(57)【要約】【課題】コギング推力に含まれる複数の成分を同時かつ十分に低減する。【解決手段】複数の永久磁石１３により構成される磁石列１４を設けた界磁ヨーク１２と、電機子巻線２１を配設した電機子コア３０を備えるとともに磁石列１４と磁気的空隙を介して対向するように配置された電機子２０と、を有し、界磁ヨーク１２及び電機子２０のうち、いずれか一方を可動子２に、他方を固定子１１として、走行するリニアモータ１であって、磁石列１４の複数の永久磁石１３は、接する永久磁石１３どうしの極性が交互に異なるように直線状に並べられており、電機子コア３０は、両端部にそれぞれ設けられた補助ティース３２Ａ，３２Ｂと、電機子巻線２１をそれぞれ巻回する複数の主ティース３１と、を備えており、補助ティース３２Ａ，３２Ｂは、進行方向に直交するティース長さＨｔを進行方向に沿って変化可能な、先端部形状を備える。【選択図】図１
2011188709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁ヨークに交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて設けた界磁と、 
前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に電機子巻線を配置してなる電機子コアを有する電機子と、を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として所定の進行方向に沿って走行するリニアモータであって、
前記電機子コアは、
前記進行方向に沿った両端部にそれぞれ設けられ、前記電機子巻線を巻回しない補助ティースと、
前記両端部の前記補助ティースの間に設けられ、前記電機子巻線をそれぞれ巻回する複数の主ティースと、
を備えており、
前記補助ティースは、
前記進行方向に直交するティース長さ方向の寸法を前記進行方向に沿って変化可能な、先端部形状を備える
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記補助ティースは、
段付き状の先端部形状を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記補助ティースは、
曲線状の先端部形状を備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載のリニアモータにおいて、
前記補助ティースは、
前記走行する際のコギング推力の１次成分及び２次成分をそれぞれ低減するための１次成分低減部及び２次成分低減部を含む、複数のコギング推力低減部を備えており、
前記両端部の前記補助ティースの前記２次成分低減部は、
前記進行方向に沿った中心部どうしの離間距離と、前記ティース長さ方向の寸法とが、前記１次成分低減部とは異なる値である
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項４記載のリニアモータにおいて、
前記複数のコギング推力低減部は、
ｋを３以上の整数としたとき、
前記コギング推力の１次〜ｋ次成分をそれぞれ低減するために設けられた１次〜ｋ次成分低減部を含んでおり、かつ、
前記両端部の前記補助ティースの前記１次〜ｋ次成分低減部のそれぞれは、
前記進行方向に沿った中心部どうしの離間距離と、前記ティース長さ方向の寸法とが、互いに異なる値である
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
前記永久磁石の配置ピッチをＰｍ、ｎを自然数として、
前記ｋ次成分低減部の前記中心部どうしの離間距離Ｄｔｋを、
Ｄｔｋ＝（２×ｎ−１）×Ｐｍ／（２×ｋ）
とした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、例えば産業用工作機械や半導体実装装置などに用いられるリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータの一例として、例えば、特許文献１に記載のものがある。図８は、この従来のリニアモータの構造を表す縦断面図である。図８において、リニアモータ１００は、固定子１１と、可動子１０２とを有している。
【０００３】
固定子１１は、１つの界磁ヨーク１２と、複数の永久磁石１３からなる磁石列１４とを備えた、界磁により構成される。磁石列１４は、複数個の上記永久磁石１３が、交互に極性が異なるように、可動子１０２の進行方向（図８中左右方向）に沿って界磁ヨーク１２の内側に直線状に配置されている。またこのとき、永久磁石１３は、隣り合う磁石同士が所定のピッチ（磁極間距離）Ｐｍごとに配置されている。
【０００４】
可動子１０２は、上記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置された電機子１２０を有している。電機子１２０は、電機子巻線２１を配設した電機子コア１３０を備えている。
【０００５】
電機子コア１３０は、電機子巻線２１を巻回し上記進行方向に沿って複数個（この例では９個）設けられた主ティース３１と、上記進行方向に沿った両端部それぞれに（言い換えれば９個の主ティース３１の両側それぞれに）設けられ、電機子巻線２１を巻回しない２つの補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂとを備えている。
【０００６】
