(57)【要約】【課題】可動子を高速で移動させる際の運動特性及び電力効率を向上させることができる面モータを提供する。【解決手段】固定子２００はその表面にその端面が配列する向きに板状の固定子鉄心１Ａを積層して構成される。固定子鉄心１Ａには上記表面に沿った方向の磁路を切断する複数のスリットＳａ１，Ｓａ２が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鉄心歯を有する可動子と複数の鉄心歯を有する固定子とが互いに対向配置された状態で、前記可動子が前記固定子の表面に沿って駆動される面モータにおいて、
前記固定子は前記表面にその端面が配列する向きに板状の鉄心を積層して構成されるとともに、前記鉄心には前記表面に沿った方向の磁路を切断する複数のスリットが形成されることを特徴とする面モータ。
【請求項２】
前記鉄心は前記固定子の鉄心歯の形状に相当する形状に予め成形され、当該形状の前記鉄心を積層することにより前記固定子の鉄心歯が形成されることを特徴とする請求項１に記載の面モータ。
【請求項３】
前記スリットの終端は、前記鉄心における前記可動子と反対側の端面の手前に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の面モータ。
【請求項４】
前記スリットの起端は、前記鉄心における前記可動子の側の端面の手前に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の鉄心歯を有する可動子と複数の鉄心歯を有する固定子とが互いに対向配置された状態で、可動子が固定子の表面に沿って駆動される面モータに関する。また、本発明は、一般の鉄心歯を有する電磁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、パルスモータの原理を用いた平面モータの構成を示す斜視図である。図１２に示すように、平面モータはＹ方向を長手方向とする板状の鉄心をＸ方向に積層して構成された固定子１００と、固定子１００の表面に沿って駆動される可動子２００とを備える。図中の矢印は鉄心の積層方向を示している。可動子２００がＸＹ平面内で運動できるように、Ｘ方向およびＹ方向に駆動力を有するパルスモータが構成される。
【０００３】
図１３は、固定子１００の構成を示す図であり、図１３（ｂ）は平面図、図１３（ａ）は図１３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。図中の矢印は鉄心の積層方向を示している。
【０００４】
図１３に示すように、ユニット積層体として構成された固定子１００は固定盤３００に固定されており、その表面に格子歯１１が機械加工により形成される。格子歯１１の間の歯溝部には非磁性体１２が埋められている。
【０００５】
図１４は、固定子１００を構成するユニット積層体を固定子鉄心１０で積層する方法を示す分解斜視図である。図１４に示すように、ユニット積層体は板状の鉄心１０を互い違いに半分の長さ分だけ重ね合わすことで構成される。鉄心１０の切欠き部１０ａに固定盤３００の突起３０１（図１３（ａ））が収容されることで、鉄心１０が位置決めされる。格子歯１１は、鉄心１０を積層した状態で機械加工あるいはエッチング加工を施すによって形成される。
【０００６】
図１５は、可動子２００の構成等を示す図であり、図１５（ａ）は水平断面図（Ａ−Ａ線（図１５（ｂ））断面図）、図１５（ｂ）はＢ−Ｂ線（図１５（ｃ））断面図、図１５（ｃ）はＣ−Ｃ線（図１５（ａ））断面図である。
【０００７】
格子歯１１の磁極歯ピッチPに対し歯溝幅比τは任意に選択される。格子歯１１及び非磁性体１２の空隙δgに面する表面は滑らかに仕上げられている。
【０００８】
図１５に示すように、可動子２００は突極２１を複数持ち、突極２１には励磁コイル２２が巻かれている。また、突極２１には互いにＹ方向について鉄心歯の位置関係（位相）が異なる突極２１ｋ１と突極２１ｋ２とがある。図１５（ｂ）に示す様に、突極２１ｋ１および突極２１ｋ２の下端には、空隙δgを介して固定子１００に対向する鉄心歯２３ｋ１および鉄心歯２３ｋ２がそれぞれ形成され、その歯の位相は互いにP/2シフトしている。更に各突極２１ｋ１および突極２１ｋ２間にバイアス永久磁石２４を備える。可動子２００の何処かにバイアス永久磁石（不図示）を具備していてもよい。この鉄心歯２３（以下、鉄心歯２３ｋ１および鉄心歯２３ｋ２を総称して鉄心歯２３と呼ぶ。）の隣接する歯溝には歯先磁石（不図示）が挿入されている場合もある。
【０００９】
図１５に示すように、鉄心歯２３に隣接する歯溝は非磁性体２５で埋められ、空隙面δgに面する表面は滑らかに仕上げられている。一般に格子歯１１に対し鉄心歯２３が励磁相数に応じて相対位置が異なる様に、隣接する突極２１の間隔Lyが設定される。図１５は３相の例を示しており、A相，B相，C相（U,V,Wで表記されている場合もある）を持ち、この３相を一組として複数組が連続して配置されている。この例では、突極２１の間隔Ｌｙは可動子２００の鉄心歯２３が格子歯１１に対しP/3シフトする様に設定され、鉄心歯２３ｋ２は鉄心歯２３ｋ１に対しP/2シフトしている。
【００１０】
