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JP4434383B2 - Linear motor - Google Patents

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JP4434383B2
JP4434383B2 JP29773599A JP29773599A JP4434383B2 JP 4434383 B2 JP4434383 B2 JP 4434383B2 JP 29773599 A JP29773599 A JP 29773599A JP 29773599 A JP29773599 A JP 29773599A JP 4434383 B2 JP4434383 B2 JP 4434383B2
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inductor
armature core
armature
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core
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博文 猪ノ口
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置やFA機器などの分野で高精度位置決め送りとして用いられると共に、高速・高加減速で直線運動を行い、高推力を得ることが可能なリニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、可動子に電機子巻線と永久磁石を備えた電機子鉄心、固定子に誘導子歯を持つ3相リニア誘導子形同期モータは図6、7のようになっている。
図6は従来の3相リニア誘導子形同期モータの斜視図、図7は3相のリニア誘導子形モータのうち、可動子の永久磁石と固定子の配置を示す図であって、(a)は各相永久磁石の着磁パターン図、(b)は(a)の永久磁石に対向する固定子の平面図である。
図6において、21はリニアモータ、22はリニアモータ21の可動子、23はE字形状に打ち抜いた電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心、23aは電機子鉄心のティース、24は各々のティース23a先端部に一列に設けた薄板状の永久磁石、25は電機子鉄心のティース部23aの外周に巻装された3相(U相、V相、W相)からなる電機子巻線である。永久磁石24および電機子巻線25を備えた電機子鉄心23を可動子22としている。26はリニアモータ21の固定子で、可動子22と一定の空隙を介して図示しない固定台に支持されている。27は一定の歯幅と高さ(継鉄厚み)の断面を持つ細長い磁性体であって、誘導子歯を構成している。28は非磁性体であって、この磁性体27と非磁性体28をサンドイッチ状に交互に並べて固着したものを固定子26として構成する。
また、可動子22と固定子26の支持は、スライダとガイドレールからなる図示しないリニアガイドで行われると共に、この場合、スライダ(図示せず)は可動子側に取り付けられる。
さらに、可動子22に設けた永久磁石24は、図7において、固定子26の歯ピッチ(磁性体27の間隔)と同じ極対ピッチで、歯切方向と平行にN極、S極の極性が交互に並ぶように多極に着磁し、各3相のうちの磁極ピッチは互いに1/3極対ピッチずつ位相差が与えられている。
このようなリニアモータは、固定子26の誘導子歯27によって、U、V、W極の永久磁石24の磁束が互いに通路を与えられて流れる。また、各相磁極の位相差が電気角で120°なので、可動子22を動かすと各相巻線には互いに120°差の磁束が鎖交し、3相誘起電圧を発生する。逆に各相に3相の正弦波電流を通電すると3相同期モータとして推力を発生し、可動子22が固定子26上を長手方向に直線移動する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術には以下の問題があった。
(1)可動子の永久磁石と固定子の誘導子歯間に大きな吸引力が作用し、可動子を固定し負荷を搭載するために設けられたテーブル(図示せず)が撓んだり、リニアガイド(図示せず)の摩擦抵抗が増大した。また、テーブルが撓まないように強固にするためテーブル重量を増加させると、リニアモータの発生する可動子推力では、所定の加速度を得ることができなくなった。
(2)リニアモータの固定子は、磁性体と非磁性体をサンドイッチ状に配置していることから、磁束の通りやすいところと通りにくいところが存在するためにパーミアンス変化が大きくなり、大きな振幅のコギング力が発生することになる。その結果、高速移動時の振動や一定速送り時の速度変動が起こるといった問題があった。
(3)電機子ティース部先端のスロット開口幅が狭く、巻線作業が困難となり、スロット内の巻線の占積率を高めることができなかった。その結果、リニアモータの効率を向上することができなかった。
(4)電機子ティースの外周に巻装された電機子巻線の発熱によって、電機子ティース先端に貼り付けられた永久磁石が剥離、落下することがあった。
そこで、本発明は吸引力、コギング力を低減すると共に、高速移動時の振動や一定速送り時の速度変動を低減でき、かつ、永久磁石が剥離、落下することの無い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、請求項1の本発明は、磁束を通す電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心と、前記電機子鉄心の積厚方向に沿ってティース部の外周に巻装された3相の電機子巻線と、前記電機子鉄心のティース部の先端に設けた薄板状の永久磁石と、前記永久磁石と空隙を介して対向配置されると共に磁性体からなる誘導子歯を有する誘導子を備え、前記電機子鉄心または前記誘導子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記電機子鉄心と前記誘導子とを相対的に走行するように配置したリニアモータにおいて、前記誘導子歯は、前記可動子の走行する長手方向に向かって延びる平板の上に突起状に形成されると共にピッチλ毎に等間隔に設けてあり、前記電機子鉄心は、電磁鋼板の積厚方向が前記誘導子歯のピッチ方向と直交するように設けると共に、当該電機子鉄心の各々のティース部ごとに鉄心を分割し、かつ、前記誘導子のピッチ方向に沿って斜めに配置してあり、前記各々のティース先端部に設けた永久磁石は、交互に極性が異なるように前記誘導子歯の歯面に対向するように複数個並べて設けると共に、前記ティース部と同じ配置方向になるように斜めに並べて設けたことを特徴としている。