上記構成において、リニアモータ１００は、電機子巻線２１に電機子１２０の位置に応じた所定の電流を流すことにより、電機子巻線２１と永久磁石１３との電磁作用により、可動子１０２が上記進行方向に沿って直線移動する。このとき、電機子コア１３０の両端に磁気的アンバランスが生じてコギング推力が生じるが、この従来技術では、上記両端部の補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂ間の離間距離（補助ティース１３２Ａの上記走行方向中心位置と補助ティース１３２Ｂの上記走行方向中心位置との距離）Ｄｔを、
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／２（ただし、ｎは自然数）
となるように設定することで、補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂによって、上記コギング推力を相殺するよう図られている。
【０００７】
また、上記コギング推力のさらなる低減を目的として、コギング推力に１次成分、２次成分等の複数の成分が含まれることに着目し、１次成分の低減と２次成分の低減との両立を図る手法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
図９は、上記コギング推力に含まれる１次成分及び２次成分を説明するためのグラフである。縦軸にコギング推力の大きさをとり、横軸に可動子の移動距離をとって表している。図９において、コギング推力の１次成分とは、コギング推力波形の中に含まれる、１波長が上記ピッチＰｍに相当するコギング成分のことであり、２次成分とは、２波長が上記ピッチＰｍに相当するコギング成分のことである。この従来技術では、図１０に示すように、上記補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂ間の離間距離Ｄｔを、
（２ｎ−１）Ｐｍ／８≦Ｄｔ≦（２ｎ−１）Ｐｍ／２
の範囲で設定するとともに、上記補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂの長さ（上記走行方向に直交する方向における寸法）Ｈｔを、主ティース３１の長さＨｏ以下の適宜の範囲で設定する。これにより、コギング推力の１次成分の低減と２次成分の低減との両立を図っている（なお、上記より、特許文献１記載の従来技術では、コギング推力のうち、１次成分もしくは２次成分のいずれかのみを低減できることがわかる）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平７−５３４２７号公報（第２頁第４欄〜第３頁第６欄、第１図）
【特許文献２】特許第４１０３０６６号公報（第６頁〜第７頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、本出願人の検討によれば、上記コギング推力に含まれる１次成分、２次成分等の複数の成分それぞれごとに、当該成分を確実に低減するための、上記離間距離Ｄｔ及び上記長さＨｔの最適値が、個別に存在することがわかった。
【００１１】
このため、上記特許文献１や特許文献２に記載の従来技術のように、先端形状が平坦な直線状の補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂを用いた場合には、例えば、補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂどうしの上記離間距離Ｄｔを上記１次成分を低減させる最適値に決めると上記２次成分を十分に低減できず、逆に離間距離Ｄｔを２次成分を低減させるための最適値に決めると上記１次成分を十分に低減できない。上記特許文献２記載の従来技術では両者の中間をとり、離間距離Ｄｔを、上記１次成分を低減させる最適値と上記２次成分を低減させるための最適値との間で設定しているが、結果としていずれの成分も確実に十分低減できるものではなかった。また、補助ティース１３２Ａ，１３２Ｂの上記長さＨｔについても同様であり、長さＨｔを上記１次成分を低減させる最適値に決めると上記２次成分を十分に低減できず、長さＨｔを上記２次成分を低減させるための最適値に決めると上記１次成分を十分に低減できなかった。
【００１２】
そこで、以上の観点から、従来構造に対して、コギング推力に含まれる１次成分や２次成分等の複数の成分を同時に十分に低減することができるリニアモータが要求されている。
【００１３】
本発明の目的は、コギング推力に含まれる複数の成分を同時かつ十分に低減できるリニアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は、界磁ヨークに交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて設けた界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に電機子巻線を配置してなる電機子コアを有する電機子と、を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を可動子に、他方を固定子として所定の進行方向に沿って走行するリニアモータであって、前記電機子コアは、前記進行方向に沿った両端部にそれぞれ設けられ、前記電機子巻線を巻回しない補助ティースと、前記両端部の前記補助ティースの間に設けられ、前記電機子巻線をそれぞれ巻回する複数の主ティースと、を備えており、前記補助ティースは、前記進行方向に直交するティース長さ方向の寸法を前記進行方向に沿って変化可能な、先端部形状を備える。
