JP2023141505A - vernier motor - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、リニア型のバーニアモータに関する。 The present disclosure relates to a linear vernier motor.
リニア型のバーニアモータとしては、複数の磁極部が直線状に配置される固定子と、同じく複数の磁極部が直線状に配置されるとともに固定子に対して直線動作するように組み合わされる可動子とを備えてなる。固定子は、例えばコイルを有する磁極部を備える電機子にて構成される。可動子は、例えば永久磁石及び磁性部を有する磁極部を備える界磁子にて構成される。また、バーニアモータは、固定子と可動子との間の磁気伝達時に磁気減速効果が得られる構成のため、高い直動推力が得られるものとなっている(例えば特許文献1参照)。 A linear vernier motor consists of a stator in which multiple magnetic pole parts are arranged in a straight line, and a mover in which multiple magnetic pole parts are also arranged in a straight line and are combined to move linearly with respect to the stator. It will be equipped with. The stator includes, for example, an armature including a magnetic pole portion having a coil. The mover is composed of, for example, a field element including a permanent magnet and a magnetic pole part having a magnetic part. Furthermore, since the vernier motor is configured to obtain a magnetic deceleration effect during magnetic transmission between the stator and the movable element, it is possible to obtain a high linear thrust (see, for example, Patent Document 1).
ところで、従来の一般的な構成では、バーニアモータの所望の低ディテント化を実現できる固定子と可動子との各磁極の極対数の組み合わせは限られている。つまり、バーニアモータの所望の低ディテント化を図るには磁極数が限られてモータの推力及び体格が段階的となるため、本発明者はそれらを微調整できる構成を検討していた。 By the way, in the conventional general configuration, the number of combinations of pole pairs of each magnetic pole of the stator and mover that can realize the desired low detent of the vernier motor is limited. In other words, in order to achieve the desired low detent of the vernier motor, the number of magnetic poles is limited and the thrust and physique of the motor need to be adjusted in stages, so the inventors have been considering a configuration that can finely adjust them.
本開示の目的は、低ディテント化の実現とともにモータの推力及び体格の調整が容易なバーニアモータを提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a vernier motor that achieves low detent and allows easy adjustment of the thrust and body size of the motor.
上記課題を解決するバーニアモータは、コイル(22)及び磁性部材(23)を含む一極対の第1磁極部(21)が複数直線状に設けられてなる電機子(20)と、永久磁石(33,33a~33c)及び磁性部(34)を含む一極対の第2磁極部(32)が複数直線状に設けられてなる界磁子(30)と、を備え、前記コイルへの通電に基づく前記第1及び第2磁極部間の磁気伝達時に磁気減速効果が得られる構成をなし、前記電機子及び前記界磁子の相対的な直線動作にて軸(L1)方向の直動推力を得るリニア型のバーニアモータであって、前記界磁子は、前記永久磁石が隣接の前記磁性部との間で磁束を行き来させる極異方性磁石若しくはハルバッハ配列磁石にて構成されるとともに、前記電機子に対する前記永久磁石及び前記磁性部の背面側部位(31,31a,31b)の少なくとも一部が非磁性部にて構成されている。 A vernier motor that solves the above problems includes an armature (20) in which a plurality of first magnetic pole parts (21) of one pole pair including a coil (22) and a magnetic member (23) are provided in a straight line, and a permanent magnet. (33, 33a to 33c) and a field element (30) in which a plurality of second magnetic pole portions (32) of one pole pair including a magnetic portion (34) are provided in a straight line; The configuration is such that a magnetic deceleration effect is obtained during magnetic transmission between the first and second magnetic pole parts based on energization, and linear movement in the axis (L1) direction is achieved by relative linear movement of the armature and the field element. A linear vernier motor that obtains a thrust, wherein the field element is composed of a polar anisotropic magnet or a Halbach array magnet in which the permanent magnet passes magnetic flux back and forth between the adjacent magnetic part. , at least a portion of the permanent magnet and the rear side portion (31, 31a, 31b) of the magnetic portion relative to the armature are constituted by a non-magnetic portion.
