(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる界磁ヨークに長さ方向に所定ピッチで埋め込まれた複数の永久磁石と、
前記界磁ヨークの長さ方向に沿って所定のピッチで設けられると共に、前記界磁ヨークに対向して所定のギャップ隔てて設けられた複数の電磁石とを備え、
隣り合う前記永久磁石は互いに逆向きに着磁され、
前記電磁石は３脚を有し、中央の脚に巻き回されたコイルを有し、該コイルに通電することにより前記中央の脚を挟む両外側の脚を異なる極性に磁化させ、
前記中央の脚は、二股に分かれた２脚を有し、前記２脚は、前記電磁石の一外側の脚と一対をなす第１脚と、前記電磁石の他外側の脚と一対をなす第２脚を有し、前記一外側の脚と前記第１脚、及び、前記他外側の脚と前記第２脚は、それぞれ前記所定ピッチに等しい極ピッチを有し、前記第１脚と前記第２脚との極ピッチは、前記所定ピッチの２倍のピッチであることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は界磁ヨークに永久磁石を埋め込んだリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータまたはパルスモータにおいて、永久磁石を設けたものが多く提案されており、永久磁石を設ける方法に注目すると、次に記載するようなものがある。
【０００３】
励磁用コイルが設けられた鉄心の上方付近に、鉄心に接合された永久磁石を設け、該永久磁石を鉄心との間で挟持する磁極板を設けたバリアブルレラクタンス形リニアパルスモータ（特開昭６３−２９４２５２号公報参照）がある。また、永久磁石を分割して配置したもの（特開平２−３０７３５６号公報、特開平２−３２７５０号公報）もある。
【０００４】
しかしながらこの特開昭６３−２９４２５２号公報、特開平２−３０７３５６号公報および特開平２−３２７５０号公報に開示されたリニアパルスモータでは、永久磁石を励磁側上方に設けたために鉄心を小型化できないという問題がある。
【０００５】
固定子の上下両面側にそれぞれ配置され互いに機械的に固定された第１および第２の移動子をそれぞれＵ字状コアで形成し、該コアを２分割してその間に永久磁石を一方から他方へ磁束を流すように配置し、該コアに励磁巻線を施したリニアパルスモータ（特開昭６４−４７２５８号公報）がある。
【０００６】
しかしこの特開昭６４−４７２５８号公報に開示されたリニアパルスモータでは、永久磁石が励磁側に設けられていて、励磁側を小型化できないという問題がある。
【０００７】
また、移動子励磁側の鉄心歯に永久磁石を設けると共に、未着磁部分にスリットを設けたリニアパルスモータ、固定子の鉄心歯に永久磁石を設けると共に、未着磁部分にスリットを備えたスリット板を設けたリニアパルスモータ（特開平１−２９８９４５号公報）がある。
【０００８】
しかしこの特開平１−２９８９４５号公報に開示されたリニアパルスモータでは、スリット板を含む鉄心を小型化できないという問題がある。
【０００９】
また、移動子の電磁石を構成する磁極の先端に前記電磁石による起磁力の方向と直交する方向に起磁力を発生する永久磁石、または前記電磁石による起磁力の方向と平行する方向に起磁力を発生する永久磁石を設けたリニアパルスモータ（特開平２−１１４８５２号公報）がある。
【００１０】
しかしこの特開平２−１１４８５２号公報に開示されたリニアパルスモータでは、磁極先端に永久磁石を設けるために、電磁石を小型化できないという問題がある。
【００１１】
また、外周軸方向に小歯が配設された磁気ブロックとこれを所定の磁極に磁化する永久磁石を備え、この永久磁石によって磁極ブロックが互いに異極の磁性に磁化され、一方の磁極ブロックの歯先が固定子の突極の歯先に対向するとき、他方の磁極ブロックの歯先は固定子の突極の歯底と対向するようにしたリニアパルスモータ（特開平６−１９７５１７号公報）がある。
【００１２】
しかしこの特開平６−１９７５１７号公報に開示されたリニアパルスモータでは磁極ブロックが存在するために小型化できないという問題がある。
【００１３】
また、外周面に固定子小歯に対向して軸方向に等ピッチで複数個の移動子小歯が形成された移動子鉄心を有する移動子において、移動子の軸と移動子鉄心との間に、非磁性材からなる円筒状部材を設けたリニアパルスモータ（特開平７−１７０７１９号公報、特開平８−９６２３号公報）がある。
【００１４】
しかしこの特開平７−１７０７１９号公報および特開平８−９６２３号公報に開示されたリニアパルスモータでは移動子の軸と移動子鉄心との間の円筒状部材の存在のために小型化できないという問題がある。
【００１５】
また、軸方向に所定間隔隔てて配設された移動子鉄心をそれぞれＮ極およびＳ極に磁化するための永久磁石を備え、移動子軸は磁性材または非磁性材からなり、永久磁石は円筒状に形成され、かつ移動鉄心と移動子軸との間に配設されたリニアパルスモータ（特開平７−２８８９６９号公報）がある。
【００１６】
しかしこの特開平７−２８８９６９号公報に開示されたリニアパルスモータでは永久磁石の存在のために小型化できないという問題がある。
【００１７】
また、軸方向に所定間隔隔てて配設された移動子コア間に軸方向に着磁された永久磁石を介在させたリニアパルスモータ（特開平８−１６３８５７号公報）がある。
