WO2004034556A1 - 直列配置リニアモータ - Google Patents

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WO2004034556A1
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movers
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Inventor
Yasuhiro Miyamoto
Takahisa Yamada
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
    • H02K5/225—Terminal boxes or connection arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/06—Linear motors
    • H02P25/062—Linear motors of the induction type

Definitions

  • the present invention even when applied to an application that requires a large thrust, facilitates handling at the time of assembly by the drive structure of a plurality of linear movers, and cancels cognac and temperature protection of the mover. It relates to possible serially arranged linear motors.
  • FIG. 6 shows a conventional linear motor.
  • 1 is a mover of a conventional linear motor composed of one armature
  • 6 is a stator composed of a field composed of a plurality of permanent magnets.
  • the armature has a multi-phase balanced winding
  • the mover and stator 6 of the reverse motor are arranged to face each other via a gap.
  • the conventional reversing motor has a mechanism in which one moving body is driven by one removable motor mover 1 (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-3088328). No.).
  • Armature having an armature core and an armature coil composed of a plurality of core blocks divided in the thrust direction, and the armature coil wound around each core block. Is a coil conductor in which the winding start portion and the winding end portion are connected to a wiring board having a wiring pattern.
  • the required thrust may become 400,0 ON, and in this case, the magnetic attraction between the magnet and the core also becomes 1 2 0 0 0 ON (1 2 t).
  • problems such as cogging due to the increase in thrust and heat generation of the armature occur. To cope with the drive of such large machines I got it. .
  • the weight of the mover (armature) will be more than 250 kg, and handling and other problems will increase.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned impulses, and is capable of driving a large-sized machine, canceling a cogged fish, easily assembling the mover, and inexpensive to easily protect the heat of the mover. It is an object of the present invention to provide a serially arranged linear motor.
  • the invention relating to the serially arranged rear motor according to claim 1 comprises a plurality of movers each composed of an armature having a multi-phase balanced winding, and a stator having a permanent magnet or a secondary conductor. Wherein the plurality of movers are opposed to each other via a gap on the same stator, and each multi-phase balanced winding of each mover is connected in series. And '
  • the invention according to claim 2 is the serially arranged linear motor according to claim 1, wherein all of the plurality of movers have the same configuration.
  • the invention according to claim 3 is the serial motor according to claim 1 or 2, wherein connection terminals are provided at front and rear ends of the mover, and a multi-layer winding of a rear end terminal of the final mover is provided. It is characterized by the short-circuit connection (neutral point) of the wire terminals.
  • the invention according to claim 4 is the linear motor according to claim 1 or 2, wherein the plurality of movers have three phases and the number of movers is a multiple of three.
  • the connection is such that the phase difference between them has an electrical angle of 120 ° or 240 °, and the connecting terminals at the front and rear ends of each mover also have a phase of 120 ° or 240 °. It is characterized by having.
  • the invention according to claim 5 is the serially arranged linear motor according to claim 1 or 2, wherein each of the plurality of movers has a built-in thermistor, and external terminals are connected so that all the thermistors are connected in series.
  • a connection terminal is provided at the front and rear ends of the mover.
  • the present invention disposes a plurality of movers on the same stator and By connecting the multi-phase balanced windings in series to each other, a series-arranged linear motor that can drive one moving object is obtained.
  • FIG. 1 is a conceptual perspective view of a linear motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows an example of connection of balanced three-phase windings applied to each linear mover alone in the linear motor mover group of FIG.
  • FIG. 3 is a top view of the linear mover of FIG.
  • FIG. 4 is a connection relation diagram between the movers when three movers of FIG. 2 are connected in series.
  • Fig. 5 shows the relationship between the cogging thrust of the mover and the cogging cancellation.
  • FIG. 6 is an external perspective view of a conventional refiner motor.
  • FIG. 1 is a conceptual perspective view of a reducer motor according to an embodiment of the present invention.
  • 1a to lc are the first linear motor mover group composed of an armature
  • ld to lf are the second linear motor mover group composed of an armature
