(57)【要約】【課題】  小型かつ製造・組立が容易で１つの電機子でＸ方向およびＹ方向の２方向へ移動可能な２自由度コアレスリニアモータを提供する。【解決手段】  一対の界磁ヨーク２２上に交互に極性が異なる複数の永久磁石２１ａ、２１ｂをそれぞれ等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、界磁磁極と磁気的空隙を介して直線状に対向配置されると共に、基板１３の両面に集中巻きに巻回してなる電機子巻線を複数個等間隔に並べて設けたコイル列２Ａ、２Ｂをそれぞれ備えた電機子１１と、を備えたコアレスリニアモータ１において、基板１３の両面に設けた各々のコイル列２Ａ、２Ｂは、電機子１１の直線方向および磁気的空隙方向と直交する方向におけるコイル列２Ａ、２Ｂのコイルエンドが永久磁石２１ａ、２１ｂの端部からはみ出すように配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅで構成されたものである。【選択図】      図３
2011193553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石をそれぞれ等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、
前記界磁磁極と磁気的空隙を介して直線状に対向配置されると共に、基板の両面に集中巻きに巻回してなる電機子巻線を複数個等間隔に並べて設けたコイル列をそれぞれ備えた電機子と、
を備え、前記界磁磁極と前記電機子の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、
前記基板の両面に設けた各々のコイル列は、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向における当該コイル列のコイルエンドが前記永久磁石の端部からはみ出すように配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線で構成されていることを特徴とする２自由度コアレスリニアモータ。
【請求項２】
前記基板の両側に各々配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線を構成するコイル列を、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交するＹ方向に２組並べて配置すると共に、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向のコイル列１個の長さをＨｃ、前記永久磁石の長さをＨｍとしたとき、当該コイル列を２組組み合わせた長さ２Ｈｃが当該永久磁石の長さＨｍからはみ出す長さに設定したことを特徴としている請求項１記載の２自由度コアレスリニアモータ。
【請求項３】
前記基板の両側に各々配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線を構成するコイル列１組のうち、一方の前記コイル列１組と他方の前記コイル列１組は、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向における各コイル列の中心位置を、前記基板を挟んで互いに逆方向にずらして配置すると共に、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向のコイル列１個の長さをＨｃ、前記永久磁石の長さをＨｍとしたとき、当該コイル列の長さＨｃが当該永久磁石の長さＨｍからはみ出す長さに設定したことを特徴としている請求項１記載の２自由度コアレスリニアモータ。
【請求項４】
前記電機子の直線方向に配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線の個数と、前記永久磁石の個数の関係は、３：４の関係で構成されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の２自由度コアレスリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や工作機械などの各種産業機械に用いられると共に、１つの電機子でＸ方向およびＹ方向の２方向へ移動可能な２自由度コアレスリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体製造装置や工作機械などの各種産業機械に用いられると共に、１つの電機子でＸ方向およびＹ方向の２方向へ移動可能な２自由度コアレスリニアモータとして、例えば、特許文献１に示されたものが提案されている。
図７は従来の２自由度コアレスリニアモータの全体斜視図、図８は図７におけるＡ−Ａ線に沿う正断面図、図９は図８の２自由度コアレスリニアモータにおける電機子巻線と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図である。
図７〜図９において、コアレスリニアモータの固定子２０は、略コ字状の界磁ヨーク２２上に、ストローク方向に交互に極性が異なるように一定ピッチごとに千鳥足状に配置し、かつ、対向するそれぞれの極が異なるように配置してなる複数の永久磁石２１ａ、２１ｂからなり、該永久磁石２１ａ、２１ｂの磁石列を２列対向させて界磁を構成している。
