(57)【要約】【課題】  レーザ加工機の加工速度を向上させるリニアモータを提供すると共に、高加速度を得るために推力を向上させることのできるリニアモータを提供する。【解決手段】    複数の同一形状の永久磁石を可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性を有するように板状ヨークの両面に等間隔で取り付けられた固定子と、電機子コイルを巻かれた電機子コアを該固定子の両面の永久磁石の配列に対向するように配置した一対の可動子とを含んでなるリニアモータユニットを、並列に配置したことを特徴とする工作機械用リニアモータを提供する。上記リニアモータユニットの数をＮとし、永久磁石の幅と永久磁石間距離の和である磁石ピッチをτとする場合、上記リニアモータユニットが、好ましくは、可動子の移動方向においてそれぞれτ／Ｎの自然数倍づつずらして配置される。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の同一形状の永久磁石を可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性を有するように板状ヨークの両面に等間隔で取り付けられた固定子と、電機子コイルを巻かれた電機子コアを該固定子の両面の永久磁石の配列に対向するように配置した一対の可動子とを含んでなるリニアモータユニットを、並列に配置したことを特徴とする工作機械用リニアモータ。
【請求項２】
上記リニアモータユニットの数をＮとし、永久磁石の幅と永久磁石間距離の和である磁石ピッチをτとする場合、上記リニアモータユニットが、可動子の移動方向においてそれぞれτ／Ｎの自然数倍づつずらして配置され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】
上記可動子の両端に備えられ、上記永久磁石の配列との距離が、上記電機子コアと上記永久磁石の配列との距離よりも短くなるように配置される磁性体コアを含んでなる請求項１又は請求項２に記載の工作機械用リニアモータ。
【請求項４】
上記可動子が、２以上の可動子ブロックを含み、各ブロックの間に非磁性体のスペーサを含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の工作機械用リニアモータ。
【請求項５】
上記可動子が、上記永久磁石の幅と上記永久磁石間距離の和である磁石ピッチτの８倍となる長さを有し３個ずつＵ相とＶ相とＷ相の各相の電機子コイルが巻かれた９個の電機子コアを有する可動子ブロックを２つ含んでなり、２つのブロックの間隔を該磁石ピッチτの１／２の長さにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械用リニアモータ。
【請求項６】
上記可動子が、上記永久磁石の幅と上記永久磁石間距離の和である磁石ピッチτの８倍となる長さを有し３個ずつＵ相とＶ相とＷ相の各相の電機子コイルが巻かれた９個の電機子コアを有する可動子ブロックを３つ含んでなり、３つのブロックの間隔を該磁石ピッチτの１／３の長さにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械用リニアモータ。
【請求項７】
上記可動子が、上記永久磁石の幅と上記永久磁石間距離の和である磁石ピッチτの８倍となる長さを有し３個ずつＵ相とＶ相とＷ相の各相の電機子コイルが巻かれた９個の電機子コアを有する可動子ブロックを３つ含んでなり、３つのブロックの間隔を該磁石ピッチτの２／３の長さにすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の工作機械用リニアモータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のリニアモータを三次元の移動機構に用いたレーザ加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の可動部を駆動する等の目的で広く用いられる永久磁石式リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９はレーザ加工機の一例を示す斜視図である。図９のフレーム１２１の上にテーブル１２２があり、その上に加工すべきワーク（図示せず）が置かれる。