【００１８】
しかしこの特開平８−１６３８５７号公報に開示されたリニアパルスモータでは永久磁石が存在するために小型化できないという問題がある。
【００１９】
また、固定子として機能する１／８ピッチの間隔で並んだ複数の励磁ユニット群に、所定の空隙隔てて設けられ、永久磁石と磁性体からなる歯部が所定のピッチで交互に並んだ可動子としての磁極ユニットで構成され、１つの励磁ユニットは磁極ユニットを両側から挟むように並ぶ磁極と、該磁極を連結する磁性部材と、磁性部材に巻き回された電機子コイルを備えたリニアパルスモータ（特開平１０−３２７５７１号公報）がある。
【００２０】
しかし、この特開平１０−３２７５７１号公報に開示されたリニアパルスモータでは永久磁石が存在するために小型化できないという問題がある。
【００２１】
また、複数個の移動子小歯が形成された移動子内に配設された永久磁石を備え、移動子小歯は固定子小歯のピッチの１／２間隔で配設され、１つの小歯と小歯との間に軸方向に着磁された永久磁石を挟み一対の移動子コアを構成し、対同士の間には、空隙または非磁性材を介して磁気的に絶縁したリニアパルスモータ（特開平１１−４１９０５号公報）がある。
【００２２】
しかしこの特開平１１−４１９０５号公報に開示されたリニアパルスモータでは、移動子を小型化できないという問題がある。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、永久磁石を用いた上記リニアパルスモータでは、小型化が困難な他に、十分な推力を持たないという問題点があった。
【００２４】
本発明は、構成が簡単で、かつ小型化できる上に十分な推力を有するリニアモータを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明のリニアモータは、磁性体からなる界磁ヨークに長さ方向に所定ピッチで埋め込まれた複数の永久磁石と、
予め定めた間隔の極ピッチを有し、界磁ヨークの長さ方向に沿って所定ピッチで設けられると共に、界磁ヨークに対向して所定ギャップ隔てて設けられた複数の電磁石とを備え、
隣り合う永久磁石は互いに逆向きに着磁されたことを特徴とする。
【００２６】
本発明のリニアモータによれば、界磁ヨークに所定のピッチで埋め込まれた永久磁石の磁極と永久磁石間の界磁ヨーク部分に形成される磁極と磁化により電磁石に形成される磁極との間の極性に基づく吸引力と反発力とによって、界磁ヨークと電磁石との間に推力が発生し、界磁ヨークと電磁石側との一方が相対的に駆動される。
【００２７】
本発明のリニアモータにおいて、界磁ヨークに埋め込まれた永久磁石のピッチの間をτｐ、電磁石の極ピッチをτｅ、電磁石間のピッチをτｇ、励磁相の相数をｍ、ｎを０、１、２、３…、ｓを１、２、３…、としたとき
τｅ≒（２ｎ＋１）τｐ              …（３）
τｇ＝（２ｓ＋１／ｍ）τｅ          …（４）
とすることを特徴とする。
【００２８】
本発明のリニアモータによれば、永久磁石が界磁ヨークにピッチτｐ≒（２ｎ＋１）／τｅで埋め込まれ、電磁石間のピッチτｇは、τｇ＝（２ｓ＋１／ｍ）τｅの位置に形成されるために、ステップ幅τｅ／ｍで界磁ヨークまたは電磁石が一方の方向に駆動される。
【００２９】
本発明のリニアモータにおいて、電磁石の鉄心はヨークで連結された異なる極性の磁極を発生させるための２脚を有し、各脚を連結するヨーク部分にコイルを巻き回したものであることを特徴とする。
【００３０】
本発明のリニアモータによれば、各脚を連結するヨーク部分に巻き回されたコイルに通電することによって、各脚のそれぞれを異なる極性に磁化することができる。
【００３１】
本発明のリニアモータにおいて、電磁石の鉄心はヨークで連結されて異なる極性の磁極を発生させるための２脚を有し、それぞれの脚に逆巻き方向に巻き回することによって差動コイルを構成し、差動コイルに通電することによって各脚を異なる極性に磁化させることを特徴とする。
【００３２】
本発明のリニアモータによれば、差動コイルに通電することによって各脚のそれぞれを異なる極性に磁化することができる。
【００３３】
本発明のリニアモータにおいて、電磁石は３脚を有し、中央の脚に巻き回されたコイルを有し、該コイルに通電することにより中央の脚を挟む両外側の脚を異なる極性に磁化させることを特徴とする。
【００３４】
本発明のリニアモータによれば、３脚の中央の脚に巻き回されたコイルに通電することによって電磁石の両外側の脚のそれぞれを異なる極性に磁化することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるリニアモータの実施の形態について説明する。
【００３６】
図１は本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の構成図である。
【００３７】
このリニアモータ１０は、ベース１２上に固定されたステータブロック１４と、前記ステータブロック１４を貫通して図示しないガイドの案内作用の下に矢印Ｚ方向に沿って変位自在に設けられた界磁ヨーク１とを有する。
【００３８】
