KR101652842B1 - 가동자 및 리니어 모터 - Google Patents

가동자 및 리니어 모터 Download PDF

Info

Publication number
KR101652842B1
KR101652842B1 KR1020117017534A KR20117017534A KR101652842B1 KR 101652842 B1 KR101652842 B1 KR 101652842B1 KR 1020117017534 A KR1020117017534 A KR 1020117017534A KR 20117017534 A KR20117017534 A KR 20117017534A KR 101652842 B1 KR101652842 B1 KR 101652842B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
magnet
flat plate
inner yoke
unit
yoke
Prior art date
Application number
KR1020117017534A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110107352A (ko
Inventor
마코토 카와카미
Original Assignee
히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 filed Critical 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Publication of KR20110107352A publication Critical patent/KR20110107352A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101652842B1 publication Critical patent/KR101652842B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2207/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to arrangements for handling mechanical energy
    • H02K2207/03—Tubular motors, i.e. rotary motors mounted inside a tube, e.g. for blinds
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 각진 통 형상의 이너 요크(2)의 각 외측면에, 외측면에 수직으로 내측에서 외측으로 향해 자화한 평판형상 자석(3a), 이너 요크(2)의 축방향으로 자화한 평판형상 자석(3b), 외측면에 수직으로 외측에서 내측을 향해 자화한 평판형상 자석(3c), 이너 요크(2)의 축방향으로 자화한 평판형상 자석(3d)...의 순서로 교대로 설치시킨 가동자(1)를, 제1 단극 유닛(5)과, 이것을 90도 회전시킨 제2 단극 유닛(6)을 교대로 겹친 전기자(4)로 관통시켜서 리니어 모터(10)로 한다. 제1 단극 유닛(5)의 코어부(5c)에 일괄해서 권선(8a), 권선(8b)이 감겨져 있다. 이너 요크(2)의 각 외측면 사이에 있어서 자석의 설치위치가 편위해 있다.

Description

가동자 및 리니어 모터 {MOVING MEMBER AND LINEAR MOTOR}
본 발명은 각진 통 형상의 이너 요크의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석을 설치한 가동자, 및 이 가동자와 전기자(고정자)를 조합시켜서 이룬 리니어 모터에 관한 것이다.
전자회로기판 등의 펀칭(구멍뚫기)머쉰에 이용되는 드릴의 수직 이동장치, 또는 픽앤드플레이스(부품을 집어올려서 소정의 위치에 둔다)형 로봇에서의 수직 이동기구 등에 있어서는 고속 이동과 정밀한 위치 결정이 요구된다. 따라서, 회전형 모터의 출력을 볼나사로 평행운동(수직운동)으로 변환하는 종래의 방법으로는 이동 속도가 느려서 그와 같은 요구를 만족하지 못하였다.
따라서, 이와 같은 수직 이동에는 평행 운동 출력을 직접적으로 낼 수 있는 리니어 모터의 이용이 이루어지고 있다. 다수의 판모양의 영구자석을 배설한 각형의 영구자석 구조체를 가동자(可動子)로 하고, 통전 코일을 갖는 전기자를 고정자(固定子)로 하여서, 고정자에 가동자를 관통시킨 구성을 가지는 리니어 모터로서 여러 가지 타입이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌1, 2 등).
일본특허공개공보 2002-359962호 일본특허공개공보 2008-228545호
종래의 리니어 모터는 볼나사에 비하면 응답은 빠르지만, 가동자의 질량이 크기 때문에 충분한 추력(推力)은 확보할 수 있지만, 요구되는 레벨의 응답 속도를 실현할 수 없었다. 고속화에 적합한 리니어 모터의 구조는 가동 자석형이지만, 자석 피치가 크면 자석 배면의 이너 요크로 돌아 들어가는 자속의 양이 많아져서 이너 요크의 체적이 늘어 가동자가 무거워진다. 한편, 자극 피치를 작게 한 경우에는 전기자측의 권선 구조가 복잡해져서 보다 소형이며 고출력의 리니어 모터를 실현하는 것이 힘들어진다. 또한, 수직 이동의 용도에 있어서는 자중의 영향을 받기 때문에 경량화가 보다 더 요망되며, 고속 동작의 실현에는 가동자의 높은 강성도 요구된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여서 이루어진 것으로 발생하는 자속의 양이 많고 경량이며, 게다가 높은 강성을 갖는 가동자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 출력 리플이 적어서 매끄러운 이동이 가능한 가동자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자기 포화가 일어나기 어려운 구조로 고속의 응답성을 실현할 수 있어서 모터의 변환 효율을 높여서 고(高)파워 밀도화를 꾀할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 추력 리플 및/ 또는 디텐트력를 적게 할 수 있어서 매끄러운 이동을 행하여서 위치 정도의 향상도 꾀할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 3상 구동과 같은 정도의 가동자의 매끄러운 이동이 가능한 2상 구동의 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.
본 발명과 관련된 가동자는, 연질 자성체로 만들어진 각진 통 형상의 이너 요크의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석을 설치한 리니어 모터의 가동자에 있어서, 상기 복수의 평판형상의 영구자석으로서 상기 이너 요크의 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배열되어 있으며, 상기 수직 방향으로 자화한 평판형상 자석은 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있고, 상기 축방향으로 자화한 평판형상 자석은 서로 이웃하는 상기 제2 평판형상 자석에서 서로 이웃하는 상기 제1 평판형상을 향하는 방향으로 자화해 있으며, 상기 이너 요크의 외측면 사이에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 편위(偏位)해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가동자에 있어서는 연질 자성체로 만들어진 각진 통 형상의 이너 요크의 각 외측면에 내측에서 외측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석, 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석, 외측에서 내측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석, 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석,,,의 순으로 이너 요크의 축방향으로 배치되어 있으며, 이너 요크의 외측면 사이에서의 이들 평판형상 자석의 설치위치가 편위해 있다. 따라서, 외측면에 수직인 방향으로 자화한 두 개의 평판형상 자석 사이에 축방향으로 자화한 평판형상 자석을 설치하였기 때문에 가동자 내측의 이너 요크 내에서 발생하는 자속이 감소하여서 이너 요크의 두께를 얇게 할 수 있어 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 이너 요크의 각 외측면에 평판형상 자석을 분할해서 설치시킬 수 있어서 원통 형상의 가동자에 비해 제작의 자율성이 상당히 높고, 고성능의 자석의 사용도 가능해져 강성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 외측면 사이에서의 자석의 설치위치가 축방향(이동방향)으로 편위해 있어서 추력 리플 및/또는 디텐트력은 낮아져 고킹을 억제하여 매끄러운 이동이 가능하다.
본 발명과 관련된 가동자는 하나의 상기 제1 평판형상 자석, 하나의 상기 제2 평판형상 자석, 및 축방향으로 자화한 두 개의 상기 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4이하의 치수만큼 상기 이너 요크의 외측면 사이에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 축방향으로 편위해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가동자에 있어서는 외측면 사이에서의 복수의 평판형상의 자석의 설치위치를 네 개 한 세트의 평판형상 자석의 계자(界磁) 주기를 1/4 이하의 치수만큼 빗겨나게 한다(편위해 있다). 편위시키지 않은 경우에는 커다란 추력 리플이 발생하여서 매끄러운 이동이 힘들어지고, 정확한 위치 결정에 지장이 되는 경우가 있다. 다만, 네 개 한 쌍의 평판형상 자석의 계자 주기를 1/4보다 크게 편위시킨 경우에는 동일한 전기자의 자극에 가동자 자석의 S극, N극 쌍방이 면하게 되고, S, N이 반전하여서 충분한 추력을 얻지 못하게 되는 일이 있다. 따라서, 그 계자 주기를 1/4이하 만큼 빗겨서(편위시켜), 추력 리플을 저감하여 매끄러운 직선이동을 실현한다.
그리고, 본 발명의 가동자로는 상기와 같은 구성에서 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석을 제외한 구성이라도 좋다. 즉, 이 변형예에서는 연질 자성체로 만들어진 각진 통 형상의 이너 요크의 각 외측면에 내측에서 외측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 외측에서 내측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 교대로 이너 요크의 축방향으로 배치되어 있으며, 이너 요크의 외측면 사이에서의 이들 평판형상 자석의 설치위치가 편위해 있다. 예를 들면, 하나의 제1 평판형상 자석 및 하나의 제2 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4이하의 치수만큼, 이너 요크의 외측면 사이에서의 이들의 평판형상 자석의 설치위치가 축방향으로 편위해 있다. 이와 같은 변형예에서도 네 개 한 쌍의 평판형상 자석을 여러 쌍 설치한 상기와 같은 구성예와 동일한 작용을 한다.
본 발명과 관련된 가동자는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크의 4면의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석을 설치한 리니어 모터의 가동자에 있어서, 상기 복수의 평판형상의 영구자석으로서 상기 이너 요크의 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 줄지어 이어져 있으며, 상기 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석은 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있으며, 상기 축방향으로 자화한 평판형상 자석은 서로 이웃하는 상기 제2 평판형상 자석에서 서로 이웃하는 상기 제1 평판형상 자석을 향하는 방향으로 자화해 있으며, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치와, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가, 하나의 상기 제1 평판형상 자석, 하나의 상기 제2 평판형상 자석 및 축방향으로 자화한 두 개의 상기 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4만큼 편위해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가동자에 있어서는, 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크의 각 외측면에, 내측에서 외측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석, 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석, 외측에서 내측을 향하는 외측면에 수직인 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석, 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석...의 순으로 이너 요크의 축방향으로 배치되어 있으며, 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 면의 외측면에서의 복수의 평판형상 자석(전기자의 한쪽의 권선에 대향하는 자석)의 설치위치와, 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 복수의 평판형상 자석(전기자의 다른 쪽의 권선에 대향하는 자석)의 설치위치가, 하나의 제1 평판형상 자석, 하나의 제2 평판형상 자석, 및 축방향으로 자화한 두 개의 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4(전기각의 90도분)만큼 편위해 있다. 따라서, 전기자의 각각의 권선에 위상이 90도 벗어난 구동전류를 흐르게 함으로써 가동자에는 연속적으로 추력이 발생하여, 2상 구동에서의 매끄러운 이동이 실현된다.
