(57)【要約】【課題】ヨーク内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができるリニアモータを提供する【解決手段】リニアモータの可動子２は、移動方向に等配された複数のリブ状の磁性体突起部を各面に有する板状をなし、一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、該移動方向に沿って千鳥配置してある。固定子１は、間隙を介して可動子２の各面に対向する２つの板状部を有するＵ字溝状をなし、各板状部の対向する面それぞれに、磁性部材の複数の歯部が移動方向に等配してあり、各歯部間に永久磁石を支持する支持体を備える。支持体は、可動子２を介して対向する複数組の歯部それぞれを磁気結合させる磁路を形成する複数の磁性体部分と、各磁性体部分を隔てる非磁性体部分とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子及び該固定子に対して直線的に移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、
前記可動子（又は前記固定子）は、
移動方向に等配された複数のリブ状の磁性体突起部を各面に有する板状をなし、一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、該移動方向に沿って千鳥配置してあり、
前記固定子（又は前記可動子）は、
間隙を介して前記可動子（又は前記固定子）の各面に対向する２つの板状部を有するＵ字溝状をなし、各板状部の対向する面それぞれに、磁性部材の複数の歯部が移動方向に等配してあり、各歯部間に永久磁石を支持する支持体を備え、
該支持体は、
前記可動子（又は前記固定子）を介して対向する複数組の歯部それぞれを磁気結合させる磁路を形成する複数の磁性体部分と、
各磁性体部分を隔てる非磁性体部分と
を有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記非磁性体部分は、各永久磁石のＮ極と、Ｓ極とを隔てている
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】
各板状部に配された複数の歯部を囲繞し、各板状部の歯部側にそれぞれ磁極が現れるように前記磁性体突起部を磁化させるコイルを備える
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】
前記磁性体突起部は、
移動方向に非直角で交差する２辺を有する矩形板状である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記可動子（又は前記固定子）は、
磁性部材からなり、前記磁性体突起部と、該磁性体突起部が等配された板状の部分とは一体的に形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つ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、直線的に移動する可動子及び固定子を備えるリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは可動子及び固定子を備え、可動子は固定子との磁気的相互作用によって直線的に推進する（例えば、特許文献１）。固定子は、例えば長手方向に複数の歯を有する磁性材で構成される。可動子は、長手方向に略等間隔に複数の歯状の磁極部を有するヨークと、複数の磁極部に巻回されたコイルとを備える。磁極部間には永久磁石が埋設されており、磁性材の磁極部は、該永久磁石によって磁化されている。
このように構成されたリニアモータにおいては、コイルに交流電圧を印加することによって、固定子の歯部及び可動子の磁極部を貫く磁気ループを生成し、歯部を磁化させる。周期的に磁極が反転する歯部は、磁極部と磁気的に相互作用し、可動子に推力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４１８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に係るリニアモータにおいては、可動子の磁極部間に埋設された永久磁石から発生した磁束の一部が、可動子側のヨーク内でループを形成し、可動子の推力に寄与しないという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヨーク内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができるリニア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】
【０００６】
