JP6790656B2 - Linear motor - Google Patents
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Description
本発明は、可動子と固定子とを組み合わせて直線運動出力を取り出すリニアモータに関する。 The present invention relates to a linear motor that extracts linear motion output by combining a mover and a stator.
従来、X,Y移動には、回転型モータの出力をボールねじにて直線運動に変換する方法が用いられてきたが、移動速度が遅いため、直線運動出力を直接に取り出し可能なリニアモータの利用が進められている。リニアモータは、一般的には、複数の矩形状の永久磁石を有する可動子と、複数の磁極歯を有する電機子とを組み合わせて構成される。 Conventionally, a method of converting the output of a rotary motor into linear motion with a ball screw has been used for X and Y movement, but since the moving speed is slow, a linear motor capable of directly extracting the linear motion output is used. It is being used. A linear motor is generally configured by combining a mover having a plurality of rectangular permanent magnets and an armature having a plurality of magnetic pole teeth.
また、半導体製造装置の加工機におけるワイヤボンダ、チップマウンタでは高速な反復運動が必要であるため、質量が小さくて大きな加速度が得られるリニアモータの使用が好ましい。このようなリニアモータとして、小型化を図るために、例えば特許文献1に開示されているように、固定子としての電機子の全面に可動子の永久磁石が対向するのではなく、可動子における永久磁石の配列長さを電機子の長さよりも短くした構成をなすリニアモータが採用されている。
Further, since a wire bonder and a chip mounter in a processing machine of a semiconductor manufacturing apparatus require high-speed repetitive motion, it is preferable to use a linear motor having a small mass and a large acceleration. In order to reduce the size of such a linear motor, for example, as disclosed in
この種のリニアモータは、複数の永久磁石を配列した磁石配列とこの磁石配列に一体化した平板状のバックヨークとを有する可動子と、複数の磁極歯夫々に駆動コイルを捲いた電機子とを隙間をあけて対向させた構成をなしている。駆動コイルへの通電によって、可動子(磁石配列及びバックヨーク)が移動し、可動子と電機子との長さの差がリニアモータの動作可能なストロークとなる。 This type of linear motor includes a mover having a magnet array in which a plurality of permanent magnets are arranged and a flat back yoke integrated into the magnet array, and an armature in which a drive coil is wound around a plurality of magnetic pole teeth. Are opposed to each other with a gap. By energizing the drive coil, the mover (magnet arrangement and back yoke) moves, and the difference in length between the mover and the armature becomes the operable stroke of the linear motor.
また、上述のリニアモータとは異なり、磁石配列のみを可動子として機能させ、バックヨークは固定子として機能させるリニアモータが提案されている(特許文献2〜4など)。
Further, unlike the above-mentioned linear motor, a linear motor in which only the magnet arrangement functions as a mover and the back yoke functions as a stator has been proposed (
この種のリニアモータでは、磁石配列と平板状のバックヨークとを分離して、電機子とは反対側で隙間をあけてバックヨークを磁石配列に対向させ、磁石配列のみを移動可能としている。磁石配列のみが移動し、バックヨークは電機子と同様に移動しない。磁石配列の長さは電機子の長さより短く、この長さの差がリニアモータの動作可能なストロークとなる。 In this type of linear motor, the magnet arrangement and the flat plate-shaped back yoke are separated, and the back yoke is made to face the magnet arrangement with a gap on the opposite side of the armature so that only the magnet arrangement can be moved. Only the magnet array moves, the back yoke does not move like the armature. The length of the magnet array is shorter than the length of the armature, and the difference in length is the operable stroke of the linear motor.
可動子は、対向する電機子の磁極歯面に強く吸引される。この際の吸引力Fは、下記式で表される。
F=B2 S/2μ0
(但し、B:電極子の磁極歯上の磁束密度、S:可動子と電機子との対向有
効面積、μ0 :真空の透磁率)
The mover is strongly attracted to the magnetic pole tooth surfaces of the opposing armatures. The suction force F at this time is expressed by the following formula.
F = B 2 S / 2μ 0
(However, B: magnetic flux density on the magnetic pole teeth of the electrode element, S: there is opposition between the mover and the armature.
Effective area, μ 0 : Vacuum permeability)
磁石配列と平板状のバックヨークとを一体化させた可動子を有するリニアモータ(一体型リニアモータ:特許文献1など)では、この吸引力は、通常定格推力の数倍から十倍以上となる。よって、大きな吸引力によって可動子が撓むという問題がある。この結果、このような撓みが発生するリニアモータを利用する加工機の寸法精度が悪化する。また、可動子の剛性を大きくする必要があり、構成が大型化するという難点がある。
In a linear motor having a mover in which a magnet arrangement and a flat plate-shaped back yoke are integrated (integrated linear motor:
また、過大な吸引力は、磁石配列を保持するリニアガイドにも及ぼされるので、この過大な吸引力に耐え得るようにリニアガイドは定格荷重が大きいものが必要となり、この点でも構成の大型化が避けられない。 In addition, since the excessive attractive force is also applied to the linear guide that holds the magnet arrangement, the linear guide needs to have a large rated load so as to withstand this excessive attractive force, and in this respect as well, the configuration is increased. Is inevitable.
よって、上記のような吸引力を低減することが望まれる。但し、吸引力を低減させる際に、小型の構成と大きな推力の発生とを何れも実現できるようにしておく必要がある。 Therefore, it is desired to reduce the suction force as described above. However, when reducing the suction force, it is necessary to be able to realize both a small configuration and a large thrust generation.
磁石配列と平板状のバックヨークとを分離して磁石配列のみを移動させる構成のリニアモータ(分離型リニアモータ:特許文献2〜4など)にあっては、磁石配列にはバックヨークと電機子との双方から吸引力が働くため、一体型リニアモータに比べて、全体の吸引力は小さくなる。しかしながら、分離型リニアモータでは、磁石配列に対向する磁極面積が、電機子側では対向する磁極歯の面積だけであるのに対して、バックヨーク側では全磁石の面積とほぼ同じ面積になる。よって、両隙間内での磁束密度が同じである場合には、この磁極面積の比率に応じて、バックヨーク側でより大きな吸引力が働くことになるため、全体的な吸引力の大幅な低減は望めない。
In a linear motor (separate linear motor:
そこで、磁石配列とバックヨークとの隙間を広くして隙間の磁束密度を小さくし、磁石配列と電機子との間の吸引力と同程度にまで磁石配列とバックヨークとの吸引力を低減させることが考えられる。しかしながら、磁石配列とバックヨークとの隙間を広くした場合には、電機子からの推力発生のための磁束密度も低下するため、推力が小さくなるという問題がある。 Therefore, the gap between the magnet arrangement and the back yoke is widened to reduce the magnetic flux density of the gap, and the attractive force between the magnet arrangement and the back yoke is reduced to the same level as the attractive force between the magnet arrangement and the armature. Can be considered. However, when the gap between the magnet arrangement and the back yoke is widened, the magnetic flux density for generating the thrust from the armature also decreases, so that there is a problem that the thrust becomes small.