図２および図３は本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の構成を示す模式説明図である。
【００３９】
磁性体である例えば積層鉄心、または積層珪素鋼板からなる界磁ヨーク１に予め定めた一定の間隔、例えば環状に形成された永久磁石２−０、２−１、２−２、…、２−ｎが、界磁ヨーク１の表面と同一表面を形成するように例えばピッチτｐで埋め込まれている。隣り合う永久磁石２−（ｎ−１）と永久磁石２−ｎとは互いに逆向きに、例えばＮＳ、ＳＮ、ＮＳ、ＳＮ、…の如くに着磁されている。したがって永久磁石間の界磁ヨーク１の凸部にはＳ極とＮ極とが交互に発生する。
【００４０】
一方、界磁ヨーク１に対向して所定間隔のギャップを有して界磁ヨーク１側が開かれた断面Ｕ字状の積層珪素鋼板からなる電磁石鉄心３−１と電磁石鉄心３−１に巻き回されたコイル３−２とからなる電磁石３と、界磁ヨーク１に対向して所定間隔のギャップを有して界磁ヨーク１側が開かれた断面Ｕ字状の積層珪素鋼板からなる電磁石鉄心４−１と電磁石鉄心４−１に巻き回されたコイル４−２とからなる電磁石４が設けてある。
【００４１】
ここで、図２および図３では励磁相を２つ設け、１相励磁の場合を例示しており、以下、電磁石３を励磁相Ａとも記し、電磁石４を励磁相Ｂとも記す。
【００４２】
ここで、図４に示すように、界磁ヨーク１に埋め込まれた永久磁石２−０、２−１、２−２、…、のピッチはτｐに設定してあり、電磁石鉄心３−１の脚間のピッチ、すなわち電磁石３の励磁による磁化により電磁石鉄心３−１の脚部に生成される磁極の中心位置間の距離である極ピッチおよび電磁石鉄心４−１の脚間のピッチすなわち電磁石４の励磁による磁化により電磁石鉄心４−１の脚部に生成される磁極の中心位置間の距離である極ピッチはτｅに設定してあり、極ピッチτｅと永久磁石間のピッチτｐとの間には
τｅ≒（２ｎ＋１）τｐ              …（５）
の関係がある。
【００４３】
ここで、ｎ＝０、１、２、３…であり、≒と表現したのは推力の変動を抑圧するため多少ずらせる場合もあるためである。
【００４４】
また、電磁石３と電磁石４との間のピッチτｇは
τｇ＝（２ｓ＋１／ｍ）τｅ          …（６）
に設定してある。
【００４５】
ここで、ｓ＝１、２、３…であり、ｍ＝励磁相の相数である。
【００４６】
また、隣り合う電磁石３と電磁石４との間の間隔τｄは、電磁石鉄心の脚の幅をτｅ／ｍとすると、相数ｍ＝２のときにはτｄ＝τｅであり、相数ｍ＝３のときはτｄ＝２τｅ／３であり、相数ｍ＝５のときはτｄ＝２τｅ／５である。
【００４７】
また、隣り合う電磁石３と電磁石４との間の間隔τｄは、電磁石鉄心の脚の幅をτｅ／２とすると、相数ｍ＝２のときにはτｄ＝τｅであり、相数ｍ＝３のときはτｄ＝５τｅ／６であり、相数ｍ＝５のときはτｄ＝７τｅ／１０である。
【００４８】
図２Ａに示す如く、電磁石３および４が無励磁の初期位置において、電磁石３の脚が永久磁石２−１、永久磁石２−２にほぼ対向し、電磁石４の一方の脚が永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分にほぼ対向し、電磁石４の他方の脚が永久磁石２−４と永久磁石２−５との間の界磁ヨーク部分にほぼ対向しているものとする。
【００４９】
この状態で、永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分から電磁石鉄心３−１の一方の脚を通して永久磁石２−１のＳ極の方向に磁界φｐが発生し、永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分から電磁石鉄心３−１の他方の脚を通して永久磁石２−２のＳ極の方向に磁界φｐが発生し、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分から永久磁石２−４のＳ極の方向に電磁石鉄心４−１を通して磁界φｐが発生する。
【００５０】
励磁相Ａの初期位置にある図２Ａの状態から、コイル３−２、すなわち、励磁相Ａを図２Ｂに示す方向に通電する。この通電によって電磁石３は磁化されて反時計方向に磁界φｃが発生し、電磁石鉄心３−１の一方の脚と、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分との間で吸引力が働き、電磁石鉄心３−１の他方の脚と、永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分との間で吸引力が働いて、推力が発生する。
【００５１】
上記した励磁相Ａの励磁による吸引力によって図２Ｃに示すようにτｅ／ｍにて定まる１ステップ幅だけ界磁ヨーク１が図２において右方向に移動する。続いて励磁が一旦停止される。この状態は図３Ａに示すように励磁相Ａの通電終了、すなわち励磁相Ｂの初期位置の状態となる。このときの状態は励磁相Ａの初期位置の場合から容易に類推されるとおりであり、励磁相Ａの初期位置の場合と同様である。
【００５２】
図３Ａにおける励磁相Ｂの初期位置に次いで、励磁相Ｂが励磁される。上記の励磁相Ｂの初期位置にある状態から、コイル４−２、すなわち、励磁相Ｂに図３Ｂに示す方向に通電する。この通電によって電磁石鉄心４−１に反時計方向に磁界φｃが発生し、電磁石鉄心４−１の一方の脚と、永久磁石２−２と永久磁石２−３の間の界磁ヨーク部分との間で吸引力が働き、電磁石鉄心４−１の他方の脚と、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分との間で吸引力が働いて、推力が発生し、続いてτｅ／ｍにて定まる１ステップ幅だけ界磁ヨーク１が図３において右方向に移動される。
【００５３】
このように、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０では推力が生じ、界磁ヨーク１が駆動される。
【００５４】
このとき界磁ヨーク１に生ずる変位に対する推力特性は図５の実線に示す如くであり、ディテント力特性は図５の破線に示す如くである。
【００５５】
また、電磁石による起磁力と推力との関係を、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の場合と、ハイブリッドリニアモータの場合と、バリアブルリラクタンスリニアモータの場合とを比較したところ図６に示す如くであった。図６において、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の場合を実線で示し、ハイブリッドリニアモータの場合を破線で示し、バリアブルリラクタンスリニアモータの場合を一点鎖線で示している。
【００５６】
このように、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０によれば、界磁ヨーク１に永久磁石を埋め込んだ結果、
（ａ）電磁石３、４の電磁石鉄心３−１、４−１の脚に発生する推力の方向を揃えることができて、従来のバリアブルリラクタンスリニアモータ、ハイブリッドリニアモータの場合の約２倍の推力が得られる。
【００５７】
（ｂ）界磁ヨーク１に永久磁石を埋め込むことによって、ＤＣモータの推力であるフレミング左手則による力ばかりでなく、バリアブルリラクタンスリニアモータの推力であるリラクタンス力も発生させることができて、これらの力が作用して従来のリニアモータに比較して本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の場合、小型で大きな推力が発生するのである。
【００５８】
（ｃ）電磁石３、４を励磁相数に基づいて順次配列することによって、電磁石の磁気回路が１相毎に独立しているため、例えば１相励磁、１−２相励磁などの様々な励磁方法を採用することができるほか、各相を磁気的に連結するヨークを必要としないため、小型化が達成できる。
【００５９】
なお、上記においては、界磁ヨーク１が移動する場合を例示したが、電磁石３、４側が移動するようにすることもできる。
【００６０】
また、電磁石３、４を図４に示す構成に代わって、図７に示すごとく電磁石鉄心３−１（４−１）の一方の脚に一方向にコイル３−２ａ（４−２ａ）を巻き回し、電磁石鉄心３−１（４−１）の他方の脚に他方向にコイル３−２ｂ（４−２ｂ）を巻き回し、両コイル３−２ａ（４−２ａ）と３−２ｂ（４−２ｂ）とを直列に接続して差動コイル３−２ｃ（４−２ｃ）としたものでもよい。差動コイル３−２ｃ（４−２ｃ）に通電することによって電磁石鉄心３−１（４−１）の一方の脚と電磁石鉄心３−１（４−１）の他方の脚とで異なる極性に磁化される。
【００６１】
次に、２相駆動の場合について、図８〜図１０によって説明する。
【００６２】
図８〜図１０において界磁ヨーク１と電磁石３、４との間のギャップに記載した矢印は推力の発生方向を示しており、上向きは吸引力を示し、下向きは反発力を示している。
【００６３】
２相駆動の場合においても、その構成は図２に示した場合と基本的には同一であり、励磁相Ａと励磁相Ｂとに９０度位相のずれた２相の電流を流してそれぞれ電磁石３、４を励磁する。ここで、励磁相Ａ、Ｂに流す電流はレベル一定の定電流であるとする。すなわち、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように励磁相Ａ、Ｂに流す電流α、βは位相が９０度ずれた矩形波である。
【００６４】
以下において、励磁電流を図１１Ａおよび図１１Ｂに示すごとく、位相を４５度ずつに区切った各電流区間ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈに対して、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂがそれぞれ対応し、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂに基づいて説明する。
【００６５】
電流区間ａにおいて、図８Ａに示すごとく、励磁相Ａに通電されることによって電磁石鉄心３−１が磁化されて磁界φｃａが生成され、励磁相Ｂに通電されることによって電磁石鉄心４−１が磁化されて磁界φｃｂが生成される。
【００６６】
したがって、電磁石鉄心３−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心３−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００６７】