可動子２００と固定子１００は空隙δgを介して対向配置され、空隙δgを隔て可動子２００が運動できる様に支えられている。図１５は空気軸受によって空隙δgを維持して可動子２００が浮上している様子を示してある。この空隙δgを維持する構造は他に、直線軸受，磁気軸受，流体軸受とすることもできる。
【００１１】
一般に電磁力を利用するモータは運動する際に発生する渦電流(鉄損)を抑制する為、固定子鉄心１０は表面を絶縁処理した電磁軟鉄鋼板を用い、積層構成が採用される。この場合、格子歯１１は積層された固定子鉄心１０に溝加工を施すことで製作される。その詳細は特開2007-221950号公報等に示されている。
【００１２】
次に、平面モータの動作について説明する。
【００１３】
図１５は可動子２００がＹ方向に運動する場合の磁束の状態を、図１６は可動子２００がＸ方向に運動する場合の磁束の状態を、それぞれ示している。
【００１４】
可動子２００は固定子１００上で空隙δgを介して２次元運動する。可動子２００のバイアス永久磁石２４が発生するバイアス永久磁石磁束φMと励磁コイル２２が発生する励磁コイル磁束φCの合成磁束φが突極２１及び鉄心歯２３から空隙δgを介して固定子１００の格子歯１１に流入する。この際、合成磁束φは鉄心歯２３と格子歯１１との相対的な位相関係による磁気抵抗の差によって固定子１００内を通過する磁路は変化する。以下、図１５を用いて磁束及び磁路について説明する。
【００１５】
図１５（ｂ）に示すように、バイアス永久磁束φMと励磁コイル磁束φCがＢ相の鉄心歯２３ｋ１を通過する時は加算され、固定子１００内を通過した後、再びＢ相の鉄心歯２３ｋ２を通過する時は磁束が相殺される瞬間の歯位相を示している。突極２１ｋ１のＢ相磁極歯２３ｋ１から発した合成磁束φは空隙δｇを介して格子歯１１に入る。この時、Ｂ相に隣接するＡ相とＣ相の鉄心歯２３ｋ１と格子歯１１間の磁気抵抗に対して鉄心歯２３ｋ２とＡ相及びＣ相間の磁気抵抗が小さい為、合成磁束φは固定子鉄心１００内を突極２１ｋ１のＢ相直下から二手に分かれ、斜めに突極２１ｋ２のＡ相とＣ相へ向かう磁界方向に進む（この磁場を斜交磁界と呼ぶ）。従って合成磁束φは固定子１００を構成する固定子鉄心１０の積層間を斜交磁界の方向に通過して再び突極２１ｋ２に帰還する。結果として突極２１ｋ１のＢ相，突極２１ｋ２のＡ相及び突極２１ｋ２のＣ相は増磁し、他の突極２１は減磁する。各突極２１の磁気吸引力(以下、推力とする)Fは磁束量の自乗に比例し、各相の鉄心歯２３と格子歯１１の位相関係に依存する。鉄心歯２３と格子歯１１の位相関係は突極２１ｋ１のＢ相，突極２１ｋ２のＡ相及び突極２１ｋ２のＣ相では可動子２００を＋Ｙ方向に運動させる推力を発生させ、他の相は−Ｙ方向の推力を発生させる。
【００１６】
この左右方向（＋Ｙ方向、−Ｙ方向）の推力Ｆは可動子２００で合成され、励磁コイル磁束φCの磁束量即ち励磁コイル電流に比例した推力Ｆが得られる。
【００１７】
ここで各突極２１の推力ｆは、鉄心歯２３と格子歯１１間の位相θがΔθ変化する間の磁束変化の大きさをΔφとし、入力起磁力（励磁コイル電流）をＮＩとすると、下記のようになる。
【００１８】
【数１】
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【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−２２９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図１４に示すように、従来の固定子１００を構成するユニット積層体は、固定子鉄心１０をその長さの半分を重ねて積層するハーフ・ラップ積層で製作されている。可動子２００の合成磁束φが固定子鉄心１０の積層間を通過する際、磁束の表皮効果（金属中を交番磁束が貫く際、磁束の通る垂直断面内に、その磁束の通過を妨げる向きに渦電流が流れる。この渦電流によって誘導される磁界に因って元の磁束の通過が妨げられ、その影響は中心部程強い。この為、磁束は金属断面の表皮のみ分布する様になる）に因って合成磁束φは固定子鉄心１０の長手方向に流れ、固定子鉄心１０の端部で隣接する固定子鉄心１０に渡っていく。この時、合成磁束φは固定子鉄心１０と鉄心間の接着層或いは空気層の透磁率μの差異により固定子鉄心１０の板面に対し垂直に出入りする。この様子を図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示す。図１７（ａ）は合成磁束φがバイアス磁束φMのみの場合で、合成磁束φは直流的で大きな変化はしない為、磁束は積層間を平等に渡っていく。図１７（ｂ）は合成磁束φにバイアス磁束φMとコイル磁束φCを含む場合で、φは交番的に変化する為、磁束φは表皮効果に因り固定子鉄心１０端部に集中して積層間を渡っていく。可動子２００が運動する場合の積層間の合成磁束φの渡りは図１７（ｂ）の様になる。従って合成磁束φは固定子鉄心１０の長手方向に流れる事になり、固定子１００内に「網の目状磁路」を形成する。
【００２１】
図１７（ｃ）に表面を絶縁処理された電磁軟鉄鋼板製の固定子鉄心１０に可動子２００が発する合成磁束φの通過によって誘導される渦電流ieを示した。各固定子鉄心１０間は絶縁層によって電気絶縁されており、渦電流ieは隣接する固定子鉄心１０には流れない。
【００２２】
交番磁束による鉄損は主にヒステリシス損と渦電流損であり、次式で表される。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
