(57)【要約】【課題】  コイルの発熱の低減化に有効な３相リニアモータを提供する。【解決手段】  ３相リニアモータは、３相コイルが配設されるコイル設置スペースを間にして異なる磁極が対向し合う一対の永久磁石が可動部の移動方向に関して複数対配列され、移動方向に関して隣接する永久磁石の磁極も異なるようにされる。各相のコイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖは、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部とされている２つの鞍型コイル６０Ａ、６０Ｂから成る。２つの鞍型コイルは、それぞれの鞍型コイルにおける２つの折り返し部が互いに反対向きになるように組み合わされると共に、一方の鞍型コイルにおける２つの折り返し部の間の２つの直線部がそれぞれ、他方の鞍型コイルにおける２つの折り返し部の間の２つの直線部に密着直線部として密着するように組み合わされる。しかも各相のコイルは、移動方向に直列的に並ぶように配列されると共に、隣り合う相のコイルにおける密着直線部同士が密着するように組み合わされる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが配設されるコイル設置スペースを間にして異なる磁極が対向し合う一対の永久磁石が可動部の移動方向に関して少なくとも二対配列され、前記移動方向に関して隣接する永久磁石の磁極も異なるようにされているボイスコイルモータにおいて、
前記コイルは、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部とされている鞍型コイル２つから成り、これら２つの鞍型コイルは、それぞれの鞍型コイルにおける２つの折り返し部が互いに反対向きになるように組み合わされると共に、一方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部がそれぞれ、他方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部に密着直線部として密着するように組み合わされていることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のボイスコイルモータにおいて、２つの前記密着直線部には反対向きの電流が流されることを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のボイスコイルモータにおいて、前記コイルを、２つの前記密着直線部におけるそれぞれの密着部の位置が前記移動方向に関して隣り合う２つの永久磁石の磁極中心と一致するように配置したことを特徴とするボイスコイルモータ。
【請求項４】
３相コイルが配設されるコイル設置スペースを間にして異なる磁極が対向し合う一対の永久磁石が可動部の移動方向に関して複数対配列され、前記移動方向に関して隣接する永久磁石の磁極も異なるようにされている３相リニアモータにおいて、
前記３相コイルにおける各相のコイルは、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部とされている鞍型コイル２つから成り、これら２つの鞍型コイルは、それぞれの鞍型コイルにおける２つの折り返し部が互いに反対向きになるように組み合わされると共に、一方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部がそれぞれ、他方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部に密着直線部として密着するように組み合わされており、しかも前記３相コイルにおける各相のコイルは、前記移動方向に直列的に並ぶように配列されると共に、隣り合う相のコイルにおける前記密着直線部同士が密着するように組み合わされていることを特徴とする３相リニアモータ。
【請求項５】
請求項４に記載の３相リニアモータにおいて、各相２つの前記密着直線部には反対向きの電流が流されることを特徴とする３相リニアモータ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の３相リニアモータにおいて、前記各相のコイルは、２つの前記密着直線部のうちの一方の密着直線部における外側または内側と、他方の密着直線部における内側または外側との間の距離が、前記移動方向に関して隣り合う２つの永久磁石の磁極中心間の距離と等しくなるようにされていることを特徴とする３相リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイスコイルモータ及び３相リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータを構成するためにもっとも一般的に用いられるコイル単体は、図９に示すような、いわゆるレーストラック型と呼ばれるものが知られている。このコイル１００は、コイル中心を貫く軸まわりの回転動作によって製作され、平面的な構造をもっている。図中上下方向に伸びる２つの直線部（長辺側部分）１０１が推力発生に有効な部分である。一方、上下の両端部分（短辺側部分）は２つの直線部１０１を繋ぐ機能を持つだけであり、短辺部１０２と呼ぶことにする。また、２つの直線部１０１の中心間距離をＬｃとする。
