(57)【要約】  小型の構成及び大きな推力の発生を達成しながら、吸引力を大幅に低減できるとともにディテント力を低減できるリニアモータを提供する。リニアモータは、複数の矩形状の永久磁石を配列させた磁石配列を有する可動子と、可動子に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、可動子に隙間をあけてバックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備え、複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有し、バックヨークは、可動子に対向する面に、電機子の磁極歯と可動子の可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有する。
2018174235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の矩形状の永久磁石を配列させた磁石配列を有する可動子と、前記可動子に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、前記可動子に隙間をあけて前記バックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備えており、
前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、
前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、
前記バックヨークは、前記可動子に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記可動子の可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有しており、
前記バックヨークにおける磁極歯の磁極面積は、前記電機子における磁極歯の磁極面積の０．９倍〜１．１倍であり、前記可動子と前記バックヨークとの隙間は、前記可動子と前記電機子との隙間に等しいかまたは大きい
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記バックヨークにおける前記磁極歯の高さは、該磁極歯のピッチの１／２０倍以上２倍以下であ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】
前記可動子の長さは、前記電機子の長さよりも短く、前記バックヨークの長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記可動子と前記バックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、前記可動子と前記電機子との隙間の大きさは可変であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
複数の矩形状の永久磁石を配列させた磁石配列を有する可動子と、前記可動子に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、前記可動子に隙間をあけて前記バックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備えており、
前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、
前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、
前記バックヨークは、前記可動子に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記可動子の可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有しており、
前記バックヨークが有する前記磁極歯は、複数の板状部材を前記可動子の可動方向と交差する方向に積層してなる
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
前記バックヨークは、前記磁極歯の根元部から前記磁極歯の突出する方向とは逆方向の一部が、複数の板状部材を前記磁極歯の積層方向に積層してなり、
前記バックヨークの積層部分を構成する板状部材と、前記磁極歯を構成する板状部材とは、一体となっている
ことを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記複数の板状部材は、積層面に絶縁処理を施してある
ことを特徴とする請求項５または６に記載のリニアモータ。
【請求項８】
前記可動子は、前記磁石配列を保持する保持部材を有しており、前記保持部材は、前記複数の永久磁石それぞれが挿入される複数の孔を有していることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のリニアモータ。
【請求項９】
前記可動子は、前記保持部材及び前記複数の永久磁石が接着固定される板状のベース材を有することを特徴とする請求項８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、可動子と固定子とを組み合わせて直線運動出力を取り出すリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ，Ｙ移動には、回転型モータの出力をボールねじにて直線運動に変換する方法が用いられてきたが、移動速度が遅いため、直線運動出力を直接に取り出し可能なリニアモータの利用が進められている。リニアモータは、一般的には、複数の矩形状の永久磁石を有する可動子と、複数の磁極歯を有する電機子とを組み合わせて構成される。【０００３】
また、半導体製造装置の加工機におけるワイヤボンダ、チップマウンタでは高速な反復運動が必要であるため、質量が小さくて大きな加速度が得られるリニアモータの使用が好ましい。このようなリニアモータとして、小型化を図るために、例えば特許文献１または２に開示されているように、固定子としての電機子の全面に可動子の永久磁石が対向するのではなく、可動子における永久磁石の配列長さを電機子の長さよりも短くした構成をなすリニアモータが採用されている。【０００４】
この種のリニアモータは、複数の永久磁石を配列した磁石配列とこの磁石配列に一体化した平板状のバックヨークとを有する可動子と、複数の磁極歯夫々に駆動コイルを捲いた電機子とを隙間をあけて対向させた構成をなしている。駆動コイルへの通電によって、可動子（磁石配列及びバックヨーク）が移動し、可動子と電機子との長さの差がリニアモータの動作可能なストロークとなる。【０００５】
可動子を強磁性体で形成したバックヨークと磁石配列とで構成した場合、対向する固定子との間に吸引力が発生する。発生する吸引力により、可動子を所定方向に移動可能に支持するベアリングに大きな垂直抗力が働く。この垂直抗力は、ベアリングの短寿命化をもたらす。また、垂直抗力が働く方向は可動子の可動方向と交差する方向である。したがって、当該垂直抗力を考慮して、ベアリングの選定が必要となる。そのため、可動子による荷重に則したベアリングよりも、大型のベアリングを選定することになる。これは、リニアモータ全体の大型化につながる。【０００６】
そこで、上述のリニアモータとは異なり、磁石配列のみを可動子として機能させ、バックヨークは固定子として機能させるリニアモータが提案されている（特許文献３〜５など）。【０００７】
この種のリニアモータでは、磁石配列と平板状のバックヨークとを分離して、電機子とは反対側で隙間をあけてバックヨークを磁石配列に対向させ、磁石配列のみを移動可能としている。磁石配列のみが移動し、バックヨークは電機子と同様に移動しない。磁石配列の長さは電機子の長さより短く、この長さの差がリニアモータの動作可能なストロークとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２６９８２２号公報
【特許文献２】再公表特許ＷＯ２０１６／１５９０３４号公報
【特許文献３】特開２００５−１１７８５６号公報
【特許文献４】特開２０１５−１３０７５４号公報
【特許文献５】特開２００５−１８４９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
可動子は、対向する電機子の磁極歯面に強く吸引される。この際の吸引力Ｆは、下記式で表される。
Ｆ＝Ｂ2 Ｓ／２μ0
（但し、Ｂ：電極子の磁極歯上の磁束密度、Ｓ：可動子と電機
子との対向有効面積、μ0 ：真空の透磁率）【００１０】
磁石配列と平板状のバックヨークとを一体化させた可動子を有するリニアモータ（一体型リニアモータ：特許文献１または２など）では、この吸引力は、通常定格推力の数倍から十倍以上となる。よって、大きな吸引力によって可動子が撓むという問題がある。この結果、このような撓みが発生するリニアモータを利用する加工機の寸法精度が悪化する。また、可動子の剛性を大きくする必要があり、構成が大型化するという難点がある。【００１１】
過大な吸引力は、可動子を支持するリニアガイドにも及ぼされるので、この過大な吸引力に耐え得るようにリニアガイドは定格荷重が大きいものが必要となり、この点でも構成の大型化が避けられない。よって、上記のような吸引力を低減することが望まれる。但し、吸引力を低減させる際に、小型の構成と大きな推力の発生とを何れも実現できるようにしておく必要がある。【００１２】
また、一体型リニアモータでは、大きなエッジ効果によってコギングトルクが大きくなり、ディテント力が大きいという課題がある。【００１３】
磁石配列と平板状のバックヨークとを分離して磁石配列のみを移動させる構成のリニアモータ（分離型リニアモータ：特許文献３〜５など）にあっては、磁石配列にはバックヨークと電機子との双方から吸引力が働くため、一体型リニアモータに比べて、全体の吸引力は小さくなる。しかしながら、分離型リニアモータでは、磁石配列に対向する磁極面積が、電機子側では対向する磁極歯の面積だけであるのに対して、バックヨーク側では全磁石の面積とほぼ同じ面積になる。よって、両隙間内での磁束密度が同じである場合には、この磁極面積の比率に応じて、バックヨーク側でより大きな吸引力が働くことになるため、全体的な吸引力の大幅な低減は望めない。【００１４】
そこで、磁石配列とバックヨークとの隙間を広くして隙間の磁束密度を小さくし、磁石配列と電機子との間の吸引力と同程度にまで磁石配列とバックヨークとの吸引力を低減させることが考えられる。しかしながら、磁石配列とバックヨークとの隙間を広くした場合には、電機子からの推力発生のための磁束密度も低下するため、推力が小さくなるという問題がある。したがって、これまでに提案された分離型リニアモータにあっては、可動子に働く吸引力を低減させるためには推力の低下が避けられないという課題がある。【００１５】
