JP2002119040A

JP2002119040A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2002119040A
Application number: JP2000311618A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Ito; 正和伊藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】コギング推力の発生を抑えることができるリニ
アモータを提供する。【解決手段】界磁極を構成する複数の永久磁石２を直
線状に並べて配置した界磁鉄心と、永久磁石２の列と磁
気的空隙を介して対向配置され、電機子巻線５を備えた
電機子鉄心４よりなる電機子４とを備え、界磁極と電機
子３の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対
的に走行するようにしたリニアモータにおいて、界磁鉄
心を複数の鉄心ブロック１Ａ、１Ｂに分割して推力方向
に配置し、各鉄心ブロック相互間に間隙を設け、鉄心ブ
ロック相互の間隙に磁性体の間隔片６を挿設したもので
ある。これにより、界磁極とティース４ｂ間によるコギ
ング推力または、界磁鉄心の両端における端効果による
コギング推力を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＡ機器の搬送シ
ステム、例えば工作機のテーブル送りや半導体製造装置
のステッパ駆動機構などに利用されるリニアモータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＦＡ機器の搬送システム、例
えば工作機のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ
駆動機構などに利用されるリニアモータが提案されてい
る。図７は従来のリニアモータの側断面図である。な
お、図では、ムービングマグネット型のリニアモータを
例示して説明する。図において、１０は平板状の界磁鉄
心、２は界磁鉄心１０に交互に極性が異なる界磁極を構
成する複数の永久磁石、３は永久磁石２の磁極面に空隙
を介して対向する電機子、４は電機子鉄心であって、電
磁鋼板を櫛歯状に打ち抜いてティース４ａと継鉄部４ｂ
を形成してなる電機子鉄板を積層固定したもの、５は電
機子巻線である。ここで、電機子鉄心４に設けるティー
ス４ａは、電機子巻線５の相数をｎ、界磁極の磁極数を
Ｐ、界磁極１極あたりのティースの数をｑとしたとき、
界磁鉄心１０の進行方向の全長に渡って、ｎ×Ｐ×ｑと
なる数を設けて、このティース４ａ間に位置するスロッ
ト４ｃに電機子巻線５を巻装している。このような構成
のリニアモータは、界磁極を有する界磁鉄心１０側を可
動子に、電機子３を固定子として、界磁鉄心１０を電機
子３の長手方向に対して走行するようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、一般に
電機子鉄心４に形成されるティース４ａと界磁極となる
永久磁石２との間に磁気回路を形成するが、スロット４
ｃの開口形状に起因する磁気抵抗の変化によりコギング
推力が発生し、このコギング推力が界磁極と電機子３の
相対運動時に生じる推力変動の一因となっていた。ま
た、界磁鉄心１０の両端に形成される磁気回路は開放さ
れているため、端効果によるコギング推力も発生し、こ
れも推力変動の一因となっていた。本発明は、上記課題
を解決するためになされたものであり、コギング推力の
発生を抑えることができるリニアモータを提供すること
を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１の本発明は、交互に極性が異なるように界
磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置し
た界磁鉄心と、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対
向するように配置した電機子鉄心と前記電機子鉄心のス
ロットにコイルを巻回した電機子巻線とより構成してな
る電機子とを備え、前記界磁極と前記電機子の何れか一
方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記
電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにお
いて、前記界磁鉄心を複数の鉄心ブロックに分割して推
力方向に配置し、前記鉄心ブロック相互間に間隙を設
け、前記鉄心ブロック相互の間隙に磁性体の間隔片を挿
設したものである。請求項２の本発明は、請求項１記載
のリニアモータにおいて、前記鉄心ブロックの分割数を
ｎ、前記鉄心ブロック１個の長さをＬ、前記鉄心ブロッ
ク全体に含まれる界磁極の磁極数Ｐと前記鉄心ブロック
１個に含まれるティースの数Ｓとの最小公倍数をＬＣＭ
（Ｐ，Ｓ）、前記鉄心ブロックの分割数の倍数を含まな
い自然数をｍ₁で表したときに、前記間隔片の長さが

【０００５】

【数７】

【０００６】で示されるものである。請求項３の本発明
は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記鉄心ブ
ロックの分割数をｎ、前記鉄心ブロック１個の長さを
Ｌ、前記鉄心ブロック全体に含まれる界磁極の磁極数を
Ｐ、前記鉄心ブロックの分割数の倍数を含まない自然数
をｍ₁で表したときに、前記間隔片の長さが