본 발명에 관련된 가동자는 상기 이너 요크의 외측면의 코너부에 자신을 지지하는 리니어 가이드 레일을 상기 이너 요크의 축방향으로 연장시켜서 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가동자에 있어서는 이너 요크의 외측면의 코너부에 축방향으로 연장시켜서 리니어 가이드 레일을 설치하여, 자신을 지지한다. 따라서, 이 리니어 가이드 레일에서 가로방향에서 가동자를 억제하기 때문에 굽힘 진동, 공진 진동 등을 억제할 수 있어서 덜거덕거림이 없는 고속의 직선 이동이 가능해진다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 연질 자성체로 만들어진 각진 통 형상의 이너 요크의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석으로서, 상기 이너 요크의 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배열되어 있으며, 상기 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석은 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있으며, 상기 축방향으로 자화한 평판형상 자석은 서로 이웃하는 상기 제2 평판형상 자석에서 서로 이웃하는 상기 제1 평판형상 자석을 향하는 방향으로 자화해 있으며, 상기 이너 요크의 외측면 사이에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 편위해 있는 가동자를 각형(角形狀)의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질자성체로 만들어진 제1 단극(單極) 유닛과, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 상기 제1 단극 유닛의 코어부를 90도 회전시킨 위치에 설치되고, 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연설시킨 코어부를 갖는 연질자성체로 만들어진 제2 단극 유닛이 교대로 겹쳐져 이루고, 상기 제1 단극 유닛의 복수의 코어부 및/또는 상기 제2 단극 유닛의 복수의 코어부에 권선을 설치해 둔 전기자의 상기 제1 단극 유닛의 개구부 및 상기 제2 단극 유닛의 개구부에 관통시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 연질 자성체로 만들어진 각진 통 형상의 이너 요크의 외측면에 복수의 평판모양의 영구자석으로서, 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있으며, 상기 이너 요크의 외측면 사이에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 편위해 있는 가동자를, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제1 단극 유닛과, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 상기 제1 단극 유닛의 코어부를 90도 회전시킨 위치에 설치되고, 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제2 단극 유닛이 교대로 겹쳐져 이루며, 상기 제1 단극 유닛의 복수의 코어부 및/또는 상기 제2 단극 유닛의 복수의 코어부에 권선을 설치해 둔 전기자의 상기 제1 단극 유닛의 개구부 및 상기 제2 단극 유닛의 개구부로 관통시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 각형의 개구부, 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 요크부에서 개구부를 향하는 방향으로 연설시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제1 단극 유닛과, 제1 단극 유닛을 90도 회전시킨 구성을 이루는 연질 자성체로 만들어진 제2 단극 유닛을 교대로 겹쳐서, 한쪽의 단극 유닛의 코어부에 일괄해서 권선을 설치한 전기자에 상술한 바와 같은 가동자를 관통시킨 구성을 이룬다. 가동자의 경량화를 도모할 수 있어서 가동자의 응답 속도는 빨라진다. 또한, 전기자에서의 권선 구조가 간단하여 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 가동자의 외측면 사이에서의 자석의 설치위치가 축방향(이동방향)으로 편위해 있어서, 추력 리플 및/또는 디텐트력은 낮아져 고속의 안정된 가동자의 이동이 가능하다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크의 네 면의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석으로서, 상기 이너 요크의 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배열되어 있으며, 상기 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석은 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 축방향으로 번갈아 배치되어 있으며, 상기 축방향으로 자화한 평판형상 자석은 서로 이웃하는 상기 제2 평판형상 자석에서 서로 이웃하는 상기 제1 평판형상 자석을 향하는 방향으로 자화해 있으며, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치와, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가, 하나의 상기 제1 평판형상 자석, 하나의 상기 제2 평판형상 자석, 및 축방향으로 자화한 두 개의 상기 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4만큼 편위해 있는 가동자를, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제1 단극 유닛과, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 상기 제1 단극 유닛의 코어부를 90도 회전시킨 위치에 설치되어, 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제2 단극 유닛이 교대로 겹쳐져 이루며, 상기 제1 단극 유닛의 복수의 코어부 또는 상기 제2 단극 유닛의 복수의 코어부 중 두 곳에 제1의 권선 및 제2의 권선을 설치한 전기자의 상기 제1 단극 유닛의 개구부 및 상기 제2 단극 유닛의 개구부에 상기 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제1의 권선에 대향하여 상기 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제2의 권선에 대향하도록 관통시켜 두고, 상기 제1의 권선과 상기 제2의 권선에 전기각으로 90도 위상이 다른 전류를 인가하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 전기자의 한쪽 권선에 대향하는 가동자의 평판형상 자석의 설치위치와 전기자의 다른 쪽 권선에 대향하는 가동자의 평판형상 자석의 설치위치가 계자 주기의 1/4(전기각의 90도분)만큼 편위해 있다. 따라서, 전기자의 각각의 권선에 위상이 90도 벗어난 구동전류(예를 들면, 정현파 전류와 여현파 전류)를 흐르게 함으로써, 하나의 코어 유닛으로 가동자에는 연속적으로 추력이 발생하여 2상 구동에서의 매끄러운 이동을 할 수 있다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 상기 한쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 상기 복수의 평판모양의 영구자석의 설치위치가 편위해 있으며, 상기 다른 쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 상기 복수의 평판모양의 영구자석의 설치 위치가 편위해 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 한쪽의 권선에 대향하는 평판형상 자석의 설치위치와 다른 쪽 권선에 대향하는 평판형상 자석의 설치위치의 편위(偏位) 관계는 유지한 채로 한쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 평판형상 자석의 설치위치를 편위시키고, 또한 다른 쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 평판형상 자석의 설치위치를 편위시킴으로써, 2상 구동방식에서의 추력 리플, 디텐트력의 고조파 차수 성분을 저감한다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 서로 이웃하는 상기 제1 단극 유닛과, 상기 제2 단극 유닛의 간격을 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 전기자에서의 제1 단극 유닛과 제2 단극 유닛의 간격(자극치(teeth)의 간격)을 조정함으로써 2상 구동방식에서의 추력리플, 디텐트력의 고조파 차수 성분을 저감한다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 상기 이너 요크는 사각 통 형상으로서 상기 개구부는 사각형상이며, 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛은 사각형상이고, 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 변 방향과 상기 개구부의 변 방향이 45도의 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 전기자의 사각형상의 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 사각형상의 개구부에 사각형상의 가동자를 관통시키는데, 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 변 방향에 대해서, 이들 개구부의 변 방향이 40도 경사져 있다. 따라서, 전기자에서의 자속의 흐름이 원활해져 자기(磁氣) 포화가 일어나기 어렵다. 또한, 전기자의 형상을 소형화시켜도 코어부를 효과적으로 구성할 수 있다.
본 발명에 관련된 리니어 모터는 서로 겹치는 상기 제1 단극 유닛과 상기 제2 단극 유닛 사이에 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 코어부끼리가 접촉하지 않도록 연질 자성체로 만들어진 스페이서를 끼워 두는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리니어 모터에 있어서는 제1 단극 유닛과 제2 단극 유닛 사이에 프레임 모양의 스페이서를 설치한다. 따라서, 간단한 구성에 의해 제1 단극 유닛의 코어부 및 제2 단극 유닛의 코어부와의 비접촉(자기 쇼트의 회피)을 실현한다. 또한, 제1 단극 유닛과 제2 단극 유닛의 간격의 조정을 용이하게 할 수 있다.
주기성 자속 밀도 분포를 갖는 자석 열 A에 있어서, 주기방향을 x방향으로 하고, 위치x에서의 자속 밀도를 B(x)(단, B(x)=(B(x)x, B(x)y, B(x)z)라 하면, B(x)=B(x+2τ)가 되는 2τ(2τ=λ)를 계자(界磁)주기(τ를 자극 피치)로 정의한다.
또한, 주기성 자속 밀도 분포를 갖는 자석 열 A1와 A2에 있어서, 주기방향을 x방향으로 하고, 위치x에서의 A1의 자속 밀도를 B1(x), A2의 자속밀도를 B2(x)로 하면, B1(x)=B1(x+2τ1), B2(x)=B2(x+2τ2)이고, τ1=τ2인 자석 열의 배치에 있어서 예를 들면, 자석 열 A2를 x방향으로 d만큼 이동시켜서 배치시킨 경우의 자속 밀도 분포 B2'는 B2'=B2(x-d)가 되며, 이 d를 편위(偏位)로 정의한다. 여기에서, -λ/4<d<λ/4, -τ/2<d<τ/2이다.
본 발명에서는 가동자 내측 이너 요크 내에서 발생하는 자속을 삭감할 수 있어서 이너 요크의 두께를 저감할 수 있으며, 리니어 모터의 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 이너 요크의 외측면에 분할해서 자석을 설치할 수 있어서 사용가능한 자석의 선택성이 높아지고 가동자의 강성을 향상할 수 있다. 따라서, 고속의 리니어 모터를 실현할 수 있다. 또한, 외측면 사이에서의 평판형상 자석의 설치위치를 축방향(이동방향)으로 편위시키기 때문에 추력 리플 및/또는 디텐트력를 저감할 수 있으며, 매끄러운 가동자의 이동을 실현할 수 있어서 위치 정도가 향상된 리니어 모터를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 사각 통 형상의 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 외측면(전기자의 한쪽의 권선에 대향하는 2면)에서의 평판형상 자석의 배열과, 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 외측면(전기자의 다른 쪽 권선에 대향하는 2면)에서의 평판형상 자석의 배열로, 한 쌍의 평판형상 자석의 길이의 1/4(계자 주기를 λ로 한 경우에 λ/4, 전기각으로 90도)만큼 편위시킨 가동자의 구성으로 하여, 전기자의 한쪽의 권선과 다른 쪽의 권선으로 위상이 90도 다른 구동전류를 흐르도록 하였기 때문에 2상 구동에 의한 가동자의 이동을 실현할 수 있어서 3상 구동 방식의 리니어 모터에 비해 짧은 길이의 리니어 모터를 제공할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명에서는 한쪽의 두 외측면 사이 및 다른 쪽의 두 외측면 사이에서의 각각의 평판형상 자석의 배열, 및/또는 전기자에서의 자극치의 간격을 조정함으로써 2상 구동방식의 리니어 모터에서의 문제점(큰 추력 리플, 디텐트력)의 개선을 도모할 수 있어서, 3상 구동방식의 리니어 모터와 같은 정도의 매끄러운 이동을 실현할 수 있다.
도1은 제1실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도2A는 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도2B은 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도2C는 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도3A는 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도3B는 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도4는 제1실시형태와 관련된 리니어 모터의 구성을 나타내는 사시도이고,
도5는 제1실시형태와 관련된 리니어 모터의 구성을 나타내는 일부 절단 사시도이고,
도6은 전기자에서의 통전상태와 기자력을 나타내는 단면도이고,
도7은 제2실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도8A는 제2실시형태와 관련된 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도8B는 제2실시형태와 관련된 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도8C는 제2실시형태와 관련된 전기자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도9는 제2실시형태와 관련된 리니어 모터의 구성을 나타내는 사시도이고,
도10은 제3실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도11은 제4실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이고,
도12는 제4실시형태와 관련된 리니어 모터의 구성을 나태는 사시도이고,
도13은 제4실시형태와 관련된 리니어 모터의 구성을 나타내는 일부 절단 사시도이고,
도14는 표준적인 전기자의 단면도이고,
도15는 2차 및 6차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 전기자의 단면도이고,
도16은 4차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 가동자의 사시도이고,
도17은 8차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 전기자의 단면도이고,
도18A는 제1실시형태와 관련된 전기자의 제작에 사용되는 전기자 소재를 나타내는 평면도이고,
도18B는 제1실시형태와 관련된 전기자의 제작에 사용되는 전기자 소재를 나타내는 평면도이고,
도19는 제1실시형태와 관련된 리니어 모터에서의 추력 특성의 측정결과를 나타내는 그래프이고,
도20A는 제4실시형태와 관련된 가동자를 전기자에 관통시킨 상태를 나타내는 상면도이고,
도20B는 제4실시형태와 관련된 가동자를 전기자에 관통시킨 상태를 나타내는 측면도이고,
도20C는 제4실시형태와 관련된 가동자를 전기자에 관통시킨 상태를 나타내는 단면도이고,
도21A는 제4실시형태와 관련된 전기자의 제작에 사용되는 전기자 소재를 나타내는 평면도이고,
도21B는 제4실시형태와 관련된 전기자의 제작에 사용되는 전기자 소재를 나타내는 평면도이고,
도22는 고조파 차수 성분의 제1 저감 수법에 따른 코어 유닛을 나타내는 단면도이고,
도23은 제4실시형태에 관련된 리니어 모터에서의 추력 특성의 측정결과를 나타내는 그래프이고,
도24는 고조파 차수 성분의 제2 저감 수법에 따른 코어 유닛을 나타내는 단면도이고,
도25는 고조파 차수 성분의 제3 저감 수법에 따른 코어 유닛을 나타내는 단면도이고,
도26은 제5실시형태와 관련된 리니어 모터에서의 추력 특성의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 그 실시형태를 나타내는 도면을 근거로 하여 상술한다.
(제1의 실시형태)
도1은 본 발명의 제1의 실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이다. 가동자(1)는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 각 외측면에 4종류의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 이 순서로 이너 요크(2)의 축방향(가동자(1)의 이동방향)으로 교대로 설치시킨 구성을 이루고 있다. 도1에 있어서, 흰색 화살표는 각 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 자화방향을 나타낸다. 평판형상 자석(제1 평판형상 자석)(3a)은 이너 요크(2)의 외측면에 수직으로 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 한편, 평판형상 자석(제2 평판형상)(3c)은 이너 요크(2)의 외측면에 수직으로 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 따라서, 평판형상 자석(3a)과 평판형상 자석(3c)의 자화방향은 이너 요크(2)의 외측면에 수직인 방향으로서 반대방향이 된다.
