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WO2014064785A1 - リニアモータ及びリニアモータ駆動システム - Google Patents

リニアモータ及びリニアモータ駆動システム Download PDF

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WO2014064785A1
WO2014064785A1 PCT/JP2012/077501 JP2012077501W WO2014064785A1 WO 2014064785 A1 WO2014064785 A1 WO 2014064785A1 JP 2012077501 W JP2012077501 W JP 2012077501W WO 2014064785 A1 WO2014064785 A1 WO 2014064785A1
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WO
WIPO (PCT)
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magnetic pole
magnetic
linear motor
pole teeth
armature
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/077501
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康明 青山
小村　昭義
岩路　善尚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to CN201380044985.1A priority patent/CN104584403B/zh
Priority to JP2014543317A priority patent/JP5941551B2/ja
Priority to US14/424,300 priority patent/US9712032B2/en
Priority to TW102138453A priority patent/TWI509946B/zh
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Priority to JP2016236478A priority patent/JP6235110B2/ja
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    • 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
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more rotors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/12—Machines characterised by the modularity of some components

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor and a linear motor drive system, and more particularly to a linear motor and a linear motor drive system suitable for generating a thrust for moving relatively horizontally between a permanent magnet and an armature of a mover. About.
  • Patent Documents 1 to 3 relate to linear motors that generate thrust for moving horizontally between a permanent magnet of a mover and an armature.
  • Patent Documents 1 to 3 a linear motor in which an armature composed of magnetic poles and windings and a mover having a permanent magnet are relatively movable in the horizontal direction, and the magnetic poles are arranged on both sides of the permanent magnet. Are formed by windings disposed in the armature, and having a plurality of magnetic poles in the moving direction of the mover.
  • the magnetic poles having the same polarity in a plurality of magnetic poles, a plurality of magnetic pole teeth arranged opposite to each other, and the distance between the magnetic pole teeth can be varied for each magnetic pole tooth arranged opposite to each other. Is described.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned points.
  • the object of the present invention is not only to reduce the size of the apparatus, but also to share effective magnetic flux between adjacent magnetic poles, and to move the armature and the armature. It is an object of the present invention to provide a linear motor and a linear motor drive system in which a magnetic attractive force acting between a child and a child is canceled.
  • the linear motor of the present invention is arranged so that a mover formed by arranging a plurality of permanent magnets or magnetic materials while reversing the magnetization direction and the permanent magnets or magnetic materials are sandwiched from above and below.
  • An armature comprising windings respectively disposed on teeth and arranged in parallel in the moving direction of the mover or armature and both connected by the magnetic body, the mover
  • the armature generates a thrust for relatively horizontal movement, and has at least two different magnetic paths through which the magnetic flux from the winding passes.
  • At least two different magnetic paths through which the magnetic flux from the winding passes are such that the magnetic flux from the winding passes from the magnetic body to the first magnetic pole tooth, and from the first magnetic pole tooth to the second magnetic pole tooth.
  • the windings respectively disposed on the first magnetic pole teeth and the second magnetic pole teeth are respectively disposed on the first magnetic pole teeth and the second magnetic pole teeth adjacent to the moving direction of the mover or armature.
  • the winding direction of the wound winding is reversed.
  • the magnetic flux generated by the windings respectively disposed on the first magnetic pole teeth and the second magnetic pole teeth is the first magnetic pole teeth and the second magnetic pole teeth adjacent to each other in the moving direction of the mover or armature.
  • the magnetic fluxes produced by the windings respectively arranged in the direction and the direction are staggered.
  • the apparatus not only can the apparatus be reduced in size, but also effective magnetic flux sharing between adjacent magnetic poles can be achieved, and the linear magnetic attraction acting between the armature and the mover can be offset.
  • a motor and linear motor drive system can be obtained.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state where FIG. 1 is cross-sectioned along a YZ plane.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which FIG. 1 with the permanent magnet removed from FIG. 1 is taken along the XZ plane.
  • FIG. 2 shows the direction of the magnetic flux which the coil
  • FIG. 1 which shows the path
  • FIG. 1 shows the path
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the one-phase armature shown in FIG. 7 is cut in the XY plane.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the one-phase armature shown in FIG. 7 is cut in the YZ plane. It is the figure which looked at FIG. 8 from the arrow A direction. It is the figure which looked at FIG. 9 from the arrow B direction. It is a perspective view which shows Example 2 of the linear motor of this invention.
  • Example 2 of the linear motor of this invention it is a figure which shows the structure which arranged six magnetic pole teeth in the Z direction with respect to five permanent magnets.
  • Example 2 of the linear motor of this invention it is a figure which shows the structure which arranged six magnetic pole teeth in the Z direction with respect to seven permanent magnets.
  • Example 2 of the linear motor of this invention it is a figure which shows the structure which arranged nine magnetic pole teeth in the Z direction with respect to eight permanent magnets.
  • Example 2 of the linear motor of this invention it is a figure which shows the structure which arranged nine magnetic pole teeth in the Z direction with respect to ten permanent magnets.
  • Example 2 of the linear motor of this invention it is a figure which shows the structure which arranged the structure shown in FIG. 14 two in Z direction, and arranged 12 magnetic pole teeth in the Z direction with respect to ten permanent magnets.
  • FIG. 18 is a diagram showing a configuration in which two configurations shown in FIG. 17 are arranged in the Z direction and 18 magnetic pole teeth are arranged in the Z direction with respect to 20 permanent magnets in the second embodiment of the linear motor of the present invention. It is a perspective view equivalent to FIG. 1 which shows Example 3 of the linear motor of this invention. It is a side view of FIG.
  • FIG. 23 is a perspective view showing a state where FIG. 22 is sectioned along a YZ plane. It is a perspective view which shows Example 5 of the linear motor of this invention.
  • FIG. 25 is a perspective view showing a state where FIG. 24 is cross-sectioned along the YZ plane.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a sixth embodiment of the linear motor of the present invention and showing a cross section taken along the YZ plane. It is a perspective view which shows Example 7 of the linear motor of this invention.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing a state where FIG. 27 is taken along the YZ plane.
  • Example 8 of the linear motor of the present invention is shown, and the relationship between the gap g between the first magnetic pole teeth and the second magnetic pole teeth and the magnetic pole spacing W in the traveling direction of the mover of the first and second magnetic pole teeth will be described.
  • FIG. It is a characteristic view which shows the relationship between the ratio (W / g) of magnetic pole space
  • FIG. It is a perspective view which shows Example 9 of the linear motor of this invention. It is a perspective view which shows Example 10 of the linear motor of this invention. It is a front view of FIG. FIG. 33 is a cross-sectional view showing a state where FIG. 32 is taken along the YZ plane.
