(57)【要約】【課題】電機子の推力に寄与しない領域の周辺において、永久磁石の減磁を抑制できるリニアモータを提供すること。【解決手段】リニアモータ１は、駆動方向に沿って異なる磁性の磁石１２が交互に配列された磁石板１０と、本体となるコア２１及びコア２１に装着されるコイル２２を有する電機子２０と、を備え、磁石板１０と２０電機子との間に生じる推力により、磁石板１０と電機子２０を磁石１２の配列方向に沿って相対的に移動させるリニアモータであって、磁石板１０は、磁石１２の配列方向に沿って延在し、前記推力に寄与しない非推力領域Ｄ２を有し、電機子２０のコア２１は、コイル２２が装着される複数の主歯を少なくとも備え、磁石板１０の非推力領域Ｄ２と対向する領域においては、前記主歯が設けられていない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動方向に沿って異なる磁性の磁石が交互に配列された磁石板と、本体となるコア及び前記コアに装着されるコイルを有する電機子と、を備え、前記磁石板と前記電機子との間に生じる推力により、前記磁石板と前記電機子を前記磁石の配列方向に沿って相対的に移動させるリニアモータであって、
前記磁石板は、前記磁石の配列方向に沿って延在し、前記推力に寄与しない非推力領域を有し、
前記電機子の前記コアは、前記コイルが装着される複数の主歯を少なくとも備え、前記磁石板の前記非推力領域と対向する領域においては、前記主歯が設けられていない、
リニアモータ。
【請求項２】
前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯及び隣接する前記主歯の間に設けられる副歯を備え、
前記磁石板の前記非推力領域と対向する領域においては、前記主歯が設けられていない、
請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯及び隣接する前記主歯の間に設けられる副歯を備え、
前記磁石板の前記非推力領域と対向する領域においては、前記主歯及び前記副歯が設けられていない、
請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯のみを備え、
前記磁石板の前記非推力領域と対応する領域においては、前記主歯が設けられていない、
請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記磁石板の前記非推力領域は、前記磁石が設けられていない領域である、
請求項１から請求項４までのいずれか一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、リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＯＡ機械の磁気ヘッド駆動機構、工作機械の主軸／テーブル送り機構等、各種の産業機械の駆動装置としてリニアモータの使用が提案されている。この種のリニアモータにおいては、界磁磁極として、複数の板状の永久磁石を面状に配置した磁石板が広く用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１７３３４号公報
【特許文献２】特開２０１６−９２８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したリニアモータにおいて、磁石板の幅（電機子の移動方向と直交する方向の幅）を広くすると、磁石板の幅方向の曲げ剛性が低くなる。その場合、電機子との間に発生する磁界の吸引力により磁石板が電機子側に変形し、電機子と磁石板との隙間を適正な間隔に保つことが難しくなる。
【０００５】
これを解決するため、磁石板を機械の取付部に固定するボルトを増やして、磁石板の変形を抑制することも行われている。例えば、ボルトを、磁石板の幅方向の両端部だけでなく、中央部にも追加した構成である。このような構成とした場合、追加したボルトの周辺には、永久磁石が設けられていないため、電機子の推力に寄与しない領域となる。しかし、追加したボルトの周辺に設けられた永久磁石の端部には、電機子で発生する磁束が集中するため、永久磁石の端部が減磁されやすくなるという課題がある。減磁とは、永久磁石の磁力が恒久的に弱まることをいう。
【０００６】
本発明の目的は、電機子の推力に寄与しない領域の周辺において、永久磁石の減磁を抑制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】
【０００７】