또한, 평판형상 자석(3b,3d)은 이너 요크(2)의 축방향(외측면의 길이방향)으로서 서로 이웃하는 평판형상 자석(3c)에서 서로 이웃하는 평판형상 자석(3a)을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 따라서, 평판형상 자석(3b)과 평판형상 자석(3d)의 자화방향은 이너 요크(2)의 축방향으로서 반대 방향이 된다.
그래서, 이너 요크(2)의 외측면 사이에서의 이러한 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치가, 4종류 한 세트의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 길이의 합계의 1/4 이하의 치수만큼 편위해 있다. 도1에 나타낸 예에서는 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 4개의 외측면에 있어서, 대향하는 두 개의 외측면 사이에서의 이들 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는 같지만, 서로 이웃하는 두 개의 외측면 사이의 이들의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는 평판형상 자석(3b) 또는 (3d)의 길이만큼만 편위해 있다.
도2A-C, 도3A, B는 본 발명과 관련된 리니어 모터에 사용하는 전기자의 구성을 나타내는 사시도로서 도2A-C 및 도3A는 그 부분구성도, 도3B는 그 전체 구성도이다.
전기자(4)는 도2A에서 나타내는 사각 판 모양의 제1 단극 유닛(5)과, 도2B에서 나타내는 사각 판 형상의 제2 단극 유닛(6)을 서로 번갈아 배열하고, 서로 이웃하는 제1 단극 유닛(5) 및 제2 단극 유닛(6) 사이에 도2C에서와 같은 프레임 형상의 스페이서 유닛(11)을 삽입시킨 구성을 갖는다(도3A 참조).
제1 단극 유닛(5)은 연질 자성체로 형성되어 있으며, 가동자(1)가 관통되는 사각형상의 개구부(5a)와, 개구부(5a)의 외측에 배치된 프레임체로서의 요크부(5b)와, 요크부(5b)에서 개구부(5a)를 향해 연장되어 있는 코어부(5c)를 갖는다. 사각 판 형상의 제1 단극 유닛(5)의 변의 방향과, 개구부(5a)의 변의 방향이 45도의 각도를 이루고 있다. 또한, 제2 단극 유닛(6)은 연질 자성체로 형성되어 있으며, 가동자(1)가 관통되는 사각형상의 개구부(6a)와, 개구부(6a)의 외측에 배치된 프레임체로서의 요크부(6b)와, 요크부(6b)에서 개구부(6a)를 향해 연장되어 있는 코어부(6c)를 갖는다. 사각 판 형상의 제2 단극 유닛(6)의 변의 방향과, 개구부(6a)의 변의 방향이 45도의 각도를 이룬다. 제2 단극 유닛(6)은 제1 단극 유닛(5)을 90도 회전시킨 구성을 이룬다.
서로 이웃하는 제1 단극 유닛(5)과 제2 단극 유닛(6) 사이에 요크로만 이루어지는 연질 자성체로 만들어진 스페이서 유닛(11)을 삽입함으로써, 양 단극 유닛(5,6)의 코어부끼리가 접촉하지 않도록 한다. 그리고, 이와 같은 제1 단극 유닛(5)과 제2 단극 유닛(6)과 스페이서 유닛(11)을, 제1 단극 유닛(5), 스페이서 유닛(11), 제2 단극 유닛(6), 스페이서 유닛(11)...의 순으로 번갈아 배열하여 겹치게 하여서 도3A에서와 같은 단상 유닛을 구성한다. 단상 유닛에 있어서, 서로 이웃하는 제1 단극 유닛(5) 및 제2 단극 유닛(6)에 있어서, 그들 요크부(5b)와 요크부(6b)는 접해 있지만, 그들 코어부(5c)와 코어부(6c)는 접해 있지 않고 이들 사이에 공극이 존재해 있어서 자기 쇼트를 회피한다.
제1 단극 유닛(5)과 제2 단극 유닛(6)의 공통의 간극부분(7a,7b)을 관통하여서 제1 단극 유닛(5)에서의 코어부(5c)(도2A의 상측의 코어부(5c))에 일괄해서 권선(8a)을 감아 돌리면서 제1 단극 유닛(5)과 제2 단극 유닛(6)의 공통의 간극부분(7c,7d)을 관통하여서 제1 단극 유닛(5)에서의 다른 쪽의 코어부(5c)(도2A의 하측의 코어부(5c))에 일괄하여 권선(8b)을 감는다. 그리고 권선(8a)과 권선(8b)의 통전방향이 반대가 되도록 양 권선(8a,8b)을 접속한다(도3B 참조).
그리고, 상술한 도1에 나타내는 가동자(1)를 도3B에서 나타내는 전기자(4)의 개구부(5a,6a)가 줄이어 형성되는 중공부(9)로 관통시킴으로써, 제1의 실시형태와 관련된 단상 구동의 리니어 모터(단상의 유닛)(10)가 구성된다. 도4는 본 발명에 관련된 리니어 모터(10)의 구성을 나타내는 사시도, 도5는 그 리니어 모터(10)의 구성을 나타내는 일부 절단 사시도이다.
이 리니어 모터의 경우에는 전기자(4)가 고정자로서 기능한다. 그리고, 권선(8a,8b)에 역방향으로 전류를 흐르게 함으로써 전기자(4)의 중공부(9)로 관통된 가동자(1)가 전기자(4)(고정자)에 대하여 왕복 직선 운동을 행한다.
도6은 전기자(4)에서의 통전상태와 기자력(起磁力)을 나타내는 단면도이다. 도6에 있어서,「●(지면의 안쪽에서 바깥으로의 유통)」, 「x(지면의 바깥에서 안쪽으로의 유통)」은 권선(8a), 권선(8b)로의 유통 방향을 나타내며, 흰색 화살표는 코일 통전에 의해 코어부(5c, 6c)로 인가되는 기자력의 방향을 나타낸다. 권선(8a), 권선(8b)에 역방향의 전류를 흐르게 함으로써 제1 단극 유닛(5), 제2 단극 유닛(6)의 모든 코어부(5c,6c)에 자계(磁界)가 발생한다.
그리고, 상술한 예에서는 서로 이웃하는 양 단극 유닛 사이에 프레임형상의의 요크만으로 이루어지는 스페이서 유닛(11)을 삽입함으로써 각 단극 유닛 전체를 균일한 두께로 해도 양 단극 유닛의 코어부끼리가 접촉하지 않도록 한다. 이 예에서는 각 단극 유닛으로서 코어부의 두께를 요크부의 두께보다 얇게 할 필요가 없어서 여분의 가공처리가 불필요하며, 전체가 균일한 두께인 단극 유닛을 이용할 수 있어서 제작 처리의 간소화가 도모할 수 있다.
이에 대하여 각 단극 유닛에 있어서 코어부의 두께를 요크부의 두께보다 얇게 하여서 양 단극 유닛을 서로 겹친 경우에 양 단극 유닛의 코어부끼리가 접촉하지 않도록 구성하여도 좋다. 이 예에서는 상기와 같은 스페이서 유닛(11)이 불필요하다.
종래의 원통형 리니어 모터에 있어서는 속이 비어있지 않은 이너 요크에 반경방향으로 자화한 원통 모양 자석을 접착시킨 구성, 또는 속이 비어있지 않은 이너 요크에 축방향으로 자화한 원통 모양 자석을 접착시킨 구성 등이 사용되어 왔다. 이와 같은 구성에서는 이너 요크가 커서 가동자의 질량이 무거워져 고속 응답성에 어려움이 있었다. 이에 대하여 상술한 바와 같은 가동자(1)에서는 이너 요크(2)가 속이 빈 중공으로, 게다가 그 내측에서 발생하는 자속을 저감할 수 있어서 각진 통 형상의 이너 요크(2)의 두께를 얇게 할 수 있기 때문에 가동자(1)의 경량화를 도모하는 것이 가능하다. 따라서, 가동자(1)의 응답 속도를 높일 수 있다.
또한, 가동자의 이너 요크를 얇게 하는 방법으로서 자석의 극(極) 피치를 작게 하는 수법이 있지만, 극 피치를 작게 한 경우에 종래의 전기자의 구조에서는 권선 개소가 많아져 형상이 대형화되는 경향이 있었다. 이에 대하여 전기자(4)에서는 극(極)마다 권선을 설치하지 않고 일괄해서 권선(8a,8b)를 설치하기 때문에 자극 피치가 작아도 권선 구조가 복잡해지지 않고 간단하여 소형화가 용이하다.
또한, 리니어 모터(10)에서는 가동자(1)의 단면 형상을 각형(상기 예에서는 사각형)으로 하기 때문에 자석을 여러 면(상기예에서는 4면)으로 분할해서 배치하는 것이 가능하며, 게다가 평판 모양의 자석을 사용할 수 있다. 따라서, 원통 타입 리니어 모터에 비하여 사용할 자석의 선택을 포함한 제작의 자유도가 매우 높고, 우수한 강성을 갖는 가동자(1)의 제작도 용이하게 이룰 수 있다.
또한, 가동자(1)의 이너 요크(2)의 서로 이웃하는 외측면 사이에서의 평판 형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치가 이너 요크(2)의 축방향(가동자(1)의 이동방향)으로 편위해 있다. 따라서 추력 리플 및/또는 디텐트력 저감에 효과를 높일 수 있어서 고킹을 해소하여 매끄러운 직선 이동을 가동자(1)는 실현할 수 있다.
또한, 제1 단극 유닛(5) 및 제2 단극 유닛(6)의 본체의 변 방향에 대하여 각 단극 유닛(5,6)의 개구부(5a,6a)의 변의 방향을 45도 기울인다. 따라서, 전기자(4)에서의 자속의 흐름이 원활해지고, 자기 포화가 일어나기 힘들다.
그리고, 상술한 실시형태에서는 이너 요크(2)의 각 외측면에서 각 5세트씩 합계 20개의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 순서대로 연속하는 구성으로 하였지만, 이것은 일예로서 그 개수는 임의적이라도 좋다. 또한, 제1 단극 유닛(5), 제2 단극 유닛(6)을 번갈아 2세트 배열하도록 하였지만, 이것은 일례로서 그 세트의 수는 임의적이라도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서는 이너 요크(2)의 형상을 사각 통 형상으로 하였지만, 이것은 일예이며, 팔각 통 형상 등 다른 다각의 통 형상이라도 된다.
그리고 또한, 상술한 실시형태에서는 제1 단극 유닛(5)의 코어부(5c)에 일괄해서 권선(8a,8b)를 설치하도록 하였지만, 제2 단극 유닛(6)의 코어부(6c)에 일괄해서 권선을 설치하도록 해도 좋다.
상술한 실시형태에서는 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 네 개의 외측면에 있어서 대향하는 두 개의 외측면에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 같게 하고, 서로 이웃하는 두 개의 외측면 사이에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치가 편위하도록 구성하였는데, 이너 요크(2)의 네 개의 외측면 사이에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치 위치를 조금씩 편위시켜서 모두 다르게 구성해도 좋다. 다만, 이와 같은 구성예에 있어서도 최대 편위량을 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 네 개 한 세트분 길이의 1/4이하로 한다.
단상의 리니어 모터(단상의 유닛)에 관해서 설명하였는데, 예를 들면 3상 구동의 리니어 모터를 구성하는 경우에는 상기의 전기자 3개를 자극피치×(n+1/3) 또는 자극피치×(n+2/3)(다만, n은 정수)만큼 간격을 두고 직선형상으로 배치하여 그것들로 가동자를 관통시키도록 하면 된다. 그리고, 이 경우, 권선이 수용될 공간을 고려해 정수n를 설정하면 된다.