【００１５】
本発明においては、複数の永久磁石が交互に極性が異なるように直線状に界磁ヨークに並べられ、界磁が構成されている。電機子は、上記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置されており、電機子コアに備えられた主ティースに電機子巻線が巻回されている。そして、電機子巻線に対し電機子の位置に応じた所定の電流を流すことにより、電機子巻線と永久磁石との電磁作用によって、可動子（電機子と界磁のうちの一方）が、固定子（電機子と界磁のうちの他方）に対して所定の進行方向に走行する。
【００１６】
このとき、電機子コアの両端に磁気的アンバランス（端効果）が生じ、これによってコギング推力が発生する。本発明では、電機子コアの上記進行方向に沿った両端部に補助ティースを設ける。これにより、当該両端部の補助ティースどうしの間の上記進行方向に沿った離間距離や各補助ティースのティース長さ方向の寸法を適宜に設定することで、当該コギング推力の低減が図られる。
【００１７】
ところで、上記コギング推力には、複数の成分が含まれている。例えば、１波長が１磁極間距離（永久磁石の配置ピッチ）に相当する１次成分や、２波長が１磁極間距離に相当する２次成分等の成分である。これら複数の成分それぞれを低減するために好適な、上記補助ティースどうしの離間距離や上記ティース長さ方向寸法は、各成分ごとにそれぞれ異なった値となる。
【００１８】
そこで本発明は、補助ティースの先端形状を、例えば段付き状や曲線状とすることで、ティース長さ方向の寸法を上記進行方向に沿って変化させる。これにより、両端部の各補助ティースのうち、例えば上記１次成分の低減に好適な上記離間距離を与える部位では、当該１次成分の低減に好適なティース長さ方向寸法とすることができ、また例えば上記２次成分の低減に好適な上記離間距離を与える部位では、当該２次成分の低減に好適なティース長さ方向寸法とすることができる。このようにして、各補助ティースにおいて、コギング推力に含まれる複数の成分それぞれについて、各成分の低減に好適な上記離間距離を与える部位で、当該成分の低減に好適なティース長さ方向寸法とすることができる。この結果、コギング推力に含まれる複数の成分それぞれを同時にかつ確実に低減することができる。したがって、高精度な駆動制御や位置決め制御を実現することができる。また、このようにコギング推力の複数の成分を同時に低減できることから、コギング推力最小化における設計の自由度を増加させる効果もある。
【００１９】
好ましくは、前記補助ティースは、段付き状の先端部形状を備える。
【００２０】
これにより、補助ティースの先端部に形成された各段に位置する、コギング推力の複数の成分それぞれの低減に好適な上記離間距離を与える部位において、当該成分の低減に好適なティース長さ方向寸法を実現することができる。この結果、それら複数の段全体で、コギング推力に含まれる複数の成分を同時にかつ確実に低減することができる。
【００２１】
また好ましくは、前記補助ティースは、曲線状の先端部形状を備える。
【００２２】
これにより、補助ティースの先端部に形成された曲線上に位置する、コギング推力の複数の成分それぞれの低減に好適な上記離間距離を与える部位において、当該成分の低減に好適なティース長さ方向寸法を実現することができる。この結果、当該曲線上の部位全体で、コギング推力に含まれる複数の成分を同時にかつ確実に低減することができる。また、磁束の変動を滑らかにすることができるので、コギング推力をさらに確実に低減できる効果もある。
【００２３】
また好ましくは、前記補助ティースは、前記走行する際のコギング推力の１次成分及び２次成分をそれぞれ低減するための１次成分低減部及び２次成分低減部を含む、複数のコギング推力低減部を備えており、前記両端部の前記補助ティースの前記２次成分低減部は、前記進行方向に沿った中心部どうしの離間距離と、前記ティース長さ方向の寸法とが、前記１次成分低減部とは異なる値である。
【００２４】
これにより、１次成分の低減に好適な上記離間距離及びティース長さ方向寸法を実現する１次成分低減部と、２次成分の低減に好適な上記離間距離及びティース長さ方向寸法を実現する２次成分低減部とを備える、補助ティースの形状を確実に実現することができる。
【００２５】
また好ましくは、前記複数のコギング推力低減部は、ｋを３以上の整数としたとき、前記コギング推力の１次〜ｋ次成分をそれぞれ低減するために設けられた１次〜ｋ次成分低減部を含んでおり、かつ、前記両端部の前記補助ティースの前記１次〜ｋ次成分低減部のそれぞれは、前記進行方向に沿った中心部どうしの離間距離と、前記ティース長さ方向の寸法とが、互いに異なる値である。
【００２６】
これにより、コギング推力を構成する１次成分、２次成分のみならず、３次成分以上の各成分についても、補助ティースにおいて当該成分の低減に好適な上記離間距離及びティース長さ方向寸法を実現することができる。この結果、コギング推力に含まれる１次〜ｋ次成分すべてを同時にかつ確実に低減することができる。
【００２７】
また好ましくは、前記永久磁石の配置ピッチをＰｍ、ｎを自然数として、前記ｋ次成分低減部の前記中心部どうしの離間距離Ｄｔｋを、Ｄｔｋ＝（２×ｎ−１）×Ｐｍ／（２×ｋ）とする。
【００２８】
これにより、補助ティースのうち、コギング推力に含まれるｋ次成分の低減に好適な離間距離Ｄｔｋを与える各部位において、各ｋ次成分の低減に好適なティース長さ方向寸法を実現することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、コギング推力に含まれる複数の成分を同時かつ十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態によるリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図２】コギング推力の１次成分及び２次成分を低減するための磁界解析を行った結果を表すグラフである。
【図３】図１に示したリニアモータ１のコギング推力低減効果を表すグラフである。
【図４】コギング推力の３次成分を低減するために拡張した変形例であるリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図５】補助ティースの先端部形状を曲線状とした変形例によるリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図６】補助ティースの先端部形状を曲線状とした他の変形例によるリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図７】磁束貫通型のリニアモータに本発明を適用した変形例によるリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図８】従来のリニアモータの構造を表す縦断面図である。
【図９】コギング推力に含まれる１次成分及び２次成分を説明するためのグラフである。
【図１０】従来のリニアモータの別の例の構造を表す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。なお、上記図８〜図１０において説明した従来技術と同等の部分には同一の符号を付し、適宜、説明を省略又は簡略化する。
【００３２】
図１は、本実施形態によるリニアモータの構造を表す縦断面図であり、上記図８や図１０に対応する図である。図１において、本実施形態のリニアモータ１は、上記同様の固定子１１と、可動子２とを有している。
【００３３】
可動子２は、界磁ヨーク１２及び磁石列１４を備えた界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置された電機子２０を有している。電機子２０は、電機子巻線２１を配設した電機子コア３０を備えている。電機子コア３０は、上記従来技術と同様の９個の主ティース３１と、上記進行方向に沿った両端部それぞれに（言い換えれば９個の主ティース３１の両側それぞれに）設けられ、電機子巻線２１を巻回しない２つの補助ティース３２Ａ，３２Ｂとを備えている。
【００３４】
補助ティース３２Ａ，３２Ｂは、その先端部形状が段付き状となっている。すなわち、補助ティース３２Ａは、前述の走行方向に直交する方向における寸法、すなわち長さがＨｔ１である第１段３２Ａ１と、Ｈｔ１より大きい長さＨｔ２である第２段３２Ａ２とを備えている。同様に、補助ティース３２Ｂも、長さＨｔ１である第１段３２Ｂ１と、長さＨｔ２である第２段３２Ｂ２とを備えている。またこのとき、補助ティース３２Ａの第１段３２Ａ１と補助ティース３２Ｂの第１段３２Ｂ１との間の離間距離はＤｔ１となっており、補助ティース３２Ａの第２段３２Ａ２と補助ティース３２Ｂの第２段３２Ｂ２との間の離間距離はＤｔ２（上記Ｄｔ１よりも小さい）となっている。このような段差構造により、補助ティース３２Ａ，３２Ｂはそれぞれ、上記長さが上記進行方向に沿ってＨｔ１からＨｔ２に変化する、先端部形状を実現している。
【００３５】
次に、本実施形態の上記補助ティース３２Ａ，３２Ｂの先端部形状によるコギング推力の低減の原理を説明する。
【００３６】
（ａ）離間距離の最適化
はじめに、コギング推力を低減させる補助ティースどうしの離間距離に着目する。上記特許文献２の記述を基に本出願人が検討した結果、コギング推力の前述の１次成分、２次成分を低減するための補助ティースどうしの離間距離は、次式のように表される。
【００３７】
コギング推力の１次成分を低減するための補助ティースどうしの離間距離Ｄｔは、
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／２  （ｎは自然数）  …（（最適化条件ａ−１））
コギング推力の２次成分を低減するための補助ティースどうしの離間距離Ｄｔは
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／４  （ｎは自然数）  …（（最適化条件ａ−２））
なお、厳密には、補助ティースの幅や電機子コアの磁気飽和による影響により、若干の誤差がある場合もある。
【００３８】
（ｂ）ティース長さの最適化
次に、コギング推力を低減させる、補助ティースの長さに着目する。本出願人は、図１に示した構造と同等の構造を用い、コギング推力の１次成分及び２次成分を低減するための磁界解析を行った。すなわち、上記（ａ）の結果に基づき、１次成分については上記の最適化条件ａ−１に基づいて離間距離Ｄｔを固定的に設定しつつ補助ティースの長さＨｔを種々（この例では７０［ｍｍ］〜７４［ｍｍ］の範囲内で）変化させ、そのときのコギング推力を算出した。同様に、２次成分についても上記の最適化条件ａ−２に基づいて離間距離Ｄｔを固定的に設定しつつ補助ティースの長さＨｔを種々変化させ、そのときのコギング推力を算出した。そして、図２に示す検討結果を得た。
【００３９】
図２に示すように、上記のように補助ティースどうしの離間距離を最適化した条件において、コギング推力の１次成分が最小値となる補助ティースの長さ（＝最適化条件ｂ−１）は、
