(57)【要約】【課題】製造性を向上させながら強度を維持しつつ、小型化し、軽量かつ経済的で、奇数極界磁ながらモータ特性の低下を回避するリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置を提供する。【解決手段】界磁部と、該界磁部と磁気的空隙を介して対向配置された電機子コイルを有する電機子部と、を備えたリニアモータにおいて、界磁部は一対の平板状の界磁ヨーク１ａ、１ｂと、該界磁ヨーク１ａ、１ｂ上に直線方向に沿って交互に極性が異なるように並べて配置された奇数個（本例では５個）の永久磁石２ａ〜２ｅで構成されている。また、界磁部を構成する永久磁石２ａ〜２ｅを配置した１対の界磁ヨーク１ａ、１ｂは、その両端をヨーク固定部材３ａ、３ｂにて部分的に接続したことを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の一対の界磁ヨークにそれぞれ交互に極性が異なるように直線方向に並べて配置された複数個の永久磁石を有する界磁部と、
前記界磁部と磁気的空隙を介して対向配置された電機子巻線を有する電機子部と、
を備え、前記界磁部と前記電機子部の何れか一方を固定子に、他方を移動子として相対的に走行するリニアモータにおいて、
前記永久磁石の個数を奇数個で構成すると共に、前記一対の界磁ヨークは、該界磁ヨークの直線方向と直交する方向の一方の端部を部分的に接続するヨーク固定部材を設けたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記１対の界磁ヨークは、前記各々の界磁ヨークの直線方向に沿った両端の対称な位置にて接続されてい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】
前記ヨーク固定部材の幅を少なくとも前記永久磁石の極ピッチと等しくした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】
前記ヨーク固定部材と前記界磁ヨークの互いに直交する接続部位に強度メンバとなる非磁性部材を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記界磁ヨークの両端に設けた前記ヨーク固定部材同士の間における空間部に強度メンバとなる非磁性部材を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のリニアモータを用いたことを特徴とするテーブル送り装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機や半導体製造装置等のＦＡ機器のテーブル送りに利用されるリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、工作機や半導体製造装置等のＦＡ機器のテーブル送りに用いられるリニアモータとしては、界磁ヨーク上の進行方向に沿って交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁部と、当該界磁部と磁気的空隙を介して対向する電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子部とから構成されている。このようなリニアモータの界磁部を構成する永久磁石の個数を偶数個とすること（偶数極界磁）が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、製造装置等の大型化により、発生電磁推力を低下させることなく、小型化し、軽量かつ経済的なリニアモータが要求されている。
そこで、リニアモータの小型化による界磁ヨークの磁気飽和を軽減し、発生電磁推力の低下を回避するために、界磁部を構成する永久磁石の個数を奇数個とするもの（奇数極界磁、例えば、特許文献２参照）、あるいは小型化し、軽量かつ経済的な奇数個の永久磁石を有するリニアモータを提供するために、界磁部における両端の永久磁石の幅寸法を他の永久磁石の幅寸法の２分の１とするものが提案されている（例えば、特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０３７０７０
【特許文献２】特開２０００−３４１９３０
【特許文献３】特開平６−２４５４８０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術においては、例えば、特許文献２では界磁部の永久磁石を奇数極とすることにより、磁気的空隙における磁束密度にバイアスが生じ、発生電磁推力の低下を回避しても、モータ特性が十分に向上しないという問題があった。
また、特許文献３では界磁部の永久磁石を奇数個配置し、その両端の永久磁石の幅寸法を他の永久磁石の幅寸法の２分の１としているため、製造上、加工コストや作業工数がかかる。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、製造性を向上させながら強度を維持しつつ、小型化し、軽量かつ経済的で、奇数極界磁ながらモータ特性の低下を回避するリニアモータおよびそれを用いたテーブル送り装置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】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１記載の本発明は、平板状の一対の界磁ヨークにそれぞれ交互に極性が異なるように直線方向に並べて配置された複数個の永久磁石を有する界磁部と、前記界磁部と磁気的空隙を介して対向配置された電機子巻線を有する電機子部と、を備え、前記界磁部と前記電機子部の何れか一方を固定子に、他方を移動子として相対的に走行するリニアモータにおいて、前記永久磁石の個数を奇数個で構成すると共に、前記一対の界磁ヨークは、該界磁ヨークの直線方向と直交する方向の一方の端部を部分的に接続するヨーク固定部材を設けたことを特徴としている。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記１対の界磁ヨークは、前記各々の界磁ヨークの直線方向に沿った両端の対称な位置にて接続されていることを特徴としている。