また、請求項2の本発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記電機子鉄心は、前記可動子の移動する長手方向に向かって3×M個(Mは整数)に分割された複数の鉄心ブロックで構成すると共に、前記分割された各々の鉄心ブロックを電気角で60×N度(Nは整数)だけずらして配置してあることを特徴としている。
また、請求項3の本発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記誘導子は、前記誘導子歯の長手方向に沿って間に前記電機子鉄心を挟むように2列で配置したことを特徴としている。
また、請求項4の本発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記永久磁石の断面形状を、前記電機子鉄心の積厚方向に対してテーパを有する台形断面形状とすると共に、前記永久磁石を囲うように前記永久磁石の剥落を防止する磁石固定板を前記永久磁石の周囲に設けたことを特徴としている。
【0005】
【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であって、(a)はその全体構成を示す斜視図、(b)はその推力方向から見た正断面図である。図2は第1の実施例によるリニアモータであって、(a)は図1のA−A線に沿うリニアモータの上面から見た可動子と誘導子の断面図、(b)は(a)における可動子の側面図である。
図において、1はリニアモータ、2は可動子、3は電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心、3aは電機子鉄心3に設けた通し穴、3bは電機子鉄心の継鉄部、3cは電機子鉄心のティース部、4はティース部3cの先端部に一列に設けた薄板状で、矩形断面を有する永久磁石、5はティース部3cの外周に巻装された3相の電機子巻線、6は電機子取付ガイド、7は電機子取付板、8はモールド樹脂、9は固定子、10は誘導子、10aは誘導子歯、11は誘導子支持台、12は固定台、13はボルトである。なお、永久磁石4および電機子巻線5を備えた電機子鉄心3を可動子2とし、また、誘導子10を固定子9とすると共に、可動子2と固定子9を図示しないリニアガイドで支持した構成は従来技術と基本的には同じである。
本発明が従来技術と異なる構成は、以下のとおりである。
すなわち、誘導子10は、電磁鋼板を積層した磁性体で構成されると共に、長手方向に延びる平板の上に突起状の誘導子歯10aを所定のピッチλ毎に等間隔に形成し、2列で構成される。また、この2列からなる誘導子10は、誘導子歯10aを内側にして断面L字状の誘導子支持台11により支持され、さらに2個の誘導子支持台11を、固定台12により固定している。
一方、可動子となる電機子鉄心3は、電機子鉄心3の積厚方向が誘導子歯10aのピッチ方向と直交するように、2列の誘導子10の間に空隙を介して対向配置されている。また、電機子鉄心3は、誘導子10との対向面側にティース部3cが各々9個形成されており、各々のティース部3cを中央の継鉄部3bによって繋いでいる。そして、継鉄部3bには全部で5個の通し穴3aを等間隔に設けており、積層された電機子鉄心3の一方側に位置する通し穴3aに雄ねじを有するボルト13を通し、積層された電機子鉄心3の他方側に雌ねじを有する電機子取付ガイド6を設けて、ボルト13を電機子取付ガイド6にねじ込んだ後、電機子鉄心3と電機子取付ガイド6を連結、固定している。
また、電機子鉄心3の各々のティース先端部3cに設けた永久磁石4は、N極、S極、N極…というように極性の異なる永久磁石5個を一組として構成され、誘導子歯10aのピッチ方向に向かって誘導子歯10aの歯面に対向するように電機子鉄心3の表面に9組並べ、接着により取り付けている。
さらに、電機子巻線5は、図2に示すように誘導子歯のピッチ方向に向かって紙面左側から右側にU、V、W、U、V、W、…という順に配置されており、電機子巻線5の周囲は、熱伝導性に優れたモールド樹脂8、例えばスタイキャストにより固着されている。このように永久磁石4および電機子巻線5を備えた電機子鉄心3の上部に、電機子取付ガイド6を介して電機子取付板7を取り付けている。
次に動作について説明する。
リニアモータの可動子を構成する電機子鉄心を、固定子を構成する誘導子の長手方向に沿って直線移動させると、2列の誘導子間において空隙を介して対向する電機子鉄心のティース部先端に永久磁石を並べて配置した構成により、可動子の進行方向に推力が働き、推力方向と直交する空隙の方向に向かって吸引力が生じる。この時、リニアモータは二つの空隙部における吸引力がそれぞれ逆方向に働き相殺されて、所定の加速度で走行する。
【0006】
次に、第2の実施例について説明する。
図3は本発明の第2の実施例を示すリニアモータであって、(a)は電機子取付板を取り外した状態における上面から見た断面図で、図1(b)のA−A線に沿う断面図に相当すると共に、(b)は可動子の側面図である。
第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、可動子の電機子鉄心3を長手方向に向かって第1の鉄心ブロック31、第2の鉄心ブロック32および第3の鉄心ブロック33の3つに分割した点である。
すなわち、鉄心ブロック31〜33はそれぞれティース部3cが3個形成されると共に、鉄心ブロック中央の継鉄部3bには2個の同じ形状の通し穴3aを設け、通し穴3aにボルト(図示せず)を通して電機子鉄心3と電機子取付ガイド(図示せず)を固定している。
また、各々の鉄心ブロック31〜33については、第1の鉄心ブロック31に対し、第2の鉄心ブロック32は(17/2+1/3)×λ、第3の鉄心ブロック33は(17/2+1/3)×2λがずれている。これを電気角で表すと、そのずれ量は、第2の鉄心ブロック32は(17/2+1/3)×360°=300°、第3の鉄心ブロック33は(17/2+1/3)×2×360°=240°である。ここで、第1の鉄心ブロック31のティース部3cには紙面左からU相、V相、W相の順に電機子巻線5が巻装され、ティース部先端3cに永久磁石4がN極、S極、N極、S極、N極の順に貼り付けられている。第2の鉄心ブロック32は300°=120°+180°ずれているので、紙面左からV相、W相、U相の順に電機子巻線5が巻装され、永久磁石4はS極、N極、S極、N極、S極の順に貼り付けられている。第3の鉄心ブロック33は240°ずれているので、紙面左からW相、U相、V相の順に電機子巻線5が巻装され、永久磁石4はN極、S極、N極、S極、N極の順に貼り付けられている。