Ｈｔ＝７２［ｍｍ］
である。この例では、この長さにおける１次成分の最小値は１０［Ｎ］未満の大きさとなっている。
【００４０】
これに対し、上記のように補助ティースどうしの離間距離を最適化した条件において、コギング推力の２次成分が最小値となる、補助ティースの長さ（＝最適化条件ｂ−２）は、
Ｈｔ＝７４［ｍｍ］
である。この例で、この長さにおける２次成分の最小値は、１０［Ｎ］未満の大きさとなっている。
【００４１】
すなわち、低減したいコギング推力の成分が、１次成分である２次成分であるかにより、当該成分を低減するために最適な、補助ティースの長さＨｔの値が異なる。
【００４２】
（ｃ）形状の最適化
上記（ａ）（ｂ）の結果からわかるように、コギング推力の１次成分を低減するために最適な補助ティースは、上記の最適化条件ａ−１を満たす離間距離Ｄｔと最適化条件ｂ−１を満たす長さＨｔを与えるような、補助ティースである。一方、コギング推力の２次成分を低減するために最適な補助ティースは、上記の最適化条件ａ−２を満たす離間距離Ｄｔと最適化条件ｂ−２を満たす長さＨｔを与えるような、補助ティースである。そして、上記より明らかなように、最適化条件ａ−１の離間距離の値と最適化条件ａ−２の離間距離の値とは互いに異なり、また最適化条件ｂ−１のティース長さの値と最適化条件ｂ−２のティース長さの値とは互いに異なる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、補助ティース３２Ａ，３２Ｂを前述の段付き形状とすることで、第１段３２Ａ１，３２Ｂ１どうしの離間距離Ｄｔ１と、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２どうしの離間距離Ｄｔ２とを、互いに異なる値としている。これにより、Ｄｔ１を上記最適化条件ａ−１を満たす値に設定し、Ｄｔ２を上記最適化条件ａ−２を満たす値に設定することで、コギング推力の１次成分及び２次成分をそれぞれ低減するために最適な離間距離を補助ティース３２Ａ，３２Ｂどうしで実現することができる。同様に、補助ティース３２Ａ，３２Ｂを段付き形状とすることで、第１段３２Ａ１，３２Ｂ１の長さＨｔ１と、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２の長さＨｔ２とを、互いに異なる値としている。これにより、Ｈｔ１を上記最適化条件ｂ−１を満たす値に設定し、Ｈｔ２を上記最適化条件ｂ−２を満たす値に設定することで、コギング推力の１次成分及び２次成分をそれぞれ低減するために最適なティース長さを実現可能となる。
【００４４】
なお、以上において、補助ティース３２Ａの第１段３２Ａ１と補助ティース３２Ｂの第１段３２Ｂ１は、コギング推力の１次成分を低減可能な、各請求項記載の１次成分低減部を構成する。また、補助ティース３２Ａの第２段３２Ａ２と補助ティース３２Ｂの第２段３２Ｂ２は、コギング推力の２次成分を低減可能な、２次成分低減部を構成する。そして、これら全体が、複数のコギング推力低減部を構成している。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態のリニアモータ１によれば、補助ティース３２Ａ，３２Ｂの第１段３２Ａ１，３２Ｂ１が、コギング推力に含まれる１次成分の低減に最適な離間距離とティース長さを実現し、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２が、コギング推力に含まれる２次成分の低減に最適な離間距離とティース長さを実現する。これにより、コギング推力に含まれる１次成分及び２次成分を同時にかつ確実に低減することができる。この結果、高精度な駆動制御や位置決め制御を実現することができる。また、このようにコギング推力の複数の成分を同時に低減できることから、コギング推力最小化における設計の自由度を増加させる効果もある。
【００４６】
図３は、このような本実施形態のリニアモータ１のコギング推力低減効果を、補助ティースを全く設けない構造、及び、上記従来技術に相当する先端形状が平坦な補助ティースを設けた構造と、比較して示すグラフである。前述の図９と同様、横軸には可動子の移動距離をとり、縦軸にコギング推力の大きさをとったときの、コギング推力の波形（全成分を含む）を表している。図示のように、本実施形態では、上記の原理によりコギング推力の１次成分と２次成分との両方を確実に低減できていることがわかる。
【００４７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。
【００４８】
（１）３次成分以上に拡張した場合
以上では、コギング推力の主たる成分である１次成分、２次成分の低減に主眼をおいた場合を例にとって説明したが、さらに３次成分以上の低減を図る場合も、上記同様に考えることができる。
【００４９】
すなわち、上記（ａ）での検討結果をさらに拡張することで、本出願人は、コギング推力のｋ次成分（ｋは３以上の整数）を低減するための、補助ティースどうしの上記離間距離Ｄｔに関する条件は、以下のように表されることを知見した。
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／（２×ｋ）
ここで、ｎは自然数、ｋはコギング推力の次数である。
したがって、上記実施形態と同様にして、
コギング推力の３次成分（ｋ＝３の場合）を低減するための補助ティースどうしの離間距離Ｄｔは、