また、フレーム１２１の上方にＸ軸方向に移動可能な駆動装置１２３が取り付けられ、Ｘ軸方向駆動装置１２３には取付部品を介してＹ軸方向に移動可能な駆動装置１２４が取り付けられている。Ｙ軸方向駆動装置１２４にはＺ軸方向に移動可能な駆動装置１２５が取り付けられ、Ｚ軸方向駆動装置１２５にはレーザ光を射出するトーチ１２６が取り付けられている。図９には駆動装置の配線や制御装置、レーザ光を伝達する部品は省略されている。レーザ加工機では、制御装置でＸ軸とＹ軸方向の駆動装置を制御して、先端に取り付けられたトーチからのレーザ光をワークに当てながら所望の形状に切断する。また、レーザ光の焦点を合わせるためにＺ軸方向の駆動装置でトーチとワークの距離を制御する。従来のレーザ加工機では、駆動装置を回転形のサーボモータとボールネジで構成したものが用いられていた。しかし、高速で加工するには限界があり早送り速度で２０ｍ／分程度が限界となっていた。さらに、３ｍを超えるような長尺のワークになると、ボールネジのたわみなどから加工精度が落ちるという問題があった。そこで、駆動装置部分をリニアモータに置き換える検討を行ってきた。
【０００３】
工作機械には大きな推力が必要なので、複数の永久磁石を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で板状ヨークに取り付けた固定子と、固定子の磁石列に対向するように磁性体コアと電機子コイルからなる可動子を配置したリニアモータが用いられる。
【０００４】
図１０〜図１５を参照して本発明に関連した従来のリニアモータを説明する。
図１０は複数の永久磁石からなる永久磁石列上をコイルが移動するタイプの従来のリニアモータ１３０の側面図、図１１は図１０のＡ−Ａ断面での断面図である。図１０に示すように、この従来のリニアモータ１３０は、鉄板１３１の上に複数の永久磁石１３２を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で取り付けた固定子１３３と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア１３４に電機子コイル１３５を巻いた可動子１３６から構成されている。電機子コイル１３５は電機子コア１３４に集中巻されておりＵ相、Ｖ相、Ｗ相として三相平衡結線にしている。
図１０に示すリニアモータ１３０は９個の電機子コア１３４に対して永久磁石８個が対向しており、電機子コイル１３５に三相電流を流して８極の磁界を作るために図のような位置に各相のコイルが配置されている。永久磁石１３２の作る磁場に対して電流の位相を制御して電機子コイル１３５に磁場を発生させれば、保持機構（図示せず）によって支持された可動子１３６が固定子１３３上を移動する。図１０の永久磁石１３２の夫々に記した矢印は磁化の方向を示し、図１１の電機子コイル１３５の夫々に記した矢印は巻き方向を表している。
【０００５】
図１２は上述した従来のリニアモータ１３０を保持機構によって支えられた状態の移動方向から見た断面図である。図１２に示すように、可動子１３６（電機子コイル１３５を巻回した電機子コア１３４）がテーブル１４０の下部に固定され、このテーブル１４０の下部両端から垂直に延びた垂直フレーム１４４の先端に可動子１３６を案内するＬＭ（Ｌｉｎｅｒ  Ｍｏｔｉｏｎ）ブロック１４１が固定されている。固定子１３３はリニアモータのベースプレート１４３上に固定され、ベースプレート１４３の両端上部には上記のＬＭブロック１４１と対をなす他のＬＭレール１４２が設けられている。
【０００６】
図１０のリニアモータを組み込んだ場合には、永久磁石１３２と電機子コア１３４との間に非常に大きな磁気吸引力が作用し、その大きさは定格推力の数倍程度になる。そのために、ＬＭブロック１４１とＬＭレール１４２間にも大きな力が作用し、摩擦力は非常に大きなものになるのでガイドの寿命を低下させるという問題もあった。
【０００７】
これを解決するために、特許文献１では、図１３に示すように２個の固定子１５３（鉄板１５１と永久磁石１５２を含む）が対向しその間を可動子１５６（電機子コア１５４と電機子コイル１５５を含む）が移動するリニアモータ１５０を開示する。こうすることによって可動子と磁石列の吸引力が打ち消しあい可動子ガイドへの負荷が軽減できる。しかし、図１３の構成では、固定子の鉄板１５１を精度良く垂直に立てるために、ある程度の厚みが必要で、図１２の鉄板より厚くなっている。また、ベースプレート１６３が大きくなっており駆動装置全体を重くしてしまう。図９のレーザ加工機で説明したようにＸ軸方向への駆動装置の上にＹ軸方向の駆動装置とＺ軸方向の駆動装置が載るので、駆動装置が重くなると同じ加速度を得るには、推力を増やすことになり駆動装置の大型化を招いてしまう。このため、駆動装置（リニアモータ）には軽量化が望まれる。リニアモータの重量を低減するには、駆動領域全域に配置される固定子および駆動装置のベースプレートの軽量化が効果的である。なお、図１３はテーブル１６０、ＬＭブロック１６１、ＬＭレール１６２、ベースプレート１６３および垂直プレート１６４も示す。
