(57)【要約】【課題】スケール部材を用いることなくベクトル制御を用いて可動子の位置をより高精度に位置決めすることが可能なリニアモータを提供する。【解決手段】可動子に対向する面の磁性が長手方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように構成された固定子において、可動子と対向する面を含む部材を磁性体で形成する。そして固定子における各Ｎ極及び各Ｓ極は、それぞれが２個の永久磁石を隣り合わせて配置した永久磁石セットで構成されており、各永久磁石セットを構成している隣り合う２個の永久磁石は、前記長手方向に沿って隣り合うように、かつ所定間隔をあけて配置されている。そして前記永久磁石セットを、固定子における前記磁性体の内部に埋め込んだ構造を有する。また磁性体の内部に埋め込んだ各永久磁石セットにおける２個の永久磁石の間に透磁率を低減する透磁率低減部が形成されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流が供給されてＮ極とＳ極とに交互に励磁される可動子と、前記可動子に対向する面の磁性が長手方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように構成された固定子と、を備えたリニアモータであって、
固定子における可動子と対向する面を含む部材を磁性体で形成し、
固定子における各Ｎ極及び各Ｓ極は、それぞれが２個の永久磁石を隣り合わせて配置した永久磁石セットで構成されており、
各永久磁石セットを構成している隣り合う２個の永久磁石は、前記長手方向に沿って隣り合うように、かつ所定間隔をあけて配置されており、
前記永久磁石セットを、固定子における前記磁性体の内部に埋め込んだ構造を有する、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータであって、
前記磁性体の内部に埋め込んだ各永久磁石セットにおける隣り合う２個の永久磁石の間に、透磁率を低減する透磁率低減部が形成されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のリニアモータであって、
各永久磁石セットにおける隣り合う２個の永久磁石は、対向する部分のほうが両端の部分よりも可動子から遠くなるように傾斜させて前記磁性体の内部に埋め込まれている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長尺状の固定子に沿って可動子を移動させるリニアモータに関し、特に固定子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用ロボット等、種々の装置にリニアモータが利用されている。軌道に沿って直線移動させる場合、回転するモータの回転運動をギア等を用いて直線運動に変換するより、リニアモータで直線運動させるほうが効率や精度等のメリットが得られる場合がある。ここで、図４及び図５に従来のリニアモータ２００の例を示す。
図４（Ａ）に示すように、従来のリニアモータ２００では、制御手段３０からの制御信号に基づいて、軌道となる固定子１００に沿って可動子２０をスライドさせて、固定子１００に対して可動子２０を所定の位置に停止させるが、固定子１００に対する可動子２０の位置を検出するために一般的にはスケール部材５０と検出手段４０とを用いる。なおＷはワークを示している。
スケール部材５０は固定子１００の長手方向に対して平行に設けられ、検出手段４０は可動子２０に設けられている。そしてスケール部材５０には、検出手段４０にて検出可能な被検出部５１が長手方向に沿って、目盛りのように複数設けられている。
図４（Ｂ）は固定子１００に配置した永久磁石１１の配置を説明する模式図である。
図４（Ａ）の例に示す従来のリニアモータ２００では、図４（Ｂ）に示すように、固定子１００の表面には永久磁石１１が長手方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、且つ永久磁石１１を露出させた状態で配置されている。なお隣り合う永久磁石１１の間隔Ｄ及び永久磁石１１の長手方向の長さＬは、リニアモータ２００の用途等に応じて適宜設定される。
【０００３】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、従来のリニアモータ２００におけるスライド動作の例を説明する図であり、固定子１００に沿って可動子２０がＸ軸方向（この場合、右方向）にスライドする様子を示している。この例では可動子２０はコイルＣＡで励磁される励磁体２０ＡとコイルＣＢで励磁される励磁体２０Ｂとを連結した構造を有している。