  • 2A and 2B are the first linear motor mover group.
  • 6A and 6B are stators for mounting the first and second lower motor mover groups, respectively.
  • this linear motor has two mover groups 1a ⁇ : Lc, Id ⁇ : Lf on the left and right stators 6A and 6B in the figure. This is an example of driving with A and 2B.
  • FIG. 2 is an example of a balanced three-phase winding applied to each linear mover alone of the linear motor mover group of FIG.
  • terminals u, V, w and rear ⁇ are attached to the front end (left side in the figure)
  • terminals X, ⁇ , and ⁇ There are terminals X, ⁇ , and ⁇ (right side in the figure), two coils of one phase of three-phase winding (RU1, RU2) between terminals U and X, and three phases between terminals V and Y Two other one-phase coils of the winding (RV1, RV2) and the remaining one-phase three-phase winding between terminals W and Z Two coils (RW1, RW2) are connected in parallel.
  • Two thermistors 41 (THa) and 42 (THb) are connected in series between the terminal A at the front end and the terminal a at the rear end of the linear mover.
  • the thermistor 41 is arranged between the terminals U and V, and the other thermistor 42 is arranged between the terminals V and W, and detects the respective temperatures.
  • bypass line of the thermistor line is also connected between the terminal B at the front end and the terminal b at the rear end.
  • a ground wire connected to an armature core (not shown) is connected between the terminal E at the front end and the terminal e at the rear end.
  • FIG. 3 shows an upper appearance of the mover of FIG.
  • 1 is a linear mover alone
  • 51 is a front end terminal (left side in the figure)
  • 52 is a rear end terminal (right side in the figure).
  • two U-phase coils between terminals U and X, two V-phase coils between terminals V and Y, and two W-phase coils between terminals W and Z Are connected in parallel.
  • Two thermistors are connected in series between terminal A and terminal a, and a bypass line of this thermistor line is connected between terminal B and terminal b.
  • a ground wire connected to an armature core (not shown) is connected between the terminal E at the front end and the terminal e at the rear end.
  • FIG. 4 shows a connection relationship between the movers when three movers of FIG. 2 are connected in series.
  • Each mover 1a ⁇ Between Lc, 240. Are arranged at an electrical angle phase of an integer multiple n of External power is supplied to the terminals U, V, and W of the front end terminal 51a of the mover 1a at the front end.
  • the terminal U is connected to the terminal X of the rear terminal 52 a via the phase coils R ul and Ru 2 connected in parallel, and the terminal V is connected to the terminal V.
  • Two terminals are connected to the terminal Y of the rear terminal 52a via the phase coils RV1 and RV2 connected in parallel, and the terminal W is connected via the phase coils Rwl and Rw2 connected in parallel. It is connected to terminal Z of terminal terminal 52a.
  • the terminals X, Y, and ⁇ ⁇ of the rear terminal 5 2 a of the mover 1 a are b front end terminal 5 1 b Connects to terminal UVW.
  • the terminal U is not the phase coil Ru 1 Ru 2 in the case of the mover 1 a but has an electrical angle of 120. It is connected to the terminal X of the rear end terminal 52b via the adjacent phase coil Rvl Rv2.
  • the terminal V is connected to the terminal Y of the rear end terminal 52b via the phase coil Rwl Rw 2 adjacent to 120 °
  • the terminal W is connected to the rear terminal 52 via the phase coil Ru 1 Ru 2 adjacent to 120 °. Connected to terminal Z of b.
  • the terminal XY of the rear end terminal 52b of the mover 1b is connected to the terminal U V W of the front end terminal 51c of the next mover 1c.
  • the terminal U is not the phase coil RV1 Rv2 in the case of the mover 1b, but the terminal 52 Connected to terminal X of c.
  • the terminal V is connected to the terminal Y of the rear terminal 52c via the phase coil Ru 1 Ru 2 adjacent to 120 °
  • the terminal W is connected to the terminal 52 via the phase coil Rv 1 Rv 2 adjacent to 120 °.
  • terminal Z of c Connected to terminal Z of c.
  • each order of the phases Ru R v Rw of each phase winding of each mover 1 alc is such that if the first mover 1 a becomes Ru—RV—Rw, the second mover 1 b becomes Rw— Ru—Rv and the third mover 1 c are connected by a connection line so as to be Rv—Rw—Ru. Then, the X Y ⁇ ⁇ terminals of the rear terminal 52 c of the third mover 1 c, which is the final mover, are short-circuited to neutral point treatment.
  • each thermistor 4 of each mover 1 alc is also connected, and all the thermistor elements are connected in series by short-circuiting the a and b terminals of the third mover 1 c that is the final mover. Is done.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship of cogging cancellation.
  • the vertical axis represents the cogging thrust (N), and the horizontal axis represents the moving distance.
  • the serially arranged rear motor according to the present invention is useful, for example, as a device for driving one moving body with a plurality of rear motor movers.