したがって、これまでに提案された特許文献2〜4などの分離型リニアモータにあっては、可動子の吸引力を低減させるためには推力の低下が避けられないという課題がある。
Therefore, the separate linear motors such as
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、小型の構成及び大きな推力の発生を達成しながら、吸引力を大幅に低減することが可能であるリニアモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a linear motor capable of significantly reducing the suction force while achieving a small configuration and generation of a large thrust. ..
本発明に係るリニアモータは、複数の矩形状の永久磁石を配列させた可動子としての磁石配列と、該磁石配列に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、前記磁石配列に隙間をあけて前記バックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備えており、前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、前記バックヨークは、前記磁石配列に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記磁石配列の可動方向にあって同じ位置に、夫々に駆動コイルが捲かれていない複数の磁極歯を有しており、前記バックヨークにおける磁極歯の磁極面積は、前記電機子における磁極歯の磁極面積の0.9倍〜1.1倍であり、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間は、前記磁石配列と前記電機子との隙間に等しいかまたは大きいことを特徴とする。 The linear motor according to the present invention has a magnet arrangement as a mover in which a plurality of rectangular permanent magnets are arranged, a back yoke as a stator arranged with a gap in the magnet arrangement, and the magnet arrangement. It is provided with an armature as a stator that is arranged opposite to the back yoke with a gap, and the magnetization direction of each of the plurality of permanent magnets is the thickness direction, and the permanent magnets adjacent to each other are magnetized. The magnetizing directions are opposite, and the armature has a plurality of magnetic pole teeth on which drive coils are wound at equal pitches, and the back yoke is placed on a surface facing the magnet arrangement. It has a plurality of magnetic pole teeth in which the drive coil is not wound at the same position in the movable direction of the magnet arrangement as the magnetic pole teeth of the armature, and the magnetic pole area of the magnetic pole teeth in the back yoke is the above. It is 0.9 to 1.1 times the magnetic pole area of the magnetic pole teeth in the armature, and the gap between the magnet arrangement and the back yoke is equal to or larger than the gap between the magnet arrangement and the armature. It is a feature.
本発明のリニアモータにあっては、複数の永久磁石を並べた磁石配列と、磁石配列に隙間をあけて対向配置したバックヨークと、バックヨークとは反対側で隙間をあけて磁石配列に対向配置した電機子とを有している。磁石配列が可動子として機能し、バックヨーク及び電機子は固定子として機能する。磁石配列における複数の矩形状の永久磁石夫々は厚さ方向に磁化されており、隣り合う永久磁石間でその磁化方向は逆向きである。電機子は、複数の磁極歯を等ピッチで有しており、各磁極歯には駆動コイルが捲かれている。バックヨークは、磁石配列に対向する面が平板状ではなく、複数の磁極歯が等ピッチで形成されている。バックヨークにおける磁極歯のピッチは、電機子の磁極歯のピッチに等しく、バックヨークにおける磁極歯の位置は、リニアモータ(磁石配列)の移動方向において電機子の磁極歯と同じ位置である。また、バックヨークの磁極歯の磁極面積は、電機子の磁極歯の磁極面積の0.9倍〜1.1倍である。また、磁石配列とバックヨークとの隙間は、磁石配列と電機子との隙間以上である。 In the linear motor of the present invention, a magnet array in which a plurality of permanent magnets are arranged, a back yoke arranged so as to face the magnet array with a gap, and a back yoke facing the magnet array with a gap on the opposite side of the back yoke. It has an arranged armature. The magnet array functions as a mover, and the back yoke and armature function as stators. Each of the plurality of rectangular permanent magnets in the magnet arrangement is magnetized in the thickness direction, and the magnetization directions are opposite between the adjacent permanent magnets. The armature has a plurality of magnetic pole teeth at equal pitches, and a drive coil is wound around each magnetic pole tooth. The surface of the back yoke facing the magnet arrangement is not flat, and a plurality of magnetic pole teeth are formed at equal pitches. The pitch of the magnetic pole teeth in the back yoke is equal to the pitch of the magnetic pole teeth of the armature, and the position of the magnetic pole teeth in the back yoke is the same as the magnetic pole teeth of the armature in the moving direction of the linear motor (magnet arrangement). The magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the back yoke is 0.9 to 1.1 times the magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the armature. Further, the gap between the magnet arrangement and the back yoke is larger than the gap between the magnet arrangement and the armature.
本発明のリニアモータでは、バックヨークにも電機子と同じ位置に略同じ磁極面積の磁極歯を設けている。つまり、電機子からの駆動磁束が印加されるバックヨーク部分のみを磁石配列に近接させて、電機子の磁極歯に対向する部分以外で磁石配列からの隙間をあける構成としている。磁石配列に対向する電機子の磁極面積と、磁石配列に対向するバックヨークの磁極面積とが略等しくなるので、互いに効率良く相殺されて、全体の吸引力は大幅に小さくなる。したがって、磁石配列とバックヨークとの隙間を大きくしなくても吸引力の大幅な低減を実現できる。この際、磁石配列とバックヨークとの隙間を大きくする必要がないため、推力の低下が小さい。 In the linear motor of the present invention, the back yoke is also provided with magnetic pole teeth having substantially the same magnetic pole area at the same position as the armature. That is, only the back yoke portion to which the driving magnetic flux from the armature is applied is brought close to the magnet arrangement, and a gap from the magnet arrangement is provided except for the portion facing the magnetic pole teeth of the armature. Since the magnetic pole area of the armature facing the magnet arrangement and the magnetic pole area of the back yoke facing the magnet arrangement are substantially equal to each other, they cancel each other out efficiently, and the total attractive force is significantly reduced. Therefore, the attractive force can be significantly reduced without increasing the gap between the magnet arrangement and the back yoke. At this time, since it is not necessary to increase the gap between the magnet arrangement and the back yoke, the decrease in thrust is small.
また、バックヨークへの磁極歯の形成による凹凸形状により、駆動磁束の剪断領域がバックヨークに生じるため、電機子だけでなくバックヨークも推力の発生に寄与する。この推力発生が、磁石配列との間隙(エアギャップ)が2箇所に増えたことに起因する推力の低下を補うことになり、全体としての大きな推力が得られる。したがって、大きな推力を維持しながら、磁石配列(可動子)の吸引力を大幅に低減できる。 Further, since the sheared region of the driving magnetic flux is generated in the back yoke due to the uneven shape due to the formation of the magnetic pole teeth on the back yoke, not only the armature but also the back yoke contributes to the generation of thrust. This thrust generation compensates for the decrease in thrust caused by the increase in the gap (air gap) with the magnet arrangement at two locations, and a large thrust as a whole can be obtained. Therefore, the attractive force of the magnet arrangement (movable element) can be significantly reduced while maintaining a large thrust.
バックヨークの磁極歯の磁極面積をあまり広くした場合には、周りから磁束を多く拾って吸引力が大きくなり、一方、バックヨークの磁極歯の磁極面積をあまり狭くした場合には、推力を得るための磁束が減って推力が低下する。よって、バックヨークの磁極歯の磁極面積を、電機子の磁極歯の磁極面積の0.9倍〜1.1倍とする。 If the magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the back yoke is too wide, a large amount of magnetic flux is picked up from the surroundings to increase the attractive force, while if the magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the back yoke is too narrow, thrust is obtained. The magnetic flux for this is reduced and the thrust is reduced. Therefore, the magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the back yoke is set to 0.9 to 1.1 times the magnetic pole area of the magnetic pole teeth of the armature.