（１）  本発明は、駆動方向に沿って異なる磁性の磁石（例えば、後述する永久磁石１２）が交互に配列された磁石板（例えば、後述する磁石板１０）と、本体となるコア（例えば、後述するコア２１）及び前記コアに装着されるコイル（例えば、後述するコイル２２）を有する電機子（例えば、後述する電機子２０）と、を備え、前記磁石板と前記電機子との間に生じる推力により、前記磁石板と前記電機子を前記磁石の配列方向に沿って相対的に移動させるリニアモータ（例えば、後述するリニアモータ１）であって、前記磁石板は、前記磁石の配列方向に沿って延在し、前記推力に寄与しない非推力領域（例えば、後述する非推力領域Ｄ２）を有し、前記電機子の前記コアは、前記コイルが装着される複数の主歯（例えば、後述する主歯２１１）を少なくとも備え、前記磁石板の前記非推力領域と対応する領域においては、前記主歯が設けられていないリニアモータに関する。
【０００８】
（２）  （１）のリニアモータにおいて、前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯及び隣接する前記主歯の間に設けられる副歯（例えば、後述する副歯２１２）を備え、前記磁石板の前記非推力領域と対応する領域においては、前記主歯が設けられていない構成としてもよい。
【０００９】
（３）  （１）のリニアモータにおいて、前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯及び隣接する前記主歯の間に設けられる副歯を備え、前記磁石板の前記非推力領域と対応する領域においては、前記主歯及び前記副歯が設けられていない構成としてもよい。
【００１０】
（４）  （１）のリニアモータにおいて、前記電機子の前記コアは、複数の前記主歯のみを備え、前記磁石板の前記非推力領域と対応する領域においては、前記主歯が設けられていない構成としてもよい。
【００１１】
（５）  （１）〜（４）までのいずれかのリニアモータであって、前記磁石板の前記非推力領域が、前記磁石が設けられていない領域であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電機子の推力に寄与しない領域の周辺において、永久磁石の減磁を抑制できるリニアモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のリニアモータ１の概略を示す斜視図である。
【図２】リニアモータ１の断面図である。
【図３】電機子２０の平面図である。
【図４Ａ】図３のＩ−Ｉ線に対応する断面図である。
【図４Ｂ】図３のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面図である。
【図５】第２実施形態における電機子２０Ａの開口領域Ｓ２の断面図である。
【図６Ａ】第３実施形態における電機子２０Ｂのスロット領域Ｓ１の断面図である。
【図６Ｂ】第３実施形態における電機子２０Ｂの開口領域Ｓ２の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解のしやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材等の断面を示すハッチングを適宜に省略する。
【００１５】
本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば「平行」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書等においては、リニアモータ１において電機子２０の移動方向に相当する方向をＸ（Ｘ１−Ｘ２）方向、リニアモータ１の幅（短手）方向に相当する方向をＹ（Ｙ１−Ｙ２）方向、厚み方向に相当する方向をＺ（Ｚ１−Ｚ２）方向とする。また、リニアモータ１が取り付けられる機械の取付部３０についても同様とする。
【００１６】
図１は、第１実施形態のリニアモータ１の概略を示す斜視図である。
図２は、リニアモータ１の断面図である。図２は、リニアモータ１のＹ−Ｚ面と平行な面における断面を示している。なお、図２においては、ボルトを断面でなく外観で示し、雄ネジ溝、雌ネジ溝等を省略している。
図３は、電機子２０の平面図である。
図４Ａは、図３のＩ−Ｉ線に対応する断面図である。
図４Ｂは、図３のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のリニアモータ１は、複数の磁石板１０と、電機子２０と、を備える。