また、分離型リニアモータでは、前述したように、可動子（磁石配列）と固定子（電機子）との間の吸引力、及び可動子とバックヨークとの吸引力が、略同じ大きさで、逆向きとなるため、可動子に働く吸引力を低減させることが可能となる。しかし、バックヨークと磁石配列とを分離したことにより、動作時のバックヨークに発生する渦電流が増大することが明らかとなった。渦電流の増大は発熱につながる。このようなリニアモータは、環境温度を所定の範囲に保つ必要がある装置、例えば半導体製造装置におけるステージの駆動源には適していない。【００１６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、小型の構成及び大きな推力の発生を達成しながら、吸引力を大幅に低減することが可能であるとともにディテント力を低減できるリニアモータを提供することを目的とする。【００１７】
本発明の他の目的は、磁石配列に働く吸引力を低減しつつ、渦電流を抑制可能な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】
【００１８】
本発明に係るリニアモータは、複数の矩形状の永久磁石を配列させた磁石配列を有する可動子と、前記可動子に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、前記可動子に隙間をあけて前記バックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備えており、前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、前記バックヨークは、前記可動子に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記可動子の可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有しており、前記バックヨークにおける磁極歯の磁極面積は、前記電機子における磁極歯の磁極面積の０．９倍〜１．１倍であり、前記可動子と前記バックヨークとの隙間は、前記可動子と前記電機子との隙間に等しいかまたは大きいことを特徴とする。【００１９】
本発明のリニアモータにあっては、複数の永久磁石を並べた磁石配列を有する可動子と、可動子に隙間をあけて対向配置したバックヨークと、バックヨークとは反対側で隙間をあけて可動子に対向配置した電機子とを有している。磁石配列が可動子として機能し、バックヨーク及び電機子は固定子として機能する。磁石配列における複数の矩形状の永久磁石夫々は厚さ方向に磁化されており、隣り合う永久磁石間でその磁化方向は逆向きである。電機子は、複数の磁極歯を等ピッチで有しており、各磁極歯には駆動コイルが捲かれている。バックヨークは、可動子に対向する面が平板状ではなく、複数の磁極歯が等ピッチで形成されている。バックヨークにおける磁極歯のピッチは、電機子の磁極歯のピッチに等しく、バックヨークにおける磁極歯の位置は、可動子（リニアモータ）の可動方向において電機子の磁極歯と同じ位置である。また、バックヨークの磁極歯の磁極面積は、電機子の磁極歯の磁極面積の０．９倍〜１．１倍である。また、可動子とバックヨークとの隙間は、可動子と電機子との隙間以上である。【００２０】
本発明のリニアモータでは、バックヨークにも電機子と同じ位置に略同じ磁極面積の磁極歯を設けている。つまり、電機子からの駆動磁束が印加されるバックヨーク部分のみを可動子に近接させて、電機子の磁極歯に対向する部分以外で可動子からの隙間をあける構成としている。可動子に対向する電機子の磁極面積と、可動子に対向するバックヨークの磁極面積とが略等しくなるので、互いに効率良く相殺されて、全体の吸引力は大幅に小さくなる。したがって、可動子とバックヨークとの隙間を大きくしなくても吸引力の大幅な低減を実現できる。この際、可動子とバックヨークとの隙間を大きくする必要がないため、推力の低下が小さい。【００２１】
また、バックヨークへの磁極歯の形成による凹凸形状により、駆動磁束の剪断領域がバックヨークに生じるため、電機子だけでなくバックヨークも推力の発生に寄与する。この推力発生が、可動子との間隙（エアギャップ）が２箇所に増えたことに起因する推力の低下を補うことになり、全体としての大きな推力が得られる。したがって、大きな推力を維持しながら、磁石配列（可動子）に働く吸引力を大幅に低減できる。【００２２】
本発明のリニアモータでは、複数の磁極歯を等ピッチで有する電機子と、この電機子の磁極歯と可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有するバックヨークとの間に、可動子を配置した構成であるため、可動方向に垂直な方向での磁石配列のコギングが少なくなるため、可動子のディテント力の低減を図ることができる。【００２３】
バックヨークの磁極歯の磁極面積をあまり広くした場合には、周りから磁束を多く拾って吸引力が大きくなり、一方、バックヨークの磁極歯の磁極面積をあまり狭くした場合には、推力を得るための磁束が減って推力が低下する。よって、バックヨークの磁極歯の磁極面積を、電機子の磁極歯の磁極面積の０．９倍〜１．１倍とする。【００２４】
電機子の磁極歯には駆動コイルが捲かれるため、電機子の磁極歯はあまり低く構成されず、電機子の磁極歯の高さはバックヨークにおける磁極歯の高さよりも高くなる。このためバックヨークでは磁極歯の高さが低いため磁極歯以外の部分にも磁束が発生して吸引力が電機子側より大きくなる傾向にある。よって、吸引力の効率的な相殺が行えるように、可動子とバックヨークとの隙間を、可動子と電機子との隙間に等しいかまたは大きくする。【００２５】
本発明に係るリニアモータは、前記バックヨークにおける前記磁極歯の高さは、該磁極歯のピッチの１／２０倍以上２倍以下であることを特徴とする。【００２６】
本発明のリニアモータにあっては、バックヨークの磁極歯の高さをピッチに比べて小さくし過ぎた場合には、磁極歯（凹凸形状）を設けた効果が得られず、一方、磁極歯の高さをピッチに比べて大きくし過ぎた場合には、効果が変わらずに小型化に逆行する。よって、バックヨークにおける磁極歯の高さを、磁極歯のピッチの１／２０倍以上２倍以下とする。【００２７】
本発明に係るリニアモータは、前記可動子の長さは、前記電機子の長さよりも短く、前記バックヨークの長さよりも短いことを特徴とする。【００２８】
本発明のリニアモータにあっては、可動子の長さが電機子及びバックヨーク夫々の長さよりも短い。よって、小型の構成であり、大きな加速度を確保できる。また、エッジ効果が小さくなるため、コギングトルクは小さくなって、ディテント力の低減を図れる。【００２９】
本発明に係るリニアモータは、前記可動子と前記バックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、前記可動子と前記電機子との隙間の大きさは可変であることを特徴とする。【００３０】
本発明のリニアモータにあっては、可動子とバックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、可動子と電機子との隙間の大きさが可変である。よって、使用時の駆動起磁力の大きさに応じて可動子とバックヨークとの隙間の大きさ及び／または可動子と電機子との隙間の大きさを調整することにより、吸引力をほぼ零にすることが可能である。【００３１】
本発明に係るリニアモータは、複数の矩形状の永久磁石を配列させた磁石配列を有する可動子と、前記可動子に隙間をあけて対向配置した固定子としてのバックヨークと、前記可動子に隙間をあけて前記バックヨークとは反対側に対向配置した固定子としての電機子とを備えており、前記複数の永久磁石夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石同士の磁化方向は逆向きであり、前記電機子は、夫々に駆動コイルが捲かれている複数の磁極歯を等ピッチで有しており、前記バックヨークは、前記可動子に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記可動子の可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯を有しており、前記バックヨークが有する前記磁極歯は、複数の板状部材を前記可動子の可動方向と交差する方向に積層してなることを特徴とする。【００３２】
本発明のリニアモータにあっては、磁極歯を積層構造とすることにより、可動子に働く吸引力を低減しつつ、渦電流を低減することが可能となる。【００３３】
本発明に係るリニアモータは、前記バックヨークは、前記磁極歯の根元部から前記磁極歯の突出する方向とは逆方向の一部が、複数の板状部材を前記磁極歯の積層方向に積層してなり、前記バックヨークの積層部分を構成する板状部材と、前記磁極歯を構成する板状部材とは、一体となっていることを特徴とする。【００３４】
本発明のリニアモータにあっては、バックヨークは、磁極歯との接続部分から厚さ方向の一部を積層構造とすることにより、更に渦電流を低減することが可能となる。また、バックヨークの積層部分を構成する板状部材と、磁極歯を構成する板状部材とは、一体となっているため、製造工数が削減される。【００３５】
本発明に係るリニアモータは、前記複数の板状部材は、積層面に絶縁処理を施してあることを特徴とする。【００３６】
本発明のリニアモータにあっては、複数の板状部材は、積層面に絶縁処理を施してあるので、更に渦電流を低減することが可能となる。【００３７】
本発明に係るリニアモータは、前記可動子は、前記磁石配列を保持する保持部材を有しており、前記保持部材は、前記複数の永久磁石それぞれが挿入される複数の孔を有していることを特徴とする。【００３８】
本発明のリニアモータにあっては、保持部材により磁石配列（複数の永久磁石）を保持している。よって、可動子（磁石配列）の剛性が大きくなるため、永久磁石の撓み、曲げなどの変形が生じにくくディテント力を低減できる。【００３９】
本発明に係るリニアモータは、前記可動子は、前記保持部材及び前記複数の永久磁石が接着固定される板状のベース材を有することを特徴とする。【００４０】
本発明のリニアモータにあっては、複数の永久磁石が保持部材の孔に挿入された状態で、磁石配列（複数の永久磁石）及び保持部材が板状のベース材に接着固定されている。よって、可動子（磁石配列）の剛性を更に高めてディテント力の更なる低減を図れるとともに、永久磁石の抜け落ちを防止できる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明のリニアモータでは、小型の構成と大きな推力の発生とを実現しながら、可動子（磁石配列）に働く吸引力を大幅に低減することができるとともに、可動子のディテント力を低減することができる。よって、大きな吸引力に伴う撓みによる変形を抑制でき、リニアモータが利用される装置の寸法精度の悪化を防止できる。吸引力を小さくできるため、可動子の剛性と可動子を支持する支持系の剛性とを小さくでき、小型化を図れるだけでなく、可動質量の軽量化によって加速度を改善できる。また、バックヨークに磁極歯構造を設けることにより、バックヨークからの推力が可動子に付加されるため、磁石配列とバックヨークとの間に隙間を設けたことによる推力の低下を最小限に抑えることができる。【００４２】