【０００３】
図９のようなレーストラック型コイルを用いてボイスコイルモータあるいは３相同期型リニアモータを構成する場合の基本的な構成を図１０に示す。図１０では、図９で説明したようなレーストラック型コイルをボイスコイル２００として用いる場合と、同じレーストラック型コイルを３個組み合わせて３相コイル３００として用いる場合を平面図の形態にて示している。ボイスコイル２００、３相コイル３００は、図中コイル設置スペースと記入された空間に収容されるが、図１０では便宜上、ボイスコイル２００、３相コイル３００を外側に示している。
【０００４】
リニアモータの磁石装置は、一軸方向に延びるコイル設置スペースを間にして複数の永久磁石２１０を配列して成る。特に、対向し合う永久磁石２１０の磁極は互いに異なり、隣接し合う永久磁石２１０の磁極も互いに異なるようにしている。その結果、コイル設置スペースとなる空隙には、強い磁束密度を生ずる。ある永久磁石２１０のＮ極中心から隣接する永久磁石２１０のＳ極中心までの距離を磁極ピッチと呼ぶ。一つのＮ極中心を原点とし、磁石列に沿った座標を、磁極ピッチで正規化して位相表示すると図１０のようになる。図１０では、磁極ピッチはπ（ｒａｄ）であり、あるＮ極中心から次のＮ極中心までの磁気周期長は２π（ｒａｄ）である。このとき、この座標に沿った磁束密度はその最大値をＡとすると、大略Ａｃｏｓθで表される。
【０００５】
図１０において、ボイスコイルモータは、２つのコイル直線部の中心間距離Ｌｃを磁極ピッチπに等しくとり、２つのコイル直線部のそれぞれを隣接し合う永久磁石２１０のＮ極及びＳ極の中心と一致するように配置したモータである。つまり、図１０では対向し合う永久磁石２１０を一対としたものが多数対示されているが、ボイスコイルモータの場合、永久磁石側は少なくとも二対の永久磁石２１０で構成される。ボイスコイル２００の２つの直線部において、電流及び磁束は逆の方向を持つが、ベクトル積によって生ずる推力は同じ方向になる。ボイスコイル２００は磁束密度の最大点に設置されているので、発生する推力も最大になる。しかしながら、ストロークは大きく取れない。
【０００６】
図９において説明したように、レーストラック型のコイル１００の場合、推力を発生するために寄与するのは直線部１０１だけであり、上下の短辺部１０２は関係しない。短辺部１０２は、図１０で示す磁石列の中に入り込むと推進方向に対して垂直なサイドフォースを発生するので、磁石列から外れるようにしなければならない。短辺部１０２の幅（図中、上下方向のサイズ）は直線部１０１の幅（図中、左右方向のサイズ）と基本的には同じであり、コイルアセンブリを構成する場合、この短辺部１０２の収納性が悪いことが問題になる。
【０００７】
一方、図１０における３相同期型リニアモータの場合、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順序で３つのコイル３００Ｕ、３００Ｗ、３００Ｖを磁気の２周期（４π（ｒａｄ））の間に一体化して配置する。そして、各コイルには磁気位相に同期するように電流の大きさを調節して流すと、３相コイル３００が移動しても、その位置に関わらずほぼ一定の推力が得られる。
【０００８】
図１０から明らかなように、３相コイル３００では隣接する相におけるコイルの直線部が干渉し合うために、実際にはコイルの直線部の幅はボイスコイル２００の場合の半分しかとれない。従って、短辺部の幅もボイスコイル２００に比べると半分になるが、やはりこの部分の収納性は問題になる。
【０００９】
上記のようなレーストラック型コイルにおける短辺部の問題を解決する方法として、図１１に示すような鞍型コイルと呼ばれるものが提案されている。この鞍型コイル４００は、図９に示されたレーストラック型コイル１００の短辺部１０２を、見掛け上、直線部１０１に対して直角方向に折り返した形状を持つ。この鞍型コイル４００の製造方法の一例を以下に説明する。
【００１０】
図１１（ａ）において、幅ｔを持つ断面矩形状の巻線を同一平面上において所定回数巻回してレーストラック型にしたものが一層分として作られる。この一層分のコイルは、最内側に巻き始め端１００ｓを、最外側に巻き終わり端１００ｅを持つ。次に、一相分のコイルを作るために、図１１（ａ）に示された一層分のコイルは、２つの直線部１０１の主面が互いに対向し合うように略９０度折り曲げて略コ字形状に成形される。
【００１１】