本発明に係るリニアモータは、固定子及び該固定子に対して直線的に移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、前記可動子（又は前記固定子）は、移動方向に等配された複数のリブ状の磁性体突起部を各面に有する板状をなし、一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、該移動方向に沿って千鳥配置してあり、前記固定子（又は前記可動子）は、間隙を介して前記可動子（又は前記固定子）の各面に対向する２つの板状部を有するＵ字溝状をなし、各板状部の対向する面それぞれに、磁性部材の複数の歯部が移動方向に等配してあり、各歯部間に永久磁石を支持する支持体を備え、該支持体は、前記可動子（又は前記固定子）を介して対向する複数組の歯部それぞれを磁気結合させる磁路を形成する複数の磁性体部分と、各磁性体部分を隔てる非磁性体部分とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明にあっては、対向する板状部の離隔方向の磁束が外部から与えられた場合、該磁束は、可動子（又は固定子）を介して略対向する歯部を通り、磁性体部分の磁路を介してループを形成し、可動子（又は固定子）の磁性体突起部は前記磁束によって磁化する。
一方、複数組の歯部間の磁路を形成する複数の磁性体部分は、非磁性体部分によって隔てられているため、支持体内でループする永久磁石の磁束量は、従来技術のリニアモータに比べて低減される。つまり、磁化した磁性体突起部と磁気的相互作用する永久磁石の磁束は、従来技術のリニアモータに比べて大きい。
【０００８】
本発明に係るリニアモータは、前記非磁性体部分は、各永久磁石のＮ極と、Ｓ極とを隔てていることを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、非磁性体部分が各永久磁石のＮ極と、Ｓ極とを隔てている。つまり、Ｎ極と、Ｓ極との間に非磁性体部分が存在する。従って、支持体内でループする永久磁石の磁束量はより低減される。
【００１０】
本発明に係るリニアモータは、各板状部に配された複数の歯部を囲繞し、各板状部の歯部側にそれぞれ磁極が現れるように前記磁性体突起部を磁化させるコイルを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、支持体側にコイルを備えるため、移動方向に等配された複数の磁性体突起部を有する構成部分が簡素化され、軽量となる。従って、該構成部分を可動子とすることにより、実質的により強い推力を得ることができる。
【００１２】
本発明に係るリニアモータは、前記磁性体突起部は、移動方向に非直角で交差する２辺を有する矩形板状であることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、磁性体突起部が略矩形板状をなし、移動方向に交差する２辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が低減され、固定子及び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である。
【００１４】
本発明に係るリニアモータは、前記可動子（又は前記固定子）は、磁性部材からなり、前記磁性体突起部と、該磁性体突起部が等配された板状の部分とは一体的に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明にあっては、可動子（または固定子）が磁性部材からなり、磁性体突起部と、該磁性体突起部が等配された板状の部分とが一体的に形成されているため、該可動子（または該固定子）の構造が簡単となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にあっては、支持体内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態に係るリニアモータの一構成例を示す斜視図である。
【図２】リニアモータの一構成例を示す横断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】固定子の一構成例を示す斜視図である。
【図７】支持体の一構成例を示す斜視図である。
【図８】支持体の一構成例を示す底面側斜視図である。
【図９】可動子の一構成例を示す側面図及び断面図である。
【図１０】リニアモータの推力発生の原理、特にコイルによる励磁を説明するための概念図である。
【図１１】リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。
【図１２】リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。
【図１３】本実施の形態における可動子の第１変形例を示す側面図及び断面図である。
【図１４】本実施の形態における可動子の第２変形例を示す側面図である。
【図１５】本実施の形態における可動子の第３変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
