WO2001099261A1 - Moteur lineaire - Google Patents

Description

明細書

リニアモータ

[技術分野]

本 明は、 推力リプノレゃ可動子のョーィング、 ピツチングの小さいことが要求 される一定速送り用や、 高速位置決め用のリユアモータに関するものである。

[背景技術]

従来のリユアモータには、 集中卷の電機子コイルを重ねずに配置したものがあ るが、 これらはコギンダカが発生しないために、 速度リプルの小さいことが要求 される用途に適している。 また、 集中卷にしたコイルを重ねずに配置する簡単な 構造であるため絶縁が容易であり、 2 0 0 Vといった電圧の用途にも適用が可能 となっている。

従来のリエアモータを図 9ないし図 1 1に示す。 図 9は、 リニアモータの可動 子の進行方向から見た正断面図、 図 1 0は図 9における A— A線に沿う平断面図、 図 1 1は電機子部を示す側面図である。

図 9ないし図 1 1において、 リニアモータ 1は、 可動部 2と固定部 3とから構 成されている。 可動部 2は、 いわゆるコアレスタイプの電機子部 4と、 前記電機 子部 4を取り付けた電機子部支持体 5とからなっている。 前記電機子部 4は、 複 数個、 例えば 6個の集中卷にした電機子コイル 6を進行方向に一列に配置し、 樹 脂 7でモールドして構成している。

また、 前記電機子コイル 6は、 3相 3コイル 4極を基本構成としており、 電機 子コイル 6のコイルピッチ P cは、 4 Z 3 X P mとなってレヽる。 6個の電機子コ ィル 6は紙面上において左から U、 W、 V相の順に並べられている。

前記集中卷の電機子コイル 6の形状は、 図 1 1に示すように、 2次側部 8 a、 8 bと対向した主に推力を発生する 2つのコイル辺 6が平行した形状となって いる。 そして、 これらの 6個の電機子コイル 6を進行方向に一列に配置している。 また、 固定部 3は、 永久磁石からなるいわゆる界磁極としての 2次側部 8 a、 8 bと、 前記 2次 fiU部 8 a、 8 bを取り付けたいわゆるバックヨークとしての 2 次側部支持体 9 a、 9 bとを有している。 前記 2火側部 8 a、 8 bを構成する永 久磁石は、 隣接する永久磁石と異極になるように P mピッチごとに配置され、 ま た、 対向する永久磁石どうしが異極になるように並べて配置されている。 なお、 前記 2次側部 8 a、 8 bと前記電機子部 4は、 互いに向カ 、合つて進行方向に平 行に配置され、 2つの 2次側部支持体 9 a、 9 bは、 支持部材 1 0によつて連結 して支持されている。

しかしながら、 従来技術では次のような問題があった。

(1) 異相の電機子コイルが隣接するため、 2 0 O Vといった高電圧で使用する場 合、 絶縁不良を起こす恐れがある。

(2) 絶縁性を上げるためには、 電機子コイル間に絶縁物を挿入する必要があり、 組立に手間がかかって、 製造コストが高くなる。

(3) 集中巻の電機子コイルを用いているため、 推力リプルが発生する。

[発明の開示]

本 明は、 このような問題を解消するためになされたもので、 電機子コイル間 の絶縁が良好で、 組立て易く、 かつ推力リプルが非常に小さいリユアモータを提 供することを目的とするものである。

上!?問題を解決するため、 本発明は、 複数の界磁極からなる 2火側部を取り付 けた 2次側部支持体と、 前記 27火側部に空隙を介して対向するとともに、 複数個 の集中卷した電機子コィルを有する電機子部を取り付けた電機子部支持体とを 有し、 前記 2次側部と前記電機子部とが、 互いに向カゝぃ合って進行方向に平行に 配置されてレヽるリエアモータにおレ、て、 前記 2次側部の界磁極を、 P mピッチご とに隣と異極になるように可動部の進行方向に配置するとともに、 前記複数個の 電機子コイルを、 P cピッチごとに可動部の進行方向に並べて配置し、 前記コィ ルピッチ P cを、 P c = 5 / 3 X P m としたものである。