上記構成によれば、界磁子の永久磁石は極異方性磁石若しくはハルバッハ配列磁石にて構成され、主として隣接の磁性部との間で磁束が行き来するように磁束の誘導が行われている。ここで、磁束の一部が永久磁石及び磁性部の背面側部位を通り、隣接のものよりも遠い磁性部及び永久磁石と作用するとリップルとなり、リップル増大の要因となり得る。これを考慮し、電機子に対する永久磁石及び磁性部の背面側部位の少なくとも一部を非磁性部として構成することで、リップル増大に繋がる不要な磁束の発生の抑制が図れる。つまり、リップルが小さく抑えられて低ディテント化が図れる。また、永久磁石及び磁性部の背面側部位を非磁性部としてもモータの推力への影響は小さく、推力の維持が可能である。このように磁極数の組み合わせに頼らずに推力の維持とリップル率を抑えることは、磁極数の組み合わせ自由度を大きくすることに繋がり、モータの推力及び体格の微調整が容易であるともいえる。 According to the above configuration, the permanent magnet of the field element is composed of a polar anisotropic magnet or a Halbach array magnet, and magnetic flux is mainly guided so that the magnetic flux goes back and forth between adjacent magnetic parts. . Here, if a part of the magnetic flux passes through the permanent magnet and the rear side portion of the magnetic part and acts on the magnetic part and permanent magnet that are farther away than the adjacent ones, it becomes a ripple, which can be a factor in increasing the ripple. In consideration of this, by configuring at least a portion of the permanent magnet and the rear side portion of the magnetic portion with respect to the armature as a non-magnetic portion, it is possible to suppress the generation of unnecessary magnetic flux that leads to an increase in ripple. In other words, ripples can be kept small and detents can be reduced. Further, even if the permanent magnet and the rear side portion of the magnetic portion are made non-magnetic, the influence on the thrust of the motor is small, and the thrust can be maintained. Maintaining the thrust and suppressing the ripple rate without relying on the combination of the number of magnetic poles in this way increases the degree of freedom in combining the number of magnetic poles, and it can be said that it is easy to fine-tune the thrust and physique of the motor.
(第1実施形態)
以下、バーニアモータの第1実施形態について説明する。
(バーニアモータM1の全体構成)
図1に示すように、本実施形態のバーニアモータM1は、直動推力を得るリニア型のバーニアモータとして構成されている。バーニアモータM1は、ハウジング10と、固定子20と、可動子30とを備えている。本実施形態では、固定子20側が電機子、可動子30側が界磁子として構成されている。バーニアモータM1は、自身の軸L1方向(以下単に軸方向という)に沿って可動子30が固定子20に対して往復直線動作するように構成されている。
(First embodiment)
A first embodiment of the vernier motor will be described below.
(Overall configuration of vernier motor M1)
As shown in FIG. 1, the vernier motor M1 of this embodiment is configured as a linear vernier motor that obtains a direct thrust. The vernier motor M1 includes a
(ハウジング10の構成)
ハウジング10は、軸方向に沿って延びる円筒状のケース11と、ケース11の両端部をそれぞれ閉塞する円盤状の一対のエンドハウジング12とを備えている。エンドハウジング12の中央には、それぞれ軸受13が設けられている。軸受13は、可動子30を軸方向に沿って移動可能に支持するものである。
(Configuration of housing 10)
The
(固定子20の構成)
図1及び図2に示すように、固定子20は、ケース11の内周面に固定されている。固定子20は、全体が軸方向に沿って延びる略円環状に構成されている。固定子20は、軸方向長さがケース11の同方向長さよりも短く、例えば1/3から1/2程度の長さで構成されている。
(Configuration of stator 20)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
固定子20は、本実施形態では6つの磁極部21(第1磁極部)を有している。各磁極部21は、軸方向に直線状に並ぶようにして配置されている。各磁極部21は、それぞれ一極対の磁極を有して構成されている。各磁極部21は、それぞれコイル22と磁性板23(磁性部材)と永久磁石24とを備えている。
The
コイル22は、導体線が軸L1周りを周回する態様の巻回形状をなしている。なお、コイル22としては、絶縁樹脂材よりなるインシュレータ(図示略)を含んで説明する。軸方向におけるコイル22の両側には、それぞれ磁性板23が当接して配置されている。磁性板23は、軟磁性材等の磁性金属材から円環板状に作製されている。磁性板23の外周縁は、ケース11の内周面に当接している。磁性板23の内周縁は、可動子30の外周面と所定の隙間を介して対向する。
The
コイル22の径方向内側には、永久磁石24の外周面が当接して配置されている。永久磁石24は、1つの磁石材から円環状に作製されている。また、軸方向における永久磁石24の両端面は、コイル22の両側の磁性板23にそれぞれ当接して配置されている。永久磁石24の内周面と磁性板23の内周縁とは面一となっている。