図１１（ｂ）においては、上記のようにして略コ字形状に成形したものが複数個用意され、これらの複数個を積層して一相分の鞍型コイル４００が作られる。このような積層のために、上記の折り曲げ工程においては、最も内側になるコイルの２つの直線部の間隔が最も小さく、最も外側になるコイルの２つの直線部の間隔が最も大きくなるようにされることは言うまでも無い。以下では、左右の２つの長辺部分を直線部４０１、上下の短辺部分を折り返し部４０２と呼ぶ。勿論、上記の鞍型コイルの製造方法はあくまでも一例であり、要は、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部となるように作られているものであれば良い。
【００１２】
更にまた、図１１に示すような鞍型コイルを２つ組み合わせた、図１２に示されるようなコイルが連結鞍型コイル５００と呼ばれて提案されている。図１２において、２つの鞍型コイル４００Ａ、４００Ｂを、折り返し部４０２Ａ、４０２Ｂが互いに反対向きになるようにすると共に、２組の直線部４０１Ａ、４０１Ｂがそれぞれ密着するように組み合わせて成る。そして、密着させた直線部４０１Ａ、４０１Ｂには同じ向きの電流を流すようにする。これにより、密着させた直線部４０１Ａ、４０１Ｂが一体であるかのように結合されたコイルが得られる（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−９５２３１号公報
【特許文献２】特開２００１−１０３７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、上記のような連結鞍型コイルを用いてコイルの発熱の低減化に有効なボイスコイルモータ及び３相リニアモータを提供することにある。
【００１４】
本発明はまた、上記ボイスコイルモータ及び３相リニアモータにおいてコイルに流す電流を切り替えるためのスイッチングボックスとコイルとの間の配線数の低減化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、コイルが配設されるコイル設置スペースを間にして異なる磁極が対向し合う一対の永久磁石が可動部の移動方向に関して少なくとも二対配列され、前記移動方向に関して隣接する永久磁石の磁極も異なるようにされているボイスコイルモータにおいて、前記コイルは、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部とされている鞍型コイル２つから成り、これら２つの鞍型コイルは、それぞれの鞍型コイルにおける２つの折り返し部が互いに反対向きになるように組み合わされると共に、一方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部がそれぞれ、他方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部に密着直線部として密着するように組み合わされていることを特徴とするボイスコイルモータが提供される。
【００１６】
本ボイスコイルモータにおいては、２つの前記密着直線部には反対向きの電流が流される。
【００１７】
本ボイスコイルモータにおいてはまた、前記コイルを、２つの前記密着直線部におけるそれぞれの密着部の位置が前記移動方向に関して隣り合う２つの永久磁石の磁極中心と一致するように配置する。
【００１８】
本発明によればまた、３相コイルが配設されるコイル設置スペースを間にして異なる磁極が対向し合う一対の永久磁石が可動部の移動方向に関して複数対配列され、前記移動方向に関して隣接する永久磁石の磁極も異なるようにされている３相リニアモータにおいて、前記３相コイルにおける各相のコイルは、略長四角形のコイルの短辺側がそれぞれ長辺側の直線部に対して約９０度の角度をなす折り返し部とされている鞍型コイル２つから成り、これら２つの鞍型コイルは、それぞれの鞍型コイルにおける２つの折り返し部が互いに反対向きになるように組み合わされると共に、一方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部がそれぞれ、他方の鞍型コイルにおける前記２つの折り返し部の間の２つの直線部に密着直線部として密着するように組み合わされており、しかも前記３相コイルにおける各相のコイルは、前記移動方向に直列的に並ぶように配列されると共に、隣り合う相のコイルにおける前記密着直線部同士が密着するように組み合わされていることを特徴とする３相リニアモータが提供される。
【００１９】
本３相リニアモータにおいても、各相の２つの前記密着直線部には反対向きの電流が流される。
【００２０】