(제2의 실시형태)
도7, 도8A-C, 도9는 각각 제2의 실시형태와 관련된 가동자(21), 전기자(4), 리니어 모터(30)의 구성을 나타내는 사시도이다. 이러한 도7, 도8A-C, 도9에 있어서, 도1, 도2A-C, 도3A, B와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 그것들에 대한 설명을 생략한다.
도7에서 나타내는 가동자(21)에서는 이너 요크(2)의 외측면의 두 개의 코너부에 축방향으로 연장 존재시켜서 리니어 가이드 레일(12)을 설치한다. 그리고 또한 전기자(4)를 구성하는 제1 단극 유닛(5), 제2 단극 유닛(6)의 개구부에 리니어 가이드 레일(12)을 통하게 하기 위한 절결(노치)이 설치되어 있어도 좋다. 네 장의 단극 유닛을 겹친 도8A에서 나타내는 본체의 표면과 배면에 리니어 가이드 슬라이더(13)를 설치한 도8B에 나타내는 가동자 지지 프레임(14)을 설치하여서 단상 유닛의 전기자(4)를 구성한다(도8C 참조). 그리고, 도7에서 나타내는 가동자(21)를 도8에서 나타내는 전기자(4)에 관통시킴으로써 단상 구동의 리니어 모터(단상의 유닛)(30)가 구성된다(도9 참조).
이 제2의 실시형태에서는 리니어 가이드 레일(12)에 의해 가동자(21)를 가로 방향에서 억제하여 지지한다. 따라서, 강성을 보다 높일 수 있다. 또한, 이 리니어 가이드 레일(12)에 의해 굽힘 진동, 공진 진동 등의 진동을 억제할 수 있다. 따라서, 고속 이동시켜도 큰 진동은 발생하지 않고 덜거덕거림이 없는 안정된 고속 직선 이동을 실현할 수 있다.
(제3의 실시형태)
제3의 실시형태는 상술한 제1의 실시형태의 변형예이다. 도10은 제3의 실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이다. 이 제3의 실시형태와 관련된 가동자(31)는 제1의 실시형태에 관련된 가동자(1)(도1참조)에서 가동자의 축방향으로 자화된 평판형상 자석(3b,3d)을 제외한 구성을 이루고 있다. 즉, 가동자(31)는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 각 외측면에 2종류의 평판형상 자석(3a,3c)을 이 순서대로 이너 요크(2)의 축방향(가동자(31)의 이동방향)으로 교대로 설치시킨 구성을 이루고 있다. 도10에 있어서, 흰색 화살표는 각 평판형상 자석(3a,3c)의 자화방향을 나타내고 있다. 평판형상 자석(제1 평판형상 자석)(3a)은 이너 요크(2)의 외측면에 수직으로 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 한편, 평판형상 자석(제2 평판형상 자석)(3c)은 이너 요크이 외측면에 수직으로 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 따라서, 평판형상 자석(3a)과 평판형상 자석(3c)의 자화방향은 이너 요크(2)의 외측면에 수직인 방향으로 반대방향이 된다.
그리고, 이너 요크(2)의 외측면 사이에서의 이들 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치가, 두 종류 한 세트인 평판형상 자석(3a,3c)의 길이의 합계 1/4 이하의 치수만큼 편위해 있다. 도10에서 나타낸 예에서는 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 네 개의 외측면에 있어서, 대향하는 두 개의 외측면 사이에서의 이들의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치는 같지만, 서로 이웃하는 두 개의 외측면에서의 이들의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치는 편위해 있다.
제3의 실시형태와 관련된 전기자의 구성은 상술한 제1의 실시형태와 관련된 전기자(4)의 구성(도2A-C, 도3A, B 참조)과 동일하다.
삭제
이 제3의 실시형태와 관련된 리니어 모터의 경우에도 전기자(4)가 고정자로서 기능하여, 권선(8a,8b)에 반대방향으로 전류를 흘림으로써 전기자(4)의 중공부(9)로 관통된 가동자(31)가 전기자(4)(고정자)에 대하여 왕복 직선 운동을 행한다. 이때, 가동자(31)의 이너 요크(2)의 서로 이웃하는 외측면 사이에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치가 이너 요크(2)의 축방향(가동자(31)의 이동방향)으로 편위해 있다. 따라서, 추력 리플 및/또는 디텐트력 저감에 효과를 올릴 수 있어서 코깅이 해소되어 가동자(31)의 매끄러운 직선 운동이 실현된다.
그리고, 각 5세트씩 합계 10개의 평판형상 자석(3a,3c)을 차례로 줄짓는 구성으로 하였지만, 이것은 일예로서 그 개수는 임의적이라도 좋다. 또한, 이너 요크(2)의 형상을 사각 통 형상으로 하였지만, 이것은 일예로 팔각 통 형상 등의 다른 다각의 통 형상이라도 좋다. 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 네 개의 외측면에 있어서 대향하는 두 개의 외측면에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치를 같게 하고, 서로 이웃하는 두 개의 외측면 사이에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치가 편위하도록 구성하였지만, 이너 요크(2)의 네 개의 외측면 사이에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치 위치를 조금씩 편위시켜서 모두 다르도록 구성해도 좋다. 다만, 이와 같은 구성예라도 최대 편위량을 평판형상 자석(3a,3c)의 두 개 한 세트분 길이의 1/4 이하로 한다.
(제4의 실시형태)
제4의 실시형태는 2상 구동을 하나의 코어 유닛으로 수행하도록 한 것이다. 상술한 제1 또는 제3의 실시형태에서는 3상 구동이어서 3개의 전기자를 직선형상으로 배치하고 그것들로 가동자를 관통시키도록 한 구성으로 이루어져 있다. 따라서, 구성되는 리니어 모터의 전체 길이가 길다는 문제점이 있다. 아래에서 설명하는 제4의 실시형태는 2상 구동을 하나의 코어 유닛으로 수행하도록 구성하여서 3상 분리 독립형의 문제점이었던 전체 길이가 긴 것을 대폭 개량한 것이다.
도11은 본 발명의 제4의 실시형태와 관련된 가동자의 구성을 나타내는 사시도이다. 가동자(41)는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 네 개의 각 외측면(2a,2b,2c,2d)에 4종류의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 이 순서대로 이너 요크(2)의 축방향(가동자(41)의 이동방향)으로 교대로 설치시킨 구성을 이룬다. 도11에 있어서, 화살표 부호는 각 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 자화방향을 나타낸다. 평판형상 자석(제1 평판형상 자석)(3a)은 이너요크(2)의 외측면에 수직으로 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 한편, 평판형상 자석(제2 평판형상 자석)(3c)은 이너 요크(2)의 외측면에 수직으로 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 따라서, 평판형상 자석(3a)과 평판형상 자석(3c)의 자화방향은 이너 요크(2)의 외측면에 수직인 방향으로 반대 방향이 된다.
또한, 평판형상 자석(3b,3d)은 이너 요크(2)의 축방향(외측면의 길이방향)으로 서로 이웃하는 평판형상 자석(3c)에서 서로 이웃하는 평판형상 자석(3a)을 향하게 하는 방향으로 자화한 평판형상의 영구자석이다. 따라서, 평판형상 자석(3b)과 평판형상 자석(3d)의 자화방향은 이너 요크(2)의 축방향으로 반대 방향이 된다.
그리고, 이너 요크(2)의 상측의 서로 이웃하는 두 개의 외측면(2a,2b)에서의 이들 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와, 이너 요크(2)의 하측의 서로 이웃하는 두 개의 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는, 4종류 한 세트의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 길이의 합계의 1/4의 치수(계자 주기를 λ로 한 경우에 λ/4, 전기각으로 90도)만큼 편위해 있다.
제4의 실시형태와 관련된 전기자의 구성은 상술한 제1의 실시형태와 관련된 전기자(4)의 구성(도2A-C, 도3A, B참조)과 동일하기 때문에 그 상세한 설명은 생략한다.
도12는 제4의 실시형태와 관련된 리니어 모터(50)의 구성을 나타내는 사시도, 도13은 그 리니어모터(50)의 구성을 나타내는 일부 절단 사시도이다. 제1 단극 유닛(5A), 스페이서 유닛(11A), 제2 단극 유닛(6A), 스페이서 유닛(11C), 제1 단극 유닛(5B), 스페이서 유닛(11B), 제2 단극 유닛(6B)의 순서대로 이들 유닛들이 교대로 배열되어 겹쳐져서 전기자(4)는 구성되어 있다. 그리고, 상술한 도11에서 나타내는 가동자(41)를 전기자(4)의 개구부(5a,6a)가 줄지어 형성되는 중공부(9)로 관통시킴으로써(도3B 참조), 제4의 실시형태와 관련된 2상 구동의 리니어 모터(50)가 구성된다
이때, 가동자(41)에서의 이너 요크(2)의 상측의 서로 이웃하는 외측면(2a,2b)이 제1 단극 유닛(5A,5B)에서의 상측의 코어부(5c)(제1의 권선으로서의 상측의 권선(8a))에 대향하여, 이너 요크(2)의 하측의 서로 이웃하는 외측면(2c,2d)이 제1 단극 유닛(5A,5B)에서의 하측의 코어부(5c)(제2의 권선으로서의 하측의 권선8b)에 대향하도록 가동자(41)를 전기자(4)의 중공부(9)에 관통시킨다.
그리고, 권선(8a)과 권선(8b)에 있어서, 통전(通電)의 위상이 90도 다르도록 권선(8a)에는 정현파 타입의 전류를 흐르게 하고, 권선(8b)에는 여현파 타입의 전류를 흐르게 한다. 이 리니어 모터(50)의 경우에도 전기자(4)가 고정자로서 기능한다. 권선(8a,8b)에 위상이 90도 다른 전류를 흐르게 함으로써 전기자(4)의 중공부(9)로 관통된 가동자(41)에 연속적으로 추력을 발생시킬 수 있어서 가동자(41)가 전기자(4)(고정자)에 대하여 왕복 직전 운동을 행한다. 이때, 전기자(4)의 상측의 코어부(5c)와 하측의 코어부(5c)에서 교대로 추력의 피크를 얻을 수 있어서, 하나의 코어 유닛으로 연속된 추력이 얻어져 2상 구동의 리니어 모터(50)를 실현할 수 있다.
전술한 바와 같은 제1, 제3의 실시형태와 관련된 3상 독립형의 리니어 모터에 있어서는 3개의 전기자가 필요하며, 또한 서로 이웃하는 전기자 사이에 위상을 조정하기 위한 상(相)간 스페이스를 설치할 필요가 있어서 그 전체 길이가 길어지는 문제점이 있다. 이에 대하여 상술한 바와 같은 제4의 실시형태에 관련된 리니어 모터에서는 하나의 전기자로 가동자의 이동을 수행할 수 있어서, 그 전체 길이의 대폭적인 단척화를 도모할 수 있다. 따라서, 좁은 영역이라 하더라도 그 이용이 가능해져 리니어 모터의 이용 범위가 확대된다.
물론, 이 제4의 실시형태에서도 제1, 제3의 실시형태에서 전술한 것과 동일한 이점을 갖는다. 즉, 서로 이웃하는 양 단극 유닛 사이에 스페이서 유닛(11A,11B,11C)을 삽입하도록 하였기 때문에 각 단극 유닛에서의 코어부의 두께를 요크부의 두께보다 얇게 할 필요가 없어서 더 이상의 가공처리가 불필요하며, 전체가 균일한 두께인 단극 유닛을 이용할 수 있어서 제작 처리의 간소화를 도모할 수 있다. 또한, 속이 찬 이너 요크에 반경방향으로 자화한 원통 형상 자석을 접착시킨 구성, 또는 속이 찬 이너 요크에 축방향으로 자화한 원통 형상 자석을 접착시킨 구성 등을 이용한 종래의 원통형 리니어 모터에 있어서는 이너 요크가 커서 가동자의 질량이 무거워져 고속 응답성에 어려움이 있었지만, 제4의 실시형태와 관련된 가동자(41)에서는 이너 요크(2)가 속이 비고, 게다가 그 내측에서 발생하는 자속을 저감할 수 있어서 각진 통 모양의 이너 요크(2)의 두께를 얇게 할 수 있어서, 가동자(41)의 경량화를 도모하는 것이 가능하다. 따라서, 가동자(41)의 응답 속도를 높일 수 있다.
