動流体はピストン4の往復動によって圧縮され、圧縮された作動流体は圧縮機外部に連通する吐出管へと送られる。   The compression element 20 includes a cylinder block 1 that forms a cylinder 1a, a cylinder head 16 that is assembled to an end face of the cylinder block 1, and a head cover 17 that forms a discharge chamber space. The working fluid supplied into the cylinder 1a is compressed by the reciprocating motion of the piston 4, and the compressed working fluid is sent to a discharge pipe communicating with the outside of the compressor.

図23は密閉型圧縮機50の密閉容器3を除いた斜視図、図24は密閉容器3を除いた密閉型圧縮機50の水平断面の斜視図である。
本実施例では、可動子6の片端に1つのピストン4が連結した構造をとっている。そのため、シリンダブロック1にはシリンダ1aを一つ配置した構造としている。
また、電動要素30の片端に圧縮要素20を配置し、その反対側にはエンドフレーム25を配置している。シリンダブロック1およびエンドフレーム25はガイドロッド24を有しており、可動子6が磁極7と接触することを防ぐ構造となっている。
FIG. 23 is a perspective view of the hermetic compressor 50 excluding the hermetic container 3, and FIG. 24 is a perspective view of a horizontal cross section of the hermetic compressor 50 excluding the hermetic container 3.
In this embodiment, a structure is adopted in which one piston 4 is connected to one end of the mover 6. Therefore, the cylinder block 1 has a structure in which one cylinder 1a is arranged.
In addition, the compression element 20 is disposed at one end of the electric element 30, and the end frame 25 is disposed on the opposite side. The cylinder block 1 and the end frame 25 have a guide rod 24 and are structured to prevent the mover 6 from contacting the magnetic pole 7.

すなわち、可動子6はガイドロッド24に沿って往復運動し、ガイドロッド24は可動子6が往復運動方向と直交する向きに移動することを防止している。   That is, the mover 6 reciprocates along the guide rod 24, and the guide rod 24 prevents the mover 6 from moving in a direction orthogonal to the reciprocating direction.

本実施例の電動要素30に、上述したリニアモータを適用することにより、上下方向に直交する方向に磁気的に均衡する位置(略中間位置)に保持されると同時に、前後方向を軸とした傾きも磁気的に均衡する位置(略平行)に保持される。
そのため、シリンダ1aやガイドロッド24で発生する摩擦損失の低減が可能になる。また、ガイドロッド24を省略することも可能になる。
よって、本実施例によれば、信頼性が高く高効率な密閉型圧縮機を構成することができる。
By applying the above-described linear motor to the electric element 30 of the present embodiment, the electric element 30 is held at a magnetically balanced position (substantially intermediate position) in a direction perpendicular to the vertical direction, and at the same time, the front-rear direction is used as an axis. The inclination is also held at a magnetically balanced position (substantially parallel).
Therefore, it is possible to reduce the friction loss generated in the cylinder 1a and the guide rod 24. Further, the guide rod 24 can be omitted.
Therefore, according to the present embodiment, a highly reliable and highly efficient hermetic compressor can be configured.

<可動子の位置に応じた磁気浮上電流の変化>
磁気浮上による軸支持の効果を高める構成として、図25を参照して説明する。永久磁石2を有する可動子6の一端には、ピストン4が取り付けられている。本実施例では、ピストン4と反対側に配置された浮上用電機子の電流を制御して磁気浮上力を与えることができる。ピストン4は、シリンダ1aの壁面により変位が制約されるのに対し、反対側の可動子端部はガイドロッド24が無い場合には、変位が大きくなる。このため、ピストン4を取り付けた一端側と反対側で磁気浮上による軸支持をすることで、可動子6の変位および傾きを効率良く制御することが可能となる。これにより、ピストン4の挙動が安定するとともに、制御が簡便になる。また、可動子6は、一方側がピストン4によって支持されるため、駆動用電機子とピストン4との間に浮上用電機子9bを設けなくとも効率的に可動子6を支持できる。このため、小型化の観点から好ましい。勿論、この部分にも浮上用電機子を設ければ、より効率よく磁気浮上力を与え得る。
<Change in magnetic levitation current according to the position of the mover>
A configuration for enhancing the effect of shaft support by magnetic levitation will be described with reference to FIG. A piston 4 is attached to one end of a mover 6 having a permanent magnet 2. In the present embodiment, the magnetic levitation force can be applied by controlling the current of the levitation armature disposed on the side opposite to the piston 4. The displacement of the piston 4 is restricted by the wall surface of the cylinder 1a, whereas the displacement of the end of the movable element on the opposite side increases when the guide rod 24 is not provided. For this reason, it is possible to efficiently control the displacement and the inclination of the mover 6 by supporting the shaft by magnetic levitation on the side opposite to the one end side where the piston 4 is attached. This stabilizes the behavior of the piston 4 and simplifies the control. Further, since one side of the mover 6 is supported by the piston 4, the mover 6 can be efficiently supported without providing the flying armature 9 b between the driving armature and the piston 4. For this reason, it is preferable from a viewpoint of size reduction. Of course, if a levitation armature is provided also in this part, the magnetic levitation force can be applied more efficiently.