本３相リニアモータにおいてはまた、前記各相のコイルは、２つの前記密着直線部のうちの一方の密着直線部における外側または内側と、他方の密着直線部における内側または外側との間の距離が、前記移動方向に関して隣り合う２つの永久磁石の磁極中心間の距離と等しくなるようにされる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によるボイスコイルモータあるいは３相リニアモータは、連結鞍型コイルを用いたことにより、コイルの発熱の低減化に有効であり、コイルに流す電流を切り替えるためのスイッチングボックスとコイルとの間の配線数の低減化を実現することができる。また、連結鞍型コイルを冷却用シェルに収容し、減圧雰囲気中で用いる場合に、冷却用シェル内外の圧力差に起因する冷却用シェルの膨張を抑制する補強を容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、本発明によるボイスコイルモータ及び３相リニアモータを図１０と同様の平面図の形態にて示す。ボイスコイルモータの磁石装置の場合、一軸方向に延びるコイル設置スペースを間にして少なくとも二対の永久磁石１１を配列して成る。一方、３相リニアモータの場合の磁石装置は、一軸方向に延びるコイル設置スペースを間にして多数対の永久磁石１１を配列して成る。特に、各対において対向し合う永久磁石１１の磁極は互いに異なり、隣接し合う永久磁石１１の磁極も互いに異なるようにしている。その結果、コイル設置スペースとなる空隙には強い磁束密度を生ずる。
【００２３】
なお、本形態では、コイルとして前述した連結鞍型コイルを用いるが、特に、ボイスコイルモータ用の連結鞍型コイルには、後述するように、直線部の幅の広い連結鞍型コイル５０をボイスコイルとして使用する。一方、３相リニアモータ用の連結鞍型コイルには、後述するように、直線部の幅の狭い連結鞍型コイルを使用する。
【００２４】
本形態においても、ある永久磁石１１のＮ極中心から隣接する永久磁石１１のＳ極中心までの距離を磁極ピッチｐと呼ぶこととし、一つのＮ極中心を原点とし、磁石列に沿った座標を、磁極ピッチｐで正規化して位相表示すると図１のようになる。つまり、磁極ピッチｐはπ（ｒａｄ）であり、あるＮ極中心から次のＮ極中心までの磁気周期長は２π（ｒａｄ）である。このとき、この座標に沿った磁束密度はその最大値をＡとすると、大略Ａｃｏｓθで表されることも図１０で説明した通りである。
【００２５】
図１において、ボイスコイルモータについて言えば、図１０で説明したボイスコイル２００を、２つの鞍型コイルから成る連結鞍型コイル５０で置き換えている。このボイスコイルモータは、２つの鞍型コイルにおいて直線部が密着している部分間の距離Ｌｐを磁極ピッチｐに等しくとり、直線部が密着している部分のそれぞれを、隣接し合う永久磁石１１のＮ極及びＳ極の中心と一致するように配置したモータである。以下では、２つの直線部が密着して成る直線部を密着直線部と呼ぶ。勿論、密着直線部の電流の向きは同じになるように接続されている。また、一方の密着直線部の電流の向きと、他方の密着直線部の電流の向きは反対であり、磁束も逆の方向を持つが、ベクトル積によって生ずる推力は同じ方向になる。連結鞍型コイル５０は磁束密度の最大点に設置されているので、発生する推力も最大になる。
【００２６】
一方、３相リニアモータの場合、図１０で説明した３つのレーストラック型コイル３００Ｕ、３００Ｗ、３００Ｖを、２つの鞍型コイルから成る連結鞍型コイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖの３つで置き換えている。言い換えれば、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の順序で３つの連結鞍型コイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖを磁気の２周期（４π（ｒａｄ））の間に一体化して配置している。つまり、３つの連結鞍型コイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖは、連結鞍型コイル６０Ｕの一方の密着直線部の外側と連結鞍型コイル６０Ｗの一方の密着直線部の外側とが密着し、連結鞍型コイル６０Ｗの他方の密着直線部の外側と連結鞍型コイル６０Ｖの一方の密着直線部の外側とが密着しつつ、一軸方向に並ぶように一体化して配置されている。しかも、連結鞍型コイル６０Ｕについて言えば、一方の密着直線部における外側（または内側）と、他方の密着直線部における内側（または外側）との間の距離が、上記距離Ｌｐ、すなわち磁極ピッチｐに等しくなるようにしている。連結鞍型コイル６０Ｗ、６０Ｖについても同様である。
【００２７】
このような３相コイルにおいて、各相のコイルに磁気位相に同期するように電流の大きさを調節して流すと、３相コイルが移動しても、その位置に関わらずほぼ一定の推力が得られる。
【００２８】