次に動作を説明する。
リニアモータにおいて、誘導子の内側に空隙を介して対向配置された電機子鉄心を誘導子の長手方向に沿って直線移動させると、電機子鉄心の進行方向に向かって推力が生じる。一般的に電機子鉄心の長手方向の端部において磁気的な不平衡、いわゆる端効果によりコギング力が発生する傾向にある。しかし、この場合、第1〜第3の鉄心ブロックは、電気角でそれぞれ300°ずつ位相がずれた構成にしてあるため、各々のコギング力も電気角で300°の位相のずれを生じる。その結果、この位相のずれにより3個の鉄心ブロックによって発生するコギング力は相殺されることになり、可動子は移動方向に速度変動を起こすことなく、一定の速度で移動する。
【0007】
次に、第3の実施例について説明する。
図4は本発明の第3の実施例を示すリニアモータであって、(a)は電機子取付板を取り外した状態における上面から見た断面図で、図1(b)のA−A線に沿う断面図に相当すると共に、(b)は可動子の側面図である。
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〜第3の鉄心ブロック31、32、33からなる3つに分割された電機子鉄心において、各々の鉄心ブロックに形成されたティース部ごとに鉄心を分割すると共に、各ティース部ごとの分割鉄心を誘導子歯のピッチ方向に向かって斜めに倒して配置した点である。
また、図4(b)に図示するようにティース部先端に設けた永久磁石を鉄心の傾斜角度と同じ角度になるように斜めに貼りつけている。なお、各々の鉄心ブロック間における電気角のずれ量は第2の実施例と同じなので説明を省略する。
次に動作を説明する。
リニアモータにおいて、電機子鉄心を誘導子の長手方向に沿って直線移動させると、誘導子歯のピッチ方向に対する電機子鉄心と永久磁石の配置位置(傾斜)のずれにより、電機子鉄心および永久磁石側にて発生するコギング力がスキュー効果によりさらに低減される。
【0008】
次に、第4の実施例について説明する。
図5は本発明の第4の実施例を示すリニアモータの推力方向から見た正断面図である。
第4の実施例が第1、第2および第3の実施例と異なる点は、電機子鉄心のティース部先端に設けた永久磁石の形状が、電機子鉄心の積厚方向に対してテーパを有する台形断面で形成されると共に、永久磁石4を囲うように磁石の剥落を防止するための磁石固定板14を設けた点である。
具体的には、磁石固定板14は、永久磁石のテーパ面に嵌合するようにその中心部分がくり抜かれた非磁性体で構成されている。また、この磁石固定板14の上下両端部を電機子取付ガイド6に皿ネジ15で固定している。なお、動作については第1の実施例と基本的に同じなので説明を省略する。
したがって、第1の実施例は2列からなる誘導子間において、誘導子歯のピッチ方向と空隙を介して対向する電機子鉄心のティース部先端に永久磁石を並べて配置したため、永久磁石と誘導子歯間に生じる大きな吸引力を相殺することができる。その結果、可動子を固定し負荷を搭載するために設けられたテーブルが撓むことなく、リニアガイドの摩擦抵抗を低減することができる。また、テーブルの撓みを避けるために、特にテーブル自体の強度を増加し、軽量化を図る必要がないので、所定の加速度を得ることができる。
また、第2の実施例は、電機子鉄心を第1〜第3の鉄心ブロックに分割し、各々の鉄心ブロックを電気角でそれぞれ300°ずつ位相がずれた構成にしたため、可動子の端効果によって生じるコギング力を相殺することができる。これにより、可動子の移動方向における速度変動が起こらず、可動子を一定の速度で移動することができる。
さらに、第3の実施例は、誘導子歯のピッチ方向に対して電機子鉄心をティース部ごとに分割した分割コアとし、分割コアと永久磁石をそれぞれ斜めに配置する構成にしたため、コギング力をスキュー効果によりさらに低減することができる。また、電機子鉄心をティース部ごとに分割することにより、巻線の占積率アップによるリニモータの効率を向上することができる。
さらにまた、第4の実施例は、電機子ティース部先端に設けた永久磁石を、電機子鉄心の積厚方向に対してテーパを有する台形断面形状で形成し、永久磁石を囲うように磁石剥落防止用の磁石固定板を設けた構成にしたため、電機子巻線に大きな発熱が生じ温度上昇した場合であっても、磁石固定板によって永久磁石がティース表面から剥離落下することはなく、安定して永久磁石を固定することができる。
なお、上記実施例では電機子巻線と永久磁石を備えた電機子鉄心を可動子に、誘導子を可動子としたが、電機子鉄心を固定子に、誘導子を可動子とする構成にしても構わず、同じような効果を発揮できることは言うまでもない。
また、電機子ティース部先端の永久磁石を表面に貼り付けるものではなく、電機子ティース部先端に溝を設け、そこに永久磁石を埋設する構造であっても良く、同様の効果を得ることができる。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果を得ることができる。
(1)第1の実施例に示すように、2列の誘導子間と空隙を介し、誘導子歯のピッチ方向に電機子鉄心のティース部先端に永久磁石を並べて配置したので、永久磁石と誘導子歯間に生じる大きな吸引力を相殺することができる。その結果、可動子上に設けるテーブルが撓むことなく、リニアガイドの摩擦抵抗を低減することができる。また、テーブルを強固にするため重量を増加する必要もないのでリニアモータの発生する推力によって所定の加速度を得ることができる。
(2)第2の実施例に示すように、分割された第1〜第3の鉄心ブロック間を、電気角でそれぞれ300°ずつ位相をずらした構成にしたので、可動子の端効果によって生じるコギング力を相殺することができる。これにより、可動子の移動方向における速度変動が起こらず、可動子を一定の速度で移動することができる。
(3)第3の実施例に示すように、誘導子歯のピッチ方向に対して電機子鉄心をティース部ごとに分割した分割コアとし、分割コアと永久磁石をそれぞれ斜めに配置する構成にしたので、コギング力をスキュー効果によりさらに低減することができる。また、電機子鉄心をティース部ごとに分割することで、巻線の占積率アップによるリニモータの効率を向上させることができる。
(4)第4の実施例に示すように、永久磁石の形状を、電機子鉄心の積厚方向に対してテーパを有する台形断面形状で形成し、磁石剥落防止用の磁石固定板を永久磁石を囲うように設けたので、電機子巻線に大きな発熱が生じ温度上昇した場合であっても、永久磁石がティース表面から剥離落下することはなく、安定して永久磁石を固定することができる。