ここで、ｆは周波数、Ｂmは最大磁束密度、Kfは波形率、ｔは固定子鉄心10の板厚、ｋ1，ｋ2は材料定数、γはスタインメッツ定数である。可動子２００は格子歯１１を１ピッチＰ移動する際、コイル磁束φCは一回交番的に変化する。つまり、周波数ｆは移動速度に比例する。
【００２５】
従って、移動速度が速くなるにつれてヒステリシス損Whよりも渦電流損Weが支配的になってくる。また、上式は単位体積当たりの損出であるから、固定子１００の「網の目状磁路」範囲の体積に比例して増加する。
【００２６】
斜交磁場に因る「網の目状磁路」範囲を図１８および図１９に示す。
【００２７】
図１８は、可動子２００が固定子鉄心１０の長さL10方向に沿って平行運動する（積層方向と直交）場合の斜交磁場及び「網の目状磁路」範囲を示している。上図はＹ方向の「網の目状磁路」範囲の全体像示し、下図は中央部（Ｂ相突極２１直下）の拡大図である。図１９も同様である。
【００２８】
長さLｙは可動子２００の各突極２１間のピッチ長さを示し、長さLｘは突極２１ｋ１と突極２１ｋ２間のピッチ長さを示している。
【００２９】
図１９は、可動子２００が固定子鉄心１０の長さL10方向と直交運動(積層方向と平行)する場合の斜交磁場及び「網の目状磁路」範囲を示している。ここで長さLｘ’＝Lyであり、長さLｙ’＝Lxである。
【００３０】
図１８および図１９を用いて、図１５および図１６に示すLｙ/Lx＞1の場合を例に、ＸＹ運動方向による「網の目状磁路」範囲の違いについて説明する。
【００３１】
図１８に示す様にＹ方向の「網の目状磁路」範囲はLｙ/Lx＝3の場合において固定子鉄心１０の長さL10の9倍、また、図１９に示す様にＸ方向の「網の目状磁路」範囲は固定子鉄心１０の長さL10の15倍に達する。「網の目状磁路」について説明する。斜交磁場の寸法比に於いて
【００３２】
【数３】
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【００３３】
となる。この時の固定子１００の「網の目状磁路」範囲の鉄損値は固定子鉄心１０一枚の鉄損値が同じ場合に於けるＸ方向運動時鉄損をPxとし、Ｙ方向運動時鉄損をPyとすると鉄損比Ｐｘ／Ｐｙは固定子鉄心総数比ｎTX／ｎTYに比例する。従って鉄損値はＸ方向運動がＹ方向運動の（Lｙ/Lx）2倍となる。
【００３４】
本発明の目的は、可動子を高速で移動させる際の運動特性及び電力効率を向上させることができる面モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明の面モータは、複数の鉄心歯を有する可動子と複数の鉄心歯を有する固定子とが互いに対向配置された状態で、前記可動子が前記固定子の表面に沿って駆動される面モータにおいて、前記固定子は前記表面にその端面が配列する向きに板状の鉄心を積層して構成されるとともに、前記鉄心には前記表面に沿った方向の磁路を切断する複数のスリットが形成されることを特徴とする。
この面モータによれば、鉄心に上記表面に沿った方向の磁路を切断する複数のスリットが形成されるので、可動子を高速で移動させる際の運動特性及び電力効率を向上させることができる。
【００３６】
前記鉄心は前記固定子の鉄心歯の形状に相当する形状に予め成形され、当該形状の前記鉄心を積層することにより前記固定子の鉄心歯が形成されてもよい。
【００３７】
前記スリットの終端は、前記鉄心における前記可動子と反対側の端面の手前に位置してもよい。
【００３８】
前記スリットの起端は、前記鉄心における前記可動子の側の端面の手前に位置してもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の面モータによれば、鉄心に上記表面に沿った方向の磁路を切断する複数のスリットが形成されるので、可動子を高速で移動させる際の運動特性及び電力効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】固定子鉄心の構成を示す斜視図。
【図２】格子歯とスリットの位置関係を示す図。
【図３】可動子がＹ方向に運動した際の「網の目状磁路」を示す図。
【図４】可動子がＹ方向に運動する場合の「網の目磁路」を従来の固定子鉄心を用いた場合、および本発明による固定子鉄心を用いた場合において比較した図であり、（ａ）は従来の固定子鉄心を用いた場合を、（ｂ）は本発明による固定子鉄心を用いた場合の詳細図を、それぞれ示す図。
【図５】可動子がＸ方向に運動する場合の「網の目磁路」を従来の固定子鉄心を用いた場合、および本発明による固定子鉄心を用いた場合において比較した図であり、（ａ）は従来の固定子鉄心を用いた場合を、（ｂ）は本発明による固定子鉄心を用いた場合の詳細図を、それぞれ示す図。
【図６】可動子がＹ方向運動する際の合成磁束φの固定子鉄心内の一部を示す図。
【図７】可動子がＸ方向運動する際の合成磁束φの固定子鉄心内の一部を示す図。
【図８】固定子鉄心の構成を示す斜視図。
【図９】ユニット積層体に切削加工を施して格子歯を形成する様子を示す斜視図。
【図１０】固定子鉄心の構成を示す斜視図。
【図１１】固定子鉄心を積層したユニット積層体の構成を示す斜視図。
【図１２】パルスモータの原理を用いた平面モータの構成を示す斜視図。
