JP3344645B2 - 永久磁石を用いたモータ - Google Patents
永久磁石を用いたモータInfo
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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
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Windings For Motors And Generators (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石を利用した
モータ、特にリニアモータに好適なモータの構造に関す
る。
モータ、特にリニアモータに好適なモータの構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１１に永久磁石を使用した従来のバー
ニア型リニアモータの断面図を示す。
ニア型リニアモータの断面図を示す。
【０００３】３は可動部を形成するスライダであり、７
はＳ１からＳ１２で示すスライダ３のスロットで、各ス
ロットには回転型の誘導電動機などでごく一般的に使用
される２極の３相交流巻線が直線上に展開され巻回され
ている。この具体的な巻き線図の例を図３に示す。Ｒ，
Ｓ，Ｔは３相交流巻線の端子であり、Ｎは中性点であ
る。１５はスライダ３の極歯又は突極で、各歯１５の先
端部の幅とスロット７の入り口の幅とがほぼ同一の幅と
なっており、ステータ側から見たスライダ３の矢印で示
す移動方向の磁気抵抗が交互に大小に変化する。
はＳ１からＳ１２で示すスライダ３のスロットで、各ス
ロットには回転型の誘導電動機などでごく一般的に使用
される２極の３相交流巻線が直線上に展開され巻回され
ている。この具体的な巻き線図の例を図３に示す。Ｒ，
Ｓ，Ｔは３相交流巻線の端子であり、Ｎは中性点であ
る。１５はスライダ３の極歯又は突極で、各歯１５の先
端部の幅とスロット７の入り口の幅とがほぼ同一の幅と
なっており、ステータ側から見たスライダ３の矢印で示
す移動方向の磁気抵抗が交互に大小に変化する。
【０００４】１はステータであり、ステータ１の表面に
は図示する様に、永久磁石１４のＮ極とＳ極が交互に等
間隔に配置されている。
は図示する様に、永久磁石１４のＮ極とＳ極が交互に等
間隔に配置されている。
【０００５】一般的に、モータの１ターンの巻き線が発
生する力Ｆは、フレミングの法則より、 Ｆ＝Ｂ・Ｉ・Ｌ として表される。ここでＢは磁束密度、Ｉは電流、Ｌは
有効な電線の長さであり、パワーＰは、 Ｐ＝Ｆ・ｄＸ／ｄｔ である。Ｘはスライダの移動方向の位置であり、ｄＸ／
ｄｔはスライダの移動速度である。
生する力Ｆは、フレミングの法則より、 Ｆ＝Ｂ・Ｉ・Ｌ として表される。ここでＢは磁束密度、Ｉは電流、Ｌは
有効な電線の長さであり、パワーＰは、 Ｐ＝Ｆ・ｄＸ／ｄｔ である。Ｘはスライダの移動方向の位置であり、ｄＸ／
ｄｔはスライダの移動速度である。
【０００６】ここで、電気的には、パワーＰは、電圧を
Ｖとして、 Ｐ＝Ｖ・Ｉ＝ｄф／ｄｔ・Ｉ として表される。фは１ターンの巻き線に鎖交する磁束
である。リニアモータ内部の磁気エネルギーの変化を無
視すると、前記両式から Ｐ＝Ｆ・ｄＸ／ｄｔ＝ｄф／ｄｔ・Ｉ となり、リニアモータの発生推力Ｆは、 Ｆ＝ｄф／ｄＸ・Ｉ となる。リニアモータの発生する推力Ｆは巻線が鎖交す
る磁束фの位置変化率ｄф／ｄＸに比例するわけであ
る。
Ｖとして、 Ｐ＝Ｖ・Ｉ＝ｄф／ｄｔ・Ｉ として表される。фは１ターンの巻き線に鎖交する磁束
である。リニアモータ内部の磁気エネルギーの変化を無
視すると、前記両式から Ｐ＝Ｆ・ｄＸ／ｄｔ＝ｄф／ｄｔ・Ｉ となり、リニアモータの発生推力Ｆは、 Ｆ＝ｄф／ｄＸ・Ｉ となる。リニアモータの発生する推力Ｆは巻線が鎖交す
る磁束фの位置変化率ｄф／ｄＸに比例するわけであ
る。
【０００７】従って例えば、図示しないが、図１１と同
一のスライダーステータ構造で、但し２極の永久磁石型
リニアモータの場合について考えてみると、発生するト
ルクＴ、即ち、巻き線が鎖交する磁束фの位置変化率ｄ
ф／ｄＸは、ほぼ単純に、磁束密度Ｂに比例することに
なる。
一のスライダーステータ構造で、但し２極の永久磁石型
リニアモータの場合について考えてみると、発生するト
ルクＴ、即ち、巻き線が鎖交する磁束фの位置変化率ｄ
ф／ｄＸは、ほぼ単純に、磁束密度Ｂに比例することに
なる。
【０００８】次に同様のことを図１１のリニアモータに
ついて考えてみる。例えば、１ターンの巻き線をスロッ
トＳ２に紙面の手前側から奥側へ、そして、スロットＳ
８に紙面の奥側から手前側へ巻回していると仮定する。
この時にスロット２からスロット８に巻回された巻き線
に鎖交する磁束фの位置変化率ｄф／ｄＸ≒Δф／ΔＸ
は、スライダがわずかな量ΔＸだけ右方向へ移動するこ
とを想定すると、その時の微少磁束変化Δфはスロット
２からスロット８に狭まれたスライダの各歯にそれぞれ
微少位置変化ΔＸに相当したＮ極磁束の増加があらわ
れ、大きな磁束位置変化率Δф／ΔＸが得られる関係に
配置されている。従って、前記の２極の永久磁石型リニ
アモータの場合に比較すると、単純論理的には、磁束ф
の位置変化率Δф／ΔＸは約５〜６倍であるといえ、発
生する推力も約５〜６倍であるといえる。このように永
久磁石を利用したバーニア型のリニアモータは、原理的
に、大推力出力という特徴を持っている。ただし、制御
可能に駆動する駆動周波数はこの例では約６倍になり、
駆動周波数限界と巻線のインダクタンスの影響で一般的
には高速駆動は困難である。
ついて考えてみる。例えば、１ターンの巻き線をスロッ
トＳ２に紙面の手前側から奥側へ、そして、スロットＳ
８に紙面の奥側から手前側へ巻回していると仮定する。
この時にスロット２からスロット８に巻回された巻き線
に鎖交する磁束фの位置変化率ｄф／ｄＸ≒Δф／ΔＸ
は、スライダがわずかな量ΔＸだけ右方向へ移動するこ
とを想定すると、その時の微少磁束変化Δфはスロット
２からスロット８に狭まれたスライダの各歯にそれぞれ
微少位置変化ΔＸに相当したＮ極磁束の増加があらわ
れ、大きな磁束位置変化率Δф／ΔＸが得られる関係に
配置されている。従って、前記の２極の永久磁石型リニ
アモータの場合に比較すると、単純論理的には、磁束ф
の位置変化率Δф／ΔＸは約５〜６倍であるといえ、発
生する推力も約５〜６倍であるといえる。このように永
久磁石を利用したバーニア型のリニアモータは、原理的
に、大推力出力という特徴を持っている。ただし、制御
可能に駆動する駆動周波数はこの例では約６倍になり、
駆動周波数限界と巻線のインダクタンスの影響で一般的
には高速駆動は困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図１１のリニアモータ
において、各永久磁石の磁束が有効に活用できないと言
う問題がある。例えば、スロットＳ２とＳ３に挟まれた
スライダ突極に存在する磁束について考えてみると、永
久磁石のＮ極にわずかなギャップを介して対向しており
このＮ極の磁束がこのスライダ突極に存在するが、同時
に、両隣のＳ極の磁束も各スライダ突極間の空間等非磁
性部から漏れてきてＮ極とＳ極間で磁束がクローズする
成分も多く存在し、このＮ極の磁束の内Ｓ極とクローズ
する磁束は駆動作用に活用されなくなる。この結果、ス
ロットＳ２とＳ３に挟まれたスライダ突極にＮ極の磁束
が十分に活用されず、同様のことはその他の各スライダ
突極についても言えるので、有効な磁束が十分に得られ
ず、結果としてモータの電流が適切に通電された場合の
モータ推力が減少するという問題がある。
において、各永久磁石の磁束が有効に活用できないと言
う問題がある。例えば、スロットＳ２とＳ３に挟まれた
スライダ突極に存在する磁束について考えてみると、永
久磁石のＮ極にわずかなギャップを介して対向しており