【０００８】
そこで、特許文献２で開示されている図１４に示すリニアモータ１７０のように１枚の鉄板１７１の上に複数の永久磁石１７２を等ピッチで極性が可動子の移動方向に交互に異なる極性で取り付けた固定子１７３と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア（磁性体コア）１７４に電機子コイル１７５を巻いた可動子１７６から構成されている。電機子コイル１７５への巻き線方法は、従来のリニアモータ１３０と同様である。図１５は上述したリニアモータ１７０を保持機構によって支えられた状態の移動方向から見た断面図である。図１５はテーブル１８０、ＬＭブロック１８１、ＬＭレール１８２、ベースプレート１８３および垂直プレート１８４も示す。図１５のリニアモータ１７０の鉄板の厚みは、図１３のリニアモータ１５０のものと同程度で、枚数が１枚減るのでリニアモータ全体の重量は軽量になる。
【０００９】
リニアモータには高速、高加速度であることが望まれ、推力を上げる必要がある。図１５のリニアモータで推力を上げるには、移動方向に可動子を複数個連結するか、可動子のコアの幅Ｗを大きくするかが考えられる。前者は可動子の移動方向の長さが長くなり可動域を狭めてしまう。後者は可動子コアの幅Ｗを大きくすると同時に固定子の幅も厚くするので、固定子が細長くなってしかも固定子１７３がベースプレート１８３に片持ち支持されているためたわみを生じやすく、固定子磁石列と可動子コアの空隙の幅が磁石列の両面で不均等になり、固定子磁石列の両側で可動子コアと磁石列の吸引力が打ち消しあわずに可動子ガイドへの負荷が生じてガイドの寿命を低下させてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平１０−２５７７５０号公報
【特許文献２】特開２００２−３４２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、レーザ加工機の加工速度を向上させるリニアモータを提供すると共に、高加速度を得るために推力を向上させることのできるリニアモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数の同一形状の永久磁石を可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性を有するように板状ヨークの両面に等間隔で取り付けられた固定子と、電機子コイルを巻かれた電機子コアを該固定子の両面の永久磁石の配列に対向するように配置した一対の可動子とを含んでなるリニアモータユニットを、並列に配置したことを特徴とする工作機械用リニアモータを提供する。
上記リニアモータユニットの数をＮとし、永久磁石の幅と永久磁石間距離の和である磁石ピッチをτとする場合、上記リニアモータユニットが、好ましくは、可動子の移動方向においてそれぞれτ／Ｎの自然数倍づつずらして配置される。
また、本発明は、この永久磁石式リニアモータを三次元の移動機構に用いたレーザ加工機を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リニアモータを複数個並列に配置したことで、推力を上げて高加速度を得ることができ高速の加工が行える。また、ピッチをτ、永久磁石列数をＮとした好ましい態様では、永久磁石列とこれに対向する可動子コアが移動方向にそれぞれτ／Ｎの自然数倍ずつずらして配置したことでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に用いる永久磁石は、Ｎｄ系、Ｓｍ系等が挙げられるが、特に限定するものではない。磁石の配向はヨークに対して垂直になっている。
本発明で用いる電機子コアは、磁性体であれば特に限定はしないが、一体化形状になっていることが好ましい。
【００１４】
