(57)【要約】【課題】コギング推力の発生を極力低減することが可能な、高精度なリニアモータを提供する。【解決手段】複数の永久磁石２ｂを直線状に並べて配置した界磁ヨーク２ａからなる界磁極２と、界磁極２の永久磁石２ｂ列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子１とを備え、電機子１は、主ティース４ｂとスロット４ｃを有する電機子コア３と、電機子コア３のスロット４ｃにコイルを巻回した電機子巻線７と、電機子コア３の界磁極２の永久磁石２ｂ列と平行方向の両端に配置した補助ティース５より構成してあり、界磁極２と電機子１との何れか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁極２と電機子１を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、電機子コア３の界磁極２の永久磁石２ｂ列と平行方向の長さ、もしくは電機子１の主ティース４ｂの個数によって、電機子コア３両端の補助ティース５の形状が異なるようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に極性が異なるように複数の永久磁石（２ｂ）を直線状に並べて配置した界磁ヨーク（２ａ）からなる界磁極（２）と、前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子（１）とを備え、
前記電機子（１）は、主ティース（４ｂ）とスロット（４ｃ）を有する電機子コア（３）と、前記電機子コア（３）のスロット（４ｃ）にコイルを巻回した電機子巻線（７）と、前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と平行方向の両端に配置した補助ティース（５）より構成してあり、
前記界磁極（２）と前記電機子（１）との何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極（２）と前記電機子（１）を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と平行方向の長さ、もしくは前記電機子（１）の主ティース（４ｂ）の個数によって、前記電機子コア（３）両端の補助ティース（５）の形状が異なることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と垂直方向の長さによって、前記電機子コア（３）両端の補助ティース（５）の形状が異な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】
前記電機子コア（３）は、複数の分割コアで構成されると共に、前記分割コアを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部（６ａ）を、他方側面に凹状の係合部（６ｂ）を設け、隣り合う各々の係合部を嵌合させて結合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】
交互に極性が異なるように複数の永久磁石（２ｂ）を直線状に並べて配置した２つの界磁ヨーク（２ａ）を対向させた界磁極（２）と、前記２つの界磁極（２）の間に磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子（１）とを備え、
前記電機子（１）は、前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と直交方向の両端に主ティース（４ｂ）とスロット（４ｃ）を有する電機子コア（３）と、前記電機子コア（３）の両端のスロットにコイルを巻回した電機子巻線（７）と、前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と平行方向の両端に配置した補助ティース（５）より構成してあり、
前記界磁極（２）と前記電機子（１）との何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極（２）と前記電機子（１）を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と平行方向の長さ、もしくは前記電機子（１）の主ティース（４ｂ）の個数によって、前記電機子コア（３）両端の補助ティース（５）の形状が異なることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
前記電機子コア（３）の前記界磁極（２）の永久磁石（２ｂ）列と垂直方向の長さによって、前記電機子コア（３）両端の補助ティース（５）の形状が異なることを特徴とする請求項４記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記電機子コア（３）は、複数の分割コアで構成されると共に、前記分割コアを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部（６ａ）を、他方側面に凹状の係合部（６ｂ）を設け、隣り合う各々の係合部を嵌合させて結合したことを特徴とする請求項４、または５に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機のテーブル送りなどに利用される高精度なリニアモータに関し、特にその電機子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来技術によるギャップ対向型のリニアモータの側断面図を示す。図７において、１が電機子、２が界磁極である。
電機子１は、複数の電機子ブロック４からなる、いわゆる分割コア型の電機子コア３と、電機子コア３の両端に設けた補助ティース５で構成される。電機子ブロック４は、略長方形をした電磁鋼板を複数枚積層してなりスロット４ｃと主ティース４ｂを備えたコアブロック４ａのスロット４ｃに、電機子巻線７を巻装すると共に、一方側面に凸状の係合部６ａを、他方側面に凹状の係合部６ｂを設けた構成である。補助ティース５は、略Ｌ字状の積層鋼板や鋼部材などからなり、一端の補助ティース５の側面に凸状の係合部６ａを、他端の補助ティース５の側面に凹状の係合部６ｂを設けてある。これらの複数の電機子ブロック４と補助ティース５を直線状に並べ、隣り合う各々の係合部６ａ、６ｂを嵌合させて結合した後、移動子８の下面に固定している。なお、上記分割コア型の電機子１に代えて、電機子コア３を、またはそれに加えて補助ティース５を含めて櫛歯状に抜いた積層鋼板からなる一体型コアの電機子も構成され得る。