또한, 가동자의 이너 요크를 얇게 하는 방법으로서 자석의 극 피치를 작게 하는 수법이 있지만, 극 피치를 작게 한 경우에 종래의 전기자의 구조에서는 권선의 개소가 많아져서 형상이 대형화되는 경향이 있었지만, 제4의 실시형태와 관련된 전기자(4)에서는 극(極)마다 권선을 설치하지 않고 일괄하여서 권선(8a,8b)을 설치하기 때문에 자극 피치가 작아도 권선 구조가 복잡해지지 않으면서 간단하여 소형화가 용이하다.
또한, 제4의 실시형태와 관련된 리니어 모터(50)에서는 가동자(41)의 단면 형상을 사각형으로 하였기 때문에 자석을 네 면으로 분할해서 배치하는 것이 가능하며, 게다가 평판형상의 자석을 사용할 수 있다. 따라서, 원통형 리니어 모터에 비하여 사용할 자석의 선택을 포함한 제작 자유도가 매우 높고 우수한 강성을 갖는 가동자(41)의 제작도 용이하게 할 수 있다. 또한, 제1 단극 유닛(5A,5B) 및 제2 단극 유닛(6A,6B)의 본체의 변의 방향에 대하여 각 단극 유닛(5A,5B,6A,6B)의 개구부(5a,6b)의 변의 방향을 45도 기울인다. 따라서, 전기자(4)에서의 자속의 흐름이 원활해져 자기 포화가 일어나기 어렵다.
그리고, 각 5세트씩 합계 20개의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 순서대로 늘어놓는 구성으로 하였지만, 이것은 일예로 그 개수는 임의적이라도 좋다. 또한, 제1 단극 유닛(5A,5B), 제2 단극 유닛(6A,6B)을 교대로 2세트 배열하는 것으로 하였지만, 이것은 일예로서 그 세트 수가 임의적이라도 좋다. 또한, 권선(8a)에 정현파 타입의 전류, 권선(8b)에 여현파 타입의 전류를 각각 흐르도록 하였지만, 이것은 예시이며 권선(8a)과 권선(8b)에 전기각으로 90도 위상이 다른 전류를 흘리면 좋다. 예를 들면, 권선(8a), 권선(8b)로 통전하는 전류파형은 서로 전기각에서 90도 위상이 다른 직사각형파 타입 또는 사다리꼴파 타입이라도 좋다.
그런데, 2상 구동의 리니어 모터에 있어서는 추력 리플, 디텐트력이 커지는 문제가 종래부터 존재해 있으며, 제4의 실시형태에 있어서도 이 문제가 염려된다. 이하, 이 제4의 실시형태에서의 추력 리플 및 디텐트력를 저감하는 수법에 관하여 설명한다. 제4의 실시형태에서는 가동자(41)에서의 평판형상 자석의 배열 및 전기자(4)의 자극치(magnetic pole teeth)의 간격을 조정함으로써, 2상 구동 방식의 리니어 모터에서 문제가 되는 추력 리플, 디텐트력의 저감화를 도모한다.
2상 구동방식의 리니어 모터에서는 2차, 4차, 6차, 8차의 각 고조파 차수에 있어서 추력 리플, 디텐트력의 고조파 성분이 커진다. 따라서, 각 차수에서의 고조파 성분을 저감하는 방법에 관해서 각각 설명한다. 하기에 나타낸 예에서는 180도 위상이 벗어난 두 개의 정현파를 가산하면 서로 상쇄되어 180도 위상이 벗어난 두 개의 여현파를 가산하면 서로 상쇄되는 원리에 근거한다.
<2차 및 6차의 고조파 성분의 저감>
도14는 표준적인 전기자(4)의 단면도이다. 상술한 바와 같이(도12,13참조), 제1 단극 유닛(5A), 스페이서 유닛(11A), 제2 단극 유닛(6A), 스페이서 유닛(11C), 제1 단극 유닛(5B), 스페이서 유닛(11B), 제2 단극 유닛(6B)의 순으로 교대로 배열하여서 일체화하여 전기자(4)는 구성된다. 도14의 예에서는 세 장의 스페이서 유닛(11A,11B,11C)은 동일한 두께이며, 제1 단극 유닛(5A), 제2 단극 유닛(6A), 제1 단극 유닛(5B), 제2 단극 유닛(6B)은 균등하게 배치되어 있다. 그리고, 제1 단극 유닛(5A), 스페이서 유닛(11A) 및 제2 단극 유닛(6A)의 한 세트를 제1 블록(51)이라 하고, 제1 단극 유닛(5B), 스페이서 유닛(11B) 및 제2 단극 유닛(6B) 한 쌍을 제2 블록(52)이라 한다.
도15는 2차 및 6차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 전기자(4)의 단면도이다. 도15에서는, 도14에서와 같은 각 단극 유닛의 균등 배치에서 전기각 90도 만큼 넓힌다. 즉, 제1 블록(51)과 제2 블록(52)의 간격(제2 단극 유닛(6A)과 제1 단극 유닛(5B)의 간격)을 전기각 90도(계자 주기를 λ로 한 경우에 길이 λ/4)만큼 넓혀서 제1 단극 유닛(5A)과 제2 단극 유닛(6A) 사이, 및 제1 단극 유닛(5B)과 제2 단극 유닛(6B)와의 사이보다 넓게 한다. 이와 같은 구성은 도14에서 나타내는 예에 비하여 스페이서 유닛(11C)의 두께를 두껍게 함으로써(보다 두꺼운 스페이서 유닛(11C)을 이용함으로써) 용이하게 달성할 수 있다.
제1 블록(51)과 제2 블록(52) 사이에서 전기각 90도 만큼만 넓힘으로써 2차의 고조파에서는 180도(=90도×2)의 벗어남 발생하고, 제1 블록(51) 및 제2 블록(52) 사이의 가산으로 상쇄되기 때문에 2차의 고조파 성분은 저감한다. 또한, 6차의 고조파에서는 540도(=90도×6)의 벗어남이 발생하여서 블록 사이에서 상쇄되기 때문에 6차의 고조파 성분도 저감한다. 이와 같이 제1 블록(51)과 제2 블록(52)의 간격(자극치의 간격)을 조정함으로써 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 각 고조파 성분을 저감시킨다.
<4차의 고조파 성분의 저감>
도16은 4차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 가동자(41)의 사시도이다. 이너 요크(2)의 상측의 외측면(2a,2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 하측의 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와의 전기각 90도(길이λ/4)만큼 편위시킨 상태를 유지한 채로, 상측의 외측면(2a)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 마찬가지로 상측의 외측면(2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 전기각 45도(길이λ/8)만큼 편위시키면서 하측의 외측면(2c)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 마찬가지로 하측의 외측면(2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 전기각 45도(길이λ/8)만큼 편위시킨다.
서로 이웃하는 외측면 사이에서 평판형상 자석의 설치위치를 전기각 45도만큼만 편위시킴으로써 4차의 고조파에서는 180도(=45도×4)의 벗어남이 발생하여, 서로 이웃하는 외측면 사이의 가산으로 상쇄되기 때문에 4차의 고조파 성분은 저감한다. 이와 같이 이너 요크(2)의 각 외측면에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 조정함으로써 추력 리플, 디텐트력의 4차의 각 고조파 성분을 저감시킨다.
<8차의 고조파 성분의 저감>
도17은 8차의 고조파 성분을 저감하기 위한 수법을 설명하기 위한 전기자(4)의 단면도이다. 상술한 도15에서와 같은 스페이서 유닛(11C)의 두께의 조정을 수행한 뒤의 제1 블록(51) 및 제2 블록(52)의 무게중심 위치를 바꾸지 않으면서 제1 단극 유닛(5A)와 제2 단극 유닛(6A)의 사이, 및 제1 단극유닛(5B)와 제2 단극 유닛(6B) 사이를 각각 전기각 22.5도(길이λ/16)만큼만 확장해 있다(흰색 화살표 참조). 이와 같은 구성은 스페이서 유닛(11A,11B)의 두께를 두껍게 함으로써(보다 두꺼운 스페이서 유닛(11A,11B)를 이용함으로써) 용이하게 달성할 수 있다.
제1 단극 유닛과 제2 단극 유닛 사이를 전기각 22.5만큼만 넓힘으로써, 8차의 고조파에서는 180도(=22.5도×8)의 벗어남이 발생하고, 서로 이웃하는 단극 유닛 사이의 가산으로 상쇄되기 때문에 8차의 고조파 성분은 저감한다. 이와 같이 양 블록 내에서의 제1 단극 유닛, 제2 단극 유닛 사이의 간격(자극치의 간격)을 조정함으로써 추력 리플, 디텐트력의 8차의 각 고조파 성분을 저감시킨다.
그리고, 상술한 수법(제1 저감 수법)은 일예이며, 추력 리플, 디텐트력의 각 차의 고조파 성분을 저감하는 수법은 이에 한정되지 않으며 다른 수법을 이용해도 좋다. 각 차(次)의 고조파 성분의 다른 방법에 관해서 아래에서 설명한다.
(제2 저감수단)
이 수법에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 고조파 성분을 가동자의 자석 배열의 조정으로 저감시키고, 4차의 고조파 성분을 전기자의 양 블록 사이의 간격 조정으로 저감시켜, 8차의 고조파 성분을 각 블록 내에서의 제1 단극 유닛, 제2 단극 유닛 사이의 간격 조정으로 저감시키도록 한다.
(제3 저감수단)
이 수법에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 고조파 성분을 전기자의 양 블록간 간격의 조정으로 저감시켜서 4차의 고조파 성분을 각 블록 내에서의 제1 단극 유닛, 제2 단극 유닛 사이의 간격의 조정으로 저감시켜, 8차의 고조파 성분을 가동자의 자석 배열의 조정으로 저감시키도록 한다.
(제5의 실시형태)
제4의 실시형태에 있어서, 제3의 실시형태와 마찬가지로 가동자의 축방향으로 자화된 평판형상 자석(3b,3d)을 설치하지 않는 구성으로 해도 좋다.
즉, 가동자는 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크(2)의 각 외측면(2a-2d)에 2종류의 평판형상 자석(3a,3c)을 이 순서로 이너 요크(2)의 축방향(가동자의 이동방향)으로 교대로 설치시킨 구성을 이루며, 이너 요크(2)의 상측의 외측면(2a,2b)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치와, 이너 요크(2)의 하측의 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치는 2종류 한 세트의 평판형상 자석(3a,3c)의 길이의 1/4의 치수(계자 주기를 λ한 경우에 λ/4, 전기각으로 90도)만큼 편위해 있다.
또한 추력 리플, 디텐트력의 2차, 4차, 6차, 8차의 고조파 성분을 저감하기 위하여 전술한 제4의 실시형태와 마찬가지로 이너 요크(2)의 상측의 외측면(2a,2b)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치와, 하측의 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치와의 전기각 90도만큼 편위시킨 상태를 유지한 채로, 상측의 외측면(2a)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치와 마찬가지로 상측의 외측면(2b)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치를 소정의 전기각도 만큼(2차 및 6차에 관해서는 90도, 4차에 관해서는 45도, 8차에 관해서는 22.5도) 편위시키면서 하측의 외측면(2c)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치와 마찬가지로 하측의 외측면(2d)에서의 평판형상 자석(3a,3c)의 설치위치를 소정의 전기각도 만큼(2차 및 6차에 관해서는 90도, 4차에 관해서는 45도, 8차에 관해서는 22.5도) 편위시킨다.
그리고, 상술한 제4, 제5의 실시형태에 있어서도 제2의 실시형태와 같이 가동자(41)에서의 이너 요크(2)의 외측면의 두 개의 코너부에 연장시켜서 리니어 가이드 레일(12)(도7 참조)을 설치하고, 그리고 전기자(4)를 구성하는 제1 단극 유닛(5), 제2 단극 유닛(6)의 개구부에 리니어 가이드 레일(12)을 통과시키기 위한 절결(노치)을 설치하도록 구성해도 좋다.