【０００７】

【数８】

【０００８】で示されるののである。請求項４の本発明
は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記鉄心ブ
ロックの分割数をｎ、前記鉄心ブロック１個の長さを
Ｌ、前記鉄心ブロック全体に含まれる界磁極の磁極数Ｐ
と前記鉄心ブロック１個に含まれるティースの数Ｓとの
最小公倍数をＬＣＭ（Ｐ，Ｓ）で表した場合であって、
請求項２記載の係数ｍ₁と請求項３記載の係数ｍ₂を用い
て、前記係数ｍ₁と前記係数ｍ₂との関係が、

【０００９】

【数９】

【００１０】の式を満足するものとし、前記係数ｍ₁を
用いて、前記間隔片の長さが

【００１１】

【数１０】

【００１２】の式で表されるものである。請求項５の本
発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記鉄
心ブロックの分割数をｎ、前記鉄心ブロック１個の長さ
をＬ、前記鉄心ブロック全体に含まれる界磁極の磁極数
をＰ、前記鉄心ブロックの分割数の倍数を含まない自然
数をｍ₁で表した場合であって、請求項１記載の係数ｍ₁
と請求項２記載の係数ｍ₂を用いて、前記係数ｍ₁と前記
係数ｍ₂との関係が、

【００１３】

【数１１】

【００１４】の式を満足するものとし、前記係数ｍ₂を
用いて、前記間隔片の長さが

【００１５】

【数１２】

【００１６】の式で表されるものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示すリニ
アモータの側面図である。図２は第１の実施例による特
性を示したものであって、（ａ）は各鉄心ブロックに生
じる界磁極とティースによるコギング推力、（ｂ）は各
鉄心ブロックに生じる端効果によるコギング推力であ
る。なお、本発明において、従来技術と同じ構成要素に
ついては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点
のみ説明する。図において、１Ａは第１の鉄心ブロッ
ク、１Ｂは第２の鉄心ブロック、６は間隔片である。本
発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。界磁
鉄心を第１の鉄心ブロック１Ａ、第２の鉄心ブロック１
Ｂに分割して推力方向に配置し、鉄心ブロック１Ａ、１
Ｂ相互間に間隙を設け、前記鉄心ブロック相互の間隙に
磁性体の間隔片６を挿設したものであって。鉄心ブロッ
クの分割数をｎ、鉄心ブロック１個の長さをＬ、鉄心ブ
ロック全体に含まれる界磁極の磁極数Ｐ、鉄心ブロック
１個に含まれるティース４ｂの数Ｓ、前記磁極数Ｐと前
記ティースの数Ｓの最小公倍数をＬＣＭ（Ｐ，Ｓ）、鉄
心ブロックの分割数の倍数を含まない自然数を係数ｍ₁
で表したときに、間隔片６の長さＬ_Cは、式（１）で導
かれる。

【００１８】

【数１３】

【００１９】図１のリニアモータは、鉄心ブロックの分
割数ｎを２、鉄心ブロック全体における界磁磁の磁極数
Ｐが４、鉄心ブロック１個におけるティース４ａの数Ｓ
が６とした場合であるため、この時、係数ｍ₁=１とし
て、間隔片６の長さＬ_Cを式（１）から求めると、Ｌ／
１２となる。第１鉄心ブロック１Ａと第２鉄心ブロック
１Ｂによって電機子巻線５に引き起こされる誘起電圧の
位相差は６０°となる。そのため電機子巻線５の配列を
示す相帯は図１のようになる。上記の電機子巻線５の相
帯を有するリニアモータにおいて、各々の鉄心ブロック
１Ａ、１Ｂの界磁極とティース４ａ間におけるコギング
推力は、図２（ａ）のようになり、コギング推力は打ち
消される。また、端効果によるコギング推力は図２
（ｂ）に示すようになり、コギング推力は大きくなる。
第１の実施例はこのような構成にしたので、界磁極と電
機子３の相対運動時に生じる推力変動をなくすことがで
き、界磁極と電機子のティース４ａの相互作用によるコ
ギング推力が大きいとき有効な手段となる。

【００２０】次に本発明の第２の実施例を説明する。図
３は本発明の第２の実施例を示すリニアモータの測断面
図、図４は第２の実施例による特性を示したものであっ
て、（ａ）は各鉄心ブロックに生じる界磁極とティース
によるコギング推力、（ｂ）は各鉄心ブロックに生じる
端効果によるコギング推力である。なお、各鉄心ブロッ
ク相互間に間隙を設け、鉄心ブロック相互の間隙に磁性
体の間隔片６を挿設した点は同じである。第２の実施例
が第１の実施例と異なる点は以下のとおりである。すな
わち、界磁鉄心を、第１の鉄心ブロック１Ａ、第２の鉄
心ブロック１Ｂ、第３の鉄心ブロック１Ｃに分割して推
力方向に配置したものであって、鉄心ブロック１個の長
さをＬ、鉄心ブロックの分割数をｎ、鉄心ブロック全体
に含まれる界磁極の磁極数Ｐ、鉄心ブロックの分割数の
倍数を含まない自然数をｍ₂で表したときに、間隔片６
の長さＬ_CEは式（２）で導かれる。