  • FIG. 1 to 11 show a linear motor according to a first embodiment of the present invention.
  • the present embodiment shown in the figure is an example in which a three-phase motor is configured so that the stator composed of three armatures 100, 101, 102 and the magnetization directions 51 of the adjacent permanent magnets 5 are alternated.
  • This is a linear motor in which a mover in which a plurality of permanent magnets 5 are arranged relatively linearly moves (horizontal movement).
  • a three-phase linear motor can be configured by arranging a stator composed of three armatures 100, 101, and 102 so that the phases are electrically shifted by 120 °, respectively.
  • m armatures can be used for m-phase driving.
  • a linear motor can be configured.
  • the permanent magnet 5 is fixed to a member (not shown) that holds the permanent magnet 5, and the permanent magnet 5 and the member that holds the permanent magnet 5 constitute a mover.
  • the mover and the stator are held by support means capable of relatively linear movement. It is also possible to fix the mover and move the stator (armature) side.
  • One armature 100 includes an upper first magnetic pole tooth 11 that faces the permanent magnet 5, a lower second magnetic pole tooth 12 that faces the permanent magnet 5, an upper first magnetic pole tooth 11, and a lower arm It consists of a magnetic body 13 that connects the second magnetic pole teeth 12 on the side, and is arranged side by side in the traveling direction (Z direction) of the permanent magnet 5.
  • the first magnetic pole tooth 11 and the second magnetic pole tooth 12 of each of the armatures 100 arranged side by side are respectively provided with the winding 2a and the winding 2b, and the first magnetic pole tooth 11 and the second magnetic pole tooth 12 are arranged.
  • the magnetic pole teeth 12 are arranged at positions facing the permanent magnet 5.
  • the armatures 101 and 102 have the same configuration.
  • FIG. 4 shows the direction of magnetic flux generated by the winding 2a and the winding 2b in the gap between the first magnetic pole tooth 11 and the second magnetic pole tooth 12 (in general, the winding of the linear motor is a permanent magnet).
  • the magnitude of the current and the direction of the current are changed with time according to the position of Fig. 4.
  • Fig. 4 shows the magnetic flux generated in the gap by the current flowing through the windings 2a and 2b at a certain time).
  • the winding 2a generates a magnetic flux 61a from the bottom to the top
  • the winding 2b generates a magnetic flux 61b from the top to the bottom.
  • one of two different magnetic paths through which the magnetic fluxes 71 and 72 generated by the windings 2a and 2b pass is that the magnetic flux 71a generated by the winding 2a is the first as shown in FIG. This is a first path that passes through the magnetic pole teeth 11a, the magnetic body 13a, the magnetic body 13b, and the magnetic body 13c to reach the second magnetic pole teeth 12a.
  • the other path is that the magnetic flux 72a generated by the winding 2a and the winding 2b is converted into the first magnetic pole tooth 11a, the magnetic body 13a, the second magnetic pole tooth 11b, and the second magnetic pole tooth. 12b, a second path that passes through the magnetic body 13c and reaches the second magnetic pole teeth 12a.
  • the magnetic flux 71 from the windings 2a and 2b is transferred from the magnetic body 13 to the first magnetic pole tooth 11, from the first magnetic pole tooth 11 to the second magnetic pole tooth 12,
  • the other magnetic path is a direction in which the magnetic flux 72 from the windings 2a and 2b is orthogonal to the first path (traveling direction of the permanent magnet 5). (Z direction)) and the second path to the magnetic pole teeth adjacent to the moving direction of the mover.
  • the second path through which the magnetic flux 72 passes is, as shown in FIG. 6, between the first magnetic pole teeth 11 on the upper side of the armature adjacent to the moving direction of the mover. And 2b flows through the magnetic body 13 and flows to the second magnetic pole teeth 12 on the lower side of the armature, and the magnetic flux 72 is magnetized between the second magnetic pole teeth 12 on the lower side.
  • a circulation path flows through the body 13.
  • the magnetic flux from winding 2a and 2b will pass the 1st and 2nd path
  • the magnetic flux 71a to be generated includes the first magnetic pole tooth 11 from the magnetic body 13 of the armature adjacent to the traveling direction (Z direction) of the permanent magnet 5, and the second magnetic pole tooth from the first magnetic pole tooth 11. 12, since the magnetic flux 71b flows from the second magnetic pole teeth 12 to the magnetic body 13 as a path, there is an effect that the magnetic saturation can be relaxed. As a result, the linear motor can be reduced in size and iron loss can be reduced.
  • the magnetic body 13a connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 and the adjacent first magnetic teeth 13a.
  • the direction of the magnetic flux (the magnetic fluxes 61a and 61b in FIG. 4) is reversed, the magnetic flux density is reduced, and magnetic saturation can be relaxed. effective. This effect makes it possible to reduce the magnetic path cross-sectional area of the magnetic bodies 13a and 13b that connect the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12, leading to a reduction in the size of the linear motor.
  • the side surface portion of the magnetic body 13a connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12, and the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth adjacent to each other in the moving direction of the mover Since a space 81 (see FIGS. 1 and 3) is formed in a part between the side surface portion of the magnetic body 13b that connects 12 and the cooling air flow through the space 81, the cooling performance of the winding is improved. The improvement can be achieved, and the use of the space 81 can be expected to improve the ease of drawing out the wires of the windings 2a and 2b. Furthermore, the space 81 can be used as a space for installing a member for mechanically holding the mover.
  • the armatures of each phase are independent and unbalance is unlikely to occur in the three-phase armature, so that reduction of thrust pulsation and low detent can be realized.
  • first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 They are opposed to each other, so that the attractive force between the permanent magnet 5 and each of the magnetic pole teeth is offset, and the magnetic attractive force acting between the armature and the mover is reduced.
  • FIG. 12 to 19 show a second embodiment of the linear motor of the present invention. Since the configuration of the linear motor of this embodiment shown in FIG. 12 is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
  • the current phases of the windings 2a and 2b wound around the armatures 100, 101, and 102 are shown in FIG. 13, but the first magnetic pole teeth 11 adjacent to the Z direction and the Z direction For each adjacent second magnetic pole tooth 12, the windings 2a and 2b are arranged so that each phase is inverted (electrically having a phase difference of 180 °).
  • Such an arrangement can be configured by changing the winding direction of the windings 2a, 2b of the adjacent first and second magnetic pole teeth 11 and 12, or by changing the entrance and exit lines of the windings 2a, 2b.