このＮ極の磁束がこのスライダ突極に存在するが、同時
に、両隣のＳ極の磁束も各スライダ突極間の空間等非磁
性部から漏れてきてＮ極とＳ極間で磁束がクローズする
成分も多く存在し、このＮ極の磁束の内Ｓ極とクローズ
する磁束は駆動作用に活用されなくなる。この結果、ス
ロットＳ２とＳ３に挟まれたスライダ突極にＮ極の磁束
が十分に活用されず、同様のことはその他の各スライダ
突極についても言えるので、有効な磁束が十分に得られ
ず、結果としてモータの電流が適切に通電された場合の
モータ推力が減少するという問題がある。
【００１０】このＳ極の漏れ磁束について、永久磁石の
磁気特性から説明する。図１２のＢ０〜Ｈ０は、希土類
磁石の典型的な磁束密度Ｂと起磁力Ｈの特性例である。
スロットＳ２とＳ３に挟まれたスライダ突極に対向する
Ｎ極磁石の動作点はＯＰ１であり、起磁力Ｈ１が主にエ
アギャップ部の起磁力として動作しておりその磁束密度
はＢ１である。一方、このＮ極の両隣のＳ極の動作点
は、ＯＰ２であり、スロットＳ２及びＳ３の空隙部等の
非磁性部に漏れ磁束を生成するためにＨ２という大きな
起磁力が作用しており、その時の磁束密度はＢ２となっ
ている。このＢ２の分だけ隣り合う磁石間で磁束がクロ
ーズするわけで、リニアモータとして有効に活用され
ず、結局、リニアモータの動作として活用される磁束は
Ｂ１−Ｂ２の磁束密度に相当する磁束である。リニアモ
ータの構造によりかなりの差異があるが、このＢ２がＢ
１の半分以上の値になることも多く、従って、永久磁石
の能力の半分も活用できていないことも多い。
磁気特性から説明する。図１２のＢ０〜Ｈ０は、希土類
磁石の典型的な磁束密度Ｂと起磁力Ｈの特性例である。
スロットＳ２とＳ３に挟まれたスライダ突極に対向する
Ｎ極磁石の動作点はＯＰ１であり、起磁力Ｈ１が主にエ
アギャップ部の起磁力として動作しておりその磁束密度
はＢ１である。一方、このＮ極の両隣のＳ極の動作点
は、ＯＰ２であり、スロットＳ２及びＳ３の空隙部等の
非磁性部に漏れ磁束を生成するためにＨ２という大きな
起磁力が作用しており、その時の磁束密度はＢ２となっ
ている。このＢ２の分だけ隣り合う磁石間で磁束がクロ
ーズするわけで、リニアモータとして有効に活用され
ず、結局、リニアモータの動作として活用される磁束は
Ｂ１−Ｂ２の磁束密度に相当する磁束である。リニアモ
ータの構造によりかなりの差異があるが、このＢ２がＢ
１の半分以上の値になることも多く、従って、永久磁石
の能力の半分も活用できていないことも多い。
【００１１】もう一つの問題点として、スライダ突極部
の磁性鋼板の最大磁束密度は１．７テスラ程度と大きい
値であるのに対し、ステータ磁極部の最大磁束密度は残
留磁束密度の大きい希土類磁石を使用しても１．０テス
ラ程度であり、構造的に、磁束密度を高くできないと言
う問題がある。ステータの各磁極の磁束密度アップによ
る電動機のトルクアップが望まれている。
の磁性鋼板の最大磁束密度は１．７テスラ程度と大きい
値であるのに対し、ステータ磁極部の最大磁束密度は残
留磁束密度の大きい希土類磁石を使用しても１．０テス
ラ程度であり、構造的に、磁束密度を高くできないと言
う問題がある。ステータの各磁極の磁束密度アップによ
る電動機のトルクアップが望まれている。
【００１２】もう一つの問題点として、リニアモータの
駆動範囲が長い時、ステータに装着される高価な永久磁
石は長さに比例した量が必要なため、リニアモータのコ
ストが高価なものになるという問題がある。
駆動範囲が長い時、ステータに装着される高価な永久磁
石は長さに比例した量が必要なため、リニアモータのコ
ストが高価なものになるという問題がある。
【００１３】他の問題として、工作機械などの送り駆動
に応用した場合、周囲環境として鉄粉等があり、永久磁
石が存在する場所は特に厳重にカバーをして、鉄粉等が
付着しないように配慮しなければならないが、磁石部が
長いので、カバーに要するコストが高くなると言う問題
もある。
に応用した場合、周囲環境として鉄粉等があり、永久磁
石が存在する場所は特に厳重にカバーをして、鉄粉等が
付着しないように配慮しなければならないが、磁石部が
長いので、カバーに要するコストが高くなると言う問題
もある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本願請求項１に係る発明
は、磁気抵抗の大きい部分と磁気抵抗の小さい部分とを
可動部の移動方向に沿って交互に配置し、磁気抵抗の小
さい部分を突極部としたステータと、３相交流巻き線が
巻回され、ステータと対向する部分が磁極を形成する磁
気ヨークを有し、磁極ピッチはステータの突極ピッチと
異なる数に設定された磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁
極に磁束を与える永久磁石と、を含む可動部と、を有す
るリニアモータにおいて、前記磁気ヨークは互いに分離
されたＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成
り、各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずら
して配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、また、
Ｎ極磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が
共通に巻回され、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接する
Ｓ極用磁気ヨークとの各磁極間には、個別永久磁石が各
磁極に異なる磁極の磁束を供給するように配置されてい
ることを特徴とするリニアモータである。本願請求項２
に係る発明は、前記Ｎ極用磁気ヨークと前記Ｓ極用磁気
ヨークとが交互に配置され、前記Ｎ極磁極と隣り合う他
のＮ極磁極との間をつなぐＮ極補助磁極と、前記Ｓ極磁
極と隣り合う他のＳ極磁極との間をつなぐＳ極補助磁極
と、を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアモ
ータである。本願請求項３に係る発明は、磁気抵抗の大
きい部分と磁気抵抗の小さい部分とを可動部の移動方向
に沿って交互に配置し、磁気抵抗の小さい部分を突極部
としたステータと、３相交流巻き線が巻回され、ステー
タと対向する部分が磁極を形成する磁気ヨークを有し、
磁極ピッチはステータの突極ピッチと異なる数に設定さ
れた磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁極に磁束を与える
永久磁石と、を含む可動部と、を有するリニアモータに
おいて、前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置
されるＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成
り、各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずら
して配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、前記Ｎ
極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつなぐＮ極補助
磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁極との間を
つなぐＳ極補助磁極と、を有し、また、Ｎ極磁気ヨーク
とＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が共通に巻回さ
れ、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極用磁気ヨ
ークの基部には、共通永久磁 石が各磁気ヨークに異なる