磁石板１０は、電機子２０の移動方向（Ｘ方向）に沿って、異なる磁性の永久磁石１２（後述）が交互に配置された界磁磁極である。磁石板１０は、電機子２０と協働して、電機子２０を直線的に移動させるための駆動力を発生する。磁石板１０は、図２に示すように、板材１１、永久磁石１２、接合層１３を備える。
【００１８】
板材１１は、板状の金属部材である。板材１１は、図２に示すように、Ｚ１側の面となる第１面Ｆ１と、Ｚ２側の面となる第２面Ｆ２と、を有する。第１面Ｆ１は、複数の永久磁石１２が配置される側の面である。第２面Ｆ２は、機械の取付部３０（後述）に固定される側の面である。板材１１は、例えば、ケイ素鋼板の積層体、炭素鋼、一般構造用圧延鋼材等により形成される。
【００１９】
本実施形態のリニアモータ１においては、図１に示すように、電機子２０の移動方向（Ｘ方向）に沿って、５枚の板材１１（磁石板１０）が配列されている。各板材１１の第１面Ｆ１には、それぞれ８個の永久磁石１２が配置されている。
なお、磁石板１０は、電機子２０の移動方向に対して、若干スキュー（傾斜）した状態で配列されていてもよい。また、磁石板１０の数、形状等は、本実施形態の例に限らず、リニアモータ１の仕様等に応じて適宜に設定される。
【００２０】
板材１１は、図２に示すように、Ｙ方向の中央部、Ｙ１及びＹ２方向の端部に、それぞれ段付き穴１１０を備える。段付き穴１１０は、板材１１を機械の取付部３０に固定する際に、ボルト１２０（後述）が挿入される穴である。なお、図２では、最もＹ２側に設けられた段付き穴１１０及びボルト１２０にのみ符号を付している。
【００２１】
永久磁石１２は、磁界を発生する部材であり、図２に示すように、板材１１の第１面Ｆ１に接合層１３を介して配置される。永久磁石１２は、板材１１の第１面Ｆ１上において、電機子２０の移動方向（Ｘ方向）に沿って、Ｎ極の永久磁石１２とＳ極用の永久磁石１２とが交互に配置されている。接合層１３は、板材１１と永久磁石１２とを接合する層であり、例えば、接着剤により形成される。
【００２２】
本実施形態では、図１に示すように、１つの板材１１上に、８個の永久磁石１２が４（Ｙ方向）×２（Ｘ方向）のパターンで配置されている。これらの永久磁石１２は、Ｙ方向の中央部に設けられたボルト１２０の周辺領域には設けられていない。ボルト１２０のＺ１側には、機械の取付部３０に取り付ける際に、工具をボルト１２０に嵌合させるための空間が必要となるからである。
【００２３】
磁石板１０において、Ｙ方向の中央部に設けられたボルト１２０の周辺領域を間に挟んで、Ｙ１側及びＹ２側には、電機子２０の推力に寄与する領域（以下、「推力領域Ｄ１」ともいう）が形成されている。この推力領域Ｄ１には、それぞれ４個の永久磁石１２が２（Ｙ方向）×２（Ｘ方向）のパターンで配置されている。推力領域Ｄ１は、図１に示すように、永久磁石１２の配列方向（Ｘ方向）に延在している。
なお、磁石板１０において、推力領域Ｄ１に配置される永久磁石１２の個数、配置形態等は、本実施形態の例に限らず、リニアモータ１の仕様等に応じて適宜に設定される。
【００２４】
また、上述したボルト１２０の周辺領域には、電機子２０の推力に寄与しない非推力領域Ｄ２が形成されている。非推力領域Ｄ２は、永久磁石１２が設けられていない領域である。非推力領域Ｄ２についても、推力領域Ｄ１と同様に、永久磁石１２の配列方向（Ｘ方向）に延在している。
【００２５】
機械の取付部３０は、例えば、ＯＡ機械の磁気ヘッド駆動機構、工作機械の主軸／テーブル送り機構等の駆動装置として、リニアモータ１が取り付けられる箇所である。本実施形態では、機械の取付部３０を板状の部材として図示しているが、実際には、取り付けられる機械に応じた形状を有する。
【００２６】
機械の取付部３０は、図２に示すように、板材１１の段付き穴１１０と対向する位置（中心同士が重なる位置）にボルト穴３１０が設けられている。ボルト穴３１０は、内周面に、板材１１（磁石板１０）の段付き穴１１０に挿入されるボルト１２０の雄ネジと螺合可能な雌ネジを有する。
【００２７】
電機子２０は、磁石板１０と協働して、電機子２０を直線的に移動させるための駆動力を発生する。電機子２０は、図１及び図２に示すように、本体となるコア２１と、コイル２２と、を備える。コア２１は、電機子２０の本体となる部材である。コア２１は、例えば、磁性材料からなる板材を複数重ね合わせた構造体として構成されている。コイル２２は、コア２１の主歯２１１（後述）に巻き付けられるワイヤである。コイル２２には、外部の電源装置から交流の電力が供給される。本実施形態では、電機子２０のコイル２２に電力を供給するケーブル等の図示を省略する。
【００２８】
コア２１は、図１及び図２に示すように、Ｚ２側の面に溝部２１０を備える。溝部２１０は、コア２１のＺ２側の面からＺ１側に向けて逆凹状に窪んだ領域である。溝部２１０は、コア２１のＸ方向に沿って延在している。本実施形態における溝部２１０には、その延在する方向（Ｘ方向）において、副歯２１２（後述）が溝部２１０を横切るように設けられている。
【００２９】
コア２１は、図３に示すように、Ｙ−Ｚ平面において、スロット領域Ｓ１及び開口領域Ｓ２に区分される。スロット領域Ｓ１は、図４Ａに示すように、複数の主歯２１１、副歯２１２が形成されている領域である。主歯２１１は、コイル２２が巻き付けられる歯である。副歯２１２は、隣接する主歯２１１の間に設けられる歯である。主歯２１１及び副歯２１２は、交互に形成されている。コア２１のスロット領域Ｓ１は、図２に示すように、Ｚ１方向において、磁石板１０の推力領域Ｄ１と対向する。
【００３０】
開口領域Ｓ２は、磁石板１０の非推力領域Ｄ２と対向する領域であり、上述した溝部２１０に形成されている。開口領域Ｓ２には、図４Ｂに示すように、主歯２１１は形成されておらず、副歯２１２のみが形成されている。すなわち、主歯２１１は、Ｙ１側のスロット領域Ｓ１とＹ２側のスロット領域Ｓ１のみに形成されている。また、副歯２１２は、Ｙ１側のスロット領域Ｓ１から開口領域Ｓ２を横切って、Ｙ２側のスロット領域Ｓ１まで延在している。
【００３１】
図２に示すように、電機子２０の開口領域Ｓ２と磁石板１０の非推力領域Ｄ２は、電機子２０と磁石板１０をリニアモータ１として構成した場合に、Ｙ方向における中心が互いに略一致するように設定されている。また、電機子２０の開口領域Ｓ２の幅Ｗ１は、磁石板１０の非推力領域Ｄ２の幅Ｗ２よりも広くなるように設定されている。電機子２０の開口領域Ｓ２の端部が、Ｙ方向において、磁石板１０の非推力領域Ｄ２の内側寄りに位置していると、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に、電機子２０で発生した磁束が集中しやすくなるためである。そのため、電機子２０の開口領域Ｓ２と磁石板１０の非推力領域Ｄ２の互いの中心が略一致した状態において、開口領域Ｓ２の幅Ｗ１は、少なくとも非推力領域Ｄ２の幅Ｗ２と同じとすることが好ましく、非推力領域Ｄ２の幅Ｗ２よりも広くすることがより好ましい。開口領域Ｓ２の幅Ｗ１と非推力領域Ｄ２の幅Ｗ２との比率は、例えば、１．１〜１．０程度とすることが好ましい。
【００３２】
上記のように構成された電機子２０のコイル２２に対して、電力として単相交流又は三相交流を印加すると、コイル２２に生じる磁束（移動磁界）と磁石板１０の磁界との間に吸引力及び反発力が作用して、その移動方向（Ｘ方向）の成分により電機子２０に推力が与えられる。電機子２０は、この推力により、図１に示すように、磁石板１０において永久磁石１２が配列されたＸ方向に沿って直線的に移動する。
【００３３】
上記推力は、図２に示すように、コア２１（電機子２０）のスロット領域Ｓ１から磁石板１０の推力領域Ｄ１に発生する磁束（下向きの実線の矢印）と磁石板１０の磁界との間に吸引力及び反発力が作用することにより生じる。
一方、磁石板１０の非推力領域Ｄ２には、永久磁石１２が設けられておらず、またコア２１の開口領域Ｓ２には、磁束の形成に必要な主歯２１１が形成されていない。そのため、非推力領域Ｄ２と開口領域Ｓ２との間では、コイル２２に生じる磁束が主歯２１１の形成されている推力領域Ｄ１とスロット領域Ｓ１との間に比べて弱く、コイル２２に生じる磁束と磁石板１０の磁界との間に吸引力及び反発力も作用しないので、電機子２０に対する推力はほとんど生じない。
【００３４】
上述した非推力領域Ｄ２と開口領域Ｓ２との間で推力がほとんど生じない現象は、全域に主歯２１１及び副歯２１２が設けられた従来構成のコアと開口領域Ｓ２との間においても同様に起こり得る。しかし、このような従来構成のコアでは、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に、電機子２０で発生した磁束が集中するため、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２が減磁されてしまう。
【００３５】