同時に、電磁石鉄心４−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心４−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−４と永久磁石２−５との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００６８】
この結果、界磁ヨーク１が移動し、図８Ｂの状態となる。
【００６９】
電流区間ｂにおいて、図８Ｂに示すごとく、励磁相Ａに通電されることによって電磁石鉄心３−１が磁化されて磁界φｃａが生成され、励磁相Ｂに通電されることによって電磁石鉄心４−１が磁化されて磁界φｃｂが生成される。
【００７０】
したがって、電磁石鉄心３−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心３−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００７１】
同時に、電磁石鉄心４−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心４−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−４と永久磁石２−５との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００７２】
この結果、界磁ヨーク１は図８Ｃにおいて一旦停止状態となる。界磁ヨーク１は図８Ａの状態から図８Ｂの状態を経て、図８Ｃの状態へと右側方向にτｅ／ｍにて定まる１ステップ幅だけ移動する。
【００７３】
電流区間ｃにおいて、図８Ｃに示すごとく、励磁相Ａは図８Ａの場合に対して逆方向に通電されることによって電磁石３の鉄心３−１が逆方向に磁化されて磁界φｃａが生成され、励磁相Ｂに通電されることによって電磁石鉄心４−１が磁化されて磁界φｃｂが生成される。
【００７４】
したがって、電磁石鉄心３−１の一方の脚にはＳ極が生成され、電磁石鉄心３−１の他方の脚にはＮ極が生成されて、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００７５】
同時に、電磁石鉄心４−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心４−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−４と永久磁石２−５との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００７６】
この結果、界磁ヨーク１が移動し、図９Ａの状態となる。
【００７７】
電流区間ｄにおいて、図９Ａに示すごとく、励磁相Ａは図８Ａの場合に対して逆方向に通電されることによって電磁石鉄心３−１が磁化されて磁界φｃａが生成され、励磁相Ｂに通電されることによって電磁石鉄心４−１が磁化されて磁界φｃｂが生成される。
【００７８】
したがって、電磁石鉄心３−１の一方の脚にはＳ極が生成され、電磁石鉄心３−１の他方の脚にはＮ極が生成されて、永久磁石２−（−１）と永久磁石２−０との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００７９】
同時に、電磁石鉄心４−１の一方の脚にはＮ極が生成され、電磁石鉄心４−１の他方の脚にはＳ極が生成されて、永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−４と永久磁石２−５との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００８０】
この結果、界磁ヨーク１が移動し、図９Ｂにおいて一旦停止状態となる。界磁ヨーク１は図８Ｃの状態から図９Ａの状態を経て図９Ｂの状態へと右側方向にτｅ／ｍにて定まる１ステップ幅だけ移動する。
【００８１】
電流区間ｅにおいて、図９Ｂに示すごとく、励磁相Ａに図８Ａの場合に対して逆方向に通電されることによって電磁石鉄心３−１が磁化されて磁界φｃａが生成され、励磁相Ｂに図８Ａの場合に対して逆方向通電されることによって電磁石鉄心４−１が磁化されて磁界φｃｂが生成される。
【００８２】
したがって、電磁石鉄心３−１の一方の脚にはＳ極が生成され、電磁石鉄心３−１の他方の脚にはＮ極が生成されて、永久磁石２−（−１）と永久磁石２−０との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には吸引力が発生し、永久磁石２−０と永久磁石２−１との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の一方の脚との間および永久磁石２−１と永久磁石２−２との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心３−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００８３】