磁極の磁束を供給するように配置されていることを特徴
とするリニアモータである。本願請求項４に係る発明
は、請求項２に記載のリニアモータであって、Ｎ極用磁
気ヨークとＳ極用磁気ヨークの基部には、共通永久磁石
が各磁気ヨークに前記個別永久磁石と同様に磁束を供給
するように配置されていることを特徴とするリニアモー
タである。本願請求項５に係る発明は、磁気抵抗の大き
い部分と磁気抵抗の小さい部分とを可動部の移動方向に
沿って交互に配置し、磁気抵抗の小さい部分を突極部と
したステータと、３相交流巻き線が巻回され、ステータ
と対向する部分が磁極を形成する磁気ヨークを有し、磁
極ピッチはステータの突極ピッチと同じ数に設定された
磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁極に磁束を与える永久
磁石と、を含む可動部と、を有するリニアモータにおい
て、前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置され
るＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成り、各
ヨークの磁極は、複数のＮ極磁極と、複数のＳ極磁極と
を、可動子の移動方向に位置をずらして、それぞれ形成
し、前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつな
ぐＮ極補助磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁
極との間をつなぐＳ極補助磁極と、を有し、また、Ｎ極
磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が共通
に巻回され、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極
用磁気ヨークには、永久磁石が各磁極に異なる磁極の磁
束を供給するように配置されていることを特徴とするリ
ニアモータである。各永久磁石の能力をリニアモータ全
体で有効に活用できるように、永久磁石のＮ極に共通に
接続されたＮ極用磁気ヨークと永久磁石のＳ極に共通に
接続されたＳ極用磁気ヨークとを設けている。
は、磁気抵抗の大きい部分と磁気抵抗の小さい部分とを
可動部の移動方向に沿って交互に配置し、磁気抵抗の小
さい部分を突極部としたステータと、３相交流巻き線が
巻回され、ステータと対向する部分が磁極を形成する磁
気ヨークを有し、磁極ピッチはステータの突極ピッチと
異なる数に設定された磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁
極に磁束を与える永久磁石と、を含む可動部と、を有す
るリニアモータにおいて、前記磁気ヨークは互いに分離
されたＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成
り、各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずら
して配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、また、
Ｎ極磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が
共通に巻回され、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接する
Ｓ極用磁気ヨークとの各磁極間には、個別永久磁石が各
磁極に異なる磁極の磁束を供給するように配置されてい
ることを特徴とするリニアモータである。本願請求項２
に係る発明は、前記Ｎ極用磁気ヨークと前記Ｓ極用磁気
ヨークとが交互に配置され、前記Ｎ極磁極と隣り合う他
のＮ極磁極との間をつなぐＮ極補助磁極と、前記Ｓ極磁
極と隣り合う他のＳ極磁極との間をつなぐＳ極補助磁極
と、を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアモ
ータである。本願請求項３に係る発明は、磁気抵抗の大
きい部分と磁気抵抗の小さい部分とを可動部の移動方向
に沿って交互に配置し、磁気抵抗の小さい部分を突極部
としたステータと、３相交流巻き線が巻回され、ステー
タと対向する部分が磁極を形成する磁気ヨークを有し、
磁極ピッチはステータの突極ピッチと異なる数に設定さ
れた磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁極に磁束を与える
永久磁石と、を含む可動部と、を有するリニアモータに
おいて、前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置
されるＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成
り、各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずら
して配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、前記Ｎ
極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつなぐＮ極補助
磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁極との間を
つなぐＳ極補助磁極と、を有し、また、Ｎ極磁気ヨーク
とＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が共通に巻回さ
れ、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極用磁気ヨ
ークの基部には、共通永久磁 石が各磁気ヨークに異なる
磁極の磁束を供給するように配置されていることを特徴
とするリニアモータである。本願請求項４に係る発明
は、請求項２に記載のリニアモータであって、Ｎ極用磁
気ヨークとＳ極用磁気ヨークの基部には、共通永久磁石
が各磁気ヨークに前記個別永久磁石と同様に磁束を供給
するように配置されていることを特徴とするリニアモー
タである。本願請求項５に係る発明は、磁気抵抗の大き
い部分と磁気抵抗の小さい部分とを可動部の移動方向に
沿って交互に配置し、磁気抵抗の小さい部分を突極部と
したステータと、３相交流巻き線が巻回され、ステータ
と対向する部分が磁極を形成する磁気ヨークを有し、磁
極ピッチはステータの突極ピッチと同じ数に設定された
磁気ヨークと、磁気ヨークの各磁極に磁束を与える永久
磁石と、を含む可動部と、を有するリニアモータにおい
て、前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置され
るＮ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成り、各
ヨークの磁極は、複数のＮ極磁極と、複数のＳ極磁極と
を、可動子の移動方向に位置をずらして、それぞれ形成
し、前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつな
ぐＮ極補助磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁
極との間をつなぐＳ極補助磁極と、を有し、また、Ｎ極
磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻き線が共通
に巻回され、各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極
用磁気ヨークには、永久磁石が各磁極に異なる磁極の磁
束を供給するように配置されていることを特徴とするリ
ニアモータである。各永久磁石の能力をリニアモータ全
体で有効に活用できるように、永久磁石のＮ極に共通に
接続されたＮ極用磁気ヨークと永久磁石のＳ極に共通に