一方、本実施形態の構成によれば、図２に示すように、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に、電機子２０（コア２１の開口領域Ｓ２）で発生した磁束が集中しにくい。図２では、全域に主歯２１１及び副歯２１２が設けられた従来構成のコアで生じる磁束を破線の矢印で示しているが、本実施形態の磁石板１０及びコア２１においては、図示のような破線の磁束が非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に集中しにくい。したがって、上述した本実施形態のリニアモータ１によれば、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の減磁を抑制できる。
【００３６】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態における電機子２０Ａの開口領域Ｓ２の断面図である。図５は、図３のＩＩ−ＩＩ線の断面に相当する。第２実施形態では、第１実施形態と同等部分に同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、第２実施形態の電機子２０Ａにおいて、コア２１Ａの開口領域Ｓ２には、主歯２１１及び副歯２１２のいずれも形成されておらず、コイル２２のみが存在する。なお、図示していないが、コア２１Ａのスロット領域Ｓ１の構成は、第１実施形態（図４Ａ参照）と同じである。このように、コア２１Ａのスロット領域Ｓ１が複数の主歯２１１及び副歯２１２で構成される場合に、開口領域Ｓ２を、主歯２１１及び副歯２１２のいずれも形成されない構成としてもよい。
【００３８】
第２実施形態の電機子２０Ａにおいても、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に、電機子２０Ａ（コア２１Ａの開口領域Ｓ２）で発生した磁束が集中しにくいため、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の減磁を抑制できる。
【００３９】
（第３実施形態）
図６Ａは、第３実施形態における電機子２０Ｂのスロット領域Ｓ１の断面図である。図６Ａは、図３のＩ−Ｉ線の断面に相当する。
図６Ｂは、第３実施形態における電機子２０Ｂの開口領域Ｓ２の断面図である。図６Ｂは、図３のＩＩ−ＩＩ線の断面に相当する。
【００４０】
図６Ａに示すように、第３実施形態の電機子２０Ｂにおいて、コア２１Ｂのスロット領域Ｓ１には、複数の主歯２１１のみが形成されており、副歯２１２は形成されていない。また、図６Ｂに示すように、第３実施形態の電機子２０Ｂにおいて、コア２１Ｂの開口領域Ｓ２には、主歯２１１が形成されておらず、コイル２２のみが存在する。このように、コア２１のスロット領域Ｓ１が主歯２１１のみで構成される場合に、開口領域Ｓ２を、主歯２１１が形成されない構成としてもよい。
【００４１】
第３実施形態の電機子２０Ｂにおいても、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の端部に、電機子２０Ｂ（コア２１Ｂの開口領域Ｓ２）で発生した磁束が集中しにくいため、非推力領域Ｄ２の両側に配置された永久磁石１２の減磁を抑制できる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【００４３】
（変形形態）
第１実施形態においては、図４Ｂに示すように、開口領域Ｓ２にスロット領域Ｓ１と同じ副歯２１２が形成される例について示したが、これに限定されない。コア２１のＸ方向において、副歯２１２の形成される領域と形成されない領域とが混在していてもよい。
第１実施形態においては、電機子２０の開口領域Ｓ２がＹ方向の中央に設けられた例について説明したが、これに限定されない。電機子２０の開口領域Ｓ２は、Ｙ方向に複数箇所設けられていてもよい。
【００４４】
第１実施形態においては、磁石板１０を固定側とし、電機子２０を駆動側とする例について説明したが、これに限定されない。リニアモータ１において、磁石板１０を駆動側とし、電機子２０を固定側としてもよい（第２、第３実施形態についても同様）。
【符号の説明】
【００４５】
１：リニアモータ、１０：磁石板、１１：板材、１２：永久磁石、２０，２０Ａ，２０Ｂ：電機子、２１，２１Ａ，２１Ｂ：コア、２２：コイル、３０：機械の取付部、２１０：溝部、２１１：主歯２１１：副歯、Ｄ１：推力領域、Ｄ２：非推力領域、Ｓ１：スロット領域、Ｓ２：開口領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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