The outer peripheral surface of a
永久磁石24は、図3に示すように可動子30と対向する内周面において、軸方向中央部分での磁束が局所的に径方向に向くような着磁態様をなしている。本実施形態の永久磁石24は、軸方向に3等分した中央部の内周面がN極、磁性板23に当接する軸方向両端面がS極として現れるような極異方性磁石にて構成されている。また本実施形態では、永久磁石24の1/3の軸方向長さと磁性板23の2枚分の厚さとが同等に構成されている。
As shown in FIG. 3, the
図2に示すように、固定子20としては、軸方向に隣接する磁極部21の磁性板23同士が互いに当接して配置されている。隣接の磁極部21間では、2枚の磁性板23が重なる態様をなしている。固定子20に用いる6つの磁極部21は、永久磁石24も含めて全てが同一構成となっている。また、6つの磁極部21のコイル22は、軸方向一方側から順にU相、-W相、V相、-U相、W相、-V相として設定されている。6つのコイル22には、それぞれ対応する3相電流が供給される。このように本実施形態の電機子よりなる固定子20は構成されている。
As shown in FIG. 2, in the
(可動子30の構成)
図1及び図2に示すように、可動子30は、軸方向に沿って長く延びる略円棒状に構成されている。可動子30は、軸方向中央部が固定子20の径方向内側に配置されている。可動子30は、固定子20に対して軸方向への往復直線動作が可能に設けられている。可動子30は、軸部31と磁極部32(第2磁極部)とを備えている。軸部31は、軸方向においてケース11よりも長く構成されている。軸部31は、軸方向両側部が各エンドハウジング12の軸受13にてそれぞれ支持されている。軸部31の軸方向の中央部には、複数の磁極部32が一体的に設けられている。
(Configuration of mover 30)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
複数の磁極部32は、軸部31の外周面において軸方向に直線状に並ぶようにして配置されている。複数の磁極部32は、軸方向の全体長さが固定子20の同方向長さよりも長く構成されている。複数の磁極部32は、本実施形態では8つの磁極部である。8つの磁極部32の内の5つは、軸方向長さが固定子20の同方向長さと同等に構成されている。すなわち、固定子20の6つの磁極部21と、可動子30の5つの磁極部32とが常に径方向に対向する関係となっている。電機子の極対数を「m」、界磁子の極対数を「n」とした場合、バーニアモータとしては「n=m±1」が成立する。電機子である固定子20の磁極部21の極対数は「m=6」、界磁子である可動子30の磁極部32の極対数は「n=5」であり、本実施形態ではこれを満たす。
The plurality of
各磁極部32は、それぞれ永久磁石33と磁性部34とを備えている。8つの磁極部32の全体としては、軸方向において永久磁石33と磁性部34とが交互に設けられている。なお、永久磁石33は8つ設けられており、磁性部34は永久磁石33の両側に配置されるように9つ設けられている。永久磁石33と磁性部34とは、軸方向長さが互いに同等の長さに設定されている。1つの永久磁石33と隣接の1つの磁性部34とで一極対の磁極部32として機能する。
Each
永久磁石33は、1つの磁石材から円環状に作製されている。軸方向における永久磁石33の両端面は、両側の磁性部34にそれぞれ当接して配置されている。永久磁石33は、図3に示すように固定子20と対向する外周面において、軸方向中央部分での磁束が局所的に径方向に向くような着磁態様をなしている。本実施形態の永久磁石33は、軸方向に3等分した中央部の外周面がS極、磁性部34に当接する軸方向両端面がN極として現れるような極異方性磁石にて構成されている。
The
図2及び図4に示すように、軸部31の一部を構成する永久磁石33の内側部分31aは、本実施形態ではアルミやSUS等の非磁性金属材にて構成されている。本実施形態では永久磁石33と内側部分31aとは、異なる材料を一体的に組み合わせて作製されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
磁性部34は、磁性金属材から円環状に作製されている。磁性部34の外周面と永久磁石33の外周面とは面一となっている。軸部31の一部を構成する磁性部34の内側部分31bは、本実施形態では磁性金属材にて構成されている。本実施形態では磁性部34と内側部分31bとは、軟磁性材等の1つの磁性金属材から一体部品として作製されている。
The
そして、8つの永久磁石33と9つの磁性部34とを有する磁極部32の全体は、筒状部材35内に収容されている。筒状部材35は、アルミやSUS等の非磁性金属材から円筒状に作製されている。筒状部材35は、例えば軸方向両側に位置する各磁性部34とそれぞれ固定されて一体的に構成されている。このように本実施形態の界磁子よりなる可動子30は構成されている。
The entire
(可動子30の製造手順)
図1及び図4に示すように、本実施形態の可動子30では、永久磁石33と内側部分31aとが一体的に作製された円盤状の部品X1と、磁性部34と内側部分31bとが一体的に作製された円盤状の部品X2とが用いられる。永久磁石33を含む部品X1は8つ、磁性部34を含む部品X2は7つ用いられる。また、軸部31の端部側部位を構成する軸端部分に、磁性部34及び内側部分31bよりなる円盤部が一体的に作製された部品X3が用いられる。部品X3は2つ用いられる。そして、部品X1と部品X2とが交互に筒状部材35内に挿入されて積み重ねられ、軸方向両側に部品X3がそれぞれ配置される。永久磁石33及び磁性部34が交互の配置となるとともに、永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bが軸部31として一体的となる。筒状部材35の軸方向両端部が部品X3の円盤部の磁性部34に対してかしめ等により固定されることで、一体的な可動子30が作製される。
(Procedure for manufacturing mover 30)
As shown in FIGS. 1 and 4, in the
(本実施形態の作用)
本実施形態の作用について説明する。
本実施形態のバーニアモータM1においては、上記構造上、可動子30が例えば軸方向一方に1つの磁極部32分移動すると、エアギャップの磁束密度分布は軸方向他方に固定子20の6つの磁極部21分(この場合1ブロック分)移動する。固定子20の6つの磁極部21と可動子30の5つの磁極部32とが同等長さに設定されていることから、固定子20の各コイル22への通電時の1周期変化による可動子30の動作は1つの磁極部32分である。つまり、可動子30の動作は1/5に減速した動作となる。こうした固定子20から可動子30への磁気伝達時の磁気減速効果が得られるバーニアモータM1においては、高推力のモータ出力が得られるものとなっている。
(Action of this embodiment)
The operation of this embodiment will be explained.
