(57)【要約】【課題】この発明は、界磁極から発生する磁界を正弦波に近づけて高い発生磁界を維持しつつ、低価格化を実現できるリニアモータを得る。【解決手段】主磁極永久磁石１２が、バックヨーク１１の主面に直交する方向とする磁化方向Ａを交互に逆向きとするように配列され、副磁極永久磁石１３が、可動子５の移動方向とする磁化方向Ａを交互に逆向きとするように配列されてハルバッハ配列の界磁極１４を構成している。軟磁性材料からなる磁石押さえ部材１５が主磁極永久磁石１２の磁界発生側に配設され、非磁性材料からなるスペーサ１６が副磁極永久磁石１３とバックヨーク１１との間に介装されている。【選択図】図２
2010063201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と前記主磁極永久磁石の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石とをバックヨークの主面上に交互に直線状に配列して構成された固定子と、コイルを有し、前記固定子に対して所定の隙間を有して移動可能に配設された可動子と、を備え、前記コイルに通電することにより前記固定子上を前記主磁極永久磁石と前記副磁極永久磁石との配列方向に前記可動子を移動させるリニアモータであって、
前記主磁極永久磁石は、前記バックヨークの主面に直交する方向とする磁化方向が交互に逆向きとなるように配列され、
前記副磁極永久磁石は、前記可動子の移動方向とする磁化方向が交互に逆向きとなるように配列され、
軟磁性材料からなる磁気飽和緩和部材が前記主磁極永久磁石の磁界発生側に配設され、
非磁性材料からなるスペーサ又は空気層が前記副磁極永久磁石と前記バックヨークとの間に介装されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記磁気飽和緩和部材が上記バックヨークに固着され、前記主磁極永久磁石が該磁気飽和緩和部材と該バックヨークとの間に保持されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記磁気飽和緩和部材の前記主磁極永久磁石と反対側の端部の前記可動子の移動方向の縁部が前記副磁極永久磁石の前記バックヨークと反対側の表面に当接し、該副磁極永久磁石が該磁気飽和緩和部材と該バックヨークとの間に保持されていることを特徴とする請求項２記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記固定子は、前記バックヨーク、および前記磁気飽和緩和部材が一体に構成され、前記主磁極永久磁石が挿入、保持される主磁極永久磁石収納穴、前記副磁極永久磁石が挿入、保持される副磁極永久磁石収納穴、および前記スペーサが挿入、保持される、又は空気層が形成される空孔が形成された固定子コアを備えていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項５】
永久磁石をバックヨーク上に直線状に配列して構成された固定子と、コイルを有し、前記固定子に対して所定の隙間を有して移動可能に配設された可動子と、を備え、前記コイルに通電することにより前記固定子上を前記永久磁石の配列方向に前記可動子を移動させるリニアモータであって、
前記永久磁石は、磁化方向を径方向とする円弧アーチ形状の筒体に作製され、該円弧アーチ形状の筒体の内径側を前記可動子側に向けて、かつ磁化方向が径方向内方と径方向外方とに交互に向くように直線状に配列され、
軟磁性材料からなる磁気飽和緩和部材が前記永久磁石の内径側に配設されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
前記磁気飽和緩和部材が上記バックヨークに固着され、前記永久磁石が該磁気飽和緩和部材と該バックヨークとの間に保持されていることを特徴とする請求項５記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記固定子は、前記バックヨーク、および前記磁気飽和緩和部材が一体に構成され、前記永久磁石が挿入、保持される永久磁石収納穴が形成された固定子コアを備えていることを特徴とする請求項５記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記固定子コアは軟磁性材料からなる板部材を積層して構成されていることを特徴とする請求項４又は請求項７記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、工作機械や半導体製造装置などの産業機械のテーブル送りに用いられるリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械や半導体製造装置などの産業機械の分野では、送り加工の高速化、高精度化を実現するために、リニアモータが用いられている。リニアモータは、ダイレクト駆動であり、従来の回転型サーボモータとボールネジとを組み合わせた駆動方式に比べ、高速度、高加速度特性を得ることができ、かつバックラッシュや摩擦による応答誤差が生じないため、高精度なシステムを構築できる。しかし、リニアモータの発熱や振動が機械に伝わりやすいという問題があり、低損失化、およびコギング推力を小さくすることが求められている。
【０００３】
リニアモータを低損失化するには、発生磁界を高めることが必要である。また、リニアモータのコギング推力を小さくするには、発生磁界を正弦波に近づけることが必要である。そこで、永久磁石をハルバッハ配列させて固定子を構成し、発生磁界を高め、かつ発生磁界を正弦波に近づけた従来のリニアモータが提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の従来のリニアモータでは、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と主磁極永久磁石の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石とから構成されるハルバッハ配列構造の界磁極を備えているので、磁束が主磁極永久磁石の磁界発生側先端部に集中して磁気飽和し、発生磁界の高さに限界があった。
【０００５】
このような状況を鑑み、主磁極永久磁石の磁界発生側の一部を軟磁性材料で置き換え、主磁極永久磁石の磁界発生側先端部での磁気飽和を緩和し、発生磁界をより高くできる従来のリニアモータが提案されていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７０２２６号公報
【特許文献２】特開２００７−６５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に記載の従来のリニアモータでは、副磁極永久磁石が軟磁性材料を含めた主磁極永久磁石と同等の形状を有するように作製されている。しかしながら、副磁極永久磁石の発生する磁束は界磁極の発生磁界に対して影響が小さいことから、高価な副磁極永久磁石の磁石量が過度に多くなっており、低価格化が図られないという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、界磁極から発生する磁界を正弦波に近づけて高い発生磁界を維持しつつ、低価格化を実現できるリニアモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によるリニアモータは、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と前記主磁極永久磁石の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石とをバックヨークの主面上に交互に直線状に配列して構成された固定子と、コイルを有し、前記固定子に対して所定の隙間を有して移動可能に配設された可動子と、を備え、前記コイルに通電することにより前記固定子上を前記主磁極永久磁石と前記副磁極永久磁石との配列方向に前記可動子を移動させるものである。そして、前記主磁極永久磁石は、前記バックヨークの主面に直交する方向とする磁化方向が交互に逆向きとなるように配列され、前記副磁極永久磁石は、前記可動子の移動方向とする磁化方向が交互に逆向きとなるように配列され、軟磁性材料からなる磁気飽和緩和部材が前記主磁極永久磁石の磁界発生側に配設され、非磁性材料からなるスペーサ又は空気層が前記副磁極永久磁石と前記バックヨークとの間に介装されている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、非磁性材料のスペーサ又は空気層が副磁極永久磁石とバックヨークとの間に介装されているので、副磁極永久磁石の磁石量がスペーサ又は空気層の分だけ削減され、低価格化が図られる。また、副磁極永久磁石の発生する磁束は界磁極の発生磁界に対して影響が小さいので、副磁極永久磁石の磁石量の削減に起因する発生磁界の高さの低減が抑えられ、高い発生磁界が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータを模式的に示す横断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータの主要部の構成を説明する縦断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスペーサ高さと発生磁界との関係を示す図である。なお、横断面図とは磁石の配列方向と直交する平面における断面図であり、縦断面図とはバックヨークの主面と直交し、かつ磁石の配列方向と平行な平面における断面図である。
【００１２】
図１および図２において、リニアモータ１は、架台２上に配設されて周期磁場を発生する固定子１０と、固定子１０との間に所定隙間を確保して移動可能に架台２に支持され、固定子１０から発生された周期磁場との間に吸引力と反発力とを発生させて移動する可動子５と、を備えている。なお、図２中、矢印Ａは永久磁石の磁化方向を示している。
【００１３】
固定子１０は、磁性材料を用いて矩形平板状に作製されたバックヨーク１１と、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石１２と主磁極永久磁石１２の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石１３とをバックヨーク１１の主面１１ａ上にハルバッハ配列して構成された界磁極１４と、を備えている。ここでは、主磁極永久磁石１２には、例えば直方体に作製され、厚み方向に磁化されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いている。また、副磁極永久磁石１３には、例えば直方体に作製され、幅方向に磁化されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いている。主磁極永久磁石１２と副磁極永久磁石１３とは、交互に、かつ隙間無く幅方向に並べられて、直線状にバックヨーク１１の主面１１ａ上に配列されている。そして、主磁極永久磁石１２は、磁化方向Ａをバックヨーク１１の主面１１ａに直交させ、かつ交互に逆向きとなるように、複数配列されている。また、副磁極永久磁石１３は、磁化方向Ａを主磁極永久磁石１２と副磁極永久磁石１３との配列方向（磁石の配列方向）に一致させて、バックヨーク１１の主面１１ａに平行に、かつ交互に逆向きとなるように、複数配列されている。
【００１４】
磁気飽和緩和部材としての磁石押さえ部材１５は、例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の軟磁性材料を用いて、主磁極永久磁石１２の磁場発生側の表面および両端面を覆うコ字状に作製されている。そして、磁石押さえ部材１５が、必要に応じ接着剤を塗布されて主磁極永久磁石１２のそれぞれの磁場発生側の表面に密着して、かつ該表面を覆うように配置され、その両端をバックヨーク１１にネジ（図示せず）により締着固定されて取り付けられている。これにより、主磁極永久磁石１２のそれぞれが、ネジの締着力によりバックヨーク１１に強固に保持されている。また、非磁性材料からなるスペーサ１６が、副磁極永久磁石１３のそれぞれとバックヨーク１１との間に介装されている。そして、副磁極永久磁石１３は、接着剤などによりスペーサ１６を介してバックヨーク１１に保持されている。ここで、磁石押さえ部材１５と副磁極永久磁石１３とが面一となっている。
【００１５】
ステージ３は、その両端を架台２上に固定子１０を挟んで磁石の配列方向に延設された一対のガイドレール４に係合させて、架台２に取り付けられている。これにより、ステージ３は、ガイドレール４に案内されて、磁石の配列方向に移動可能となっている。
可動子５は、複数のティース６ｂが所定の間隔で矩形平板状のコアバック６ａの一面から立設された電機子コア６と、ティース６ｂに巻回されたコイル７と、を備えている。可動子５は、ティース６ｂを外側に向けてステージ３の固定子１０側の面に取り付けられている。これにより、可動子５は、ティース６ｂと固定子１０との間の隙間を一定に確保しつつ、磁石の配列方向に移動可能となっている。
【００１６】
つぎに、このように構成されたリニアモータ１の動作について説明する。
主磁極永久磁石１２と副磁極永久磁石１３とがバックヨーク１１の主面１１ａ上にハルバッハ配列して界磁極１４を構成している。そして、主磁極永久磁石１２が、磁化方向Ａをバックヨーク１１の主面１１ａに直交させ、かつ交互に逆向きとなるように配列され、副磁極永久磁石１３が、磁化方向Ａを磁石の配列方向に一致させて、バックヨーク１１の主面１１ａに平行に、かつ交互に逆向きとなるように配列されている。そこで、主磁極永久磁石１２の磁場と副磁極永久磁石１３の磁場とが重畳して、界磁極１４の上方に形成される磁束密度の分布（周期磁場）が略正弦波となる。
そこで、コイル７に通電することで発生する磁場と周期磁場との吸引力と反発力とにより、可動子５がガイドレール４に案内されて、磁石の配列方向に移動する。
【００１７】
このリニアモータ１では、界磁極１４の磁場発生側に形成される周期磁場が略正弦波となるので、コイル７に誘起される逆起電力も略正弦波となり、基本波（正弦波）に対する高調波成分を小さくでき、コギング推力を小さくする。さらに、発生磁場が高くなり、低損失化が図られる。
また、軟磁性材料からなる磁石押さえ部材１５が主磁極永久磁石１２の磁場発生側に配設されているので、主磁極永久磁石１２の磁界発生側での磁気飽和が緩和され、発生磁界をより高くでき、一層の低損失化が図られる。
【００１８】
また、主磁極永久磁石１２の磁気飽和用の軟磁性材料からなる部材を磁石押さえ部材１５として用いているので、主磁極永久磁石１２を取り付けるための部品が削減される。そして、ネジを用いて磁石押さえ部材１５をバックヨーク１１に締着固定しているので、主磁極永久磁石１２をバックヨーク１１に強固に固定することができる。
また、非磁性材料からなるスペーサ１６が副磁極永久磁石１３とバックヨーク１１との間に介装されているので、スペーサ１６が介装されている分、副磁極永久磁石１３の量を少なくできる。つまり、高価な磁石材料の使用量が削減でき、低価格化が図られる。
【００１９】
つぎに、リニアモータ１において、スペーサ１６の高さを変えて磁界解析した結果を図３に示す。なお、図３において、横軸は主磁極永久磁石１２の高さに対するスペーサ１６の高さの割合であり、縦軸はスペーサ高さ０％の時の発生磁界に対する各スペーサ高さにおける発生磁界の割合である。スペーサ高さ０％とは、スペーサ１６が介装されておらず、副磁極永久磁石１３が磁石押さえ部材１５を含めた主磁極永久磁石１２間の全領域に存在する場合であり、スペーサ高さ１００％とは、主磁極永久磁石１２の同じ高さのスペーサ１６が副磁極永久磁石１３とバックヨーク１１との間に介装されている場合である。
【００２０】
図３から、スペーサ高さが高くなるほど、発生磁界の低下の割合が大きくなることがわかる。そして、スペーサ高さ１００％の場合の発生磁界が、スペーサ高さ０％の場合の発生磁界に対し１２％低減する結果が得られた。つまり、発生磁界を高くすることに対する副磁極永久磁石１３から発生する磁束の寄与が少ないことがわかる。また、スペーサ高さ３０％の場合の発生磁界は、スペーサ高さ０％の場合の発生磁界に対し１％しか低減しなかった。このことから、磁石使用量の削減効果を優先し、スペーサ１６の高さを主磁極永久磁石１２の高さと等しくしてもよいが、スペーサ高さを０％より大きく、３０％以下とし、発生磁界の高さを大きく確保しつつ、磁石使用量を削減して低価格化を図ることが好ましい。
【００２１】
なお、上記実施の形態１では、磁石押さえ部材がバックヨークに締着固定されているものとしているが、磁石押さえ部材のバックヨークへの固定手段はこれに限定されるものではなく、例えば、磁石押さえ部材はバックヨークにリベット止めや溶接などにより固定されてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する斜視図、図５はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００２３】
図４および図５において、磁気飽和緩和部材としての磁石押さえ部材１７は、例えばＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の軟磁性材料を用いて矩形平板状に作製されている。そして、磁石押さえ部材１７の両長辺上縁から短辺の長さ方向の外方に延出する鍔部１７ａが長辺の長さ方向の全域にわたって形成されている。さらに、磁石押さえ部材１７の両端にネジ挿通穴１８が厚み方向に穿設されている。また、端部スペーサ１９は、非磁性材料を用いて、主磁極永久磁石１２と同等の厚みを有する矩形平板状に作製され、ネジ挿通穴（図示せず）が厚み方向に穿設されている。
【００２４】
磁石押さえ部材１７は、主磁極永久磁石１２の磁場発生側の表面を覆うように重ねられ、端部スペーサ１９が主磁極永久磁石１２の長辺長さ方向の外方に延出する端部とバックヨーク１１との間に介装され、ネジ２０を磁石押さえ部材１７のネジ挿通穴１８および端部スペーサ１９のネジ挿通穴を挿通してバックヨーク１１に締着して取り付けられている。これにより、主磁極永久磁石１２がバックヨーク１１に強固に固定される。磁石押さえ部材１７の各鍔部１７ａは、副磁極永久磁石１３の上面の長辺縁部に当接し、副磁極永久磁石１３およびスペーサ１６がネジ２０の締着力によりバックヨーク１１に強固に固定される。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２５】
このように構成された固定子１０Ａにおいても、主磁極永久磁石１２と副磁極永久磁石１３とをバックヨーク１１の主面１１ａ上にハルバッハ配列して界磁極１４を構成しているので、上記実施の形態１における固定子１０と同様に、界磁極１４の上方に形成される磁束密度の分布（周期磁場）が略正弦波となる。また、スペーサ１６が副磁極永久磁石１３とバックヨーク１１との間に介装されている。したがって、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２６】
この実施の形態２によれば、主磁極永久磁石１２、副磁極永久磁石１３、およびスペーサ１６を磁石押さえ部材１７により一括してバックヨーク１１に固定できるので、固定子１０Ａの組立性が向上される。
【００２７】
なお、上記実施の形態２では、磁石押さえ部材がネジを用いてバックヨークに締着固定されているものとしているが、磁石押さえ部材のバックヨークへの固定手段はこれに限定されるものではなく、例えば、磁石押さえ部材はバックヨークにリベット止めや溶接などにより固定されてもよい。
【００２８】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００２９】
図６において、分割主磁極永久磁石１２Ａは、主磁極永久磁石１２を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製されている。また、分割磁石押さえ部材１７Ａは、磁石押さえ部材１７を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製されている。分割主磁極永久磁石１２Ａは、隣り合う副磁極永久磁石１３間に磁化方向Ａを揃えて２個ずつ配設され、磁石の配列方向に両端にそれぞれ１個ずつ配設されている。これにより、副磁極永久磁石１３間に配設された分割主磁極永久磁石１２Ａが磁化方向Ａを交互に逆向きとなるように配列される。
【００３０】
磁石押さえ部材１７が、隣り合う２個の分割主磁極永久磁石１２Ａの磁場発生側の表面を覆うように重ねられ、端部スペーサ（図示せず）が磁石押さえ部材１７の端部とバックヨーク１１との間に介装され、ネジ（図示せず）をバックヨーク１１に締着して取り付けられている。さらに、分割磁石押さえ部材１７Ａが、磁石の配列方向の両端の分割主磁極永久磁石１２Ａの磁場発生側の表面を覆うように重ねられ、端部スペーサ（図示せず）が分割磁石押さえ部材１７Ａの端部とバックヨーク１１との間に介装され、ネジ（図示せず）をバックヨーク１１に締着して取り付けられている。なお、磁石押さえ部材１７および分割磁石押さえ部材１７Ａには、分割主磁極永久磁石１２Ａの磁石の配列方向の移動を規制する移動規制突起１７ｂが形成されている。
【００３１】
これにより、分割主磁極永久磁石１２Ａがネジの締着力によりバックヨーク１１に強固に固定される。磁石押さえ部材１７および分割磁石押さえ部材１７Ａの各鍔部１７ａは、副磁極永久磁石１３の上面の長辺縁部に当接し、副磁極永久磁石１３およびスペーサ１６がネジの締着力によりバックヨーク１１に強固に固定される。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
【００３２】
このように構成された固定子１０Ｂにおいても、分割主磁極永久磁石１２Ａと副磁極永久磁石１３とをバックヨーク１１の主面１１ａ上にハルバッハ配列して界磁極１４を構成しているので、上記実施の形態２における固定子１０Ａと同様に、界磁極１４の上方に形成される磁束密度の分布（周期磁場）が略正弦波となる。また、スペーサ１６が副磁極永久磁石１３とバックヨーク１１との間に介装されている。さらに、分割主磁極永久磁石１２Ａ、副磁極永久磁石１３、およびスペーサ１６を磁石押さえ部材１７および分割磁石押さえ部材１７Ａにより一括してバックヨーク１１に固定できる。したがって、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００３３】
この実施の形態３によれば、主磁極永久磁石１２を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製された分割主磁極永久磁石１２Ａを磁石の配列方向の両端に配置して４極に構成されているので、磁石の配列方向に並べる固定子１０Ｂの個数を調整することで、所望のストローク長さの固定子を簡易に実現することができる。したがって、極数の異なる複数種の固定子を用意するだけで、ストローク長さの異なる固定子を作製することができる。また、ストローク長さが異なる毎に固定子を作製する必要がなく、低価格化が図られる。さらに、バックヨーク１１の長さを短くでき、低価格化が図られる。
【００３４】
なお、上記実施の形態３では、固定子が４極に構成されているものとしているが、固定子の極数は４極に限定されるものではなく、分割主磁極永久磁石が磁石の配列方向の両端に配置されていればよい。
【００３５】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００３６】
図７において、分割副磁極永久磁石１３Ａは、副磁極永久磁石１３を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製されている。また、スペーサ２１は、非磁性材料を用いて、底部２１ａと底部２１ａ中央から立設された隔壁２１ｂとからなる断面逆Ｔ字状に作製され、隔壁２１ｂの上端両側から短辺の長さ方向の外方に延出する鍔部２１ｃが長さ方向の全域にわたって形成されている。また、分割スペーサ２１Ａは、スペーサ２１を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製されている。そして、分割副磁極永久磁石１３Ａは、底面および側面をスペーサ２１の底部２１ａおよび隔壁２１ｂに密接させて、隣り合う主磁極永久磁石１２間に磁化方向Ａを揃えて２個ずつ配設され、さらに底面および側面を分割スペーサ２１Ａの底部２１ａおよび隔壁２１ｂに密接させて、磁石の配列方向に両端にそれぞれ１個ずつ配設されている。これにより、主磁極永久磁石１２間に配列される分割副磁極永久磁石１３Ａが磁化方向Ａを交互に逆向きとなるように配列される。
【００３７】
磁石押さえ部材１７が、主磁極永久磁石１２の磁場発生側の表面を覆うように重ねられ、端部スペーサ（図示せず）が磁石押さえ部材１７の端部とバックヨーク１１との間に介装され、ネジ（図示せず）をバックヨーク１１に締着して取り付けられている。
【００３８】
これにより、主磁極永久磁石１２がネジの締着力によりバックヨーク１１に強固に固定される。さらに、磁石押さえ部材１７、スペーサ２１、および分割スペーサ２１Ａの各鍔部１７ａ，２１ｃが、分割副磁極永久磁石１３Ａの上面の長辺縁部に当接し、分割副磁極永久磁石１３Ａ、スペーサ２１、および分割スペーサ２１Ａがネジの締着力によりバックヨーク１１に強固に固定される。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
【００３９】
このように構成された固定子１０Ｃにおいても、主磁極永久磁石１２と分割副磁極永久磁石１３Ａとをバックヨーク１１の主面１１ａ上にハルバッハ配列して界磁極１４を構成しているので、上記実施の形態２における固定子１０Ａと同様に、界磁極１４の上方に形成される磁束密度の分布（周期磁場）が略正弦波となる。また、非磁性材で作製されたスペーサ２１および分割スペーサ２１Ａの底部２１ａが分割副磁極永久磁石１３Ａとバックヨーク１１との間に介装されている。
また、固定子１０Ｃでは、磁石押さえ部材１７のバックヨーク１１への締着力が鍔部１７ａを介して分割副磁極永久磁石１３Ａに作用するので、分割副磁極永久磁石１３Ａと底部２１ａとが鍔部１７ａとバックヨーク１１との間に加圧挟持される。これにより、主磁極永久磁石１２、分割副磁極永久磁石１３Ａ、スペーサ２１、および分割スペーサ２１Ａを磁石押さえ部材１７により一括してバックヨーク１１に固定できる。
したがって、この実施の形態４においても、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００４０】
この実施の形態４によれば、副磁極永久磁石１３を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製された分割副磁極永久磁石１３Ａを磁石の配列方向の両端に配置して４極に構成されているので、磁石の配列方向に並べる固定子１０Ｃの個数を調整することで、所望のストローク長さの固定子を簡易に実現することができる。したがって、極数の異なる複数種の固定子を用意するだけで、ストローク長さの異なる固定子を作製することができる。また、ストローク長さが異なる毎に固定子を作製する必要がなく、低価格化が図られる。さらに、バックヨーク１１の長さを短くでき、低価格化が図られる。
【００４１】
なお、上記実施の形態４では、固定子が４極に構成されているものとしているが、固定子の極数は４極に限定されるものではなく、分割副磁極永久磁石が磁石の配列方向の両端に配置されていればよい。
また、上記実施の形態４では、スペーサおよび分割スペーサが磁石押さえ部材をバックヨークに固定する締着力によりバックヨークに固定されるものとしているが、スペーサおよび分割スペーサと分割副磁極永久磁石とを、さらにスペーサおよび分割スペーサとバックヨークとを接着剤を用いて固定してもよいし、分割副磁極永久磁石からスペーサおよび分割スペーサを長さ方向に延出させ、その延出部をバックヨークに締着するようにしてもよい。
【００４２】
実施の形態５．
図８はこの発明の実施の形態５に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する斜視図、図９はこの発明の実施の形態５に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００４３】
図８および図９において、磁性板３１は、軟磁性材料である珪素鋼板を打ち抜いて矩形平板状に作製され、矩形のベース部３２と、それぞれベース部３２の一方の長辺からベース部３２の短辺の長さ方向に突設されて、ベース部３２の長辺の長さ方向に所定の間隔で配列された突起部３３と、ベース部３２と隣り合う突起部３３とに間に画成され、副磁極永久磁石１３を収納するためのスロット部３４と、を有する。なお、鍔部３３ａが突起部３３の先端部の両端からベース部３２の長さ方向に延設されている。また、主磁極永久磁石１２を収納するための収納穴３５が突起部３３のベース部３２側に穿設されている。さらに、スロット部３４のスロット深さが突起部３３のベース部３２からの延出高さより浅くなっており、スペーサ１６を収納するための収納穴３６がスロット部３４の底部とベース部３２との間に穿設されている。さらにまた、貫通穴３７が突起部３３の中央に穿設されている。ここで、収納穴３５が主磁極永久磁石収納穴に相当し、スロット部３４が副磁極永久磁石収納穴に相当し、収納穴３６が空孔に相当する。
【００４４】
そして、固定子コア３０は、ベース部３２、突起部３３、スロット部３４、収納穴３５，３６、および貫通穴３７が互いに重なるように所定枚数の磁性板３１を積層し、通しボルト３８を積層方向に連なった貫通穴３７内に挿通し、通しボルト３８の延出端に螺着されたナット３９を締着して作製される。ここで、ベース部３２が積層方向に連なってバックヨークを構成し、突起部３３が積層方向に連なって磁石押さえ部材を構成する。
【００４５】
そして、主磁極永久磁石１２が必要に応じて接着剤を塗布されて積層方向に連なった収納穴３５内に挿入、保持されている。また、副磁極永久磁石１３が必要に応じて接着剤を塗布されて積層方向に連なったスロット部３４内に挿入、保持されている。さらに、スペーサ１６が必要に応じて接着剤を塗布されて積層方向に連なった収納穴３６内に挿入、保持されている。
【００４６】
このように構成された固定子１０Ｄは、バックヨークおよび磁石押さえ部材が一体に構成されている点を除いて、上記実施の形態２における固定子１０Ａと同様に構成されている。
この実施の形態５においても、主磁極永久磁石１２と副磁極永久磁石１３とをベース部３２が積層方向に連なって構成されたバックヨーク上にハルバッハ配列して界磁極１４を構成しているので、上記実施の形態１における固定子１０と同様に、界磁極１４の上方に形成される磁束密度の分布（周期磁場）が略正弦波となる。主磁極永久磁石１２の磁場発生側に軟磁性材料からなる突起部３３の積層体が位置しているので、主磁極永久磁石１２の磁場発生側での磁気飽和が緩和される。スペーサ１６が副磁極永久磁石１３の下部に配設されているので、副磁極永久磁石１３の容積が少なくなり、磁石の使用量が削減される。
【００４７】
この実施の形態５によれば、複数の磁石押さえ部材およびバックヨークが磁性板３１を積層一体化した作製された固定子コア３０、即ち一部品で構成されるので、固定子１０Ｄの組立が容易となる。
【００４８】
なお、上記実施の形態５では、固定子コアが軟磁性材料の板部材を打ち抜いて作製された磁性板を積層一体化して作製されているものとしているが、固定子コアは軟磁性材料の塊状体を機械加工して作製してもよい。
また、上記実施の形態５では、固定子コアが磁性板の積層体を通しボルトとナットとを用いて締着一体化して作製されているものとしているが、固定子コアは磁性板の積層体を圧着一体化して作製してもよい。
【００４９】
実施の形態６．
図１０はこの発明の実施の形態６に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００５０】
図１０において、磁性板３１Ａは、３つの突起部３３がベース部３２の長辺の長さ方向に配列され、突起部３３をベース部３２の長辺の長さ方向に２分割した形状の分割突起部３３Ａが３つの突起部３３の配列方向の両側に配列され、分割主磁極永久磁石１２Ａを収納するための収納穴３５ａが突起部３３および分割突起部３３Ａのベース部３２側に穿設されている。固定子コア３０Ａは、所定枚数の磁性板３１Ａを積層し、通しボルト３８を連なった貫通穴３７内に挿通し、通しボルト３８の延出端に螺着されたナット３９を締着して作製される。そして、分割主磁極永久磁石１２Ａが必要に応じて接着剤を塗布されて各収納穴３５ａに挿入、保持される。
なお、他の構成は上記実施の形態５と同様に構成されている。
【００５１】
このように構成された固定子１０Ｅは、バックヨークおよび磁石押さえ部材が一体に構成されている点を除いて、上記実施の形態３における固定子１０Ｂと同様に構成されている。
したがって、この実施の形態６によれば、上記実施の形態５の効果に加え、固定子１０Ｅが、主磁極永久磁石１２を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製された分割主磁極永久磁石１２Ａを磁石の配列方向の両端に配置して４極に構成されているので、磁石の配列方向に並べる固定子１０Ｅの個数を調整することで、所望のストローク長さの固定子を簡易に実現することができる。したがって、極数の異なる複数種の固定子を用意するだけで、ストローク長さの異なる固定子を作製することができる。また、ストローク長さが異なる毎に固定子を作製する必要がなく、低価格化が図られる。さらに、固定子コア３０Ａの長さを短くでき、低価格化が図られる。
【００５２】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００５３】
図１１において、磁性板３１Ｂは、４つの突起部３３がベース部３２の長辺の長さ方向に配列され、隔壁部４０が隣り合う突起部３３間の中央位置から延設され、隔壁部４０をベース部３２の長辺の長さ方向に２分割した形状の分割隔壁部４０Ａが４つの突起部３３の配列方向の両側に配設されている。ここで、分割副磁極永久磁石１３Ａを収納するための分割スロット部３４ａが、突起部３３と隔壁部４０との間、および突起部３３と分割隔壁部４０Ａとの間に形成される。さらに、スペーサ１６をベース部３２の長辺の長さ方向に２分割した形状の分割スペーサ１６Ａを収納するための収納穴３６ａが分割スロット部３４ａのベース部３２側に穿設されている。固定子コア３０Ｂは、所定枚数の磁性板３１Ｂを積層し、通しボルト３８を連なった貫通穴３７内に挿通し、通しボルト３８の延出端に螺着されたナット３９を締着して作製される。そして、分割副磁極永久磁石１３Ａが必要に応じて接着剤を塗布されて各分割スロット部３４ａに挿入、保持され、分割スペーサ１６Ａが必要に応じ接着剤を塗布されて各収納穴３６ａに挿入、保持される。
なお、他の構成は上記実施の形態５と同様に構成されている。
【００５４】
このように構成された固定子１０Ｆは、バックヨークおよび磁石押さえ部材が一体に構成されている点を除いて、上記実施の形態４における固定子１０Ｃと同様に構成されている。
したがって、この実施の形態７によれば、上記実施の形態５の効果に加え、固定子１０Ｆが、副磁極永久磁石１３を短辺の長さ方向に２分割した形状に作製された分割副磁極永久磁石１３Ａを磁石の配列方向の両端に配置して４極に構成されているので、磁石の配列方向に並べる固定子１０Ｆの個数を調整することで、所望のストローク長さの固定子を簡易に実現することができる。したがって、極数の異なる複数種の固定子を用意するだけで、ストローク長さの異なる固定子を作製することができる。また、ストローク長さが異なる毎に固定子を作製する必要がなく、低価格化が図られる。さらに、固定子コア３０Ｂの長さを短くでき、低価格化が図られる。
【００５５】
なお、上記実施の形態５乃至７では、スペーサを副磁極永久磁石とバックヨークとの間に介装するものとしているが、スペーサを省略し、副磁極永久磁石とバックヨークとの間に空気層を介在させてもよい、この場合、磁石の使用量を削減できると共に、固定子の軽量化が図られる。
また、上記実施の形態１乃至７では、スペーサの材料については特に記載していないが、スペーサは非磁性材料であればよく、例えば非磁性のステンレスやアルミニウム、ガラスエポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチックなどが使用可能である。
【００５６】
実施の形態８．
図１２はこの発明の実施の形態８に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【００５７】
図１２において、バックヨーク１１Ａは、磁性材料を用いて矩形平板状に作製され、溝方向をバックヨーク１１Ａの短辺の長さ方向とする断面半円形の溝４１がバックヨーク１１Ａの表面にその長辺の長さ方向に所定のピッチで配列するように凹設されている。半円筒体に作製された永久磁石４２が必要に応じて接着剤を塗布されて各溝４１内に挿入、保持されている。さらに、磁気飽和緩和部材としての軟磁性材料からなる半円柱状の磁石押さえ部材４３が永久磁石４２の内周側に挿入され、永久磁石４２からの延出端をバックヨーク１１Ａに締着して取り付けられている。ここで、永久磁石４２には、例えば半円筒体に作製されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石が用いられ、半径方向に磁化されている。この半円筒体の永久磁石４２は、リング磁石を２分割してから着磁を行うことにより、容易に作製することができる。そして、磁化方向Ａを径方向内方とする永久磁石４２と磁化方向Ａを径方向外方とする永久磁石４２とをバックヨーク１１Ａの長辺の長さ方向に交互に並べることで界磁極１４Ａを構成している。
【００５８】
このように構成された固定子１０Ｇにおいても、永久磁石４２をハルバッハ配列に近い磁束の流れを発生させることで界磁極１４Ａを構成しているので、界磁極１４Ａの磁場発生側に形成される周期磁場が略正弦波となる。また、半円筒体の永久磁石４２の内径側に軟磁性材料からなる磁石押さえ部材４３が配設されているので、永久磁石４２の磁場発生側での磁気飽和が緩和され、発生磁場を高くできる。
【００５９】