【図１３】固定子の構成を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図。
【図１４】固定子を構成するユニット積層体を固定子鉄心で積層する方法を示す分解斜視図。
【図１５】可動子の構成等を示す図であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図。
【図１６】可動子がＸ方向に運動する場合の磁束の状態を示す水平断面図。
【図１７】合成磁束φの様子等を示す図であり、（ａ）は合成磁束φがバイアス磁束φMのみの場合を示す図、（ｃ）は固定子鉄心に可動子が発する合成磁束φの通過によって誘導される渦電流ieを示す図。
【図１８】可動子が固定子鉄心の長手方向に沿って平行運動する（積層方向と直交）場合の斜交磁場及び「網の目状磁路」範囲を示す図。
【図１９】可動子が固定子鉄心の長手方向と直交運動(積層方向と平行)する場合の斜交磁場及び「網の目状磁路」範囲を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明による面モータの実施形態について説明する。
【００４２】
以下、本実施形態の面モータについて、従来の面モータとの相違点について説明する。他の部分については従来の面モータと同一構成をとる。
【００４３】
図１は、本実施形態の面モータの固定子を構成するユニット積層体を固定子鉄心１Ａで積層する方法を示す斜視図である。固定子鉄心１Ａは従来の固定子鉄心１０に複数のスリットＳａ１及びＳａ２を設けてある。固定子鉄心１ＡはスリットＳａ１及びＳａ２により櫛歯状になっており、格子歯１１が形成される側と逆側の端部で長手方向に繋がっている（以下、この繋ぎ部分を下部継鉄と呼ぶ）。すなわち、スリットＳａ１及びＳａ２の終端は、固定子鉄心１Ａにおける可動子２００と反対側の端面の手前に位置する。
【００４４】
スリットＳａ１及びＳａ２は固定子鉄心１Ａの中心（L10/2）を基準にして、2P（P＝格子歯11の歯ピッチ）毎に設けられる。スリットＳａ１及びＳａ２の形状寸法はスリット幅τ1・P，０＜τ1＜P/2であるが、τ1・Pが固定子鉄心１aの板厚ｔの1−3倍程度となるようにτ1を選択するのが好ましい。スリット深さＨ１ａとＨ２aは積層時に隣接する固定子鉄心１Ａへの渡り磁気抵抗が下部継鉄の長さＬ10方向磁気抵抗に対し、小さくなる様に選択する。また、固定子鉄心１Ａの中央部１５にはスリットＳａ１及びＳａ２を設けない。この固定子鉄心１Ａを上述のハーフ・ラップ積層で積層しユニット積層体を構成する。この際、固定子鉄心１ＡのスリットＳａ１及びＳａ２間の鉄心部が隣接する固定子鉄心１０の同部分と半分の長さ分だけ重なる様に積層し、互いにＹ方向で隣り合う固定子鉄心同志は長さτ1・P／２の空隙を空けて配列される。従ってＹ方向の配列ピッチはＬ10／２＋τ1・P／4となる。
【００４５】
固定子鉄心１Ａは所定枚数重ねられてユニット積層体として積層接着された後に、固定盤３００に固定され、Ｘ方向、Ｙ方向に格子歯加工が施され格子歯１１が形成される。格子歯１１とスリットＳａ１及びＳａ２との位置関係を図２に示す。図２に示すように、格子歯１１は、スリットＳａ１及びＳａ２の間に形成され、格子歯１１とスリットＳａ１及びＳａ２は干渉しない。また、スリットＳａ１及びＳａ２によって、格子歯１１の形成が阻害されることはない。
【００４６】
図３は、可動子２００がＹ方向に運動した際の固定子鉄心１Ａで構成される固定子内に於ける斜交磁界の「網の目状磁路」を示す図である。
【００４７】
固定子鉄心が無垢材のプレートであれば斜交磁界の矢印で示される最短経路が磁路となるが、電磁軟鉄鋼板で積層された場合は磁束の表皮効果に因り、固定子鉄心の長手（長さＬ10）方向に流れる傾向が強く表れる。合成磁束φは従来の固定子鉄心１０では長さＬ10，本発明の固定子鉄心１Ａではスリット・ピッチ長さＬ1に沿って通過する。図３では、説明を簡単にする為、バイアス永久磁石磁束φMのみの合成磁束φを描いているが、交番の励磁コイル磁束φCが合和された場合は表皮効果に因り、合成磁束φは固定子鉄心の端部に達してから隣接する固定子鉄心に渡っていく。
【００４８】
図４（ａ）は、可動子２００がＹ方向に運動する場合の「網の目状磁路」を従来の固定子鉄心１０を用いた場合、および本発明による固定子鉄心１Ａを用いた場合において比較した図である。このように、固定子鉄心１Ａを用いる事により「網の目状磁路」が要する鉄心体積を大幅に縮小できる。
【００４９】
図４（ａ）に示すように、磁路が従来の固定子鉄心１０では一枚当たり長さＬ10を要し、全体は突極２１間の斜交磁界寸法Ｌｘ，Ｌｙに依存して拡大し（図は長さＬｘ，積層数ｎISYに於ける「網の目状磁路」を示している）、L10の9倍（図４（ａ）の例）に達している。これに対し、固定子鉄心１ＡではスリットＳａ１及びＳａ２により磁路が遮断されている為、スリット間ピッチ長さＬ1を通過後、直ぐ隣接する固定子鉄心１Ａ（格子歯ピッチＰだけ位相シフトした鉄心）に渡って行く。従って、「網の目状磁路」範囲は固定子鉄心１Ａの全長Ｌ10に依存せず、スリット間ピッチ長さＬ1に依存する様になる。これにより磁路範囲はＬ１／Ｌ10の比で縮小する。
【００５０】