可動子２０が図５（Ａ）の位置にある場合は励磁体２０Ｂの左対向面２１ＢがＮ極、右対向面２２ＢがＳ極となるようにコイルＣＢに電流を供給して、励磁体２０ＢがＸ軸方向への推力を得るように制御する。そして可動子２０が図５（Ｂ）の位置にある場合は励磁体２０Ａの左対向面２１ＡがＮ極、右対向面２２ＡがＳ極となるようにコイルＣＡに電流を供給して、励磁体２０ＡがＸ軸方向の推力を得るように制御する。以下、図５（Ｃ）及び（Ｄ）の位置の説明は省略する。上記の説明のように、可動子２０が連続して推力を得ることが可能となるように、コイルＣＡ及びＣＢには異なる位相の正弦波状の交流電流が供給される。また、永久磁石１１の間隔Ｄ及び長さＬと、励磁体における左対向面と右対向面との間隔、励磁体と励磁体との間隔、励磁体の連結数等が、適宜設定されている。
【０００４】
なお、図４（Ａ）に示した従来のリニアモータ２００ではスケール部材５０を備えているが、スケール部材５０の被検出部５１は要求精度に応じた間隔で着磁部（検出手段４０に磁気センサを用いる場合）、あるいはスリット（検出手段４０に光学式センサを用いる場合）等が設けられており、被検出部５１が形成されたスケール部材５０の製造に比較的長期間を有するとともに、費用も高い。
そこでスケール部材５０を用いることなく可動子２０を所定の位置に制御する技術として、ベクトル制御を用いた種々の制御方法が提案されている。
例えば特許文献１に記載の従来技術では、誘導電動機のベクトル制御において、電動機磁束の変動を補正して、高速応答、高精度な速度制御が行える誘導電動機の制御方法を提案している。
【特許文献１】特公平７−８９７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スケール部材５０を用いることなくベクトル制御を用いて可動子２０の制御を行う場合、可動子２０のコイルＣＡ及びＣＢに発生する逆起電力等を検出することで、その位置におけるコイルＣＡ及びＣＢのインダクタンスを検出し、永久磁石１１との相対位置を推定して制御を行う。コイルＣＡ及びＣＢのインダクタンスは、励磁体２０Ａ及び２０Ｂにおける左対向面２１Ａ及び２１Ｂ、右対向面２２Ａ及び２２Ｂと永久磁石１１との位置に応じて変化している。
特許文献１に記載の従来の技術では、出力周波数指令値や出力電圧指令値に複雑な演算結果の補正を加えて制御精度を向上させているが、制御方法が複雑になり、各パラメータを実機で設定するのに手間がかかる。
可動子２０をより高精度に位置決めするためには、上記インダクタンスの変化幅（ダイナミックレンジ）をより広くすればよい。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、スケール部材を用いることなくベクトル制御を用いて可動子の位置をより高精度に位置決めすることが可能なリニアモータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのリニアモータである。
請求項１に記載のリニアモータは、交流電流が供給されてＮ極とＳ極とに交互に励磁される可動子と、前記可動子に対向する面の磁性が長手方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように構成された固定子と、を備えたリニアモータであって、固定子における可動子と対向する面を含む部材を磁性体で形成する。
そして固定子における各Ｎ極及び各Ｓ極は、それぞれが２個の永久磁石を隣り合わせて配置した永久磁石セットで構成されており、各永久磁石セットを構成している隣り合う２個の永久磁石は、前記長手方向に沿って隣り合うように、かつ所定間隔をあけて配置されている。
そして前記永久磁石セットを、固定子における前記磁性体の内部に埋め込んだ構造を有する。
【０００７】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのリニアモータである。
請求項２に記載のリニアモータは、請求項１に記載のリニアモータであって、前記磁性体の内部に埋め込んだ各永久磁石セットにおける隣り合う２個の永久磁石の間に、透磁率を低減する透磁率低減部が形成されている。
【０００８】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのリニアモータである。