아래에서, 본 발명자가 제작한 리니어모터의 구체적인 구성과 제작된 리니어 모터의 특성에 관해서 설명한다.
(제1의 실시형태에 따른 실시예)
우선, 리니어 모터에 사용되는 가동자(1)로서 도1에서와 같이 사각 통 형상의 이너 요크와 평판형상의 영구자석을 포함한 가동자를 제작하였다. 사용할 이너 요크(2)는 순수 철제의 사각 통 형상으로 그 외측형상은 22mm 각, 내측형상은 18mm각이다.
이와 같은 이너 요크(2)의 네 개의 외측면 각각에 4종류 한 세트의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 10세트만 이너 요크(2)의 축방향(가동자(1)의 이동방향)으로 배열하여 접착시켰다. 평판형상 자석(3a)은 길이10㎜, 폭22㎜, 높이4mm로 가동자(1)의 내측(이동방향 축 중심)에서 외측을 향하는 높이 방향으로 자화시킨 영구자석이며, 평판형상 자석(3c)은 길이10㎜, 폭22mm, 높이4mm로 가동자(1)의 외측에서 내측을 향하는 높이 방향으로 자화시킨 영구자석이다. 평판형상 자석(3a), 평판형상 자석(3c)의 자화방향은 높이방향(이너 요크(2)의 외측면에 수직인 방향)을 향해 있지만, 그 방향은 서로 반대방향이다(도1의 흰색 화살표 참조).
또한, 평판형상 자석(3b)은 길이 2mm, 폭 22mm, 높이 4mm로 가동자(1)의 평판형상 자석(3c)에서 평판형상 자석(3a)을 향하는 길이방향으로 자화시킨 영구자석이며, 평판형상 자석(3d)은 길이 2mm, 폭 22mm, 높이 4mm로 가동자(1)의 평판형상 자석(3c)에서 평판형상 자석(3a)을 향하는 길이방향으로 자화시킨 영구자석이다. 평판형상 자석(3b), 평판형상 자석(3d)의 자화방향은 길이방향(가동자의 이동방향)을 향해 있지만, 그 방향은 서로 반대 방향이다(도1의 화살표 참조 방향).
따라서, 이러한 10세트 40개의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)을 늘어 놓은 길이는 240mm(=(10mm+2mm+10mm+2mm)×10)이 된다. 이러한 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 서로 이웃하는 이너 요크(2)의 외측면 사이에서 평판형상 자석(3b) 또는 (3d)의 길이만큼만(2mm) 편위시킨다.
이어서, 전기자(4)를 제작하였다. 도18A에서 나타내는 형상을 이루는 전기자 소재를 0.5mm두께의 규소강판에서 16장 잘라내고, 잘라낸 이들 16장을 겹쳐서 접착하여, 두께 8mm의 제1 단극 유닛(5), 제2 단극 유닛(6)을 제작하였다(도2A, B참조). 또한, 도18B에서 나타내는 형상을 이루는 전기자 소재를 0.5mm 두께의 규소 강판에서 8장 잘라내고, 잘라낸 이들 8장을 겹쳐서 접착하여 두께 4mm의 스페이서 유닛(11)을 제작하였다(도2C 참조).
이와 같이 하여서 제작한 각 유닛을 제1 단극 유닛(5), 스페이서 유닛(11), 제2 단극 유닛(6), 스페이서 유닛(11), 제1 단극 유닛(5), 스페이서 유닛(11), 제2 단극 유닛(6)의 순서로 겹쳐서 단상의 유닛을 구성하였다(도3A 참조). 이 단상의 유닛의 두께는 44mm(=8mm×4+4mm×3)이다. 또한, 자극 피치는 12mm(=8mm+4mm)이다.
이 단상의 유닛에 대하여 구동 코일의 권선(8a), 권선(8b)으로서 네 구석의 간극 부분에 절연 확보를 위해 전기자 코어의 권선을 설치한 부분에 폴리이미드테이프를 감고, 그 위에 도선을 2개소에서 100회씩 감아 붙인다(도3B 참조). 그리고, 통전한 경우에 전류 방향이 반대가 되도록 직렬로 결선을 하였다.
이와 같이 하여서 제작한 전기자(4)를 3개 준비하고, 그 3개의 전기자(4)를 각각 20mm(=12mm×(1+2/3))만큼 간격을 두고 직선형상으로 나열하여, 중앙의 중공부에 가동자(1)를 삽입하고(도4참조), 가동자(1)가 전기자(4)에 접촉하는 일 없이 길이방향으로 이동할 수 있도록 테스트 벤치에 고정하였다.
3개의 전기자(4)에 감겨 있는 한 쌍의 구동 코일의 일단을 이어 붙이고, 타단에 3상 전원U,V,W상을 접속하는 스타결선으로 만들어 모터 콘트롤러에 접속하였다. 또한, 가동자(1) 선단 부분에 광학식 리니어 스케일을 접착하고 테스트벤치 고정측에 리니어 엔코더를 부착하여서 가동자(1)의 위치를 읽어내도록 하였다. 또한, 리니어 엔코더로 검출한 이 위치 신호를 상기 모터 콘트롤러로 출력하여서 가동자(1)의 위치를 제어하는 구성으로 하였다.
이와 같이 접속한 후, 구동 코일로 인가하는 구동전류를 바꿔서 가동자(1)의 추력을 측정하였다. 이때, 포스게이지를 가동자(1)에 눌러 붙이는 방법으로 추력을 측정하였다. 그 측정결과를 도19에 나타낸다. 도19의 횡축은 전기자 1상(相)당 구동전류의 실효값×코일의 감긴 수이다.
도19에서 나타내는 바와 같이 700N를 넘는 최대 추력이 얻어진다. 가동자(1)의 질량이 1.1kg이어서 추력/가동자 질량비는 637N/Kg이 된다. 700N의 추력이 얻어지는 방식에서의 종래의 리니어 모터(특개2002-359962호 공보)에서는 가동자의 질량이 3kg이상 필요하여서 그 추력/가동자 질량비는 233N/Kg이하이다. 본 발명의 리니어 모터에서는 종래의 리니어 모터에 비하여 동일한 출력을 얻기 위해 가동자의 질량을 1/3정도까지 저감할 수 있다. 이와 같이 본 발명에서는 가공기 등에서의 고속 처리에 상당이 효과가 있는 리니어 모터를 제공할 수 있다.
(제4의 실시형태에 의한 실시예)
하나의 코어 유닛에서 2상 구동을 행하는 제4의 실시형태의 실시예에 관하여 설명한다. 도20A,20B,20C는 각각 가동자(41)를 전기자(4)에 관통시킨 상태를 나타내는 상면도, 측면도, 단면도이다. 이 실시예에서는 제2의 실시형태에서 설명한 리니어 가이드 레일(12), 리니어 가이드 슬라이더(13) 및 가동자 지지 프레임(14)을 구비한다.
우선, 리니어 모터에 사용되는 가동자(41)로서 도11에서 나타내는 사각 통 형상의 이너 요크와 평판형상의 영구자석을 포함한 가동자를 제작하였다. 사용하는 이너 요크(2)는 순 철제의 사각 통 모양이며, 그 외측형상은 32mm 각, 내측형상은 26mm 각이다.
이와 같은 이너 요크(2)의 네 개의 외측면(2a-2d) 각각에 4종류 한 세트의 평판형상(3a,3b,3c,3d)을 복수 세트의 이너 요크(2)의 축방향(가동자(41)의 이동방향)으로 배열하여 접착시켰다. 평판형상 자석(3a)은 길이 10mm, 폭 25mm, 높이 4mm로 가동자(41)의 내측(이동방향 축 중심)에서 외측을 향하는 높이 방향으로 자화시킨 영구자석이며, 평판형상 자석(3c)은 길이 10mm, 폭 25mm, 높이 4mm로 가동자(41)의 외측에서 내측을 향하는 높이 방향으로 자화시킨 영구자석이다. 평판형상 자석(3a), 평판형상 자석(3c)의 자화방향은 높이 방향(이너 요크(2)의 외측면에 수직인 방향)을 향해 있지만, 그 방향은 서로 반대방향이다(도11의 화살표 부호 참조).
또한, 평판형상 자석(3b)은 길이 2mm, 폭 25mm, 높이 4mm로 가동자(41)의 평판형상 자석(3c)에서 평판형상 자석(3a)을 향하는 길이방향으로 자화시킨 영구자석이며, 평판형상 자석(3d)은 길이 2mm, 폭 25mm, 높이 4mm로 가동자(41)의 평판형상 자석(3c)에서 평판형상 자석(3a)을 향하는 길이방향으로 자화시킨 영구자석이다. 평판형상 자석(3b), 평판형상 자석(3d)의 자화방향은 길이방향(가동자(41)의 이동방향)을 향해 있지만, 그 방향은 서로 반대방향이다(도11의 흰색 화살표 참조).
이너 요크(2)의 상측의 서로 이웃하는 외측면(2a,2b)에서의 이들 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 이너 요크(2)의 하측의 서로 이웃하는 외측면(2c,2d)에서의 이들 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는, 가동자(41)의 이동방향(축방향)으로 6mm만큼 편위해 있다. 4종류 한 세트의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 길이의 합계는 24mm이며, 이 6mm만큼의 편위는 계자주기(λ)인 자석 배열 주기 24mm의 1/4치수(λ/4:전기각 90도분)의 편위(偏位)에 해당한다.
또한, 상측의 외측면(2a)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와, 마찬가지로 상측의 외측면(2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는 가동자(41)의 이동방향으로 3mm만큼 편위해 있으며, 하측의 외측면(2c)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와, 마찬가지로 하측의 외측면(2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치는 가동자(41)의 이동방향으로 3mm만큼 편위해 있다. 이 3mm만큼의 편위는 도16에 의해 설명되는 전기각 45도 만큼(계자주기(λ)24mm의 1/8의 치수 λ/80)의 편위에 해당한다. 이상과 같이 하여서 길이 141mm, 폭 25mm, 높이 4mm의 가동자(41)를 제작하였다.
이어서, 전기자(4)를 제작하였다. 도21A에서 나타내는 바와 같은 형상을 이루는 전기자 소재를 0.5mm 두께의 규소 강판에서 잘라내고, 잘라낸 이들 20장을 겹쳐서 접착하여, 두께 10mm의 제1 단극 유닛(5)(5A,5B), 제2 단극 유닛(6)(6A,6B)을 제작하였다. 또한, 도21B에서 나타내는 바와 같은 형상을 이루는 전기자 소재를 0.5mm의 두께의 규소강판에서 잘라내고, 잘라낸 7장을 겹쳐서 접착하여 두께 3.5mm의 두 개의 스페이서 유닛(11)(스페이서 유닛11A, 11B)을 제작하면서, 잘라낸 13장을 겹쳐서 접착한 두께 6.5mm의 한 개의 스페이서 유닛(11)(스페이서 유닛(11C))을 제작하였다.
이와 같이 해서 제작한 각 유닛을 제1 단극 유닛(5A), 스페이서 유닛(11A), 제2 단극 유닛(6A), 스페이서 유닛(11C), 제1 단극 유닛(5B), 스페이서 유닛(11B), 제2 단극 유닛(6B)의 순으로 겹쳐서 길이 80mm, 폭 80mm, 높이 53,5mm(=10mm×4+3.5mm×2+6.5mm×1)의 코어 유닛을 구성하였다. 그리고, 이와 같은 각 스페이서 유닛(11A,11B,11C)의 두께는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차, 8차의 각 고조파 성분을 저감하기 위해 도15, 도17에 의해 설명된 자극치의 간격을 조정학 위해 적절하게 설정된다.