本発明のリニアモータの第１の実施形態を図１に示す。図１は、リニアモータ１０を移動方向から見た図である。図１に示すように、本発明のリニアモータ１０は、図６で説明した従来のリニアモータ６０が２個並列に配置され、テーブル２０を連結プレート２５で連結されている。こうすることで、移動方向の可動子長や可動子コアの幅Ｗを大きくすることなく２倍の推力を得ることができる。
本発明のリニアモータ１０は、移動方向の可動子長を長くしていないので可動子の移動域は変わらない。また、可動子コアの幅Ｗを大きくしていないので、固定子のたわみが増えることは無く、可動子ガイドへの負荷は変化しない。本発明のリニアモータは、固定子を支えるベースプレートや可動子のガイドが増えるので従来のリニアモータより重量が増える。
図２のレーザ加工機で説明したようにＹ軸やＺ軸のリニアモータの重量が増えるとＸ軸やＹ軸の負荷となるので好ましくないが、Ｘ軸のリニアモータであれば負荷になることは無い。Ｘ軸には全ての軸の重量が負荷となるので推力の向上を求められ、その際に本発明のリニアモータを適用できる。
【００１５】
本発明のリニアモータの第２の実施形態を図２に示す。図２は、リニアモータ３０の断面図を示すが、断面の位置は、図１のＡＢ方向に相当する。
２個のリニアモータユニットは、移動方向にτ/２ずれて配置されている。磁石その他の構成は従来のリニアモータ１６０と同様である。
図３を参照して図２のリニアモータユニットが２個並列で構成され、その移動方向へのずれが磁石ピッチの１／２であったときのコギング力ついて説明する。
図３には図１４の従来例のリニアモータ１６０のコギング力が点線で示されている。コギング力は、可動子が移動したときに進行方向またはその逆方向に周期的に働く力で、その周期は磁石のピッチになっている。コギングが大きいと、リニアモータの位置制御がうまくいかなくなるので、レーザ加工機の加工精度を悪くしてしまうという問題がある。従来例の場合、最大最小の差が６６Ｎになっている。従来例のリニアモータ１６０にコギング力の波形の位相が１８０°違う可動子をもう１個つけると、波形の合成からコギング力が打ち消しあう。そこで、図２で示すように第２のリニアモータユニットをコギング力の波形の１８０°に相当する磁石ピッチの１／２の移動方向へのずれを設け配置した。
図３には、本発明例のリニアモータ３０のゴギング力が実線で示されている。この実施例のリニアモータでは、ゴギング力は小さくなり、最大最小の差で１０Ｎを示した。なお、図１４の従来例の寸法は、本発明例と同じであるので、本発明の電流を流したときの推力は２倍になる。このように、可動子コア２個並列に並べ移動方向に磁石ピッチの１／２のずれ設けて配置することで電流を流したときの推力は２倍にすることができ、更にコギング力を１／７に低減できる。
上記本発明例は、リニアモータユニットが２個の場合を示したが、リニアモータユニットが複数個の場合には、永久磁石のピッチをτ、複数の永久磁石列数をＮとした場合、永久磁石列とこれに対向する可動子コアが移動方向にそれぞれτ／Ｎの自然数倍ずつずらして配置すれば、同様な効果を得ることができる。
【００１６】
本発明のリニアモータの第３の実施形態を図４に示す。図４は、リニアモータ４０の断面図を示すが、断面の位置は、図１のＡＢ方向に相当する。
図４に示すように、本発明のリニアモータ４０は、電機子コア４４の両端に、歯の幅が同じ寸法で、歯の高さが短い磁性体コア（補助コアとも呼ぶ）４７が取り付けられている。その他の固定子や可動子は、図１や図２に示す本発明のリニアモータと同様で、図１４の従来例の２倍の推力をもつ。
本発明で用いる補助コアは、磁性体であれば特に限定はしないが、補助コアと電機子コア（主コアとも呼ぶ）が一体化形状になっていることが好ましい。すなわち、補助コアは、主コアと同じ材質であっても、異なってもよいが、主コアと同じ材質であって主コアと一体的に得られるものが好ましい。但し、補助コアにはコイルを巻かない。補助コアの材質の具体例としては、けい素鋼、低炭素鋼、磁性ステンレス鋼等が挙げられる。
本発明によれば、可動子の配列の両端に配置した補助コアは内側の主コアよりも短く、補助コアと内側の主コアの段差は、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは６〜１５ｍｍである。磁性体コアの長さはこのようであるが、その断面形状は、特に限定されず、長方形、台形が好ましい。              
図５を参照して図４のリニアモータの補助コア寸法Ｈとコギング力の関係について説明する。図３に示すようにリニアモータのコギング力の周期は磁石のピッチになっている。コギング力は磁石と電機子コアの各歯との間に発生する磁気吸引力の総和であり、電機子コア内側の歯で発生する磁気吸引力は打ち消し合っているが、電機子の両端で発生する磁気吸引力がうまく打ち消し合わないために、磁石ピッチ周期のコギング力として現れる。従って、電機子コア両端の磁束分布をうまく調整すると、コギング力を低減できる。図５の実施例では、段差Ｈを大きくするとコギング力は小さくなり、Ｈ＝８ｍｍで最小値３０Ｎとなった。なお、段差Ｈを大きくして補助コアがない場合（Ｈ＝３４ｍｍ）のコギングは１３２Ｎであった。このように、補助コアの寸法Ｈを調整することでコギング力を低減できる。
本発明によれば、可動子の両端に磁性体コアを配置し、コアの長さを他のコアより短くすることでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。
【００１７】
本発明のリニアモータの第４の実施形態を図６に示す。図６は、リニアモータ５０の断面図を示すが、断面の位置は、図１のＡＢ方向に相当する。
図６に示すように、各リニアモータユニットは、１枚のヨーク（例えば鉄板）５１の上に複数の永久磁石５２を等ピッチで極性が可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性で取り付けた固定子５３と、この永久磁石５２の配列に対向するように磁性体からなる電機子コア５４に電機子コイル５５を巻いた一対の可動子（可動子ブロック５６ａ〜ｂの２つを含む）から構成されている。各可動子ブロックの長さは固定子磁石ピッチの８倍であり、可動子の歯（電機子コア）の数は９個である。２つの可動子ブロックは進行方向に直列に配置されており、２つのブロックの間には、好ましくは、固定子磁石ピッチの１／２の寸法のスペーサ５８が入っている。但し、２つのブロックの間隔を磁石ピッチの１／２の長さとする空間であってもよい。
スペーサ５８の材質は、２つの可動子ブロックの磁気的な干渉を無くすために非磁性ステンレスやアルミなどの非磁性体が好ましい。スペーサと各可動子ブロックとの接続は、接着剤で固定する方法、可動子とともに別のフレームに機械的に固定する方法等が挙げられる。
電機子コイル５５への巻き線方法は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが各々合計３個になるように配置して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の配置は適宜選択すればよく、例えば、第１ブロック目を図の左の歯から３個ずつＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが集中巻されている場合、第２ブロック目は１個の歯にＶ相、２個目から３個ずつＷ相、Ｕ相を巻き、最後の２個にＶ相が巻かれている。
図６は、２つの可動子ブロックで構成され、その間隔が磁石ピッチの１／２である可動子を一対有するリニアモータ５０を示す。こうすることで第１のブロックで発生したコギング力をコギング力の波形の１８０°に相当する磁石ピッチの１／２の間隔で配置された第２のブロックのコギング力で打ち消し、低コギング力のリニアモータを実現できる。
本発明によれば、固定子磁石ピッチの８倍の長さであり、歯の数は９個であって３個ずつ各相の電機子コイルを巻いた可動子ブロックを２個配置し、ブロックの間を固定子磁石ピッチの１／２にしたことでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。
【００１８】
本発明のリニアモータの第５の実施形態を図７に示す。図７は、リニアモータ６０の断面図を示すが、断面の位置は、図１のＡＢ方向に相当する。
図７に示すように、本発明のリニアモータは、１枚のヨーク（例えば鉄板）６１の上に複数の永久磁石６２を等ピッチで極性が可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性で取り付けた固定子６３と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア（磁性体コア）６４に電機子コイル６５を巻いた一対の可動子（可動子ブロック６６ａ〜ｃの３つを含む）から構成されている。各可動子ブロックの長さは固定子磁石ピッチの８倍であり、可動子コアの歯の数は９個である。３つの可動子ブロックは進行方向に直列に配置されており、３つのブロックの間には、固定子磁石ピッチの１／３の寸法のスペーサ６８が入っている。但し、各ブロックの間隔を磁石ピッチの１／３の長さとする空間であってもよい。