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Abstract

多相平衡巻線（Ｒｕ～Ｒｗ）を有する電機子で構成される複数の可動子（１ａ～１ｃ）と、永久磁石もしくは２次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、複数の可動子（１ａ～１ｃ）を前記同一の固定子上に配置し、かつ、該各可動子（１ａ～１ｃ）の各多相平衡巻線（Ｒｕ～Ｒｗ）を直列接続させた。これにより、大形機械の駆動ができ、しかもコギングを相殺し、可動子組み立てが容易で、可動子の熱保護を容易にできる安価な直列配置リニアモータを得ることができる。

Description

明細書
直列配置リユアモータ
[技術分野]
本発明は、 大推力を必要とするアプリケーションに適用した場合でも、 複数個 のリニァ可動子の駆動構造により組み立て時のハンドリングを容易に行うことが できると共に、 コギンダカの相殺および可動子の温度保護が可能な直列配置リ二 ァモータに関する。
[背景技術]
図 6は従来のリニァモータを示している。
図において、 1，は 1個の電機子で構成される従来のリニアモータの可動子、 6， は複数の永久磁石よりなる界磁で構成される固定子である。 なお、 電機子は多相 平衡卷線を有するものとなっており、リユアモータは可動子 と固定子 6，がギヤ ップを介して対向配置されている。
図 6に示すように、 従来のリユアモータは一つの移動体に対して一つのリユア モータ可動子 1，で駆動する機構になっていた （例えば、特開 2 0 0 0 - 3 0 8 3 2 8 号公報を参照） 。
これは電機子コイルの渡り線および中性点の接続処理を容易にし、 コアプロッ クの単位体積当たりの推力を大きくできるリユアモータにするために、 界磁用の 永久磁石と磁気的空隙を介して対向する電機子を備え、 この電機子が、 推力方向 に複数に分割されたコアプロックで構成してなる電機子コアと電機子コイルを有 するもので、 各々のコアブロックに巻装される電機子コイルは、 コイル導体の卷 始め部分と巻終わり部分が配線パターンを有する配線基板に接続されたものであ る。
しかしながら、 推力を大きくできるこのリユアモータにも限界がある。
大形の工作機械等の駆動にリユアモータが用いられた場合、 必要推力が 4 0 0, 0 ONになるものもあり、 この場合、 磁石とコア間の磁気吸引力も 1 2 0 0 0 ON ( 1 2 t ) と強大になる。 ところが図 6のような 1個の電機子を備えるリユアモ ータで上記必要推力を得ようとすると、 推力の増大に伴うコギングの問題や、 電 機子の発熱の問題が生じたりして、 このような大形機械の駆動に対処しきれなか つた。 .
仮に 1個の電機子で設計すると、 可動子 （電機子） 重量が 2 5 0 k g以上とな り、 ハンドリング等の問題が大きくなる,。 また、 モータの磁石の吸引力増大によ り、 磁石の組立に時間がかかるという問題があった。
さらに故障の場合、 その被害金額も大きくなつた。
本発明は、 上記課潭を解決するためになされたものであって、 大形機械の駆動 ができしかもコギンダカを相殺し、 可動子組み立てが容易で、 可動子の熱保護を 容易にできる安価な直列配置リニァモータを提供することを目的とする。
[発明の開示]
上記問題を解決するために、 請求項 1の直列配置リ アモータに係る発明は、 多相平衡卷線を有する電機子で構成される複数の可動子と、 永久磁石もしくは 2 次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、 前記複数の可動子を同一 の前記固定子上にギャップを介して対向配置し、 かつ、 該各可動子の各多相平衡 巻線を直列接続させたことを特徴としている。 '
また、 請求項 2の発明は、 求項 1記載の直列配置リニアモータにおいて、 前 記複数の可動子が全て同一構成であることを特徴としている。
また、 請求項 3の発明は、 請求項 1または 2記載の直列配置リニアモータにお レ、て、 前記可動子の前後端に接続用端子を配備し、 最終可動子の後端端子の多層 巻線端子を相互に短絡接続 （中性点） 処理したことを特徴としている。
請求項 4の発明は、 請求項 1または 2記載の直列配置リニアモータにおいて、 前記複数の可動子の相数を 3相とし、 可動子数を 3の倍数個とした中で、 各可動 子間の位相差が電気角 1 2 0 °もしくは 2 4 0 °の位相ズレをもたせ、 かつ各可動 子の前後端にある接続端子の繋ぎをも 1 2 0 °もしくは 2 4 0 °位相をもたせる接 続にしたことを特徴としている。
請求項 5の発明は、 請求項 1または 2記載の直列配置リニアモータにおいて、 前記複数の可動子には各々サーミスタが内蔵されており、 該各サ一ミスタも全て 直列接続させるように外部端子を前記可動子前後端に接続端子を配備させたこと を特徴としている。
このように本宪明は、 同一固定子上に複数の可動子を配置させ、 これらの可動 子の多相平衡巻線を直列接続させたことで、 一つの移動体を駆動できる直列配置 リニアモータとなっている。
そして直列接続をすることにより、 並列接続の場合に起こる各可動子の、 若干 の位相ズレによる循環電流の発生を防止することができ、 また推力容量に異なる リユア可動子を組み合わせた配列が可能になる。
[図面の簡単な説明]
図 1は本発明の実施の形態に係るリニァモータの概念斜視図である。 図 2は図 1のリニァモータ可動子群の各リニア可動子単体に施される平衡 3相巻線の接続 例である。 図 3は図 2のリニア可動子の上視外観図である。 図 4は図 2の可動子 を 3個直列に接続した場合の各可動子間の接続関係図である。 図 5は可動子のコ ギング推力とコギング相殺の関係を示した図である。 図 6は従来のリユアモータ の外観斜視図である。
[発明を実施するための最良の形態]
以下、 本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図 1は本発明の実施の形態に係るリユアモータの概念斜視図である。