信頼性や強度保持の観点から、圧力容器3はできるだけ小さくすることが望まれている。そのために、主要構成要素である電動要素30もできるだけ小さくすることが望まれており、当然のことながら、高効率も望まれている。
本実施例の電動要素30を密閉型圧縮機50に構成することにより、高推力を得るとともに、磁気浮上力を得ることにより高効率が可能になる。したがって、各実施例で説明したリニアモータを用いることにより、圧縮機の消費電力量を削減することができる。本発明のリニアモータ又は密閉形圧縮機は、ルームエアコンや冷凍機等の冷凍空調機器をはじめとする各種の機器に適用することも可能であり、これらの機器のシステム効率を大幅に改善することができる。
From the viewpoint of reliability and strength maintenance, the pressure vessel 3 is desired to be as small as possible. Therefore, it is desired to make the electric element 30 as a main component as small as possible, and naturally high efficiency is also desired.
By configuring the electric element 30 of the present embodiment in the hermetic compressor 50, high efficiency can be achieved by obtaining high thrust and magnetic levitation force. Therefore, the power consumption of the compressor can be reduced by using the linear motor described in each embodiment. The linear motor or hermetic compressor of the present invention can also be applied to various devices including refrigeration and air conditioning equipment such as room air conditioners and refrigerators, and greatly improves the system efficiency of these devices. Can do.

図26は、実施例1又は2のリニアモータ又は実施例3の圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫60の縦断面図である。密閉形圧縮機50は、冷却器66を備え、例えば温暖化係数の小さい自然冷媒R600aを用いた冷蔵庫60に搭載されている。冷蔵室62、上段冷凍室63、下段冷凍室64、野菜室65からなる庫内空間は、密閉形圧縮機50の駆動により冷凍サイクル(図示せず)を動作させることにより冷却される。   FIG. 26 is a longitudinal cross-sectional view of a refrigerator 60 that is an example of a device on which the linear motor of Example 1 or 2 or the compressor of Example 3 is mounted. The hermetic compressor 50 includes a cooler 66 and is mounted on a refrigerator 60 using a natural refrigerant R600a having a small warming coefficient, for example. The internal space composed of the refrigerator compartment 62, the upper freezer compartment 63, the lower freezer compartment 64, and the vegetable compartment 65 is cooled by operating a refrigeration cycle (not shown) by driving the hermetic compressor 50.

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。   Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing procedures, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.