以上述べたように、 本発明によれば次のような効果がある。

(1) 集中卷にした電機子コイルを、 所定の間隔を離して配置しているので、 2 0 0 Vの高電圧仕様においても、 十分な絶縁ができる。

(2) 電機子コイル間に絶縁物を挿入する必要がなく、 ，祖立てが簡単であり、 製造 コストを低減することができる。

(3) 電機子部の左右両面に電機子コイルをずらして配置しているので、 相帯を分 布させることができ、 永久磁石などの界磁極の磁化のバラツキや位置ずれに よる推カリプルを低減することができる。

[図面の簡単な説明]

図 1は、 本発明の第 1の実施例を示すコイル配置図である。 図 2は、 1個の電 機子コイルにおける、 コイル幅 W c Z磁石ピッチ P mに対する卷線係数と損失の 関係を示すダラフである。 図 3は、 本発明の第 2の実施例におけるリユアモータ の正断面図である。 図 4は、 本発明の第 2の実施例を示すコイル配置図である。 図 5は、 本発明の第 3の実施例を示すコイル配置図である。 図 6は、 本発明の第 4の実施例を示すコイル配置図である。 図 7は、 本発明の第 5の実施例を示すコ ィル配置図である。 図 8は、 本発明の第 5の実施例を示すコイル配置図である。 図 9は、 従来技術におけるリニアモータを示す正断面図である。 図 1 0は、 図 8 における A _ A,線に沿う平断面図である。 図 1 1は、 従来技^ におけるコィノレ酉己 置図である。

■ [発明を実施するための最良の形態]

以下、 本発明の実施例を図に基づいて説明する。

なお、 本発明におけるリニアモータの基本構造は、 電機子部を除き、 従来技術 におけるリニアモータの構造と略同じであり、 図 9ないし図 1 1と同一もしくは '相当する部材は、 同一符号を付し説明を省略する。

[第 1の実施例]

図 1は本発明の第 1の実施例における電機子コイルの配置を示す電機子部の 側面図である。

図 1に示すように、 電機子部 4は、 進行方向に一列に配備した集中巻の電機子 コイル 6を樹脂 7でモールドして構成している。 前記電機子コィノレ 6は、 3相で 6コイルから構成されており、 2次側部の界磁極のピッチを P mとした場合、 集 中巻の電機子コィル 6のコイルピツチ P cを

P c = 5 / 3 X P m

として、 ピッチごとに可動部の進行方向に並べて配置している。

これらの 6個の電機子コイル 6の並べ方は、 紙面において左から、 順方向卷の U相コイル、 逆方向巻の V相コイル、 順方向卷の W相コイル、 逆方向卷の U相コ ィル、 順方向卷の V相コイル、 逆方向卷の W相コイルの順としている。 なお、 前記コイルピッチ P cを電気角で表すと、 5ノ3 X 180 = 300度と なる。 ·

1個の電機子コイル 6について、 コイル幅 WcZ磁石ピッチ Pmに対する卷線係 数と所定の推力発生時の損失の関係を図 2に示す。

図 2において、 Al、 A 2は、 コイル幅 Wcに対する空心幅 （コイル中央部の 空間の幅） の割合が 0. 6の電機子コイル 6を用いたもの、 B l、 B2は、 コィ ル幅 Wcに対する空心幅の割合が 0. 4の電機子コイル 6を用いたもの、 また、 Cl、 C2は、 コイル幅 Wcに対する空心幅の割合が 0. 2の電機子コイル 6を 用いたものを示している。 本発明では、 コイルピッチ P cを 5/3 XPmとして いるので、 Wc/Pmは 5/ 3以下で考える必要がある。 卷線係数は Wc/Pm が 4 / 3近辺で最大となっている。 コィル幅 W cを拡げることによって卷数を増 やすことができるので、 損失は W c ZP mが 4 / 3よりも大きなところで最小に することができる。 しかし、 Wc/Pmが 5/3に近づくにつれ、 コイル間が狭 くなるため、 電機子コイル 6間の絶縁が問題となる。 本発明では、 界磁極ピッチ P mの大きさと絶縁必要間隔によって、 コイル幅 W cを決めることができる。 例 えば、 界磁極ピッチ Pmを 18 mmとし、 損失を小さくできる Wc/Pmを 4ノ 3とした場合、

コイルピッチ P c=5Z3 X 18mm=30mm

コイル幅 Wc = 4/3 X 18 mm= 24 mm

コイル間隔 Wg = P c— Wc = 30 mm— 24 mm= 6 mm

となる。 つまり、 電機子コイル 6と電機子コイル 6との間隔は 6mmも開くこと になる。

従来技術の場合は、 このコイル間隔が非常に狭くなるために、 高電圧仕様のと き絶縁を確保できない問題があつたが、 本発明の場合は、 6mmも電機子コイル 6間が開くことになるので、 そこに何ら絶縁物を挿入せずとも、 絶縁を確実に確 保することができる。

[第 2の実施伊!]