請求項３に記載のリニアモータは、請求項１または２に記載のリニアモータであって、各永久磁石セットにおける隣り合う２個の永久磁石は、対向する部分のほうが両端の部分よりも可動子から遠くなるように傾斜させて前記磁性体の内部に埋め込まれている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載のリニアモータを用いれば、可動子の励磁部（左対向面または右対向面）が永久磁石セットと対向する位置（図１（Ｃ）の位置Ｐ１（Ｎ）またはＰ１（Ｓ））に来た場合に、コイルのインダクタンスをより小さくすることができる。
これにより、可動子の励磁部が永久磁石セットと対向する位置に来た場合と、可動子の励磁部が隣り合う永久磁石セットの間の位置（図１（Ｃ）の位置Ｐ２（ＮＳ））に来た場合とで、コイルのインダクタンスの差をより大きくすることができるので、可動子の位置をより高精度に位置決めすることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載のリニアモータによれば、可動子の励磁部（左対向面または右対向面）が永久磁石セットと対向する位置（図２（Ｂ）の位置Ｐ１２（Ｎ）またはＰ１２（Ｓ））に来た場合は透磁率低減部にて（この場合、空洞部１０ａを設けることで透磁率を小さくしている）、コイルのインダクタンスを更に小さくすることができる。
これにより、可動子の励磁部が永久磁石セットと対向する位置に来た場合と、可動子の励磁部が隣り合う永久磁石セットの間の位置（図２（Ｂ）の位置Ｐ２２（ＮＳ））に来た場合とで、コイルのインダクタンスの差をより大きくすることができるので、可動子の位置をより高精度に位置決めすることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載のリニアモータによれば、可動子の励磁部（左対向面または右対向面）が隣り合う永久磁石セットの間の位置（図３（Ｂ）の位置Ｐ２３（ＮＳ））に来た場合、コイルのインダクタンスをより大きくすることができる。
これにより、可動子の励磁部が永久磁石セットと対向する位置に来た場合と、可動子の励磁部が隣り合う永久磁石セットの間の位置に来た場合とで、コイルのインダクタンスの差をより大きくすることができるので、可動子の位置をより高精度に位置決めすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための最良の形態（第１の実施の形態〜第３の実施の形態）を図面を用いて説明する。
●［第１の実施の形態（図１）］
図１（Ａ）は、第１の実施の形態における可動子２０及び固定子１０の概略構造の例を示している。
可動子２０は、コイルＣＡを備えた励磁体２０Ａと、コイルＣＢを備えた励磁体２０Ｂとを連結した構造を有している。なおコイルＣＡ及びコイルＣＢの逆起電力等を検出する検出手段（センサ等）の記載は省略している。
【００１３】
本実施の形態では、固定子１０の長手方向（この場合、Ｘ軸方向）にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配置（可動子２０と対向する側にＮ極またはＳ極の一方を向けて配置）する各永久磁石１１（従来のリニアモータ２００を示す図５（Ａ）〜（Ｄ）参照）における各Ｎ極及び各Ｓ極を、それぞれ２個の永久磁石を隣り合わせて配置した永久磁石セット１１Ｓで構成している。また各永久磁石セット１１Ｓを固定子１０の内部に埋め込んでいる。なお固定子１０における可動子２０と対向する面を含むの部材は磁性体で形成されており、当該磁性体の内部に永久磁石セット１１Ｓを埋め込んでいる。
また、従来のリニアモータ２００と同様に、コイルＣＡ及びＣＢには異なる位相の正弦波状の交流電流が供給される。
図１（Ｂ）の例に示すように、永久磁石セット１１Ｓ内の２個の永久磁石は、固定子１０の長手方向に沿って隣り合うように配置され、可動子２０と対向する面が同一の極（Ｎ極またはＳ極の一方）となるように配置されている。なお図１に示す例では、永久磁石セット１１Ｓ内の２個の永久磁石の間隔ｄ（所定間隔であり、間隔の距離は実験等により適切な値が設定される）は、隣り合う永久磁石セット１１Ｓの間隔Ｄよりも短い間隔としているが、これに限定されるものではない。また間隔Ｄは、なくてもよい。
【００１４】
図１（Ｃ）は、固定子１０において永久磁石セット１１Ｓによる磁力線（図１（Ｃ）中に一点鎖線で示した曲線）の例を示している。例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが永久磁石セット１１Ｓと対向するＰ１（Ｎ）の位置に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、従来の１個の永久磁石１１の場合よりも小さくなるようにすることができる。