また、本発明のリニアモータでは、可動子（磁石配列）に働く吸引力を低減しつつ、渦電流を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１のリニアモータの構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図３】実施の形態１のリニアモータにおける可動子の構成を示す平面図である。
【図４】実施の形態１のリニアモータにおける可動子の構成を示す分解斜視図である。
【図５】実施の形態１のリニアモータにおける磁束の流れを示す側面図である。
【図６】実施の形態１のリニアモータにおけるバックヨークの側面形状を示す図である。
【図７】実施の形態１のリニアモータにおける電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。
【図８】実施の形態１のリニアモータにおける電機子の巻き線を示す図である。
【図９Ａ】実施の形態１のリニアモータの構成を示す上面図である。
【図９Ｂ】実施の形態１のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図１０】実施の形態１の一例のリニアモータの電気角に対する推力変動を示すグラフである。
【図１１】実施の形態１の一例のリニアモータの推力特性を示すグラフである。
【図１２】実施の形態１の一例のリニアモータの吸引力特性を示すグラフである。
【図１３】第１従来例（磁石配列とバックヨークとを一体化して可動子とした構成）のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図１４Ａ】第１従来例のリニアモータの構成を示す上面図である。
【図１４Ｂ】第１従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図１５】第２従来例（磁石配列のみを可動子とし平板状のバックヨークを固定子とした構成）のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図１６Ａ】第２従来例のリニアモータの構成を示す上面図である。
【図１６Ｂ】第２従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図１７】第１従来例、第２従来例、及び実施の形態１の一例のリニアモータにおける平均推力を示すグラフである。
【図１８】第１従来例、第２従来例、及び実施の形態１の一例のリニアモータにおける平均吸引力を示すグラフである
【図１９】実施の形態１の他の例のリニアモータの推力特性を示すグラフである。
【図２０】実施の形態１の他の例のリニアモータの吸引力特性を示すグラフである。
【図２１】実施の形態１の更に他の例のリニアモータの推力特性を示すグラフである。
【図２２】実施の形態１の更に他の例のリニアモータの吸引力特性を示すグラフである。
【図２３】実施の形態２のリニアモータの構成例を示す斜視図である。
【図２４】実施の形態２のリニアモータの構成例を示す側面図である。
【図２５】バックヨークに含まれる磁極歯の構成例を示す斜視図である。
【図２６】バックヨークに含まれるベース板の構成例を示す部分斜視図である。
【図２７】バックヨークの部分斜視図である。
【図２８】リニアモータの部分側面図である。
【図２９Ａ】関連する技術によるリニアモータのジュール損失を示すグラフである。
【図２９Ｂ】実施の形態２の基本例におけるリニアモータのジュール損失を示すグラフである。
【図３０】バックヨークの他の構成例を示す側面図である。
【図３１】磁極歯ブロックの構成例を示す斜視図である。
【図３２】ベース部の構成例を示す斜視図である。
【図３３】リニアモータの部分側面図である。
【図３４Ａ】実施の形態２の基本例におけるリニアモータのジュール損失を示すグラフである。
【図３４Ｂ】実施の形態２の第１変形例におけるリニアモータのジュール損失を示すグラフである。
【図３５】バックヨークの他の構成例を示す側面図である。
【図３６Ａ】磁極歯ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図３６Ｂ】磁極歯ユニットの構成例を示す斜視図である。
【図３７】ベース部の構成例を示す斜視図である。
【図３８Ａ】バックヨークの他の構成例を示す側面図である。
【図３８Ｂ】ベース部の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００４５】
（実施の形態１）
図１及び図２は、実施の形態１のリニアモータ１の構成を示す斜視図及び側面図である。図３及び図４は、実施の形態１のリニアモータ１における可動子２の構成例を示す平面図及び分解斜視図である。なお、図１及び図２では、可動子２のみは磁石の配置がわかるように可動方向に平行な方向からの断面を表している。
【００４６】
リニアモータ１は、可動子２とバックヨーク３と電機子４とを含む。可動子２に隙間をあけてバックヨーク３が対向配置され、可動子２に隙間をあけてバックヨーク３とは反対側に電機子４が対向配置されている。バックヨーク３及び電機子４は固定子として機能する。
【００４７】
長尺状をなす可動子２は、図４に示すように、複数の永久磁石２１と保持枠２２と固定板２３とを含む。複数の永久磁石２１の並置方向が、可動子２の長手方向となっている。各永久磁石２１は矩形状をなす。各永久磁石２１は例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石である。各永久磁石２１は厚さ方向（図２の上下方向）に磁化されており、隣り合う永久磁石２１，２１同士でその磁化方向は逆向きである。即ち、磁石配列では、バックヨーク３側から電機子４側に向かう方向に磁化された永久磁石２１と、電機子４側からバックヨーク３側に向かう方向に磁化された永久磁石２１とが交互に配置されている。
【００４８】
図４に示すように、保持枠２２は矩形板状をなしている。保持枠２２の厚さは、永久磁石２１の厚さより小さい。保持枠２２には矩形状の孔２２１が複数設けてある。保持枠２２は、例えばＳＵＳ、アルミニウムなどの非磁性材料により構成される。孔２２１は永久磁石２１と対応する形状としてある。各永久磁石２１は孔２２１に嵌め込まれ、接着剤で保持枠２２に固定される。保持枠２２に固定された各永久磁石２１が等ピッチで並置されるように、孔２２１は設けてある。また、永久磁石２１を保持枠２２に固定する際には、隣り合う永久磁石２１、２１同士の磁化方向が逆向きとなるように、孔２２１に嵌め込む。図３に示すように、各永久磁石２１は角度θでスキュー配置としてある。
【００４９】
複数の永久磁石２１が保持枠２２の孔２２１に挿入されて保持された状態で、保持枠２２が固定板２３に接着剤で固定されている。また、各永久磁石２１の底面も固定板２３に接着されている。固定板２３は非磁性のＳＵＳ等で構成される。このように、磁石配列が保持枠２２に保持されて固定板２３に接着固定されているため、可動子２の剛性は高く、永久磁石２１の抜け落ちも起こらない。固定板２３がバックヨーク３に対向するように、バックヨーク３と電機子４との間隙に可動子２が配置される。なお、固定板２３は必須ではなく、永久磁石２１が保持枠２２にて十分保持される場合には不要である。
【００５０】
バックヨーク３及び電機子４の可動方向（図２の左右方向）における長さは略等しく、可動子２の可動方向（図２の左右方向）における長さは、これらのバックヨーク３及び電機子４における長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ１の動作可能なストロークとなる。このような構成により、エッジ効果の低減を図っている。
【００５１】
軟鋼製、好ましくは軟質磁性体（例えば、珪素鋼板）であるバックヨーク３の可動子２と対向しない側の面は平板状であるが、バックヨーク３の可動子２と対向する側の面は平板状ではなく、可動方向に等ピッチにて複数の矩形状の磁極歯３１が形成されている。各磁極歯３１の高さは、磁極歯３１の形成ピッチの１／２０倍以上２倍以下、好ましくは、１／１０倍以上１倍以下である。例えば、各磁極歯３１の高さは、磁極歯３１の形成ピッチの半分程度である。
【００５２】
電機子４では、軟質磁性体製であるコア４１に可動方向に等ピッチにて軟質磁性体製の複数の矩形状の磁極歯４２が一体的に設けられており、各磁極歯４２に駆動コイル４３が捲かれている。
【００５３】
バックヨーク３における磁極歯３１のピッチは、電機子４の磁極歯４２のピッチに等しく、バックヨーク３における各磁極歯３１の位置は、可動子２の可動方向において電機子４の各磁極歯４２の位置と同じである。また、バックヨーク３の磁極歯３１の可動子２に対向する磁極面の形状は、電機子４の磁極歯４２の可動子２に対向する磁極面とほぼ同じ形の矩形状をなしており、前者の磁極面積は後者の磁極面積の０．９倍〜１．１倍である。例えば、磁極歯３１の磁極面と磁極歯４２の磁極面とは、同一の矩形状であって、同一の面積を有する。また、可動子２とバックヨーク３との隙間は、可動子２と電機子４との隙間と同じかまたは大きい。例えば、後者の隙間は０．５ｍｍであり、前者の隙間は０．５ｍｍ以上である。この場合の可動子２とバックヨーク３との隙間とは固定板２３を構成として含む場合であっても、固定板２３の厚さを含まず、可動子２そのものとバックヨーク３の間隔（最短距離）を示している。言い換えるとこの隙間は磁気的な隙間（磁気ギャップ）であり、非磁性体である固定板２３の厚さを考慮する必要は無い。
【００５４】
実施の形態１のリニアモータ１は、７個の永久磁石２１と６個の磁極歯３１及び磁極歯４２が対向する７極６スロットを基本構成としている。図１及び図２に示す形態では、基本構成を２倍した１４極１２スロット構成を有している。
【００５５】
実施の形態１のリニアモータ１では、バックヨーク３の可動子２に対向する側の面に、電機子４の磁極歯４２と可動方向での同じ位置にほぼ同一形状の磁極面を有して磁極面積がほぼ同じである磁極歯３１を形成している。よって、可動子２及びバックヨーク３間に生じる吸引力の大きさと、可動子２及び電機子４間に生じる吸引力の大きさとがほぼ等しくなり、図２の上下方向にあって両方の吸引力が効果的に相殺されるため、リニアモータ１全体として可動子２に働く吸引力は非常に小さくなる。このように、実施の形態１のリニアモータ１では、可動子２とバックヨーク３との隙間を大きくしなくても吸引力の大幅な低減を実現できる。よって、可動子２とバックヨーク３との隙間を大きくする必要がないため、推力の低下を起こすことがない。
【００５６】