界磁極２は、図示しない固定部に固定した界磁ヨーク２ａに、複数の永久磁石２ｂを交互に極性が異なるように隣接、配置されている。
上記電機子１と界磁極２とが空隙を介し、互いが平行に対向するようにしてリニアモータが構成される。
このような構成のリニアモータにおいて、上記のような電機子１の構成であるため、電機子コア３の積層鋼板の枚数を増減して積み厚を変更したり、電機子ブロック４の個数を増減することにより、リニアモータの発生推力を自由に設計することができる。
また、補助ティース５を除いた電機子コア２だけでは電機子コア３の両端部の主ティース４ｂと中心部の主ティース４ｂでは、鎖交磁束が異なり、ひいては各々の主ティース４ｂに働く力がバラツキ、コギング推力が発生する。これを防ぐために、補助ティース５が設けられている（特許文献１）。それに加えて、コギング推力を最小とする界磁極２のピッチと補助ティース５の長さの関係や、主ティース４ｂと補助ティース５の長さの関係を、理論式や有限要素法を用いた数値解析により求めて、コギング推力を極力小さくする工夫がなされている（特許文献２、３）。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６０−３０１９５号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／８０４０８公報
【特許文献３】実公平７−５３４２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のリニアモータを、コンタリング性能が重要視される工作機械、あるいは微細な位置決めを高速に行う半導体装置などに適用するに当って、実際に製作したリニアモータでは、次のような問題があった。
上述したように、電機子コアの補助ティースの形状は数値解析などによって求められ、電磁的に周期性や相似性のある等価な電機子コアにたいしては設計的、あるいはコスト的観点から同じ形状の補助ティースが用いられる。ここで、電磁的に周期性があるというのは、電機子コアの主ティース数が整数倍であるといったことである。これにより電機子コアはストローク方向に長短が生じる。
また、電磁的な相似性とは電機子コア形状などは同じで、積み厚が相違するといったことである。これにより電機子コアはストローク方向に垂直な方向に長短となる。
ところが、電磁的に周期性や相似性があったとしても、詳細には電機子コアの形状が変るとストローク方向、あるいはそれと垂直方向の電磁的端効果が変化する。従って、この端効果の変化の影響により、補助ティースによる主ティースに働く力のバラツキの抑制力減じられるという作用が生じ、界磁極によるティースに働く電磁力のバランスを崩して、コギング推力や推力リップルの原因となり、ひいてはリニアモータを組み込んだ工作機械や半導体装置などのコンタリング性能、あるいは位置決め性能を劣化させる原因となり、大きな問題となっていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電磁的に周期性や相似性のある電機子コアに大して各々相違する形状の補助ティースを装着することでコギング推力の発生を極力低減することが可能な、高精度なリニアモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明は、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配置した界磁ヨークからなる界磁極と、前記界磁極の永久磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子とを備え、前記電機子は、主ティースとスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアのスロットにコイルを巻回した電機子巻線と、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と平行方向の両端に配置した補助ティースより構成してあり、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と平行方向の長さ、もしくは前記電機子の主ティースの個数によって、前記電機子コア両端の補助ティースの形状が異なるようにする。
また、請求項２の本発明は、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と垂直方向の長さによって、前記電機子コア両端の補助ティースの形状が異なるようにする。
請求項３の本発明は、請求項１または２の発明において、前記電機子コアは、複数の分割コアで構成されると共に、前記分割コアを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部を、他方側面に凹状の係合部を設け、隣り合う各々の係合部を嵌合させて結合したものとする
請求項４の本発明は、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配置した２つの界磁ヨークを対向させた界磁極と、前記２つの界磁極の間に磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子とを備え、前記電機子は、前記界磁極の永久磁石列と直交方向の両端に主ティースとスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアの両端のスロットにコイルを巻回した電機子巻線と、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と平行方向の両端に配置した補助ティースより構成してあり、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と平行方向の長さ、もしくは前記電機子の主ティースの個数によって、前記電機子コア両端の補助ティースの形状が異なるようにする。
請求項５の本発明は、請求項４の発明において、前記電機子コアの前記界磁極の永久磁石列と垂直方向の長さによって、前記電機子コア両端の補助ティースの形状が異なるようにする。
請求項６の本発明は、請求項４または５の発明において、前記電機子コアは、複数の分割コアで構成されると共に、前記分割コアを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部を、他方側面に凹状の係合部を設け、隣り合う各々の係合部を嵌合させて結合したものとする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のリニアモータを図に示す実施例に基づいて説明する。