図４（ｂ）は可動子２００がＹ方向に運動する場合の「網の目状磁路」に於いて、積層された固定子鉄心１ＡのスリットＳａ１及びＳａ２間の鉄心の配列を具体的に示す図である。このように、固定子鉄心１Ａを用いる事により「網の目状磁路」が要する鉄心体積を大幅に縮小できる。
【００５１】
図５（ａ）は、可動子２００がＸ方向に運動する場合の「網の目状磁路」を従来の固定子鉄心１０を用いた場合、および本発明による固定子鉄心１Ａを用いた場合において比較した図である。このように、固定子鉄心１Ａを用いる事により「網の目状磁路」が要する鉄心体積をＹ方向と同様に大幅に縮小できる。
【００５２】
図５（ｂ）は可動子２００がＸ方向に運動する場合の「網の目状磁路」に於いて、積層された固定子鉄心１ＡのスリットＳａ１及びＳａ２間の鉄心の配列を具体的に示す図である。このように、固定子鉄心１Ａを用いる事により「網の目状磁路」が要する鉄心体積を大幅に縮小できる。
【００５３】
図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、可動子２００がＹ方向に運動した場合の「網の目状磁路」の範囲がL10の9倍に対し、Ｘ方向に運動の場合の「網の目状磁路」の範囲がL10の15倍になる。これは一般に斜交磁界の寸法比Ly／Ｌｘ≠1ではなく、図４（ａ）および図５（ａ）に示すように、Ly／Ｌｘ＞1（Ly／Ｌｘ＜1の場合もある）により、可動子２００のＸ方向運動がＹ方向運動に対し積層数ｎISX＞ｎISYと成る為である。例えば、従来固定子鉄心１０に於いて、斜交磁界寸法比Ly／Ｌｘ＝2ならば、ｎISX／ｎISY＝2となり、「網の目状磁路」を形成する総固定子鉄心数の比はｎTX／ｎTY＞4倍と成り、その「網の目状磁路」の占める固定子鉄心体積は大幅に拡大する。しかし、本発明の固定子鉄心１Ａではスリット間ピッチ長さＬの鉄心部分のみが「網の目状磁路」に関与するので図４および図５に示すように、その鉄心体積の絶対値が大幅に小さくなる。
【００５４】
このように、本発明によれば、スリットＳａ１及びＳａ２を設けた固定子鉄心１Ａをハーフ・ラップ積層する事により、そのスリットＳａ１及びＳａ２で磁路を遮断し、個々の固定鉄心１Ａ内で合成磁束φを長さL1だけ通過させ、隣接する固定子鉄心１Ａに渡るように制御できる。従って斜交磁界を通過する「網の目状磁路」範囲は大幅に縮小し、その磁路の占める鉄心体積を大幅に縮小する事ができる。ここで、「網の目状磁路」範囲の鉄損値を従来と比較計算する為に固定子鉄心の密度σとする。まず、合成磁束φが「網の目状磁路」を流れた場合に通過する固定子鉄心一枚当たりの質量（重量）を計算する。
【００５５】
合成磁束φが斜交磁場によって従来の固定子鉄心１０内を通過する長さはL10であるから、その際の固定子鉄心１０の占める質量は、
【００５６】
【数４】
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【００５７】
と成る。L1＜＜L10であるので、本発明の固定子鉄心１Ａを用いれば大幅に鉄損が減少する。Ｘ方向運動の場合も同様である。
【００５８】
更に可動子２００がＸＹ方向に運動する場合に作用する電磁制動力Feも鉄損PLOSSと同様に減少する。図６は固定子鉄心内を流れる合成磁束φと固定子鉄心１０及び固定子鉄心１Ａに誘導される渦電流に因る電磁制動力Feと鉄損ＰLOSSの発生原理を示している。但し、説明を簡単にする為に可動子２００と固定子１００の運動は相対的である事から可動子２００に対し固定子１００(固定子鉄心１０及び固定子鉄心１Ａで構成されるユニット積層体群)が運動している様に描かれている。
【００５９】
可動子２００が発する合成磁束φは図１５、図１６、図３、図４および図５に示した様に可動子２００から固定子１００に空隙δｇを介して垂直に流入し、固定子鉄心内をその端部まで流れてから隣接する固定子鉄心に渡っていく。
【００６０】
図６は可動子がＹ方向運動する際の合成磁束φの固定子鉄心内の一部を示している。可動子２００の移動速度ｖとバイアス永久磁石２４の発するバイアス永久磁石磁束φMが通過する鉄心内の磁束密度ＢMの積に比例した渦電流密度ie(以後、単に渦電流と呼ぶ)が固定子鉄心に図６の矢印の方向に流れる。Ｙ方向運動では可動子２００直下と固定子鉄心端部の渡り部に集中して渦電流ieは誘導される。この理由は合成磁束φの磁場中を絶縁された固定子鉄心がＹ方向に運動する際、移動速度ｖ方向と合成磁束φ方向の両方に直交する方向(フレミングの右手の法則)に誘導電場Eeが誘導される為である。固定子鉄心長手方向内は移動速度ｖ方向と合成磁束φの方向が同一であるので誘導電場Eeが誘導されない。端部の渡り磁束φが再び直交する為、誘導電場Eeが誘導される。この誘導電場Eeに因る渦電流ieと合成磁束φの相互作用で電磁制動力ｆeが発生する(フレミングの左手の法則)。その大きさは次式で表される。
【００６１】
【数５】
2010239747.tif 000007
【００６２】
が可動子２００に作用する。この電磁制動力Feは可動子２００の固定子１００上の対抗面積と「網の目状磁路」の渡り数(＝固定子鉄心数ｎTY)に比例する。図６に示した様に励磁コイル磁束φCに因る渦電流は交番する磁束から誘導されるので渦電流iecも交流であり、合成磁束φに垂直な断面上に誘導される。この為、この渦電流iecは合成磁束φとは相互作用せずジュール損即ち鉄損となり、上述の鉄損PLoss10及びPLoss1aとなる。従ってＹ方向運動時の電磁制動力Feyは固定子鉄心長さL10及びL1に依存しない。