また例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが、隣り合う永久磁石セット１１Ｓの間のほぼ中央を示すＰ２（ＮＳ）の位置に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、従来の１個の永久磁石１１の場合と同様に大きくなる。
従って、可動子２０と永久磁石セット１１Ｓとの相対位置に応じたコイルのインダクタンスの差（ダイナミックレンジ）をより大きくすることができるので、可動子２０の制御精度をより向上させることができる。
また永久磁石セット１１Ｓを磁性体で形成した固定子１０の内部に埋め込んでいるため、漏れ磁束が少なく、可動子２０の推力をより向上させることができる。
なお磁性体で形成する固定子１０は、可動子２０の左対向面２１Ａ及び２１Ｂ、右対向面２２Ａ及び２２Ｂと対向する面及び永久磁石セット１１Ｓを含むサイズの磁性体で形成すればよい。
【００１５】
●［第２の実施の形態（図２）］
次に図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、永久磁石セット１１Ｓ内における隣り合う２個の永久磁石の間に透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）を設けている点が特徴である。その他は第１の実施の形態と同様であり、以下では第１の実施の形態との相違点について説明する。
第２の実施の形態では、永久磁石セット１１Ｓ内における隣り合う２個の永久磁石の間に透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）を設けることで、固定子１０における空洞部１０ａ部分の透磁率μを、固定子１０における他の部分と比較して小さくしている。
【００１６】
これにより、例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが永久磁石セット１１Ｓと対向するＰ１２（Ｎ）の位置に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、図１（Ｃ）の位置Ｐ１（Ｎ）の例に示した第１の実施の形態の場合よりも、更に小さくなる。
また例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが、隣り合う永久磁石セット１１Ｓの間のほぼ中央を示すＰ２２（ＮＳ）の位置に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、従来の１個の永久磁石１１の場合と同様に大きくなる。
従って、可動子２０と永久磁石セット１１Ｓとの相対位置に応じたコイルのインダクタンスの差（ダイナミックレンジ）を更に大きくすることができるので、可動子２０の制御精度を更に向上させることができる。
【００１７】
ここで磁気抵抗をＲｔ、磁性体の長さをＬｔ、透磁率をμ、磁気回路の断面積をＡｔとすると、下記の式が成立する。
Ｒｔ＝Ｌｔ／（μ＊Ａｔ）    （式１）
また、自己インダクタンスをＬｔ、コイル巻数をＮとすると、下記の式が成り立つ。
Ｌｔ＝Ｎ2／Ｒｔ    （式２）
空洞部１０ａを形成すると、当該空洞部１０ａ部分の透磁率μが小さくなるので、磁気抵抗Ｒｔが大きくなる（式１より）。磁気抵抗Ｒｔが大きくなると、自己インダクタンスＬｔが小さくなる（式２より）。
【００１８】
なお、空洞部１０ａの幅Ｗ１、及び長さＬ１は、実験等にて適切な値を選定する。また空洞部１０ａの形状は、図２（Ａ）及び（Ｂ）の例に示す長孔状に限定されるものではない。
以上の説明した第２の実施の形態では、透磁率低減部を空洞部１０ａにて実現した例を説明したが、空洞とすることなく、透磁率を低減させる部材等で充填してもよい。
以上に説明したように、第２の実施の形態では、可動子２０の誘導起電力による磁束が通りにくくなるように透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）を設けている。
【００１９】
●［第３の実施の形態（図３）］