電機子の磁極歯には駆動コイルが捲かれるため、電機子の磁極歯はあまり低く構成されず、電機子の磁極歯の高さはバックヨークにおける磁極歯の高さよりも高くなる。このためバックヨークでは磁極歯の高さが低いため磁極歯以外の部分にも磁束が発生して吸引力が電機子側より大きくなる傾向にある。よって、吸引力の効率的な相殺が行えるように、磁石配列とバックヨークとの隙間を、磁石配列と電機子との隙間に等しいかまたは大きくする。 Since the drive coil is wound around the magnetic pole teeth of the armature, the magnetic pole teeth of the armature are not configured so low, and the height of the magnetic pole teeth of the armature is higher than the height of the magnetic pole teeth in the back yoke. For this reason, since the height of the magnetic pole teeth is low in the back yoke, magnetic flux is generated in a portion other than the magnetic pole teeth, and the attractive force tends to be larger than that on the armature side. Therefore, the gap between the magnet arrangement and the back yoke is equal to or larger than the gap between the magnet arrangement and the armature so that the attractive force can be efficiently offset.
本発明に係るリニアモータは、前記バックヨークにおける前記磁極歯の高さは、該磁極歯のピッチの1/20倍以上2倍以下であることを特徴とする。 The linear motor according to the present invention is characterized in that the height of the magnetic pole teeth in the back yoke is 1/20 or more and 2 times or less the pitch of the magnetic pole teeth.
本発明のリニアモータにあっては、バックヨークの磁極歯の高さをピッチに比べて小さくし過ぎた場合には、磁極歯(凹凸形状)を設けた効果が得られず、一方、磁極歯の高さをピッチに比べて大きくし過ぎた場合には、効果が変わらずに小型化に逆行する。よって、バックヨークにおける磁極歯の高さを、磁極歯のピッチの1/20倍以上2倍以下とする。 In the linear motor of the present invention, if the height of the magnetic pole teeth of the back yoke is made too small compared to the pitch, the effect of providing the magnetic pole teeth (concave and convex shape) cannot be obtained, while the magnetic pole teeth. If the height of the magnet is made too large compared to the pitch, the effect will not change and it will go against the miniaturization. Therefore, the height of the magnetic pole teeth in the back yoke is set to 1/20 or more and 2 times or less the pitch of the magnetic pole teeth.
本発明に係るリニアモータは、前記磁石配列の長さは、前記電機子の長さよりも短いことを特徴とする。 The linear motor according to the present invention is characterized in that the length of the magnet array is shorter than the length of the armature.
本発明のリニアモータにあっては、磁石配列の長さが電機子の長さよりも短い。よって、小型の構成であり、大きな加速度を確保できる。 In the linear motor of the present invention, the length of the magnet array is shorter than the length of the armature. Therefore, it has a small configuration and can secure a large acceleration.
本発明に係るリニアモータは、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間の大きさ、及び/または、前記磁石配列と前記電機子との隙間の大きさは可変であることを特徴とする。 The linear motor according to the present invention is characterized in that the size of the gap between the magnet arrangement and the back yoke and / or the size of the gap between the magnet arrangement and the armature is variable.
本発明のリニアモータにあっては、磁石配列とバックヨークとの隙間の大きさ、及び/または、磁石配列と電機子との隙間の大きさが可変である。よって、使用時の駆動起磁力の大きさに応じて磁石配列とバックヨークとの隙間の大きさ及び/または磁石配列と電機子との隙間の大きさを調整することにより、吸引力をほぼ零にすることが可能である。 In the linear motor of the present invention, the size of the gap between the magnet arrangement and the back yoke and / or the size of the gap between the magnet arrangement and the armature is variable. Therefore, by adjusting the size of the gap between the magnet arrangement and the back yoke and / or the size of the gap between the magnet arrangement and the armature according to the size of the driving magnetomotive force during use, the attractive force is almost zero. It is possible to.
本発明のリニアモータでは、小型の構成と大きな推力の発生とを実現しながら、磁石配列(可動子)の吸引力を大幅に低減することができる。よって、大きな吸引力に伴う撓みによる変形を抑制でき、リニアモータが利用される装置の寸法精度の悪化を防止できる。吸引力を小さくできるため、磁石配列(可動子)の剛性と磁石配列(可動子)を支持する支持系の剛性とを小さくでき、小型化を図れるだけでなく、可動質量の軽量化によって加速度を改善できる。また、バックヨークに磁極歯構造を設けることにより、バックヨークからの推力が磁石配列(可動子)に付加されるため、磁石配列とバックヨークとの間に隙間を設けたことによる推力の低下を最小限に抑えることができる。 In the linear motor of the present invention, the attractive force of the magnet arrangement (movable element) can be significantly reduced while realizing a compact configuration and generation of a large thrust. Therefore, deformation due to bending due to a large suction force can be suppressed, and deterioration in dimensional accuracy of the device in which the linear motor is used can be prevented. Since the attractive force can be reduced, the rigidity of the magnet arrangement (movable element) and the rigidity of the support system that supports the magnet arrangement (movable element) can be reduced. Can be improved. In addition, by providing the magnetic pole tooth structure on the back yoke, the thrust from the back yoke is applied to the magnet arrangement (movable element), so that the thrust is reduced due to the provision of a gap between the magnet arrangement and the back yoke. It can be minimized.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
図1及び図2は、本発明のリニアモータの構成を示す斜視図及び側面図である。リニアモータ1は、長尺の磁石配列2と、磁石配列2に隙間をあけて対向配置したバックヨーク3と、磁石配列に隙間をあけてバックヨーク3とは反対側に対向配置した電機子4とを有している。磁石配列2のみが可動子として機能し、バックヨーク3及び電機子4は固定子として機能する。リニアモータ1は7極6スロット型のリニアモータである。なお、図2では、磁石配列2のみは磁石の配置がわかるように可動方向に平行な方向からの断面を表している。
1 and 2 are perspective views and side views showing the configuration of the linear motor of the present invention. The
バックヨーク3及び電機子4の可動方向(図2の左右方向)における長さは略等しく、磁石配列2(可動子)の可動方向(図2の左右方向)における長さは、これらのバックヨーク3及び電機子4における長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ1の動作可能なストロークとなる。
The lengths of the
磁石配列2は、複数の矩形状の永久磁石21を、等ピッチで非磁性材製の支持枠22に支持固定して可動方向(図2の左右方向)に並置させて構成される。各永久磁石21は厚さ方向(図2の上下方向)に磁化されており、隣り合う永久磁石21,21同士でその磁化方向は逆向きである。即ち、磁石配列2では、バックヨーク3側から電機子4側に向かう方向に磁化された永久磁石21と、電機子4側からバックヨーク3側に向かう方向に磁化された永久磁石21とが交互に配置されている。
The
軟鋼製、好ましくは軟質磁性体(例えば、珪素鋼板)であるバックヨーク3の磁石配列2と対向しない側の面は平板状であるが、バックヨーク3の磁石配列2と対向する側の面は平板状ではなく、可動方向に等ピッチにて複数の矩形状の磁極歯31が形成されている。各磁極歯31の高さは、磁極歯31の形成ピッチの1/20倍以上2倍以下、好ましくは、1/10倍以上1倍以下である。例えば、各磁極歯31の高さは、磁極歯31の形成ピッチの半分程度である。
The surface of the
電機子4では、軟質磁性体製であるコア41に可動方向に等ピッチにて軟質磁性体製の複数の矩形状の磁極歯42が一体的に設けられており、各磁極歯42に駆動コイル43が捲かれている。
In the armature 4, a plurality of rectangular
バックヨーク3における磁極歯31のピッチは、電機子4の磁極歯42のピッチに等しく、バックヨーク3における各磁極歯31の位置は、磁石配列2(可動子)の移動方向において電機子4の各磁極歯42の位置と同じである。また、バックヨーク3の磁極歯31の磁石配列2に対向する磁極面の形状は、電機子4の磁極歯42の磁石配列2に対向する磁極面とほぼ同じ形の矩形状をなしており、前者の磁極面積は後者の磁極面積の0.9倍〜1.1倍である。例えば、磁極歯31の磁極面と磁極歯42の磁極面とは、同一の矩形状であって、同一の面積を有する。また、磁石配列2とバックヨーク3との隙間は、磁石配列2と電機子4との隙間と同じかまたは大きい。例えば、後者の隙間は0.5mmであり、前者の隙間は0.5mm以上である。
The pitch of the
本発明のリニアモータ1では、バックヨーク3の磁石配列2に対向する側の面に、電機子4の磁極歯42と可動方向での同じ位置にほぼ同一形状の磁極面を有して磁極面積がほぼ同じである磁極歯31を形成している。よって、磁石配列2及びバックヨーク3間に生じる吸引力の大きさと、磁石配列2及び電機子4間に生じる吸引力の大きさとがほぼ等しくなり、図2の上下方向にあって両方の吸引力が効果的に相殺されるため、リニアモータ1全体としての可動子の吸引力は非常に小さくなる。このように、本発明のリニアモータ1では、磁石配列2とバックヨーク3との隙間を大きくしなくても吸引力の大幅な低減を実現できる。よって、磁石配列2とバックヨーク3との隙間を大きくする必要がないため、推力の低下を起こすことがない。
The
また、本発明のリニアモータ1では、バックヨーク3に複数の磁極歯31を形成しており、この磁石配列2に対向する凹凸形状により駆動磁束の剪断領域が発生するため、電機子4だけでなくバックヨーク3も推力の発生に寄与する。図3は、本発明のリニアモータ1における磁束の流れを示す側面図である。図3において、矢印は磁束の流れを示している。リニアモータ1では、電機子4側における磁束の剪断によって推力が発生すると共に、バックヨーク3側における磁束の剪断によっても推力が発生することになり、リニアモータ1に生じる推力は、これらの両推力を合計したものとなる。なお、本発明のような磁極歯31を形成せずにバックヨークが平板状であるようなリニアモータでは、バックヨーク側では推力が発生せず、電機子側における磁束の剪断による推力のみとなる。
Further, in the
本発明のリニアモータ1では、磁石配列2とバックヨーク3との間にも隙間を設けるので、この隙間によって推力が低下することが懸念される。しかしながら、上述したようにバックヨーク3側でも推力を発生できるため、隙間に起因する推力の低下を補えて大きな
推力を実現できる。
In the
以上のことから、本発明のリニアモータ1にあっては、大きな推力を維持しながら、可動子(磁石配列2)の吸引力を大幅に低減することができる。したがって、磁石配列2には吸引力に伴う撓みがほとんど発生せず、リニアモータ1を用いた半導体製造装置での加工機などにおける寸法精度は非常に高くなる。
From the above, in the
また、本発明のリニアモータ1では、吸引力を小さくできるため、剛性が小さい永久磁石21及び支持枠22を使用しても支障は生じない。よって、可動子(磁石配列2)の小型化を図れると共に、可動子(磁石配列2)の軽量化に伴って大きな加速度を実現することが可能である。また、可動子(磁石配列2)の摩耗も少ないため、リニアモータ1の長寿命化を図れる。
Further, in the
リニアモータでは、可動子の移動を平滑に行うために、後述するように可動子の側面にリニアガイドを設けることが一般的であるが、本発明のリニアモータ1では吸引力が小さくなるので、リニアガイドも剛性が小さいものを使用でき、この点でもリニアモータの小型化と長寿命化に寄与できる。
In a linear motor, in order to smoothly move the mover, it is common to provide a linear guide on the side surface of the mover as described later. However, in the
本発明のリニアモータ1では、磁石配列2(可動子)の長さをバックヨーク3及び電機子4(固定子)の長さよりも短くして、更なる小型化及び軽量化と高速化とを図っている。
In the
以下、本発明者が作製したリニアモータ1の具体的な構成と、作製したリニアモータ1の特性とについて説明する。
Hereinafter, the specific configuration of the
まず、磁石配列2(可動子)を作製した。図4及び図5は、実施例のリニアモータ1における磁石配列2(可動子)の構成を示す平面図及び分解斜視図である。
First, a magnet array 2 (movable element) was produced. 4 and 5 are a plan view and an exploded perspective view showing a configuration of a magnet array 2 (movable element) in the
Nd−Fe−B系の希土類磁石(Br =1.395T、HcJ=1273kA/m)ブロックから、厚さ5mm、幅12mm、長さ82mmの矩形状の14個の永久磁石21を切り出した。切り出した永久磁石21を、厚さ方向に着磁した。次に、厚さ5mmのアルミニウム板から図5に示すような支持枠22をワイアーカットにて切り出した。そして、切り出した支持枠22に、隣り合う永久磁石21の磁化方向が互いに逆向きになるように14個の永久磁石21をスキュー角3.2°を付与して配列して挿入し、接着して磁石配列2(可動子)を作製した。
Nd-Fe-B based rare earth magnet (B r = 1.395T, H cJ = 1273kA / m) from the block, a thickness of 5 mm, a
次いで、バックヨーク3を作製した。図6は、実施例のリニアモータ1におけるバックヨーク3の側面形状を示す図である。
Next, the
軟鋼(JIS規格 G3101 種類記号 SS400材)から図6に示すような寸法を有するブロックを削り出して、18個の同一形状の磁極歯31(幅:6mm、高さ:3mm、長さ:82mm、磁極面積492mm2 )を等ピッチ(15.12mm)に有するバックヨーク3を作製した。
A block having the dimensions shown in FIG. 6 is machined from mild steel (JIS standard G3101 type code SS400 material), and 18
次いで、電機子4を作製した。図7は、実施例のリニアモータ1における電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。図7に示すような形状をなす電機子素材44を0.5mm厚さの珪素鋼板(JIS規格 C2552 種類記号 50A800材)から164枚切り出し、切り出した164枚を重ねて側面をCO2 レーザにて溶融一体化させて、幅82mm、高さ31mm、長さ263.04mmのブロック体(コア41に18個の同一形状の磁極歯42(幅:6mm、高さ:25mm、長さ:82mm、磁極面積492mm2 )を等ピッチ(15.12mm)に有する構成)を得た。
Next, the armature 4 was manufactured. FIG. 7 is a plan view showing an armature material used for manufacturing an armature in the
次に、このブロック体に巻き線を挿入した。図8は、実施例のリニアモータ1における電機子4の巻き線を示す図である。電機子4の各磁極歯42のアーム部に、直径2mmのエナメル被覆導線を17回捲き付けたものをワニス含浸させて固定することにより、駆動コイル43とした。
Next, a winding was inserted into this block body. FIG. 8 is a diagram showing the winding of the armature 4 in the
図8におけるU、V、Wは夫々3相交流電源のU相、V相、W相を示し、各相のコイルはすべて直列接続とした。Uコイル、Vコイル、Wコイルは上から見て電流が時計回りに流れるように結線し、−Uコイル、−Vコイル、−Wコイルは上から見て電流が反時計回りに流れるように結線して、電機子4を作製した。そして、6個ずつのUコイル、−Uコイル、Vコイル、−Vコイル、Wコイル、−Wコイルをスター結線して3相交流電源に接続した。 U, V, and W in FIG. 8 indicate the U phase, V phase, and W phase of the three-phase AC power supply, respectively, and the coils of each phase are all connected in series. The U coil, V coil, and W coil are connected so that the current flows clockwise when viewed from above, and the -U coil, -V coil, and -W coil are connected so that the current flows counterclockwise when viewed from above. Then, the armature 4 was manufactured. Then, six U-coils, -U-coils, V-coils, -V-coils, W-coils, and -W-coils were star-connected and connected to a three-phase AC power supply.
次いで、作製したバックヨーク3及び電機子4を、両者の間隔が一定の6mmに保たれるように、治具を用いて固定した。なお、バックヨーク3と電機子4との隙間が6mmになるように固定したが、この隙間はリニアモータ1組み立て後に調整できる構造とした。次いで、磁石配列2(可動子)の側面にリニアガイド(図示せず)を取り付けた後、バックヨーク3及び電機子4の隙間に、バックヨーク3及び電機子4夫々と所定の距離を隔てて、厚さ5mmの磁石配列2(可動子)を挿入して、リニアモータ1を作製した。この際、磁石配列2(可動子)とバックヨーク3の磁極歯31との隙間の距離、及び、磁石配列2(可動子)と電機子4の磁極歯42との隙間の距離を、何れも0.5mmとした。また、リニアガイドと電機子4間には、吸引力を測定できるようにロードセルを設けた。
Next, the produced back
バックヨーク3と電機子4との隙間を調整できる構造としているため、磁石配列2と電機子4(磁極歯42)との隙間の距離を一定とした状態で、磁石配列2とバックヨーク3(磁極歯31)との隙間の距離を任意に設定して可変とすることができる。なお、バックヨーク3及び電機子4の隙間への磁石配列2の挿入位置を調整することにより、磁石配列2とバックヨーク3(磁極歯31)との隙間の距離、及び、磁石配列2と電機子4(磁極歯42)との隙間の距離の比を所望の値に設定することも可能である。
Since the structure is such that the gap between the
その他、電機子4と可動子磁石配列2を支持するリニアガイドの間及び電機子4とバックヨーク3の間における隙間を調節する機構として、隙間調整ネジを挿入して高さを調整する機構や断面形状がテーパ状になっているシム板をネジにより挿入して高さを調節する機構が採用可能である。
In addition, as a mechanism for adjusting the gap between the armature 4 and the linear guide supporting the movable
図9は、このようにして作製した実施例のリニアモータ1の構成を示す図であり、図9Aはその上面図、Bはその側面図である。図9Bにあって、白抜き矢符は永久磁石21の磁化方向を表し、実線矢符は、磁石配列2(可動子)の可動方向を表している。また、このリニアモータ1の作製仕様の詳細は以下の通りである。
9A and 9B are views showing the configuration of the
磁極構成:7極6スロット
永久磁石21の材質:Nd−Fe−B系希土類磁石(日立金属製NMX−S49CH
材)
永久磁石21の形状:厚さ5.0mm,幅12mm,長さ82mm
永久磁石21のピッチ:12.96mm
永久磁石21のスキュー角:3.2°
バックヨーク3の形状:厚さ6.0mm,幅90mm,長さ263.04mm
バックヨーク3の材質:軟鋼(JIS規格 G3101 種類記号 SS400材)
磁極歯31の形状:幅6.0mm,高さ:3.0mm,長さ:82mm
磁極歯31のピッチ:15.12mm
コア41の体格:高さ31mm,幅82mm,長さ263.04mm
コア41の材質:珪素鋼板(JIS規格 C2552 種類記号 50A800材)
磁極歯42の形状:幅6.0mm,高さ:25mm,長さ:82mm
磁極歯42のピッチ:15.12mm
駆動コイル43の形状:幅15.12mm,高さ23mm,長さ91.12mm
駆動コイル43の巻き厚:4.06mm
駆動コイル43の巻き線の径,巻き数:直径2mm,17ターン
巻き線抵抗(1個):0.0189Ω
可動子(磁石配列2)の質量:516.6g
Magnetic pole configuration: 7 poles, 6 slots Material of permanent magnet 21: Nd-Fe-B type rare earth magnet (NMX-S49CH manufactured by Hitachi Metals)
Material)
Shape of permanent magnet 21: thickness 5.0 mm,
Skew angle of permanent magnet 21: 3.2 °
Shape of back yoke 3: Thickness 6.0 mm,
Material of back yoke 3: Mild steel (JIS standard G3101 type code SS400 material)
Shape of magnetic pole tooth 31: width 6.0 mm, height: 3.0 mm, length: 82 mm
Pitch of magnetic pole teeth 31: 15.12 mm
Body size of core 41:
Material of core 41: Silicon steel plate (JIS standard C2552 type code 50A800 material)
Shape of magnetic pole teeth 42: width 6.0 mm, height: 25 mm, length: 82 mm
Pitch of magnetic pole teeth 42: 15.12 mm
Shape of drive coil 43: width 15.12 mm,
Winding thickness of drive coil 43: 4.06 mm
Diameter of winding of
Mass of mover (magnet array 2): 516.6 g
上述したリニアモータ1では、磁石配列2(可動子)の長さ(190mm)は、バックヨーク3及び電機子4の長さ(何れも263.04mm)よりも短い。バックヨーク3における磁極歯31のピッチ、電機子4における磁極歯42のピッチは、何れも15.12mmであって等しく、磁極歯31及び磁極歯42は、可動方向において同じ位置にある。
In the
磁石配列2(可動子)に対向する磁極歯31の磁極面の形状と、磁石配列2(可動子)に対向する磁極歯42の磁極面の形状とは、同一寸法の矩形状である。つまり、磁極歯31の幅(可動方向の寸法)及び磁極歯42の幅(可動方向の寸法)は、何れも6mmであって等しく、磁石配列2(可動子)に対向する磁極歯31の磁極面積及び磁石配列2(可動子)に対向する磁極歯42の磁極面積は、何れも492mm2 であって等しい。
The shape of the magnetic pole surface of the
このようにして組み立てたリニアモータ1を推力測定用テストベンチに設置し、可動子(磁石配列2)の位置に同期した3相定電流電源により駆動して可動子(磁石配列2)を移動させ、推力と吸引力とを測定した。
The
図10は、実施例のリニアモータ1の電気角に対する推力変動を示すグラフである。この推力変動は、駆動起磁力(=駆動電流の大きさ×駆動コイル43の巻き数)を1200Aとした場合における可動子(磁石配列2)位置に対する推力(U相、V相、W相の3相合成推力)の変化を表している。図10において、横軸は電気角[°]であり、縦軸は推力[N]である。また、図中aは電機子4による推力、図中bはバックヨーク3による推力、図中cは全体の推力(電機子4による推力とバックヨーク3による推力との加算推力)を夫々表している。図10に示すように、全域にわたってほぼ一定の大きな推力を得られていることが分かる。
FIG. 10 is a graph showing thrust fluctuations with respect to the electric angle of the
図11は、実施例のリニアモータ1の推力特性を示すグラフである。この推力特性は、駆動コイル43への印加電流を変化させた場合の特性を表している。図11において、横軸は駆動起磁力[A]であり、左縦軸は推力[N]、右縦軸は推力起磁力比[N/A]である。また、図中aは推力、図中bは推力起磁力比を夫々表している。本発明のリニアモータ1では、推力比例限(推力起磁力比が10%低下)が駆動起磁力1200A時の1000Nである。
FIG. 11 is a graph showing the thrust characteristics of the
図12は、実施例のリニアモータ1の吸引力特性を示すグラフである。この吸引力特性は、駆動コイル43への印加電流を変化させた場合の特性を表している。図12において、横軸は駆動起磁力[A]であり、縦軸は吸引力[N]である。なお、吸引力は、+側で可動子(磁石配列2)が電機子4側へ吸引され、−側で可動子(磁石配列2)がバックヨーク3側へ吸引されることを示している。駆動起磁力の増加に応じて吸引力も大きくなっていき、例えば駆動起磁力が1200Aである場合に、290Nほどの吸引力で可動子(磁石配列2)がバックヨーク3側へ吸引されている。
FIG. 12 is a graph showing the attractive force characteristics of the
ところで、本発明のリニアモータ1を従来のリニアモータと比較して評価するために、従来例として2種のリニアモータ(第1従来例及び第2従来例)を作製して、それらの特性(推力と吸引力)を測定した。
By the way, in order to evaluate the
まず、第1従来例の構成について説明する。図13は、第1従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。第1従来例は、特許文献1に準じた構成を有するリニアモータ(一体型リニアモータ)である。
First, the configuration of the first conventional example will be described. FIG. 13 is a side view showing the configuration of the linear motor of the first conventional example. The first conventional example is a linear motor (integrated linear motor) having a configuration according to
第1従来例のリニアモータ50は、磁石配列52とバックヨーク53とを一体化させてなる可動子51と、可動子51に隙間をあけて対向配置した電機子54とを有している。第1従来例では、磁石配列52及びバックヨーク53を一体化させた構造物が可動子として機能し、電機子54は固定子として機能する。
The
磁石配列52の構成は、前述した磁石配列2の構成と同様である。即ち、磁石配列52は、複数の矩形状の永久磁石55を、等ピッチで非磁性材の支持枠に支持固定して可動方向(図13の左右方向)に設置させて構成され、各永久磁石55は厚さ方向(図13の上下方向)に磁化されており、隣り合う永久磁石55,55同士でその磁化方向は逆向きである。第1従来例のリニアモータ50では、この磁石配列52が軟鋼製の平板状のバックヨーク53に接着している。また、電機子54の構成は、前述した電機子4の構成と同様であって、コア56に可動方向に等ピッチにて複数の磁極歯57が一体的に設けられており、各磁極歯57に駆動コイル58が捲かれている。
The configuration of the
図14は、このような第1従来例のリニアモータ50の構成を示す図であり、図14Aはその上面図、Bはその側面図である。図14Bにあって、白抜き矢符は永久磁石55の磁化方向を表し、実線矢符は可動子51の可動方向を表している。なお、可動子51と電機子54との隙間の大きさは、0.5mmまたは1mmとした。このリニアモータ50の作製仕様の詳細は以下の通りである。
FIG. 14 is a diagram showing the configuration of such a
磁極構成:7極6スロット
永久磁石55の材質:Nd−Fe−B系希土類磁石(日立金属製NMX−S49CH
材)
永久磁石55の形状:厚さ5.0mm,幅12mm,長さ82mm
永久磁石55のピッチ:12.96mm
永久磁石55のスキュー角:3.2°
バックヨーク53の形状:厚さ6.0mm,幅90mm,長さ190mm
バックヨーク53の材質:軟鋼(JIS規格 G3101 種類記号 SS400材)
コア56の体格:高さ31mm,幅82mm,長さ263.04mm
コア56の材質:珪素鋼板(JIS規格 C2552 種類記号 50A800材)
磁極歯57の形状:幅6.0mm,高さ:25mm,長さ:82mm
磁極歯57のピッチ:15.12mm
駆動コイル58の形状:幅15.12mm,高さ23mm,長さ91.12mm
駆動コイル58の巻き厚:4.06mm
駆動コイル58の巻き線の径,巻き数:直径2mm,17ターン
巻き線抵抗(1個):0.0189Ω
可動子51(磁石配列52+バックヨーク53)の質量:1321.01g
Magnetic pole configuration: 7 poles, 6 slots
Material)
Shape of permanent magnet 55: thickness 5.0 mm,
Skew angle of permanent magnet 55: 3.2 °
Shape of back yoke 53: thickness 6.0 mm,
Material of back yoke 53: Mild steel (JIS standard G3101 type code SS400 material)
Body size of core 56:
Material of core 56: Silicon steel plate (JIS standard C2552 type code 50A800 material)
Shape of magnetic pole tooth 57: width 6.0 mm, height: 25 mm, length: 82 mm
Pitch of magnetic pole teeth 57: 15.12 mm
Shape of drive coil 58: width 15.12 mm,
Winding thickness of drive coil 58: 4.06 mm
Diameter of winding of
Mass of mover 51 (
可動子51(磁石配列52及びバックヨーク53の一体化構成)の可動方向(図13の左右方向)における長さは、電機子54の長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ50の動作可能なストロークとなる。
The length of the mover 51 (integrated configuration of the
次に、第2従来例の構成について説明する。図15は、第2従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。第2従来例は、特許文献2〜4に準じた構成を有するリニアモータ(分離型リニアモータ)である。なお、図15では、磁石配列62のみは磁石の配置がわかるように可動方向に平行な方向からの断面を表している。
Next, the configuration of the second conventional example will be described. FIG. 15 is a side view showing the configuration of the linear motor of the second conventional example. The second conventional example is a linear motor (separate type linear motor) having a configuration according to