図１は本実施の形態に係るリニアモータの一構成例を示す斜視図、図２は前記リニアモータの一構成例を示す横断面図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図２のIV−IV線断面図、図５は図２のＶ−Ｖ線断面図である。本実施の形態に係るリニアモータは、Ｕ字溝状の固定子１及び該固定子１に対して直線的に移動する板状の可動子２を備える。
【００１９】
＜固定子の構成＞
図６は固定子１の一構成例を示す斜視図である。固定子１は、可動子２の移動方向に等配されるように永久磁石１３、１２(不図示)を支持する支持体１１と、コイル１４、１５とを備える。
【００２０】
図７は支持体１１の一構成例を示す斜視図、図８は支持体１１の一構成例を示す底面側斜視図である。支持体１１は、Ｕ字溝状をなし、可動子２の移動方向に長い略矩形の底板部と、該底板部の各長辺部から略垂直に設けられており、間隙を有して板状の可動子２の各面に対向する２つの板状部とを有する。つまり、２つの板状部は、可動子２を介して対向している。各板状部の可動子２と対向する各面にはそれぞれ、磁性部材からなる複数の歯部１１ａ及び歯部１１ｂが、所定距離を隔てて可動子２の移動方向に等配されている。歯部１１ａ、１１ｂは、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、歯部１１ａ、１１ｂ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。歯部１１ａ、１１ｂは板状ないし縦長棒状の略直方体であり、可動子２の移動方向に並ぶ各歯部１１ａ、１１ｂ間には、縦長略直方体の永久磁石１２、１３が支持されている。永久磁石１２、１３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ことが望ましい。なお、永久磁石１２、１３は、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。永久磁石１２、１３の磁化方向は可動子２の移動方向であり、各歯部１１ａ、１１ｂに同じ磁極が対向している。このため、歯部１１ａ、１１ｂは全体が単極となり、移動方向に沿って、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極というように、交互に異なる磁極が現れる（図１１、図１２参照）。歯部１１ａ、１１ｂの前記移動方向における厚みは、該移動方向に並ぶ歯部１１ａ、１１ｂ間の距離よりも短い。また、歯部１１ａ、１１ｂ及び永久磁石１２、１３の縦横寸法は略同一であり、永久磁石１２、１３の上下面及び可動子２側側面は、歯部１１ａ、１１ｂと面一になっている。２つの板状部の一方の面の歯部１１ａと、他方の面の歯部１１ｂとは、図７に示すように、歯部１１ａ，１１ｂの突出方向において対向している。
【００２１】
支持体１１は、可動子２を介して略対向する複数組の歯部１１ａ、１１ｂそれぞれを磁気結合させる磁路を形成する略Ｕ字板状の複数の磁性体部分１１ｃと、各磁性体部分１１ｃを隔てる略Ｕ字板状の非磁性体部分１１ｄとを有する。図６〜８中、磁性体部分１１ｃと、非磁性体部分１１ｄとの境界を、概念的に破線で示している。可動子２の移動方向における磁性体部分１１ｃの厚みは、歯部１１ａ、１１ｂの前記移動方向の厚みと略同一であり、磁性体部分１１ｃ及び歯部１１ａ、１１ｂは全体で略Ｕ字板状をなしている。磁性体部分１１ｃを構成する部材は、歯部１１ａ、１１ｂと同様である。同様に、可動子２の移動方向における非磁性体部分１１ｄの厚みは、永久磁石１２、１３の前記移動方向の厚みと略同一であり非磁性体部分１１ｄは全体で略Ｕ字板状をなしている。非磁性体部分１１ｄは、例えばアルミ又はステンレスであり、各永久磁石１２、１３の側面に当接して、各永久磁石１２、１３のＮ極と、Ｓ極との間を隔てている。
非磁性体部分１１ｄは樹脂で形成されてもよい。また非磁性体部分１１ｄは固定子の強度や寸法精度が確保できる範囲であれば、有形の非磁性体部分１１ｄを無くし、磁性体部分１１ｃを隔てる間隙を非磁性体部分として構成してもよい。
【００２２】
なお、支持体１１は、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してもよい。支持体１１は折り曲げの他に平板状の板を溶接等の接合やねじ止め等により形成してもよい。歯部１１ａ、１１ｂについても、磁性金属板、例えば鋼板等により形成し、支持体１１に溶接等で接合又はねじ止め等により固定してもよい。またＵ字状に形成した磁性鋼板の歯部１１ａ、１１ｂとなる部位を残し歯部１１ａ、１１ｂ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１１ａ、１１ｂとしてもよい。このようにすると、歯部１１ａ、１１ｂ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１のコストダウンが可能となる。
【００２３】
更に、コイル１４は、中心線が可動子２に略直交するように、２つの板状部の一方の面に形成された複数の歯部１１ａを囲繞している。つまり、コイル１４が生成する磁束が、支持体１１の２つの板状部間に挿嵌された板状の可動子２を貫くように支持体１１に設けられている。同様にして、コイル１５は、中心線が可動子２に略直交するように、２つの板状部の一方の面に形成された複数の歯部１１ｂを囲繞している。