  • the winding directions are opposite between the adjacent first and second magnetic pole teeth 11 and 12
  • magnetic flux similar to that in FIG. 4 of the first embodiment is generated, and there is an effect of suppressing magnetic saturation.
  • the magnetic circuit for each of the adjacent first and second magnetic pole teeth 11 and 12 has a mirror image arrangement, and there is an advantage that permeance can be increased.
  • the directions of the magnetic flux 71a and the magnetic flux 71b are reversed, and the magnetic saturation can be relaxed. This has the advantage that thrust can be improved and pulsation due to magnetic saturation can be reduced.
  • the performance of the linear motor can be improved by providing windings with the same phase and reversed phase on adjacent magnetic pole teeth.
  • the U phase, -U phase, -V phase, V phase, W phase, -W phase (the U phase, V phase, W phase in FIG.
  • the phase difference is 120 °
  • the electrical phase difference between the V phase and the W phase is 120 °
  • the electrical phase difference between the U phase and the ⁇ U phase is 180 °.
  • FIG. 14 shows the relationship between the magnet pitch ⁇ m and the pitch ⁇ p of the magnetic pole teeth in the Z direction.
  • a plurality of windings of adjacent magnetic pole teeth can be connected to the same phase (+ U phase and + U phase).
  • Winding of -U phase) having a phase difference of 180 ° relative to the phase can be arranged side by side. Thereby, the magnetic saturation of the magnetic path can be eliminated.
  • a plurality of windings of adjacent magnetic pole teeth can be arranged side by side. Thereby, the magnetic saturation of the magnetic path can be eliminated.
  • the armatures of the respective phases are independent, and the adjacent armatures
  • the armature end phase is one (the armature of one phase has one armature of the other phase in the Z direction and the other armature has no armature of the other phase)
  • the armature of the other phase is on both sides of the armature of one phase.
  • the armatures of the respective phases are independent, the three-phase armature is less likely to be unbalanced, and there is an effect that thrust pulsation can be reduced and low detent can be realized.
  • the configuration is substantially the same as that of the linear motor shown in the first embodiment, but the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 and the movement of the mover.
  • the magnetic body 13 that connects the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 adjacent to each other in the direction (Z direction) is divided in the Z direction.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the magnetic body 13 that connects the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 has the traveling direction of the permanent magnet 5. It is effective even when not connected to. Further, the winding 2 can be held and cooled by using the gaps between the magnetic bodies 13 connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12.
  • the configuration is substantially the same as that of the linear motor shown in the first embodiment.
  • the space 81 between the bodies 13 is filled with a magnetic material.
  • the windings 2a and 2b are pulled out from the spaces of the armatures 100, 101, and 102, and the magnetic body 13 that connects the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 is used.
  • the magnetic path cross-sectional area is increased.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the size of the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 is reduced, and the size is further reduced.
  • the linear motor can be configured.
  • This embodiment shown in the figure has a configuration in which two armatures 100 of the linear motor shown in FIG. 1 are arranged in the moving direction (Z direction) of the mover, and the interval between the two armatures is an electrical angle. It arrange
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the interval between the adjacent first magnetic pole teeth 11 of the armature 100 shown in FIG. 1 is set to 150 °.
  • the space 81a provided in the magnetic body 13 connecting the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 is enlarged. It becomes possible to do.
  • the three-phase armatures 100, 101, 102 can be arranged in a line. That is, it can arrange
  • FIG. 25 shows an example of the arrangement of winding phases.
  • the winding phases of the armatures 100, 101, and 102 are windings having a 180 ° phase difference with the windings of the same phase in the same armature. Since the wires are adjacent to each other, there is an effect that the wiring of the winding becomes easy.
  • FIG. 26 shows a sixth embodiment of the linear motor of the present invention. Since the configuration of the linear motor of this embodiment shown in the figure is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
  • the armatures 100, 101, and 102 are arranged so that the electrical angle is 360 ° + 120 °.
  • the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the interval between the armature 100 and the armature 101 is set to an electrical angle of 360 ° + 120 °, so Magnetic interference can be reduced, and there is an effect of reducing thrust pulsation and interference of inductance between phases.
  • the controllability is improved due to the effect of reducing the interference of inductance.
  • the space between the armatures can be used as a space for holding the winding or the mover or cooling the winding.
  • the present embodiment shown in the figure has a linear motor configuration in which a plurality of armatures are arranged with respect to the permanent magnets 5 arranged such that the magnetization directions 51 of the adjacent permanent magnets 5 are alternate, and one movable element.
  • armatures are arranged with respect to the permanent magnets 5 arranged such that the magnetization directions 51 of the adjacent permanent magnets 5 are alternate, and one movable element.
  • it is the structure which has the armature of two or more linear motors.
  • the drive device 91 is connected to two linear motors, a linear motor 200 composed of three armatures 100, 101, 102 and a linear motor 201 composed of three armatures 100, 101, 102, respectively. .
  • thrust can be individually generated in the linear motor 200 and the linear motor 201 by the respective driving devices 91.
  • a large thrust can be generated. It is also possible to operate as a brake by working in the reverse direction.
  • produce differs is also possible.
  • the configuration of this embodiment has an advantage that a drive system can be configured with a small capacity drive device by supplying current necessary for thrust generation from the two drive devices 91.
  • no wiring is required between the two linear motors 200 and 201, so that a space for wiring can be reduced, and the entire linear motor drive system can be reduced in size.
  • the drive device 91 is a device that supplies current to the winding, and an inverter, a servo amplifier, or the like is used. When supplying a current to one phase, it is possible to connect with a single-phase amplifier.
  • FIG. 29 shows an eighth embodiment of the linear motor of the present invention. Since the configuration of the linear motor of this embodiment shown in the figure is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
  • the gap formed between the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 is g, and the first and second magnetic pole teeth 11 and 12 are adjacent to each other.
  • the relationship between the gap g and the magnetic pole interval W is W ⁇ 1.2 ⁇ g, where W is the magnetic pole interval in the moving direction (Z direction) of the mover or armature with the second magnetic pole teeth 11 and 12. It is what.
  • the thrust characteristics are greatly changed by the change of the magnetic pole interval W in the traveling direction of the mover.
  • the gap g is made constant and the magnetic pole interval W is made narrow, the magnetic flux between the magnetic pole teeth adjacent in the traveling direction of the mover increases, and the thrust decreases.
  • the magnetic flux that does not act on the permanent magnet 5 and extends to the adjacent magnetic pole teeth becomes a leakage magnetic flux, and does not contribute to thrust. Reducing the leakage flux makes it possible to reduce reactive power and leakage inductance.