一方、コアレスリニアモータの可動子１０は、界磁と磁気的空隙を介して対向配置されており、平板状の基板１３の両面に、電気角１２０°の位相差を持つ３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）からなる集中巻きに巻回された複数個のコイルにより構成されたＸ方向移動用電機子巻線１２ａ、１２ｂを等間隔に並べて取付けると共に、Ｘ方向移動用電機子巻線１２ａ、１２ｂの外周に単相のＹ方向移動用電機子巻線１２ｃ、１２ｄを取り付け、基板１３および該巻線１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄごとモールド樹脂１４で固着し、さらに、非磁性金属からなる電機子取付板１５と一体に固定して電機子１１を構成している。ここで、基板１３はガラス繊維を充填したエポキシ樹脂（ＧＦＲＰ）の板に銅箔のパターンを施したものである。また、可動子１０は図示しないリニアガイド等によって支持されている。
このような構成のリニアモータに給電ケーブル１９を介してＸ方向移動用電機子巻線１２ａ、１２ｂに所定の電流を流すと、永久磁石２１a、２１ｂの作る磁界との作用により可動子１０に推力が発生し、可動子１０は矢印で示すＸ方向に移動し、Ｙ方向移動用電機子巻線１２ｃ、１２ｄに所定の電流を流すと、永久磁石２１a、２１bの作る磁界との作用により可動子１０に推力が発生し、可動部１０は矢印で示すＹ方向に移動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４３０４７０９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来技術では以下のような問題があった。
（１）界磁ヨーク上のストローク方向に向かって複数の永久磁石を千鳥足状に配置しているため、永久磁石を直線状に配置した場合に比べ、界磁ヨークの製造及び固定子の組立てに手間や時間がかかると共に、界磁ヨークの必要投入量が増えることでモータ質量及び体格が増大する。
（２）可動子の移動方向毎に異なる形状の電機子巻線を使用しているため、巻線の製造及び電機子の組立に手間や時間がかかる。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、小型かつ製造・組立が容易で１つの電機子でＸ方向およびＹ方向の２方向へ移動可能な２自由度コアレス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】
【０００５】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、２自由度コアレスリニアモータに係り、一対の界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石をそれぞれ等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、前記界磁磁極と磁気的空隙を介して直線状に対向配置されると共に、基板の両面に集中巻きに巻回してなる電機子巻線を複数個等間隔に並べて設けたコイル列をそれぞれ備えた電機子と、を備え、前記界磁磁極と前記電機子の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、前記基板の両面に設けた各々のコイル列は、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向における当該コイル列のコイルエンドが前記永久磁石の端部からはみ出すように配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線で構成されていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の２自由度コアレスリニアモータにおいて、前記基板の両側に各々配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線を構成するコイル列を、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交するＹ方向に２組並べて配置すると共に、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向のコイル列１個の長さをＨｃ、前記永久磁石の長さをＨｍとしたとき、当該コイル列を２組組み合わせた長さ２Ｈｃが当該永久磁石の長さＨｍからはみ出す長さに設定したことを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の２自由度コアレスリニアモータにおいて、前記基板の両側に各々配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線を構成するコイル列１組のうち、一方の前記コイル列１組と他方の前記コイル列１組は、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向における各コイル列の中心位置を、前記基板を挟んで互いに逆方向にずらして配置すると共に、前記電機子の直線方向および前記磁気的空隙方向と直交する方向のコイル列１個の長さをＨｃ、前記永久磁石の長さをＨｍとしたとき、当該コイル列の長さＨｃが当該永久磁石の長さＨｍからはみ出す長さに設定したことを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の２自由度コアレスリニアモータにおいて、前記電機子の直線方向に配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線の個数と、前記永久磁石の個数の関係は、３：４の関係で構成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項に記載の発明によると、集中巻きに巻回された複数のＸＹ両方向移動用電機子巻線よりなるコイル列を２組Ｙ方向に並べ、当該電機子巻線を構成するコイルのコイルエンドが永久磁石端からはみ出だすように配置する構成にしたので、永久磁石を直線状に配置した状態でも２方向への移動が可能であり、かつ永久磁石を直線状に配置したことで、界磁ヨークの製造および固定子の組立が容易になると共に界磁ヨークの必要投入量が減りモータ質量及び体格を小さくすることができる。