請求項３記載の本発明は、請求項１または２記載のリニアモータにおいて、前記ヨーク固定部材の幅を前記永久磁石の極ピッチの長さと等しくしたことを特徴としている。
請求項４記載の本発明は、請求項１または２記載のリニアモータにおいて、前記ヨーク固定部材と前記界磁ヨークの互いに直交する接続部位に強度メンバとなる非磁性部材を設けたことを特徴としている。
請求項５記載の本発明は、請求項１または２記載のリニアモータにおいて、前記界磁ヨークの両端に設けた前記ヨーク固定部材同士の間における空間部に強度メンバとなる非磁性部材を設けたことを特徴としている。
請求項６記載の本発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載のリニアモータを用いたテーブル送り装置であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１〜５記載の発明によると、永久磁石の個数を奇数とする界磁部を構成する奇数極界磁リニアモータにおいて、界磁ヨークを部分的に接続するヨーク固定部材を備えることによって、両端の漏洩磁束を減少させる。このため、電機子部からみた界磁部は、相対的に両端は周期的な境界があることになり、極数が偶数の場合と同等の界磁を得る。
請求項６記載の発明によると、請求項１〜５記載のリニアモータ効果を有するテーブル送り装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図、
【図２】第１実施形態におけるリニアモータ界磁部の磁束分布を説明するための模式図であって、（ａ）は全体正面図、（ｂ）は側面図、
【図３】第１実施形態の変形例を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図、
【図４】本発明の第２実施形態を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図、
【図５】ヨーク固定部材の幅寸法に対する磁束密度の変化を示したグラフ、
【図６】第２実施形態の変形例を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図、
【図７】本実施形態のリニアモータを工作機のテーブル送り装置に適用した例を示すものであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のテーブルを取り外した状態を示すと共に進行方向に沿って上面から見た平面図
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の第１実施形態を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図である。
図１において、本発明は、界磁部は一対の平板状の界磁ヨーク１ａ、１ｂと、該界磁ヨーク１ａ、１ｂ上のそれぞれに直線方向に沿って交互に極性が異なるように並べて配置された奇数個（本例では５個）の永久磁石２ａ〜２ｅで構成されている。また、界磁部を構成する永久磁石２ａ〜２ｅを配置した１対の界磁ヨーク１ａ、１ｂは、該界磁ヨークの直線方向（図１のストローク方向）と直交する方向の一方の端部を部分的に閉じるように二つのヨーク固定部材３ａ、３ｂ（磁性体）にて接続されると共に、該界磁ヨーク１ａ、１ｂの直線方向に沿った両端の対称な位置に配置されている。
【００１２】
次に本発明の動作を説明する。
図４は、第１実施形態におけるリニアモータ界磁部の磁束分布を説明するための模式図であって、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は側面図である。図４に示すように、界磁ヨーク１ａ、１ｂを部分的に接続するヨーク固定部材３ａ、３ｂを備えているため、前期磁気回路に加え、磁気的空隙を介して永久磁石２ａ〜２ｅと、界磁ヨーク１ａ、１ｂと、ヨーク固定材３ａ、３ｂとを通る磁気回路を形成する。このため、図示しない電機子部からみた界磁部は、相対的に界磁部の両端が周期的な境界を有することになり、界磁の極数が偶数の場合と同等となる。
【００１３】
第１実施形態は上記に示したごとく、永久磁石２ａ〜２ｅの個数を奇数とする界磁部を構成する奇数極界磁リニアモータにおいて、界磁ヨーク１ａ、１ｂに、該界磁ヨークのストローク方向と直交する方向の一方の端部を部分的に閉じるように接続する二つのヨーク固定部材３ａ、３ｂを設けることで、両端の漏洩磁束を減少させることができるため、電機子部からみた界磁部は、相対的に界磁部の両端は周期的な境界が存在することになり、極数が偶数の場合と同等の界磁を得られる。
【００１４】
次に、図３は第１実施形態の変形例を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図である。
図３において、第１実施形態は、ヨーク固定部材３ａ、３ｂ間における空間部に強度メンバとなる非磁性部材４を設ける構成にしても構わない。このようにすることで、製造性を向上させながら強度を維持しつつ、小型化し、軽量かつ経済的で、奇数極界磁ながらモータ特性の低下を回避するリニアモータを提供することができる。
【実施例２】
【００１５】
図４は、本発明の第２実施形態を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図である。