In the vernier motor M1 of this embodiment, due to the above-mentioned structure, when the
また本実施形態では、可動子30の永久磁石33に極異方性磁石等を用い、主として隣接の磁性部34との間で磁束が行き来するように磁束の誘導が行われている。ここで、磁束の一部が永久磁石33及び磁性部34の径方向内側の軸部31を通り、隣接のものよりも遠い磁性部34及び永久磁石33と作用するとリップルとなり、リップル増大の要因となり得る。そのため本実施形態では、軸部31の一部を構成する永久磁石33の内側部分31aを非磁性部とし、遠くの磁性部34及び永久磁石33間での磁束の行き来が抑制されている。このように可動子30での磁束の経路が適正化されることで、リップル増大に繋がる不要な磁束の発生が抑制されている。
Further, in this embodiment, a polar anisotropic magnet or the like is used as the
図5には、各態様のバーニアモータの推力とリップル率とが示されている。本第1実施形態は「A1」にて示されている。比較対象の比較例「B」及び比較例「C」について、比較例「C」は、可動子の磁極部として上記した永久磁石33を用いず磁性部34のみで構成されたものである。また、比較例「B」は、可動子の磁極部として上記した永久磁石33と磁性部34とを用いるのは同じであるが、永久磁石33の内側部分31a等の軸部31が磁性金属材にて構成されたものである。比較例「C」の推力を「1」、単位推力に対するリップルの大きさをリップル率とし比較例「C」のリップル率を「1」として各態様が比較されている。なお、固定子の磁極数と可動子の磁極数との組み合わせは同じ設定である。
FIG. 5 shows the thrust and ripple rate of the vernier motor in each embodiment. The first embodiment is indicated by "A1". Regarding Comparative Example "B" and Comparative Example "C" to be compared, Comparative Example "C" is composed only of the
比較例「B」では、比較例「C」に対して十分な高推力が得られ、またリップル率も大きく抑制されている。しかしながら、比較例「B」の態様では、永久磁石33の内側部分31a等の軸部31が磁性材であるためにリップルに繋がる磁束の抑制がなされず、特にリップル率についてまだ改善の余地があった。
In Comparative Example "B", a sufficiently high thrust was obtained compared to Comparative Example "C", and the ripple rate was also greatly suppressed. However, in the embodiment of Comparative Example "B", since the
これに対し本第1実施形態「A1」では、リップル率を比較例「B」よりも更に十分に抑制することが可能である。また、本実施形態の固定子20の磁極数と可動子30の磁極数との組み合わせは、もともとリップル率が小さくできる組み合わせである。換言すると、固定子20及び可動子30の各磁極数を変更すると、リップル率が大きくなる組み合わせもある。本実施形態のように磁極数の組み合わせに頼らずにリップル率を抑えることは、磁極数の組み合わせ自由度を大きくすることにも繋がる。しかも、本第1実施形態「A1」では比較例「B」と同等の高推力が得られ、高推力を維持することが可能である。
On the other hand, in the first embodiment "A1", it is possible to suppress the ripple rate more sufficiently than in the comparative example "B". Further, the combination of the number of magnetic poles of the
なお、図5中では、後述する第2実施形態「A2」、第3実施形態「A3」の推力及びリップル率も合わせて示されている。
(本実施形態の効果)
本実施形態の効果について説明する。
In addition, in FIG. 5, the thrust force and ripple rate of a second embodiment "A2" and a third embodiment "A3" which will be described later are also shown.
