(57)【要約】【課題】  組立性の向上、位置決め制御の容易化、剛性の向上を図ることができるリニアモータを提供すること。【解決手段】  複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石を交互に積層・配置して構成されているもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、 
上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、
を具備してなるリニアモータにおいて、
上記固定子は、中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石とを交互に積層・配置して構成されてい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、
上記第１永久磁石と第２永久磁石は、その横断面形状において重力方向長さが水平方向長さより長く設定されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、
上記第１永久磁石と第２永久磁石はその外形が略矩形であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れかに記載のリニアモータにおいて、
上記第１永久磁石と第２永久磁石はボンド磁石であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、
上記第１永久磁石と第２永久磁石の中空部にはシャフトが挿入されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項５記載のリニアモータにおいて、
上記シャフトの外表面を非磁性材料で被覆したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項５記載のリニアモータにおいて、
上記シャフトの材質が磁性材料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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決めシステムに用いるリニアモータに係り、特に、固定子を中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石とを交互に積層・配置して構成することにより、組立性の向上、位置決め制御の容易化、剛性の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触駆動が可能なリニアモータは、例えば、精密位置決め装置の駆動機構として好適である。この種のリニアモータを開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２等がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８０８４８号公報
【特許文献２】特開平１０−３１３５６６号公報
【０００４】
上記特許文献２に開示されているリニアモータの構成を図７及び図８に示す。図７はリニアモータの全体の構成を示す平面図であり、まず、固定子１０１がある。この固定子１０１の外周側には可動子１０３が移動可能な状態で取り付けられている。上記固定子１０１の図５中左端にはブラケット１０５が取り付けられている。
【０００５】
上記固定子１０１は、図８に示すような構成になっている。まず、パイプ１０７があり、このパイプ１０７内には中空状をなす永久磁石１０９が積層・配置されている。上記永久磁石１０９は、その軸方向一端がＳ極、軸方向他端がＮ極となっている。そして、これら複数個の永久磁石１０９を積層させる場合には、隣接する永久磁石１０９の同極同士が対面するような向きで積層させていくものであり、その結果、図８に示すように、Ｓ極とＮ極が交互に配置されることになる。
【０００６】
上記複数個の永久磁石１０９の内周側にはセンターシャフト１１１が挿入・配置されている。上記センターシャフト１１１の一端には雄ねじ１１３が形成されていて、該雄ねじ１１３を介してブラケット１０５に螺合・接合されている。又、センターシャフト１１１の他端にも雄ねじ１１５が形成されており、該雄ねじ１１５にはナット１１７が螺合されている。又、上記ナット１１７の外周にはキャップ１１９が被冠・固定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、組立性の問題があった。すなわち、従来の固定子１０１は、長手方向に磁化された永久磁石１０９を大きな反発力が作用する同極を対面させた状態でパイプ１０７内に詰め込んでおり、その際、永久磁石１０９同士の大きな反発力が発生することになる。よって、組立時にはそのような大きな反発力に抗して組立なければならず、その結果、組立が困難になってしまうという問題があった。
又、位置決め制御性の点においても問題があった。すなわち、従来の固定子１０１の構成によると、隣接配置された永久磁石１０９、１０９の界面近傍で磁界の急峻なピークを持つことになり、その結果、軸方向に沿って不均一な磁界分布となってしまう。それが原因して精密位置決め制御が困難なものとなってしまうという問題があった。
さらに、別の問題として、固定子としての剛性が不足しているという問題があった。すなわち、従来の固定子１０１を構成している永久磁石１０９はその横断面形状が中空円形形状であり、又、固定子１０１の支持は軸方向の両端における支持のみである。その為、自重および可動子１０３の推力の反力により、固定子１０１が撓んでしまうことが懸念される。そして、そのような撓みが発生した場合には固定子１０１と可動子１０３が接触して損傷してまうことが懸念されると共に塵の噛み込みそれによる動作不良等が心配されていた。
【０００８】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、組立容易で位置決め制御性も良好で、且つ、信頼性の高い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】
【０００９】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石を交互に積層・配置して構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、上記第１永久磁石と第２永久磁石は、その横断面形状において重力方向長さが水平方向長さより長く設定されていることを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、上記第１永久磁石と第２永久磁石はその外形が略矩形であることを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項１〜請求項３の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記第１永久磁石と第２永久磁石はボンド磁石であることを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項１〜請求項４の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記第１永久磁石と第２永久磁石の中空部にシャフトが挿入されていることを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項５記載のリニアモータにおいて、  上記シャフトの外表面を非磁性材料で被覆したことを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項５記載のリニアモータにおいて、上記シャフトの材質が磁性材料であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように本願発明の請求項１によるリニアモータは、複数個の永久磁石を積層・配置してなる固定子と、上記固定子の外周側に移動可能に設置された可動子と、を具備してなるリニアモータにおいて、上記固定子は、中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石を交互に積層・配置して構成されているので、まず、組立性が大幅に向上したものである。すなわち、隣接する永久磁石はその磁化の向きが逆向きとなっており、永久磁石同士を積層・配置するときに吸引力が生じ、その結果、従来問題になっていた反発力の発生もなく容易に精度よく積層・配置することができるものである。