【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であって、(a)はその全体構成を示す斜視図、(b)はその推力方向から見た正断面図である。
【図2】第1の実施例によるリニアモータであって、(a)は図1のA−A線に沿うリニアモータの上面から見た可動子と誘導子の断面図、(b)は(a)における可動子の側面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示すリニアモータであって、(a)は電機子取付板を取り外した状態における上面から見た断面図、(b)は可動子の側面図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示すリニアモータであって、(a)は電機子取付板を取り外した状態における上面から見た断面図、(b)は可動子の側面図である。
【図5】本発明の第4の実施例を示すリニアモータの推力方向から見た正断面図である。
【図6】従来の3相リニア誘導子形同期モータの斜視図である。
【図7】3相のリニア誘導子形モータのうち、可動子の永久磁石と固定子の配置を示す図であって、(a)は各相永久磁石の着磁パターン図、(b)は(a)に対した固定子の平面図である。
【符号の説明】
1 リニアモータ
2 可動子
3 電機子鉄心
31 第1の鉄心ブロック
32 第2の鉄心ブロック
33 第3の鉄心ブロック
3a 通し穴
3b 継鉄部
3c ティース部
4 永久磁石
5 電機子巻線
6 電機子取付ガイド
7 電機子取付板
8 モールド樹脂
9 固定子
10 誘導子
10a 誘導子歯
11 誘導子支持台
12 固定台
13 ボルト
14 磁石固定板
15 皿ネジ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor that can be used as high-precision positioning feed in the fields of semiconductor manufacturing equipment and FA equipment, for example, and that can perform linear motion at high speed and high acceleration / deceleration to obtain high thrust.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a three-phase linear inductor type synchronous motor having an armature core provided with an armature winding and a permanent magnet on a mover and an inductor tooth on a stator is as shown in FIGS.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional three-phase linear inductor type synchronous motor, and FIG. 7 is a diagram showing an arrangement of permanent magnets and stators of the mover in the three-phase linear inductor type motor. ) Is a magnetization pattern diagram of each phase permanent magnet, and (b) is a plan view of a stator facing the permanent magnet of (a).
In FIG. 6, 21 is a linear motor, 22 is a mover of the linear motor 21, 23 is an armature core formed by laminating a number of electromagnetic steel sheets punched into an E shape, 23a is an armature core tooth, and 24 is each of A thin plate-like permanent magnet provided in a row at the tip of the teeth 23a, 25 is an armature winding composed of three phases (U phase, V phase, W phase) wound around the outer periphery of the tooth portion 23a of the armature core. is there. An armature core 23 having a permanent magnet 24 and an armature winding 25 is used as a mover 22. A stator 26 of the linear motor 21 is supported by a fixed base (not shown) via a movable element 22 and a fixed gap. Reference numeral 27 denotes an elongated magnetic body having a cross section having a constant tooth width and height (yoke thickness), and constitutes an inductor tooth. Reference numeral 28 denotes a non-magnetic material, and the magnetic material 27 and the non-magnetic material 28 are alternately arranged in a sandwich and fixed as a stator 26.
The mover 22 and the stator 26 are supported by a linear guide (not shown) including a slider and a guide rail. In this case, a slider (not shown) is attached to the mover side.