(Effects of this embodiment)
The effects of this embodiment will be explained.
(1-1)本実施形態の可動子30の永久磁石33は極異方性磁石にて構成され、主として隣接の磁性部34との間で磁束が行き来するように磁束の誘導が行われている。上記したが、磁束の一部が永久磁石33及び磁性部34の背面側部位である各内側部分31a,31bを通り、隣接のものよりも遠い磁性部34及び永久磁石33と作用するとリップルとなり、リップル増大の要因となり得る。これを考慮し本実施形態では、永久磁石33の内側部分31aを非磁性部として構成することで、リップル増大に繋がる不要な磁束の発生が抑制されている。つまり、リップルが小さく抑えられて低ディテント化を図ることができる。また、永久磁石33の内側部分31aを非磁性部としてバーニアモータM1の推力への影響は小さく、推力の維持が可能である。このように磁極数の組み合わせに頼らずに推力の維持とリップル率を抑えることは、磁極数の組み合わせ自由度を大きくすることに繋がり、バーニアモータM1の推力及び体格の微調整が容易であるともいえる。
(1-1) The
(1-2)可動子30は、永久磁石33を含む第1部品としての部品X1と、磁性部34を含む第2部品としての部品X2とが軸方向に積み重ねられる部位を含み一体的に構成されている。すなわち、可動子30を軸方向に複数に分割した比較的小さい部品X1,X2を扱うことになるため、可動子30の製造容易化等の効果が期待できる。
(1-2) The
(1-3)可動子30の一部を構成する部品X1,X2は、筒状部材35内に収容されて一体化が図られている。そのため、各部品X1,X2の組み付けが容易、各部品X1,X2を用いる一体化部分の形状規制を容易に行える等の効果が期待できる。
(1-3) Components X1 and X2 forming part of the
(1-4)円環状をなす永久磁石33の内側部分31aの全体が非磁性部となるため、軸部31を横断する不要な磁束の効果的な抑制が図れる。より確実にリップルを抑制することが可能である。
(1-4) Since the entire
(第2実施形態)
以下、バーニアモータの第2実施形態について説明する。
(固定子20及び可動子30の構成)
図6及び図7に示すように、本実施形態のバーニアモータM2は、固定子20については上記第1実施形態と同様に構成されている。可動子30は、軸部31の一部を構成する永久磁石33の内側部分31aと磁性部34の内側部分31bとが変更されている。
(Second embodiment)
A second embodiment of the vernier motor will be described below.
(Configuration of
As shown in FIGS. 6 and 7, in the vernier motor M2 of this embodiment, the
永久磁石33の内側部分31aは、本実施形態では磁性金属材にて構成されている。永久磁石33と内側部分31aとは、異なる材料を一体的に組み合わせて作製されている。磁性部34の内側部分31bは、本実施形態では非磁性金属材にて構成されている。磁性部34と内側部分31bとは、異なる材料を一体的に組み合わせて作製されている。つまり、永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bが上記第1実施形態とは入れ替えた態様となっている。なお本実施形態においても、永久磁石33を含む部品X1と磁性部34を含む部品X2とは筒状部材35内に挿入されて、可動子30が一体的に構成されている。
In this embodiment, the
(本実施形態の作用)
本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においても、可動子30の軸部31の一部を構成する磁性部34の内側部分31bを非磁性部とし、遠くの磁性部34及び永久磁石33間での磁束の行き来が抑制されている。本構成においても上記第1実施形態と同様に、可動子30での磁束の経路が適正化されることで、リップル増大に繋がるような不要な磁束の発生が抑制されている。
(Action of this embodiment)
The operation of this embodiment will be explained.
Also in this embodiment, the
したがって、図5において本第2実施形態「A2」に示すように、上記第1実施形態と同様に、リップル率を十分に抑制することが可能である。またこのことは、固定子20及び可動子30の各磁極数の組み合わせ自由度を大きくすることにも繋がる。しかも、本第2実施形態「A2」においても高推力を維持することが可能である。
Therefore, as shown in "A2" of the second embodiment in FIG. 5, it is possible to sufficiently suppress the ripple rate, similarly to the first embodiment. This also leads to increasing the degree of freedom in combining the numbers of magnetic poles of the
(本実施形態の効果)
本実施形態の効果について説明する。
(2-1)本実施形態においても、上記第1実施形態の効果(1-1)~(1-3)と同様の効果を得ることができる。
(Effects of this embodiment)
The effects of this embodiment will be explained.
(2-1) Also in this embodiment, the same effects as the effects (1-1) to (1-3) of the first embodiment can be obtained.