また、実施の形態１のリニアモータ１では、上述したように、複数の磁極歯４２を等ピッチで有する電機子４と、この電機子４の磁極歯４２と可動方向にあって同じ位置に複数の磁極歯３１を有するバックヨーク３との間に、可動子２を配置した構成であるので、可動方向に垂直な方向での磁石配列のコギングトルクが少なくなるため、可動子２のディテント力の低減を図ることができる。更に、磁石配列を保持枠２２で保持して固定板２３に接着固定するようにしたので、可動子２の剛性を大きくできるため、永久磁石２１の撓み、曲げなどの変形が生じにくく、この点でも可動子２のディテント力の低減に寄与する。
【００５７】
実施の形態１のリニアモータ１では、バックヨーク３に複数の磁極歯３１を形成しており、この可動子２に対向する凹凸形状により駆動磁束の剪断領域が発生するため、電機子４だけでなくバックヨーク３も推力の発生に寄与する。図５は、実施の形態１のリニアモータ１における磁束の流れを示す側面図である。図５において、矢印は磁束の流れを示している。リニアモータ１では、電機子４側における磁束の剪断によって推力が発生すると共に、バックヨーク３側における磁束の剪断によっても推力が発生することになり、リニアモータ１に生じる推力は、これらの両推力を合計したものとなる。なお、実施の形態１のような磁極歯３１を形成せずにバックヨークが平板状であるようなリニアモータでは、バックヨーク側では推力が発生せず、電機子側における磁束の剪断による推力のみとなる。
【００５８】
実施の形態１のリニアモータ１では、可動子２とバックヨーク３との間にも隙間を設けるので、この隙間によって推力が低下することが懸念される。しかしながら、上述したようにバックヨーク３側でも推力を発生できるため、隙間に起因する推力の低下を補えて大きな推力を実現できる。
【００５９】
以上のことから、実施の形態１のリニアモータ１にあっては、大きな推力を維持しながら、可動子２に働く吸引力を大幅に低減することができる。したがって、可動子２には吸引力に伴う撓みがほとんど発生せず、リニアモータ１を用いた半導体製造装置での加工機などにおける寸法精度は非常に高くなる。
【００６０】
また、実施の形態１のリニアモータ１では、吸引力を小さくできるため、剛性が小さい永久磁石２１及び保持枠２２を使用しても支障は生じない。よって、可動子２の小型化を図れると共に、可動子２の軽量化に伴って大きな加速度を実現することが可能である。また、可動子２の摩耗も少ないため、リニアモータ１の長寿命化を図れる。
【００６１】
リニアモータでは、可動子の移動を平滑に行うために、後述するように可動子の側面にリニアガイドを設けることが一般的であるが、実施の形態１のリニアモータ１では吸引力が小さくなるので、リニアガイドも剛性が小さいものを使用でき、この点でもリニアモータの小型化と長寿命化に寄与できる。
【００６２】
実施の形態１のリニアモータ１では、可動子２の長さをバックヨーク３及び電機子４の長さよりも短くして、更なる小型化及び軽量化と高速化とを図っている。
【００６３】
以下、本発明者が作製した実施の形態１におけるリニアモータ１の具体的な構成と、作製したリニアモータ１の特性とについて説明する。
【００６４】
まず、可動子２を作製した。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石（Ｂr ＝１．３９５Ｔ、ＨcJ＝１２７３ｋＡ／ｍ）ブロックから、厚さ５ｍｍ、幅１２ｍｍ、長さ８２ｍｍの矩形状の１４個の永久磁石２１を切り出した。切り出した永久磁石２１を、厚さ方向に着磁した。次に、厚さ３ｍｍのＳＵＳ板から図４に示すような保持枠２２をワイアーカットにて切り出した。切り出した保持枠２２を、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ板からなる固定板２３に接着固定した。そして、保持枠２２の孔２２１に、隣り合う永久磁石２１の磁化方向が互いに逆向きになるように、接着剤が塗布された１４個の永久磁石２１をスキュー角θ=３．２°を付与して嵌めこみ、永久磁石２１を保持枠２２及び固定板２３に接着固定した。ここでは、可動子２の軽量化と磁石配列の大きな剛性との両立を実現できるように、永久磁石２１の厚さ５ｍｍに対して、保持枠２２の厚さを３ｍｍとした。
【００６５】
なお、上記の例とは異なり、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ板にプレス加工で孔を空けたものを６枚重ねてカシメ処理で固定する手法にて、保持枠２２を作製するようにしても良い。この場合には、作製コストの低減を図れる。
【００６６】
次いで、バックヨーク３を作製した。図６は、実施の形態１のリニアモータ１におけるバックヨーク３の側面形状を示す図である。
【００６７】
軟鋼（ＪＩＳ規格  Ｇ３１０１  種類記号  ＳＳ４００材）から図６に示すような寸法を有するブロックを削り出して、１８個の同一形状の磁極歯３１（幅：６ｍｍ、高さ：３ｍｍ、長さ：８２ｍｍ、磁極面積４９２ｍｍ2 ）を等ピッチ（１５．１２ｍｍ）に有するバックヨーク３を作製した。
【００６８】
次いで、電機子４を作製した。図７は、実施の形態１のリニアモータ１における電機子４の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。図７に示すような形状をなす電機子素材４４を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板（ＪＩＳ規格  Ｃ２５５２  種類記号  ５０Ａ８００材）から１６４枚切り出し、切り出した１６４枚を重ねて側面をＣＯ2 レーザにて溶融一体化させて、幅８２ｍｍ、高さ３１ｍｍ、長さ２６３．０４ｍｍのブロック体（コア４１に１８個の同一形状の磁極歯４２（幅：６ｍｍ、高さ：２５ｍｍ、長さ：８２ｍｍ、磁極面積４９２ｍｍ2 ）を等ピッチ（１５．１２ｍｍ）に有する構成）を得た。
【００６９】
次に、このブロック体に巻き線を挿入した。図８は、実施の形態１のリニアモータ１における電機子４の巻き線を示す図である。電機子４の各磁極歯４２のアーム部に、直径２ｍｍのエナメル被覆導線を１７回捲き付けたものをワニス含浸させて固定することにより、駆動コイル４３とした。
【００７０】
図８におけるＵ、Ｖ、Ｗは夫々３相交流電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を示し、各相のコイルはすべて直列接続とした。Ｕコイル、Ｖコイル、Ｗコイルは上から見て電流が時計回りに流れるように結線し、−Ｕコイル、−Ｖコイル、−Ｗコイルは上から見て電流が反時計回りに流れるように結線して、電機子４を作製した。そして、６個ずつのＵコイル、−Ｕコイル、Ｖコイル、−Ｖコイル、Ｗコイル、−Ｗコイルをスター結線して３相交流電源に接続した。
【００７１】
次いで、作製したバックヨーク３及び電機子４を、両者の間隔が一定の６ｍｍに保たれるように、治具を用いて固定した。なお、バックヨーク３と電機子４との隙間が６ｍｍになるように固定したが、この隙間はリニアモータ１組み立て後に調整できる構造とした。次いで、可動子２の側面にリニアガイド（図示せず）を取り付けた後、バックヨーク３及び電機子４の隙間に、バックヨーク３及び電機子４夫々と所定の距離を隔てて、厚さ５ｍｍの可動子２を挿入して、リニアモータ１を作製した。この際、可動子２とバックヨーク３の磁極歯３１との隙間の距離、及び、可動子２と電機子４の磁極歯４２との隙間の距離を、何れも０．５ｍｍとした。また、リニアガイドと電機子４間には、吸引力を測定できるようにロードセルを設けた。
【００７２】
バックヨーク３と電機子４との隙間を調整できる構造としているため、可動子２と電機子４（磁極歯４２）との隙間の距離を一定とした状態で、可動子２とバックヨーク３（磁極歯３１）との隙間の距離を任意に設定して可変とすることができる。なお、バックヨーク３及び電機子４の隙間への可動子２の挿入位置を調整することにより、可動子２とバックヨーク３（磁極歯３１）との隙間の距離、及び、可動子２と電機子４（磁極歯４２）との隙間の距離の比を所望の値に設定することも可能である。
【００７３】
その他、電機子４と可動子２を支持するリニアガイドの間及び電機子４とバックヨーク３の間における隙間を調節する機構として、隙間調整ネジを挿入して高さを調整する機構や断面形状がテーパ状になっているシム板をネジにより挿入して高さを調節する機構が採用可能である。
【００７４】
図９Ａ及び９Ｂは、このようにして作製した実施の形態１の一例のリニアモータ１の構成を示す図であり、図９Ａはその上面図、図９Ｂはその側面図である。図９Ｂにあって、白抜き矢符は永久磁石２１の磁化方向を表し、実線矢符は、可動子２の可動方向を表している。また、このリニアモータ１の作製仕様の詳細は以下の通りである。
【００７５】
磁極構成：７極６スロット
永久磁石２１の材質：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石（日立金属製ＮＭＸ
−Ｓ４９ＣＨ材）
永久磁石２１の形状：厚さ５．０ｍｍ，幅１２ｍｍ，長さ８２ｍｍ
永久磁石２１のピッチ：１２．９６ｍｍ
永久磁石２１のスキュー角：３．２°
バックヨーク３の形状：厚さ６．０ｍｍ，幅９０ｍｍ，長さ２６３．０４ｍｍ
バックヨーク３の材質：軟鋼（ＪＩＳ規格  Ｇ３１０１  種類記号  ＳＳ４００材）
磁極歯３１の形状：幅６．０ｍｍ，高さ：３．０ｍｍ，長さ：８２ｍｍ
磁極歯３１のピッチ：１５．１２ｍｍ
コア４１の体格：高さ３１ｍｍ，幅８２ｍｍ，長さ２６３．０４ｍｍ
コア４１の材質：珪素鋼板（ＪＩＳ規格  Ｃ２５５２  種類記号  ５０Ａ８００材）
磁極歯４２の形状：幅６．０ｍｍ，高さ：２５ｍｍ，長さ：８２ｍｍ
磁極歯４２のピッチ：１５．１２ｍｍ
駆動コイル４３の形状：幅１５．１２ｍｍ，高さ２３ｍｍ，長さ９１．１２ｍｍ
駆動コイル４３の巻き厚：４．０６ｍｍ
駆動コイル４３の巻き線の径，巻き数：直径２ｍｍ，１７ターン
巻き線抵抗（１個）：０．０１８９Ω
可動子２の質量：５１６．６ｇ
【００７６】
上述したリニアモータ１では、可動子２の長さ（１９０ｍｍ）は、バックヨーク３及び電機子４の長さ（何れも２６３．０４ｍｍ）よりも短い。バックヨーク３における磁極歯３１のピッチ、電機子４における磁極歯４２のピッチは、何れも１５．１２ｍｍであって等しく、磁極歯３１及び磁極歯４２は、可動方向において同じ位置にある。
【００７７】
磁石配列に対向する磁極歯３１の磁極面の形状と、磁石配列に対向する磁極歯４２の磁極面の形状とは、同一寸法の矩形状である。つまり、磁極歯３１の幅（可動方向の寸法）及び磁極歯４２の幅（可動方向の寸法）は、何れも６ｍｍであって等しく、磁石配列に対向する磁極歯３１の磁極面積及び磁石配列に対向する磁極歯４２の磁極面積は、何れも４９２ｍｍ2 であって等しい。
【００７８】
このようにして組み立てたリニアモータ１を推力測定用テストベンチに設置し、可動子２（磁石配列）の位置に同期した３相定電流電源により駆動して可動子２を移動させ、推力と吸引力とを測定した。
【００７９】