次に、図２、図３を参照して本発明によるボイスコイルモータあるいは３相リニアモータに使用される連結鞍型コイルについて説明する。図２、図３のいずれも、レーストラック型コイルに折り返し部を付けることにより得られた鞍型コイルを２つ連結して成る連結鞍型コイルを示している。
【００２９】
図２の連結鞍型コイル５０は、２つの直線部の幅が広いレーストラック型コイルによる鞍型コイル５０Ａ、５０Ｂを図１２で説明したように２つ組み合わせた例を示す。このような連結鞍型コイル５０は、ボイスコイルモータに適しているが、３相リニアモータにも適用され得る。なお、破線で示した部分は、折り返し前の輪郭を示す。
【００３０】
図３の連結鞍型コイル６０は、２つの直線部の幅が狭いレーストラック型コイルによる鞍型コイル６０Ａ、６０Ｂを図１２で説明したように２つ組み合わせた例を示す。このような連結鞍型コイル６０は、３相リニアモータに適している。これは、前述したように、隣接する相におけるコイルの直線部が干渉し合うためである。しかし、ボイスコイルモータに適用されても良い。
【００３１】
図２のような連結鞍型コイル５０は、鞍型コイル５０Ａ、５０Ｂにおいて推力発生に関係する直線部については、幅、厚み及び高さともに同一にとっている。レーストラック型コイルでは、折り返し部の幅（上下方向のサイズ）分だけ上下に延びるが、連結鞍型コイルの構造では、これを左右に振り分けることになる。上下に延びるのが良いか左右に振り分けるのが良いかという選択は、使用形態によるので一概には言えない。しかし、例えば図４に示すような形態で用いる場合は連結鞍型コイルの方が良い。
【００３２】
図４（ａ）は可動コイル型と呼ばれるリニアモータに連結鞍型コイルを適用した場合の縦断面構造を示す。連結鞍型コイルは、図２、図３のいずれも使用可能であるが、以下では図３の連結鞍型コイル６０を使用した場合について説明する。図４（ａ）において、図示しない固定部に固定され、一軸方向に延びる略Ｕ形状のヨーク４０の内側壁に、図１で説明したような形態で複数の永久磁石４１が固着される。両側の永久磁石４１の間に形成されるコイル設置スペースに、図１に示した３個の連結鞍型コイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖによる３相コイルが移動可能に配設される。図４（ａ）では１個の連結鞍型コイルを６０で示す。連結鞍型コイル６０は、その一方、ここでは上方の折り返し部側にホルダ４２が取り付けられる。ホルダ４２は、一軸方向に延びる図示しないガイド部材を介して一軸方向に移動可能に支持される。ホルダ４２にはまた、通常、被搬送物搭載用のテーブルが設けられる。
【００３３】
図４（ｂ）は可動磁石型と呼ばれるリニアモータに連結鞍型コイルを適用する場合の縦断面構造を示す。図４（ｂ）において、図１に示した３個の連結鞍型コイル６０Ｕ、６０Ｗ、６０Ｖによる３相コイルが多数、直列的に一軸方向に配列され、その両端部が固定部にて固定される。図４（ｂ）では１個の連結鞍型コイルを６０で示す。連結鞍型コイル６０の周囲を囲むように断面四角形状のヨーク４５が一軸方向に移動可能に配置される。つまり、ヨーク４５は所定の長さを持ち、一軸方向に延びる図示しないガイド部材を介して一軸方向に移動可能に支持される。ヨーク４５の両内側壁にはそれぞれ、複数の永久磁石４６が固着される。
【００３４】
図４（ａ）、図４（ｂ）のいずれの場合にも連結鞍型コイル６０の密着直線部の両脇には永久磁石が入り込むので、その上下にちょうど折り返し部の収納に適当なスペースが生まれる。これに対し、レーストラック型コイルを使用した場合には、上下にもっと長くなり、永久磁石の上下に無駄な空間が生まれることになる。
【００３５】
ボイスコイルモータの場合も、図４（ａ）、図４（ｂ）と同じ形態となる。つまり、可動コイル型の場合、両側の永久磁石４１の間に形成されるコイル設置スペースに、図１に示した連結鞍型コイル５０、すなわちボイスコイルが移動可能に配設される。一方、可動磁石型の場合、図１に示した連結鞍型コイル５０が多数、直列的に一軸方向に配列され、その両端部が固定部にて固定される。
【００３６】
図１０に示すボイスコイル２００、図１に示す連結鞍型コイル５０（ボイスコイル）は、図示の位置（θ＝０ｒａｄ）において推力の最大値をとる。ボイスコイルが移動するにつれて、図５に示すように推力は低下する。一般に、ボイスコイルとしては位置変動に関わらず一定推力を出し続けることが望ましい。例えば、推力低下を１０％以内に抑えたいという要求に対しては、θは０．４５（ｒａｄ）までしかとれない。磁極ピッチをｐ（ｍｍ）とするときその正規化座標がπ（ｒａｄ）であるから、０．４５（ｒａｄ）に相当するストロークＬ（ｍｍ）は、Ｌ＝（０．４５／π）ｐ（ｍｍ）となる。
【００３７】
ストロークＬを大きくするためには、磁極ピッチｐを大きくとらなければならない。これに対し、直線部の幅の広いレーストラック型コイルで磁極ピッチｐを大きくとると、上下の短辺部の幅（上下方向のサイズ）が大きくなって収納性が悪くなることは前記した通りである。従って、大きなストロークＬが要求されるにしたがって、本発明による連結鞍型コイル（ボイスコイル）５０の優位性が高まることになることが明らかとなる。
