(57)【要約】【課題】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リニアモータを提供する。【解決手段】複数の矩形状の永久磁石２１を配列させた可動子としての磁石配列２と、磁石配列２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３と、磁石配列２に隙間をあけてバックヨーク３とは反対側に対向配置した固定子としての電機子４とを備え、永久磁石２１夫々の磁化方向は厚さ方向であって、隣り合う永久磁石２１同士の磁化方向は逆向きであり、電機子４は、夫々に駆動コイル４３が捲かれている複数の磁極歯４２を等ピッチで有し、バックヨーク３は、磁石配列２に対向する面に、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。【選択図】図２
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【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可動子としての磁石配列と、該磁石配列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、前記磁石配列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、前記磁石配列に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記磁石配列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、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間は、前記磁石配列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】
前記磁石配列の長さは、前記電機子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】
前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、前記磁石配列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。
【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】
また、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２〜４など）。
【０００６】
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】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２６９８２２号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７８５６号公報
【特許文献３】特開２０１５−１３０７５４号公報
【特許文献４】特開平１０−２９０５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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）
【０００９】
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。
【００１０】
また、過大な吸引力は、磁石配列を保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。
【００１１】
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】
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２〜４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。
【００１３】
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。
【００１４】
したがって、これまでに提案された特許文献２〜４などの分離型リニアモータにあっては、可動子の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】
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】
【００１６】
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可動子としての磁石配列と、該磁石配列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、前記磁石配列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、前記磁石配列に対向する面に、前記電機子の磁極歯と前記磁石配列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、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間は、前記磁石配列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。
【００１７】
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と、磁石配列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磁石配列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、磁石配列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、リニアモータ（磁石配列）の移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、磁石配列とバックヨークとの隙間は、磁石配列と電機子との隙間以上である。
【００１８】
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磁石配列に近接させて、電機子の磁極歯に対向する部分以外で磁石配列からの隙間をあける構成としている。磁石配列に対向する電機子の磁極面積と、磁石配列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、磁石配列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、磁石配列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。
【００１９】
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、磁石配列との間隙（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）の吸引力を大幅に低減できる。
【００２０】
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。
【００２１】
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、磁石配列とバックヨークとの隙間を、磁石配列と電機子との隙間に等しいかまたは大きくする。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
本発明に係るリニアモータは、前記磁石配列の長さは、前記電機子の長さよりも短いことを特徴とする。
【００２５】
本発明のリニアモータにあっては、磁石配列の長さが電機子の長さよりも短い。よって、小型の構成であり、大きな加速度を確保できる。
【００２６】
本発明に係るリニアモータは、前記磁石配列と前記バックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、前記磁石配列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。
【００２７】
本発明のリニアモータにあっては、磁石配列とバックヨークとの隙間の大きさ、及び／または、磁石配列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磁石配列とバックヨークとの隙間の大きさ及び／または磁石配列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。
【発明の効果】
【００２８】
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、磁石配列（可動子）の吸引力を大幅に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、磁石配列（可動子）の剛性と磁石配列（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磁石配列（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。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のリニアモータの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明のリニアモータの構成を示す側面図である。
【図３】本発明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４】実施例のリニアモータにおける磁石配列（可動子）の構成を示す平面図である。
【図５】実施例のリニアモータにおける磁石配列（可動子）の構成を示す分解斜視図である。
【図６】実施例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】実施例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】実施例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９】実施例のリニアモータの構成を示す図である。
【図１０】実施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１４】第１従来例のリニアモータの構成を示す図である。
【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１６】第２従来例のリニアモータの構成を示す図である。
【図１７】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】他の実施例のリニアモータの推力特性を示すグラフである。
【図２０】他の実施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】更に他の実施例のリニアモータの推力特性を示すグラフである。
【図２２】更に他の実施例のリニアモータの吸引力特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
図１及び図２は、本発明のリニアモータの構成を示す斜視図及び側面図である。リニアモータ１は、長尺の磁石配列２と、磁石配列２に隙間をあけて対向配置したバックヨーク３と、磁石配列に隙間をあけてバックヨーク３とは反対側に対向配置した電機子４とを有している。磁石配列２のみが可動子として機能し、バックヨーク３及び電機子４は固定子として機能する。リニアモータ１は７極６スロット型のリニアモータである。なお、図２では、磁石配列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。
【００３２】
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、磁石配列２（可動子）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。
【００３３】
磁石配列２は、複数の矩形状の永久磁石２１を、等ピッチで非磁性材製の支持枠２２に支持固定して可動方向（図２の左右方向）に並置させて構成される。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２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。
【００３４】
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の磁石配列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の磁石配列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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、磁石配列２（可動子）の移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の磁石配列２に対向する磁極面の形状は、電機子４の磁極歯４２の磁石配列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、磁石配列２とバックヨーク３との隙間は、磁石配列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。
【００３７】
本発明のリニアモータ１では、バックヨーク３の磁石配列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、磁石配列２及びバックヨーク３間に生じる吸引力の大きさと、磁石配列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全体としての可動子の吸引力は非常に小さくなる。このように、本発明のリニアモータ１では、磁石配列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、磁石配列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。
【００３８】
また、本発明のリニアモータ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、この磁石配列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３は、本発明のリニアモータ１における磁束の流れを示す側面図である。図３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、本発明のような磁極歯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。