図１０は、実施の形態１の一例のリニアモータ１の電気角に対する推力変動を示すグラフである。この推力変動は、駆動起磁力（＝駆動電流の大きさ×駆動コイル４３の巻き数）を１２００Ａとした場合における可動子２位置に対する推力（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相合成推力）の変化を表している。図１０において、横軸は電気角［°］であり、縦軸は推力［Ｎ］である。また、図中ａは電機子４による推力、図中ｂはバックヨーク３による推力、図中ｃは全体の推力（電機子４による推力とバックヨーク３による推力との加算推力）を夫々表している。図１０に示すように、全域にわたってほぼ一定の大きな推力を得られていることが分かる。
【００８０】
図１１は、実施の形態１の一例のリニアモータ１の推力特性を示すグラフである。この推力特性は、駆動コイル４３への印加電流を変化させた場合の特性を表している。図１１において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、左縦軸は推力［Ｎ］、右縦軸は推力起磁力比［Ｎ／Ａ］である。また、図中ａは推力、図中ｂは推力起磁力比を夫々表している。このリニアモータ１では、推力比例限（推力起磁力比が１０％低下）が駆動起磁力１２００Ａ時の１０００Ｎである。
【００８１】
図１２は、実施の形態１の一例のリニアモータ１の吸引力特性を示すグラフである。この吸引力特性は、駆動コイル４３への印加電流を変化させた場合の特性を表している。図１２において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、縦軸は吸引力［Ｎ］である。なお、吸引力は、＋側で可動子２が電機子４側へ吸引され、−側で可動子２がバックヨーク３側へ吸引されることを示している。駆動起磁力の増加に応じて吸引力も大きくなっていき、例えば駆動起磁力が１２００Ａである場合に、２９０Ｎほどの吸引力で可動子２がバックヨーク３側へ吸引されている。
【００８２】
ところで、実施の形態１のリニアモータ１を従来のリニアモータと比較して評価するために、従来例として２種のリニアモータ（第１従来例及び第２従来例）を作製して、それらの特性（推力と吸引力）を測定した。
【００８３】
まず、第１従来例の構成について説明する。図１３は、第１従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。第１従来例は、特許文献１または２に準じた構成を有するリニアモータ（一体型リニアモータ）である。
【００８４】
第１従来例のリニアモータ５０は、磁石配列５２とバックヨーク５３とを一体化させてなる可動子５１と、可動子５１に隙間をあけて対向配置した電機子５４とを有している。第１従来例では、磁石配列５２及びバックヨーク５３を一体化させた構造物が可動子として機能し、電機子５４は固定子として機能する。
【００８５】
磁石配列５２の構成は、前述した可動子２の磁石配列の構成と同様である。即ち、磁石配列５２は、複数の矩形状の永久磁石５５を、等ピッチで非磁性材の保持枠に保持固定して可動方向（図１３の左右方向）に設置させて構成され、各永久磁石５５は厚さ方向（図１３の上下方向）に磁化されており、隣り合う永久磁石５５，５５同士でその磁化方向は逆向きである。第１従来例のリニアモータ５０では、この磁石配列５２が軟鋼製の平板状のバックヨーク５３に接着している。また、電機子５４の構成は、前述した電機子４の構成と同様であって、コア５６に可動方向に等ピッチにて複数の磁極歯５７が一体的に設けられており、各磁極歯５７に駆動コイル５８が捲かれている。
【００８６】
図１４Ａ及び１４Ｂは、このような第１従来例のリニアモータ５０の構成を示す図であり、図１４Ａはその上面図、図１４Ｂはその側面図である。図１４Ｂにあって、白抜き矢符は永久磁石５５の磁化方向を表し、実線矢符は可動子５１の可動方向を表している。なお、可動子５１と電機子５４との隙間の大きさは、０．５ｍｍまたは１ｍｍとした。このリニアモータ５０の作製仕様の詳細は以下の通りである。
【００８７】
磁極構成：７極６スロット
永久磁石５５の材質：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石（日立金属製ＮＭＸ
−Ｓ４９ＣＨ材）
永久磁石５５の形状：厚さ５．０ｍｍ，幅１２ｍｍ，長さ８２ｍｍ
永久磁石５５のピッチ：１２．９６ｍｍ
永久磁石５５のスキュー角：３．２°
バックヨーク５３の形状：厚さ６．０ｍｍ，幅９０ｍｍ，長さ１９０ｍｍ
バックヨーク５３の材質：軟鋼（ＪＩＳ規格  Ｇ３１０１  種類記号  ＳＳ４００材）
コア５６の体格：高さ３１ｍｍ，幅８２ｍｍ，長さ２６３．０４ｍｍ
コア５６の材質：珪素鋼板（ＪＩＳ規格  Ｃ２５５２  種類記号  ５０Ａ８００材）
磁極歯５７の形状：幅６．０ｍｍ，高さ：２５ｍｍ，長さ：８２ｍｍ
磁極歯５７のピッチ：１５．１２ｍｍ
駆動コイル５８の形状：幅１５．１２ｍｍ，高さ２３ｍｍ，長さ９１．１２ｍｍ
駆動コイル５８の巻き厚：４．０６ｍｍ
駆動コイル５８の巻き線の径，巻き数：直径２ｍｍ，１７ターン
巻き線抵抗（１個）：０．０１８９Ω
可動子５１（磁石配列５２＋バックヨーク５３）の質量：１３２１．０１ｇ
【００８８】
可動子５１（磁石配列５２及びバックヨーク５３の一体化構成）の可動方向（図１３の左右方向）における長さは、電機子５４の長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ５０の動作可能なストロークとなる。
【００８９】
次に、第２従来例の構成について説明する。図１５は、第２従来例のリニアモータの構成を示す側面図である。第２従来例は、特許文献３〜６に準じた構成を有するリニアモータ（分離型リニアモータ）である。なお、図１５では、磁石配列６２のみは磁石の配置がわかるように可動方向に平行な方向からの断面を表している。
【００９０】
第２従来例のリニアモータ６０は、磁石配列６２と、磁石配列６２に隙間をあけて対向配置したバックヨーク６３と、磁石配列６２に隙間をあけてバックヨーク６３とは反対側に対向配置した電機子６４とを有している。磁石配列６２のみが可動子として機能し、バックヨーク６３及び電機子６４は固定子として機能する。
【００９１】
磁石配列６２の構成は、前述した可動子２の磁石配列の構成と同様である。即ち、磁石配列６２は、複数の矩形状の永久磁石６５を、等ピッチで非磁性材の保持枠に保持固定して可動方向（図１５の左右方向）に設置させて構成され、各永久磁石６５は厚さ方向（図１５の上下方向）に磁化されており、隣り合う永久磁石６５，６５同士でその磁化方向は逆向きである。軟鋼製であるバックヨーク６３は、磁石配列６２に対向しない側の面だけでなく、磁石配列６２に対向する側の面も平板状であり、実施の形態１のリニアモータ１のような磁極歯は存在しない。また、電機子６４の構成は、前述した電機子４の構成と同様であって、コア６６に可動方向に等ピッチにて複数の磁極歯６７が一体的に設けられており、各磁極歯６７に駆動コイル６８が捲かれている。
【００９２】
図１６Ａ及び１６Ｂは、このような第２従来例のリニアモータ６０の構成を示す図であり、図１６Ａはその上面図、図１６Ｂはその側面図である。図１６Ｂにあって、白抜き矢符は永久磁石６５の磁化方向を表し、実線矢符は磁石配列６２（可動子）の可動方向を表している。なお、磁石配列６２とバックヨーク６３との隙間の大きさ、及び、磁石配列６２と電機子６４との隙間の大きさを、何れも０．５ｍｍとした。また、このリニアモータ６０の作製仕様の詳細は以下の通りである。
【００９３】
磁極構成：７極６スロット
永久磁石６５の材質：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系希土類磁石（日立金属製ＮＭＸ
−Ｓ４９ＣＨ材）
永久磁石６５の形状：厚さ５．０ｍｍ，幅１２ｍｍ，長さ８２ｍｍ
永久磁石６５のピッチ：１２．９６ｍｍ
永久磁石６５のスキュー角：３．２°
バックヨーク６３の形状：厚さ６．０ｍｍ，幅９０ｍｍ，長さ２１５ｍｍ
バックヨーク６３の材質：軟鋼（ＪＩＳ規格  Ｇ３１０１  種類記号  ＳＳ４００材）
コア６６の体格：高さ３１ｍｍ，幅８２ｍｍ，長さ２６３．０４ｍｍ
コア６６の材質：珪素鋼板（ＪＩＳ規格  Ｃ２５５２  種類記号  ５０Ａ８００材）
磁極歯６７の形状：幅６．０ｍｍ，高さ：２５ｍｍ，長さ：８２ｍｍ
磁極歯６７のピッチ：１５．１２ｍｍ
駆動コイル６８の形状：幅１５．１２ｍｍ，高さ２３ｍｍ，長さ９１．１２ｍｍ
駆動コイル６８の巻き厚：４．０６ｍｍ
駆動コイル６８の巻き線の径，巻き数：直径２ｍｍ，１７ターン
巻き線抵抗（１個）：０．０１８９Ω
可動子（磁石配列６２）の質量：５１６．６ｇ
【００９４】
磁石配列６２の可動方向（図１５の左右方向）における長さは、電機子６４の長さよりも短く、この長さの差がリニアモータ６０の動作可能なストロークとなる。
【００９５】
上述した第１従来例、第２従来例、及び実施の形態１の一例における特性（推力と吸引力）の比較について説明する。
【００９６】
図１７は、第１従来例、第２従来例、及び実施の形態１の一例のリニアモータにおける平均推力を示すグラフである。図１７は、駆動起磁力を１２００Ａとした場合の平均推力［Ｎ］を表している。また、図１８は、第１従来例、第２従来例、及び実施例のリニアモータにおける平均吸引力を示すグラフである。図１８は、駆動起磁力を１２００Ａとした場合の平均吸引力［Ｎ］を表している。ここで、平均推力と平均吸引力は、Ｕ相電気角０°から３６０°の範囲において１５°間隔で２５点の推力と吸引力を測定（計算）し、その平均を算出したものである。
【００９７】
図１７及び図１８にあって、Ａは磁石配列５２・バックヨーク５３一体型の第１従来例にあって可動子５１と電機子５４との隙間を０．５ｍｍとしたリニアモータ５０（以下、リニアモータ５０Ａともいう）であり、Ｂは磁石配列５２・バックヨーク５３一体型の第１従来例にあって可動子５１と電機子５４との隙間を１ｍｍとしたリニアモータ５０（以下、リニアモータ５０Ｂともいう）であり、Ｃは磁石配列６２とバックヨーク６３とを離隔させた第２従来例にあって磁石配列６２とバックヨーク６３との隙間、及び、磁石配列６２と電機子６４との隙間を何れも０．５ｍｍとしたリニアモータ６０であり、Ｄは可動子２（磁石配列）から離隔したバックヨーク３に磁極歯３１を形成した実施の形態１の一例にあって可動子２とバックヨーク３との隙間、及び、可動子２と電機子４との隙間を何れも０．５ｍｍとしたリニアモータ１である。
【００９８】
第１従来例のリニアモータ５０Ａ（図中Ａ）では、推力が最も大きくて１０３０Ｎあるが、吸引力は４２００Ｎで推力の４倍程度の大きな数値となっている。この吸引力を低減する対策としてのリニアモータ５０Ｂ（図中Ｂ）では、得られる推力の低下が著しく９０９Ｎになるのに対して吸引力はあまり低減せずに３３６０Ｎである。よって、十分な対策になっていないことが理解される。
【００９９】
第２従来例のリニアモータ６０（図中Ｃ）では、９８０Ｎの比較的大きい推力を得ることができるが、吸引力については１７１２Ｎもの大きな力によってバックヨーク６３側に吸引されており、吸引力の十分な低減がなされていない。
【０１００】