第2従来例のリニアモータ60は、磁石配列62と、磁石配列62に隙間をあけて対向配置したバックヨーク63と、磁石配列62に隙間をあけてバックヨーク63とは反対側に対向配置した電機子64とを有している。磁石配列62のみが可動子として機能し、バックヨーク63及び電機子64は固定子として機能する。
The
磁石配列62の構成は、前述した磁石配列2の構成と同様である。即ち、磁石配列62は、複数の矩形状の永久磁石65を、等ピッチで非磁性材の支持枠に支持固定して可動方向(図15の左右方向)に設置させて構成され、各永久磁石65は厚さ方向(図15の上下方向)に磁化されており、隣り合う永久磁石65,65同士でその磁化方向は逆向きである。軟鋼製であるバックヨーク63は、磁石配列62に対向しない側の面だけでなく、磁石配列62に対向する側の面も平板状であり、本発明のリニアモータ1のような磁極歯は存在しない。また、電機子64の構成は、前述した電機子4の構成と同様であって、コア66に可動方向に等ピッチにて複数の磁極歯67が一体的に設けられており、各磁極歯67に駆動コイル68が捲かれている。
The configuration of the
図16は、このような第2従来例のリニアモータ60の構成を示す図であり、図16Aはその上面図、Bはその側面図である。図16Bにあって、白抜き矢符は永久磁石65の磁化方向を表し、実線矢符は磁石配列62(可動子)の可動方向を表している。なお、磁石配列62とバックヨーク63との隙間の大きさ、及び、磁石配列62と電機子64との隙間の大きさを、何れも0.5mmとした。また、このリニアモータ60の作製仕様の詳細は以下の通りである。
FIG. 16 is a diagram showing the configuration of such a second conventional example
磁極構成:7極6スロット
永久磁石65の材質:Nd−Fe−B系希土類磁石(日立金属製NMX−S49CH
材)
永久磁石65の形状:厚さ5.0mm,幅12mm,長さ82mm
永久磁石65のピッチ:12.96mm
永久磁石65のスキュー角:3.2°
バックヨーク63の形状:厚さ6.0mm,幅90mm,長さ215mm
バックヨーク63の材質:軟鋼(JIS規格 G3101 種類記号 SS400材)
コア66の体格:高さ31mm,幅82mm,長さ263.04mm
コア66の材質:珪素鋼板(JIS規格 C2552 種類記号 50A800材)
磁極歯67の形状:幅6.0mm,高さ:25mm,長さ:82mm
磁極歯67のピッチ:15.12mm
駆動コイル68の形状:幅15.12mm,高さ23mm,長さ91.12mm
駆動コイル68の巻き厚:4.06mm
駆動コイル68の巻き線の径,巻き数:直径2mm,17ターン
巻き線抵抗(1個):0.0189Ω
可動子(磁石配列62)の質量:516.6g
Magnetic pole configuration: 7 poles, 6 slots
Material)
Shape of permanent magnet 65: thickness 5.0 mm,
Skew angle of permanent magnet 65: 3.2 °
Shape of back yoke 63: thickness 6.0 mm,
Material of back yoke 63: Mild steel (JIS standard G3101 type code SS400 material)
Body size of core 66:
Material of core 66: Silicon steel plate (JIS standard C2552 type code 50A800 material)
Shape of magnetic pole tooth 67: width 6.0 mm, height: 25 mm, length: 82 mm
Pitch of magnetic pole teeth 67: 15.12 mm
Shape of drive coil 68: width 15.12 mm,
Winding thickness of drive coil 68: 4.06 mm
Diameter of winding of
Mass of mover (magnet array 62): 516.6 g
磁石配列62の可動方向(図15の左右方向)における長さは、電機子64の長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ60の動作可能なストロークとなる。
The length of the
上述した第1従来例、第2従来例、及び本発明の実施例における特性(推力と吸引力)の比較について説明する。 The comparison of the characteristics (thrust and suction force) in the first conventional example, the second conventional example, and the embodiment of the present invention described above will be described.
図17は、第1従来例、第2従来例、及び実施例のリニアモータにおける平均推力を示すグラフである。図17は、駆動起磁力を1200Aとした場合の平均推力[N]を表している。また、図18は、第1従来例、第2従来例、及び実施例のリニアモータにおける平均吸引力を示すグラフである。図18は、駆動起磁力を1200Aとした場合の平均吸引力[N]を表している。ここで、平均推力と平均吸引力は、U相電気角0°から360°の範囲において15°間隔で25点の推力と吸引力を測定(計算)し、その平均を算出したものである。 FIG. 17 is a graph showing the average thrust of the linear motors of the first conventional example, the second conventional example, and the embodiment. FIG. 17 shows the average thrust [N] when the driving magnetomotive force is 1200 A. Further, FIG. 18 is a graph showing the average suction force of the linear motors of the first conventional example, the second conventional example, and the embodiment. FIG. 18 shows the average attractive force [N] when the driving magnetomotive force is 1200 A. Here, the average thrust and the average attractive force are obtained by measuring (calculating) the thrust and the attractive force at 25 points at 15 ° intervals in the range of the U-phase electric angle of 0 ° to 360 °, and calculating the average thereof.