(2-2)円環状をなす磁性部34の内側部分31bの全体が非磁性部となるため、本実施形態でも軸部31を横断する不要な磁束の効果的な抑制が図れる。上記第1実施形態と同様に、より確実にリップルを抑制することが可能である。
(2-2) Since the entire
(第3実施形態)
以下、バーニアモータの第3実施形態について説明する。
(固定子20及び可動子30の構成)
図8及び図9に示すように、本実施形態のバーニアモータM3は、固定子20については上記第1実施形態と同様に構成されている。可動子30は、軸部31の一部を構成する永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bがともに非磁性金属材にて構成されている。永久磁石33と内側部分31aとは、異なる材料を一体的に組み合わせて作製されている。磁性部34と内側部分31bとについても、異なる材料を一体的に組み合わせて作製されている。なお本実施形態においても、永久磁石33を含む部品X1と磁性部34を含む部品X2とは筒状部材35内に挿入されて、可動子30が一体的に構成されている。
(Third embodiment)
A third embodiment of the vernier motor will be described below.
(Configuration of
As shown in FIGS. 8 and 9, in the vernier motor M3 of this embodiment, the
(本実施形態の作用)
本実施形態の作用について説明する。
本実施形態においても、可動子30の軸部31の一部を構成する永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bをともに非磁性部とし、遠くの磁性部34及び永久磁石33間での磁束の行き来が抑制されている。本構成においても上記第1実施形態と同様に、可動子30での磁束の経路が適正化されることで、リップル増大に繋がる不要な磁束の発生が抑制されている。
(Action of this embodiment)
The operation of this embodiment will be explained.
In this embodiment as well, the
したがって、図5において本第3実施形態「A3」に示すように、上記第1及び第2実施形態と同様に、リップル率を十分に抑制することが可能である。またこのことは、固定子20及び可動子30の各磁極数の組み合わせ自由度を大きくすることにも繋がる。しかも、本第3実施形態「A3」においても高推力を維持することが可能である。
Therefore, as shown in the third embodiment "A3" in FIG. 5, it is possible to sufficiently suppress the ripple rate, similarly to the first and second embodiments. This also leads to increasing the degree of freedom in combining the numbers of magnetic poles of the
(本実施形態の効果)
本実施形態の効果について説明する。
(3-1)本実施形態においても、上記第1実施形態の効果(1-1)~(1-3)と同様の効果を得ることができる。
(Effects of this embodiment)
The effects of this embodiment will be explained.
(3-1) Also in this embodiment, the same effects as the effects (1-1) to (1-3) of the first embodiment can be obtained.
(3-2)円環状をなす永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bの全体が非磁性部となるため、本実施形態でも軸部31を横断する不要な磁束の効果的な抑制が図れる。上記第1実施形態と同様に、より確実にリップルを抑制することが可能である。
(3-2) Since the entire
(変更例)
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
(Example of change)
Each of the above embodiments can be modified and implemented as follows. The above embodiment and the following modification examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
・可動子30の磁極部32において、永久磁石33を有する部品X1、磁性部34を有する部品X2を筒状部材35内に挿入して一体的に構成したが、接着剤を用いて各部品X1,X2を互いに固定してもよい。この場合、筒状部材35を省略することもできる。
- In the
・図10に示すように、可動子30の軸部31を長尺の1本の軸素材から作製し、円環状の永久磁石33及び円環状の磁性部34を外周面に装着させてもよい。この態様は、特に図8にて示した上記第3実施形態の可動子30のように、軸部31の一部を構成する永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bをともに非磁性金属材とする場合に適用し易い。軸部31は、非磁性金属若しくは非磁性樹脂等の長尺の1本の軸素材から作製できる。このようにすれば、軸部31の剛性を高く作製できる等の効果が期待できる。もちろん、図2及び図6にて示した上記第1及び第2実施形態のように、永久磁石33及び磁性部34の各内側部分31a,31bが異なる材料であっても、予め長尺の1本の軸部31を作製しておき、その後に永久磁石33及び磁性部34を装着させてもよい。
- As shown in FIG. 10, the
・図11及び図12に示すように、可動子30に各永久磁石33a,33bを用いてもよい。可動子30に用いる永久磁石33を1つの極異方性磁石から構成したが、図11に示すように、軸方向に2分する2つの極異方性磁石よりなる永久磁石33aを用いてもよい。また図12に示すように、軸方向に3分する3つの磁石材のハルバッハ配列磁石よりなる永久磁石33bを用いてもよい。もちろん、各永久磁石33a,33bは、上記した永久磁石33と機能としては同じである。
- As shown in FIGS. 11 and 12,
・図13に示すように、軸方向両端面を固定子20側に向けて拡開するように傾斜させた永久磁石33cを用いてもよい。永久磁石33cは、例えばハルバッハ配列磁石にて構成されている。軸方向両端面が傾斜する永久磁石33cは、軸方向の磁束分布変化を緩やかとする効果が期待できる。
- As shown in FIG. 13, a permanent magnet 33c may be used in which both end faces in the axial direction are inclined so as to expand toward the
・図示しないが、可動子30に用いる永久磁石33の各永久磁石33a~33cへの変更のみならず、固定子20に用いる永久磁石24についても各永久磁石33a~33cと同様に変更してもよい。
- Although not shown, not only the
・図14に示すように、固定子20の磁性板23の内周面、すなわち可動子30との対向面に軸方向に延びるスリット23aを設けてもよい。また、可動子30の磁性部34の外周面、固定子20との対向面に軸方向に延びるスリット34aを設けてもよい。各スリット23a,34aは、例えば周方向等間隔に複数設けられるものである。各スリット23a,34aの機能としては同じで、磁束の整流等の効果が期待できる。図示しないが、各スリット23a,34aに替えて凸条を設けても同様の効果が期待できる。
- As shown in FIG. 14, a
・図15~図18に示すように、可動子30の軸部31の軸方向全体に延びる長尺部材36a,36bを軸部31内に配置する態様であってもよい。
図15及び図16に示す態様では、長尺部材36aは非磁性材で作製され、非磁性部としても機能する。長尺部材36aを金属材で作製すれば、可動子30の軸部31の剛性の高める等の効果も期待できる。また、長尺部材36aを樹脂材で作製すれば、可動子30の軸部31の軽量化等の効果も期待できる。図17及び図18に示す態様では、長尺部材36bは磁性材で作製されている。長尺部材36bを金属材で作製すれば、可動子30の軸部31の剛性の高める等の効果が期待できる。なお、図15及び図17に示す態様は、永久磁石33の内側部分31aを非磁性材とした上記第1実施形態への適用である。また、図16及び図18に示す態様は、磁性部34の内側部分31bを非磁性材とした上記第2実施形態への適用である。
- As shown in FIGS. 15 to 18,
In the embodiment shown in FIGS. 15 and 16, the elongated member 36a is made of a non-magnetic material and also functions as a non-magnetic portion. If the elongated member 36a is made of a metal material, effects such as increasing the rigidity of the
また図19に示すように、長尺部材36aの一例として非磁性材よりなる複数本の棒状部材37aを用いてもよい。複数本の棒状部材37aは、軸部31の径方向中間位置において周方向等間隔に設けられている。また図20に示すように、長尺部材36aの一例として非磁性材よりなる円筒部材37bを用いてもよい。なお、円筒部材37bの内側部分37cは磁性材にて構成してもよく、空隙にて構成してもよい。また図21に示すように、図20に示した円筒部材37bと内側部分37cとをともに非磁性材、すなわち円柱部材37dを用いてもよい。円柱部材37dは、軸部31の中心部に設けられている。
Further, as shown in FIG. 19, a plurality of rod-shaped
・可動子30の軸部31の少なくとも一部を非磁性金属材としたが、非磁性樹脂材に変更して非磁性部を構成してもよい。また、非磁性部は、磁性材を後加工で非磁性材とするものであってもよい。また、可動子30の軸部31の一部若しくは全体的に中空状とする等、非磁性部を空隙にて構成してもよい。
- Although at least a portion of the
・電機子である固定子20の磁極数と、界磁子である可動子30の磁極数との上記組み合わせは一例であり、適宜変更してもよい。電機子の極対数を「m」、界磁子の極対数を「n」とした場合、バーニアモータである「n=m±1」が成立する構成であればよい。
- The above combination of the number of magnetic poles of the
・固定子20を径方向内側、可動子30を径方向外側というように、固定子20と可動子30との径方向の関係を逆に構成してもよい。
・固定子20を電機子、可動子30を界磁子で構成したが、これとは逆に固定子20を界磁子、可動子30を電機子で構成してもよい。
- The radial relationship between the
- Although the
・本開示において使用される「少なくとも1つ」という表現は、所望の選択肢の「1つ以上」を意味する。一例として、本開示において使用される「少なくとも1つ」という表現は、選択肢の数が2つであれば「1つの選択肢のみ」または「2つの選択肢の双方」を意味する。 - The expression "at least one" as used in this disclosure means "one or more" of the desired options. As an example, the expression "at least one" as used in this disclosure means "only one option" or "both of the two options" if the number of options is two.