Further, in FIG. 7, the permanent magnet 24 provided on the mover 22 has the same pole pair pitch as the tooth pitch of the stator 26 (interval of the magnetic body 27), and the polarities of the N pole and the S pole parallel to the gear cutting direction. Are magnetized so as to be alternately arranged, and the magnetic pole pitch of each of the three phases is given a phase difference by 1/3 pole pair pitch.
In such a linear motor, the magnetic fluxes of the permanent magnets 24 having U, V, and W poles flow through each other by the inductor teeth 27 of the stator 26. In addition, since the phase difference between the magnetic poles of each phase is 120 ° in electrical angle, when the mover 22 is moved, magnetic fluxes having a difference of 120 ° are linked to each phase winding to generate a three-phase induced voltage. Conversely, when a three-phase sinusoidal current is applied to each phase, a thrust is generated as a three-phase synchronous motor, and the mover 22 moves linearly on the stator 26 in the longitudinal direction.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
(1) A large attraction force acts between the permanent magnet of the mover and the inductor teeth of the stator, and the table (not shown) provided for fixing the mover and mounting the load is bent or linear The frictional resistance of the guide (not shown) increased. In addition, if the table weight is increased in order to strengthen the table so that it does not bend, it becomes impossible to obtain a predetermined acceleration with the mover thrust generated by the linear motor.
(2) Since the stator of the linear motor has a magnetic material and a non-magnetic material arranged in a sandwich, there are places where magnetic flux easily passes and difficult to pass, so the permeance change increases and cogging with large amplitude Force will be generated. As a result, there have been problems such as vibration during high speed movement and speed fluctuation during constant speed feeding.
(3) The slot opening width at the tip of the armature tooth portion is narrow, making winding work difficult, and the space factor of the winding in the slot cannot be increased. As a result, the efficiency of the linear motor could not be improved.
(4) Due to the heat generated by the armature winding wound around the outer periphery of the armature teeth, the permanent magnet attached to the tip of the armature teeth may be peeled off and dropped.
Accordingly, the present invention provides a linear motor that can reduce attraction force and cogging force, reduce vibration during high-speed movement and speed fluctuation during constant-speed feeding, and prevents permanent magnets from peeling off and falling. With the goal.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention of claim 1 is an armature core formed by laminating a number of electromagnetic steel plates through which magnetic flux passes, and is wound around the outer periphery of the tooth portion along the stacking direction of the armature core. A three-phase armature winding, a thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth portion of the armature core, and an inductor tooth made of a magnetic material and disposed opposite to the permanent magnet via a gap A linear motor that is arranged so that either the armature core or the inductor serves as a mover and the other serves as a stator, and the armature core and the inductor travel relatively. in the inductor teeth, it is provided with equally spaced every pitch λ is formed in a projecting shape on a flat plate extending toward the longitudinal direction of travel of the movable element, the armature iron core, magnetic steel The thickness direction of the inductor teeth is the pitch direction The armature core is divided for each tooth portion of the armature core, and is disposed obliquely along the pitch direction of the inductor, and is provided at the tip of each tooth. A plurality of permanent magnets are provided side by side so as to be opposed to the tooth surface of the inductor teeth so that the polarities are alternately different, and are provided side by side so as to be in the same arrangement direction as the teeth portion. Yes.
According to a second aspect of the present invention, in the linear motor according to the first aspect, the armature core is divided into 3 × M pieces (M is an integer) in a longitudinal direction in which the mover moves. The core block is composed of a plurality of core blocks, and each of the divided core blocks is arranged with an electrical angle shifted by 60 × N degrees (N is an integer).
According to a third aspect of the present invention, in the linear motor according to the first aspect, the inductors are arranged in two rows so as to sandwich the armature core therebetween along the longitudinal direction of the inductor teeth. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, in the linear motor according to the first aspect, the cross-sectional shape of the permanent magnet is a trapezoidal cross-sectional shape having a taper with respect to the stacking direction of the armature core, and A magnet fixing plate for preventing the permanent magnet from peeling off is provided around the permanent magnet so as to surround the permanent magnet.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a linear motor showing a first embodiment of the present invention, in which (a) is a perspective view showing the overall configuration, and (b) is a front sectional view as seen from the thrust direction. FIG. 2 is a linear motor according to the first embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view of the mover and the inductor as viewed from the upper surface of the linear motor along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is a side view of the needle | mover in).
In the figure, 1 is a linear motor, 2 is a mover, 3 is an armature core formed by laminating a large number of electromagnetic steel plates, 3a is a through hole provided in the armature core 3, 3b is a yoke part of the armature core, 3c Is a tooth portion of the armature core, 4 is a thin plate provided in a row at the tip of the tooth portion 3c, a permanent magnet having a rectangular cross section, and 5 is a three-phase armature winding wound around the outer periphery of the tooth portion 3c Wire, 6 is an armature mounting guide, 7 is an armature mounting plate, 8 is a mold resin, 9 is a stator, 10 is an inductor, 10a is an inductor tooth, 11 is an inductor support base, 12 is a fixing base, 13 Is a bolt. The armature core 3 provided with the permanent magnet 4 and the armature winding 5 is used as the mover 2, the inductor 10 is used as the stator 9, and the mover 2 and the stator 9 are connected by a linear guide (not shown). The supported configuration is basically the same as the prior art.