これに対して、実施の形態１の一例のリニアモータ１（図中Ｄ）では、リニアモータ５０Ａと遜色がない１０００Ｎの大きな推力を得ることができている。また、吸引力についてはバックヨーク３側に２９０Ｎ（リニアモータ５０Ａの１／１４程度）まで大幅に低減できている。したがって、実施の形態１の一例のリニアモータ１では、大きな推力を維持しながら、吸引力を大幅に低減できることが立証されている。
【０１０１】
ところで、実施の形態１の一例のリニアモータ１にあっては、図１２にも示すように、吸引力の大きさは駆動起磁力の大きさによって変化する。よって、よく使用される推力領域（駆動起磁力）に合わせて、可動子２とバックヨーク３との隙間の大きさを調整するようにすれば、より吸引力を小さくできる。
【０１０２】
前述した実施の形態１の一例では、可動子２とバックヨーク３との隙間、及び、可動子２と電機子４との隙間を何れも０．５ｍｍと等しくしたが、実施の形態１の他の例では、可動子２と電機子４との隙間は０．５ｍｍのままで、可動子２とバックヨーク３との隙間を０．７４ｍｍとした。なお、他の構成は前述した一例と同じである。
【０１０３】
図１９は、実施の形態１の他の例のリニアモータ１の推力特性を示すグラフであり、図２０は、実施の形態１の他の例のリニアモータ１の吸引力特性を示すグラフである。図１９において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、左縦軸は推力［Ｎ］、右縦軸は推力起磁力比［Ｎ／Ａ］であり、ａは推力、ｂは推力起磁力比を夫々表している。また、図２０において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、縦軸は吸引力［Ｎ］である。
【０１０４】
他の例では、駆動起磁力が１２００Ａである場合に推力は９７８Ｎとなって、前述した一例に比べて少し落ちるが、吸引力については駆動起磁力が１２００Ａである場合に１８Ｎしかなくてほぼ零を実現できている。これは、リニアガイドや可動子や周辺の構造物に吸引力による変形や寿命低下が無視できるレベルの吸引力である。よって、１２００Ａ近傍の駆動起磁力にて使用する場合には、他の例のリニアモータ１の方が、前述した一例と比べて、吸引力の低減という目的には適していることが分かる。
【０１０５】
また、実施の形態１の更に他の例として、可動子２と電機子４との隙間は０．５ｍｍのままで、可動子２とバックヨーク３との隙間を０．６６ｍｍとしたリニアモータ１を作製した。なお、他の構成は前述した一例と同じである。
【０１０６】
図２１は、実施の形態１の更に他の例のリニアモータ１の推力特性を示すグラフであり、図２２は、実施の形態１の更に他の例のリニアモータ１の吸引力特性を示すグラフである。図２１において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、左縦軸は推力［Ｎ］、右縦軸は推力起磁力比［Ｎ／Ａ］であり、ａは推力、ｂは推力起磁力比を夫々表している。また、図２２において、横軸は駆動起磁力［Ａ］であり、縦軸は吸引力［Ｎ］である。
【０１０７】
更に他の例では、駆動起磁力が１２００Ａである場合に推力は９８４Ｎとなって、前述した一例に比べて少し落ちるが、吸引力については駆動起磁力が６００Ａである場合に５Ｎしかなくてほぼ零を実現できている。よって、６００Ａ近傍の駆動起磁力にて使用する場合には、更に他の例のリニアモータ１が、吸引力を低減するためには最適であることが分かる。
【０１０８】
以上のことから、頻度が高い使用領域に応じて、可動子２とバックヨーク３との隙間の大きさを最適に設定することにより、吸引力を大幅に低減できてほぼ零が達成可能である。この結果、可動子２（磁石配列）の撓みに起因した寸法精度の悪化、リニアガイドへの過重負荷による寿命の低下などを防止することができる。
【０１０９】
なお、上述した形態では、可動子２と電機子４との隙間の大きさを固定して可動子２とバックヨーク３との隙間の大きさを変動させる例について説明したが、これとは逆に、可動子２とバックヨーク３との隙間の大きさを固定して可動子２と電機子４との隙間の大きさを変動させる例、バックヨーク３と電機子４との隙間の大きさを固定して可動子２の位置を変動させる例などにより、零に近い吸引力を実現することも可能である。
【０１１０】
また、上述した形態では、可動子２が電機子４よりも短い構成のリニアモータ１について説明したが、これとは逆に、可動子が電機子よりも長い構成のリニアモータについても、本発明の特徴（バックヨークに磁極歯を形成）は適用可能である。
【０１１１】
（実施の形態２の基本例）
図２３及び図２４は実施の形態２のリニアモータ１の構成例を示す斜視図及び側面図である。なお、図２３及び図２４では、可動子２のみは磁石の配置がわかるように可動方向に平行な方向からの断面を表している。
【０１１２】
実施の形態２のリニアモータ１は、実施の形態１と同様に、可動子２とバックヨーク３と電機子４とを含み、バックヨーク３及び電機子４が固定子として機能する。
【０１１３】
なお、実施の形態２のリニアモータ１における可動子２及び電機子４の構成は、前述した実施の形態１のリニアモータ１における可動子２及び電機子４の構成と同じであるので。その説明は省略する。
【０１１４】
実施の形態２のリニアモータ１では、バックヨーク３の構成が、実施の形態１のリニアモータ１と異なっている。バックヨーク３は磁極歯３１及びベース板３２を含む。ベース板３２は矩形板状をなしている。磁極歯３１はベース板３２に固定されている。磁極歯３１は、その一部分がベース板３２から突出するように固定されている。突出している部分の形状は直方体状である。複数の磁極歯３１はベース板３２の長手方向に沿って、等ピッチで配置されている。磁極歯３１は例えば、後述するように積層珪素鋼板により形成する。ベース板３２は例えば、ＳＳ４００などの炭素鋼により形成する。
【０１１５】
バックヨーク３と電機子４とは、間隙を隔てて対向配置される。そして、当該間隙に可動子２が配置される。可動子２の第一の面は隙間をあけてバックヨーク３と対向している。可動子２の第一の面と対向する第二の面は隙間をあけて電機子４と対向する。
【０１１６】
図２４に示すように、バックヨーク３及び電機子４の可動方向（図２４の左右方向）における長さは略等しい。また、バックヨーク３における磁極歯３１のピッチは、電機子４の磁極歯４２のピッチに等しい。バックヨーク３における各磁極歯３１の位置は、可動子２の可動方向において電機子４の各磁極歯４２の位置と同じである。また、磁極歯３１の磁極面と磁極歯４２の磁極面とは、同一の矩形状であって、同一の面積を有する。また、可動子２とバックヨーク３との隙間は、可動子２と電機子４との隙間とほぼ同じである。
【０１１７】
可動子２において、隣り合う永久磁石２１、２１の磁化方向が逆向きとなっている。可動子２をバックヨーク３と電機子４との間隙に配置すると、バックヨーク３側から電機子４側に向かう方向に磁化された永久磁石２１と、電機子４側からバックヨーク３側に向かう方向に磁化された永久磁石２１とが交互に配置される構成となる。
【０１１８】
リニアモータ１の動作時には、バックヨーク３の磁極歯３１と可動子２の永久磁石２１との間に吸引力が発生する。また、電機子４の磁極歯４２と可動子２の永久磁石２１との間にも吸引力が発生する。可動子２に働く２つの吸引力は互いに反対方向である。磁極歯３１の磁極面と磁極歯４２の磁極面とを、同一の矩形状また同一の面積とする等磁気回路を調整することで、吸引力の大きさは略等しくすることができる。それによって、磁極歯３１と永久磁石２１との間に発生する吸引力、及び磁極歯４２と永久磁石２１との間に発生する吸引力をバランスさせることができる。すなわち、２つの吸引力を互いに打ち消すことができる。なお、加工誤差、組立誤差などの要因で、２つの吸引力をバランスさせることが困難な場合、磁極歯３１と永久磁石２１との間隔、または磁極歯４２と永久磁石２１との間隔を調整して、２つの吸引力をバランスさせる。
【０１１９】
以上のように、実施の形態２のリニアモータ１は、前述した実施の形態１のリニアモータ１と同様な構成を有しているため、実施の形態２のリニアモータ１にあっても、実施の形態１のリニアモータ１と同じく、大きな推力を維持しながら、可動子２に働く吸引力を大幅に低減することができる。また、実施の形態２のリニアモータ１にあっても、実施の形態１のリニアモータ１と同じく、可動子２のディテント力の低減を図ることができる。
【０１２０】
以下、実施の形態２の特徴であるバックヨーク３の構成について、詳細を説明する。図２５はバックヨーク３に含まれる磁極歯３１の構成例を示す斜視図である。磁極歯３１は断面Ｔ字状をなしておりその底部（図２５における下側）から短手方向に突出した２つの突出部３１ａ、３１ａを有している。（このため図２５においてはＨ字状を横にした形状としてある）突出部３１ａ、３１ａは後述のアリ溝３２１の凹部３２ａ、３２ａと係合する部位である。リニアモータ１の動作時において、磁極歯３１の短手方向は可動子２の可動方向に平行な方向となる。
【０１２１】
磁極歯３１は磁極片３１１を積層してなる。磁極片３１１は矩形板状の一部を切り欠いて形成した係合用の突出部３１１ａを含む。磁極片３１１は軟磁性を有する珪素鋼等の薄板により形成する。積層された磁極片３１１同士の固定は、熱溶着やカシメなどにて行う。熱溶着の場合は、例えば、まず、磁極片３１１の表面に熱硬化性の接着剤を塗布するか熱溶着性の塗膜を付したものを、積層した後に板面に圧力を掛けながら加熱する。加熱により磁極片３１１同士が固定される。
【０１２２】
なお、磁極歯３１を構成する磁極片３１１の板厚を薄くするほど、すなわち磁極片３１１の枚数を増やすほど渦電流損は低減する。強度や組み立ての手間を考慮すると、磁極片３１１の板厚は０．２〜０．５ｍｍ程度とすることが望ましい。磁極歯３１を構成する磁極片３１１の枚数や板厚は、求められる仕様に応じて適宜設計すれば良い。
【０１２３】
図２６はバックヨーク３に含まれるベース板３２の構成例を示す部分斜視図である。図２６は説明の都合上、図２４及び図２５と上下方向を逆にして描いている。ベース板３２は短手方向に沿ってアリ溝３２１が設けてある。アリ溝３２１は磁極片３１１の突出部３１１ａ（磁極歯３１の突出部３１ａ）に対応した形状としてある。アリ溝３２１は突出部３１１ａ（突出部３１ａ）に対応する凹部３２ａを有している。図２４及び図２５に示すように、ベース板３２には複数のアリ溝３２１が形成してある。複数のアリ溝３２１は、可動子２の可動方向に沿って、等ピッチで設けてある。複数のアリ溝３２１の配列方向は、リニアモータ１動作時において、可動子２の可動方向に平行な方向である。
【０１２４】
図２７はバックヨーク３の部分斜視図である。図２６と同様に、説明の都合上、図２４及び図２５と上下方向を逆にして描いている。バックヨーク３において、磁極歯３１の突出部３１ａはアリ溝３２１に係合している。
【０１２５】