1…シリンダブロック、1a…シリンダ、2,2b、2ca、2cb、2cc、2sa…永久磁石、2c…短極部、2s…長極部、3…密閉容器、4…ピストン、5…固定子、6…可動子、7…磁極、7e…鉄心、8…巻線、9…電機子、9a…駆動用電機子、9b…浮上用電機子、9c…両用電機子、10…ブリッジ、11…スペーサ、16…シリンダヘッド、17…ヘッドカバー、20…圧縮要素、22…トップパッキン、23…共振ばね、24…ガイドロッド、25…エンドフレーム、30…電動要素、40…吐出弁装置、49…支持ばね、50…密閉型圧縮機、60…冷蔵庫、61…冷蔵庫本体、62…冷蔵室、63…上段冷凍室、64…下段冷凍室、65…野菜室、66…冷却器、70…磁極歯、70a…第一の磁極歯組の上側磁極歯、70b…第一の磁極歯組の下側磁極歯、70c…第二の磁極歯組の上側磁極歯、70d…第二の磁極歯組の下側磁極歯、100…リニアモータ、101リニアモータ駆動装置、102…制御部、105…電力変換回路、135…検出手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder block, 1a ... Cylinder, 2, 2b, 2ca, 2cb, 2cc, 2sa ... Permanent magnet, 2c ... Short pole part, 2s ... Long pole part, 3 ... Sealed container, 4 ... Piston, 5 ... Stator, 6 ... Movable element, 7 ... Magnetic pole, 7e ... Iron core, 8 ... Winding, 9 ... Armature, 9a ... Armature for driving, 9b ... Armature for levitation, 9c ... Armature for dual use, 10 ... Bridge, 11 ... Spacer , 16 ... cylinder head, 17 ... head cover, 20 ... compression element, 22 ... top packing, 23 ... resonant spring, 24 ... guide rod, 25 ... end frame, 30 ... electric element, 40 ... discharge valve device, 49 ... support spring 50 ... Hermetic compressor, 60 ... Refrigerator, 61 ... Refrigerator body, 62 ... Refrigerated room, 63 ... Upper freezer, 64 ... Lower freezer, 65 ... Vegetable room, 66 ... Cooler, 70 ... Magnetic pole teeth, 70a ... Upper magnet of the first magnetic pole set Teeth, 70b ... lower magnetic pole teeth of the first magnetic pole tooth set, 70c ... upper magnetic pole teeth of the second magnetic pole tooth set, 70d ... lower magnetic pole teeth of the second magnetic pole tooth set, 100 ... linear motor, 101 linear Motor drive device 102... Control unit 105... Power conversion circuit 135.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり前記電機子として、前記短極部に対向可能であり、前記可動子に推力を発生させる駆動用電機子と、前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子と、を備え、前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
また、他の一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に、変曲点を三つ以上有する又は変曲点を二つ以上と停留点を一つ以上有し、前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に微分係数が略0となる領域を四つ有し、流れる向きが変わった後に、電流値の絶対値が比較的小さく、かつ微分係数が略0である小振幅帯と、電流値の絶対値が比較的大きい大振幅帯と、をこの順で有することを特徴とする。
また、他の一例を挙げるならば、空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、前記長極部は、左右方向に幅を有する平板形状であり、前記電機子として、前記長極部に対向可能であり、前記可動子に磁気浮上力を発生させる浮上用電機子を備え、前記長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, an armature having two magnetic pole teeth facing each other through a gap, and a winding wound around the magnetic pole teeth, A linear motor comprising a plurality of permanent magnets having polarities in the vertical direction and arranged in the front-rear direction, wherein the movable element has a predetermined length in the front-rear direction as an array of the plurality of permanent magnets. And a short pole portion whose length in the front-rear direction is shorter than the length in the front-rear direction of the long pole portion, and the long pole portion is a flat plate shape having a width in the left-right direction . The armature can be opposed to the short pole portion, and can be opposed to the driving armature that generates thrust on the mover, and can be opposed to the long pole portion, and generates a magnetic levitation force on the mover. comprising a floating armature, the said Nagakyokubu, the phase in the longitudinal direction with respect to the armature Go and characterized in that the gap can be reciprocated.
As another example, an armature having two magnetic pole teeth facing each other through a gap, a winding wound around the magnetic pole teeth, and a plurality of permanent magnets having a vertical polarity Is a linear motor comprising a mover arranged in the front-rear direction, having a power converter that outputs a signal for shaping an alternating current flowing in the winding of the armature, and a waveform obtained by smoothing the alternating current Has three or more inflection points during one period, or two or more inflection points and one or more stationary points, and the waveform obtained by smoothing the alternating current is differentiated during one period. There are four areas where the coefficient is approximately 0, and after the flow direction is changed, the absolute value of the current value is compared with the small amplitude band in which the absolute value of the current value is relatively small and the differential coefficient is approximately 0 Large amplitude bands in this order.
As another example, an armature having two magnetic pole teeth facing each other through a gap, a winding wound around the magnetic pole teeth, and a plurality of permanent magnets having a vertical polarity Is a linear motor comprising: a long pole portion having a predetermined length in the front-rear direction as an array of the plurality of permanent magnets; and the long pole portion A short pole portion whose length in the front-rear direction is shorter than the length in the front-rear direction, and the long pole portion is a flat plate shape having a width in the left-right direction, and is opposed to the long pole portion as the armature And a levitating armature that generates a magnetic levitation force on the mover, and the long pole portion is capable of reciprocating in the gap by moving relative to the armature in the front-rear direction. It is characterized by.

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手続き等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記の各構成や機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。
本願は、以下の技術的思想を包含する。
[付記1]
空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、
該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing procedures, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
This application includes the following technical ideas.
[Appendix 1]
An armature having two magnetic pole teeth facing each other via a gap, and a winding wound around the magnetic pole teeth;
A linear motor comprising a mover in which a plurality of permanent magnets having polarity in the vertical direction are arranged in the front-rear direction,
The mover has a long pole portion having a predetermined length in the front-rear direction as an array of the plurality of permanent magnets, and a short pole portion whose length in the front-rear direction is shorter than the length in the front-rear direction of the long pole portion, Have
The mover has the long pole portion in a flat plate-shaped portion having a width in the left-right direction,
The linear motor is characterized in that the long pole portion is relatively movable in the front-rear direction with respect to the armature, and can reciprocate in the gap.