【００６３】
次に図７は可動子がＸ方向運動する際の合成磁束φの固定子鉄心内の一部を示している。可動子２００の移動速度ｖとバイアス永久磁石２４の発するバイアス永久磁石磁束φMが通過する鉄心内の磁束密度ＢMの積に比例した渦電流ieが固定子鉄心に図７の矢印の方向に流れる。Ｘ方向運動では可動子２００直下と固定子鉄心の長さL10及びL1に沿って平等に誘導される。しかし、端部の渡り磁束では渦電流ieは誘導されない。この理由は渡りでは移動速度ｖ方向と合成磁束φの方向が同一となる為である。この渦電流ieと合成磁束φの相互作用で発生する電磁制動力ｆeは固定子鉄心の長手方向に沿って平等に分布する。即ち、固定子鉄心1枚に発生する電磁制動力ｆeの大きさは固定子鉄心長さL10及びL1に比例し、且つ、可動子２００の固定子１００上の対抗面積と「網の目状磁路」の固定子鉄心数ｎTXに比例する。この事を運動方向に関する「網の目状磁路」内の電磁制動力比で表すと、
【００６４】
【数６】
2010239747.tif 000008
【００６５】
となり、可動子２００がＸ方向運動する場合の電磁制動力ＦexはＹ方向運動する電磁制動力Feyに対して斜交磁場寸法比Ly/Lxの自乗と固定子鉄心の磁路長さL10の積に比例して増加する。この結果、従来の固定子鉄心10ではＸ方向運動時の電磁制動力がＹ方向運動時に比べて数倍大きくなる。これに対し、本発明の固定子鉄心１Ａを用いた場合の運動方向に関する「網の目状磁路」内の電磁制動力比は、
【００６６】
【数７】
2010239747.tif 000009
【００６７】
となり、L1<<L10に於いては従来よりも格段に均衡化する。Ｘ方向に関してはL1/L10の比で電磁制動力Fexは減少する。
【００６８】
以上のように、本発明では、スリットＳａ１及びＳａ２を設けた固定子鉄心１Ａを用いる事によって大幅な設計変更を伴わず、低コストで固定子鉄心内の鉄損と電磁制動力を減少させ、且つ、可動子２００のＸ運動方向−Ｙ運動方向による電磁制動力を均衡化でき、高速な移動時の運動性能，電力効率の改善を実現する事ができる。
【００６９】
更に、固定子鉄心に使用される電磁軟鉄鋼板は接着剤の収縮応力で磁気特性が劣化する性質があり、従来の固定子鉄心１０を積層接着する際に問題を生じていた。しかし、本発明の固定子鉄心１Ａではスリットを設ける事で接着剤の収縮応力を分散させ、磁気特性の劣化を最小に抑える事ができる。また、その劣化の最小化に依り、従来と同じ材料の固定子鉄心でも磁気特性が向上し、その結果、バイアス永久磁石の大きさを小さく、且つ、励磁電流が減少する。従って、銅損及び可動子質量が減少する。
【００７０】
その上、従来では積層接着際に接着剤の収縮応力や接着剤と金属である固定子鉄心や固定盤の熱膨張率の差に因り、バイメタル効果が生じて固定子形状が弓状に反る不具合が生じた。しかし、本発明の固定子鉄心１Ａのスリットを設ける事に因ってバイメタル効果を抑制し、反りを最小にできる。従って、反りを解消する為の余分な加工代や加工工数を削減し、コストを削減できる。
【００７１】
また、高推力を得る為に使用される高飽和磁束密度材料(CoFe系)は積層接着の接着剤の収縮応力によって磁気特性の劣化が生じた。本発明では、固定子鉄心１Ａのスリットを設ける事より磁気特性劣化を最小に抑制する事ができる。したがって、高飽和磁束密度材料(CoFe系)の持つ高性能な磁気特性を最大限に活用できる。
【００７２】
以上の理由に依り、高速な移動時の運動特性及び電力効率を効果的、且つ、低コストに向上させる事ができる。
【００７３】
以下、本発明による面モータに使用される固定子鉄心の他形態について説明する。可動子の構成に相違はない。
【００７４】
図８は、固定子鉄心１Ｂの構成を示す斜視図、図９は固定子鉄心１Ｂを積層したユニット積層体に機械加工を施して格子歯１１を形成する様子を示す斜視図である。
【００７５】
固定子鉄心１Ｂにおいて図１に示した固定子鉄心１Ａと異なる点は、固定子鉄心１Ｂに形成されたスリット形状である。スリットＳｂ１及びＳｂ２は長穴形状であり、固定子鉄心１Ｂは格子歯１１が形成される側（上部継鉄部）と、反対側の両者で長手方向に繋がった形状とされている。すなわち、スリットＳｂ１及びＳｂ２の起端は、固定子鉄心１Ｂにおける可動子の側の端面の手前に位置する。また、スリットＳｂ１及びＳｂ２の終端は、固定子鉄心１Ｂにおける可動子２００と反対側の端面の手前に位置する。
【００７６】
スリットＳｂ１及びＳｂ２は固定子鉄心１Ｂの中心（L10/2）を基準にして、2P（Pは格子歯11の歯ピッチ）毎に設ける。スリットＳｂ１及びＳｂ２の形状寸法はスリット幅がτ1・P，０＜τ1＜P/2であるが、τ1・Pが固定子鉄心１Ｂの板厚ｔの1−3倍程度にτ1を選択するのが好ましい。スリット深さＨ１ｂ，Ｈ２ｂ，λ1及びλ2は、積層時に隣接する固定子鉄心１Ｂへの渡り磁気抵抗が下部継鉄の長さＬ10方向磁気抵抗に対し小さくなる様に選択し、上部継鉄寸法λ3は、図９に示すユニット積層体の格子歯加工の際に格子歯１１を形成すると固定子鉄心１Ａと同じ様に上部継鉄部が削り取られて無くなるのに適当な寸法で、且つ、固定子鉄心製作上都合の良い範囲で選択する。また、固定子鉄心１Ｂの中央部にはスリットＳｂ１及びＳｂ２は設けない。