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／６  （ｎは自然数）  …（（最適化条件ａ−３））
コギング推力の４次成分（ｋ＝４の場合）を低減するための補助ティースどうしの離間距離Ｄｔは、
Ｄｔ＝（２ｎ−１）Ｐｍ／８  （ｎは自然数）  …（（最適化条件ａ−４））
（…以下、同様…）
となる。
【００５０】
また、詳細な図示を省略するが、本出願人は、上記（ｂ）での検討結果をさらに拡張することで、補助ティースの上記ティース長さＨｔに関し、上記同様、コギング推力の３次成分が最小値となる補助ティースの長さ（＝最適化条件ｂ−３）、コギング推力の４次成分が最小値となる補助ティースの長さ（＝最適化条件ｂ−４）、…等が、個別に存在することを知見した。
【００５１】
図４は、上記の知見に基づく、本変形例のリニアモータの構造を表す縦断面図であり、上記図１に対応する図である。すなわち、補助ティース３２Ａは、第１段３２Ａ１と、第２段３２Ａ２と、第３段３２Ａ３と、第４段３２Ａ４とを備えている。同様に、補助ティース３２Ｂも、第１段３２Ｂ１と、第２段３２Ｂ２と、第３段３２Ｂ３と、第４段３２Ｂ４とを備えている。
【００５２】
補助ティース３２Ａ，３２Ｂそれぞれの第１段３２Ａ１，３２Ｂ１の長さはＨｔ１であり、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２の長さはＨｔ２であり、第３段３２Ａ３，３２Ｂ３の長さはＨｔ３であり、第４段３２Ａ４，３２Ｂ４の長さはＨｔ４である。これら長さＨｔ１〜Ｈｔ４の大小関係は、図示の例では、Ｈｔ１＜Ｈｔ３＜Ｈｔ２＜Ｈｔ４となっている。
【００５３】
また、補助ティース３２Ａの第１段３２Ａ１と補助ティース３２Ｂの第１段３２Ｂ１との間の離間距離はＤｔ１であり、補助ティース３２Ａの第２段３２Ａ２と補助ティース３２Ｂの第２段３２Ｂ２との間の離間距離はＤｔ２（上記Ｄｔ１よりも小さい）となっており、補助ティース３２Ａの第３段３２Ａ３と補助ティース３２Ｂの第３段３２Ｂ３との間の離間距離はＤｔ３（上記Ｄｔ２よりも小さい）となっており、補助ティース３２Ａの第４段３２Ａ４と補助ティース３２Ｂの第４段３２Ｂ４との間の離間距離はＤｔ４（上記Ｄｔ３よりも小さい）となっている。
【００５４】
このような段差構造により、補助ティース３２Ａ，３２Ｂはそれぞれ、上記長さが上記進行方向に沿ってＨｔ１→Ｈｔ２→Ｈｔ３→Ｈｔ４と変化する、先端部形状を実現している。
【００５５】
なお、以上において、補助ティース３２Ａの第１段３２Ａ１、第２段３２Ａ２、第３段３２Ａ３、第４段３２Ａ４全体と、補助ティース３２Ｂの第１段３２Ｂ１、第２段３２Ｂ２、第３段３２Ｂ３、第４段３２Ｂ４全体が、それぞれ複数のコギング推力低減部を構成している。
【００５６】
以上のように構成した本変形例では、補助ティース３２Ａ，３２Ｂを、上記に対応し、前述の段付き形状とすることで、第１段３２Ａ１，３２Ｂ１どうしの離間距離Ｄｔ１と、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２どうしの離間距離Ｄｔ２と、第３段３２Ａ３，３２Ｂ３どうしの離間距離Ｄｔ３と、第４段３２Ａ４，３２Ｂ４どうしの離間距離Ｄｔ４とを、互いに異なる値としている。これにより、Ｄｔ１を上記最適化条件ａ−１を満たす値に設定し、Ｄｔ２を上記最適化条件ａ−２を満たす値に設定し、Ｄｔ３を上記最適化条件ａ−３を満たす値に設定し、Ｄｔ４を上記最適化条件ａ−４を満たす値に設定することで、コギング推力の１次成分〜４次成分をそれぞれ低減するために最適な離間距離を補助ティース３２Ａ，３２Ｂのみで実現することができる。
【００５７】
同様に、補助ティース３２Ａ，３２Ｂを段付き形状とすることで、第１段３２Ａ１，３２Ｂ１の長さＨｔ１、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２の長さＨｔ２、第３段３２Ａ３，３２Ｂ３の長さＨｔ３、第４段３２Ａ４，３２Ｂ４の長さＨｔ４を、個別に設定している。これにより、Ｈｔ１を上記最適化条件ｂ−１を満たす値に設定し、Ｈｔ２を上記最適化条件ｂ−２を満たす値に設定し、Ｈｔ３を上記最適化条件ｂ−３を満たす値に設定し、Ｈｔ４を上記最適化条件ｂ−４を満たす値に設定することで、コギング推力の１次成分〜４次成分をそれぞれ低減するために最適なティース長さを実現することができる。
【００５８】
以上の結果、本変形例によれば、上記実施形態同様、コギング推力に含まれる１次成分〜４次成分を同時にかつ確実に低減することができる。この結果、高精度な駆動制御や位置決め制御を実現することができる。
【００５９】
また、上記はｋ＝４に対応してコギング推力の１次成分〜４次成分を低減する場合を例にとって説明したが、同様の手法を拡張し、補助ティース３２Ａ，３２Ｂに第１段〜第ｋ段（ｋ≧５）を設けることで、コギング推力に含まれる１次成分〜ｋ次成分をすべて同時にかつ確実に低減することができる。
【００６０】
（２）補助ティース先端部形状を曲線状とした場合
上記実施形態では、長さＨｔ１，Ｈｔ２及び離間距離Ｄｔ１，Ｄｔ２を備えた第１段３２Ａ１，３２Ｂ１及び第２段３２Ａ２，３２Ｂ２を設け、また上記（１）の変形例では、長さＨｔ１〜Ｈｔ４及び離間距離Ｄｔ１〜Ｄｔ４を備えた第１段３２Ａ１，３２Ｂ１〜第４段３２Ａ４，３２Ｂ４を設けることで、上記長さが上記進行方向に沿って変化する、先端部形状を実現したが、これに限られない。すなわち、上記段付き形状に代えて、補助ティースの先端部形状を曲線状とすることで、上記長さが上記進行方向に沿って変化する、先端部形状を実現してもよい。