接続されたＳ極用磁気ヨークとを設けている。
【００１５】また、スライダの磁極ピッチとステータの
磁気抵抗の大きい部分と小さい部分とのピッチとを変え
て、バーニア構造のリニアモータとしている。
磁気抵抗の大きい部分と小さい部分とのピッチとを変え
て、バーニア構造のリニアモータとしている。
【００１６】前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との
間をつなぐＮ極補助磁極と前記Ｓ極磁極と隣り合う他の
Ｓ極磁極との間をつなぐＳ極補助磁極とを備えている。
間をつなぐＮ極補助磁極と前記Ｓ極磁極と隣り合う他の
Ｓ極磁極との間をつなぐＳ極補助磁極とを備えている。
【００１７】また、スライダ内部に装着しスライダ各磁
極に共通の共通永久磁石を備えている。
極に共通の共通永久磁石を備えている。
【００１８】スライダ側に、リニアモータの巻線を配置
し、この巻線が前記の磁気回路の動作を阻害しないよう
な磁気回路配置としている。
し、この巻線が前記の磁気回路の動作を阻害しないよう
な磁気回路配置としている。
【００１９】
【作用】Ｎ極とＳ極の各々に磁気ヨークで共通の磁気回
路を形成することにより、ステータ部に対して発生する
各磁極の起磁力はほぼ同一となり、その結果ギャップ及
び空隙部等の非磁性部に存在する磁束はほぼその部分の
磁気抵抗に比例するようになり、従来のように、大きな
磁気抵抗部にも大きな起磁力が作用して大きな漏れ磁束
が発生するという有害な現象が低減する。
路を形成することにより、ステータ部に対して発生する
各磁極の起磁力はほぼ同一となり、その結果ギャップ及
び空隙部等の非磁性部に存在する磁束はほぼその部分の
磁気抵抗に比例するようになり、従来のように、大きな
磁気抵抗部にも大きな起磁力が作用して大きな漏れ磁束
が発生するという有害な現象が低減する。
【００２０】ステータ磁極の材質は、電磁鋼板として、
１．７テスラという大きな磁束密度も可能となる。
１．７テスラという大きな磁束密度も可能となる。
【００２１】永久磁石をスライダ各磁極に共通に、か
つ、磁束密度を磁性鋼板の飽和磁束密度に近い値で使用
するためには、スライダ内部にＮ極磁気回路とＳ極磁気
回路と磁気絶縁部とを効率よく配置する必要があるが、
ロータ内部の空間を効率良く利用することができないと
いう問題があった。少し具体的には、スライダの突極部
の磁束密度をＮ極もしくはＳ極に自在に切り替え、か
つ、１．７テスラに近い値にするためには、スライダ表
面の各磁極部からスライダ背部のＮ極共通磁気ヨークあ
るいはＳ極共通磁気ヨークに磁束を導く導磁磁路のスペ
ースが不足していた。
つ、磁束密度を磁性鋼板の飽和磁束密度に近い値で使用
するためには、スライダ内部にＮ極磁気回路とＳ極磁気
回路と磁気絶縁部とを効率よく配置する必要があるが、
ロータ内部の空間を効率良く利用することができないと
いう問題があった。少し具体的には、スライダの突極部
の磁束密度をＮ極もしくはＳ極に自在に切り替え、か
つ、１．７テスラに近い値にするためには、スライダ表
面の各磁極部からスライダ背部のＮ極共通磁気ヨークあ
るいはＳ極共通磁気ヨークに磁束を導く導磁磁路のスペ
ースが不足していた。
【００２２】この対応として、前記電動機構成を用い
て、本発明は、スライダ表面の各磁極部の有効に作用す
る磁束密度を高める方法を提案している。例えて言え
ば、スライダ表面の特定部に１００の磁束を必要とする
時、５０の磁束をスライダの表面近傍に配置した複数の
個別永久磁石で供給し、残り５０は他の部分に位置する
個別永久磁石から共通磁気ヨーク及びその一部である前
記導磁磁路を経由して前記特定部の磁極へ磁束を供給す
る。このような動作により、前記導磁磁路へはスライダ
表面で必要とする磁束の半分の磁束で良くなり、スライ
ダ表面に大きな磁束を発生させることができ、大きな推
力を発生できる。
て、本発明は、スライダ表面の各磁極部の有効に作用す
る磁束密度を高める方法を提案している。例えて言え
ば、スライダ表面の特定部に１００の磁束を必要とする
時、５０の磁束をスライダの表面近傍に配置した複数の
個別永久磁石で供給し、残り５０は他の部分に位置する
個別永久磁石から共通磁気ヨーク及びその一部である前
記導磁磁路を経由して前記特定部の磁極へ磁束を供給す
る。このような動作により、前記導磁磁路へはスライダ
表面で必要とする磁束の半分の磁束で良くなり、スライ
ダ表面に大きな磁束を発生させることができ、大きな推
力を発生できる。
【００２３】また、Ｎ極共通磁気ヨークとＳ極共通磁気
ヨークの間に共通永久磁石を配置することにより、スラ
イダの生成する磁束をさらに増加する。また、本発明構
成は図１１の従来リニアモータ構成に比較しやや複雑な
構成となりロータ内部での漏れ磁束分が多くなりがちで
あるが、この漏れ磁束を補い、電動機の回転トルクを増
加させる。
ヨークの間に共通永久磁石を配置することにより、スラ
イダの生成する磁束をさらに増加する。また、本発明構
成は図１１の従来リニアモータ構成に比較しやや複雑な
構成となりロータ内部での漏れ磁束分が多くなりがちで
あるが、この漏れ磁束を補い、電動機の回転トルクを増
加させる。
【００２４】また、スライダ側へ永久磁石と巻き線の両
方を配置することにより、コスト的な有利さと耐環境性
の改善も実現している。
方を配置することにより、コスト的な有利さと耐環境性
の改善も実現している。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明のリニアモータの第１実施
形態の断面図を図１に示す。
形態の断面図を図１に示す。
【００２６】３は可動部を形成するスライダであり、７
はＳ１からＳ１２で示すスライダ３のスロットで、各ス
ロットには回転型の誘導電動機などでごく一般的に使用
される２極の３相交流巻線が直線上に展開され巻回され
ており、具体的な巻き線図の例を図３に示す。従来の図
１１に示したリニアモータの巻き線例と同じであり、
Ｒ，Ｓ，Ｔは３相交流巻線の端子、Ｎは中性点である。
はＳ１からＳ１２で示すスライダ３のスロットで、各ス
ロットには回転型の誘導電動機などでごく一般的に使用
される２極の３相交流巻線が直線上に展開され巻回され
ており、具体的な巻き線図の例を図３に示す。従来の図
１１に示したリニアモータの巻き線例と同じであり、
Ｒ，Ｓ，Ｔは３相交流巻線の端子、Ｎは中性点である。
【００２７】スライダ３は少し複雑な形状になってお
り、Ｎ極とＳ極が１２組、矢印で示されるスライダの移
動方向、紙面では左右に配置されている。４は永久磁石
であり、磁性方向はハッチングの方向に向いており、極
性は図示したＮおよびＳとなっている。スライダ３は、
永久磁石以外は、電磁鋼板をスライダの移動方向に垂直
な方向、紙面に対して手前側から奥側へ積層した構造で
ある。しかし、特に電磁鋼板に限定するものでもなく、
軟磁性体であれば他の構造でも可能である。
り、Ｎ極とＳ極が１２組、矢印で示されるスライダの移
動方向、紙面では左右に配置されている。４は永久磁石
であり、磁性方向はハッチングの方向に向いており、極
性は図示したＮおよびＳとなっている。スライダ３は、
永久磁石以外は、電磁鋼板をスライダの移動方向に垂直
な方向、紙面に対して手前側から奥側へ積層した構造で
ある。しかし、特に電磁鋼板に限定するものでもなく、
軟磁性体であれば他の構造でも可能である。
【００２８】５はステータに対してＮ極として動作する
Ｎ極磁極である。Ｎ極磁極５はＮ極用磁気ヨークの一部
でもあり、全ての永久磁石のＮ極に磁気的につながって
いる。Ｎ極用磁気ヨークは図１で実線で示しており、Ｓ
極に対して同様に動作するＳ極用磁気ヨークは破線で示
している。６はＳ極磁極である。
Ｎ極磁極である。Ｎ極磁極５はＮ極用磁気ヨークの一部
でもあり、全ての永久磁石のＮ極に磁気的につながって
いる。Ｎ極用磁気ヨークは図１で実線で示しており、Ｓ
極に対して同様に動作するＳ極用磁気ヨークは破線で示