  • the leakage magnetic flux is reduced by setting the relationship between the dimension of the gap g and the magnetic pole interval W to be the magnetic pole interval W ⁇ 1.2 ⁇ gap g.
  • FIG. 30 shows the ineffective magnetic flux (leakage magnetic flux) A and effective magnetic flux (contributing to thrust) when the horizontal axis represents the ratio of magnetic pole interval W to gap g (W / g) and the vertical axis represents the amount of magnetic flux. ) It is a figure showing the characteristic of B.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained, the leakage magnetic flux is reduced, the reactive power can be reduced and the leakage inductance can be reduced, and the thrust is not lowered.
  • a linear motor having a relatively large thrust can be obtained.
  • FIG. 31 shows a ninth embodiment of the linear motor of the present invention. Since the configuration of the linear motor of this embodiment shown in the figure is substantially the same as that of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
  • the present embodiment shown in the figure is an embodiment showing an example of how to hold the permanent magnet 5 described in the first to eighth embodiments.
  • the permanent magnet 5 is fixed to the permanent magnet holding member 52.
  • the mover 55 is constituted by the permanent magnet 5 and the permanent magnet holding member 52, and the armatures 100, 101, 102 are attached and fixed to a base (not shown), and the armatures 100, 101, 102 and / or Alternatively, the mover 55 is held by support means attached to the base.
  • the number of rows of permanent magnets 5 is composed of two rows up and down, and the armatures 100, 101 and 102 in the upper and lower rows are made common. That is, as shown in FIG. 33, the first magnetic pole teeth 11a and the second magnetic pole teeth 12a are arranged so as to sandwich the upper permanent magnet 5a, and the first magnetic pole teeth 11b are interposed so as to sandwich the lower permanent magnet 5b. The second magnetic pole teeth 12b are arranged.
  • the linear motor can be miniaturized by using it in common.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the magnetic body 13 that connects the first magnetic pole teeth 11 and the second magnetic pole teeth 12 can be shared.
  • the size of the magnetic circuit can be reduced.
  • the structure of the present Example mentioned above is a structural example in case the number of rows of the permanent magnet 5 is two rows, if there is a similar effect, it is not limited to the number of rows of the permanent magnet 5. You may comprise in multiple rows up and down.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

　本発明は、装置の小型化が図れることは勿論、隣り合う磁極間の有効な磁束の共有化が図れ、かつ、電機子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるリニアモータ及びリニアモータ駆動システムを提供する。　本発明によるリニアモータは、永久磁石又は磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石又は磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成ると共に、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設され、かつ、両者が前記磁性体で連結されている電機子とを備え、前記可動子と前記電機子が相対的に水平移動するための推力を発生するものであって、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路を有することを特徴とする。

Description

リニアモータ及びリニアモータ駆動システム
　本発明はリニアモータ及びリニアモータ駆動システムに係り、特に、可動子の永久磁石と電機子との間に相対的に水平移動するための推力を発生するものに好適なリニアモータ及びリニアモータ駆動システムに関する。
　可動子の永久磁石と電機子との間に相対的に水平移動するための推力を発生するリニアモータに関しては、特許文献１乃至３に記載されたものがある。
　この特許文献１乃至３には、磁極と巻線から成る電機子と、永久磁石を有する可動子とが相対的に水平方向に移動可能であるリニアモータであって、前記磁極が永久磁石の両側に空隙を介して対向配置された磁極歯と、この磁極歯をつなぐ磁性体とを備え、前記磁極を可動子の進行方向に複数個有し、かつ、電機子に配置された巻線により発生する磁束が、複数個の磁極において同じ極性を有し、複数個の対向配置された磁極歯が単独で構成され、しかも、対向配置された磁極歯ごとに、該磁極歯間の距離が可変できることが記載されている。
特開２０１１－２２３６９７号公報 特開２０１０－１４１９７８号公報 国際公開２０１０/１０３５７５号
　しかしながら、特許文献１乃至３に記載のリニアモータは、複数個の磁極において同じ極性を有しているため、可動子の進行方向に並んだ複数個の間において漏れ磁束を低減するという効果はあるものの、磁極の間隔が広くなり装置が大型化すると共に、隣り合う磁極間の有効な磁束の共有ができない問題があった。
　本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、装置の小型化が図れることは勿論、隣り合う磁極間の有効な磁束の共有化が図れ、かつ、電機子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるリニアモータ及びリニアモータ駆動システムを提供することにある。
　本発明のリニアモータは、上記目的を達成するために、永久磁石又は磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石又は磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成ると共に、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設され、かつ、両者が前記磁性体で連結されている電機子とを備え、前記可動子と前記電機子が相対的に水平移動するための推力を発生するものであって、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路を有することを特徴とする。
　また、前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路は、前記巻線からの磁束が、前記磁性体から前記第１の磁極歯、該第１の磁極歯から前記第２の磁極歯、該第２の磁極歯から前記磁性体に至る第１の経路と、該第１の経路と直交する方向で、かつ、前記それぞれの電機子内で前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する前記磁極歯に至る第２の経路とから成ることを特徴とする。
　また、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線との巻方向が逆になっていることを特徴とする。
　また、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線が作る磁束は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線が作る磁束と、その向きが互い違いになっていることを特徴とする。
　本発明によれば、装置の小型化が図れることは勿論、隣り合う磁極間の有効な磁束の共有化が図れ、かつ、電機子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるリニアモータ及びリニアモータ駆動システムを得ることができる。
本発明のリニアモータの実施例１を示す斜視図である。 図１をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 図１から永久磁石を抜き取った状態の図１をＸ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 本発明の実施例１における巻線が、第１の磁極歯と第２の磁極歯のギャップに作る磁束の向きを示す図２に相当する図である。 本発明のリニアモータの実施例１における第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図１に相当する図である。 本発明のリニアモータの実施例１における第１の磁束の経路と第２の磁束の経路を示す図２に相当する図である。 図５に示したリニアモータの１相分の電機子を示す斜視図である。 図７に示した１相分の電機子をＸ－Ｙ平面で断面した状態を示す斜視図である。 図７に示した１相分の電機子をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 図８を矢印Ａ方向から見た図である。 図９を矢印Ｂ方向から見た図である。 本発明のリニアモータの実施例２を示す斜視図である。 本発明のリニアモータの実施例２における３相の電機子に巻かれる巻線の位相を説明するための図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、５個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を６個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、７個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を６個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、８個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を９個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、１０個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を９個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、図１４に示した構成をＺ方向に２つ並べ、１０個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を１２個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例２において、図１７に示した構成をＺ方向に２つ並べ、２０個の永久磁石に対しＺ方向に磁極歯を１８個並べた構成を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例３を示す図１に相当する斜視図である。 図１７の側面図である。 本発明のリニアモータの実施例４を示す図１に相当する斜視図である。 図２２をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 本発明のリニアモータの実施例５を示す斜視図である。 図２４をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 本発明のリニアモータの実施例６を示し、Ｙ－Ｚ平面で断面した状態を示す斜視図である。 本発明のリニアモータの実施例７を示す斜視図である。 図２７をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。 本発明のリニアモータの実施例８を示し、第１の磁極歯と第２の磁極歯のギャップｇ、第１及び第２の磁極歯の可動子の進行方向の磁極間隔Ｗの関係を説明するための図である。 実施例８における磁極間隔Ｗ及びギャップｇの比（Ｗ/ｇ）と磁束量との関係を示す特性図であり、無効な磁束（漏れ磁束）及び有効な磁束（推力に寄与）の特性を示す図である。 本発明のリニアモータの実施例９を示す斜視図である。 本発明のリニアモータの実施例１０を示す斜視図である。 図３２の正面図である。 図３２をＹ－Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である
　以下、図示した実施例に基づいて本発明のリニアモータを説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
　図１乃至図１１に、本発明のリニアモータの実施例１を示す。該図に示す本実施例は、３相のモータを構成した例であり、３つの電機子１００、１０１、１０２からなる固定子と、隣り合う永久磁石５の磁化方向５１が交互になるように複数個の永久磁石５が配置されている可動子とが相対的に直線運動（水平移動）をするリニアモータである。３つの電機子１００、１０１、１０２からなる固定子を、電気的に位相が各１２０°ずれるように配置することで３相リニアモータが構成でき、同様にｍ個の電機子でｍ相駆動のリニアモータを構成できる。
　永久磁石５は、永久磁石５を保持する部材（図示しない）に固着され、永久磁石５と永久磁石５を保持する部材とで可動子を構成する。可動子と固定子は、相対的に直線運動が可能な支持手段により保持される。なお、可動子を固定し、固定子（電機子）側を移動させることも可能である。
　１つの電機子１００は、永久磁石５に対向した上側の第１の磁極歯１１と、永久磁石５に対向した下側の第２の磁極歯１２と、上側の第１の磁極歯１１と下側の第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３とから成り、永久磁石５の進行方向（Ｚ方向）に２つ並べて構成されている。２つ並べて構成された電機子１００の各々の第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２には、それぞれ巻線２ａと巻線２ｂが配置され、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２は、永久磁石５に対向する位置に配置されている。なお、電機子１０１、１０２も同様な構成である。
　図４に、巻線２ａ及び巻線２ｂが、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２との間のギャップに作る磁束の向きを示す（一般に、リニアモータの巻線は、永久磁石の位置によって時間的に電流の大きさや電流の向きを変化させる。図４は、ある時間において巻線２ａ、２ｂに流れる電流が、ギャップに作る磁束を示している）。
　該図に示す如く、巻線２ａは下から上への磁束６１ａを発生させ、巻線２ｂは上から下への磁束６１ｂを発生させる。
　本実施例では、図５及び図６に示す如く、巻線２ａ及び２ｂによって発生する磁束７１及び７２が通る２つの異なる磁路を形成している。
　以下、この詳細を図７乃至図１１を用いて説明する。該図に示す如く、巻線２ａ及び２ｂによって発生する磁束７１及び７２が通る２つの異なる磁路のうち１つは、図１０に示すように、巻線２ａにより生じた磁束７１ａが、第１の磁極歯１１ａ、磁性体１３ａ、磁性体１３ｂ、磁性体１３ｃを通り、第２の磁極歯１２ａに至る第１の経路である。もう１つの経路は、図１１に示すように、巻線２ａと巻線２ｂにより生じた磁束７２ａが、第１の磁極歯１１ａ、磁性体１３ａ、第２の磁極歯１１ｂ、第２の磁極歯１２ｂ、磁性体１３ｃを通り、第２の磁極歯１２ａに至る第２の経路である。
　即ち、２つの異なる磁路の１つは、巻線２ａ及び２ｂからの磁束７１が、磁性体１３から第１の磁極歯１１、第１の磁極歯１１から第２の磁極歯１２、第２の磁極歯１２から磁性体１３に至る第１の経路であり、もう１つの磁路は、巻線２ａ及び２ｂからの磁束７２が、第１の通路と直交する方向（永久磁石５の進行方向（Ｚ方向））で、かつ、可動子の進行方向に隣接する磁極歯に至る第２の経路である。
　上記した磁束７２が通る第２の経路は、詳述すれば、図６に示す如く、可動子の進行方向に隣接する電機子の上側の各々の第１の磁極歯１１間を、巻線２ａ及び２ｂからの磁束７２が磁性体１３を介して流れ、それが電機子の下側の第２の磁極歯１２に流れ、下側の各々の第２の磁極歯１２間を、磁束７２が磁性体１３を介して流れる循環経路となる。
　このように構成することにより、巻線２ａ及び２ｂからの磁束が第１及び第２の経路を通ることになり、磁束の経路の断面積が増加し、効率的に推力を発生することができる。
　従って、小型のリニアモータが提供でき、更に、磁性体１３から第１の磁極歯１１、第１の磁極歯１１から第２の磁極歯１２、第２の磁極歯１２から磁性体１３を経路とする磁束７１ａは、図５に示す如く、永久磁石５の進行方向（Ｚ方向）に隣り合う電機子の磁性体１３から第１の磁極歯１１、第１の磁極歯１１から第２の磁極歯１２、第２の磁極歯１２から磁性体１３を経路とする磁束７１ｂとは逆向きに流れているため、磁気飽和が緩和できるという効果もある。これにより、リニアモータの小型化や鉄損の低減が可能となる。
　図３に示す如く、巻線２ａの作る磁束と巻線２ｂの作る磁束の向きが互い違いになるため、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３ａと、隣接する第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３ｂとにおいては、磁束の方向（図４の磁束６１ａ及び６１ｂ）が逆向きになり、磁束密度が低減し磁気飽和を緩和できるという効果がある。この効果により、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３ａ及び１３ｂの磁路断面積を小さくすることが可能になり、リニアモータの小型化につながる。
　また、本実施例では、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３ａの側面部と、可動子の進行方向に隣接する第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３ｂとの側面部との間の一部に空間８１（図１及び図３参照）を形成しているので、この空間８１に冷却風を流すことで巻線の冷却性能の向上が図れ、また、空間８１を利用することで巻線２ａ、２ｂの配線の引き出し易さが向上するなどの効果が期待できる。更に、空間８１を、可動子を機械的保持する部材の設置のための空間として利用することも可能である。
　また、本実施例のリニアモータは、各相の電機子が独立しており、３相の電機子に不平衡が生じにくいため、推力脈動の低減、低ディテントが実現できる。
　このような本実施例によれば、装置の小型化が図れることは勿論、隣り合う磁極間の有効な磁束の共有化が図れ、かつ、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２が対向しており、永久磁石５と、それぞれの磁極歯間での吸引力が相殺され、電機子と可動子との間に働く磁気吸引力が小さくなる効果がある。
　図１２乃至図１９に、本発明のリニアモータの実施例２を示す。図１２に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　一般に、リニアモータを用いて大推力、高速駆動を実現するためには、リニアモータの巻線に大きな電流を流す必要がある。しかし、巻線に流す電流の増加に従って、巻線の径も増加する傾向にある。例えば、３相モータではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線が用いられるが、１つの相で複数の巻線を備えたケースでは、同相の巻線の間隔が離れている場合、各相の巻線が交差する場合など、複数の巻線を接続する渡り線の占める空間が増加し、リニアモータの体格の増加、インダクタンスが増加してしまう課題もあった。特に、大推力、高速駆動の必要なリニアモータでは、それらの影響が顕著にあらわれる。
　そこで、本実施例では、各電機子１００、１０１、１０２のそれぞれに巻かれる巻線２ａ、２ｂの電流位相を図１３に示すが、Ｚ方向に隣り合う第１の磁極歯１１及びＺ方向に隣り合う第２の磁極歯１２毎に、各相の反転した位相(電気的に１８０°位相差を有する位相)となるように巻線２ａ、２ｂを配置している。
　このような配置は、隣り合う第１及び第２の磁極歯１１及び１２の巻線２ａ、２ｂの巻方向を変えるか、或いは巻線２ａ、２ｂの出入り口の線を入れ替えることで構成できる。
　図１３に示すように、隣り合う第１及び第２の磁極歯１１及び１２で巻線２ａ、２ｂの位相を１８０°変えることにより、隣り合う巻線２ａ、２ｂで結線が可能になり、渡り線の空間を削減できる。また、各相の巻線間で交差する渡り線がないため、小型のリニアモータが構成できる。
　本実施例では、隣り合う第１及び第２の磁極歯１１及び１２で巻線方向が反対になるため、実施例１の図４と同様な磁束が発生し、磁気飽和抑制の効果もある。また、隣り合う第１及び第２の磁極歯１１及び１２毎の磁気回路が鏡像配置になり、パーミアンスを高くできる利点もある。また、上記した図５に示すように、磁束７１ａと磁束７１ｂの向きが逆になり、磁気飽和を緩和できる。これにより推力の向上、磁気飽和による脈動を低減できる利点がある。
　このように、隣り合う磁極歯に同相で位相の反転した巻線を施すことにより、リニアモータの性能を向上できる。
　例えば、図１３に示すように、Ｕ相、－Ｕ相、－Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、－Ｗ相(図１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相は、Ｕ相とＶ相間で電気的な位相差が１２０°、Ｖ相とＷ相間で電気的な位相差が１２０°であり、Ｕ相と－Ｕ相間で電気的な位相差が１８０°となることを示す)となるように配置することで、５個の永久磁石５に対して、Ｚ方向に磁極歯を６個並べることが可能となり、各電機子１００、１０１、１０２を整列させることができる。
　また、図１４に磁石のピッチτｍと、磁極歯のＺ方向のピッチτｐの関係を示す。
　図１４に示した５個の永久磁石５に対して、Ｚ方向に磁極歯を６個並べた（５τｍ＝６τｐの関係のある）構成は一例であり、隣り合う磁極の巻線２ａ、２ｂを同じ相になるように配置することで、同様の効果が得られれば、本構成に限定されるものではない。
　例えば、図１５に示すように、７個の永久磁石５とＺ方向に磁極歯を６個並べることにより（７τｍ＝６τｐ）、隣り合う磁極歯の複数の巻線を同じ相（＋Ｕ相と＋Ｕ相に対して１８０°位相の異なる－Ｕ相）の巻線を並べて配置できる。これにより、磁路の磁気飽和を解消できる。
　また、図１６には、８個の永久磁石５とＺ方向に９個の磁極歯を並べた（８τｍ＝９τｐ）場合の構成例を示す。また、図１７には、１０個の永久磁石５とＺ方向に９個の磁極歯を並べた（１０τｍ＝９τｐ）場合の構成例を示す。図１６及び図１７ともに、隣り合う磁極歯の複数の巻線を同じ相の巻線を並べて配置できる。これにより、磁路の磁気飽和を解消できる。
　即ち、３相のリニアモータの場合には、Ｚ方向に並んだ磁極歯の数を３ｍ（ｍ＝２、３、４・・・の整数）とした場合、要は３ｍ±１個配置されていればよい。
　本発明のリニアモータは、逆方向の磁束を利用して磁気飽和を緩和する効果があるため、ｍは２以上の整数となる。従って、磁石のピッチτｍと、磁極歯のＺ方向のピッチτｐの関係を（３ｍ±１）τｍ＝３ｍτｐとすればよい。
　更に、図１８に示すように、５τｍ＝６τｐの関係有する電機子１００、１０１、１０２をＺ方向に２つ並べ、１０τｍ＝１２τｐとした構成も可能である。即ち、磁石のピッチτｍと、磁極歯のＺ方向のピッチτｐの関係をｎ（３ｍ±１）τｍ＝３ｍｎτｐとすればよい（ｎ＝１、２、３、４・・・の整数）。
　また、図１９は、ｎ＝２、ｍ＝３とした場合の実施例であり、２×（３×３＋１）τｍ＝３×３×２τｐであり、２０τｍ＝１８τｐとした例である。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、本実施例のリニアモータは、各相の電機子が独立しており、隣り合う電機子間での磁束の干渉が小さく、電機子端部の相の（ある相の電機子のＺ方向に一方は他相の電機子があり、もう一方には他相の電機子がない）場合と、中央部の相の（ある相の電機子の両側に他相の電機子がある）場合と推力特性に差が生じる。それぞれの相の電機子間の干渉が大きい場合、電機子端部の相の推力と、電機子中央部の相の推力差が大きくなり、推力の脈動やディテントが大きくなる。
　本発明のリニアモータは、各相の電機子が独立しているため、３相の電機子に不平衡が生じにくく、推力脈動の低減、低ディテントが実現できるという効果がある。
　図２０及び図２１に、本発明のリニアモータの実施例３を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例では、実施例１に示したリニアモータと略同様な構成であるが、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３と、可動子の進行方向（Ｚ方向）に隣接する第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３とを、Ｚ方向に分割したものである。
　例えば、積層鋼板などで電機子を作成した場合、実際にはわずかな隙間が生じるため、この隙間で可動子の進行方向（Ｚ方向）に磁性体１３が分割されることになる。この隙間は、ギャップが広がるにつれてＺ方向の磁路７２の磁束が減少していくが、Ｚ方向の磁路７２を遮断しない程度の隙間とすることが必要である。
　図２０及び図２１に示すように、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３を、Ｚ方向に分割した場合においても、磁性体１３から第１の磁極歯１１、第１の磁極歯１１から第２の磁極歯１２、第２の磁極歯１２から磁性体１３を経路とする磁束と、これと直交する永久磁石５の進行方向を経路とする磁束とが発生し、磁束の経路の断面積が拡大するため、磁気抵抗が低減される。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３は、永久磁石５の進行方向につながっていない場合においても効果がある。更に、各々の第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３の隙間を利用して、巻線２の保持や冷却が可能となる。
　図２２及び図２３に、本発明のリニアモータの実施例４を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例では、実施例１に示したリニアモータと略同様な構成であるが、図１に示したリニアモータの第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３の間の空間８１（図１及び図３参照）を磁性体で埋めた構造としたものである。
　即ち、本実施例は、巻線２ａ、２ｂの引き出しなどは、電機子１００、１０１、１０２のそれぞれの空間から行い、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３の磁路断面積を大きくしたものである。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３の寸法が小さくなり、より小型のリニアモータを構成できる。
　図２４及び図２５に、本発明のリニアモータの実施例５を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、図１に示したリニアモータの電機子１００を可動子の進行方向（Ｚ方向）に２つ並べた構成とし、かつ、その２つの電機子の間隔を電気角３６０°となるように配置したものである。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、図１に示した電機子１００の隣り合う第１の磁極歯１１の間隔を１５０°となるように配置し、その電機子１００を可動子の進行方向に３６０°位相をずらして配置することにより、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３に設けた空間８１ａを大きくすることが可能になる。更に、３相の電機子１００、１０１、１０２は、整列して構成できる。つまり、各相の電機子間に無駄な隙間を生じないで配列できる。
　また、本実施例の構成により設けられた空間８１ａを用いて電機子１００、１０１、１０２の内部の確認や、巻線２ａ、２ｂの冷却性能の向上、可動子の保持などが可能となる。電機子１００、１０１、１０２を分解せず電機子内部が確認できるためメンテナンス性も向上する。
　図２５は、巻線位相の配置の例を示すが、図２５において、各電機子１００、１０１、１０２の巻線位相は、同一電機子において同位相の巻線と１８０°位相差を持つ巻線が隣同志となるため、巻線の配線が容易になる効果がある。
　図２６に、本発明のリニアモータの実施例６を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、電機子１００、１０１、１０２の間隔を、電気角３６０°＋１２０°となるように配置したものである。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、電機子１００と電機子１０１の間隔を電気角３６０°＋１２０°の間隔にすることで、各相間の磁気的な干渉を低減することが可能となり、推力脈動の低減や相間のインダクタンスの干渉を低減できる効果がある。また、インダクタンスの干渉を低減する効果により、制御性も向上する。更に、各電機子の間の空間を、巻線や可動子の保持或いは巻線の冷却などのための空間として利用できる効果がある。
　図２７及び図２８に、本発明のリニアモータの実施例７を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、隣り合う永久磁石５の磁化方向５１が交互になるように配置された永久磁石５に対し、複数の電機子を配置したリニアモータの構成で、１つの可動子に対し、２つ以上のリニアモータの電機子を有する構成である。
　即ち、３つの電機子１００、１０１、１０２から成るリニアモータ２００と、３つの電機子１００、１０１、１０２から成るリニアモータ２０１との２つのリニアモータに、それぞれ駆動装置９１を接続した構成である。
　このような本実施例の構成においては、それぞれの駆動装置９１でリニアモータ２００と、リニアモータ２０１に個別に推力が発生させることができる。２つのリニアモータ２００と２０１の推力を同方向に発生させることにより、大推力を発生することができる。また、逆方向に働かせることによりブレーキとして動作することも可能である。更に、２つのリニアモータ２００と２０１が発生することのできる推力が異なった構成も可能である。
　また、本実施例の構成により、推力発生に必要な電流を２つの駆動装置９１から供給することにより、小容量の駆動装置で駆動システムが構成できるメリットがある。また、２つのリニアモータ２００と２０１間に配線が不要となり、配線のための空間を削減可能となり、リニアモータ駆動システム全体の小型化が実現できる。
　なお、駆動装置９１は、巻線に電流を供給する装置で、インバータやサーボアンプなどが用いられる。１つの相に電流を供給する場合は、単相のアンプで接続することも可能である。
　また、各々の電機子１００、１０１、１０２に個別の電源を接続し、電機子毎に電流を調整し推力を制御することも可能である。
　図２９に、本発明のリニアモータの実施例８を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２との間に形成されるギャップをｇ、第１の及び第２の磁極歯１１及び１２と隣接する第１の及び第２の磁極歯１１及び１２との可動子若しくは電機子の進行方向（Ｚ方向）の磁極間隔をＷとしたとき、ギャップｇと磁極間隔Ｗの関係を、Ｗ≧１．２×ｇとしたものである。