スペーサ６８の材質は、３つの可動子ブロックの磁気的な干渉を無くすために非磁性ステンレスやアルミなどの非磁性体が好ましい。スペーサと各可動子ブロックとの接続は、接着剤で固定する方法、可動子とともに別のフレームに機械的に固定する方法等が挙げられる。
電機子コイル１５への巻き線方法は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが各々合計３個になるように配置して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の配置は適宜選択すればよく、例えば、第１ブロック目を図の左の歯から３個ずつＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが集中巻されている場合、第２ブロック目は左の歯から３個ずつＷ相、Ｕ相、Ｖ相のコイル、第３ブロック目は左の歯から３個ずつＶ相、Ｗ相、Ｕ相のコイルが巻かれている。
図７は、可動子ブロックの３つで構成され、その間隔が磁石ピッチの１／３である可動子一対有するリニアモータ６０を示す。こうすることで３つのブロックで発生したコギング力の波形の位相が１２０°になり、３つを重ね合わせるとコギング力が打ち消しあって、低コギング力のリニアモータを実現できる。
本発明によれば、固定子磁石ピッチの８倍の長さであり、歯の数は９個であって３個ずつ各相の電機子コイルを巻いた可動子ブロックを３個配置し、ブロックの間を固定子磁石ピッチの１／３にしたことでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。
【００１９】
本発明のリニアモータの第６の実施形態を図８に示す。図８は、リニアモータや７０の断面図を示すが、断面の位置は、図１のＡＢ方向に相当する。
図８に示すように、本発明のリニアモータは、１枚のヨーク（例えば鉄板）７１の上に複数の永久磁石７２を等ピッチで極性が可動子の移動方向に垂直な交互に異なる極性で取り付けた固定子７３と、この永久磁石列に対向するように磁性体からなる電機子コア（磁性体コア）７４に電機子コイル７５を巻いた一対の可動子（可動子ブロック７６ａ〜ｃの３つを含む）で構成されている。各可動子ブロックの長さは固定子磁石ピッチの８倍であり、可動子コアの歯の数は９個である。３つの可動子ブロックは進行方向に直列に配置されており、３つのブロックの間には、固定子磁石ピッチの２／３の寸法のスペーサ７８が入っている。但し、各ブロックの間隔を磁石ピッチの２／３の長さとする空間であってもよい。
スペーサ７８の材質は、３つの可動子の磁気的な干渉を無くすために非磁性ステンレスやアルミなどの非磁性体が好ましい。スペーサと各可動子ブロックとの接続は、接着剤で固定する方法、可動子とともに別のフレームに機械的に固定する方法等が挙げられる。
電機子コイル７５への巻き線方法は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが各々合計３個になるように配置して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の配置は適宜選択すればよく、例えば、第１ブロック目を図の左の歯から３個ずつＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが集中巻されている場合、第２ブロック目は左の歯から３個ずつＶ相、Ｗ相、Ｕ相のコイル、第２ブロック目は左の歯から３個ずつＷ相、Ｕ相、Ｖ相のコイルが巻かれている。
図８は、可動子ブロックの３つで構成され、その間隔が磁石ピッチの２／３である可動子一対有するリニアモータ７０を示す。こうすることで３つのブロックで発生したコギング力の波形の位相が２４０°になり、３つを重ね合わせるとコギング力が打ち消しあって、低コギング力のリニアモータを実現できる。
また、固定子磁石ピッチの８倍の長さであり、歯の数は９個であって３個ずつ各相の電機子コイルを巻いた可動子ブロックを３個配置し、ブロックの間を固定子磁石ピッチの２／３にしたことでコギング力を大きく低減でき、高精度な加工が可能となる。