している。６はＳ極磁極である。
【００２９】Ｎ極磁極５，Ｓ極磁極６、永久磁石４の構
造は少しわかりにくいので、図１に示す断面Ａ〜Ｂを図
２に示す。破線で示す８は、各Ｎ極磁極５が磁気的につ
ながっているＮ極用磁気ヨークを示し、破線で示す９は
各Ｓ極磁極６が磁気的につながっているＳ極用磁気ヨー
クを示す。Ｎ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークは、磁
気的に分離された構造であり、図１において、紙面の上
下方向にギャップを介して交互に配置されている。
造は少しわかりにくいので、図１に示す断面Ａ〜Ｂを図
２に示す。破線で示す８は、各Ｎ極磁極５が磁気的につ
ながっているＮ極用磁気ヨークを示し、破線で示す９は
各Ｓ極磁極６が磁気的につながっているＳ極用磁気ヨー
クを示す。Ｎ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークは、磁
気的に分離された構造であり、図１において、紙面の上
下方向にギャップを介して交互に配置されている。
【００３０】１はステータであり、その表面には突極２
を持っており、突部の幅と凹部の幅はほぼ同じで幅で、
スライダ３側から見たスライダ移動方向の磁気抵抗が交
互に大小と変化する。
を持っており、突部の幅と凹部の幅はほぼ同じで幅で、
スライダ３側から見たスライダ移動方向の磁気抵抗が交
互に大小と変化する。
【００３１】スライダ３の１２組のＮ極磁極５，Ｓ極磁
極６の幅とステータの突極１１個の幅とが同じ幅になっ
ており、バーニア構造となっている。
極６の幅とステータの突極１１個の幅とが同じ幅になっ
ており、バーニア構造となっている。
【００３２】次に図１のリニアモータの動作について説
明する。基本的な動作の考え方は既に説明した図１１の
従来のリニアモータの考え方と似ている。例えば、１タ
ーンの巻き線をスロットＳ２に紙面の手前側から奥側
へ、そして、スロットＳ８に紙面の奥側から手前側へ巻
回していると仮定する。この時にスロット２からスロッ
ト８に巻回された巻き線に鎖交する磁束фの位置変化率
ｄф／ｄＸ≒Δф／ΔＸは、スライダがわずかな量ΔＸ
だけ右方向へ移動することを想定すると、その時の微少
磁束変化Δфはスロット２からスロット８に狭まれたス
ライダの各歯にそれぞれ微少位置変化ΔＸに相当したＮ
極磁束の増加があらわれ、大きな磁束位置変化率Δф／
ΔＸが得られる関係に配置されている。従って、スライ
ダ表面の磁束密度をＢＳ、スライダの紙面の手前側から
奥側の幅をＷＳと、Δф／ΔＸ≒（５〜６）×ＢＳ×Ｗ
Ｓ×ΔＸ／ΔＸ＝（５〜６）×ＢＳ×ＷＳとなり、磁束
密度ＢＳの５〜６倍の磁束変化率を得ることができ、バ
ーニア構造の特長を発揮できる。この構造の他の特長
は、Δф／ΔＸがいくつかの位相の磁束変化の和とな
り、平均化効果があるため、推力のリップルが低減でき
るという特長もある。
明する。基本的な動作の考え方は既に説明した図１１の
従来のリニアモータの考え方と似ている。例えば、１タ
ーンの巻き線をスロットＳ２に紙面の手前側から奥側
へ、そして、スロットＳ８に紙面の奥側から手前側へ巻
回していると仮定する。この時にスロット２からスロッ
ト８に巻回された巻き線に鎖交する磁束фの位置変化率
ｄф／ｄＸ≒Δф／ΔＸは、スライダがわずかな量ΔＸ
だけ右方向へ移動することを想定すると、その時の微少
磁束変化Δфはスロット２からスロット８に狭まれたス
ライダの各歯にそれぞれ微少位置変化ΔＸに相当したＮ
極磁束の増加があらわれ、大きな磁束位置変化率Δф／
ΔＸが得られる関係に配置されている。従って、スライ
ダ表面の磁束密度をＢＳ、スライダの紙面の手前側から
奥側の幅をＷＳと、Δф／ΔＸ≒（５〜６）×ＢＳ×Ｗ
Ｓ×ΔＸ／ΔＸ＝（５〜６）×ＢＳ×ＷＳとなり、磁束
密度ＢＳの５〜６倍の磁束変化率を得ることができ、バ
ーニア構造の特長を発揮できる。この構造の他の特長
は、Δф／ΔＸがいくつかの位相の磁束変化の和とな
り、平均化効果があるため、推力のリップルが低減でき
るという特長もある。
【００３３】次に磁気的動作について説明する。各Ｎ極
磁極５は、ステータ１の各突極部２へ磁束を供給する
が、Ｎ極磁極がステータの突極部に面していない部分で
は、その近傍に配置された永久磁石の磁束は磁気抵抗の
大きいギャップ部に供給せず、Ｎ極磁気ヨークを経由し
て、Ｎ極磁極５に面していて磁気抵抗の小さい他のステ
ータ突極部へ磁束が供給される。各Ｓ極磁極６は、Ｎ極
磁極５と対称的ではあるが同様に、動作する。結果とし
て各永久磁石４が発生する磁束は、Ｎ極磁気ヨーク及び
Ｓ極磁気ヨークを経由して、効率良く有効にステータ１
の突極部２へ供給されることになる。
磁極５は、ステータ１の各突極部２へ磁束を供給する
が、Ｎ極磁極がステータの突極部に面していない部分で
は、その近傍に配置された永久磁石の磁束は磁気抵抗の
大きいギャップ部に供給せず、Ｎ極磁気ヨークを経由し
て、Ｎ極磁極５に面していて磁気抵抗の小さい他のステ
ータ突極部へ磁束が供給される。各Ｓ極磁極６は、Ｎ極
磁極５と対称的ではあるが同様に、動作する。結果とし
て各永久磁石４が発生する磁束は、Ｎ極磁気ヨーク及び
Ｓ極磁気ヨークを経由して、効率良く有効にステータ１
の突極部２へ供給されることになる。
【００３４】図１２の永久磁石のＢＨ特性で表現する
と、どの永久磁石４もその動作点はＯＰ１の近傍であ
り、Ｂ１に相当する大きな磁束が有効に作用する。図１
１の従来のリニアモータのように、動作点ＯＰ２で動作
し、磁気抵抗の大きなギャップ部へ大きな起磁力Ｈ２を
出力し、Ｂ２に相当する電動機動作を阻害する磁束を発
生することは少ない。
と、どの永久磁石４もその動作点はＯＰ１の近傍であ
り、Ｂ１に相当する大きな磁束が有効に作用する。図１
１の従来のリニアモータのように、動作点ＯＰ２で動作
し、磁気抵抗の大きなギャップ部へ大きな起磁力Ｈ２を
出力し、Ｂ２に相当する電動機動作を阻害する磁束を発
生することは少ない。
【００３５】次に、巻線Ｓ１〜Ｓ１２は図１の断面図に
示した構造では実装が困難であり、巻線の具体的実装方
法について説明する。例えば、図１の１点鎖線ＤＭ１，
あるいはＤＭ２で示す面に切断面を設け、各巻き線を装
着後にスライダ３の上下を固定する。固定方法は、スラ
イダ３の両側面に固定用板を設け、ボルトで挟み込んで
固定する等種々方法が可能である。また例えば、接合部
の電磁鋼板形状をスライダ移動方向にお互いに凹凸状に
しておき、スライダ移動方向に作用する推力に耐えられ
る構造とすることが有効である。同様に、スライダ３と
ステータ１間で作用する吸引力に耐えられるように、接
合部の電磁鋼板形状を紙面の上下方向にお互いに凹凸状
にしておくことも可能である。
示した構造では実装が困難であり、巻線の具体的実装方
法について説明する。例えば、図１の１点鎖線ＤＭ１，
あるいはＤＭ２で示す面に切断面を設け、各巻き線を装
着後にスライダ３の上下を固定する。固定方法は、スラ
イダ３の両側面に固定用板を設け、ボルトで挟み込んで
固定する等種々方法が可能である。また例えば、接合部
の電磁鋼板形状をスライダ移動方向にお互いに凹凸状に
しておき、スライダ移動方向に作用する推力に耐えられ
る構造とすることが有効である。同様に、スライダ３と
ステータ１間で作用する吸引力に耐えられるように、接
合部の電磁鋼板形状を紙面の上下方向にお互いに凹凸状
にしておくことも可能である。
【００３６】永久磁石の近傍は、複数の部材が組み合わ
されており強度が小さくなりがちであるため、電磁鋼板
の所々に、透磁率の低いＳＵＳ板を挟むことも有効であ
る。当然、ＳＵＳ板形状は、必要最小限の穴だけ設け、
強度を得られる形状とする。
されており強度が小さくなりがちであるため、電磁鋼板
の所々に、透磁率の低いＳＵＳ板を挟むことも有効であ
る。当然、ＳＵＳ板形状は、必要最小限の穴だけ設け、
強度を得られる形状とする。
【００３７】次に図示しないが、図１の応用例について
説明する。図１の例では、図３の巻き線図にも示すよう