도22에 이 제1 저감 수법에 따른 코어유닛의 단면도를 나타낸다. 이 예에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차, 6차의 고조파 성분을 저감하가 위하여 양 블록(51,52)간의 간격을 계자 주기λ(=24mm)로 한 경우의 λ/4(전기각 90도)에 상당하는 6mm만큼 넓히고, 또한 8차의 고조파 성분을 저감하기 위해 각 블록(51,52)내에서의 제1 단극 유닛(5A)과 제2 단극 유닛(6A)의 간격 및 제1 단극 유닛(5B)과 제2 단극 유닛(6B)의 간격(자극치의 간격)을 λ/16(전기각 22.5도)에 상당하는 1.5mm만큼 넓힌다. 이 결과, 기본의 스페이서 유닛의 두께를 2mm로 하여서 스페이서 유닛(11A, 11B)의 두께는 3.5mm, 스페이서 유닛(11C)의 두께는 6.5mm로 설정된다.
이 코어 유닛에 대하여 구동 코일의 권선(8a), 권선(8b)로서 네 구석의 간극 부분에 절연 확보를 위한 전기자 코어의 권선을 시행하는 부분에 폴리이미드 테이프를 감고 그 위에 도선을 두 곳에 100회씩 감아 붙인다. 그리고, 이들의 권선(8a), 권선(8b)에는 각각 정현파 타입의 구동 전류, 여현파 타입의 구동전류를 인가한다.
이와 같은 전기자의 두 개의 구동 코일을 2상 구동용 모터 콘트롤러에 접속하고, 가동자의 선단에 위치 센서를 부착하여서 2상 구동용 모터 콘트롤러에 위치 신호를 입력시켜 리니어 모터의 추력 특성을 측정하였다. 그 측정 결과를 도23에서 나타낸다. 도23의 횡축은 구동전류의 실효값×코일의 감긴 수이다.
도23에서 나타내는 바와 같이 추력과 구동전류가 비례하는 범위에서 160N 정도의 추력이 얻어지며, 또한 200N이상의 최대 추력이 얻어진다. 이와 같은 우수한 특성을 제4의 실시형태에서는 전체 길이가 겨우 65mm정도인 전기자로 달성된다.
종래예인 상(相) 독립형의 리니어 모터(특개2008-228545호 공보), 또는 전술한 3상 구동형의 리니어 모터에서, 이 제4의 실시형태와 같은 정도의 추력 특성을 얻기 위해서는 전체 길이 150mm정도의 전기자 길이가 필요하며, 제4의 실시형태에서는 반 이하의 길이의 단축화가 실현된다. 제4의 실시형태와 관련된 리니어 모터는 이상과 같이 소형화 및 공간 절약화를 도모할 수 있어서, X-Y-Z축 3축 구동 스테이지와 같이 겹쳐 사용하는 용도에 가장 적합한 리니어 모터이다.
(제2 저감수법에서의 실시예)
이 제2 저감수법에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 고조파 성분을 가동자(41)의 자석 배열의 조정으로 저감시켜, 4차의 고조파 성분을 전기자(4)의 양 블록(51,52)간의 간격 조정으로 저감시키고, 8차의 고조파 성분을 블록(51)내에서의 제1 단극 유닛(5A), 제2 단극 유닛(6A)간의 간격 및 블록(52) 내에서의 제1 단극 유닛(5B), 제2 단극 유닛(6B)간의 간격 조정으로 저감시킨다.
이너 요크(2)의 상측의 서로 이웃하는 외측면(2a,2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 이너 요크(2)의 하측의 서로 이웃하는 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를, 가동자(41)의 이동방향(축방향)으로 6mm(λ/4: 전기각 90도)만큼 편위시킨 뒤에 상측의 외측면(2a)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 마찬가지로 상측의 외측면(2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를, 가동자(41)의 이동방향으로 6mm(λ/4: 전기각 90도분)만큼 편위시켜, 하측의 외측면(2c)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 마찬가지로 하측의 외측면(2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를, 가동자(41)의 이동방향으로 6mm(λ/4: 전기각 90도분)만큼 편위시킨다.
도24는 제2 저감 수법에 따른 코어 유닛의 단면도를 나타낸다. 이 예에서는 추력리플, 디텐트력의 4차의 고조파 성분을 저감하기 위해 양 블록(51,52)간의 간격을 계자 주기λ(=24mm)로 한 경우의 λ/8(전기각 45도)에 상당하는 3mm만큼 넓히고, 또한 8차의 고조파 성분을 저감하기 위해 각 블록(51,52)내에서의 제1 단극 유닛(5A)과 제2 단극 유닛(6A)의 간격 및 제1 단극 유닛(5B)과 제2 단극 유닛(6B)의 간격(자극치의 간격)을 λ/16(전기각 22.5도)에 상당하는 1.5mm만큼 넓힌다. 이 결과, 자극치의 간격을 균등하게 1.5mm만큼 넓힌 것이 된다. 이 코어 유닛에서는 각 스페이서 유닛(11A,11B,11C)의 두께가 모두 3.5mm이고, 코어 유닛 전체의 높이는 50.5mm(=10mm×4+3.5mm×3)이 된다.
(제3 저감수법에서의 실시예)
이 수법에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 고조파 성분을 전기자(4)의 양 블록(51,52)간의 간격 조정으로 저감시켜, 4차의 고조파 성분을 블록(51)내에서의 제1 단극 유닛(5A), 제2 단극 유닛(6A)간의 간격 및 블록(52)내에서의 제1 단극 유닛(5B), 제2 단극 유닛(6B)간의 간격 조정으로 저감시키고, 8차의 고조파 성분을 가동자(41)의 자석 배열의 조정으로 저감시킨다.
도25는 제3 저감수법에 따른 코어 유닛의 단면도를 나타낸다. 이 예에서는 추력 리플, 디텐트력의 2차 및 6차의 고조파 성분을 저감하기 위해 양 블록(51,52)간의 간격을 계자 주기λ(=24mm)로 한 경우의 λ/4(전기각 90도)에 상당하는 6mm만큼 넓히고, 또한 4차의 고조파 성분을 저감하기 위해 각 블록(51,52)내에서의 제1 단극 유닛(5A)과 제2 단극 유닛(6A)의 간격 및 제1 단극 유닛(5B)과 제2 단극 유닛(6B)의 간격(자극치의 간격)을 λ/8(전기각 45도)에 상당하는 3mm만큼 넓힌다. 이 결과, 자극치의 간격을 균등하게 3mm만큼 넓힌 것이 된다. 이 코어 유닛에서는 각 스페이서 유닛(11A,11B,11C)의 두께가 모두 5mm이며, 코어 유닛 전체의 높이는 55mm(=10mm×4+5mm×3)이 된다.
또한, 이너 요크(2)의 상측의 서로 이웃하는 외측면(2a,2b)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 이너 요크(2)의 하측의 서로 이웃하는 외측면(2c,2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를, 가동자(41)의 이동방향(축방향)으로 6mm(λ/4: 전기각 90도)만큼 편위시킨 뒤에 상측의 외측면(2a)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와 마찬가지로 상측의 외측면(2b)에서의 평판형상 작성의 설치위치를 가동자(41)의 이동방향으로 1.5mm(λ/16:전기각 22.5도)만큼 편위시켜, 하측의 외측면(2c)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치와, 마찬가지로 하측의 외측면(2d)에서의 평판형상 자석(3a,3b,3c,3d)의 설치위치를 가동자(41)의 이동방향으로 1.5mm(λ/16:전기각 22.5도)만큼 편위시킨다.
(제5의 실시형태에 의한 실시예)
전술한 제4의 실시형태에 의한 실시예와 마찬가지로 제작된 전기자(2)의 두 개의 구동 코일을 2상 구동용 모터 콘트롤러에 접속하고, 가동자의 선단에 위치센서를 부착하여서 2상 구동용 모터 콘트롤러에 위치신호를 입력시켜 리니어 모터의 추력 특성을 측정하였다. 그 측정결과를 도26에서 나타낸다. 도26의 횡축은 구동전류의 실효값×코일의 감긴 수이다.
도26에서와 같이 추력과 구동전류가 비례하는 범위에서 140N정도의 출력이 얻어진다. 이 추력의 수치는 제4의 실시형태에 따른 실시예(160N정도)와 비교하면, 가동자의 축방향으로 자화된 평판형상 자석을 설치하지 않은 정도만큼 조금 낮아져 있다. 다만, 상(相) 독립형의 리니어 모터 또는 3상 구동형의 리니어 모터에 비하여 길이의 단축화를 실현할 수 있어서, 소형화 및 공간 절약을 도모할 수 있다.