【００６１】
図５は、図１に示した上記実施形態の構造に対応した変形例であり、図１の補助ティース３２Ａ，３２Ｂに代えて、補助ティース３２Ｃ，３２Ｄを設けている。この補助ティース３２Ｃ，３２Ｄは、図１に示す補助ティース３２Ａ，３２Ｂの第１段３２Ａ１，３２Ｂ１と同等の部位において長さＨｔ１及び離間距離Ｄｔ１を与え、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２と同等の部位において長さＨｔ２及び離間距離Ｄｔ２を与え、さらにそれら２つの部位の間、及びそれ以外の部位を滑らかに曲線で接続するようにしたものである。
【００６２】
また図６は、図４に示した上記（１）の変形例の構造に対応した変形例であり、図４の補助ティース３２Ａ，３２Ｂに代えて、補助ティース３２Ｃ，３２Ｄを設けている。この補助ティース３２Ｃ，３２Ｄは、図４に示す補助ティース３２Ａ，３２Ｂの第１段３２Ａ１，３２Ｂ１と同等の部位において長さＨｔ１及び離間距離Ｄｔ１を与え、第２段３２Ａ２，３２Ｂ２と同等の部位において長さＨｔ２及び離間距離Ｄｔ２を与え、第３段３２Ａ３，３２Ｂ３と同等の部位において長さＨｔ３及び離間距離Ｄｔ３を与え、第４段３２Ａ４，３２Ｂ４と同等の部位において長さＨｔ４及び離間距離Ｄｔ４を与え、さらにそれら４つの部位の間、及びそれ以外の部位を滑らかに曲線で接続するようにしたものである。
【００６３】
上記図５及び図６の変形例によっても、それぞれ上記実施形態及び上記（１）の変形例と同様の効果を得ることができる。また、曲線状に接続された形状により、磁束の変動を緩和し滑らかにすることができるので、コギング推力をさらに確実に低減できる効果もある。
【００６４】
（３）磁束貫通型のリニアモータに本発明を適用した場合
以上においては、界磁ヨークが電機子の片側にのみ存在するいわゆるギャップ対向型のリニアモータに本発明を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、界磁ヨークが電機子の両側にあるいわゆる磁束貫通型のリニアモータに本発明を適用してもよい。
【００６５】
図７は、本変形例によるリニアモータの構造を表す縦断面図であり、上記図１に対応する図である。
【００６６】
図７において、本変形例のリニアモータ２００は、固定子６１と、可動子５２とを有している。
【００６７】
固定子６１は、複数（この例では２つの）界磁ヨーク１２Ａ，１２Ｂと、それら界磁ヨーク１２Ａ，１２Ｂそれぞれに設けられ、複数の永久磁石１３Ａ又は１３Ｂからなる磁石列１４Ａ，１４Ｂとを備えた、界磁により構成されている。磁石列１４Ａ，１４Ｂは、複数個の上記永久磁石１３Ａ，１３Ｂが、交互に極性が異なるように、可動子５２の進行方向（図７中左右方向）に沿って界磁ヨーク１２Ａ，１２Ｂの内側に直線状に配置されている。またこのとき、永久磁石１３Ａ，１３Ｂは、上記同様、隣り合う磁石同士が所定のピッチＰｍごとに配置されるとともに、可動子５２を挟んで対向する永久磁石１３Ａと永久磁石１３Ｂの極性が異極になるように配置されている。
【００６８】
可動子５２は、上記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置された電機子７０を有している。電機子７０は、電機子巻線２１を配設した電機子コア８０を備えている。電機子コア８０は、磁石列１４Ａに対向するように設けられた９個の主ティース３１Ａと、磁石列１４Ｂに対向するように設けられた９個の主ティース３１Ｂと、上記９個の主ティース３１Ａの両側それぞれに設けられ、電機子巻線２１を巻回しない２つの補助ティース８２Ａ，８２Ｂと、上記９個の主ティース３１Ｂの両側それぞれに設けられ、電機子巻線２１を巻回しない２つの補助ティース８３Ａ，８３Ｂと、を備えている。
【００６９】
補助ティース８２Ａ，８２Ｂ及び８３Ａ，８３Ｂは、上記実施形態の補助ティース３２Ａ，３２Ｂと同様、その先端部形状が段付き状となっている。すなわち、補助ティース８２Ａ，８２Ｂは、長さＨｔ１の第１段８２Ａ１，８２Ｂ１と、Ｈｔ１より大きい長さＨｔ２の第２段８２Ａ２，８２Ｂ２とを備えている。補助ティース８２Ａの第１段８２Ａ１と補助ティース８２Ｂの第１段８２Ｂ１との間の離間距離はＤｔ１となっており、補助ティース８２Ａの第２段８２Ａ２と補助ティース８２Ｂの第２段８２Ｂ２との間の離間距離はＤｔ２（上記Ｄｔ１よりも小さい）となっている。同様に、補助ティース８３Ａ，８３Ｂは、長さＨｔ１の第１段８３Ａ１，８３Ｂ１と、長さＨｔ２の第２段８３Ａ２，８３Ｂ２とを備え、第１段８３Ａ１と第１段８３Ｂ１との間の離間距離はＤｔ１、第２段８３Ａ２と第２段８３Ｂ２との間の離間距離はＤｔ２となっている。このような段差構造により、補助ティース８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂはそれぞれ、上記長さが上記進行方向に沿ってＨｔ１からＨｔ２に変化する、先端部形状を実現している。
【００７０】
なお、以上において、補助ティース８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂの第１段８２Ａ１，８２Ｂ１，８３Ａ１，８３Ｂ１は各請求項記載の１次成分低減部を構成し、第２段８２Ａ２，８２Ｂ２，８３Ａ２，８３Ｂ２は、２次成分低減部を構成する。そして、これら全体が、複数のコギング推力低減部を構成している。
【００７１】