に、３相各相の巻き線を２組ずつ分布させているが、集
中巻きとし、３組の巻き線とし、スロット数を６個とす
ることも可能である。巻き線構造が簡単になる。同時
に、Ｎ極磁極およびＳ極磁極の表面を２個あるいは３個
と複数の突極形状として、電磁気的作用を増倍すること
も可能である。この時、複数の突極形状のピッチは図１
のスライダの各Ｎ極磁極のピッチに近い値にする必要が
ある。
説明する。図１の例では、図３の巻き線図にも示すよう
に、３相各相の巻き線を２組ずつ分布させているが、集
中巻きとし、３組の巻き線とし、スロット数を６個とす
ることも可能である。巻き線構造が簡単になる。同時
に、Ｎ極磁極およびＳ極磁極の表面を２個あるいは３個
と複数の突極形状として、電磁気的作用を増倍すること
も可能である。この時、複数の突極形状のピッチは図１
のスライダの各Ｎ極磁極のピッチに近い値にする必要が
ある。
【００３８】また、３相交流巻き線の場合について説明
しているが、２相あるいは４相、５相の交流巻き線でも
可能である。
しているが、２相あるいは４相、５相の交流巻き線でも
可能である。
【００３９】永久磁石４の配置は、Ｎ極磁極とＳ極磁極
との隙間に１個おきに配置しているが、図１でギャップ
となっている隙間にも永久磁石を配置して、さらに磁力
を向上することも可能である。
との隙間に１個おきに配置しているが、図１でギャップ
となっている隙間にも永久磁石を配置して、さらに磁力
を向上することも可能である。
【００４０】巻き線はスライダ側に配置しているが、ス
テータ側に配置することも可能である。
テータ側に配置することも可能である。
【００４１】また、リニアモータについて説明したが円
形状に変形し、回転機とすることも可能である。
形状に変形し、回転機とすることも可能である。
【００４２】本発明のリニアモータの第２の実施形態の
断面図を図４に示す。基本的な考えは図１のリニアモー
タと同じである。断面Ｃ〜Ｄの断面図を図５に示す。図
１及び図２に示す電動機と異なる点は、図４、図５に示
すＮ極補助磁極１２とＳ極補助磁極１０が追加されてい
る点である。図１，図２のリニアモータでは、スライダ
の各磁極が図１において紙面の手前側から奥側の方向に
不連続であったが、図４、図５に示すように、スライダ
の各磁極が移動方向と直交する方向に連続するように配
置される構造となっている。図４のＥ〜Ｆ断面図、Ｇ〜
Ｈ断面図を図６に示す。スライダ３の磁気ヨークは電磁
鋼板を所要形状にプレス機械で打ち抜き、図４の紙面の
手前から奥方向に積層したもので、１１はプレス機械で
電磁鋼板を自動積層するためのかしめ部である。かしめ
部１１の構造は、電磁鋼板にプレス機械でかしめ部であ
る小円形形状を電磁鋼板の板厚の約半分だけ押し出し、
前後する電磁鋼板とはめ合わせることにより電磁鋼板同
士を圧着固定するものである。
断面図を図４に示す。基本的な考えは図１のリニアモー
タと同じである。断面Ｃ〜Ｄの断面図を図５に示す。図
１及び図２に示す電動機と異なる点は、図４、図５に示
すＮ極補助磁極１２とＳ極補助磁極１０が追加されてい
る点である。図１，図２のリニアモータでは、スライダ
の各磁極が図１において紙面の手前側から奥側の方向に
不連続であったが、図４、図５に示すように、スライダ
の各磁極が移動方向と直交する方向に連続するように配
置される構造となっている。図４のＥ〜Ｆ断面図、Ｇ〜
Ｈ断面図を図６に示す。スライダ３の磁気ヨークは電磁
鋼板を所要形状にプレス機械で打ち抜き、図４の紙面の
手前から奥方向に積層したもので、１１はプレス機械で
電磁鋼板を自動積層するためのかしめ部である。かしめ
部１１の構造は、電磁鋼板にプレス機械でかしめ部であ
る小円形形状を電磁鋼板の板厚の約半分だけ押し出し、
前後する電磁鋼板とはめ合わせることにより電磁鋼板同
士を圧着固定するものである。
【００４３】図４に示す各Ｎ極磁極５とＳ極補助磁極１
０とを分断せず、わずかにつないで、スライダの各部を
わずかに接続しておくことも製作上有効である。それ
は、電磁鋼板をプレス機械で打ち抜くとき電磁鋼板の各
部がバラバラに分離しないように、加工上、組立上の都
合で接続しておくものである。電磁気動作的には、スラ
イダの各部がつながっている必要はなく、各磁極の磁束
が漏れるので、むしろ好ましくない磁路である。
０とを分断せず、わずかにつないで、スライダの各部を
わずかに接続しておくことも製作上有効である。それ
は、電磁鋼板をプレス機械で打ち抜くとき電磁鋼板の各
部がバラバラに分離しないように、加工上、組立上の都
合で接続しておくものである。電磁気動作的には、スラ
イダの各部がつながっている必要はなく、各磁極の磁束
が漏れるので、むしろ好ましくない磁路である。
【００４４】次に図４のリニアモータの動作について説
明する。図１に示すリニアモータに比較し、Ｎ極補助磁
極１２とＳ極補助磁極１０が追加されているのでスライ
ダ内の磁気抵抗が小さくなり、各永久磁石４の磁束をよ
り有効にステータ２の各磁極へ供給することができる構
造となっている。従って、リニアモータの推力も大きく
することができる。
明する。図１に示すリニアモータに比較し、Ｎ極補助磁
極１２とＳ極補助磁極１０が追加されているのでスライ
ダ内の磁気抵抗が小さくなり、各永久磁石４の磁束をよ
り有効にステータ２の各磁極へ供給することができる構
造となっている。従って、リニアモータの推力も大きく
することができる。
【００４５】次に、本発明リニアモータの第３の実施形
態の断面図を図７に示す。断面Ｉ〜Ｊの断面図を図８に
示す。断面Ｋ〜Ｌの断面図を図９に示す。基本的な考え
は図１、図４のリニアモータと同じであるが、スライダ
表面近傍の個別永久磁石４は無く、その替わりに、図９
に示す共通永久磁石１３をスライダ内部のＮ極用磁気ヨ
ーク８とＳ極用磁気ヨーク９の間に配置している。
態の断面図を図７に示す。断面Ｉ〜Ｊの断面図を図８に
示す。断面Ｋ〜Ｌの断面図を図９に示す。基本的な考え
は図１、図４のリニアモータと同じであるが、スライダ
表面近傍の個別永久磁石４は無く、その替わりに、図９
に示す共通永久磁石１３をスライダ内部のＮ極用磁気ヨ
ーク８とＳ極用磁気ヨーク９の間に配置している。
【００４６】この電動機の動作は、図１及び図４に示し
たリニアモータの動作と類似しているが、前述のよう
に、スライダ３の内部に配置された共通永久磁石１３か
らスライダ表面の各Ｎ極磁極５、Ｎ極補助磁極１２およ
び各Ｓ極磁極６、Ｓ極補助磁極１０へ磁束が供給されて
いる。このリニアモータは、図１もしくは図４に示した
リニアモータに比較し、永久磁石の数を減らすことがで
き、電動機を簡略化できる特徴がある。
たリニアモータの動作と類似しているが、前述のよう
に、スライダ３の内部に配置された共通永久磁石１３か
らスライダ表面の各Ｎ極磁極５、Ｎ極補助磁極１２およ
び各Ｓ極磁極６、Ｓ極補助磁極１０へ磁束が供給されて
いる。このリニアモータは、図１もしくは図４に示した
リニアモータに比較し、永久磁石の数を減らすことがで
き、電動機を簡略化できる特徴がある。
【００４７】次に、本発明のリニアモータの他の変形例
について説明する。図４，図５に示したリニアモータに
図９に示す永久磁石１３を追加したリニアモータであ
る。従って、スライダの移動方向断面図は図５、断面Ｅ
〜Ｆで示される断面図は図９となる。本発明のリニアモ
ータはいずれもＮ極とＳ極とが縦横に近接して分布して
いるため、それぞれの境界部分は空隙等により磁気抵抗
を大きくして漏れ磁束を低減する構造としているが、空
隙幅等にも構造的限界があり、かなりの漏れ磁束が発生
する。この漏れ磁束を補うという点では、図４に示した
リニアモータに図９に示す共通永久磁石１３を追加した
リニアモータは、永久磁石１３が漏れ磁束を低減し、か
つ、スライダ表面近傍の個別永久磁石４と磁気回路的に
は並列にスライダ表面の各Ｎ磁極５、Ｎ極補助磁極１２
および各Ｓ極磁極６、Ｓ極補助磁極１０へ磁束を供給す
るので、各磁極の磁束密度を大きな値とすることがで