【０００７】
（第１実施例）
本発明が従来と同じ構成要素については同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
本発明のギャップ対向型のリニアモータを図１に示す。図２に、図１の片側（右側）の補助ティース５周辺部（一点鎖線の枠内）に関する拡大図を示す。
本発明のリニアモータは、図７に示した従来技術によるリニアモータは相似形であるが、積み厚（紙面の奥行き方向の寸法）が相違しており、加えて補助ティース５の形状が異なる。その他は従来の技術にて述べた構成と同じである。
図１の実施例での本発明のリニアモータは、より具体的には積み厚が図７の従来例よりも短く（例えば半分の積み厚）、積み厚方向の電磁的な端効果が顕著になる。この端効果の補助ティース５のコギング低減効果を最大限に得るため、例えば図２に示す補助ティース５のＢ寸法、すなわち補助ティース５の長さを従来よりも長くした構成としている。
このように構成された電機子１を備えたリニアモータは、電機子１で生じる端効果による界磁ヨーク２ａによる主ティース４ｂの発生力のバラツキを最大限に抑制するように作用し、ひいてはコギング推力を最小に抑えることができる。
【０００８】
（第２実施例）
次に、図３に第２実施例を示す。第２の実施例のリニアモータは第１の実施例のリニアモータとの構成の相違点は、第１の実施例のリニアモータの電機子コア３の電機子ブロック４は９個であるのに対し、第２の実施例のリニアモータの電機子コア３の電機子ブロック４の個数は１８個と２倍である（周期的には同形）と共に、補助ティース５の形状が異なる。両者の積み厚は同じであり、リニアモータの発生推力としては、実施例２の発生推力は実施例１の２倍得られる構成である。
第２の実施例の構成のリニアモータと、第１の実施例のリニアモータのストローク方向端部の端効果は相違し、ストローク方向端部の端効果は、第２の実施例の方が小さくなる。よって、第２の実施例のリニアモータは、例えば図２に示す補助ティース５のＢ寸法、すなわち、補助ティース５の長さを第１の実施例よりも短くした構成としている。
このように構成された電機子１を備えたリニアモータは、第１の実施例と同様に、電機子１で生じる端効果による界磁ヨーク２ａによる主ティース４ｂの発生力のバラツキを最大限に抑制するように作用し、ひいてはコギング推力を最小に抑えることができる。
【０００９】
（第３実施例）
図４、図６には、２つの界磁極２の間に対向するように電機子１を磁気的空隙を介して配置した、磁束貫通型のリニアモータに本発明を適用した第３の実施例を示す。図５には、図４、図６の片側（右側）の補助ティース５周辺部（一点鎖線の枠内）に関する拡大図を示す。
図４、図６の磁束貫通型のリニアモータは、界磁極２が２つであること、そして２つの界磁極２の間にある電機子１がコアブロック４ａの上下に主ティース４ｂとスロット４ｃを備え、上下両方のスロット４ｃに電機子巻線７を巻装した構成であり、２つの磁気的空隙面で推力を発生している点がギャップ対向型と大きく相違している。また、可動子取付け穴８ａによって図示しない可動子とを結合する構成である。その他の基本的構成は図１のギャップ対向型のリニアモータと同じである。
図４と図６の二つのリニアモータは、第２の実施例で述べたのと同様であり、図４のリニアモータは図６のリニアモータとの構成の相違点は、図４のリニアモータの電機子コア３の電機子ブロック４は９個であるのに対し、図６のリニアモータの電機子コア３の電機子ブロック４の個数は１８個と２倍である（周期的には同形）と共に、補助ティース５の形状が異なる。両者の積み厚は同じであり、リニアモータの発生推力としては、図６の発生推力は、図４の２倍得られる構成である。
図６の構成のリニアモータと、図４のリニアモータのストローク方向端部の端効果は相違し、ストローク方向端部の端効果は、図６の方が小さくなる。よって、図６のリニアモータは、例えば図５に示す補助ティース５のＢ寸法、すなわち、補助ティース５の長さを図４のリニアモータよりも短くした構成としている。
このように構成されたリニアモータは第２の実施例で説明したものと同様な作用、効果が得られる。
また、図４、図６の磁束貫通型のリニアモータにおいても、電機子１の積み厚がことなる相似形の違いに対しても、実施例１で説明したように、各々異なる補助ティース寸法とすれば、コギング推力を極力低減でき得るリニアモータを実現できることに変わりない。
【００１０】
なお、第１、および、第２の実施例では補助ティース５のＢ寸法のみを相違させたが、Ａ寸法、すなわち、電機子コア３の両端の主ティースの中心線と補助ティース５の中心線間の寸法、および、Ｃ寸法、すなわち、補助ティース５の幅を相違させても構わない。
また、各実施例においては、電機子コア構造が分割コア型について説明したが、一体コア型についても同様である。また、ティースをセミオープンスロットとしたが、オープンスロットとしても構わない。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電機子コアのストローク方向、あるいはストローク方向に垂直方向の端効果に対応した補助ティースを備えることで、各々の電磁的な端効果の影響による主ティースに働く力のアンバランスを極力低減できて、リニアモータのコギング推力を最小にできる。
以上から、コンタリング性能の高く、高精度加工ができる工作機械、高速に微小位置決めを行なえ、高スループットの半導体製造装置にも適用可能なリニアモータを提供できるといった大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
【図２】図１の補助ティース周辺部の拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示すリニアモータの平断面図である。
【図５】図４の補助ティース周辺部の拡大図である。
【図６】本発明の第３の実施例を示す他のリニアモータの平断面図である。
【図７】従来のリニアモータの側断面図である。
【符号の説明】
１    電機子
２    界磁極
２ａ  界磁ヨーク
２ｂ  永久磁石
３    電機子コア
４    電機子ブロック
４ａ  コアブロック
４ｂ  主ティース
４ｃ  スロット
５    補助ティース
６ａ  凸状係合部
６ｂ  凹状係合部
７    電機子巻線
８    移動子
８ａ  移動子取付け穴
【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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