The configuration in which the present invention differs from the prior art is as follows.
That is, the inductor 10 is formed of a magnetic body in which electromagnetic steel plates are laminated, and the protruding inductor teeth 10a are formed at equal intervals for each predetermined pitch λ on a flat plate extending in the longitudinal direction. Consists of. The two rows of inductors 10 are supported by an inductor support base 11 having an L-shaped cross section with the inductor teeth 10 a inside, and two inductor support bases 11 are fixed by a fixing base 12. is doing.
On the other hand, the armature core 3 serving as the mover is disposed so as to face the gap between the two rows of inductors 10 so that the stacking direction of the armature core 3 is orthogonal to the pitch direction of the inductor teeth 10a. ing. The armature core 3 has nine tooth portions 3c formed on the side facing the inductor 10, and each tooth portion 3c is connected by a central yoke portion 3b. The yoke portion 3b is provided with a total of five through holes 3a at equal intervals, and bolts 13 having male screws are passed through the through holes 3a located on one side of the laminated armature cores 3 to The armature mounting guide 6 having a female screw is provided on the other side of the armature core 3 thus formed, and after the bolt 13 is screwed into the armature mounting guide 6, the armature core 3 and the armature mounting guide 6 are connected and fixed. ing.
The permanent magnet 4 provided at each tooth tip 3c of the armature core 3 is composed of a set of five permanent magnets having different polarities such as N pole, S pole, N pole, etc. Nine sets are arranged on the surface of the armature core 3 so as to face the tooth surfaces of the inductor teeth 10a toward the pitch direction of 10a and attached by adhesion.
Furthermore, as shown in FIG. 2, the armature winding 5 is arranged in the order of U, V, W, U, V, W,... The periphery of the child winding 5 is fixed by a mold resin 8 having excellent thermal conductivity, for example, stycast. As described above, the armature mounting plate 7 is attached to the upper portion of the armature core 3 including the permanent magnet 4 and the armature winding 5 via the armature mounting guide 6.
Next, the operation will be described.
When the armature core that constitutes the mover of the linear motor is linearly moved along the longitudinal direction of the inductor that constitutes the stator, the teeth of the armature core that face each other with a gap between the two rows of inductors With the configuration in which the permanent magnets are arranged side by side at the tip, a thrust acts in the moving direction of the mover, and an attractive force is generated in the direction of the gap perpendicular to the thrust direction. At this time, the linear motor travels at a predetermined acceleration with the suction forces in the two gaps acting in opposite directions to cancel each other.
[0006]
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 3 shows a linear motor according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is a cross-sectional view seen from the upper surface in a state where the armature mounting plate is removed, and is taken along line AA in FIG. And (b) is a side view of the mover.
The second embodiment differs from the first embodiment in that the armature core 3 of the mover is moved in the longitudinal direction of the first core block 31, the second core block 32, and the third core block 33. This is a point divided into three.
That is, each of the iron core blocks 31 to 33 has three teeth portions 3c, and the yoke portion 3b at the center of the iron core block is provided with two through holes 3a having the same shape, and bolts (not shown) are formed in the through holes 3a. The armature core 3 and the armature mounting guide (not shown) are fixed.
For each of the iron core blocks 31 to 33, the second iron core block 32 is (17/2 + 1/3) × λ and the third iron core block 33 is (17/2 + 1 /) with respect to the first iron core block 31. 3) x2λ is shifted. Expressing this in terms of electrical angle, the amount of deviation is (17/2 + 1/3) × 360 ° = 300 ° for the second core block 32 and (17/2 + 1/3) × 2 for the third core block 33. X360 ° = 240 °. Here, the armature winding 5 is wound around the tooth portion 3c of the first iron core block 31 in the order of the U phase, the V phase, and the W phase from the left side of the drawing, and the permanent magnet 4 has an N pole at the tooth tip 3c. The S pole, N pole, S pole, and N pole are attached in this order. Since the second iron core block 32 is displaced by 300 ° = 120 ° + 180 °, the armature winding 5 is wound in the order of the V phase, the W phase, and the U phase from the left side of the drawing. The poles, the S poles, the N poles, and the S poles are attached in this order. Since the third iron core block 33 is displaced by 240 °, the armature winding 5 is wound in the order of the W phase, the U phase, and the V phase from the left side of the page, and the permanent magnet 4 has an N pole, an S pole, an N pole, The S and N poles are attached in this order.
Next, the operation will be described.
In a linear motor, when an armature core disposed opposite to the inside of an inductor via a gap is linearly moved along the longitudinal direction of the inductor, a thrust is generated in the traveling direction of the armature core. In general, a cogging force tends to be generated at a longitudinal end portion of the armature core due to a magnetic unbalance, that is, a so-called end effect. However, in this case, since the first to third iron core blocks are configured to be out of phase by 300 degrees in electrical angle, each cogging force also has a phase shift of 300 degrees in electrical angle. As a result, the cogging force generated by the three core blocks is canceled by this phase shift, and the mover moves at a constant speed without causing a speed fluctuation in the moving direction.
[0007]
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 4 is a linear motor showing a third embodiment of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view as seen from the upper surface in a state where the armature mounting plate is removed, and is taken along line AA in FIG. And (b) is a side view of the mover.