【００２４】
＜可動子の構成＞
図９は、可動子２の一構成例を示す側面図及び断面図である。図９Ａは可動子２の側面図、図９Ｂは図９ＡのIX−IX線断面図である。可動子２は、支持体１１よりも移動方向に長い略矩形板状のベース部２１を有し、支持体１１を構成する２つの板状部の間に間隙を有して挿嵌されている。ベース部２１の各面（固定子１の歯部１１ａ、１１ｂと対向する２つの面）には、複数のリブ状の磁性体突起部２２，２３が移動方向に等配されている。一方の面の磁性体突起部２２と、他方の面の磁性体突起部２３とは、可動子２の移動方向に沿って千鳥配置されている。また、磁性体突起部２２，２３は、ベース部２１の短辺方向に長い矩形板状をなし、各磁性体突起部２２，２３の長辺は前記移動方向に対して直角である。更に、可動子２のベース部２１及び磁性体突起部２２，２３は一体的に形成され、全体が磁性部材で構成されている。磁性部材はケイ素鋼板を加工してもよくまた積層により作製してもよい。ＳＭＣといった軟磁性複合部材を用いてもよい。可動子２の長手方向における磁性体突起部２２の幅は、歯部１１ｂよりも長く、磁性体突起部２２のピッチは、歯部１１ｂのピッチの略２倍である。同様に、可動子２の長手方向における磁性体突起部２３の幅は、歯部１１ａよりも長く、磁性体突起部２３のピッチは、歯部１１ａのピッチの略２倍である。そして、可動子２の長手方向に並ぶ磁性体突起部２２及び磁性体突起部２３のピッチは、歯部１１ａ，１１ｂのピッチと略同一である。なお歯部１１ａ、１１ｂ及び磁性体突起部２２、２３間のピッチは一例である。
磁性体突起部２２は、コイル１４、１５に電流が流れた場合、ベース部２１の厚み方向に磁束が貫くため、歯部１１ａ、１１ｂに対向する方向に磁極が現れる。
【００２５】
＜推力発生原理＞
図１０は、リニアモータの推力発生の原理、特にコイル１４、１５による励磁を説明するための概念図である。まず、永久磁石１２、１３の磁束を考慮せず、図１０を用いてコイル１４、１５による励磁について説明する。コイル１４、１５に図１０に示す方向の電流が流れた場合（丸の中に黒丸があるマークは紙面の裏から表への通電、丸の中にバツ印があるマークは紙面の表から裏への通電を示す）、コイル１４、１５によって発生した磁束は、矢印で示しているように、可動子２を介して対向する歯部１１ａ及び歯部１１ｂを通り、磁性体部分１１ｃの磁路を介してループし、可動子２の磁性体突起部２２（図１０中、下側の磁性体突起部）はＳ極、磁性体突起部２３（図１０中、上側の磁性体突起部）はＮ極に磁化し、歯部１１ａの可動子２側にはＳ極が発生し、歯部１１ｂの可動子２側にはＮ極が発生する。
【００２６】
次に、永久磁石１２、１３による磁極の発生と推力の発生を、図１１及び図１２を用いて説明する。
図１１及び図１２は、リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。各永久磁石１２、１３に示された白抜矢印は各永久磁石１２、１３の磁化方向を示している。上述したように、永久磁石１２、１３の磁化方向は可動子２の移動方向であり、各歯部１１ａ、１１ｂに前記永久磁石１２、１３の同じ磁極が対向しているため、歯部１１ａ、１１ｂは全体が単極となり、移動方向に沿って、図中左側からＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極というように、交互に異なる磁極が現れる。可動子２を介して対向する複数組の歯部１１ａ、１１ｂ間の磁路を形成する複数の磁性体部分１１ｃは、非磁性体部分１１ｄによって隔てられているため、支持体１１内でループする永久磁石１２、１３の磁束量は、従来技術のリニアモータに比べて小さい。このため、磁化した磁性体突起部２２，２３と磁気的相互作用する永久磁石１２、１３の磁束は、従来技術のリニアモータに比べて大きくなる。
【００２７】
このように、永久磁石１２、１３によって歯部１１ａ、１１ｂに現れた磁極と、コイル１４、１５への通電によって磁化した磁性体突起部２２，２３の磁極とが磁気的に吸引／反発する事により、可動子２に推力が発生する。
具体的には、磁性体突起部２２はＳ極であり、図１１中、該磁性体突起部２２に対向している歯部１１ｂもＳ極であるため、互いに反発するが、磁性体突起部２２よりも図１１中右寄りに位置しているＮ極の歯部１１ｂと、磁性体突起部２２との間には吸引力が発生する。同様に、磁性体突起部２３はＮ極であり、該磁性体突起部２３に対向している歯部１１ａもＮ極であるため、互いに反発するが、磁性体突起部２３よりも図１１中右寄りに位置しているＳ極の歯部１１ａと、磁性体突起部２３との間には吸引力が発生する。このため、図１１中右側の推力が発生する。図１２は、図１１に示した状態から可動子２が電気角１８０度に相当する距離を進んだときの状態を示している。この状態で図１２に示すような方向の電流が流れた場合、つまりコイル１４、１５に流れる電流の位相が１８０度変化した場合、磁性体突起部２２の磁極はそれぞれ、歯部１１ｂ側がＮ極となり、磁性体突起部２３の磁極はそれぞれ、歯部１１ａ側がＳ極になる。そして、図１１で示した同様の原理によって、図１２中右側の推力が発生する。コイル１４、１５に流れる電流の向きが周期的に反転した場合、同様にして、磁性体突起部２２，２３の磁極の向きが反転し、図１１及び図１２に示すような推力が発生し、直線的に移動する。