【００２１】

【数１４】

【００２２】図３のリニアモータは、鉄心ブロックの分
割数ｎを３、鉄心ブロック全体における界磁磁の磁極数
Ｐが６の場合であるため、この時、係数ｍ₂=１として、
間隔片６の長さＬ_CEを式（２）から求めると、Ｌ／６と
なる。第１鉄心ブロック１Ａ、第２鉄心ブロック１Ｂ、
第３鉄心ブロック１Ｃによって電機子巻線５に引き起こ
される誘起電圧の位相差はそれぞれ１２０°となる。そ
のため電機子巻線５の配列を示す相帯は図３のようにな
る。上記の電機子巻線５の相帯を有するリニアモータに
おいて、各々の鉄心ブロック１Ａ〜１Ｃの界磁極とティ
ース４ａ間におけるコギング推力は、図４（ａ）のよう
になり、コギング推力は位相差がないため大きくなる。
また、端効果によるコギング推力は図４（ｂ）に示すよ
うになり、コギング推力は互いに打ち消しあう。第２の
実施例はこのような構成にしたので、鉄心ブロックの両
端に形成される磁気回路に生じる推力変動をなくすこと
ができ、端効果によるコギング推力が大きいとき有効な
手段となる。

【００２３】次に第３の実施例を説明する。図５は本発
明の第３の実施例を示すリニアモータの側断面図、図６
は第３の実施例による特性を示したものであって、
（ａ）は各鉄心ブロックに生じる界磁極とティースによ
るコギング推力、（ｂ）は各鉄心ブロックに生じる端効
果によるコギング推力である。なお、各鉄心ブロック相
互間に間隙を設け、鉄心ブロック相互の間隙に磁性体の
間隔片６を挿設した点は同じである。第３の実施例が第
１および第２の実施例と異なる点は以下のとおりであ
る。第１の実施例で述べた係数ｍ₁と第２の実施例で述
べた係数ｍ₂を用いて、間隔片６の長さＬ_C＝Ｌ_CEとなる
ようにｍ₁およびｍ₂を決定したものであって、この時の
ｍ₁とｍ₂の関係は、式（３）で示される。

【００２４】

【数１５】

【００２５】式（３）でおいて、例えば、図３に示すよ
うに鉄心ブロック１個におけるティース４ａの数Ｓを
６、鉄心ブロック全体に含まれる界磁極の磁極数Ｐを４
としたときに、得られたｍ₁とｍ₂との関係は、ｍ₁＝３
×ｍ₂となる。ここで、ｍ₂＝１とすると、ｍ₁＝３とな
り、このときのｍ₁＝３を用いて、式（１）から間隔片
６の長さを求めると、Ｌ／４となる。また、ｍ₂＝１を
用いて、式（２）から間隔片６の長さを求めても、同じ
くＬ／４となる。第１の鉄心ブロック１Ａ、第２の鉄心
ブロック１Ｂによって電機子巻線５に引き起こされる誘
起電圧の位相差はそれぞれ１８０°となる。そのため、
電機子巻線５の配列を示す相帯は図５のようになる。上
記の電機子巻線５の相帯を有するリニアモータにおい
て、各々の鉄心ブロック１Ａ、１Ｂの界磁極とティース
４ａ間におけるコギング推力は、図６（ａ）のようにな
り、コギング推力は互いにコギング推力は打ち消しあ
う。また、端効果によるコギング推力は図６（ｂ）に示
すようになり、コギング推力は互いに打ち消しあう。第
３の実施例はこのような構成にしたので、界磁極と電機
子３の相対運動時に生じる推力変動および鉄心ブロック
の両端に形成される磁気回路に生じる推力変動をなくす
ことができ、界磁極とティース４ａ間のコギング推力、
端効果によるコギング推力の双方に有効な手段となる。
なお、第１、第２および第３の実施例を示したが、この
ように例示した界磁極とティースの組み合わせに限定さ
れることはなく、界磁極とティースの組み合わせは、ど
のような組み合わせでも構わない。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の第１の実
施例乃至第３の実施例によれば、界磁鉄心を複数の鉄心
ブロックに分割し、それぞれの鉄心ブロック相互間に間
隔をあけて間隔片を設けるようにしたので、それぞれの
鉄心ブロックによるコギング推力の位相をずらし、界磁
ヨーク全体のコギング推力を低減することができる。こ
のうち、第１の実施例は界磁極とティース間によるコギ
ング推力を低減するのに有効であって、第２の実施例は
端効果によるコギング推力の低減に有効であり、第３の
実施例は、界磁極とティース間によるコギング推力、端
効果によるコギング推力の双方を低減するのに有効であ
る。また、界磁ヨークをブロックごとに分割する製造方
法にすることで、製造過程において様々な寸法誤差等の
原因で特定できないコギング推力が発生した場合に、鉄
心ブロック間の間隔片の長さを適宜調整することで容易
にコギング推力を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータの測
断面図である。