The third embodiment is different from the first and second embodiments as follows.
In the armature core divided into three consisting of the first to third iron core blocks 31, 32, 33, the iron core is divided for each tooth portion formed in each iron core block and divided for each tooth portion. This is a point where the iron core is disposed obliquely toward the pitch direction of the inductor teeth.
Further, as shown in FIG. 4B, a permanent magnet provided at the tip of the tooth portion is attached obliquely so as to have the same angle as the inclination angle of the iron core. In addition, since the deviation | shift amount of the electrical angle between each iron core block is the same as the 2nd Example, description is abbreviate | omitted.
Next, the operation will be described.
In a linear motor, when the armature core is linearly moved along the longitudinal direction of the inductor, the armature core and the permanent magnet are displaced due to the displacement (inclination) of the armature core and the permanent magnet with respect to the pitch direction of the inductor teeth. The cogging force generated on the side is further reduced by the skew effect.
[0008]
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 5 is a front sectional view of a linear motor viewed from the thrust direction according to the fourth embodiment of the present invention.
The fourth embodiment is different from the first, second, and third embodiments in that the shape of the permanent magnet provided at the tip of the tooth portion of the armature core is tapered in the stacking direction of the armature core. The magnet fixing plate 14 is provided to prevent the magnet from peeling off so as to surround the permanent magnet 4 while being formed with a trapezoidal cross section.
Specifically, the magnet fixing plate 14 is made of a non-magnetic material whose central portion is cut out so as to be fitted to the tapered surface of the permanent magnet. Further, both upper and lower ends of the magnet fixing plate 14 are fixed to the armature mounting guide 6 with a countersunk screw 15. Since the operation is basically the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
Therefore, in the first embodiment, since the permanent magnets are arranged side by side at the tips of the tooth portions of the armature core facing the pitch direction of the inductor teeth via the gap between the two rows of inductors, the permanent magnet and the inductor. A large suction force generated between the teeth can be offset. As a result, the frictional resistance of the linear guide can be reduced without bending the table provided for fixing the mover and mounting the load. In addition, in order to avoid bending of the table, it is not particularly necessary to increase the strength of the table itself and reduce the weight, so that a predetermined acceleration can be obtained.
In the second embodiment, the armature core is divided into first to third core blocks, and each core block is configured to have a phase shift of 300 degrees in electrical angle. The cogging force generated by can be canceled out. Thereby, the speed fluctuation in the moving direction of the mover does not occur, and the mover can be moved at a constant speed.
Furthermore, in the third embodiment, the armature core is divided into the tooth portions with respect to the pitch direction of the inductor teeth, and the divided core and the permanent magnet are arranged obliquely. This can be further reduced by the skew effect. Moreover, the efficiency of the Lini motor can be improved by increasing the space factor of the winding by dividing the armature core for each tooth portion.
Furthermore, in the fourth embodiment, the permanent magnet provided at the tip of the armature tooth portion is formed in a trapezoidal cross-sectional shape having a taper in the stacking direction of the armature core, and the magnet is peeled off so as to surround the permanent magnet. Since the magnet fixing plate for prevention is provided, even if a large amount of heat is generated in the armature winding and the temperature rises, the permanent magnet is not peeled off from the tooth surface by the magnet fixing plate and is stable. And permanent magnets can be fixed.
In the above embodiment, the armature core including the armature winding and the permanent magnet is used as the mover and the inductor is used as the mover. However, the armature core is used as the stator and the inductor is used as the mover. Needless to say, the same effect can be exhibited.
Further, the permanent magnet at the tip of the armature tooth portion is not pasted on the surface, and a groove may be provided at the tip of the armature tooth portion, and the permanent magnet may be embedded therein, and the same effect can be obtained. it can.
[0009]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) As shown in the first embodiment, the permanent magnets are arranged side by side at the tips of the teeth of the armature core in the pitch direction of the inductor teeth between the two rows of inductors and the gaps. A large suction force generated between the inductor teeth can be offset. As a result, the frictional resistance of the linear guide can be reduced without bending the table provided on the mover. Further, since it is not necessary to increase the weight in order to strengthen the table, a predetermined acceleration can be obtained by the thrust generated by the linear motor.
(2) As shown in the second embodiment, the phase difference between the divided first to third iron core blocks is changed by 300 degrees in terms of electrical angle, which is caused by the end effect of the mover. Cogging force can be offset. Thereby, the speed fluctuation in the moving direction of the mover does not occur, and the mover can be moved at a constant speed.
(3) As shown in the third embodiment, the armature iron core is divided into teeth for each tooth portion with respect to the pitch direction of the inductor teeth, and the divided core and the permanent magnet are arranged obliquely. Therefore, the cogging force can be further reduced by the skew effect. Further, by dividing the armature core for each tooth portion, it is possible to improve the efficiency of the Lini motor by increasing the winding space factor.
(4) As shown in the fourth embodiment, the shape of the permanent magnet is formed in a trapezoidal cross-sectional shape having a taper with respect to the stacking direction of the armature core, and the magnet fixing plate for preventing the magnet from peeling off is a permanent magnet. Even if the armature winding generates a large amount of heat and the temperature rises, the permanent magnet does not peel off from the tooth surface and can be fixed stably. .
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are linear motors showing a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view showing the overall configuration, and FIG. 1B is a front sectional view as seen from the thrust direction.