磁極歯３１のベース板３２への固定は、例えば次のように行う。アリ溝３２１と磁極歯３１片方あるいは両方に接着剤を塗布する。治具等を用い、アリ溝３２１に磁極歯３１をはめ込み位置決めをする。接着剤が硬化したら治具を取り外す。なお、固定方法はこれに限らない。磁極歯３１のピッチや、磁極歯３１のベース板３２から突出量が所定の誤差範囲内に収まるように固定できるのであれば、他の方法でもよい。
【０１２６】
リニアモータ１は、電機子４の駆動コイル４３に３相交流を印加することにより、電機子４の磁極歯４２、可動子２の永久磁石２１及びバックヨーク３の磁極歯３１を流れる磁束が発生する。発生した磁束による可動子２と電機子４との間に発生する吸引力、及び可動子２とバックヨーク３との間に発生する吸引力が可動子２の推力となり、可動子２が移動する。
【０１２７】
次に渦電流の低減について説明する。図２８はリニアモータ１の部分側面図である。図２８において、磁束の流れの一例を実線の矢印で、渦電流の一例を点線の矢印で示す。図２８に示すように、磁極歯３１において、磁束は紙面上下方向に流れる。すなわち、磁極歯３１を構成する磁極片３１１の板面に平行な方向に流れる。渦電流は磁束の流れる方向と垂直な平面上で磁束の変化を妨げる方向に流れようとする。すなわち、図２８に示す場合では、磁束の流れる方向に対して直交し反時計回りに流れようとする。この渦電流の方向は、磁極歯３１を構成する磁極片３１１の板面を貫こうとする方向である。しかし、磁極歯３１は複数の磁極片３１１を積層しており、磁極片３１１間の電気抵抗が大きいため、渦電流を低減することが可能となる。更に、磁極片３１１の板面（表面）に絶縁被膜を施した場合には、磁極片３１１間で流れる渦電流を更に低減することが可能となる。
【０１２８】
図２９Ａ及び２９Ｂは渦電流によるジュール損失の一例を示すグラフであって、図２９Ａは関連する技術によるリニアモータのジュール損失を示すグラフであり、図２９Ｂは実施の形態２の基本例におけるリニアモータ１のジュール損失を示すグラフである。関連する技術によるリニアモータと実施の形態２におけるリニアモータとの構成の違いは次のとおりである。前者は磁極歯を積層構造としていない。例えば、前者における磁極歯は軟磁性体のブロックである。またはベース板３２と磁極歯３１が一体として軟磁性体で構成されていても良い。それに対して、後者は磁極歯３１が積層構造となっている。それ以外の条件、リニアモータの構造、寸法、及びコイルの巻き数、並びに駆動条件は同一とした。例えばコイルの駆動電流７０．６Ａであり可動子の移動速度は１０００ｍｍ／ｓとした。
【０１２９】
図２９Ａ及び２９Ｂの横軸は可動子２の位置を示す電気角である。横軸の単位は度（°）である。図２９Ａ及び２９Ｂの縦軸は渦電流によるジュール損失である。単位はワット（Ｗ）である。バックヨークと付したグラフはバックヨークでのジュール損失を示す。図２９Ａに示すように、磁極歯を積層構造としない関連する技術によるリニアモータでは、バックヨークでのジュール損失が８０Ｗ前後であるのに対して、磁極歯３１を積層構造とした実施の形態２のリニアモータ１では、バックヨーク３でのジュール損失が５０Ｗ前後まで低減している。
【０１３０】
図２９Ａ及び２９Ｂにおいて、Ｕ、Ｖ、Ｗと付したグラフはそれぞれコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相で発生する通電によるジュール損失を絶対値で示したものである。なお、図２９Ａ及び２９Ｂにおいてコイルへの通電によるコイルでのジュール損失は同じであるが、バックヨークでのジュール損失に大きな違いが出ている。本結果は、同一寸法形状下において磁極歯を積層構造としない場合に対して積層構造とした場合で渦電流によるジュール損失を低減できることを示す例であって、リニアモータの大きさやリニアモータの速度によって渦電流によるジュール損失の絶対値は変わってくるが同一速度における両者の効果の比率は維持される。
【０１３１】
実施の形態２におけるリニアモータ１は、次のような効果を奏する。磁極歯３１は珪素鋼板により形成した磁極片３１１を積層して構成してある。そのため、渦電流の方向は板面を貫こうとする方向となる。この際、磁極片３１１表面の隙間や磁極片同士の接触抵抗、磁極片３１１表面に形成される酸化皮膜などにより、磁極歯３１における渦電流方向の電気抵抗は、磁極歯３１を軟磁性体ブロックで形成した場合と比べて、大きくなっている。したがって、磁極歯３１に流れる渦電流を低減することが可能となる。なお、磁極片３１１の表面（積層面）を、絶縁物質の被膜を形成するなどをした絶縁処理を施してもよい。絶縁処理を施した場合には、各珪素鋼板間で渦電流をより低減することが可能になる。
【０１３２】
また、実施の形態２においては、バックヨーク３が有する磁極歯３１を積層構造とした。例えばバックヨーク全体を積層鋼板で形成した場合には、剛性が下がることが懸念される。その場合は可動子２との間で発生する吸引力により、バックヨーク３に撓みが生じるおそれがある。しかし、基本例では、磁極歯３１のみを積層構造とし、磁極歯３１が固定されるベース板３２は積層構造としない。そのため、バックヨーク３の撓みは関連する技術（磁極歯３１とベース板３２を軟磁性体でそれぞれ形成した場合や、磁極歯３１とベース板３２を軟質磁性体により一体で形成した場合）による構成と比較しても、軽微である。
【０１３３】
（実施の形態２の第１変形例）
第１変形例は、バックヨーク３を構成するベース板の一部を積層構造とする形態に関する。図３０はバックヨーク３の他の構成例を示す側面図である。バックヨーク３はベース部３３及び磁極歯ブロック３４を含む。磁極歯ブロック３４は被嵌合部３４ａ及び複数の磁極歯３１を含む。
【０１３４】
図３１は磁極歯ブロック３４の構成例を示す斜視図である。磁極歯ブロック３４は複数の磁極歯片（板状部材）３４１を積層してなる。磁極歯片３４１の積層方向は、磁極歯３１の配列方向に交差する方向である。磁極歯片３４１は被嵌合部３４１ａ、接続部３４１ｂ及び複数の突出部３４１ｃを含む。被嵌合部３４１ａは断面逆台形状をなす。被嵌合部３４１ａは磁極歯ブロック３４の被嵌合部３４ａとなる部分である。突出部３４１ｃは断面矩形状をなす。複数の突出部３４１ｃは、磁極歯片３４１の長手方向に等ピッチで形成してある。突出部３４１ｃは磁極歯ブロック３４の磁極歯３１となる部分である。接続部３４１ｂは磁極歯片３４１の高さ方向で被嵌合部３４１ａと突出部３４１ｃとの間に位置する部分である。接続部３４１ｂは複数の突出部３４１ｃを接続している。磁極歯片３４１は例えば、珪素鋼板で形成する。接続部３４１ｂは、バックヨーク３のベース部分の一部となる積層部分を構成する板状部材である。突出部３４１ｃは磁極歯３１を構成する板状部材である。磁極歯片３４１は、２つの板状部材を一体としたものである。
【０１３５】
図３２はベース部３３の構成例を示す斜視図である。図３２に示すベース部３３は図３０に示すベース部３３とは、上下を反転している。ベース部３３は矩形板状をなす。ベース部３３は断面が台形状の嵌合溝３３ａが形成してある。
【０１３６】
ベース部３３の嵌合溝３３ａには磁極歯ブロック３４の被嵌合部３４ａが嵌合する。なおベース部３３において、可動子２の可動方向の長さは、磁極歯ブロック３４の可動方向の長さに合わせて設定すれば良い。磁極歯ブロック３４のベース部３３への固定は次のように行う。嵌合溝３３ａまたは被嵌合部３４ａの片方または両方に接着剤を塗布した後に、嵌合し行う。それにより、ベース部３３と磁極歯ブロック３４とは、固定される。以上の結果、バックヨーク３が形成される。
【０１３７】
次に渦電流の低減について説明する。図３３はリニアモータ１の部分側面図である。図３３において、磁束の流れの一例を実線の矢印で、渦電流の一例を点線の矢印で示す。磁極歯３１における渦電流の低減については、前述した基本例と同様であるから、説明を省略する。ここでは、磁極歯ブロック３４の接続部３４１ｂでの渦電流の低減について説明する。図３３に示すように、接続部３４１ｂにおいて、磁束は紙面左右方向に流れる。すなわち、磁極歯ブロック３４を構成する磁極歯片３４１の板面に平行な方向に流れる。渦電流は磁束の流れる方向と垂直な平面上で磁束の変化を妨げる方向に流れようとする。すなわち、図３３に示すように、磁束の流れる方向を軸として反時計回りに流れようとする。この渦電流の方向は、磁極歯ブロック３４を構成する磁極歯片３４１の板面を貫こうとする方向である。しかし、磁極歯ブロック３４は複数の磁極歯片３４１を積層し、磁極歯片３４１間の電気抵抗は大きくなっているため、渦電流を低減することが可能となる。更に、板面に絶縁被膜が施した場合には、磁極歯片３４１間で流れる渦電流を更に低減することが可能となる。
【０１３８】
更に、接続部３４１ｂの高さについて、説明する。図３３に示すように、接続部３４１ｂの高さをｄとする。隣接する磁極歯３１間を流れる磁束は、紙面左右方向に流れる。磁束が流れる経路は最短となるような経路を辿る。そのため、磁極歯３１から一定以上の距離が離れた部分には磁束は流れない。したがって、接続部３４１ｂの高さｄは、紙面左右方向の磁束を十分に流せる値とすればよい。また、磁束が流れないベース部３３については非磁性材で形成することが可能である。例えば、高剛性でヤング率が大きいアルミナなどにより、ベース部３３を形成する。あるいは非磁性ステンレスやアルミニウム合金等が使用可能である。
【０１３９】
図３４Ａ及び３４Ｂは渦電流によるジュール損失の一例を示すグラフであり、図３４Ａは基本例におけるリニアモータ１のジュール損失を示すグラフである。図３４Ａは図２９Ｂを再掲したものである。図３４Ｂは第１変形例におけるリニアモータ１のジュール損失を示すグラフである。基本例は磁極歯３１が積層構造となっているのに対し、第１変形例においては磁極歯及びベース板の一部が積層構造となっている。それ以外の条件、リニアモータの構造、寸法、及びコイルの巻き数、並びに駆動条件は同一とした。例えばコイルの駆動電流７０．６Ａであり可動子の移動速度は１０００ｍｍ／ｓとした。
【０１４０】
図３４Ａに示すように、基本例におけるリニアモータ１では、バックヨーク３のジュール損失が５０Ｗ前後であるのに対して、第１変形例のリニアモータ１では、図３４Ｂに示すように、バックヨーク３のジュール損失が２．５Ｗ前後まで低減している。接続部３４１ｂが積層構造であるため、接続部３４１ｂに流れる磁束による渦電流も低減されるからである。図３４Ａ及び３４Ｂにおいて、Ｕ、Ｖ、Ｗと付したグラフはそれぞれコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相で発生する通電によるジュール損失を絶対値で示したものである。なお、図３４Ａ及び３４Ｂにおいてコイルへの通電によるコイルでのジュール損失は同じであるが、バックヨークでのジュール損失に大きな違いが出ている。本結果は、同一寸法形状下において磁極歯のみを積層構造とした場合と、磁極歯とバックヨークの一部を積層構造とした場合では、後者の方が渦電流によるジュール損失を低減できることを示す例であって、リニアモータの大きさやリニアモータの速度によって渦電流によるジュール損失の絶対値は変わってくるが同一速度における両者の効果の比率は維持される。