【００３８】
もっとも、レーストラック型コイルについてもコイルを２つに分けて上下の短辺部の幅を小さくとどめるような工夫もされている。例えば、図１０のボイスコイル２００の代わりに、図６に示すような２つのレーストラック型ボイスコイル２００Ａ、２００Ｂを用いることが考えられる。この場合、推力発生に有効な直線部の体積は図１０あるいは図１のボイスコイル（連結鞍型コイル５０）と同じに保ちつつ、短辺部の幅は半減できる。また、中央の永久磁石２１５のＮ極からＳ極への磁束密度も同じように取れる。しかしながら、永久磁石２１５の両側に配置される半分の長さを持つ永久磁石２１６の磁束密度は中央の磁束密度に比べるとかなり低下する。
【００３９】
したがって、図６のボイスコイルモータの場合、総合的には推力が劣る他、ボイスコイルの位置変動に対する推力低下率も大きめになる。加えて、サイズの異なる永久磁石２１５、２１６を作らなくてはならないという負担もある。それ故、本発明のような連結鞍型コイル５０によるボイスコイルモータは、図６のボイスコイルモータと同じ効果を狙ったものといえるが、性能的にははるかに勝っている。
【００４０】
本発明による３相リニアモータの優位性を説明するために、図７を参照して、前記した特許文献２に開示されている３相リニアモータについて説明する。図７は、連結鞍型コイルを用いた３相リニアモータを図１と同様の平面図の形態にて示している。
【００４１】
図７において、この例では、図１１で説明した６個の鞍型コイルを以下のように一軸方向に並べて一体化させて成る。Ｕ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｕの一方の直線部の内側に、折り返し部を逆向きにしたＶ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｖの一方の直線部の内側を隣接させて配置する。Ｕ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｕの一方の直線部の外側には、折り返し部を同じ向きにしたＷ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｗの一方の直線部の外側を隣接させて配置する。このＷ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｗの一方の直線部の内側にＶ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｖの他方の直線部の内側を隣接させて配置する。Ｗ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｗの他方の直線部の内側とＶ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｖの他方の直線部の外側との間に、折り返し部を逆向きにしたＵ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｕの一方の直線部を隣接させて配置する。Ｗ相の第１の鞍型コイル７１−１Ｗの他方の直線部の外側とＵ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｕの他方の直線部の内側との間に、折り返し部を同じ向きにしたＶ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｖの一方の直線部を隣接させて配置する。Ｕ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｕの他方の直線部の外側とＶ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｖの他方の直線部の内側との間に、折り返し部を逆向きにしたＷ相の第２の鞍型コイル７１−２Ｗの一方の直線部を隣接させて配置する。なお、鞍型コイルの一方の直線部の内側から他方の直線部の外側までの距離を磁極ピッチπと等しくなるようにしている。
【００４２】
ここで、図１０または図１の３相コイルが正規化長さ４πで３相コイル１ユニット分を実装しているのに対して、図７の３相コイルでは（４＋２／３）πで２ユニット分を実装している。１ユニット毎の直線部の体積は同じであるから、鞍型コイルを用いた３相コイルは単位長さ当たり、レーストラック型コイルの２倍近いコイルターン数を実装できるといえる。そして、同じ電流を流す場合、図７の３相コイルでは推力が約２倍、発熱量も約２倍になる。
【００４３】
一方、レーストラック型コイルで２倍の推力を得ようとすると、電流を２倍にすることにより発熱量は４倍になる。したがって、図７の３相コイルの方が同じ推力を発生するのに発熱は約１／２で済むことになる。