1, 21, 31, 41; 가동자
2; 이너 요크
2a,2b,2c,2d; 외측면
3a; 평판형상 자석(이너 요크의 외측면에 수직으로 내측에서 외측으로 자화한 자석: 제1 평판형상 자석)
3b; 평판형상 자석(이너 요크의 축방향으로 자화한 자석)
3c; 평판형상 자석(이너 요크의 외측면에 수직으로 외측에서 내측으로 자화한 자석: 제2 평판형상 자석)
3d; 평판형상 자석(이너 요크의 축방향으로 자화한 자석)
4; 전기자
5,5A,5B; 제1 단극 유닛
6,6A,6B; 제2 단극 유닛
5a,6a; 개구부
5b,6b; 요크부
5c,6c; 코어부
7a,7b,7c,7d; 간극(틈새)부분
8a,8b; 권선
9; 중공부
10,30,50; 리니어 모터
11,11A,11B,11C; 스페이서 유닛
12; 리니어 가이드 레일
13; 리니어 가이드 슬라이더
14; 가동자 지지 프레임

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크의 4면의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석으로서, 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있으며, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치와, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가, 하나의 상기 제1 평판형상 자석 및 하나의 상기 제2 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4만큼 편위해 있는 가동자를,
    각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 설치한 요크부, 및 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제1 단극 유닛과, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 상기 제1 단극 유닛의 코어부를 90도 회전시킨 위치에 설치되어 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제2 단극 유닛을 교대로 겹쳐서 이루며, 상기 제1 단극 유닛의 복수의 코어부 또는 상기 제2 단극 유닛의 복수의 코어부 중 두 곳에 제1의 권선 및 제2의 권선을 설치해 둔 전기자의 상기 제1 단극 유닛의 개구부 및 상기 제2 단극 유닛의 개구부에, 상기 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제1의 권선에 대향하고, 상기 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제2의 권선에 대향하도록 관통시켜 두고,
    상기 제1의 권선과 상기 제2의 권선에 전기각으로 90도 위상이 다른 전류를 인가하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  7. 연질 자성체로 만들어진 사각 통 형상의 이너 요크의 4면의 외측면에 복수의 평판형상의 영구자석으로서, 상기 이너 요크의 외측면에 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 축방향으로 자화한 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 각각의 외측면에서 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배열되어 있으며, 상기 수직인 방향으로 자화한 평판형상 자석은 상기 이너 요크의 내측에서 외측을 향하는 방향으로 자화한 제1 평판형상 자석과 상기 이너 요크의 외측에서 내측을 향하는 방향으로 자화한 제2 평판형상 자석이 상기 이너 요크의 축방향으로 교대로 배치되어 있으며, 상기 축방향으로 자화한 평판형상 자석은 서로 이웃하는 상기 제2 평판형상 자석에서 서로 이웃하는 상기 제1 평판형상 자석을 향하는 방향으로 자화해 있으며, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치와, 상기 이너 요크의 서로 이웃하는 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가, 하나의 상기 제1 평판형상 자석, 하나의 상기 제2 평판형상 자석, 및 축방향으로 자화한 두 개의 상기 평판형상 자석의 합계 길이의 1/4만큼 편위해 있는 가동자를,
    각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제1 단극 유닛과, 각형의 개구부, 그 개구부의 외측에 배치한 요크부, 및 상기 제1 단극 유닛의 코어부를 90도 회전시킨 위치에 설치되어, 그 요크부에서 상기 개구부를 향하는 방향으로 연장 설치시킨 코어부를 갖는 연질 자성체로 만들어진 제2 단극 유닛을 교대로 겹쳐서 이루며, 상기 제1 단극 유닛의 복수의 코어부 또는 상기 제2 단극 유닛의 복수의 코어부 중 두 곳에 제1의 권선 및 제2의 권선을 설치해 둔 전기자의 상기 제1 단극 유닛의 개구부 및 상기 제2 단극 유닛의 개구부에 상기 한쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제1의 권선에 대향하고, 상기 다른 쪽의 두 면의 외측면에서의 상기 복수의 평판형상의 영구자석이 상기 제2의 권선에 대향하도록 관통시켜 두고,
    상기 제1의 권선과 상기 제2의 권선에 전기각으로 90도 위상이 다른 전류를 인가하도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 한쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 편위해 있으며, 상기 다른 쪽의 두 면의 외측면들 사이에서 상기 복수의 평판형상의 영구자석의 설치위치가 편위해 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  9. 제7항에 있어서, 서로 이웃하는 상기 제1 단극 유닛과, 상기 제2 단극 유닛의 간격을 조정해 두는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 이너 요크는 사각 통 형상으로서, 상기 개구부는 사각형상이고, 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛은 사각형상이며, 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 변 방향과 상기 개구부의 변 방향이 45도의 각도를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 항에 있어서, 서로 겹치는 상기 제1 단극 유닛과 상기 제2 단극 유닛 사이에, 상기 제1 단극 유닛 및 제2 단극 유닛의 코어부끼리가 접촉하지 않도록 연질 자성체로 만든 스페이서를 끼워 두는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
KR1020117017534A 2009-01-23 2010-01-22 가동자 및 리니어 모터 KR101652842B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2009-013259 2009-01-23
JP2009013259 2009-01-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110107352A KR20110107352A (ko) 2011-09-30
KR101652842B1 true KR101652842B1 (ko) 2016-09-09

Family

ID=42355992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117017534A KR101652842B1 (ko) 2009-01-23 2010-01-22 가동자 및 리니어 모터

Country Status (7)

Country Link
US (2) US8723376B2 (ko)
EP (1) EP2390991B1 (ko)
JP (1) JP5510338B2 (ko)
KR (1) KR101652842B1 (ko)
CN (1) CN102292900B (ko)
TW (1) TWI460966B (ko)
WO (1) WO2010084940A1 (ko)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI500241B (zh) * 2012-02-16 2015-09-11 Hitachi Metals Ltd 線性馬達
DE202012013152U1 (de) * 2012-03-27 2015-02-11 Beckhoff Automation Gmbh Statorvorrichtung für einen Linearmotor und lineares Transportsystem
DE102012204916A1 (de) 2012-03-27 2013-10-02 Beckhoff Automation Gmbh Statorvorrichtung für einen Linearmotor und lineares Transportsystem
DE102012204917A1 (de) 2012-03-27 2013-10-02 Beckhoff Automation Gmbh Positionserfassungsvorrichtung und Verfahren zum Erfassen einer Position eines beweglichen Elements einer Antriebsvorrichtung
TWI487250B (zh) * 2013-04-08 2015-06-01 Delta Electronics Inc 軸式線性馬達
CA2831197A1 (en) * 2013-10-28 2015-04-28 Patrick Mcfadden Electric linear actuator
GB2539618B (en) * 2014-03-28 2021-02-10 Hitachi Metals Ltd Actuator, mover, and armature
JP6353771B2 (ja) * 2014-11-25 2018-07-04 株式会社日立製作所 リニアモータ及びリニアモータを搭載した圧縮機
US10651718B2 (en) 2015-07-20 2020-05-12 Motx Ltd. Transverse flux linear motor
JPWO2017025998A1 (ja) * 2015-08-07 2018-03-01 株式会社日立製作所 リニアモータ及びリニアモータを備える機器
CN106961200B (zh) * 2016-01-11 2023-07-18 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 一种直线电机及压缩机
JP6586027B2 (ja) * 2016-02-16 2019-10-02 株式会社日立製作所 リニアモータおよび遮断装置
TWI664795B (zh) * 2017-03-24 2019-07-01 日商日立金屬股份有限公司 Linear motor
CN107425629B (zh) * 2017-05-27 2020-01-10 南京航空航天大学 一种永磁电机转子
JP6885214B2 (ja) * 2017-06-21 2021-06-09 株式会社デンソー モータ制御装置及びモータシステム
CN109510428A (zh) * 2018-10-17 2019-03-22 南方电机科技有限公司 一种线性电机及自动化设备
JP7335854B2 (ja) * 2020-06-15 2023-08-30 株式会社神戸製鋼所 直動電動機
JP7491138B2 (ja) * 2020-08-21 2024-05-28 富士電機株式会社 永久磁石界磁、製造方法、リニアモータ
CN114221514B (zh) * 2021-12-10 2024-04-12 沈阳工业大学 一种多边形永磁直线电动机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070226A (ja) * 2001-08-23 2003-03-07 Shin Etsu Chem Co Ltd リニア同期モータ
JP2005287185A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Hitachi Ltd リニアモータ
JP2008199726A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Jtekt Corp リニアモータおよびそれを備えた工具移動装置

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4760294A (en) 1982-09-13 1988-07-26 Hansen Thomas C Linear motor with independently controlled coils
US4945268A (en) * 1987-12-26 1990-07-31 Hitachi, Ltd. Permanent magnet type linear pulse motor
US4945269A (en) * 1989-01-26 1990-07-31 Science Applications International Corporation Reciprocating electromagnetic actuator
JP3220537B2 (ja) * 1992-12-21 2001-10-22 オリエンタルモーター株式会社 リニアパルスモータ
JPH08275495A (ja) 1995-03-31 1996-10-18 Minolta Co Ltd リニアモータ
JP4434383B2 (ja) 1999-10-20 2010-03-17 株式会社安川電機 リニアモータ
JP3862927B2 (ja) 2000-03-31 2006-12-27 山洋電気株式会社 シリンダ型リニア同期モータ
JP3945149B2 (ja) 2000-11-06 2007-07-18 株式会社日立製作所 リニアモータとその製造方法
JP3861593B2 (ja) * 2000-12-11 2006-12-20 株式会社日立製作所 リニアモータ
JP2002325421A (ja) * 2001-02-23 2002-11-08 Canon Inc リニアモータ、およびこれを用いたステージ装置、露光装置ならびにデバイス製造方法
JP3717436B2 (ja) 2001-03-30 2005-11-16 山洋電気株式会社 シリンダ型リニア同期モータ
JP4788986B2 (ja) * 2001-05-10 2011-10-05 Ｓｍｃ株式会社 リニアモータ
JP4647145B2 (ja) 2001-07-10 2011-03-09 山洋電気株式会社 シリンダ型リニア同期モータ
EP1300932B1 (en) * 2001-10-05 2013-12-18 Canon Kabushiki Kaisha Linear motor, stage apparatus, and exposure apparatus
KR100440389B1 (ko) * 2001-12-26 2004-07-14 한국전기연구원 2상 횡자속형 영구자석 여자 선형 전동기
JP3616058B2 (ja) * 2002-01-25 2005-02-02 山崎 恒彦 リニアモータ
JP3846781B2 (ja) 2002-02-18 2006-11-15 株式会社日立製作所 リニアアクチュエータ
JP2003274630A (ja) * 2002-03-13 2003-09-26 Shin Etsu Chem Co Ltd リニアモータ
JP2004153896A (ja) * 2002-10-29 2004-05-27 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd リニアアクチュエータ
TWM243846U (en) * 2003-03-26 2004-09-11 C Tek Technology Corp Stator structure improvement of linear motor
KR100518780B1 (ko) * 2003-07-16 2005-10-06 학교법인 한양학원 선형 엑츄에이터를 위한 가동자
JP4603316B2 (ja) * 2003-08-27 2010-12-22 山洋電気株式会社 シリンダ型リニアモータ用可動子
JP4089597B2 (ja) * 2003-11-18 2008-05-28 株式会社日立製作所 リニアモータ及びｘｙステージ
JP4522106B2 (ja) 2004-02-04 2010-08-11 山洋電気株式会社 リニアモータ
JP4551684B2 (ja) 2004-03-31 2010-09-29 山洋電気株式会社 シリンダ型リニアモータ
JP4264021B2 (ja) 2004-04-05 2009-05-13 山洋電気株式会社 シリンダ形リニア同期モータ
JP2006034017A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Shin Etsu Chem Co Ltd 工作機械用リニアモータ
DE112006002849T5 (de) * 2005-10-21 2008-09-25 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki, Kitakyushu Zylindrischer Linearmotor
JP4925720B2 (ja) 2006-05-18 2012-05-09 山洋電気株式会社 リニアモータ用可動子
JP2008220020A (ja) 2007-03-02 2008-09-18 Jtekt Corp 可動磁石型リニアモータ
JP5292707B2 (ja) 2007-03-06 2013-09-18 株式会社ジェイテクト 可動磁石型リニアモータ
JP2008228545A (ja) * 2007-03-16 2008-09-25 Jtekt Corp 可動磁石型リニアモータ
US7830046B2 (en) * 2007-03-16 2010-11-09 Nikon Corporation Damper for a stage assembly
JP5390109B2 (ja) 2007-04-05 2014-01-15 株式会社ワコー技研 リニアモータの原点設定方法
EP2360817B1 (en) * 2008-11-18 2018-10-24 Hitachi Metals, Ltd. Movable element, armature, and linear motor
JP5484861B2 (ja) * 2009-01-07 2014-05-07 山洋電気株式会社 リニアモータ
JP5525408B2 (ja) * 2009-11-09 2014-06-18 山洋電気株式会社 電気機械装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070226A (ja) * 2001-08-23 2003-03-07 Shin Etsu Chem Co Ltd リニア同期モータ
JP2005287185A (ja) 2004-03-30 2005-10-13 Hitachi Ltd リニアモータ
JP2008199726A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Jtekt Corp リニアモータおよびそれを備えた工具移動装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5510338B2 (ja) 2014-06-04
CN102292900B (zh) 2014-01-01
EP2390991A1 (en) 2011-11-30
TWI460966B (zh) 2014-11-11
KR20110107352A (ko) 2011-09-30
EP2390991A4 (en) 2017-08-09
US20110278958A1 (en) 2011-11-17
WO2010084940A1 (ja) 2010-07-29
JPWO2010084940A1 (ja) 2012-07-19
TW201041274A (en) 2010-11-16
US8723376B2 (en) 2014-05-13
US20140225459A1 (en) 2014-08-14
EP2390991B1 (en) 2018-09-26
CN102292900A (zh) 2011-12-21
US9071124B2 (en) 2015-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101652842B1 (ko) 가동자 및 리니어 모터
EP1178589B1 (en) Linear motor and production method therefor
TWI519043B (zh) 線性馬達
KR101657276B1 (ko) 가동자, 전기자 및 리니어모터
US7696654B2 (en) Linear motor not requiring yoke
JPH11299216A (ja) スロット無しのリニアモータ及びその製造方法
JP2010141978A (ja) 推力発生機構
TWI513150B (zh) 線性馬達
JP2004297977A (ja) リニアモータ
JP2013034385A (ja) 推力発生機構
JP5345047B2 (ja) リニアモータ
JP6036221B2 (ja) リニアモータ
JP2002101636A (ja) リニアモータ
JP2004056864A (ja) リニアモータ
JP2003134791A (ja) 永久磁石形同期リニアモータ
JP4988233B2 (ja) リニアモータ
JP2017118803A (ja) リニアモータ及び電機子
TW201301718A (zh) 線性馬達
JP2011193553A (ja) ２自由度コアレスリニアモータ
JP6197346B2 (ja) リニアモータ
JP2008099379A (ja) 薄型リニアモータ
JP2000134903A (ja) モータおよびステージ装置
JP2003088087A (ja) リニアモータ
JPH09224363A (ja) 単極形リニア直流モータ
GB2539618A (en) Actuator, moving element, and armature

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant