(57)【要約】【課題】移動距離の全長が長くても磁石の使用量が増加せず、ヒステリシス損を低減することにより、低電力で高速動作を可能としたリニアモータを提供する。【解決手段】リニアモータにおいて、可動子１はコイル１１内部に、共に可動子１の移動方向に沿って長い矩形板状の永久磁石１４及び２つの電機子コア１２、１３が縦姿勢で配してあり、各電機子コア１２、１３には、複数の突起部１２ａ、１３ａが、長手方向に沿って一方の面と他方の面とで千鳥配置となるように突設してあり、永久磁石１４は前記２つの電機子コア１２、１３間に配してあり、一方の電機子コア１２（１３）の突起部１２ａ（１３ａ）と他方の電機子コア１３（１２）の突起部１３ａ（１２ａ）とが千鳥配置となるように２つの電機子コア１２、１３を配してあり、永久磁石１４は２つの電機子コア１２、１３の対向方向に磁化してあるように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子、及びコイルを有する可動子を備えたリニアモータにおいて、
前記固定子は前記可動子の移動方向に長い２つの板状部を有し、前記２つの板状部は可動子の移動域を間にして、磁気的に結合するように対向して設けてあり、
前記２つの板状部の互いに対向する面それぞれには、複数の歯部が、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とが対向するように、前記移動方向に並設してあり、
前記可動子は前記コイル内部に、共に前記移動方向に沿って長い矩形板状の磁石及び２つの電機子コアが縦姿勢で配してあり、
各電機子コアの前記板状部に対向する面それぞれには、前記歯部と磁気的に結合する複数の突起部が、長手方向に沿って一方の面と他方の面とで千鳥配置となるように突設してあり、
前記磁石は前記２つの電機子コア間に配してあり、
一方の電機子コアの突起部と他方の電機子コアの突起部とが千鳥配置となるように前記２つの電機子コアを配してあり、
前記磁石は２つの電機子コアの対向方向に磁化してあること
を特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記歯部は長手方向の略中央部に溝を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記突起部の板状部に対向する面は略平行四辺形としてあること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記突起部には、他の突起部とは前記可動子の移動方向の長さが異なるものを含むこと
を特徴とする請求項１から請求項３に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜していること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記一方の板状部の歯部と前記他方の板状部の歯部とでは、前記断面短辺の傾斜方向を逆にしてあること
を特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定子と駆動コイルを有する可動子とを組み合わせてなるリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造装置、液晶表示装置の製造分野においては、大面積の基板等の処理対象物を高速度にて直線移動させ、適宜の移動位置にて高精度に位置決めすることができる送り装置が必要である。この種の送り装置は、一般的には、駆動源としてのモータの回転運動をボールねじ機構等の運動変換機構により直線運動に変換して実現されるが、運動変換機構が介在することから、移動速度の高速化に限界がある。また運動変換機構の機械的な誤差の存在により、位置決め精度も不十分であるという問題がある。
【０００３】
この問題に対応するため、近年においては、直線運動出力が直接的に取り出し可能なリニアモータを駆動源とする送り装置が使用されている。リニアモータは、直線状の固定子と該固定子に沿って移動する可動子とを備えている。前述した送り装置においては、板状の永久磁石を一定間隔毎に多数並設して固定子を構成し、磁極歯と通電コイルとを備える電機子を可動子としたムービングコイル型のリニアモータ（例えば、特許文献１参照）が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１３９１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ムービングコイル型のリニアモータでは、固定子に磁石を配置するため、リニアモータの全長が長くなるほど（可動子の移動距離が長くなるほど）、使用する磁石の量が増える。近年、希土類の価格上昇に伴い、使用する磁石量の増加は、コスト増加の原因となっていた。
また、リニアモータが動作する際、固定子に設けられた歯部の磁極変化によりヒステリシス損が発生する。そのため、リニアモータを高速に動作させるためには、より多くの電力を必要としていた。
【０００６】
本発明は、上述のごとき事情に鑑みてなされたものであり、移動距離の全長が長くても磁石の使用量が増加しないリニアモータであって、ヒステリシス損を低減することにより、低電力で高速動作を可能としたリニアモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るリニアモータは、固定子、及びコイルを有する可動子を備えたリニアモータにおいて、前記固定子は前記可動子の移動方向に長い２つの板状部を有し、前記２つの板状部は可動子の移動域を間にして、磁気的に結合するように対向して設けてあり、前記２つの板状部の互いに対向する面それぞれには、複数の歯部が、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とが対向するように、前記移動方向に並設してあり、前記可動子は前記コイル内部に、共に前記移動方向に沿って長い矩形板状の磁石及び２つの電機子コアが縦姿勢で配してあり、各電機子コアの前記板状部に対向する面それぞれには、前記歯部と磁気的に結合する複数の突起部が、長手方向に沿って一方の面と他方の面とで千鳥配置となるように突設してあり、前記磁石は前記２つの電機子コア間に配してあり、一方の電機子コアの突起部と他方の電機子コアの突起部とが千鳥配置となるように前記２つの電機子コアを配してあり、前記磁石は２つの電機子コアの対向方向に磁化してあることを特徴とする。
【０００８】
本発明にあっては、可動子にのみ磁石を使用するので、移動距離の全長が長くても永久磁石の使用量が増加しない。また、２つの電機子コアの固定子に対向する面それぞれには、歯部と磁気的に結合する複数の突起部が、長手方向に沿って一方の面と他方の面とで千鳥配置となるように突設してあり、２つの電機子コアの間には磁石が配してあり、一方の電機子コアの突起部と他方の電機子コアの突起部とが千鳥配置となるように２つの電機子コアを配してあり、磁石は２つの電機子コアの対向方向に磁化してあるので、リニアモータ稼動時の歯部の磁極の変化は、ほぼ残留値からＮ極（Ｓ極）又はＮ極（Ｓ極）から残留値への変化しかない。そのため、ヒステリシス損が低減可能となり、低電力で高速動作が可能となる。
【０００９】
本発明に係るリニアモータは、前記歯部は長手方向の略中央部に溝を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、前記歯部の長手方向の略中央部に溝を有することで、歯部の中央部においてＳ極とＮ極とがオーバーラップする領域を低減できる。
【００１１】
本発明に係るリニアモータは、前記突起部の板状部に対向する面は略平行四辺形としてあることを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、突起部の板状部に対向する面を略平行四辺形としたので、ディテント力が低減され、固定子と可動子の相対位置の違いによる推力むらを低減することが可能となる。
【００１３】
本発明に係るリニアモータは、前記突起部には、他の突起部とは前記可動子の移動方向の長さが異なるものを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明にあっては、可動子の移動方向の長さが異なる突起部を有することにより、ディテント力を低減させることが可能となる。
【００１５】
本発明に係るリニアモータは、前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜していることを特徴とする。
【００１６】
本発明にあっては、前記歯部の断面短辺は前記可動子の移動方向に対し傾斜している。すなわち歯部をスキュー配置としてあるので、ディテント力が低減され、固定子と可動子の相対位置の違いによる推力むらを低減することが可能となる。
【００１７】
本発明に係るリニアモータは、前記一方の板状部の歯部と前記他方の板状部の歯部とでは、前記断面短辺の傾斜方向を逆にしてあることを特徴とする。
【００１８】
本発明にあっては、一方の板状部の歯部と他方の板状部の歯部とで、長手方向の両端の位置関係を逆にしてある。すなわち歯部の傾ける方向を板状部の一方と他方とで異なるようにしているので、可動子が移動方向に対して左右に傾くことにより生じるこじりを抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にあっては、可動子のみに磁石を使用するので、移動距離の全長が長くても磁石の使用量が増加せず、一方の電機子コアの突起部と他方の電機子コアの突起部とが千鳥配置となるように２つの電機子コアを配してあることにより、固定子の磁極は残留値からＮ極又はＳ極、Ｎ極又はＳ極から残留値にしか変化しないため、ヒステリシス損が低減し、低電力で高速動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す部分破断斜視図である。
【図２】実施の形態１に係るリニアモータの電機子コア及び永久磁石の形状の一例を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１に係るリニアモータの可動子の一例を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す正面図である。
【図５】実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す側面図である。
【図６】実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。
【図８】図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。
【図９】実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線による断面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線による断面図である。
【図１２】実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線による断面図である。
【図１４】図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図である。
【図１５】実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。
【図１６】図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線による断面図である。
【図１７】図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線による断面図である。
【図１８】鉄の通常のヒステリシス曲線を示したグラフである。
【図１９】実施の形態１に係るリニアモータにおける電機子コア、歯部のヒステリシス曲線を示したグラフである。
【図２０】実施の形態２に係るリニアモータの固定子の構成を示す正面図である。
【図２１】実施の形態３に係るリニアモータの可動子の構成を示す斜視図である。
【図２２】実施の形態３に係るリニアモータの可動子の構成を示す平面図である。
【図２３】実施の形態４に係るリニアモータの固定子の構成を示す断面図である。
【図２４】実施の形態５に係るリニアモータの固定子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態１
図１は実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す部分破断斜視図である。本実施の形態に係るリニアモータは、可動子１と固定子２とから構成されている。可動子１はコイル１１、電機子コア１２、１３及び永久磁石（磁石）１４を含む。
【００２２】
図２は実施の形態１に係るリニアモータの電機子コア１２、１３及び永久磁石１４の形状の一例を示す斜視図である。電機子コア１２、１３及び永久磁石１４それぞれを縦姿勢で示している。ここで縦姿勢とは板状のものの広い面が側面となるように立てている姿勢のことを言う。図２Ａは電機子コア１２を示している。図２Ｂは電機子コア１３を示している。図２Ｃは永久磁石１４を示している。電機子コア１２は直方体状であり、固定子２と対向する面である、長手方向の上面及び下面には直方体状の突起部１２ａが形成してある。隣り合う２つの突起部１２ａの間は凹部１２ｂとなっている。上面の突起部１２ａと下面の突起部１２ａとは対向しないような位置に形成されている。上面の突起部１２ａと対向する下面には凹部１２ｂが形成してある。下面の突起部１２ａと対向する上面には凹部１２ｂが形成してある。図２Ａに示す電機子コア１２では上面に５個、下面に４個の突起部１２ａが形成してある。図２Ｂに示すように電機子コア１３は電機子コア１２の上下を反転したものとなっている。固定子２と対向する面である、長手方向の上面及び下面には直方体状の突起部１３ａが形成してある。隣り合う２つの突起部１３ａの間は凹部１３ｂとなっている。上面の突起部１３ａと下面の突起部１３ａは対向しないような位置に形成してある。上面の突起部１３ａと対向する位置には凹部１３ｂが形成してある。図２Ｂに示す電機子コア１３では上面に４個、下面に５個の突起部１３ａが形成してある。電機子コア１２及び電機子コア１３の縦横は略同一寸法としてある。電機子コア１２及び電機子コア１３の奥行きも略同一寸法としてある。電機子コア１２と電機子コア１３とをそれぞれの中心が一致するように重ねた場合、突起部１２ａと凹部１３ｂとが及び凹部１２ｂと突起部１３ａとが、それぞれ重なる位置となるように突起部１２ａ、１３ａは形成してある。図２Ｃに示すように永久磁石１４は直方体状である。紙面の裏側から表側方向に磁化されている。永久磁石１４の横寸法は電機子コア１２及び電機子コア１３と略同一としてある。永久磁石１４の縦寸法は、電機子コア１２に形成してある上面凹部１２ｂの底面と下面凹部１２ｂの底面との距離と略同一としてある。
なお、上述した突起部１２ａ、１３ａの個数は一例であり、これに限られない。電機子コア１２の上面（下面）と電機子コア１３の下面（上面）とのそれぞれに少なくとも各１個の突起部１２ａ、１３ａがあれば、理論上動作は可能である。
【００２３】
電機子コア１２、１３は、軟磁性材料、例えばケイ素鋼板を積層してもよいし、磁性金属粉末を固めた例えばＳＭＣ（軟磁性複合部材：Soft  Magnetic  Composites）にしてもよい。このような部材を用いることで、電機子コア材料の渦電流損やヒステリシス損や偏磁を抑制することができる。
永久磁石１４は、ネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ボロン（Ｂ）を主成分とするネオジム磁石である。ネオジム磁石に限らず、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などを用いても良い。
【００２４】
図３は実施の形態１に係るリニアモータの可動子１の一例を示す斜視図である。電機子コア１２と電機子コア１３との間に永久磁石１４が挟まれて固定されている。電機子コア１２、１３及び永久磁石１４の側面にコイル１１を巻き回した構成としてある。電機子コア１２、１３及び永久磁石１４はコイル１１の内部に縦姿勢で配してある。電機子コア１２、１３及び永久磁石１４の長手方向が可動子１の移動方向である。上述したように、電機子コア１２の突起部１２ａと電機子コア１３の突起部１３ａは長手方向に沿って互い違いの配置（千鳥配置）となっている。図３において永久磁石１４は２つの電機子コア１２、１３の対向方向に磁化してある。本実施の形態では電機子コア１３から電機子コア１２に向かう向きとしてある。磁化の方向は逆向きでも良い。その場合は、以下に説明する磁力線の流れが逆になるだけで、動作の原理は同様である。
【００２５】
電機子コア１２、１３を矩形板状とし、長手方向の上面及び下面に突起部１２ａ、１３ａを有する構成としているので、電機子コア１２、１３を軟磁性鋼板から切り出し加工あるいは鋼板を打ち抜き加工しその後積層することで製造できる。
よって突起部１２ａ、１３ａ及び凹部１２ｂ、１３ｂの可動子１の移動方向の幅寸法のばらつきを少なくすることができコギング特性を良好にすることが可能となる。
【００２６】
図４は実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す正面図である。図５は実施の形態１に係るリニアモータの概略構成の一例を示す側面図である。図５において、電機子コア１２の手前側、紙面左右方向にコイル１１が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。
【００２７】
図４に示すように固定子２は断面略横Ｕ字形である。図１に示すように、固定子２は可動子１の移動方向に長くなっている。固定子２は互いに対向する上板部２１（板状部）、下板部２２（板状部）、上板部２１と下板部２２とを連結する側板部２３を含む。側板部２３は上板部２１と下板部２２とを磁気的に結合する役割を果たしている。固定子２は、軟磁性金属、例えば平板状の圧延鋼材を折り曲げることにより形成する。また、上板部２１、下板部２２、側板部２３それぞれを軟磁性金属の板として作成し、溶接やねじ止めにより形成してもよい。なお、図４に示す向きで設置されることが固定子２の必須の要件ではない。設置可能な如何なる向きで使用することが可能である。したがって、図４に示すように上板部２１が上側で、下板部２２が下側で、側板部２３が左右側となるように設置することは必須ではない。固定子２の設置向きを図４の状態から変えても、固定子２と可動子１との位置関係は変わらない。すなわち、固定子２の設置向きを変えることに伴い、可動子１の設置向きも変わることとなる。上述した電機子コア１２、１３及び永久磁石１４はコイル１１の内部に縦姿勢で配してあるというのは、可動子１を図１、図３及び図４に示すように配置した場合のことを示している。
【００２８】
上板部２１には可動子１の移動方向に直交した長手方向を有する複数の歯部２１ａが可動子１の移動方向に沿って並設されている。歯部２１ａは略直方体状である。歯部２１ａは上板部２１の下板部２２に対向する面に設けてある。歯部２１ａは上板部２１から下板部２２に向かって突出している。同様に下板部２２に複数の歯部２２ａが可動子１の移動方向に沿って並設されている。歯部２２ａは略直方体状である。歯部２２ａは下板部２２の上板部２１に対向する面に設けてある。歯部２２ａは下板部２２から上板部２１に向かって突出している。歯部２１ａ、２２ａは軟磁性の金属板、例えば鋼板等により形成し、それぞれ上板部２１、下板部２２に溶接等で接合又はねじ止め等により固定する。またＵ字状に形成した軟磁性鋼板の歯部２１ａ、２２ａとなる部位を残し歯部２１ａ、２２ａとなる部位の両側に溝を掘り込み加工により形成し、歯部２１ａ、２２ａとしてもよい。このようにすると、歯部２１ａ、２２ａを溶接等で接合又はねじ止め等により固定する場合に比べて、固定子２のコストダウンが可能となる。
【００２９】
図４及び図５に示すように、上板部２１の歯部２１ａ及び下板部２２の歯部２２ａは同一形状、同一寸法であるのが望ましい。隣り合う歯部２１ａの間隔（歯部２１ａのピッチ）は歯部２１ａの配置方向の幅（図５における横幅）と略同一としてある。歯部２２ａのピッチも同様である。図５に示すように、歯部２１ａ、２２ａの突出長（図５における縦方向の長さ）は歯部２１ａ、２２ａのピッチよりも長くしてある。歯部２１ａ、２２ａの図４の紙面左右方向の寸法は、電機子コア１２、１３及び磁石１４の紙面左右方向の寸法を加算したものより、やや大きくしてある。この場合フリンジング磁束により仮想的にエアギャップが短くなり、可動子１の磁石からの磁束を効率よく固定子２に流すことができる。短くすると可動子１が吸引力で中央に吸引されて直進性が良くなる。またこの長さは同じでもよい。
【００３０】
図５に示すように歯部２１ａ及び歯部２２ａは可動子１の移動方向に対して略同一の位置に配置されている。歯部２１ａ及び歯部２２ａのそれぞれ可動子１と対向する面同士は略全面に亘り対向しているが、面の一部同士のみが対向しても良い。そのような場合でも、推力は発生するからである。しかし、対向する部分が全くないと可動子１に推力が発生しない。
【００３１】
歯部２１ａ及び歯部２２ａそれぞれの配置方向の幅（図５における横幅）は、可動子１の電機子コア１２の突起部１２ａ及び電機子コア１３の突起部１３ａの組の移動方向の長さ（図５における横幅）より、短くしてある。
歯部２１ａ及び歯部２２ａのそれぞれの配置方向の幅は突起部１２ａ及び１３ａの移動方向の幅と同じであってもよく、また長くてもよい。リニアモータの寸法や推力特性等を考慮し適宜設定すればよい。
【００３２】
図６は実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。図６は固定子２の開口側（リニアモータの側面）から見た場合の図である。図７、図８それぞれの紙面左側が図６の紙面表側を示す。図６において、電機子コア１２の手前側、紙面左右方向にコイル１１が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。可動子１のコイル１１に交流電流を流す。図６において、丸の中に黒丸は紙面裏から手前へ電流が流れることを示す。図６において、丸の中にＸは紙面表から奥へ電流が流れることを示す。図６のコイル１１に示す方向に通電した場合、可動子１が固定子２の外部にある状態（通電した可動子１が単体の状態）では、コイル１１により電機子コア１２、１３上側にはＮ極、下側にはＳ極が励磁される。しかしながら、可動子１が軟磁性体である固定子２の内部にある場合には、電機子コア１２、１３の励磁は可動子１及び固定子２を含めた一体の磁気回路で考慮する必要がある。
【００３３】
図６において、上板部２１の歯部２１ａの磁極及び電機子コア１２の突起部１２ａの磁極は実線で示す。下板部２２の歯部２２ａの磁極及び電機子コア１３の突起部１３ａの磁極は点線で示す。実線は可動子１及び固定子２の手前側で発生している現象であることを示す。点線は可動子１及び固定子２の奥側で発生している現象であることを示す。
【００３４】