【００４４】
発生熱量の観点だけからすると、図７の３相コイルが優れているので、図１の３相コイルは不要に思えるかもしれない。しかしながら、実際には図１の３相コイルの方が望ましいケースが多い。例えば、可動磁石型リニアモータで非常に長いストロークが要求されるような場合である。この場合、発熱を抑えるためには各コイルを、多数の切替えスイッチを持つスイッチングボックスに接続し、可動子（３相コイル）が移動するにつれて電流を流すコイルを切替えスイッチにより切り替えていくことが必要になる。
【００４５】
しかるに、図７の３相コイルではコイル数が約２倍になるので、スイッチングボックスと各コイルとを結ぶ配線の数も２倍になる。配線数は、１コイルユニット毎に３本必要なので、例えば１０ユニットを越えるような場合は、３０本以上になり困難になる。これに対して、本発明の場合は配線数が半分で済むので楽になる。
【００４６】
更に、図８は、可動コイル型リニアモータに適用される、コイルの冷却系統を説明するための縦断面図である。鞍型連結コイル６０は、これより大き目の断面形状を持つ冷却用シェル８０に収容されている。冷却用シェル８０内では、液体冷媒の循環が可能であり、鞍型連結コイル６０の上側の折り返し部に対応する箇所に上側液溜まり部８１を、鞍型連結コイル６０の下側の折り返し部に対応する箇所には下側液溜まり部８２を有する。８３はコイルホルダである。なお、リニアモータの固定子側は図示を省略している。
【００４７】
図８に示すような冷却用シェル付きリニアモータを真空中で用いる場合、冷却用シェル８０の内外の圧力差が大きくなるので、冷却用シェル８０の膨張を拘束するような補強を入れることが望ましい。
【００４８】
図７の３相コイルでは、巻線がほぼ全長にわたって詰まっているので補強をいれるスペースが無い。これに対し、図１の本発明による３相コイルであれば、図３からも明らかなように、コイルの中央部に大きな空間があるのでここを通して補強を組み込むことができる。従って、本発明による３相モータの方が都合が良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によるボイスコイルモータあるいは３相リニアモータは、被駆動物を微小移動させるステージ装置や、半導体製造装置、露光装置等のためのステッパ等への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】連結鞍型コイルを利用した、本発明によるボイスコイルモータ及び３相リニアモータにおける永久磁石とコイルとの関係を説明するための平面図である。
【図２】本発明によるボイスコイルモータに使用される連結鞍型コイルの一例を示した図である。
【図３】本発明による３相リニアモータに使用される連結鞍型コイルの一例を示した図である。
【図４】図１に示されたボイスコイルモータあるいは３相リニアモータを、可動コイル型モータ（図ａ）、可動磁石型モータ（図ｂ）として構成した場合の縦断面図である。
【図５】図１に示されたボイスコイルモータにおける変位量−推力特性の一例を示した図である。
【図６】図１に示されたボイスコイルモータとの比較のために、周知のレーストラック型コイルを用いたボイスコイルモータの一例を示した平面図である。
【図７】図１に示された３相リニアモータとの比較のために、周知の鞍型コイルを用いた３相リニアモータの一例を示した平面図である。
【図８】本発明において用いられるボイスコイルあるいは３相コイルを冷却用シェルに収容して使用する場合の概略構造を示す縦断面図である。
【図９】レーストラック型コイルの一例を示した斜視図である。
【図１０】周知のボイスコイルモータ及び３相リニアモータにおける永久磁石とコイルとの関係を説明するための平面図である。
【図１１】本発明において用いられる鞍型コイルの製造過程の一例を説明するための図である。
【図１２】図１１による鞍型コイルを連結した連結鞍型コイルの例を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１、４１、４６、７５、２１０、２１５、２１６    永久磁石
４０、４５    ヨーク
４２、８３    ホルダ
５０、６０、５００    連結鞍型コイル
５０Ａ、５０Ｂ、６０Ａ、６０Ｂ、４００Ａ、４００Ｂ    鞍型コイル
８０    冷却用シェル
１００、２００Ａ、２００Ｂ    レーストラック型コイル
１０１、４０１Ａ、４０１Ｂ    直線部
１０２、４０２Ａ、４０２Ｂ    折り返し部
２００    ボイスコイル
３００    ３相コイル
【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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