また、電機子巻線を構成するコイルの形状が単一でよいため、巻線の製造および電機子の組立を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す２自由度コアレスリニアモータの全体斜視図、
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う正断面図、
【図３】図２の２自由度コアレスリニアモータにおける電機子感染と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図、
【図４】本発明の第１実施形態の２自由度リニアモータの推力発生を説明するための模式図、
【図５】本発明の第２実施形態を示す２自由度コアレスリニアモータの正断面図であって、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面に相当するもの、
【図６】第２実施形態の２自由度コアレスリニアモータにおける電機子感染と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図、
【図７】従来の２自由度コアレスリニアモータの全体斜視図、
【図８】図７におけるＡ−Ａ線に沿う正断面図、
【図９】図８の２自由度コアレスリニアモータにおける電機子巻線と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について説明する。
なお、本実施形態における２自由度リニアモータの基本構造は、電機子巻線を除き、従来技術におけるリニアモータの構造と略同じであり、図７ないし図８と同一もしくは相当する部材は、  同一符号を付し説明を省略する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の第１の実施形態を示す２自由度コアレスリニアモータの全体斜視図、図２は図１における正断面図であって、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面に相当するもの、図３は図２のコアレスリニアモータにおける電機子巻線と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図である。
図２、図３において、２Ａ、２Ｂはコイル列、１２ｅはＸＹ両方向移動用電機子巻線である。
図２において、コアレスリニアモータの可動子１０は、界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、非磁性金属からなる電機子取付板１５と、平板状の基板１３と、基板１３の両面に複数列のコイル列２Ａ、２Ｂとを備えている。
図３において、一方のコイル列２Ａは電機子のＸ方向に沿って集中巻きに巻回された複数個（本例では電気角１２０°の位相差を持つＵ、Ｖ、Ｗ相の３個）のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅを１組として等間隔に並べて取付けている。図３に示す界磁と電機子の配置関係においては、Ｘ方向に配置された４個の永久磁石２１ａ（２１ｂ）に対して、ちょうど同じくＸ方向に配置された３個のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅよりなる１組を、永久磁石２１ａ、２１bの中心位置Ｃｏ−Ｃｏ線に対して、Ｙ方向（電機子の直線方向であるＸ方向および磁気的空隙方向であるＺ方向と直交する方向）の上下方向に平行して２組並設された構成となっている。
他方のコイル列２Ｂは、基板１３を挟んで反対側に設けられており、コイル列２Ｂと同様に、電機子のＸ方向に沿って集中巻きに巻回された複数個（本例では３個）のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅを１組として等間隔に並べて取付けると共に、Ｘ方向に配置された４個の永久磁石２１ａ（２１ｂ）に対して、ちょうどＸ方向に配置された３個のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅよりなる１組をＹ方向に平行して２組並設された構成となっている。特に、図３において、注目する点は、３個のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅよりなるコイル列（２Ａ、２Ｂ）１組をＹ方向に、永久磁石２１ａ、２１bの中心位置Ｃｏ−Ｃｏ線に対して、Ｙ方向の上下方向にそれぞれ２組並べて組み合わせた場合の長さは永久磁石２１ａ（２１ｂ）の長さからはみ出す長さに設定している。つまり、ＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅのＹ方向高さをＨｃ、永久磁石のＹ方向高さをＨｍとしたとき、２Ｈｃ＞Ｈｍの関係になっている。