【図２】第１の実施例による特性を示したものであっ
て、（ａ）は各鉄心ブロックに生じる界磁極とティース
によるコギング推力、（ｂ）は各鉄心ブロックに生じる
端効果によるコギング推力である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの測
断面図である。

【図４】第２の実施例による特性を示したものであっ
て、（ａ）は各鉄心ブロックに生じる界磁極とティース
によるコギング推力、（ｂ）は各鉄心ブロックに生じる
端効果によるコギング推力である。

【図５】本発明の第３の実施例を示すリニアモータの測
断面図である。

【図６】（ａ）は各鉄心ブロックに生じる界磁極とティ
ースによるコギング推力（ｂ）は各鉄心ブロックに生
じる端効果によるコギング推力である。

【図７】従来のリニアモータの測断面図である。

【符号の説明】

１Ａ第１の鉄心ブロック（界磁鉄心）１Ｂ第２の鉄心ブロック（界磁鉄心）１Ｃ第３の鉄心ブロック（界磁鉄心）２永久磁石３電機子４電機子鉄心４ａティース４ｂ継鉄部４ｃスロット５電機子巻線６間隔片

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交互に極性が異なるように界磁極を構成
する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁鉄心
と、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するよう
に配置した電機子鉄心と前記電機子鉄心のスロットにコ
イルを巻回した電機子巻線とより構成してなる電機子と
を備え、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子
に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相
対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記界磁鉄心を複数の鉄心ブロックに分割して推力方向
に配置し、前記鉄心ブロック相互間に間隙を設け、前記
鉄心ブロック相互の間隙に磁性体の間隔片を挿設したこ
とを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】前記鉄心ブロックの分割数をｎ、前記鉄
心ブロック１個の長さをＬ、前記鉄心ブロック全体に含
まれる界磁極の磁極数Ｐと前記鉄心ブロック１個に含ま
れるティースの数Ｓとの最小公倍数をＬＣＭ（Ｐ，
Ｓ）、前記鉄心ブロックの分割数の倍数を含まない自然
数をｍ₁で表したときに、前記間隔片の長さが【数１】で示されることを特徴とする請求項１記載のリニアモー
タ。
【請求項３】前記鉄心ブロックの分割数をｎ、前記鉄心
ブロック１個の長さをＬ、前記鉄心ブロック全体に含ま
れる界磁極の磁極数をＰ、前記鉄心ブロックの分割数の
倍数を含まない自然数をｍ₁で表したときに、前記間隔
片の長さが【数２】で示されることを特徴とする請求項１記載のリニアモー
タ。
【請求項４】前記鉄心ブロックの分割数をｎ、前記鉄心
ブロック１個の長さをＬ、前記鉄心ブロック全体に含ま
れる界磁極の磁極数Ｐと前記鉄心ブロック１個に含まれ
るティースの数Ｓとの最小公倍数をＬＣＭ（Ｐ，Ｓ）で
表した場合であって、請求項２記載の係数ｍ₁と請求項３記載の係数ｍ₂を用い
て、前記係数ｍ₁と前記係数ｍ₂との関係が、【数３】の式を満足するものとし、前記係数ｍ₁を用いて、前記間隔片の長さが【数４】の式で表されることを特徴とする請求項１記載のリニア
モータ。
【請求項５】前記鉄心ブロックの分割数をｎ、前記鉄心
ブロック１個の長さをＬ、前記鉄心ブロック全体に含ま
れる界磁極の磁極数をＰ、前記鉄心ブロックの分割数の
倍数を含まない自然数をｍ₁で表した場合であって、請求項２記載の係数ｍ₁と請求項３記載の係数ｍ₂を用い
て、前記係数ｍ₁と前記係数ｍ₂との関係が、【数５】の式を満足するものとし、前記係数ｍ₂を用いて、前記間隔片の長さが【数６】の式で表されることを特徴とする請求項１記載のリニア
モータ。