【００２０】
このように補助コアを設けたリニアモータをＸ、Ｙ、Ｚ軸の三次元の移動機構に用いたレーザ加工機に応用できた。本発明のレーザ加工機を用いると、ゴギング力の低減により推力むらがなくなり、位置制御精度が高まり、高精度の加工が行える。更に大きな推力を得ることができるので、高加速度を要求される複雑形状を高速高精度で加工することができる。
【００２１】
実施例１
２つのリニアモータユニットを並列に配置し、第２のリニアモータユニットをコギング力の波形の１８０°に相当する磁石ピッチの１／２の移動方向へのずれを設けた図２に示すリニアモータ３０を用いた。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。図２の断面寸法は磁石幅１８ｍｍ、磁化方向厚さ５ｍｍ、磁石ピッチ２５ｍｍ、電機子コアの歯の幅１０ｍｍ、歯の長さ３４ｍｍ、固定子ヨークの厚さ１９ｍｍであった。可動子と固定子磁石の隙間は１ｍｍであった。第1のブロックと第２のブロックのスペーサは１６．７ｍｍであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは５０ｍｍであった。結果を図３の実線で示す。このように本発明のコギング力は小さくなり、最大最小の差で１０Ｎとなった。
【００２２】
実施例２
２つのリニアモータユニットを並列に配置し、各リニアモータユニットに磁性体コア（補助コア）を設けた図４のリニアモータ４０を使用し、電機子コア（主コア）の面との段差Ｈを変えて磁束分布を調整した。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。図４の断面寸法は、磁石幅１８ｍｍ、磁化方向厚さ５ｍｍ、磁石ピッチ２５ｍｍ、電機子コアの歯の幅１０ｍｍ、歯の長さ３４ｍｍ、固定子ヨークの厚さ１９ｍｍであった。可動子と固定子磁石の隙間は１ｍｍであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは５０ｍｍであった。図５で示すように段差Ｈを大きくするとコギング力は小さくなり、Ｈ＝８ｍｍで最小値３０Ｎとなった。なお、段差Ｈを大きくして補助コアがない場合（Ｈ＝３４ｍｍ）のコギングは１３２Ｎであった。このように、補助コアの寸法Ｈを調整することでコギング力を低減できた。
【００２３】
実施例３
２つのリニアモータユニットを並列に配置し、各リニアモータユニットは２つの可動子ブロックで構成され、その間隔が磁石ピッチの１／２である図６に示すリニアモータ５０を用いた。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。図６の断面寸法は、磁石幅１８ｍｍ、磁化方向厚さ５ｍｍ、磁石ピッチ２５ｍｍ、電機子コアの歯の幅１０ｍｍ、歯の長さ３４ｍｍ、固定子ヨークの厚さ１９ｍｍであった。可動子と固定子磁石の隙間は１ｍｍであった。第１のブロックと第２のブロックのスペーサ（非磁性ステンレスＳＵＳ３０４）は１２．５ｍｍであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは５０ｍｍであった。この時のコギング力は、最大最小の差で３４Ｎと、単に２つのリニアモータを平行に並べた第１の実施形態（実施例２のリニアモータにおいて補助コアが無いもの）の１３２Ｎより小さくなった。なお、推力は移動方向に２ブロックで構成しているので実施例２の２倍であった。このように、２つの可動子ブロックを磁石ピッチの１／２の間を空けて配置することでコギング力を低減できた。
【００２４】
実施例４
２つのリニアモータユニットを並列に配置し、各リニアモータユニットは２つの可動子ブロックで構成され、その間隔が磁石ピッチの１／２である図７のリニアモータを用いた。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。図７の断面寸法は、磁石幅１８ｍｍ、磁化方向厚さ５ｍｍ、磁石ピッチ２５ｍｍ、電機子コアの歯の幅１０ｍｍ、歯の長さ３４ｍｍ、固定子ヨークの厚さ１９ｍｍであった。可動子と固定子磁石の隙間は１ｍｍであった。第１のブロックと第２のブロックと第３のブロックとのスペーサ（非磁性ステンレスＳＵＳ３０４）は８．３３ｍｍであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは５０ｍｍであった。この時のコギング力は最大最小の差で３０Ｎと、単に２つのリニアモータを平行に並べた第１の実施形態（実施例２のリニアモータにおいて補助コアが無いもの）の１３２Ｎより小さくなった。なお、推力は移動方向に３ブロックで構成しているので実施例２の３倍であった。このように、各可動子コアを磁石ピッチの１／３の間を空けて配置することでコギング力を低減できた。