図４において、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、ヨーク固定部材３ａ、３ｂの幅Ａを少なくとも永久磁石２ａ〜２ｅの極ピッチの長さＰｍと等しくした点である。
図５は、ヨーク固定部材の幅寸法に対する磁束密度の変化を示したグラフである。横軸に磁極ピッチＰｍに対するヨーク固定部材の幅寸法Ａとの比をとり、縦軸に永久磁石の厚み方向の中央部分における磁束密度（Ｔ）の数値を取って、それらの関係を表したものである。図５から、Ａ／Ｐｍが１，０以上で、永久磁石の磁束密度のオフセット量が０．００５以下となり安定するため、ヨーク固定部材の幅を少なくとも永久磁石の極ピッチと等しくすれば、界磁ヨーク両端の漏洩磁束を最適に減少させることができる。
また、第２実施形態の動作については基本的には、第１実施形態と同じなので、その説明を省略する。
【００１６】
第２実施形態は上記構成にしたので、第１実施形態と同様に界磁ヨーク１ａ、１ｂを部分的に接続するヨーク固定部材３ａ、３ｂを備えるが。該ヨーク固定部材の幅を少なくとも永久磁石２ａ〜２ｅの極ピッチの長さと等しくすることで、第１実施形態よりもさらに両端の漏洩磁束を減少させ、電機子部からみた界磁部の両端は相対的に周期的な境界が存在することになり、極数が偶数の場合と同等の界磁を得られる。
【００１７】
次に、図６は第２実施形態の変形例を示すリニアモータ界磁部の全体斜視図である。
図６において、第２実施形態は、界磁ヨーク１ａ、１ｂの両端に配置したヨーク固定部材３ａ、３ｂと界磁ヨークとの接続部位に強度メンバとなる非磁性部材５を設ける構成にしても構わない。このようにすることで、製造性を向上させながら強度を維持しつつ、小型化し、軽量かつ経済的で、奇数極界磁ながらモータ特性の低下を回避するリニアモータを提供することができる。
【００１８】
図7は本実施形態のリニアモータを工作機のテーブル送り装置に適用した例を示すものであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のテーブルを取り外した状態を示すと共に進行方向に沿って上面から見た平面図である。
リニアモータは、界磁ヨーク１ａ、１ｂ上の進行方向に沿って複数個の永久磁石（２ａ…）を隣接して配置した界磁部６を固定子に、電機子コア８に電機子巻線１０を巻装してなる電機子部７を可動子として構成されており、界磁ヨーク１ａ、１ｂの端部を進行方向に沿ってヨーク固定部材３ａ、３ｂにより部分的に接続している。なお、可動子を構成する電機子部７の上面には電機子取付板１２を介してテーブル１３が設けられており、可動子は固定台１４に設けたリニアガイド１１によって摺動支持されている。
このように小型・軽量で、モータ特性の低下の少ないリニアモータをテーブル送り装置に適用することで、高精度な位置決め送りを実現することができる。
【００１９】
なお、上記実施形態のうち、第１実施形態（図３の変形例）で、ヨーク固定部材間における空間部に強度メンバとなる非磁性部材を設けたり、あるいは第２実施形態（図６の変形例）で、界磁ヨークの両端に配置したヨーク固定部材と界磁ヨークとの接続部位に強度メンバとなる非磁性部材を設けた構成を示したが、これに替えて、第１実施形態で、ヨーク固定部材と界磁ヨークとの接続部位に強度メンバとなる非磁性部材を設けたり、あるいは、第２実施形態で、ヨーク固定部材間における空間部に強度メンバとなる毘磁性部材を設けるようにしても構わない。
【００２０】
以上、奇数極界磁リニアモータの特徴である構成、動作、効果について、界磁側を中心に詳細に説明を述べた。
本来、従来技術となる、偶数極の永久磁石を有する偶数極界磁リニアモータでは、推力を上げることを目的として設計上、電機子との関係から巻線係数を高くとるように、電機子における磁石列と直交する方向のティースの長さをスロットピッチより大きくとることが普通である。
ここで、偶数極界磁リニアモータの場合を、図７の奇数極界磁を用いて説明すると（ティースの長さは符号Ｈｔ、スロットピッチは符号Ｐｓに相当する）、電機子巻線１０の銅損を低く抑えるために電機子７のスロットピッチＰｓを広くし、 ティース幅Ｂｔを狭くする手段をとるが、ティース幅Ｂｔの一定の範囲から外れて狭すぎると、かえって推力飽和の問題を生じることになる。 
そこで、客先から要求されるリニアモータの仕様（電機子、界磁寸法）を一定の状態で、推力飽和を受け難くし、巻線係数の高い、リニモータを実現する必要があったが、電機子７および界磁６の寸法をそのままで、電機子７のティース幅Ｂｔの一定推力飽和を受け難くし、巻線係数を高くする手段として、界磁６側を構成する永久磁石の個数を例えば、偶数個から奇数個に変更して界磁極数を減らしたリニアモータを採用する場合があった。電機子、界磁寸法を変えたく無い場合に、偶数極界磁から奇数極界磁のリニアモータに替えると、偶数極界磁リニアモータのようなティース幅Ｂｔを狭めるといった設計手法をとることなく、単に界磁極数（永久磁石の個数）を変更することで、推力飽和の問題を回避できるという点で有利な効果を奏する。
【符号の説明】
【００２１】
１ａ、１ｂ  界磁ヨーク
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ  永久磁石
３ａ、３ｂ  ヨーク固定部材
４、５  非磁性部材
６  界磁
７  電機子
８  電機子コア
９  ティース
１０  電機子巻線
１１  リニアガイド
１２  電機子取付板
１３  テーブル
１４  固定台
【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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