この実施の形態８によれば、永久磁石４２の形状を半円筒体とし、磁化方向Ａを径方向内方とする永久磁石４２と磁化方向Ａを径方向外方とする永久磁石４２とを交互に並べているので、固定子端部を考慮して端部に位置する永久磁石を２分割する必要がなく、固定子の作製が容易となる。つまり、配列された永久磁石４２間の中点を固定子端部とするように固定子を作製すればよく、要求されるバックヨーク１１Ａの長さに合わせた固定子を簡易に作製することができる。
【００６０】
また、上記実施の形態１乃至７では、非磁性材料からなるスペーサを副磁極永久磁石とバックヨークとの間に介装し、副磁極永久磁石の磁石量を削減して、低価格化を図っている。この実施の形態８では、半円筒体に作製された永久磁石４２の磁化方向Ａを変えるだけでよく、主磁極永久磁石と副磁極永久磁石とを作製する必要がなく、部品点数を削減することができ、組み立て工数が削減され、低価格化が図られる。
【００６１】
この実施の形態８においても、上記実施の形態５乃至７で説明したように、半円筒体の永久磁石を収納するための収納穴が形成された磁性板を積層一体化して固定子コアを作製し、固定子コアの収納穴に永久磁石を埋め込んで固定子を作製してもよい。
また、この実施の形態８では、半円筒体に作製された永久磁石を用いるものとしているが、永久磁石の形状は半円筒体に限定されるものではなく、円弧アーチ形状の筒体であればよい。ここで、円弧アーチ形状の筒体とは、円筒体の一部を半径方向と直交する平面で切り取った中心角が１８０°以下の筒体である。中心角が１８０°の円弧アーチ形状の筒体が半円筒体に相当する。そして、中心角を１８０°未満とする円弧アーチ形状の筒体で永久磁石を作製すれば、バックヨークの厚みを薄くすることができる。
【００６２】
なお、上記各実施の形態では、主磁極永久磁石、副磁極永久磁石、および永久磁石にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いるものとしているが、使用する磁石の材料は問わず、例えばフェライト磁石、希土類磁石、鋳造磁石、ボンド磁石などが使用可能である。
また、上記各実施の形態では、磁石押さえ部材にＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の材料や珪素鋼板を用いるものとしているが、磁石押さえ部材は軟磁性材料であればよく、例えば純鉄、軟鋼などが使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】この発明の実施の形態１に係るリニアモータを模式的に示す横断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るリニアモータの主要部の構成を説明する縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るリニアモータにおけるスペーサ高さと発生磁界との関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態５に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態７に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態８に係るリニアモータに適用される固定子の構成を説明する縦断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
５  可動子、７  コイル、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ  固定子、１１，１１Ａ  バックヨーク、１１ａ  主面、１２  主磁極永久磁石、１２Ａ  分割主磁極永久磁石、１３  副磁極永久磁石、１３Ａ  分割副磁極永久磁石、１４，１４Ａ  界磁極、１５  磁石押さえ部材（磁気飽和緩和部材）、１６  スペーサ、１６Ａ  分割スペーサ、１７  磁石押さえ部材（磁気飽和緩和部材）、１７Ａ  分割磁石押さえ部材（磁気飽和緩和部材）、１７ａ  鍔部、２０  ネジ、２１  スペーサ、２１Ａ  分割スペーサ、３０，３０Ａ，３０Ｂ  固定子コア、３１，３１Ａ，３１Ｂ  磁性板、３２  ベース部、３３  突起部、３３Ａ  分割突起部、３４  スロット部（副磁極永久磁石収納穴）、３４ａ  分割スロット部（副磁極永久磁石収納穴）、３５，３５ａ  収納穴（主磁極永久磁石収納穴）、３６，３６ａ  収納穴（空孔）、４２  永久磁石、４３  磁石押さえ部材（磁気飽和緩和部材）、Ａ  磁化方向。
【図１】
2010063201.tif 000003
【図２】
2010063201.tif 000004
【図３】
2010063201.tif 000005
【図４】
2010063201.tif 000006
【図５】
2010063201.tif 000007
【図６】
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【図７】
2010063201.tif 000009
【図８】
2010063201.tif 000010
【図９】
2010063201.tif 000011
【図１０】
2010063201.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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