コイル１１を図７、図８に示す向きに通電すると、電機子コア１２、１３ともに上側がＮ極、下側がＳ極に励磁されようとする。しかしながら、図７に示す断面では電機子コア１２、１３の上側にも下側にも歯部２１ａ、２２ａはない。そのため、電機子コア１２、１３の全体が一律に、上側はＮ極、下側はＳ極に励磁されるような磁力線の流れは生じない。図８に示す断面において電機子コア１３→永久磁石１４→電機子コア１２という経路を磁力線は流れる事となる。磁力線は磁気回路として最も磁気抵抗の小さい経路を通過しようとするからである。空気は磁性体より磁気抵抗が大きく、距離が長いほど磁気抵抗が大きくなる。そのため、歯部２１ａ、２２ａと対向していない電機子コア１２の突起部１２ａ、電機子コア１３の突起部１３ａでは磁力線の出入りは生じない。図８に示すように、歯部２２ａから、それと対向する電機子コア１３の突起部１３ａへ磁力線が流れ、歯部２１ａと対向する電機子１２の突起部１２ａから歯部２１ａへ磁力線が流れる事となる。その結果、図８の、上側の歯部２１ａの手前側（開口側）はＳ極、下側の歯部２２ａの奥側（側板部２３側）はＮ極に励磁される。それ以外の歯部２１ａ、２２ａについても同様である。なお、図７において断面の奥側に見える歯部２１ａ、２２ａは記載を省略している。上述した説明内容について理解の妨げにならないにするためである。本来であれば、図７おいて断面の奥側に見える突起部１２ａ、１３ａのそれぞれに対向する歯部２１ａ、２２ａを記載すべきである。
【００３５】
図６、図７、図８を参照して、コイル１１を通電したことによる電機子コア１２、１３の励磁について説明したが、次に電機子コア１２、１３に挟まれた磁石１４による電機子コア１２、１３の励磁とリニアモータの推力発生原理について述べる。図９は実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図１０は図９のＸ−Ｘ線による断面図である。図１１は図９のＸＩ−ＸＩ線による断面図である。図９において、電機子コア１２の手前側、紙面左右方向にコイル１１が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。図１０、図１１に示すように、永久磁石１４の磁化方向は紙面右側から左側（図９では奥側から手前側）としてある。したがって、永久磁石１４の左側の電機子コア１３はＮ極に、右側の電機子コア１２はＳ極に励磁される。図１０に示す断面では電機子コア１２の下側、電機子コア１３の上側には、ともに歯部２２ａ、２１ａがない。そのため、電機子コア１２、１３は歯部２２ａ、２１ａとの吸引はほとんど発生しない。それに対して図１１に示す断面では電機子コア１２と歯部２１ａとが吸引する。電機子コア１３と歯部２２ａとが吸引する。図９で見ると手前側の電機子コア１２はＮ極に、奥側の電機子コア１３はＳ極に励磁される。よって手前側の電機子コア１２は上側の歯部２１ａと吸引し、奥側の電機子コア１３は下側の歯部２２ａと吸引し、可動子１は紙面左側へ移動する。なお、図１０においても図７と同様に断面奥側に見える歯部２１ａ、２２ａは記載を省略している。
【００３６】
図１２は実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図１２は図９の状態から可動子１が左側に移動した状態を示す図である。図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線による断面図である。図１４は図１２のＸＩＶ−ＸＩＶ線による断面図である。図１２は固定子２の開口側から見た場合の図である。図１３、図１４それぞれの紙面左側が図１２の紙面表側を示す。図１２において、電機子コア１２の手前側、紙面左右方向にコイル１１が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。可動子１のコイル１１に流れる交流電流は図６とは逆方向となる。図１２に示す方向にコイル１１を通電した場合、可動子１及び固定子２がどのように励磁されるかについては、図６の場合と同様に可動子１及び固定子２を含めた一体の磁気回路で考慮する必要がある。
【００３７】
図１２において、上板部２１の歯部２１ａの磁極及び電機子コア１３の突起部１３ａの磁極は点線で示す。下板部２２の歯部２２ａの磁極及び電機子コア１２の突起部１２ａの磁極は実線で示す。実線、点線の使い分けは図６と同様である。実線は手前側で発生している現象を示す。点線は奥側で発生している現象を示す。
【００３８】
コイル１１を図１２、図１３、図１４に示す向きに通電すると、電機子コア１２、１３ともに上側がＳ極、下側がＮ極に励磁されようとする。しかしながら、図１３に示す断面では電機子コア１２、１３の上側にも下側にも歯部２１ａ、２２ａはない。そのため、電機子コア１２、１３の全体が一律に、上側はＳ極、下側はＮ極に励磁されるような磁力線の流れは生じない。図１４に示す断面において電機子コア１３→永久磁石１４→電機子コア１２という経路を磁力線は流れる事となる。磁力線は磁気回路として最も磁気抵抗の少ない経路を通過しようとするからである。空気は磁性体より磁気抵抗が大きく、距離が長いほど磁気抵抗が大きくなる。そのため、歯部２１ａ、２２ａと対向していない電機子コア１２の突起部１２ａ、電機子コア１３の突起部１３ａでは磁力線の出入りは生じない。図１４に示すように、歯部２１ａから、それと対向する電機子コア１３の突起部１３ａへ磁力線が流れ、歯部２２ａと対向する電機子１２の突起部１２ａから歯部２２ａへ磁力線が流れる事となる。その結果、図１４の、上側の歯部２１ａの奥側（側板部２３側）はＮ極、下側の歯部２２ａの手前側（開口側）はＳ極に励磁される。それ以外の歯部２１ａ、２２ａについても同様である。なお、図１３においても図７と同様に断面奥側に見える歯部２１ａ、２２ａは記載を省略している。
【００３９】
図１２、図１３、図１４を参照して、コイル１１を通電したことによる電機子コア１２、１３の励磁について説明したが、次に電機子コア１２、１３に挟まれた磁石１４による電機子コア１２、１３の励磁とリニアモータの推力発生原理について述べる。図１５は実施の形態１に係るリニアモータの推力発生原理を示す説明図である。図１６は図１５のＸＶＩ−ＸＶＩ線による断面図である。図１７は図１５のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線による断面図である。図１５において、電機子コア１２の手前側、紙面左右方向にコイル１１が通っているが、説明の都合上、記載を省略している。図１６、図１７に示すように、永久磁石１４の磁化方向は紙面右側から左側（図１５では奥側から手前側）としてある。したがって、永久磁石１４の左側の電機子コア１２はＮ極に、右側の電機子コア１３はＳ極に励磁される。図１６に示す断面では電機子コア１２の上側、電機子コア１３の下側には、ともに歯部２１ａ、２２ａがない。そのため、電機子コア１２、１３は歯部２１ａ、２２ａとの吸引はほとんど発生しない。それに対して図１７に示す断面では電機子コア１２と歯部２２ａとが吸引する。電機子コア１３と歯部２１ａとが吸引する。図１５で見ると手前側の電機子コア１２はＮ極に、奥側の電機子コア１３はＳ極に励磁される。よって手前側の電機子コア１２は下側の歯部２２ａと吸引し、奥側の電機子コア１３は上側の歯部２１ａと吸引し、可動子１は紙面左側へ移動する。可動子１が左側に移動すると先に示した図６から図１１と同様な状態となる。このように同様な動作を繰り返すことにより、可動子１は継続的に移動する。
【００４０】
ここで２種類の電機子コア１２、１３及び磁石１４との組み合わせと上下の歯部２１ａ、２２ａにおいて通電による励磁の状態について考察する。まず電機子コア１２、１３の励磁について考える。図８、図１４に示すように手前側（紙面左側）の電機子コア１２の突起部１２ａは上部及び下部ともＮ極に励磁されるか又は励磁されない。奥側（紙面右側）の電機子コア１３の突起部１３ａは上部及び下部ともＳ極に励磁されるか又は励磁されない。
【００４１】
次に歯部２１ａ、２２ａについて考える。図８、図１４に示すように、歯部２１ａ及び歯部２２ａの奥側はＮ極に励磁されるか又は励磁されない。歯部２１ａ及び歯部２２ａの手前側はＳ極に励磁されるか又は励磁されない。
【００４２】
電流の向きを一定の周期で変える(交番電流を流す)と本実施の形態の電機子コア１２、１３や歯部２１ａ、２２ａはＮ←→Ｓの様に磁極が変化せず、残留値←→Ｎ又は残留値←→Ｓのように変化する。すなわち、ＮからＳ又はＳからＮのように逆の極には変化しない。
上記歯部２１ａ、２２ａおいて左側（手前側）、右側（奥側）と表記しているが、励磁の状態はこれらの真ん中で完全に分かれているわけではなく、歯部２１ａ、２２ａの中央部においてはＳ極になったりＮ極になったりする。２つの磁極が所謂オーバーラップする部分が存在する。左側、右側は図７、８、１０、１１、１３、１４、１６及び１７を参照する際の表記であり、手前側、奥側は図６、９、１２及び１５を参照する際の表記である。
【００４３】
ここで磁性体のヒステリシス損について考える。ヒステリシス損は磁性体を交流で磁化した場合に失われる電気エネルギーである。ヒステリシス損は該磁性体のヒステリシスループで囲まれた部分の面積に比例することが知られている。本実施の形態のリニアモータのように、電機子１２の突起部１２ａ、電機子コア１３の突起部１３ａ、歯部２１ａ、２２ａで励磁される極を限定しＮとＳとの間で変化しないようにすれば、ヒステリシスループの面積を小さくでき、ヒステリシス損を低減できる。
【００４４】
図１８は鉄の通常のヒステリシス曲線を示したグラフである。図１９は実施の形態１に係るリニアモータにおける電機子コア１２、１３、歯部２１ａ、２２ａのヒステリシス曲線を示したグラフである。横軸が磁界の強さであり、単位はＡ／ｍである。縦軸が磁束密度であり、単位はＴである。図１８と図１９とを比較して明らかのように、図１９で示す本実施の形態におけるヒステリシス曲線で囲まれた部分の面積のほうが、図１８で示すヒステリシス曲線で囲まれた部分の面積より小さい。したがって、ヒステリシス損の低減が示されている。
【００４５】
上述したような実施の形態１に係るリニアモータは次のような効果を奏する。可動子１のみに永久磁石１４を使用するので、移動距離の全長が長くても永久磁石１４の使用量が増加しない。また、可動子１で同一形状の電機子コア１２、１３を反転して交互に配列したことにより、固定子２の歯部２１ａ、２２ａの磁極は残留値からＮ極又はＳ極、Ｎ極又はＳ極から残留値にしか変化しないため、ヒステリシス損が低減し、低電力で高速動作が可能となる。
【００４６】
なお、磁石１４の磁化方向は図９等に示すように固定子２の図９等の紙面奥側から手前側としたが、逆向きとしても良い。その場合、電機子コア１２と電機子コア１３との間で流れる磁力線の向きが逆向きとなる。すなわち、磁力線は電機子コア１２の突起部１２ａから入り、磁石１４を通り、電機子コア１３の突起部１３ａから出るという経路となる。電機子コア１２と電機子コア１３との間で流れる磁力線の向きが逆向きとなることにより、上述した動作も変わるが、動作原理については同様である。
【００４７】
また、実施の形態１では可動子１がすべて固定子２に挟まれている形態を示したが、本発明においては可動子１のうち電機子コア１２、１３と永久磁石１４とが固定子２に挟まれていればよく、コイル１１の一部が固定子２から突出していてもよい。
【００４８】
次に端効果による影響の改善について説明する。端効果とは、リニアモータにおいて、可動子両端に発生する磁気的吸引、反発力の影響がモータの推力特性(コギング特性、ディテント特性）に影響を及ぼすことを言う。端効果が発生するのは、磁束ループが可動子の移動方向と同じ方向に流れるためである。（特許文献１の第２図参照）しかしながら、実施の形態１に係るリニアモータでは、固定子２本体を通る磁路を含めたループ（磁束ループ）は進行方向と直角な方向に流れるため、端効果の影響を低減させることが可能となる。
【００４９】
実施の形態２
図２０は実施の形態２に係るリニアモータの固定子２の構成を示す正面図である。実施の形態２において、歯部２１ａ、２２ａのそれぞれは溝２１ａ１、２２ａ１を有することを特徴とする。上述したように歯部２１ａ、２２ａはコイル１１による励磁と、歯部２１ａ、２２ａを含む固定子２、電機子コア１２、１３、永久磁石１４により構成される磁力線の流れによる励磁とが混在する。この２つの励磁により、歯部２１ａ、２２ａの長手方向の中央付近には、Ｓ極とＮ極とがオーバーラップする領域が発生する。オーバーラップする領域により、歯部２１ａ、２２ａの励磁が弱まるので、このオーバーラップする領域は存在しないか、存在したとしても狭い領域であることが望ましい。そこで、実施の形態２においては、歯部２１ａ、２２ａそれぞれに溝２１ａ１、２２ａ１を設けてある。
【００５０】
溝２１ａ１は歯部２１ａの長手方向の中央部に形成してある。溝２１ａ１は歯部２１ａの可動子１と対向する面から板状部２１方向へ掘ったように形成してある。溝２１ａ１は歯部２１ａの長手方向と交差する方向に沿って形成してある。図２０では、溝２１ａ１は歯部２１ａの長手方向と直角な方向、すなわち短手方向に沿って形成してある。溝２１ａ１は断面が矩形状となる矩形溝としてある。溝２１ａ１の深さは歯部２１ａの突出長より短くしてある。図２０では、溝２１ａ１の底面付近の連結部２１ａ２で左右の歯部はつながっている。それに限らず、歯部２１ａが溝２１ａ１により左右が完全に分かれていても良い。一方、歯部２１ａ（２２ａ）の可動子１と対向する面を左右に分ける程度の深さの浅いＶ溝を溝２１ａ１（２２ａ１）としても良い。なお、歯部２２ａに形成してある溝２２ａ１、連結部２２ａ２はそれぞれ歯部２１ａに形成してある溝２１ａ１、連結部２１ａ２と同様であるので、説明を省略する。
【００５１】
以上のように実施の形態２に係るリニアモータは、実施の形態１に係るリニアモータが奏する効果に加え、溝２１ａ１、２２ａ１により歯部２１ａ、２２ａの中央部でＳ極とＮ極がオーバーラップする領域を低減することが可能となる。それにより、歯部２１ａ、２２ａの励磁状態が安定し、安定した推進力を得ることが可能となる。なお、溝２１ａ１、２２ａ１の深さや幅を適宜設定することにより、オーバーラップする領域をなくすことも可能である。
【００５２】
実施の形態３
図２１は実施の形態３に係るリニアモータの可動子１の構成を示す斜視図である。図２２は実施の形態３に係るリニアモータの可動子１の構成を示す平面図である。固定子２については、実施の形態１又は実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３において、電機子コア１２の突起部１２ａ１の可動方向（紙面左右方向）の長さは、他の突起部１２ａよりも長くなっている。それに対応して突起部１２ａ１の反対側（紙面裏側）にある凹部１２ｂ１も可動方向の長さが他の凹部１２ｂよりも長くなっている。電機子コア１３も電機子コア１２と同様である。凹部１３ｂ１の可動方向の長さは他の凹部１３ｂよりも長くなっている。凹部１３ｂ１の反対側にある突起部１３ａ１（図示せず）の可動方向の長さも他の突起部１３ａよりも長くなっている。
【００５４】
電機子コア１２の突起部１２ａ、１２ａ１、電機子コア１２の凹部１２ｂ、１２ｂ１は端面が長方形ではない平行四辺形状としてある。同様に電機子コア１３の突起部１３ａ、１３ａ１、電機子コア１３の凹部１３ｂ、１３ｂ１も端面が長方形ではない平行四辺形状としてある。これにより、突起部１２ａ、１２ａ１、１３ａ、１３ａ１は図２２に示すように、移動方向に対する面が傾いている。いわゆるスキュー配置してある。以上のような構成は、ディテント力を低減させるための構成である。
【００５５】
可動子１は移動方向で比透磁率が周期的に変化するため、高次のディテント力高調波成分が顕著になる。一般に相独立型の駆動では、３相合成時に基本波及び２次、４次の高調波は打ち消されるが、３次、６次、９次などの３の倍数の高調波は強め合うこととなる。
【００５６】
高調波成分の中で特に６次の高調波が多くなる傾向にあるため、電機子コア１２の突起部１２ａ１、電機子コア１３の突起部１３ａ１の移動方向の長さを、他の突起部１２ａ、１３ａよりもτ／６（τ：極ピッチ、τ＝λ／２、λ：電気角で３６０度に相当する長さ）だけ長くしてある。これにより、突起部１２ａ１（１３ａ１）と突起部１２ａ（１３ａ）とに発生するディテント力の位相が６次の高調波成分において１８０度異なるので、６次の高調波成分が打ち消され減少する。なお、τ／６だけ突起部１２ａ１（１３ａ１）を長くしたが、τ／６だけ突起部１２ａ１（１３ａ１）を他の突起部１２ａ（１３ａ）より短くしても、同様の効果を奏する。すなわち、他の突起部１２ａ（１３ａ）とτ／６だけ長さが異なる電機子コアを設ければ良い。
【００５７】
次に、１２次以上の高調波成分については、電機子コア１２の突起部１２ａ、１２ａ１、電機子コア１３の突起部１３ａ、１３ａ１をスキュー配置することにより低減可能である。スキュー配置は、移動方向の垂直方向に対して傾斜（角度）をつけて電機子コア１２の突起部１２ａ、１２ａ１、電機子コア１３の突起部１３ａ、１３ａ１を形成することである。なお、スキューさせる角度（スキュー角度）は０〜６度程度である。
【００５８】
上述では電機子コア１２の突起部１２ａ及び突起部１２ａ１の長さ並びに電機子コア１３の突起部１３ａ及び突起部１３ａ１の長さを変えると共に、突起部１２ａ、１２ａ１、１３ａ、１３ａ１のスキュー配置を行った。このような構成では、電機子コアの長さとスキュー角度は独立で変更できるため、主たる高調波成分に対してディテント力を有効に低減することが可能である。それに限られず、スキュー配置はせずに、突起部１２ａ１等の長さのみを変えても良い。また、突起部１２ａ１、１３ａ１は形成せずに、突起部１２ａ、１３ａのスキュー配置のみを行なっても良い。
【００５９】
以上のように実施の形態３に係るリニアモータは、実施の形態１及び実施の形態２に係るリニアモータが奏する効果に加え、ディテント力の高調波成分を低減するという効果を奏する。
【００６０】
実施の形態４