図17及び図18にあって、Aは磁石配列52・バックヨーク53一体型の第1従来例にあって可動子51と電機子54との隙間を0.5mmとしたリニアモータ50(以下、リニアモータ50Aともいう)であり、Bは磁石配列52・バックヨーク53一体型の第1従来例にあって可動子51と電機子54との隙間を1mmとしたリニアモータ50(以下、リニアモータ50Bともいう)であり、Cは磁石配列62とバックヨーク63とを離隔させた第2従来例にあって磁石配列62とバックヨーク63との隙間、及び、磁石配列62と電機子64との隙間を何れも0.5mmとしたリニアモータ60であり、Dは磁石配列2から離隔したバックヨーク3に磁極歯31を形成した本発明の実施例にあって磁石配列2とバックヨーク3との隙間、及び、磁石配列2と電機子4との隙間を何れも0.5mmとしたリニアモータ1である。
In FIGS. 17 and 18, A is a linear motor 50 (hereinafter referred to as a linear motor 50) in which the gap between the
第1従来例のリニアモータ50A(図中A)では、推力が最も大きくて1030Nあるが、吸引力は4200Nで推力の4倍程度の大きな数値となっている。この吸引力を低減する対策としてのリニアモータ50B(図中B)では、得られる推力の低下が著しく909Nになるのに対して吸引力はあまり低減せずに3360Nである。よって、十分な対策になっていないことが理解される。
The
第2従来例のリニアモータ60(図中C)では、980Nの比較的大きい推力を得ることができるが、吸引力については1712Nもの大きな力によってバックヨーク63側に吸引されており、吸引力の十分な低減がなされていない。
The linear motor 60 (C in the figure) of the second conventional example can obtain a relatively large thrust of 980 N, but the suction force is as large as 1712 N and is sucked to the
これに対して、本発明の実施例のリニアモータ1(図中D)では、リニアモータ50Aと遜色がない1000Nの大きな推力を得ることができている。また、吸引力についてはバックヨーク3側に290N(リニアモータ50Aの1/14程度)まで大幅に低減できている。したがって、本発明のリニアモータ1では、大きな推力を維持しながら、吸引力を大幅に低減できることが立証されている。
On the other hand, in the linear motor 1 (D in the drawing) of the embodiment of the present invention, a large thrust of 1000N, which is comparable to that of the
ところで、本発明のリニアモータ1にあっては、図12にも示すように、吸引力の大きさは駆動起磁力の大きさによって変化する。よって、よく使用される推力領域(駆動起磁力)に合わせて、磁石配列2とバックヨーク3との隙間の大きさを調整するようにすれば、より吸引力を小さくできる。
By the way, in the
前述した実施例では、磁石配列2とバックヨーク3との隙間、及び、磁石配列2と電機子4との隙間を何れも0.5mmと等しくしたが、他の実施例では、磁石配列2と電機子4との隙間は0.5mmのままで、磁石配列2とバックヨーク3との隙間を0.74mmとした。なお、他の構成は前述した実施例と同じである。
In the above-described embodiment, the gap between the
図19は、他の実施例のリニアモータ1の推力特性を示すグラフであり、図20は、他の実施例のリニアモータ1の吸引力特性を示すグラフである。図19において、横軸は駆動起磁力[A]であり、左縦軸は推力[N]、右縦軸は推力起磁力比[N/A]であり、aは推力、bは推力起磁力比を夫々表している。また、図20において、横軸は駆動起磁力[A]であり、縦軸は吸引力[N]である。
FIG. 19 is a graph showing the thrust characteristics of the
他の実施例では、駆動起磁力が1200Aである場合に推力は978Nとなって、前述した実施例に比べて少し落ちるが、吸引力については駆動起磁力が1200Aである場合に18Nしかなくてほぼ零を実現できている。これは、リニアガイドや可動子や周辺の構造物に吸引力による変形や寿命低下が無視できるレベルの吸引力である。よって、1200A近傍の駆動起磁力にて使用する場合には、他の実施例のリニアモータ1の方が、前述した実施例と比べて、吸引力の低減という目的には適していることが分かる。
In the other embodiment, the thrust is 978N when the driving magnetomotive force is 1200A, which is a little lower than that in the above-described embodiment, but the attractive force is only 18N when the driving magnetomotive force is 1200A. Almost zero has been achieved. This is a level of suction force at which deformation and life reduction due to suction force can be ignored on the linear guide, mover, and surrounding structures. Therefore, when used with a driving magnetomotive force near 1200 A, it can be seen that the
また、更に他の実施例として、磁石配列2と電機子4との隙間は0.5mmのままで、磁石配列2とバックヨーク3との隙間を0.66mmとしたリニアモータ1を作製した。なお、他の構成は前述した実施例と同じである。
As yet another embodiment, a
図21は、更に他の実施例のリニアモータ1の推力特性を示すグラフであり、図22は、更に他の実施例のリニアモータ1の吸引力特性を示すグラフである。図21において、横軸は駆動起磁力[A]であり、左縦軸は推力[N]、右縦軸は推力起磁力比[N/A]であり、aは推力、bは推力起磁力比を夫々表している。また、図22において、横軸は駆動起磁力[A]であり、縦軸は吸引力[N]である。
FIG. 21 is a graph showing the thrust characteristics of the
更に他の実施例では、駆動起磁力が1200Aである場合に推力は984Nとなって、前述した実施例に比べて少し落ちるが、吸引力については駆動起磁力が600Aである場合に5Nしかなくてほぼ零を実現できている。よって、600A近傍の駆動起磁力にて使用する場合には、更に他の実施例のリニアモータ1が、吸引力を低減するためには最適であることが分かる。
In yet another embodiment, the thrust is 984N when the driving magnetomotive force is 1200A, which is slightly lower than that in the above-described embodiment, but the attractive force is only 5N when the driving magnetomotive force is 600A. Has achieved almost zero. Therefore, it can be seen that the
以上のことから、頻度が高い使用領域に応じて、磁石配列2とバックヨーク3との隙間の大きさを最適に設定することにより、吸引力を大幅に低減できてほぼ零が達成可能である。この結果、可動子(磁石配列2)の撓みに起因した寸法精度の悪化、リニアガイドへの過重負荷による寿命の低下などを防止することができる。
From the above, by optimally setting the size of the gap between the
なお、上述した形態では、磁石配列2と電機子4との隙間の大きさを固定して磁石配列2とバックヨーク3との隙間の大きさを変動させる例について説明したが、これとは逆に、磁石配列2とバックヨーク3との隙間の大きさを固定して磁石配列2と電機子4との隙間の大きさを変動させる例、バックヨーク3と電機子4との隙間の大きさを固定して磁石配列2の位置を変動させる例などにより、零に近い吸引力を実現することも可能である。
In the above-described embodiment, an example in which the size of the gap between the
また、上述した形態では、磁石配列2(可動子)が電機子4よりも短い構成のリニアモータ1について説明したが、これとは逆に、磁石配列(可動子)が電機子よりも長い構成のリニアモータについても、本発明の特徴(バックヨークに磁極歯を形成)は適用可能である。
Further, in the above-described embodiment, the
なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be noted that the disclosed embodiments are exemplary in all respects and are not considered to be restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 リニアモータ
2 磁石配列(可動子)
3 バックヨーク
4 電機子
21 永久磁石
22 支持枠
31 磁極歯
41 コア
42 磁極歯
43 駆動コイル
1
3 Back yoke 4
Claims (4)
前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、
前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、
前記バックヨークは、前記磁石配列に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記磁石配列の可動方向にあって同じ位置に、夫々に駆動コイルが捲かれていない複数の磁極歯を有しており、
前記バックヨークにおける磁極歯の磁極面積は、前記電機子における磁極歯の磁極面積の0.9倍〜1.1倍であり、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間は、前記磁石配列と前記電機子との隙間に等しいかまたは大きい
ことを特徴とするリニアモータ。 A magnet arrangement as a mover in which a plurality of rectangular permanent magnets are arranged, a back yoke as a stator arranged with a gap in the magnet arrangement, and a back yoke with a gap in the magnet arrangement. Is equipped with an armature as a stator placed opposite to the opposite side.
The magnetization direction of each of the plurality of permanent magnets is the thickness direction, and the magnetization directions of adjacent permanent magnets are opposite to each other.
The armature has a plurality of magnetic pole teeth on which drive coils are wound at equal pitches.
The back yoke has a plurality of magnetic pole teeth on the surface facing the magnet array, at the same positions as the magnetic pole teeth of the armature in the movable direction of the magnet array , each of which is not wound with a drive coil. And
The magnetic pole area of the magnetic pole teeth in the back yoke is 0.9 to 1.1 times the magnetic pole area of the magnetic pole teeth in the armature, and the gap between the magnet arrangement and the back yoke is the magnet arrangement and the said. A linear motor characterized by being equal to or greater than the clearance with the armature.
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