同時に、電磁石鉄心４−１の一方の脚にはＳ極が生成され、電磁石鉄心４−１の他方の脚にはＮ極が生成されて、永久磁石２−２と永久磁石２−３との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の一方の脚との間および永久磁石２−３と永久磁石２−４との間の界磁ヨーク部分と電磁石鉄心４−１の他方の脚との間には反発力が発生する。
【００８４】
この結果、界磁ヨーク１が移動し、図９Ｃの状態となる。
【００８５】
電流区間ｆ、ｇおよびｈについても、図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂに示すごとくであって、この場合の作用も電流区間ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅにおける作用から容易に類推することができよう。
【００８６】
図８Ａ〜図１０Ｂに示した２相励磁による駆動の場合に、各相に発生する推力は図１２に示すごとくである。
【００８７】
以上からも明らかな如く、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０では、図２Ａ〜図３Ｂおよび図８Ａ〜図１０Ｂのように、１相励磁および２相励磁によって駆動することができる。
【００８８】
本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の変位に対する推力特性とバリアブルリラクタンスリニアモータの変位に対する推力特性とを比較した場合、図１３に示す如くであって、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の変位に対する推力特性が格段に良好であった。図１３において、実線は本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０の変位に対する推力特性を示し、破線はバリアブルリラクタンスリニアモータの変位に対する推力特性を示している。
【００８９】
界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さ（永久磁石は界磁ヨーク１の表面と同一の表面を形成するように埋め込まれているため、永久磁石の埋め込み長さは埋め込み深さでもあるが、以下、永久磁石の埋め込み長さと記す）を変化させた場合における本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、変位に対する推力特性は図１４に示す如くであった。図１４において、実線は界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さが例えば２．５ｍｍの場合を示し、破線は界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さが例えば１．０ｍｍの場合を示している。しかし、永久磁石の埋め込み長さが３ｍｍ以上で飽和する傾向を示した。
【００９０】
界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さを変化させた場合における本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、変位に対する垂直力特性は図１５に示す如くであった。図１５において、実線ａは界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さが例えば２．５ｍｍの場合を示し、実線ｃは例えば１．０ｍｍの場合を示している。それぞれに対する図１５における破線ｂ、ｄはコイルに通電していないときの垂直力を示している。
【００９１】
また、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さを変化させた場合における垂直力特性は図１６に示す如くであった。
【００９２】
また、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さを変化させた場合における推力特性およびディテント力特性は図１７に示す如くであった。図１７において実線は推力特性を示し、破線はディテント力特性を示す。
【００９３】
さらにまた、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さを変化させた場合における推力／ディテント力の比は図１８に示す如くであった。
【００９４】
また、本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０において、界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さを変化させた場合における推力／垂直力の比は図１９に示す如くであった。
【００９５】
上記の特性から、界磁ヨーク１に埋め込まれる永久磁石の埋め込み長さには、界磁ヨーク１の材質、永久磁石の材質、電磁石鉄心の材質などの関係で定まる適当な長さが存在する。
【００９６】
上記した本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０における電磁石３、４の電磁石鉄心３−１、４−１は、図２Ａ〜図３Ｂ、図８Ａ〜図１０Ｂにおいて、断面Ｕ字状の場合を例示したが、電磁石鉄心３−１（４−１）に代わって断面Ｅ字状の電磁石鉄心３−５（４−５）、すなわち３脚状に形成し、その中央の脚３−６（４−６）にコイル３−２（４−２）を巻き回した構成であってもよい。