上記構成において、リニアモータ２００は、電機子巻線２１に電機子７０の位置に応じた所定の電流を流すことにより、電機子巻線２１と永久磁石１３Ａ，１３Ｂとの電磁作用により、可動子５２が上記進行方向に沿って直線移動する。このとき、電機子コア８０の両端に磁気的アンバランスが生じてコギング推力が生じる。その際、本変形例においても、上記実施形態と同様、補助ティース８２Ａ，８２Ｂ，８３Ａ，８３Ｂの第１段８２Ａ１，８２Ｂ１，８３Ａ１，８３Ｂ１が、コギング推力に含まれる１次成分の低減に最適な離間距離とティース長さを実現し、第２段８２Ａ２，８２Ｂ２，８３Ａ２，８３Ｂ２が、コギング推力に含まれる２次成分の低減に最適な離間距離とティース長さを実現するので、コギング推力に含まれる１次成分及び２次成分を同時にかつ確実に低減することができる。すなわち、磁束貫通型のリニアモータに本発明を適用した場合においても、上記ギャップ対向型に適用した場合と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
なお、以上においては、磁石列１４，１４Ａ，１４Ｂを設けた界磁ヨーク１２，１２Ａ，１２Ｂを含む界磁を固定子とし、電機子２０，７０が可動子となって走行する場合を例にとって説明したが、これに限られない。逆に、電機子２０，７０を固定子とし、界磁が可動子となって走行する構造としてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。
【００７３】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００７４】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のリニアモータによれば、高精度な駆動制御や位置決め制御を実現することができる。この結果、特に、低コギング推力が要求される産業用工作機械や半導体実装装置等に対し好適なリニアモータを実現することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１              リニアモータ
２              可動子
１１            固定子
１２            界磁ヨーク
１２Ａ，１２Ｂ  界磁ヨーク
１３            永久磁石
１３Ａ，１３Ｂ  永久磁石
１４            磁石列
１４Ａ，１４Ｂ  磁石列
２０            電機子
２１            電機子巻線
３０            電機子コア
３１            主ティース
３２Ａ          補助ティース
３２Ｂ          補助ティース
３２Ａ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
３２Ｂ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
３２Ａ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
３２Ｂ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
３２Ａ３        第３段（コギング推力低減部）
３２Ｂ３        第３段（コギング推力低減部）
３２Ａ４        第４段（コギング推力低減部）
３２Ｂ４        第４段（コギング推力低減部）
３２Ｃ          補助ティース
３２Ｄ          補助ティース
５２            可動子
６１            固定子
７０            電機子
８０            電機子コア
８２Ａ          補助ティース
８２Ａ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
８２Ａ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
８２Ｂ          補助ティース
８２Ｂ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
８２Ｂ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
８３Ａ          補助ティース
８３Ａ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
８３Ａ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
８３Ｂ          補助ティース
８３Ｂ１        第１段（１次成分低減部、コギング推力低減部）
８３Ｂ２        第２段（２次成分低減部、コギング推力低減部）
２００            リニアモータ
【図１】
2011188709.tif 000003
【図２】
2011188709.tif 000004
【図３】
2011188709.tif 000005
【図４】
2011188709.tif 000006
【図５】
2011188709.tif 000007
【図６】
2011188709.tif 000008
【図７】
2011188709.tif 000009
【図８】
2011188709.tif 000010
【図９】
2011188709.tif 000011
【図１０】
2011188709.tif 000012