次に第 2の実施例について説明する。 図 3は可動部の進行方向から見たリニア モータの正断面図、 図 4は電機子部のコイル配置を示す図である。 第 2の実施例め固定部 3は、 第 1の実施例と同じ構造である。 第 1の実施例と 違う点は、 電機子部 4の構造である。 電機子部 4は、 集中卷の電機子コイル 6を 進行方向に一列に配備したコイル層を 2層にし、 コィル層間に非磁性材の絶縁物 1 1を揷入し、 全体を樹脂 7でモー/レドして構成してレヽる。 紙面左側の第 1のコ ィル層 6 a、 紙面右側の第 2のコイル層 6 bは、 それぞれ界磁極のピッチを P m とした場合、 集中卷の電機子コイル 6のコイルピッチ P cを

P c = 5 / 3 X P m

として、 ピッチごとに可動部の進行方向に並べて配置している。

さらに、 第 1のコイル層と第 2のコイル層は、 5 Z 6 X P mのずれ量 Sで、 可- 動部の進行方向にずれて配置されている。 これを電気角で表すと 5 / 6 X 1 8 0 = 1 5 0度となる。 したがって、 電機子部 4の第 1のコイル層 6 aは、 紙面にお いて左から順方向巻の U相コイル、 逆方向巻の V相コイル、 順方向卷の W相コィ ルの順に並び、 第 2のコイル層は、 逆方向卷の U相コイル、 順方向卷の V相コィ ル、 逆方向卷の W相コィルの順に並んで配置される。

このように構成されたものは、 前記第 1の実施例と同様の効果がある。 また、 電機子部 4を側面から見ると （2次側部側からみると） 、 異相のコイル同士が重 なる所が現れる。 つまり、 電機子部 4において、 電機子部 4と 2次側部 8 a、 8 b間のエアギヤップの厚み方向に相帯が分布されるため、 永久磁石などの界磁極 の磁化のバラッキゃ位置ずれなどにより発生する推力リプルを低減することが できる。

[第 3の実施例]

次に第 3の実施例を図 5に基づいて説明する。

この第 ₃の実施例は、 第 2の実施例にお！/、て、 その電機子部 4の電機子コィノレ 6の配置方法を変えたものである。 第 1のコイル層、 第 2のコイル層の各コイル 配置は同じであるが、 第 1のコイル層と第 2のコイル層を 2 / 3 X P m (電気角 1 2 0度） だけずらして配置している。 第 1のコイル層は、 紙面において左から 順方向卷の U相コイル、 逆方向卷の V相コイル、 順方向卷の W相コイルの順に並 ぴ、 第 2のコイル層は、 左から順方向卷の V相コイル、 逆方向卷の W相コイル、 順方向卷の U相コイルの順に並んで配置される。 第 3の実施例も、 第 2の実施例と同様の効果を得ることができるが、 第 3の実 施例は、 第 1のコイル層 6 aと第 2のコイル層 6 bのずれを電気角で 1 2 0度に 小さくしているので、 電機子部 4の長さを小さくできるメリットがある。

[第 4の実施例]

次に第 4の実施例を、 図 6に基づいて説明する。

この第 4の実施例は、 第 2、 3の実施例において、 その電機子部 4のコイル酉己 置方法を変えたものである。 第 1のコイル層 6 a、 第 2のコイル層 6 bの各コィ ル配置は同じであるが、 第 1のコィノレ層 6 aと第 2のコィ /レ層 6 bを 1 / 3 X P m (電気角 6 0度） だけずらして配置している。 第 1のコイル層 6 aは、 左から 順方向卷の U相コイル、 逆方向卷の V相コイル、 順方向卷の W相コイルの順に並 び、 第 2のコイル層 6 bは、 左から逆方向卷の W相コイル、 順方向卷の U相コィ ル、 逆方向卷の V相コィルの順に並んで配置される。