【００７７】
この固定子鉄心１Ｂを上述のハーフ・ラップ積層で積層し、ユニット積層体を構成する。この際、固定子鉄心１ＢのスリットＳｂ１及びＳｂ２間の鉄心部が隣接する固定子鉄心１Ｂの同部分と半分の長さ分だけ重なる様に積層し、合い隣り合う固定子鉄心同志は長さτ1・P／２の空隙を空けて配置する。従ってＹ方向の配列ピッチはＬ10／２＋τ1・P／4となる。図８に示した積層手順に依れば、図９に示す様に格子歯１１とスリットＳｂ１及びＳｂ２は干渉せず、格子歯１１の形成が阻害されることもない。
【００７８】
また、固定子鉄心１Ｂは、その上下両端部で長手方向に繋がっているため、固定子鉄心１Ｂの積層時に取り扱いが容易になるという利点がある。例えば、固定子鉄心１Ａのスリット形状の場合、固定子鉄心１Ａはその下端部のみで繋がっている為、積層時などに変形し易いという問題がある。これに対し、固定子鉄心１Ｂでは上下両端部で長手方向に繋がっているため曲がりにくくなるため取り扱いが容易となり、製造の効率化、低コスト化を図ることができる。
【００７９】
また、固定子鉄心に使用される電磁軟鉄鋼板は接着剤の収縮応力で磁気特性が劣化する性質があり、従来の固定子鉄心１０を積層接着する際に問題を生じさせる。しかし、本発明の固定子鉄心１Ｂのスリットを設ける事で接着剤の収縮応力を分散させ、磁気特性の劣化を最小に抑える事が出来る。また、これら磁気特性劣化の最小化に依り、従来と同じ材料の固定子鉄心でも磁気特性が向上し、その結果、バイアス永久磁石の大きさを小さく、且つ、励磁電流が減少する。従って、銅損及び可動子質量が減少する。
【００８０】
その上、従来では積層接着際に接着剤の収縮応力や接着剤と金属である固定子鉄心や固定盤の熱膨張率の差に因り、バイメタル効果が生じて固定子形状が弓状に反る不具合が生じた。しかし、本発明の固定子鉄心１Ｂのスリットを設ける事に因ってバイメタル効果を抑制し、反りを最小に出来る。従って、反りを解消する為の余分な加工代や加工工数を削減し、コストを削減出来る。
【００８１】
また、高推力を得る為に使用される高飽和磁束密度材料(CoFe系)は積層接着の接着剤の収縮応力によって磁気特性の劣化が生じた。本発明に固定子鉄心1aのスリットを設ける事より磁気特性劣化を最小に抑制する事が出来る。したがって、高飽和磁束密度材料(CoFe系)の持つ高性能な磁気特性を最大限に活用出来る。
以上に因り、本発明は高速な移動時の運動特性及び電力効率を効果的、且つ、低コストに向上させる事が出来る。
【００８２】
図１０は、固定子鉄心１Ｃおよび固定子鉄心１Ｄの構成を示す斜視図、図１１は固定子鉄心１Ｃおよび固定子鉄心１Ｄを積層したユニット積層体の構成を示す斜視図である。
【００８３】
固定子は固定子鉄心１Ｃおよび固定子鉄心１Ｄを組み合わせて構成される。
【００８４】
固定子鉄心１ＣのスリットＳｃ１及びＳｃ２は固定子鉄心１Ａと同様に櫛歯形状であるが、既に格子歯１１の断面形状を設けてある。この格子歯１１の断面形状は固定子鉄心１Ｃの中心（端部よりL10/2）に幅P/2、深さλ4の格子歯の歯底形状が位置する様に格子歯ピッチPで歯形を設けることで形成される。この様にするとスリットＳｃ１及びＳｃ２のスリット開口部がちょうど格子歯１１の歯底となる。
【００８５】
一方、固定子鉄心１Ｄは固定子鉄心１Ｃから格子歯１１の断面形状部分を取り去った形状とする。即ち、固定子鉄心１Ｄの形状は固定子鉄心１Ａの格子歯１１の断面側を幅λ4で削り取った形状であり、固定子鉄心幅はＷ-λ４とする。
【００８６】
この固定子鉄心１Ｃと固定子鉄心１Ｄを所定の枚数毎に積層する事に依り、格子歯１１を形成する。スリットＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１及びＳｄ２は固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄの中心（L10/2）を基準にして、2P（Pは格子歯11の歯ピッチ）毎に設ける。スリットＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１及びＳｄ２の形状寸法はスリット幅がτ1・P，０＜τ1＜P/2であるが、τ1・Pが固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄの板厚ｔの1−3倍程度にτ1を選択するのが好ましい。スリット深さＨ１ｃ，Ｈ２ｃ，Ｈ１ｄ，Ｈ２ｄ，λ1及びλ2は、積層時に隣接する固定子鉄心への渡り磁気抵抗が下部継鉄の長さＬ10方向磁気抵抗に対し小さくなる様に選択し、λ4は格子歯１１の歯底寸法とする。また、固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄの中央部にはスリットＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１及びＳｄ２は設けない。この固定子鉄心１Ｃを格子歯11のＰ／２分の厚みとなる枚数だけ、固定子鉄心１Ａと同じハーフ・ラップ積層で積層し、次に固定子鉄心１Ｄを格子歯11のＰ／2分の厚みとなる枚数だけ、同様に積層する。このように、固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄを所定枚数ずつ交互に積層することで、格子歯１１を形成することができる。