次に図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、図３（Ａ）の例に示すように、透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）を設けた第２の実施の形態に対して、永久磁石セット１１Ｓ内における２個の永久磁石を、対向する部分のほうが両端の部分よりも可動子２０から遠くなるように角度θにて傾斜させている点が特徴である。その他は第２の実施の形態と同様であり、以下では第２の実施の形態との相違点について説明する。
【００２０】
例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが永久磁石セット１１Ｓと対向するＰ１３（Ｎ）の位置（図３（Ｂ）参照）に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、図２（Ｂ）のＰ１２（Ｎ）の位置の例に示した第２の実施の形態の場合よりも、更に小さくなる。
また例えば可動子２０の励磁体２０Ａの左対向面２１Ａが、隣り合う永久磁石セット１１Ｓの間のほぼ中央を示すＰ２３（ＮＳ）の位置に来た場合、コイルＣＡのインダクタンスは、図２（Ｂ）のＰ２２（ＮＳ）の位置の例に示した第２の実施の形態の場合よりも、更に大きくなる。
従って、可動子２０と永久磁石セット１１Ｓとの相対位置に応じたコイルのインダクタンスの差（ダイナミックレンジ）を更に大きくすることができるので、可動子２０の制御精度を更に向上させることができる。
【００２１】
以上に説明したように、第３の実施の形態では、可動子２０の誘導起電力による磁束が通りにくくなるように透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）を設け、更に可動子２０の励磁成分による磁束が通り易くなるように永久磁石セット１１Ｓにおける２個の永久磁石を角度θにて傾斜させ、永久磁石セット１１Ｓの両端部が該永久磁石セット１１Ｓの中央部よりも可動子２０により近い位置となるように配置している。
なお、透磁率低減部（この場合、空洞部１０ａ）の形成を省略し、第１の実施の形態に対して永久磁石セット１１Ｓを角度θにて傾斜させるようにしてもよい。また傾斜させる角度θの値は、実験等にて適切な値を選定する。
【００２２】
本発明のリニアモータは、本実施の形態で説明した外観、構成、制御方法等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
なお、本実施の形態の説明に用いた数値等は一例であり、この数値等に限定されるものではない。
また、本実施の形態の説明では、可動子２０の励磁体（２０Ａ、２０Ｂ）が２個の例を示し、励磁体における左対向面と右対向面との間隔が、固定子１００の永久磁石セット１１Ｓの間隔とほぼ同じ例（左対向面と右対向面の中心間の距離が永久磁石セット１１Ｓの中心間の距離とほぼ同じ例）を示したが、これらに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明のリニアモータは、産業用ロボット等の種々の装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のリニアモータの第１の実施の形態における可動子２０及び固定子１０の概略構造の例を説明する図である。
【図２】本発明のリニアモータの第２の実施の形態における固定子１０の概略構造の例を説明する図である。
【図３】本発明のリニアモータの第３の実施の形態における固定子１０の概略構造の例を説明する図である。
【図４】従来のリニアモータ及び従来の固定子１００の例を説明する図である。
【図５】従来のリニアモータの可動子２０及び固定子１００の概略構造とスライド動作の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０      固定子
１０ａ    空洞部（透磁率低減部）
１１      永久磁石
１１Ｓ    永久磁石セット
２０      可動子
２０Ａ、２０Ｂ    励磁体
２１Ａ、２１Ｂ    左対向面
２２Ａ、２２Ｂ    右対向面
ＣＡ、ＣＢ    コイル
３０      制御手段
３１      ケーブル
４０      検出手段
５０      スケール部材
５１      被検出部
Ｄ        間隔
ｄ        間隔（所定間隔）
Ｗ        ワーク
２００    リニアモータ
１００    固定子
【図１】
2006304570.tif 000003
【図２】
2006304570.tif 000004
【図３】
2006304570.tif 000005
【図４】
2006304570.tif 000006
【図５】
2006304570.tif 000007