この第 4の実施例も、 前述の第 2、 第 3の実施例と同様の効果を得ることがで きるが、 第 4の実施例は、 第 1のコイル層 6 aと第 2のコイル層 6 bのずれを電 気角で 6 0度に小さくしてレ、るので、 電機子部 4の長さをさらに小さくできるメ リッ卜力 ^sある。

[第 5の実施例]

次に第 5の実施例を、 図 7および図 8に基づいて説明する。 第 5の実施例は、 前述の第 1の実施例な！/ヽし第 4の実施例にぉレ、て、 その電 ϋ子部 4のコィル幅と コイルピッチを変えたものである。 まず、 すべてのコイルのコイル幅 W cを、 W c = 4 / 3 X P m

としている。 このような大きさのコイル幅 W cは、 大きな推力を発生させること ができる。 そして、 耐高電圧仕様でない用途には、 図 7に示すように、 コイルピ ツチ P cを

P c = 4 / 3 X P m

として構成し、

耐高電圧仕様には、 図 8に示すように、 コイルピッチ P cを

として構成する。 コイルピッチ P c'は、 / 3 X P mとするよりも、 4 / 3 X P mとした方が電 機子部の長さを小さくすることができるため、 用途に応じてコイルピッチ P cを 変えて構成する。 これにより、 リユアモータを低コストで製造することができる。

[第 6の実施例]

前記第 2の実施例から第 5の実施例にぉレ、ては、 第 1のコイル層 6 aと第 2の コイル層 6 bの間に絶縁物 1 1を揷入しているが、 前記絶縁物 1 1を、 前記第 1 のコイル層 6 aと第 2のコイル層 6 bの結線をパターン化したプリン小基板で 構成してもよい。 この場合は、 電機子コィノレ 6間の結線処理を簡単化することが できる。

なお、 本発明は上記各実施例の構成に限ることはなく、 次のような構成にして あよい。

(a) 電機子部と 27火側部は、 いずれが固定子あるいは可動子でも構わない。

(b) 永久磁石形のリユアモータだけでなく、 電磁石形のリエアモータでもよく、 また、 インダクション形のリニアモータや、 リラタタンス形のリニアモータ など電機子を有するものであればどのようなリニァモータでもよい。

(c) 電機子部はコアレスタイプでなく、 コアを有するタイプのものでもよい。

[産業上の利用可能性]

本発明は、 推力リプルや可動子のョーイング、 ピッチングの小さいことが要求 される一定速送り用や、 高速位置決め用のリニアモータを製造、 提供する分野に 利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の界磁極からなる 2 7火側部を取り付けた 2 7火側部支持体と、

前記 2次側部に空隙を介して対向するとともに、 複数個の集中巻した電機子コ ィルを有する電機子部を取り付けた電機子部支持体とを有し、

前記 2 7火側部と前記電機子部とが、 互いに向カゝレヽ合つて進行方向に平行に配置 されているリニアモータにおいて、

前記 2次側部の界磁極を、 P mピッチごとに隣と異極になるように可動部の進 行方向に配置するとともに、

前記複数個の電機子コイルを、 P cピッチごとに可動部の進行方向に並べて配 置し、

前記コイルピッチ P cを、

P c = 5 / 3 X P m

としたことを特徴とするリユアモータ。

2 . 前記電機子部の電機子コイルを、 第 1コイル層と第 2コイル層の 2層で構 成したことを特徴とする請求項 1に記載のリユアモータ。

3 . nを整数としたとき、 前記第 1コイル層と第 2コイル層を、

n / 6 X P m

だけずらして配置したことを特徴とする請求項 2に記載のリユアモータ。

4. 前記電機子コィルの幅 W cを、

W c = 4 / 3 X P m

としたことを特徴とする請求項 1力、ら 3のいずれかの項に記載のリニアモータ。

5. 前記第 1コイル層と第 2コイル層の間に、 非磁性材の絶縁物を挿入したこ とを特徴とする請求項 2カゝら 4のいずれかの項に記載のリエアモータ。

6 . 前記絶縁物を、 第 1コイル層と第 2コイル層の結線をパターン化したプリ ント基板で構成したことを特徴とする請求項 5に記載のリユアモータ。