【００８７】
この際、固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１ＤのスリットＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１及びＳｄ２間の鉄心部が隣接する固定子鉄心の同部分と半分の長さ分だけ重なる様に積層する。また、合い隣り合う固定子鉄心同志は長さτ1・P／２の空隙を空けて配置し、Ｙ方向の配列ピッチはＬ10／２＋τ1・P／4となる。図１０および図１１に示した積層手順に依れば、格子歯１１とスリットＳｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１及びＳｄ２は干渉しない。
【００８８】
このように、表面を絶縁処理された電磁軟鉄鋼板製の固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄを積層するだけで、ユニット積層体には自動的に格子歯１１が形成される為、従来の固定子鉄心に依るユニット積層体の様に格子歯加工を施す必要が無い。従って、隣接するユニット積層体間に渡る格子歯加工に因る橋渡し電気伝導路が生じない。
【００８９】
従来の格子歯加工で生じた格子歯11面の橋渡し電気伝導路は、可動子２００の発する合成磁束φがその表面に容易に渦電流ieを誘導する事を可能にし、鉄損及び電磁制動力を増加させる。これに対し、固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄを積層して格子歯１１を形成することにより、隣接する固定子鉄心間の電気伝導路が全く無くなり、可動子２００の合成磁束φに誘導される渦電流ieは極小となる。したがって、本発明による効果を更に向上させる事が出来る。また、ユニット積層体の格子歯加工を省く事により、低コスト化を図れる。
【００９０】
更に従来、格子歯１１の形成加工の際、機械加工量が大きく加工影響に因る電磁軟鉄鋼板の磁気特性の劣化が著しかった。これに対し、固定子鉄心１Ｃ及び固定子鉄心１Ｄを積層する事に格子歯加工が無くなり、磁気特性劣化を最小に抑制する事が出来る。
【００９１】
また、固定子鉄心に使用される電磁軟鉄鋼板は従来の固定子鉄心１０を積層接着する際に生じる接着剤の収縮応力で磁気特性が劣化した。しかし、本発明では固定子鉄心にスリットを設ける事で接着剤の収縮応力を分散させ、磁気特性の劣化を最小に抑える事が出来る。これら磁気特性劣化の最小化に依り、従来と同じ材料の固定子鉄心でも磁気特性が向上し、その結果、バイアス永久磁石の大きさを小さく、且つ、励磁電流が減少する。従って、銅損及び可動子質量が減少する。
【００９２】
また、高推力を得る為に使用される高飽和磁束密度材料(CoFe系)は機械加工によって磁気特性を損ない易く、従来では格子歯１１の形成加工の際、研削加工量が大きく、その加工影響に因り磁気特性の劣化が著しかった。本発明に格子歯加工無くし、磁気特性劣化を最小に抑制する事が出来る。したがって、高飽和磁束密度材料(CoFe系)の持つ高性能な磁気特性を最大限に活用出来る。これより、高推力，且つ高速移動時の運動特性及び電力効率向上を実現出来る。
【００９３】
以上の理由に因り、本発明は高速な移動時の運動特性及び電力効率を効果的、且つ、低コストに向上させる事が出来る。
【００９４】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、複数の鉄心歯を有する可動子と複数の鉄心歯を有する固定子とが互いに対向配置された状態で、可動子が固定子の表面に沿って駆動される面モータに対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  固定子鉄心（鉄心）
１１    格子歯（鉄心歯）
２３    鉄心歯
１００  固定子
２００  可動子
Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｄ１，Ｓｄ２  スリット
【図１】
2010239747.tif 000010
【図２】
2010239747.tif 000011
【図３】
2010239747.tif 000012
【図４】
2010239747.tif 000013
【図８】
2010239747.tif 000014
【図９】
2010239747.tif 000015
【図１０】
2010239747.tif 000016
【図１１】
2010239747.tif 000017
【図１２】
2010239747.tif 000018
【図１３】
2010239747.tif 000019
【図１４】
2010239747.tif 000020
【図１７】
2010239747.tif 000021
【図５】
2010239747.tif 000022
【図６】
2010239747.tif 000023
【図７】
2010239747.tif 000024
【図１５】
2010239747.tif 000025
【図１６】
2010239747.tif 000026
【図１８】
2010239747.tif 000027
【図１９】
2010239747.tif 000028