M1~M3 バーニアモータ、L1 軸、20 固定子(電機子)、21 磁極部(第1磁極部)、22 コイル、23 磁性板(磁性部材)、30 可動子(界磁子)、31 軸部(背面側部位)、31a,31b 内側部分(背面側部位)、32 磁極部(第2磁極部)、33,33a~33c 永久磁石、34 磁性部 M1 to M3 Vernier motor, L1 shaft, 20 stator (armature), 21 magnetic pole part (first magnetic pole part), 22 coil, 23 magnetic plate (magnetic member), 30 mover (field element), 31 shaft part (back side part), 31a, 31b inner part (back side part), 32 magnetic pole part (second magnetic pole part), 33, 33a to 33c permanent magnet, 34 magnetic part
Claims (13)
永久磁石(33,33a~33c)及び磁性部(34)を含む一極対の第2磁極部(32)が複数直線状に設けられてなる界磁子(30)と、を備え、
前記コイルへの通電に基づく前記第1及び第2磁極部間の磁気伝達時に磁気減速効果が得られる構成をなし、前記電機子及び前記界磁子の相対的な直線動作にて軸(L1)方向の直動推力を得るリニア型のバーニアモータ(M1~M3)であって、
前記界磁子は、前記永久磁石が隣接の前記磁性部との間で磁束を行き来させる極異方性磁石若しくはハルバッハ配列磁石にて構成されるとともに、前記電機子に対する前記永久磁石及び前記磁性部の背面側部位(31,31a,31b)の少なくとも一部が非磁性部にて構成されている、
バーニアモータ。 an armature (20) including a plurality of linearly arranged first magnetic pole portions (21) of one pole pair each including a coil (22) and a magnetic member (23);
A field element (30) in which a plurality of second magnetic pole parts (32) of one pole pair including permanent magnets (33, 33a to 33c) and a magnetic part (34) are provided in a straight line,
The configuration is such that a magnetic deceleration effect is obtained during magnetic transmission between the first and second magnetic pole parts based on energization of the coil, and the relative linear movement of the armature and the field element causes the shaft (L1) to A linear vernier motor (M1 to M3) that obtains a direct thrust in the direction,
The field element is composed of a polar anisotropic magnet or a Halbach array magnet in which the permanent magnet passes magnetic flux back and forth between the adjacent magnetic part, and the permanent magnet and the magnetic part are connected to the armature. At least a part of the back side portion (31, 31a, 31b) of is made of a non-magnetic part,
vernier motor.
前記界磁子は、前記固定子の径方向内側に配置される可動子(30)として構成されている、
請求項1に記載のバーニアモータ。 The armature is configured as a stator (20) having an annular shape,
The field element is configured as a movable element (30) arranged radially inside the stator.
The vernier motor according to claim 1.
請求項2に記載のバーニアモータ。 The field element is integrally configured including a portion where a first component (X1) including the permanent magnet and a second component (X2) including the magnetic portion are stacked in the axial direction.
The vernier motor according to claim 2.
請求項3に記載のバーニアモータ。 The first and second parts are configured to be housed within a cylindrical member (35).
The vernier motor according to claim 3.
請求項2に記載のバーニアモータ。 The field element is configured such that the permanent magnet and the magnetic part each have an annular shape, and the permanent magnet and the magnetic part are attached to a long shaft part (31).
The vernier motor according to claim 2.
請求項2に記載のバーニアモータ。 In the field element, the permanent magnet has an annular shape, and an inner portion (31a) of the permanent magnet is configured as the non-magnetic portion.
The vernier motor according to claim 2.
請求項2に記載のバーニアモータ。 In the field element, the magnetic part has an annular shape, and an inner part (31b) of the magnetic part is configured as the non-magnetic part.
The vernier motor according to claim 2.
請求項2に記載のバーニアモータ。 In the field element, the permanent magnet and the magnetic part each have an annular shape, and the inner parts (31a, 31b) of the permanent magnet and the magnetic part are both configured as the non-magnetic part.
The vernier motor according to claim 2.
請求項2に記載のバーニアモータ。 The field element has a shaft portion (31a) extending in the axial direction, and is configured such that elongated members (36a, 36b) extending entirely in the axial direction are disposed within the shaft portion.
The vernier motor according to claim 2.
請求項9に記載のバーニアモータ。 The elongated member is made of a non-magnetic material.
The vernier motor according to claim 9.
請求項9に記載のバーニアモータ。 The elongated member is made of a magnetic material.
The vernier motor according to claim 9.
請求項2に記載のバーニアモータ。 The field element is configured to have a slit (34a) or a protrusion extending in the axial direction on the opposing surface of the magnetic part on the armature side.
The vernier motor according to claim 2.
請求項2に記載のバーニアモータ。 The armature is configured to have a slit (23a) or a protrusion extending in the axial direction on the opposing surface of the magnetic member on the field element side.
The vernier motor according to claim 2.
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