【００３９】
本発明のリニアモータ１では、磁石配列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。
【００４０】
以上のことから、本発明のリニアモータ１にあっては、大きな推力を維持しながら、可動子（磁石配列２）の吸引力を大幅に低減することができる。したがって、磁石配列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。
【００４１】
また、本発明のリニアモータ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及び支持枠２２を使用しても支障は生じない。よって、可動子（磁石配列２）の小型化を図れると共に、可動子（磁石配列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（磁石配列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。
【００４２】
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、本発明のリニアモータ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。
【００４３】
本発明のリニアモータ１では、磁石配列２（可動子）の長さをバックヨーク３及び電機子４（固定子）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。
【００４４】
以下、本発明者が作製したリニアモータ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。
【００４５】
まず、磁石配列２（可動子）を作製した。図４及び図５は、実施例のリニアモータ１における磁石配列２（可動子）の構成を示す平面図及び分解斜視図である。
【００４６】
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５ｍｍのアルミニウム板から図５に示すような支持枠２２をワイアーカットにて切り出した。そして、切り出した支持枠２２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１４個の永久磁石２１をスキュー角３．２°を付与して配列して挿入し、接着して磁石配列２（可動子）を作製した。
【００４７】
次いで、バックヨーク３を作製した。図６は、実施例のリニアモータ１におけるバックヨーク３の側面形状を示す図である。
【００４８】
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。
【００４９】
次いで、電機子４を作製した。図７は、実施例のリニアモータ１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。
【００５０】
次に、このブロック体に巻き線を挿入した。図８は、実施例のリニアモータ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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、磁石配列２（可動子）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の磁石配列２（可動子）を挿入して、リニアモータ１を作製した。この際、磁石配列２（可動子）とバックヨーク３の磁極歯３１との隙間の距離、及び、磁石配列２（可動子）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。
【００５３】
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、磁石配列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、磁石配列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の隙間への磁石配列２の挿入位置を調整することにより、磁石配列２とバックヨーク３（磁極歯３１）との隙間の距離、及び、磁石配列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。
【００５４】
その他、電機子４と可動子磁石配列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。
【００５５】
図９は、このようにして作製した実施例のリニアモータ１の構成を示す図であり、図９Ａはその上面図、Ｂ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、磁石配列２（可動子）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。
【００５６】
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（磁石配列２）の質量：５１６．６ｇ
【００５７】
上述したリニアモータ１では、磁石配列２（可動子）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。
【００５８】
磁石配列２（可動子）に対向する磁極歯３１の磁極面の形状と、磁石配列２（可動子）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２（可動子）に対向する磁極歯３１の磁極面積及び磁石配列２（可動子）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。
【００５９】
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（磁石配列２）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（磁石配列２）を移動させ、推力と吸引力とを測定した。
【００６０】
図１０は、実施例のリニアモータ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（磁石配列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。
【００６１】
図１１は、実施例のリニアモータ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。本発明のリニアモータ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。
【００６２】
図１２は、実施例のリニアモータ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（磁石配列２）が電機子４側へ吸引され、−側で可動子（磁石配列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（磁石配列２）がバックヨーク３側へ吸引されている。
【００６３】
ところで、本発明のリニアモータ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
磁石配列５２の構成は、前述した磁石配列２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支持枠に支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。
【００６７】
図１４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、Ｂ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。
【００６８】
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
【００６９】
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。
【００７０】
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２〜４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。
【００７１】
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。
【００７２】
磁石配列６２の構成は、前述した磁石配列２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支持枠に支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、本発明のリニアモータ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。
【００７３】
図１６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、Ｂ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。
【００７４】
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
【００７５】
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。
【００７６】
上述した第１従来例、第２従来例、及び本発明の実施例における特性（推力と吸引力）の比較について説明する。
【００７７】
図１７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。
【００７８】
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は磁石配列２から離隔したバックヨーク３に磁極歯３１を形成した本発明の実施例にあって磁石配列２とバックヨーク３との隙間、及び、磁石配列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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
これに対して、本発明の実施例のリニアモータ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、本発明のリニアモータ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。
【００８２】
ところで、本発明のリニアモータ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、磁石配列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。
【００８３】
前述した実施例では、磁石配列２とバックヨーク３との隙間、及び、磁石配列２と電機子４との隙間を何れも０．５ｍｍと等しくしたが、他の実施例では、磁石配列２と電機子４との隙間は０．５ｍｍのままで、磁石配列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実施例と同じである。
【００８４】
図１９は、他の実施例のリニアモータ１の推力特性を示すグラフであり、図２０は、他の実施例のリニアモータ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。
【００８５】
他の実施例では、駆動起磁力が１２００Ａである場合に推力は９７８Ｎとなって、前述した実施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、他の実施例のリニアモータ１の方が、前述した実施例と比べて、吸引力の低減という目的には適していることが分かる。
【００８６】
また、更に他の実施例として、磁石配列２と電機子４との隙間は０．５ｍｍのままで、磁石配列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実施例と同じである。
【００８７】
図２１は、更に他の実施例のリニアモータ１の推力特性を示すグラフであり、図２２は、更に他の実施例のリニアモータ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。
【００８８】
更に他の実施例では、駆動起磁力が１２００Ａである場合に推力は９８４Ｎとなって、前述した実施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、更に他の実施例のリニアモータ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。
【００８９】
以上のことから、頻度が高い使用領域に応じて、磁石配列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（磁石配列２）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。
【００９０】
なお、上述した形態では、磁石配列２と電機子４との隙間の大きさを固定して磁石配列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、磁石配列２とバックヨーク３との隙間の大きさを固定して磁石配列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磁石配列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。
【００９１】
また、上述した形態では、磁石配列２（可動子）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、磁石配列（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。
【００９２】
なお、開示された実施の形態は、全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の説明ではなくて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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
１  リニアモータ
２  磁石配列（可動子）
３  バックヨーク
４  電機子
２１  永久磁石
２２  支持枠
３１  磁極歯
４１  コア
４２  磁極歯
４３  駆動コイル
【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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