図２３は実施の形態４に係るリニアモータの固定子２の構成を示す断面図である。図２３はリニアモータの固定子２を移動方向に沿って切断した横断面図である。上板部２１が有する歯部２１ａ及び下板部２２が有する歯部２２ａをスキュー配置している。図２３の左から３番目の歯部２１ａを用いて説明する。歯部２１ａの断面は長方形である。点線で示す長方形は歯部２１ａをスキュー配置していない場合を示している。図２３において、可動子１の移動方向は左右の方向である。スキュー配置していない場合、点線で示す歯部２１ａの断面短辺は可動子１の移動方向に対して、平行である。スキュー配置した場合、断面短辺Ｅ１とＥ２は可動子１の移動方向に対して傾斜していることとなる。図２３では歯部２２ａは突出方向先端の端面が現れている。図２３の左から二番目の歯部２２ａにおいて、点線で示す長方形は歯部２２ａがスキュー配置していない場合を示している。端面の短辺は可動子１の移動方向と平行であり、傾斜していない。スキュー配置した場合、端面の短辺Ｅ３、Ｅ４は可動子１の移動方向に対して傾斜している。歯部２２ａの断面は端面と同一形状であるから、断面短辺も同様に可動子１の移動方向に対して傾斜することとなる。
【００６１】
可動子１については、上述の実施の形態１から実施の形態３といずれか同様であるので、説明を省略する。実施の形態４においては、固定子２の歯部２１ａ及び歯部２２ａをスキュー配置することにより、可動子１の電機子コア１２の突起部１２ａ（１２ａ１）、電機子コア１３の突起部１３ａ（１３ａ１）をスキューさせなくても、ディテント力の低減が可能となる。
なお、可動子１として上述の実施の形態３と同様なものも使用可能である。ディテント力の低減には、固定子２の歯部２１ａ、２２ａ並びに可動子１の電機子コア１２の突起部１２ａ（１２ａ１）、電機子コア１３の突起部１３ａ（１３ａ１）のなす角度が関係する。当該なす角度が適切な値となるように、固定子２の歯部２１ａ、２２ａ並びに可動子１の電機子コア１２の突起部１２ａ（１２ａ１）、電機子コア１３の突起部１３ａ（１３ａ１）のそれぞれをスキューさせれば良い。
【００６２】
実施の形態５
図２４は実施の形態５に係るリニアモータの固定子２の構成を示す断面図である。リニアモータを移動方向に沿って切断した横断面図である。上板部２１が有する歯部２１ａ及び下板部２２の有する歯部２２ａをスキュー配置している。すなわち、固定子２の歯部２１ａ及び歯部２２ａは、可動子１の移動方向に対して傾斜するように配置してある。可動子１については、上述の実施の形態１から実施の形態４のいずれかと同様であるので、説明を省略する。
【００６３】
実施の形態５において、一方の板状部２１が備える歯部２１ａと他方の板状部２２が備える歯部２２ａとでは、断面短辺の傾斜の方向を逆にしてある。図２４に示すように、歯部２１ａの断面短辺Ｅ１、Ｅ２と歯部２２ａの端面短辺Ｅ３、Ｅ４とは可動子１の移動方向に対して傾斜している。その点は上述の実施の形態４と同様である。実施の形態５では、歯部２１ａと歯部２２ａとで傾斜する方向を逆にしている。すなわち、歯部２１ａの断面短辺Ｅ１、Ｅ２の傾斜方向と歯部２２ａの断面短辺Ｅ３、Ｅ４とは傾斜方向が逆にしてある。これは、スキュー配置したことによるこじりを抑えることを目的としている。歯部２１ａ、２２ａをスキュー配置することにより、リニアモータに発生する推力は、移動方向からスキュー角度分傾く方向に生じるので、可動子１全体が傾きこじりを発生する場合がある。歯部２１ａと歯部２２ａの傾斜方向を逆にすることにより、歯部２１ａと歯部２２ａにより発生する移動方向に垂直な方向（横方向）の推力成分が逆向きとなる。そのため、横方向の推力成分は、互いに打ち消しあい、こじりを防止することが可能となる。
【００６４】
以上のように、実施の形態５においては、実施の形態１から実施の形態４に係るリニアモータにおける効果に加え、次の効果を奏する。固定子２の歯部２１ａ及び歯部２２ａをスキュー配置することにより、可動子１の電機子コア１２の突起部１２ａ（１２ａ１）、電機子コア１３の突起部１３ａ（１３ａ１）をスキューさせることなく、ディテント力の高調波成分を低減するという効果を奏する。また、歯部２１ａと歯部２２ａの傾ける向きを逆方向にすることにより、こじりを防止するという効果を奏する。
【００６５】
なお、実施の形態５においても、実施の形態４と同様に、実施の形態３における可動子１を用いることも可能であり、可動子１及び固定子２のスキュー角度は適宜定めれば良い。
【００６６】
また、本明細書では、固定子２は板状部材において歯部となる部分が突出した形状であるが、例えば板状部材で歯となる部分を残しスリットを形成したり、または歯となる部分をくし歯状に形成したりしても、本発明は実施可能である。
さらにまた、上述においては、単相のリニアモータ（単相分のユニット）について説明したが、例えば３相駆動のリニアモータを構成する場合には、上記の可動子３個を、歯部のピッチ×（ｎ＋１／３）または歯部のピッチ×（ｎ＋２／３）（但し、ｎは整数）だけ間隔をあけて直線上に配置すれば良い。この場合、各可動子の長手方向の長さを考慮して整数ｎを設定すれば良い。
【００６７】
各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１  可動子
１１  コイル
１２  電機子コア
１２ａ、１２ａ１  突起部
１２ｂ、１２ｂ１  凹部
１３  電機子コア
１３ａ、１３ａ１  突起部
１３ｂ、１３ｂ１  凹部
１４  永久磁石（磁石）
２  固定子
２１  上板部（板状部）
２１ａ  歯部
２１ａ１  溝
２１ａ２  連結部
２２  下板部（板状部）
２２ａ  歯部
２２ａ１  溝
２２ａ２  連結部
２３  側板部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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