【０１４１】
第１変形例におけるリニアモータ１では、磁極歯ブロック３４は珪素鋼板（磁極歯片３４１）を積層して構成してある。リニアモータ１は、磁極歯３１に加えて、バックヨーク３の磁極歯３１との接続部分から厚さ方向の一部を積層構造としてある。そのため、隣接する磁極歯３１間を接続部３４１ｂに流れる磁束は磁極歯片３４１の表面に平行な方向である。磁束の流れにより発生する渦電流の方向は磁極歯片３４１の板面を貫こうとする方向となる。しかし、磁極歯片３４１表面の隙間やその表面に形成される酸化皮膜などにより、接続部３４１ｂにおける渦電流方向の電気抵抗は、積層構造としない場合と比べて、大きくなっている。したがって、接続部３４１ｂに流れる渦電流を低減することが可能となる。よって、バックヨーク３に流れる渦電流を更に低減することが可能となる。
【０１４２】
また、第１変形例においては、基本例１が奏する前述した効果に加えて、次のような効果を奏する。バックヨーク３の一部であるベース部３３を非磁性材料で形成することが可能であるから、ヤング率の高い材料、例えばアルミナで構成することが可能となる。それにより、バックヨーク３全体の剛性が増加するので、可動子２との間で生じる吸引力による撓みを軽減することが可能なる。更にまた、ベース部３３の材質によりバックヨーク３全体の剛性が求められる剛性を上回っている場合には、バックヨーク３を薄くすることが可能となる。
【０１４３】
（実施の形態２の第２変形例）
第２変形例はバックヨーク３を構成するベース板３２の一部を積層構造とする形態に関する。図３５はバックヨーク３の他の構成例を示す側面図である。バックヨーク３は複数のバックヨークユニット３０１及びバックヨークユニット３０２を含む。バックヨークユニット３０１はベース部３５及び磁極歯ユニット３６を含む。バックヨークユニット３０２はベース部３５及び磁極歯ユニット３７を含む。バックヨークユニット３０１とバックヨークユニット３０２との違いは、含まれる磁極歯ユニットの違いである。バックヨーク３の一端部をバックヨークユニット３０１とし、他端部をバックヨークユニット３０２とする。それにより、図３５に示すように、両端部に磁極歯３１を備えるバックヨーク３を構成することが可能となっている。
【０１４４】
図３６Ａ及び３６Ｂは磁極歯ユニット３６、３７の構成例を示す斜視図であり、図３６Ａは磁極歯ユニット３６の構成例を示し、図３６Ｂは磁極歯ユニット３７の構成例を示している。磁極歯ユニット３６は櫛歯状に形成された複数の磁極歯３１及び被嵌合部３６ａを含む。磁極歯３１は断面矩形状をなしている。被嵌合部３６ａは断面逆台形状をなしている。
【０１４５】
磁極歯ユニット３６は複数の磁極歯片（板状部材）３６１を積層してなる。磁極歯片３６１の積層方向は、磁極歯３１の配列方向に交差する方向である。磁極歯片３６１は被嵌合部３６１ａ、接続部３６１ｂ及び複数の突出部３６１ｃを含む。被嵌合部３６１ａは断面逆台形状をなす。被嵌合部３６１ａは磁極歯ユニット３６の被嵌合部３６ａとなる部分である。突出部３６１ｃは断面矩形状をなす。複数の突出部３６１ｃは、磁極歯片３６１の長手方向に等ピッチで形成してある。突出部３６１ｃは磁極歯ユニット３６の磁極歯３１となる部分である。接続部３６１ｂは磁極歯片３６１の高さ方向で被嵌合部３６１ａと突出部３６１ｃとの間に位置する部分である。接続部３６１ｂは複数の突出部３６１ｃを接続している。磁極歯片３６１は例えば、珪素鋼板で形成する。接続部３６１ｂは、バックヨーク３のベース部分の一部となる積層部分を構成する板状部材である。突出部３６１ｃは磁極歯３１を構成する板状部材である。磁極歯片３６１は、２つの板状部材を一体としたものである。
【０１４６】
磁極歯ユニット３７は複数の磁極歯片３７１を積層してなる。磁極歯片３７１の積層方向は、磁極歯３１の配列方向に交差する方向である。磁極歯片３７１は磁極歯片３６１とほぼ同様な構成である。以下では、磁極歯片３７１が磁極歯片３６１と異なる点を主として説明する。磁極歯片３７１は被嵌合部３７１ａ、接続部３７１ｂ及び複数の突出部３７１ｃを含む。磁極歯片３６１の接続部３６１ｂは長手方向の一方の端部において、長手方向に飛び出ている。それに対して、磁極歯片３７１の接続部３７１ｂは長手方向の両端部において、長手方向に飛び出てはいない。磁極歯片３７１のその他の構成は、磁極歯片３６１と同様であるから説明を省略する。
【０１４７】
図３７はベース部３５の構成例を示す斜視図である。図３７に示すベース部３５は図３５に示すベース部３５とは、上下を反転している。ベース部３５は矩形板状をなす。ベース部３５は断面が台形状の嵌合溝３５ａが形成してある。
【０１４８】
ベース部３５の嵌合溝３５ａには磁極歯ユニット３６の被嵌合部３６ａ、または磁極歯ユニット３７の被嵌合部３７ａが嵌合する。なおベース部３５において、可動子２の可動方向の長さは、磁極歯ユニット３６あるいは磁極歯ユニット３７の可動方向の長さに合わせて設定すれば良い。ベース部３５と磁極歯ユニット３６または磁極歯ユニット３７との固定は、次のように行う。嵌合溝３５ａと被嵌合部３６１ａまたは被嵌合部３７１ａの片方あるいは両方に接着剤を塗布した後に、嵌合し行う。それにより、ベース部３３と磁極歯ユニット３６または磁極歯ユニット３７とは、固定される。以上の結果、バックヨークユニット３０１またはバックヨークユニット３０２が形成される。そして、リニアモータ１のストロークに応じて、バックヨークユニット３０１の個数を選択し、複数のバックヨークユニット３０１及び１つのバックヨークユニット３０２を結合することにより、図３５に示すようにバックヨーク３が形成される。それぞれのバックヨークユニット３０１及び３０２は、公知の方法で結合、例えばバックヨークユニット３０１及び３０２の背面を矩形板状部材にて固定すればよい。
【０１４９】
第２変形例におけるリニアモータ１では、磁極歯ユニット３６及び３７は珪素鋼板（磁極歯片３６１及び３７１）を積層して構成してある。リニアモータ１は、磁極歯３１に加えて、バックヨーク３の磁極歯３１との接続部分から厚さ方向の一部を積層構造としてある。そのため、隣接する磁極歯３１間を接続部３６１ｂ及び３７１ｂに流れる磁束は磁極歯片３６１及び３７１の表面に平行な方向である。磁束の流れにより発生する渦電流の方向は磁極歯片３６１及び３７１の板面を貫こうとする方向となる。しかし、磁極歯片３６１及び３７１表面の隙間やその表面に形成される酸化皮膜などにより、接続部３６１ｂ及び３７１ｂにおける渦電流方向の電気抵抗は、積層構造としない場合と比べて、大きくなっている。したがって、接続部３６１ｂ及び３７１ｂに流れる渦電流を低減することが可能となる。よって、バックヨーク３に流れる渦電流を更に低減することが可能となる。
【０１５０】
また、第２変形例においては、基本例１が奏する前述した効果に加えて、次のような効果を奏する。バックヨーク３の一部であるベース部３５を非磁性材料で形成することが可能であるから、ヤング率の高い材料、例えばアルミナで構成することが可能となる。それにより、バックヨーク３全体の剛性が増加するので、可動子２との間で生じる吸引力による撓みを軽減することが可能なる。更にまた、ベース部３５の材質によりバックヨーク３全体の剛性が求められる剛性を上回っている場合には、バックヨーク３を薄くすることが可能となる。また、第２変形例においては、バックヨーク３に含めるバックヨークユニット３０１の個数を可変とすることにより、リニアモータ１のストロークを変えることが可能となる。
【０１５１】
なお、バックヨークユニット３０１、３０２がそれぞれ備える磁極歯３１は５本としたが、それに限らない。ベース部３３は１つの磁極歯ユニット３６または磁極歯ユニット３７を備えるとしたが、それに限らない。磁極歯ユニット３６及び磁極歯ユニット３７はそれぞれ同じ個数の磁極歯３１を備えるとしたが、それに限らない。
【０１５２】
（実施の形態２の第３変形例）
第３変形例は第２変形例において、ベース部３５を一枚板にした構成に関する。図３８Ａはバックヨーク３の他の構成例を示す側面図である。バックヨーク３はベース部３３、複数の磁極歯ユニット３６及び磁極歯ユニット３７を含む。磁極歯ユニット３６及び磁極歯ユニット３７の構成は、上述の第２変形例と同様であるから、説明を省略する。
【０１５３】
図３８Ｂはベース部３３の構成例を示す斜視図である。図３８Ｂに示すベース部３３は図３８Ａに示すベース部３３とは上下を反転している。ベース部３３は矩形状の板材に複数のアリ溝（嵌合溝）３３ａを形成してある。アリ溝３３ａの形状は、磁極歯ユニット３６及び３７の被嵌合部３６ａ及び３７ａと対応した形状としてある。バックヨーク３は、ベース部３３のアリ溝３３ａに、磁極歯ユニット３６及び３７の被嵌合部３６ａ及び３７ａに嵌合後に、接着剤等で固定する。ベース部３３は非磁性材料で形成する。
【０１５４】
第３変形例においては、基本例１が奏する前述した効果に加えて、次のような効果を奏する。バックヨーク３の一部であるベース部３３をヤング率の高い非磁性材料、例えば、アルミナで構成することが可能となる。それにより、バックヨーク３全体の剛性が増加するので、可動子２との間で生じる吸引力による撓みを軽減することが可能なる。
【０１５５】
上述の基本例及び第１−第３変形例において、隣接する磁極歯３１間の隙間を非磁性材料、例えば樹脂モールドなどにより埋めてもよい。それにより、バックヨーク３の強度が増し、可動子２との間で発生する吸引力に起因するバックヨーク３の撓みをより効果的に抑制可能となる。
【０１５６】
上述した基本例でのベース板３２は、磁極歯３１の根元部から磁極歯３１の突出する方向とは逆方向（厚さ方向）の一部を積層構造としてもよい。言い換えると積層構造である磁極歯３１（突出部３１ａ、３１ａ）が、一部を積層構造としたベース板３２の積層構造部分おいて、凹部３２ａ，３２ａと係合されていても良い。それにより、第１変形例及び第２変形例と同様に、可動子２の可動方向に流れる磁束による渦電流を抑制することが可能となる。
【０１５７】
各実施の形態で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組み合わせ可能であり、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】
【０１５８】
１  リニアモータ
２  可動子
３  バックヨーク
４  電機子
２１  永久磁石
２２  保持枠
２３  固定板
３１  磁極歯
３２  ベース板
３３  ベース部
３４  磁極歯ブロック
３５  ベース部
３６  磁極歯ユニット
３７  磁極歯ユニット
４１  コア
４２  磁極歯
４３  駆動コイル
２２１  孔
３０１  バックヨークユニット
３０２  バックヨークユニット
３１１  磁極片
３４１  磁極歯片
３６１  磁極歯片
３７１  磁極歯片
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【国際調査報告】
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