き、リニアモータの発生推力を大きくすることができ
る。
について説明する。図４，図５に示したリニアモータに
図９に示す永久磁石１３を追加したリニアモータであ
る。従って、スライダの移動方向断面図は図５、断面Ｅ
〜Ｆで示される断面図は図９となる。本発明のリニアモ
ータはいずれもＮ極とＳ極とが縦横に近接して分布して
いるため、それぞれの境界部分は空隙等により磁気抵抗
を大きくして漏れ磁束を低減する構造としているが、空
隙幅等にも構造的限界があり、かなりの漏れ磁束が発生
する。この漏れ磁束を補うという点では、図４に示した
リニアモータに図９に示す共通永久磁石１３を追加した
リニアモータは、永久磁石１３が漏れ磁束を低減し、か
つ、スライダ表面近傍の個別永久磁石４と磁気回路的に
は並列にスライダ表面の各Ｎ磁極５、Ｎ極補助磁極１２
および各Ｓ極磁極６、Ｓ極補助磁極１０へ磁束を供給す
るので、各磁極の磁束密度を大きな値とすることがで
き、リニアモータの発生推力を大きくすることができ
る。
【００４８】次に、本発明のリニアモータの第４の実施
形態を図１０に示す。スライダ３には、それぞれ４組の
Ｎ極磁極、Ｓ極磁極を有した３組のスライダ磁極がスラ
イダ移動方向に配置されている。各スライダ磁極には３
相の交流巻き線１６が巻回されている。Ｕ相巻き線は図
中の記号でＳＵ１，ＳＵ２、Ｖ相巻き線は図中の記号で
ＳＶ１，ＳＶ２、Ｗ相巻き線は図中の記号でＳＷ１，Ｓ
Ｗ２である。各相のスライダ磁極は、ステータ１の突極
２に対して電気角的に１２０度づつシフトした位置に配
置されている。スライダ３の実線で示した電磁鋼板はＮ
極用磁気ヨーク、波線で示した電磁鋼板はＳ極用磁気ヨ
ークである。Ｓ極用補助磁極１０、Ｎ極用補助磁極及び
スライダ内部には、図示しないが、共通永久磁石を配置
している。このリニアモータは、本発明の他のリニアモ
ータのようなバーニア構造ではなく、各相の巻き線と磁
極とが独立して配置された構造となっている。構造が簡
単になり、製作が容易であるという特長がある。
形態を図１０に示す。スライダ３には、それぞれ４組の
Ｎ極磁極、Ｓ極磁極を有した３組のスライダ磁極がスラ
イダ移動方向に配置されている。各スライダ磁極には３
相の交流巻き線１６が巻回されている。Ｕ相巻き線は図
中の記号でＳＵ１，ＳＵ２、Ｖ相巻き線は図中の記号で
ＳＶ１，ＳＶ２、Ｗ相巻き線は図中の記号でＳＷ１，Ｓ
Ｗ２である。各相のスライダ磁極は、ステータ１の突極
２に対して電気角的に１２０度づつシフトした位置に配
置されている。スライダ３の実線で示した電磁鋼板はＮ
極用磁気ヨーク、波線で示した電磁鋼板はＳ極用磁気ヨ
ークである。Ｓ極用補助磁極１０、Ｎ極用補助磁極及び
スライダ内部には、図示しないが、共通永久磁石を配置
している。このリニアモータは、本発明の他のリニアモ
ータのようなバーニア構造ではなく、各相の巻き線と磁
極とが独立して配置された構造となっている。構造が簡
単になり、製作が容易であるという特長がある。
【００４９】以上、本発明の実施形態について説明した
が、３相交流以外の多相交流リニアモータ、永久磁石の
一部削除、形状の変形等、本発明の主旨の範囲で変形、
応用したものも本発明に含むものである。
が、３相交流以外の多相交流リニアモータ、永久磁石の
一部削除、形状の変形等、本発明の主旨の範囲で変形、
応用したものも本発明に含むものである。
【００５０】
【発明の効果】リニアモータの動作にとって有害となる
永久磁石の起磁力及び磁束を低減し、かつ、永久磁石の
性能を限られたスペースで高密度に、有効に活用するこ
とができるので、リニアモータの推力を大きくすること
ができる。また同時に、小型化、低価格化でき、巻き線
あたりの推力が増すので結果として高効率であり低発熱
化もできる。
永久磁石の起磁力及び磁束を低減し、かつ、永久磁石の
性能を限られたスペースで高密度に、有効に活用するこ
とができるので、リニアモータの推力を大きくすること
ができる。また同時に、小型化、低価格化でき、巻き線
あたりの推力が増すので結果として高効率であり低発熱
化もできる。
【００５１】また、永久磁石、及び巻き線が、スライダ
側だけに配置されているので、長ストロークのリニアモ
ータでも低コストである。
側だけに配置されているので、長ストロークのリニアモ
ータでも低コストである。
【００５２】構造的に各磁極は電磁鋼板で形成するの
で、磁気回路の設計自由度が高く、各磁極の磁束密度を
鉄の飽和磁束密度まで上げることができ高効率にできる
だけでなく、フェライト永久磁石のように低磁束密度だ
が非常に安価なものも有効に活用できる。
で、磁気回路の設計自由度が高く、各磁極の磁束密度を
鉄の飽和磁束密度まで上げることができ高効率にできる
だけでなく、フェライト永久磁石のように低磁束密度だ
が非常に安価なものも有効に活用できる。
【００５３】また、リラクタンス型リニアモータ等のよ
うに、巻き線電流によりリニアモータ内部の磁束が大き
く変化するリニアモータは一般的に巻き線インダクタン
スが大きく、力率が小さくなる。本発明リニアモータ
は、永久磁石により磁束がほぼ支配され、基本的に巻き
線電流による磁束変化が小さいので、巻き線インダクタ
ンスは小さく、力率が良く、電気制御上の駆動が容易で
ある。
うに、巻き線電流によりリニアモータ内部の磁束が大き
く変化するリニアモータは一般的に巻き線インダクタン
スが大きく、力率が小さくなる。本発明リニアモータ
は、永久磁石により磁束がほぼ支配され、基本的に巻き
線電流による磁束変化が小さいので、巻き線インダクタ
ンスは小さく、力率が良く、電気制御上の駆動が容易で
ある。
【００５４】また、永久磁石がスライダ側だけにあるの
で、鉄粉等の防塵対策が比較的容易である。
で、鉄粉等の防塵対策が比較的容易である。
【図１】 本発明のリニアモータの第１の実施形態の断
面図である。
面図である。
【図２】 図１のリニアモータのＡ〜Ｂ断面図である。
【図３】 図１のリニアモータの巻き線図例である。
【図４】 本発明のリニアモータの第２の実施形態の断
面図である。
面図である。
【図５】 図４のリニアモータのＣ〜Ｄ断面図である。
【図６】 図４のリニアモータのＥ〜Ｆ及びＧ〜Ｈ断面
図である。
図である。
【図７】 本発明のリニアモータの第３の実施形態の断
面図である。
面図である。
【図８】 図７のリニアモータのＩ〜Ｊ断面図である。
【図９】 図７のリニアモータのＫ〜Ｌ断面図である。
【図１０】 本発明のリニアモータの第４の実施形態の
断面図である。
断面図である。
【図１１】 従来のリニアモータの断面図である。
【図１２】 永久磁石の磁束密度Ｂと起磁力Ｈとの動作
特性図である。
特性図である。
１ ステータ、３ スライダ、４ 永久磁石、５ Ｎ極
磁極、６ Ｓ極磁極、７ 巻き線、８ Ｎ極用磁気ヨー
ク、９ Ｓ極用磁気ヨーク、１０ Ｓ極補助磁極、１２
Ｎ極補助磁極、１３ 永久磁石。
磁極、６ Ｓ極磁極、７ 巻き線、８ Ｎ極用磁気ヨー
ク、９ Ｓ極用磁気ヨーク、１０ Ｓ極補助磁極、１２
Ｎ極補助磁極、１３ 永久磁石。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 41/00 - 41/06 H02K 1/08,3/28
Claims (5)
- 【請求項１】磁気抵抗の大きい部分と磁気抵抗の小さい
部分とを可動部の移動方向に沿って交互に配置し、磁気
抵抗の小さい部分を突極部としたステータと、 ３相交流巻き線が巻回され、ステータと対向する部分が
磁極を形成する磁気ヨークを有し、磁極ピッチはステー
タの突極ピッチと異なる数に設定された磁気ヨークと、 磁気ヨークの各磁極に磁束を与える永久磁石と、 を含む可動部と、 を有するリニアモータにおいて、 前記磁気ヨークは互いに分離されたＮ極用磁気ヨークと
Ｓ極用磁気ヨークとから成り、 各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずらして
配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、 また、Ｎ極磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻
き線が共通に巻回され、 各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極用磁気ヨーク
との各磁極間には、個別永久磁石が各磁極に異なる磁極
の磁束を供給するように配置されていることを特徴とす
るリニアモータ。 - 【請求項２】前記Ｎ極用磁気ヨークと前記Ｓ極用磁気ヨ
ークとが交互に配置され、 前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつなぐＮ
極補助磁極と、 前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁極との間をつなぐＳ
極補助磁極と、 を備え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】磁気抵抗の大きい部分と磁気抵抗の小さい
部分とを可動部の移動方向に沿って交互に配置し、磁気
抵抗の小さい部分を突極部としたステータと、 ３相交流巻き線が巻回され、ステータと対向する部分が
磁極を形成する磁気ヨークを有し、磁極ピッチはステー
タの突極ピッチと異なる数に設定された磁気ヨ ークと、 磁気ヨークの各磁極に磁束を与える永久磁石と、 を含む可動部と、 を有するリニアモータにおいて、 前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置されるＮ
極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成り、 各ヨークの磁極は、可動子の移動方向に位置をずらして
配置されるＮ極磁極とＳ極磁極とを形成し、 前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつなぐＮ
極補助磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁極と
の間をつなぐＳ極補助磁極と、を有し、 また、Ｎ極磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻
き線が共通に巻回され、 各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極用磁気ヨーク
の基部には、共通永久磁石が各磁気ヨークに異なる磁極
の磁束を供給するように配置されていることを特徴とす
るリニアモータ。 - 【請求項４】請求項２に記載のリニアモータであって、 Ｎ極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークの基部には、共通
永久磁石が各磁気ヨークに前記個別永久磁石と同様に磁
束を供給するように配置されていることを特徴とするリ
ニアモータ。 - 【請求項５】磁気抵抗の大きい部分と磁気抵抗の小さい
部分とを可動部の移動方向に沿って交互に配置し、磁気
抵抗の小さい部分を突極部としたステータと、 ３相交流巻き線が巻回され、ステータと対向する部分が
磁極を形成する磁気ヨークを有し、磁極ピッチはステー
タの突極ピッチと同じ数に設定された磁気ヨークと、 磁気ヨークの各磁極に磁束を与える永久磁石と、 を含む可動部と、 を有するリニアモータにおいて、 前記磁気ヨークは互いに分離され、交互に配置されるＮ
極用磁気ヨークとＳ極用磁気ヨークとから成り、 各ヨークの磁極は、複数のＮ極磁極と、複数のＳ極磁極
とを、可動子の移動方向に位置をずらして、それぞれ形
成し、 前記Ｎ極磁極と隣り合う他のＮ極磁極との間をつなぐＮ
極補助磁極と、前記Ｓ極磁極と隣り合う他のＳ極磁極と
の間をつなぐＳ極補助磁極と、を有し また、Ｎ極磁気ヨークとＳ極磁気ヨークには３相交流巻
き線が共通に巻回され、 各Ｎ極用磁気ヨークとこれに隣接するＳ極用磁気ヨーク
には、永久磁石が各磁極に異なる磁極の磁束を供給する
ように配置されていることを特徴とするリニアモータ。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP23688097A JP3344645B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 永久磁石を用いたモータ |
| US09/139,015 US6025659A (en) | 1997-09-02 | 1998-08-24 | Synchronous motor with movable part having permanent magnets |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1189208A JPH1189208A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3344645B2 true JP3344645B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=17007162
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP23688097A Expired - Fee Related JP3344645B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 永久磁石を用いたモータ |
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| JP4102708B2 (ja) * | 2003-05-27 | 2008-06-18 | オークマ株式会社 | 永久磁石を利用したモータ |
| US7265470B1 (en) * | 2004-01-13 | 2007-09-04 | Launchpoint Technologies, Inc. | Magnetic spring and actuators with multiple equilibrium positions |
| DE102004013993A1 (de) * | 2004-03-19 | 2005-10-06 | Breyer Gmbh Maschinenfabrik | Schneideinrichtung für eine Anlage zur Herstellung von extrudierten Kunststoff- oder Laminat-Tubenschläuchen |
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| JP5648873B2 (ja) * | 2013-01-24 | 2015-01-07 | 株式会社安川電機 | リニアモータ |
| CN105813886B (zh) | 2013-09-21 | 2018-04-03 | 麦克纳莫绅有限公司 | 用于包装和其它用途的线性电机运输 |
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-
1997
- 1997-09-02 JP JP23688097A patent/JP3344645B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-24 US US09/139,015 patent/US6025659A/en not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-01 DE DE19839784A patent/DE19839784A1/de not_active Withdrawn
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