【００２８】
図１３は、本実施の形態における可動子２の第１変形例を示す側面図及び断面図である。図１３Ａは可動子１０２の側面図、図１３Ｂは図１３ＡのXIII−XIII線断面図である。第１変形例に係る可動子１０２は、上述の実施の形態と同様、ベース部１２１及び磁性体突起部１２２，１２３を有する。各磁性体突起部１２２，１２３は側面視が略平行四辺形状であり、幅方向（可動子の移動方向に略垂直な面内方向）両端に渡って設けられている。また、各磁性体突起部１２２，１２３の各長辺は移動方向に対して非直角である。
【００２９】
第１変形例によれば、磁性体突起部１２２，１２３の各長辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が軽減され推力むらを低減することができる。
なお、ディテント力を問題にしないのであれば、磁性体突起部１２２，１２３の各長辺を移動方向に対して略直角に構成しても良い。
【００３０】
図１４は、本実施の形態における可動子２の第２変形例を示す側面図である。図１３に示した第１変形例の磁性体突起部１２２，１２３はベース部１２１の幅方向（可動子の移動方向に略垂直な面内方向）に渡っているが、上辺及び下辺の傾斜部分を含め、前記幅方向における磁性体突起部２２２，２２３の長さが、前記幅方向における歯部１１ａ、１１ｂの長さよりも長くなるように可動子２０２を構成すれば十分である。例えば、可動子２０２の幅方向における磁性体突起部２２２，２２３の長さを、歯部１１ａ、１１ｂと同じ長さに構成すれば良い。
なお、ディテント力を問題にしないのであれば、磁性体突起部２２２の各長辺を移動方向に対して略直角に構成しても良い。
【００３１】
図１５は、本実施の形態における可動子２の第３変形例を示す側面図である。第３変形例に係る可動子３０２は、第１変形例の可動子１０２と同様の構成であり、可動子３０２の幅方向におけるベース部３２１及び磁性体突起部３２２，３２３の長さが、前記幅方向における歯部１１ａ、１１ｂの長さと略同一である。
なお、ディテント力を問題にしないのであれば、磁性体突起部３２２，３２３各長辺を移動方向に対して略直角に構成しても良い。
【００３２】
第３変形例によれば、可動子３０２の幅方向寸法を最小にし、小型化することができる。
【００３３】
本実施の形態に係るリニアモータによれば、支持体１１内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子２の推力を向上させることができる。
【００３４】
また、非磁性体部分１１ｄが各永久磁石１２、１３のＮ極と、Ｓ極とを隔てているため、支持体１１内でループする永久磁石１２、１３の磁束量を低減し、可動子２の推力を向上させることができる。
【００３５】
更に、支持体１１側にコイル１４、１５を備えるため、可動子２を軽量化でき、可動子２の推力を向上させることができる。
【００３６】
更にまた、変形例においては磁性体突起部１２２，１２３，２２２，２２３，３２２，３２３が略矩形板状をなし、各長辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が低減され、固定子１及び可動子２の相対位置の違いによる推力むらを低減することができる。
【００３７】
更にまた、可動子２はベース部２１及び磁性体突起部２２，２３が一体的に形成された磁性部材からなるため、可動子２の構造を簡単化することができる。
【００３８】
なお、本実施の形態では、磁性体突起部をベース部に形成してなる部分を可動子、支持体、永久磁石及びコイルで構成される部分を固定子として説明したが、磁性体突起部をベース部に形成してなる部分を固定子として構成しても良い。
また、ベース部に保持された磁性体突起部を磁化させることができれば、コイルを設ける位置は特に限定されることは無く、可動子又は固定子としてのベース部にコイルを設けても良い。
【００３９】
また、上述した実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、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】
【００４０】
１  固定子
２  可動子
１１  支持体
１１ａ、１１ｂ  歯部
１１ｃ  磁性体部分
１１ｄ  非磁性体部分
１２、１３  永久磁石
１４、１５  コイル
２１  ベース部
２２，２３  磁性体突起部
【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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