図において、 1 a〜l cは電機子で構成される第 1のリニアモータ可動子群、 l d〜l f は電機子で構成される第 2のリニアモータ可動子群、 2 Aおよび 2 B はそれぞれ第 1および第 2の前記リニアモータ可動子群を駆動するパワーアンプ、 6 Aおよび 6 Bはそれぞれ第 1および第 2の前記リユアモータ可動子群を载置す る固定子である。
図に示すように、 このリニアモータは図で左右の固定子 6 Aおよび 6 B上に 2 つの可動子群 1 a〜： L c、 I d〜： L f をドライバである 2つのパワーアンプ 2 A および 2 Bで駆動する例である。
図 2は図 1のリニアモータ可動子群の各リニア可動子単体に施される平衡 3相 卷線の例である。
図において、 リニア可動子単体には前端 （図で左側） に端子 u， V, wと後 φ
(図で右側） の端子 X, Υ， Ζがあり、 端子 Uと X間に三相巻線のうちの 1相の コイルが 2個 （RU1、 RU2) 、 同じく端子 Vと Y間に三相卷線のうちの他の 1相 のコイルが 2個 （RV1、 RV2) 、 そして端子 Wと Z間に三相巻線の残りの 1相の コイルが 2個 （RW1、 RW2) がそれぞれ並列に接続されている。
また、 リニア可動子単体の前端の端子 Aと後端の端子 aとの間に、 2個のサー ミスタ 4 1 (T H a ) 、 4 2 (T H b ) が直列接続されており、 一方のサーミス タ 4 1は端子 U— V間に、 他方のサーミスタ 4 2は V— W間に配置され、 それぞ れの'温度を検知している。
そして、 サーミスタ線のバイパス線も前端の端子 Bと後端の端子 b間に接続さ れている。
さらに、 前端の端子 Eと後端の端子 e間には、 電機子コア （図示せず） に接続 されたアース線が接続されている。
図 3は、 図 2のリユア可動子の上視外観を示す。
図において、 1はリニア可動子単体で、 5 1は前端端子 （図で左側） 、 5 2は 後端端子 （図で右側） である。.
内部には図 2で説明したように、 端子 Uと X間に 2個の U相コイル、 端子 Vと Y間に 2個の V相コイル、 そして端子 Wと Z間に 2個の W相コィルががそれぞれ 並列に接続されている。 また、 端子 Aと端子 aとの間に 2個のサーミスタが直列 接続されており、 端子 Bと端子 b間にこのサーミスタ線のバイパス線が接続され ている。 前端の端子 Eと後端の端子 e間には電機子コア （図示せず） に接続され たアース線が接続されている。
図 4は、 図 2の可動子を 3個直列に接続した場合の各可動子間の接続関係を示 す。
各可動子 1 a〜： L c間は、 2 4 0。の整数倍 nの電気角位相で配置されている。 先端の可動子 1 aの前端端子 5 1 aの端子 U、 端子 V、 端子 Wに外部から給電 される。
可動子 l a内では、 図 2で説明したように、 端子 Uは 2個並列に接続された相 コイル R u l、 R u 2を経て後端端子 5 2 aの端子 Xに接続され、 端子 Vは 2個 並列に接続された相コイル R V 1、 R V 2を経て後端端子 5 2 aの端子 Yに接続 され、 端子 Wは 2個並列に接続された相コイル R w l、 R w 2を経て後端端子 5 2 aの端子 Zに接続されている。
次に、 可動子 1 aの後端端子 5 2 aの端子 X、 Y、 Ζはそれぞれ次の可動子 1 bの前端端子 5 1 bの端子 U V Wに接続される。ところが可動子 1 b内では、 端子 Uは可動子 1 aの場合の相コイル R u 1 Ru 2ではなくて、 電気角で 12 0。隣の相コイル Rv l Rv 2を経て後端端子 52 bの端子 Xに接続されている。 以下同様に、端子 Vは 120°隣の相コイル Rwl Rw 2を経て後端端子 52 b の端子 Yに接続され、端子 Wは 120°隣の相コイル Ru 1 Ru 2を経て後端端 子 52 bの端子 Zに接続されている。
そして、 可動子 1 bの後端端子 52 bの端子 X Y Ζはそれぞれ次の可動子 1 cの前端端子 51 cの端子 U V Wに接続される。 ところが可動子 1 c内で は、 端子 Uは可動子 1 bの場合の相コイル R V 1 Rv 2ではなくて、 それより 電気角で 120°隣の相コィル1 1 1 2を経て後端端子52 cの端子 Xに接 続されている。 以下同様に、端子 Vは 120°隣の相コイル Ru 1 Ru 2を経て 後端端子 52 cの端子 Yに接続され、端子 Wは 120°隣の相コイル Rv 1 Rv 2を経て後端端子 52 cの端子 Zに接続されている。
このように、各可動子 1 a l cの各相卷線の相 Ru R v Rwの各順番は、 第 1可動子 1 aが Ru— R V— Rwとなれば、 第 2可動子 1 bは Rw— Ru— R v、 第 3可動子 1 cは Rv— Rw— Ruとなるように接続線で接続されている。 そして最終可動子となる第 3可動子 1 cの後端ターミナル 52 cの X Y Ζ 端子はそれぞれ短絡されることで中性点処理されている。
また、各可動子 1 a l cの各サーミスタ 4の前後の端子もそれぞれ接続され、 最終可動子となる第 3可動子 1 cの a— b端子を短絡することで、 全てのサーミ スタ素子が直列接続される。
これにより、 いずれかの可動子の、 いずれかの相巻線温度が異常になっても、 正しく検知し、 温度保護をかけることが可能になる。
このように、 各可動子 1 a l c間は 240° (または 120°) の整数倍 nの 電気角位相で配置接続することによって、 コギンダカを相殺することが可能にな る。
図 5は、 コギング相殺の関係を示した図である。
図において、 縦軸はコギング推力 (N) 、 横軸は移動距離を表している。
例えば図 1に示した各可動子 1 a 1 cのコギング推力は、 前後端部の磁気回 路の不平衡により、 図のようなそれぞれ位相および横軸のシフトしたサイン波形 のコギング推力が生じている。
ところがこれを図 4で述べたように、 各可動子 1 a〜l c間の位相を 2 4 0 ° ずらすことにより、 各コギング推力は相殺しあうため、 結果的に図 5の総合相殺 データのように僅かな変動に抑えることができる。
[産業上の利用可能性]
以上のように本発明にかかる直列配置リエァモータは、 例えば、 一つの移動体 を複数のリ アモータ可動子,で駆動する場合の装置として有用である。