Claims (9)

空隙を介して対向する二つの磁極歯と、該磁極歯に巻回した巻線と、を有する電機子と、
上下方向に極性を持つ複数個の永久磁石が前後方向に並んだ可動子と、を備えるリニアモータであって、
前記可動子は、前記複数個の永久磁石の並びとして、前後方向に所定長さを有する長極部と、該長極部の前後方向の長さより前後方向の長さが短い短極部と、を有し、
前記可動子は、左右方向に幅を有する平板形状部に前記長極部を有し、
該長極部は、前記電機子に対して前後方向に相対移動して、前記空隙を往復動可能であることを特徴とするリニアモータ。
An armature having two magnetic pole teeth facing each other via a gap, and a winding wound around the magnetic pole teeth;
A linear motor comprising a mover in which a plurality of permanent magnets having polarity in the vertical direction are arranged in the front-rear direction,
The mover has a long pole portion having a predetermined length in the front-rear direction as an array of the plurality of permanent magnets, and a short pole portion whose length in the front-rear direction is shorter than the length in the front-rear direction of the long pole portion, Have
The mover has the long pole portion in a flat plate-shaped portion having a width in the left-right direction,
The linear motor is characterized in that the long pole portion is relatively movable in the front-rear direction with respect to the armature, and can reciprocate in the gap.
前記空隙の上下方向の長さは、前記長極部の左右方向の長さより短いことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。   The linear motor according to claim 1, wherein a length of the gap in a vertical direction is shorter than a length of the long pole portion in a horizontal direction. 前後方向の前記磁極歯の長さをLs、前後方向の前記長極部の長さをLm、前記可動子と前記電機子との相対移動の長さをLslとする場合、LmとLsとが〔数1〕の関係を満たし、Lslが〔数2〕の関係を満たす範囲で駆動することを特徴とする請求項1又は2に記載のリニアモータ。
〔数1〕Lm≧Ls
〔数2〕Lsl≦Lm−Ls
When the length of the magnetic pole teeth in the front-rear direction is Ls, the length of the long pole portion in the front-rear direction is Lm, and the length of relative movement between the mover and the armature is Lsl, Lm and Ls are 3. The linear motor according to claim 1, wherein the linear motor is driven in a range satisfying the relationship of [Equation 1] and Lsl satisfying the relationship of [Equation 2].
[Equation 1] Lm ≧ Ls
[Expression 2] Lsl ≦ Lm−Ls
前記電機子は、前記長極部の極性と同じ極性が対向する向きの永久磁石を有することを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載のリニアモータ。   4. The linear motor according to claim 1, wherein the armature includes a permanent magnet having a direction opposite to the same polarity as the polarity of the long pole portion. 5. 前記長極部が形成する磁場の向きは、隣接する前記短極部が形成する磁場の向きと互いに逆向きであることを特徴とする請求項1乃至4何れか一項に記載のリニアモータ。   5. The linear motor according to claim 1, wherein the direction of the magnetic field formed by the long pole portion is opposite to the direction of the magnetic field formed by the adjacent short pole portion. 6. 前記巻線に流れる電流の向きが一定であることを特徴とする請求項1乃至5何れか一項に記載のリニアモータ。   The linear motor according to claim 1, wherein a direction of current flowing in the winding is constant. 前記短極部と対向する二つの磁極歯と、該二つの磁極歯に巻回した巻線とを有する別の電機子と、
該別の電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、一周期の間に、変曲点を三つ以上有する又は変曲点を二つ以上と停留点を一つ以上有することを特徴とする請求項1乃至5何れか一項に記載のリニアモータ。
Another armature having two magnetic pole teeth facing the short pole portion, and a winding wound around the two magnetic pole teeth;
A power converter that outputs a signal for shaping an alternating current flowing through the winding of the other armature;
6. The waveform obtained by smoothing the alternating current has three or more inflection points or two or more inflection points and one or more stop points in one cycle. The linear motor as described in any one.
前記短極部と対向する二つの磁極歯と、該二つの磁極歯に巻回した巻線とを有する別の電機子と、
該別の電機子の巻線に流れる交流電流を成形する信号を出力する電力変換器を有し、
前記交流電流を平滑化した波形は、
一周期の間に微分係数が略0となる領域を四つ有し、
流れる向きが変わった後に、電流値の絶対値が比較的小さく、かつ微分係数が略0である小振幅帯と、電流値の絶対値が比較的大きい大振幅帯と、をこの順で有することを特徴とする請求項1乃至5何れか一項に記載のリニアモータ。
Another armature having two magnetic pole teeth facing the short pole portion, and a winding wound around the two magnetic pole teeth;
A power converter that outputs a signal for shaping an alternating current flowing through the winding of the other armature;
The waveform obtained by smoothing the alternating current is
It has four areas where the derivative is approximately 0 during one cycle,
After the flow direction is changed, it has a small amplitude band in which the absolute value of the current value is relatively small and the differential coefficient is substantially 0, and a large amplitude band in which the absolute value of the current value is relatively large in this order. The linear motor according to any one of claims 1 to 5, wherein:
請求項1乃至8何れか一項に記載のリニアモータを有する機器。   The apparatus which has a linear motor as described in any one of Claims 1 thru | or 8.
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