　即ち、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２とのギャップｇの寸法と、第１及び第２の磁極歯１１及び１２と隣接する第１の及び第２の磁極歯１１及び１２との可動子の進行方向の磁極間隔Ｗの変化によって、大きく推力特性が変化する。例えば、ギャップｇを一定とし、磁極間隔Ｗを狭く製作した場合、可動子の進行方向に隣り合う磁極歯間をわたる磁束が増加し、推力が低下する。永久磁石５に作用せずに隣り合う磁極歯へわたる磁束は漏れ磁束となり、推力に寄与しない磁束となる。漏れ磁束の低減により、無効電力の低減や漏れインダクタンスの低減が可能となる。
　そこで、本実施例では、ギャップｇの寸法と磁極間隔Ｗとの関係を、磁極間隔Ｗ≧１．２×ギャップｇとすることで、漏れ磁束を低減するものである。
　この磁極間隔Ｗ≧１．２×ギャップｇの根拠につて、図３０を用いて説明する。
　図３０は、横軸に磁極間隔Ｗとギャップｇの比（Ｗ/ｇ）を取り、縦軸に磁束量を取った時の、無効な磁束（漏れ磁束）Ａ及び有効な磁束（推力に寄与）Ｂの特性を示す図である。
　該図に示す如く、Ｗ／ｇ＝1において、無効な磁束Ａ、有効な磁束Ｂの値を１として、Ｗ／ｇが変化したときの磁束の変化をみると、Ｗ／ｇ＝１.２以下では無効な磁束Ａが急激に増加し、有効な磁束Ｂが減少している。これに対して、磁極間隔Ｗ／ギャップｇ≧１.２では、推力に寄与する有効な磁束Ｂが増加していることが分かる。
　この結果より、上式を満足することで、相対的に推力の大きなリニアモータが提供できることが理解される。
　このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、漏れ磁束が低減され、無効電力の低減や漏れインダクタンスの低減が可能となり、推力の低下がなくなるので、相対的に推力の大きなリニアモータを得ることができる。
　図３１に、本発明のリニアモータの実施例９を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、実施例１乃至８で説明した永久磁石５の保持の仕方の一例を示す実施例である。
　該図に示す如く、本実施例では、永久磁石５を永久磁石保持部材５２に固着している。本実施例では、永久磁石５と永久磁石保持部材５２とで可動子５５が構成され、電機子１００、１０１、１０２を土台（図示しない）に取り付け固定し、電機子１００、１０１、１０２及び／又は土台に取り付けられた支持手段により、可動子５５が保持される。
　このような本実施例の構成とすることでも、実施例１と同様な効果が得られる。
　図３２乃至図３４に、本発明のリニアモータの実施例１０を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は実施例１と略同様なので、ここでの詳細説明は省略する。
　該図に示す本実施例は、永久磁石５の列数を上下に２列で構成し、上下列の電機子１００、１０１、１０２を共通化しているものである。即ち、図３３に示す如く、上段の永久磁石５ａを挟み込むように第１の磁極歯１１ａと、第２の磁極歯１２ａが配置され、下段の永久磁石５ｂを挟み込むように第１の磁極歯１１ｂと、第２の磁極歯１２ｂが配置されている。
　これにより、上段の巻線２ａ、２ｂの発生させる磁束と、下段の巻線２ｃ、２ｄの発生させる磁束が、上下段の永久磁石５ａ、５ｂに作用し、推力を向上できると共に、磁気回路を共通化することでリニアモータの小型化が図れる。
　このような本実施例の構成としても、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、第１の磁極歯１１と第２の磁極歯１２をつなぐ磁性体１３の共通化が可能になり、磁気回路の小型化ができる。
　なお、上述した本実施例の構成は、永久磁石５の列数を２列の場合の構成例であるが、同様の効果があれば、永久磁石５の列数に限定されるわけではなく、上下に多数列で構成しても良い。
　また、上述した本発明の各実施例は、可動子に永久磁石を配置した構成で説明したが、永久磁石を磁性材に変えた場合にも推力を発生することが可能である。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　２ａ、２ｂ…巻線、５…永久磁石、１１…第１の磁極歯、１２…第２の磁極歯、１３、１３ａ、１３ｂ…第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぐ磁性体、５１…永久磁石の磁化方向、５２…永久磁石保持部材、５５…可動子、６１ａ、６１ｂ、７１、７２…磁束、８１、８１ａ…空間、９１…駆動装置、１００、１０１、１０２…電機子、２００、２０１…リニアモータ。

Claims (12)

  1. 　永久磁石又は磁性材を磁化方向を反転させつつ複数個並べて形成された可動子と、前記永久磁石又は磁性材を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯をつなぎ磁束の経路を形成する磁性体、前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線から成ると共に、前記可動子若しくは電機子の進行方向に少なくとも２つ並設され、かつ、両者が前記磁性体で連結されている電機子とを備え、前記可動子と前記電機子が相対的に水平移動するための推力を発生するものであって、
    　前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路を有することを特徴とするリニアモータ。
  2. 　請求項１に記載のリニアモータにおいて、
    　前記巻線からの磁束が通る少なくとも２つの異なる磁路は、前記巻線からの磁束が、前記磁性体から前記第１の磁極歯、該第１の磁極歯から前記第２の磁極歯、該第２の磁極歯から前記磁性体に至る第１の経路と、該第１の経路と直交する方向で、かつ、前記それぞれの電機子内で前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する前記磁極歯に至る第２の経路とから成ることを特徴とするリニアモータ。
  3. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線との巻方向が逆になっていることを特徴とするリニアモータ。
  4. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線が作る磁束は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線が作る磁束と、その向きが互い違いになっていることを特徴とするリニアモータ。
  5. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯をつなぐ磁性体の側面部と、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぐ磁性体との側面部との間の一部に空間が形成されていることを特徴とするリニアモータ。
  6. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯をつなぐ前記磁性体と、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する第１の磁極歯と第２の磁極歯をつなぐ磁性体とが分割されていることを特徴とするリニアモータ。
  7. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯にそれぞれ配置された巻線は、前記可動子若しくは電機子の進行方向に隣接する磁極歯毎に位相が同じか、或いは１８０°異なっていることを特徴とするリニアモータ。
  8. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記可動子若しくは電機子の進行方向に複数個並んだ第１及び第２の磁極歯を有し、かつ、磁石のピッチτｍと磁極歯のＺ方向のピッチτｐとに対し、（３ｍ±１）τｍ＝３ｍτｐ（ｍ＝２、３、４・・・）の関係を有することを特徴とするリニアモータ。
  9. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記可動子若しくは電機子の進行方向に複数個並んだ第１及び第２の磁極歯を有し、かつ、磁石のピッチτｍと、磁極歯のＺ方向のピッチτｐとに対し、ｎ（３ｍ±１）τｍ＝３ｍｎτｐ（ｎ＝１、２、３・・・、ｍ＝２、３、４・・・）の関係を有することを特徴とするリニアモータ。
  10. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記永久磁石は、上下に多数列配置されていることを特徴とするリニアモータ。
  11. 　請求項１又は２に記載のリニアモータにおいて、
    　前記永久磁石は、上下に２列配置されていることを特徴とするリニアモータ。
  12. 　請求項１又は２に記載のリニアモータを複数個有し、前記リニアモータのそれぞれに駆動装置を備えていることを特徴とするリニアモータ駆動システム。
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