Claims

請求の範囲
1 . 多相平衡卷線を有する電機子で構成される複数の可動子と、 永久磁石もし くは 2次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、
前記複数の可動子を同一の前記固定子上にギヤップを介して対向配置し、かつ、 該各可動子の各多相平衡卷線を直列接続させたことを特徴とする直列配置リユア モータ。
2. .前記複数の可動子が全て同一構成であることを特徴とする請求項 1記載の 直列配置リ アモータ。
3. 前記可動子の前後端に接続用端子を配備し、 最終可動子の後端端子の多層 卷線端子を相互に短絡接続 （中性点） 処理したことを特徴とする請求項 1または 2記載の直列配置リユアモータ。
4. 前記複数の可動子の相数を 3相とし、 可動子数を 3の倍数個とした中で、 各可動子間の位相差が電気角 1 2 0。もしくは 2 4 0 °の位相ズレをもたせ、 力つ 各可動子の前後端にある接続端子の繋ぎをも 1 2 0 °もしくは 2 4 0 °位相をもた せる接続にしたことを特徴とする請求項 1または 2記載の直列配置リニアモータ。
5 . 前記複数の可動子には各々サーミスタが内蔵されており、 該各サ一ミスタ も全て直列接続させるように外部端子を前記可動子前後端に接続端子を配備させ たことを特徴とする請求項 1または 2記載の直列配置リニアモータ。
PCT/JP2003/012797 2002-10-08 2003-10-06 直列配置リニアモータ WO2004034556A1 (ja)

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