【００２５】
実施例５
２つのリニアモータユニットを並列に配置し、各リニアモータユニットは２つの可動子ブロックで構成され、その間隔が磁石ピッチの１／２である図８のリニアモータを用いた。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石を使用し、コア材は鉄ヨークを使用した。図８の断面寸法は、磁石幅１８ｍｍ、磁化方向厚さ５ｍｍ、磁石ピッチ２５ｍｍ、電機子コアの歯の幅１０ｍｍ、歯の長さ３４ｍｍ、固定子ヨークの厚さ１９ｍｍであった。可動子と固定子磁石の隙間は１ｍｍであった。第１のブロックと第２のブロックと第３のブロックとのスペーサ（非磁性ステンレスＳＵＳ３０４）は１６．７ｍｍであった。可動子および固定子の断面方向の厚さは５０ｍｍであった。この時のコギング力は最大最小の差で３０Ｎと、単に２つのリニアモータを平行に並べた第１の実施形態（実施例２のリニアモータにおいて補助コアが無いもの）の１３２Ｎより小さくなった。なお、推力は移動方向に３ブロックで構成しているので実施例３の３倍であった。このように、各可動子ブロックを磁石ピッチの２／３の間を空けて配置することでコギング力を低減できた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１の実施形態に係るリニアモータを示す図である。
【図２】本発明の実施例２の実施形態に係るリニアモータを示す図である。
【図３】本発明と従来例のコギング力の波形を示す図である。
【図４】本発明の実施例３の形態に係るリニアモータを示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の補助コア寸法Ｈとコギング力の関係を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るリニアモータを示す図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るリニアモータを示す図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係るリニアモータを示す図である。
【図９】レーザ加工機を説明する断面図示す。
【図１０】従来のリニアモータの可動子と固定子の関係を示す図である。
【図１１】従来のリニアモータの可動子と固定子の関係を示す図である。
【図１２】図１０のリニアモータの保持機構を示す図である。
【図１３】磁気吸引力を打ち消し合う従来のリニアモータを示す図である。
【図１４】磁気吸引力を打ち消し合う従来のリニアモータの可動子と固定子の関係を示す図である。
【図１５】図６のリニアモータの保持機構を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０，３０，４０，５０，６０，７０，１３０，１５０，１７０  リニアモータ
１１，３１，４１，５１，６１，７１，１３１，１５１，１７１  板状ヨーク
１２，３２，４２，５２，６２，７２，１３２，１５２，１７２  永久磁石
１３，３３，４３，５３，６３，７３，１３３，１５３，１７３  固定子
１４，３４，４４，５４，６４，７４，１３４，１５４，１７４  電機子コア
１５，３５，４５，５５，６５，７５，１３５，１５５，１７５  電機子コイル
１６，３６，４６，５６，６６，７６，１３６，１５６，１７６  可動子
２０，１４０，１６０，１８０  テーブル
２１，１４１，１６１，１８１  ＬＭブロック
２２，１４２，１６２，１８２  ＬＭレール
２３，１４３，１６３，１８３  ベースプレート
２４，１４４，１６４，１８４  垂直フレーム
１２１  フレーム
１２２  テーブル
１２３  Ｘ軸方向駆動装置
１２４  Ｙ軸方向駆動装置
１２５  Ｚ軸方向駆動装置
１２６  トーチ
【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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