2A is a linear motor according to a first embodiment, and FIG. 2A is a cross-sectional view of a mover and an inductor as viewed from the upper surface of the linear motor along the line AA in FIG. 1, and FIG. It is a side view of the needle | mover in a).
FIGS. 3A and 3B show a linear motor according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 3A is a cross-sectional view as seen from the top surface with the armature mounting plate removed, and FIG. 3B is a side view of the mover. is there.
FIGS. 4A and 4B are linear motors showing a third embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view seen from the top surface with the armature mounting plate removed, and FIG. 4B is a side view of the mover. is there.
FIG. 5 is a front sectional view of a linear motor as viewed from the thrust direction according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional three-phase linear inductor type synchronous motor.
7A and 7B are diagrams showing the arrangement of permanent magnets and stators of a mover in a three-phase linear inductor type motor, wherein FIG. 7A is a magnetization pattern diagram of each phase permanent magnet, and FIG. It is a top view of the stator with respect to (a).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear motor 2 Movable element 3 Armature core 31 1st core block 32 2nd core block 33 3rd core block 3a Through-hole 3b yoke part 3c teeth part 4 permanent magnet 5 armature winding 6 armature attachment Guide 7 Armature mounting plate 8 Mold resin 9 Stator 10 Inductor 10a Inductor teeth 11 Inductor support base 12 Fixing base 13 Bolt 14 Magnet fixing plate 15 Countersunk screw

Claims (4)

磁束を通す電磁鋼板を多数積層してなる電機子鉄心と、前記電機子鉄心の積厚方向に沿ってティース部の外周に巻装された3相の電機子巻線と、前記電機子鉄心のティース部の先端に設けた薄板状の永久磁石と、前記永久磁石と空隙を介して対向配置されると共に磁性体からなる誘導子歯を有する誘導子を備え、前記電機子鉄心または前記誘導子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として、前記電機子鉄心と前記誘導子とを相対的に走行するように配置したリニアモータにおいて、
前記誘導子歯は、前記可動子の走行する長手方向に向かって延びる平板の上に突起状に形成されると共にピッチλ毎に等間隔に設けてあり、
前記電機子鉄心は、電磁鋼板の積厚方向が前記誘導子歯のピッチ方向と直交するように設けると共に、当該電機子鉄心の各々のティース部ごとに鉄心を分割し、かつ、前記誘導子のピッチ方向に沿って斜めに配置してあり、
前記各々のティース先端部に設けた永久磁石は、交互に極性が異なるように前記誘導子歯の歯面に対向するように複数個並べて設けると共に、前記ティース部と同じ配置方向になるように斜めに並べて設けたことを特徴とするリニアモータ。
An armature core formed by laminating a large number of electromagnetic steel sheets through which magnetic flux passes, a three-phase armature winding wound around an outer periphery of a tooth portion along the stacking direction of the armature core, and the armature core A thin plate-like permanent magnet provided at the tip of the tooth portion; and an inductor that is disposed opposite to the permanent magnet via a gap and has inductor teeth made of a magnetic material, the armature core or the inductor In a linear motor arranged such that either one of the mover is a mover and the other is a stator, the armature core and the inductor are relatively driven.
Said inductor teeth, is provided with equally spaced every pitch λ is formed in a projecting shape on a flat plate extending toward the longitudinal direction of travel of said movable element,
The armature core is provided so that the stacking direction of the electromagnetic steel sheet is orthogonal to the pitch direction of the inductor teeth, the iron core is divided for each tooth portion of the armature core, and the inductor It is arranged diagonally along the pitch direction,
A plurality of permanent magnets provided at the tips of the teeth are arranged side by side so as to face the tooth surfaces of the inductor teeth so that the polarities are alternately different, and are inclined so as to be in the same arrangement direction as the teeth. A linear motor characterized by being arranged side by side.
前記電機子鉄心は、前記可動子の移動する長手方向に向かって3×M個(Mは整数)に分割された複数の鉄心ブロックで構成すると共に、前記分割された各々の鉄心ブロックを電気角で60×N度(Nは整数)だけずらして配置してあることを特徴とする請求項1記載のリニアモータ。The armature core is composed of a plurality of core blocks divided into 3 × M pieces (M is an integer) in the longitudinal direction in which the mover moves, and each of the divided core blocks is electrically angled. The linear motor according to claim 1, wherein the linear motor is shifted by 60 × N degrees (N is an integer). 前記誘導子は、前記誘導子歯の長手方向に沿って間に前記電機子鉄心を挟むように2列で配置してあることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。2. The linear motor according to claim 1, wherein the inductors are arranged in two rows so as to sandwich the armature core therebetween along the longitudinal direction of the inductor teeth. 前記永久磁石の断面形状を、前記電機子鉄心の積厚方向に対してテーパを有する台形断面形状とすると共に、前記永久磁石を囲うように前記永久磁石の剥落を防止する磁石固定板を前記永久磁石の周囲に設けた請求項1に記載のリニアモータ。A cross-sectional shape of the permanent magnet is a trapezoidal cross-sectional shape having a taper with respect to the stacking direction of the armature core, and a magnet fixing plate for preventing the permanent magnet from peeling off so as to surround the permanent magnet. The linear motor according to claim 1 provided around a magnet.
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