【００９７】
この場合の構成例は、永久磁石の一部と共に示せば図２０〜図２２に示す如くである。
【００９８】
図２０の（Ａ）の場合は電磁石鉄心３−５（４−５）の両外側の脚３−７（４−７）、３−８（４−８）、中央の脚３−６（４−６）のそれぞれの位置が永久磁石の位置にほぼ対向し、コイル３−２（４−２）に通電していない状態を示している。
【００９９】
図２０の（Ｂ）は図２０の（Ａ）においてコイル３−２（４−２）に通電したときの状態を示し、通電による磁化によって電磁石鉄心３−５（４−５）の両外側の脚３−７（４−７）、３−８（４−８）にＳ極が生成され、中央の脚３−６（４−６）にはＮ極が生成されて、永久磁石間における界磁ヨークとの間で矢印で示した吸引力と反発力が生ずる。
【０１００】
図２１の（Ａ）の場合は電磁石鉄心３−５（４−５）の両外側の脚３−７（４−７）、３−８（４−８）、中央の脚３−６（４−６）のそれぞれが隣り合う永久磁石間の界磁ヨーク部分にほぼ対向し、コイル３−２（４−２）に通電していない状態を示している。
【０１０１】
図２１の（Ｂ）は図２１の（Ａ）においてコイル３−２（４−２）に通電したときの状態を示し、通電による磁化によって電磁石鉄心３−５（４−５）の両外側の脚３−７（４−７）、３−８（４−８）にＳ極が生成され、中央の脚３−６（４−６）にはＮ極が生成されて、永久磁石間の界磁ヨーク１との間で矢印で示した反発力のみが生ずる。
【０１０２】
図２２は断面Ｅ字状の電磁石鉄心の変形例を示している。
【０１０３】
図２２に示す電磁石鉄心の場合は、対をなす一対の脚３−１１と３−１２と、対をなす一対の脚３−１３と脚３−１４とを有し、ヨークにて連結されていて、脚３−１１と脚３−１２とはそれぞれ永久磁石のピッチにほぼ等しい極ピッチを有し、脚３−１３と脚３−１４とはそれぞれ永久磁石のピッチにほぼ等しい極ピッチを有し、脚３−１２と脚３−１３との極ピッチは永久磁石の２倍のピッチにほぼ等しい間隔に構成してある。
【０１０４】
この図２２に示すように構成することにより、通電にて電磁石鉄心の脚と界磁ヨーク１との間で吸引力と反発力が生じ、極ピッチに対してコイルの体積を大きくすることができて、大きな推力を得ることができる。
【０１０５】
次に、３相駆動用の場合について説明する。
【０１０６】
図２３は本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０を３相駆動に対応させた場合の構成を示す模式説明図である。
【０１０７】
この場合は、上記した（５）式および（６）式にしたがって、永久磁石２−１、２−２、２−３、…をピッチτｐで界磁ヨーク１に埋め込み、電磁石の極のピッチをτｅ、電磁石間のピッチをτｇ、電磁石鉄心の脚の幅をτｅ／２として、互いにτｄ＝５τｅ／６の間隔を隔てて設けた３つの電磁石３、４、５を備えて、電磁石３、４、５によって励磁相Ａ、励磁相Ｂ、励磁相Ｃを構成し、励磁相Ａ、励磁相Ｂ、励磁相Ｃを３相駆動する。
【０１０８】
図２３において、符号３−１、４−１、５−１は電磁石鉄心を示し、符号３−２、４−２、５−２はコイルを示している。
【０１０９】
この３相駆動の場合の作用も、２相駆動の場合と同様であって、大きな推力が得られる。
【０１１０】
次に、５相駆動用の場合について説明する。
【０１１１】
図２４は本発明の実施の一形態にかかるリニアモータ１０を５相駆動に対応させた場合の構成を示す模式説明図である。
【０１１２】
この場合は、上記した（５）式および（６）式にしたがって、永久磁石２−１、２−２、２−３、…をピッチτｐで界磁ヨーク１に埋め込み、電磁石の極のピッチをτｅ、電磁石間のピッチをτｇ、電磁石鉄心の脚の幅をτｅ／２として、互いにτｄ＝７τｅ／１０の間隔を隔てて設けた５つの電磁石３、４、５、６、７を備えて、電磁石３、４、５、６、７によって励磁相Ａ、励磁相Ｂ、励磁相Ｃ、励磁相Ｄ、励磁相Ｅを構成し、５相駆動する。
【０１１３】
図２４において、符号３−１、４−１、５−１、６−１、７−１は電磁石鉄心を示し、符号３−２、４−２、５−２、６−２、７−２はコイルを示している。
【０１１４】
この５相駆動の場合の作用も、２相駆動、３相駆動の場合と同様であって、大きな推力が得られる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるリニアモータによれば、磁性体からなる界磁ヨークに長さ方向に所定ピッチで隣り合う極性が互いに逆になるように複数の永久磁石を埋め込み、予め定めた間隔の極ピッチを有する複数の電磁石を界磁ヨークの長さ方向に沿って所定ピッチで設けると共に、界磁ヨークに対向して所定ギャップ隔てて設けて、電磁石を順次励磁することによって、界磁ヨークに埋め込まれた永久磁石の磁極と永久磁石間の界磁ヨーク部分に形成される磁極と磁化により電磁石に形成される磁極との間の極性に基づく吸引力と反発力とが生じて、界磁ヨークと電磁石との間に推力が発生し、界磁ヨークと電磁石の一方が駆動される。この場合の構成は簡単であるにもかかわらず、大きな推力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータの構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータの構成を示す模式説明図である。