【００１０】
次に動作について説明する。
上記図３に示すように配置されたＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅを用いてＸ方向に推力を発生させる場合、リニアモータの動作を図４を用いて説明する。図４は本発明の第１実施形態のリニアモータの推力発生を説明するための模式図である。
ＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅを用いてＸ方向に推力を発生させる場合、永久磁石２１ａ、２１ｂが作る磁束にあわせて、図４（ａ）に示すようにＹ方向に２列配置した各相コイルに同一方向の電流を通電する。すると、図４（ａ）に矢印で示すように、Ｙ方向への推力は相殺されて発生せず、Ｘ方向への推力のみを発生させることができる。
また、Ｙ方向へ推力を発生させる場合、永久磁石２１ａ、２１ｂが作る磁束にあわせて、図４（ｂ）に示すようにＹ方向に２個配置した各相コイルの電流向きが互いに逆方向となるように電流を通電する。すると、図４（ｂ）に矢印で示すようにＸ方向への推力は相殺されて発生せず、Ｙ方向への推力のみを発生させることができる。
【００１１】
したがって、第１実施形態は、集中巻きに巻回された複数のＸＹ両方向移動用電機子巻線よりなるコイル列を２組Ｙ方向に並べ、当該電機子巻線を構成するコイルのコイルエンドが永久磁石端からはみ出だすように配置する構成にしたので、永久磁石を直線状に配置した状態でも２方向への移動が可能であり、かつ永久磁石を直線状に配置したことで、界磁ヨークの製造および固定子の組立が容易になると共に界磁ヨークの必要投入量が減りモータ質量及び体格を小さくすることができる。
【実施例２】
【００１２】
図５は第２実施形態を示す２自由度コアレスリニアモータの正断面図であって、図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面に相当するもの、図６は第２実施形態のコアレスリニアモータにおける電機子巻線と永久磁石の配置関係を右側面から見た概略構成図である。
図５において、第２実施形態のコアレスリニアモータの可動子１０は、界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、非磁性金属からなる電機子取付板１５と、平板状の基板１３と、基板１３の両面に集中巻きに巻回された複数個（本例では電気角１２０°の位相差を持つＵ、Ｖ、Ｗ相の３個）のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅを等間隔に並べて取付けたコイル列２Ａ、２Ｂとを備えた点は第１実施形態と同じである。
図５において、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、一方のコイル列２Ａ（１組）と他方のコイル列２Ｂ（１組）は、電機子の直線方向および磁気的空隙方向と直交する方向における各コイル列の各々の中心位置Ｃ１−Ｃ１線、Ｃ２−Ｃ２線を、基板１３を挟んで永久磁石２１ａ、２１ｂの中心位置Ｃｏ−Ｃｏ線から互いに逆方向にずらして配置すると共に、電機子の直線方向および磁気的空隙方向と直交する方向のコイル列１個の長さをＨｃ、前記永久磁石の長さをＨｍとしたとき、当該コイル列の長さＨｃが当該永久磁石の長さＨｍからはみ出す長さに設定した点である（Ｈｃ＞Ｈｍ）。
また、この場合、図６に示す界磁と電機子の配置関係においては、Ｘ方向に配置された４個の永久磁石２１ａに対して、ちょうど同じくＸ方向に配置された３個のＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅよりなる１組のコイル列２Ａを配置した構成となっている。
なお、本発明の第２実施形態における動作は第１実施形態と同一であるため、説明は省略する。
【００１３】
したがって、第２実施形態は、集中巻きに巻回された複数のＸＹ両方向移動用電機子巻線よりなるコイル列を１組Ｘ方向に並べ、当該電機子巻線を構成するコイル列のコイルエンドが永久磁石２１ａ、２１ｂからはみ出すように、基板１３の両側に同じものを２組配置する構成にしたので、ＸＹ両方向移動用電機子巻線１２ｅの形状をＹ方向のコイル長が長いものにすることにより、通電電流に対するＸ方向への発生推力を第１実施形態に対して大きくすることができる。
【符号の説明】
【００１４】
１  コアレスリニアモータ
１０  可動子
１１  電機子
２Ａ、２Ｂ  コイル列
１２ａ、１２ｂ  Ｘ方向移動用電機子巻線
１２ｃ、１２ｄ  Ｙ方向移動用電機子巻線
１２ｅ  ＸＹ両方向移動用電機子巻線
１３  基板
１４  モールド樹脂
１５  電機子取付板
１６  給電ケーブル
２０  固定子
２１ａ、２１ｂ  永久磁石
２２  界磁ヨーク
【図１】
2011193553.tif 000003
【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】
2011193553.tif 000009
【図８】
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【図９】
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