【図３】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータの構成を示す模式説明図である。
【図４】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける永久磁石の相互の位置関係と、電磁石の位置関係とを示す模式説明図である。
【図５】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける変位に対する推力特性図である。
【図６】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータの推力特性と、従来のリニアモータの推力特性とを比較した模式特性図である。
【図７】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける電磁石の他の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを２相励磁した場合の説明に供する模式説明図である。
【図９】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを２相励磁した場合の説明に供する模式説明図である。
【図１０】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを２相励磁した場合の説明に供する模式説明図である。
【図１１】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを２相励磁する場合の励磁電流の模式波形図である。
【図１２】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを２相励磁した場合において各相に発生する推力を示す推力特性図である。
【図１３】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける変位に対する推力および従来のバリアブルリラクタンスリニアモータにおける変位に対する推力を示す推力特性図である。
【図１４】永久磁石の埋め込み長さを変化させたときにおける本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける変位に対する推力を示す推力特性図である。
【図１５】永久磁石の埋め込み長さを変化させたときにおける本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける変位に対する垂直力を示す垂直力特性図である。
【図１６】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける永久磁石の埋め込み長さの変化に対する垂直力を示す垂直力特性図である。
【図１７】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける永久磁石の埋め込み長さの変化に対する推力を示す推力特性図である。
【図１８】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける永久磁石の埋め込み長さの変化に対する推力／ディテント力の比を示す特性図である。
【図１９】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける永久磁石の埋め込み長さの変化に対する推力／垂直力の比を示す特性図である。
【図２０】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける断面Ｅ字状の電磁石鉄心を用いた電磁石の構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける断面Ｅ字状の電磁石鉄心を用いた電磁石の構成を示す模式図である。
【図２２】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータにおける断面Ｅ字状の電磁石鉄心の変形例を用いた電磁石の構成を示す模式図である。
【図２３】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを３相駆動に対応させた場合の構成を示す模式説明図である。
【図２４】本発明の実施の一形態にかかるリニアモータを５相駆動に対応させた場合の構成を示す模式説明図である。
【符号の説明】
１…界磁ヨーク
２−０〜２−８…永久磁石
２〜７…電磁石
３−１、３−５、４−１、４−５、５−１、６−１、７−１…電磁石鉄心
３−２、４−２、５−２、６−２、７−２…コイル
３−６〜３−８、３−１１〜３−１４、４−６〜４−８…脚
１０…リニアモータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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