又、永久磁石の磁化の向きを中心から放射方向外方又はその逆向きとし長手方向に対して直交する方向となっているので、磁力線は永久磁石の表面近傍では表面に略直交する方向となり、その結果、永久磁石の積層方向に略一様な磁束密度分布とすることができ、それによって、可動子に作用する推力も略均一となり、推力制御が容易化され、高精度な位置決めが容易となった。
又、重力方向の長さを水平方向の長さより長くした場合には、それによって、撓み剛性を向上させることができる。
又、固定子側の断面形状を略矩形とした場合には、断面積を増加させなくても撓み剛性を向上させることが可能になる。
又、永久磁石としてボンド磁石を使用した場合には、中空矩形形状の永久磁の加工も容易となる。
又、永久磁石の内周側にシャフトを挿入・配置させた場合には、例えば、永久磁石のみから固定子を構成する場合に比べると、高価な永久磁石材料を多量に使用することもないので、コストの低減を図ることができると共に必要な剛性の確保も可能になった。
又、シャフトを磁性材料とした場合には、組立時に永久磁石がシャフトに吸着することになり、十分な接着強度が得られると共に組立が容易化されるものである。
又、シャフトの表面に非磁性材料からなる被覆部を設けた場合には、それによっても、組立作業性をさらに向上させることができる。すなわち、そのような被覆部がない場合には、永久磁石をシャフトに挿入して所定位置まで滑らせていくときに磁気吸引力のために滑り難いことが予想されるが、被覆部を設けた場合にはそのようなことがなくなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１乃至図５を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態によるリニアモータの一部の構成を示す断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。まず、固定子１があり、この固定子１はその両端が支持された状態になっている。上記固定子１は、シャフト３と、このシャフト３の外周に施された被覆部５と、この被覆部５の外周に積層・配置された複数個の第１永久磁石７、第２永久磁石９とから構成されている。上記シャフト３と被覆部５は、例えば、被覆された異形鋼管であり、具体的には、例えば、亜鉛メッキ鋼管や塩ビ被覆鋼管等である。
【００１２】
上記第１永久磁石７、第２永久磁石９は中空状をなしている。又、上記第１永久磁石７は、図３に示すように、
中心から放射方向外方へ向かって磁化されていて、中空内表面がＳ極、外表面がＮ極となっている。一方、第２永久磁石９は、その逆で、図４に示すように、放射方向外方から中心へ向かって磁化されていて、内表面がＮ極、外表面がＳ極となっている。このような第１永久磁石７と第２永久磁石９が交互に積層・配置されている。
【００１３】
上記固定子１は、その横断面形状をみると、図２に示すように、矩形形状となっている。すなわち、上記シャフト３の横断面形状、上記第１永久磁石７、第２永久磁石９の横断面形状が共に矩形形状をなしている。又、重力方向の長さＬ１が水平方向の長さＬ２に対して長く設定されている。このように、固定子１の横断面形状を矩形形状とすると共に重力方向の長さＬ１が水平方向の長さＬ２に対して長く設定することにより固定子１の剛性、特に、重力方向の曲げ剛性を高めているものである。
【００１４】
又、上記第１永久磁石７、第２永久磁石９は、磁性材料と樹脂とを混合して成型したボンド磁石から構成されている。これは上記第１永久磁石７、第２永久磁石９が中空状であって矩形形状をなしていることに鑑み、その加工性を高めるためである。
【００１５】
上記固定子１の外周側には可動子１１が、図１中矢印ａで示す方向に移動可能な状態で配置されている。上記可動子１１は、可動子ベース１３と、この可動子ベース１３の内周側に配置され駆動位相が１２０°異なる３種類のコイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）から構成されている。上記３種類のコイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）は二段にわたって設置されている。又、固定子１と可動子１１との間には空隙２１が設けられている。
尚、この実施の形態では、 コイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）側を可動子１１とし、第１永久磁石７、第２永久磁石９側を固定子１としたが、その逆の構成でも良い。すなわち、コイルベース１３を支持すると共にシャフト３の両端の支持を外せば、コイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）側が固定子、第１永久磁石７、第２永久磁石９側が可動子となる。
【００１６】
上記構成において、コイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）に適宜の方向に電流を流すことにより、矢印ａ方向の駆動力が発生し、それによって、可動子１１が矢印ａの何れかの方向に移動することになる。
【００１７】
以上、この実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、組立性が大幅に向上したものである。すなわち、第１永久磁石７と第２永久磁石９はその磁化の向きが共に積層方向と直交方向であり逆向きとなっており、それら第１永久磁石７と第２永久磁石９を交互に積層・配置するようにしているので、永久磁石同士を積層・配置するときに吸引力が生じ、その結果、従来問題になっていた反発力の発生もなく容易に精度よく積層・配置することができる。
又、この実施の形態の場合には、第１永久磁石７と第２永久磁石９の磁化の向きを中心から放射方向外方又はその逆向きとしている。つまり、シャフト３の長手方向に対して直交する方向となっている。よって、磁力線は第１永久磁石７、第２永久磁石９の表面近傍では表面に略直交する方向となり、その結果、第１永久磁石７と第２永久磁石９の積層方向に略一様な磁束密度分布とすることができる（但し、磁石積層界面近傍は除く）。そして、コイル１５（Ｕ相）、１７（Ｖ相）、１９(Ｗ相）側に作用する推力も略均一となり、推力制御が容易化され、高精度な位置決めが容易となった。
【００１８】
ここで、上記磁束密度分布に関して図５を参照して説明する。図５は本実施の形態における固定子１の構成と対応させながら、軸方向に沿った磁束密度分布を示した図であり、図中線図Ａが本実施の形態の場合であり、これに対して、線図Ｂが従来の場合である。本実施の形態の場合には、線図Ａに示すように、第１永久磁石７と第２永久磁石９との境界部において反転するものの、軸方向に沿って略均一な磁束密度分布となっている。これに対して、従来の場合には、
線図Ｂに示すように、永久磁石同士の境界部において急峻なピークを持つことになり、その結果、軸方向に沿って不均一な磁束密度分布となってしまう。それが原因して精密位置決め制御が困難なものとなってしまうことについては、発明が解決しようとした課題の項目で述べた通りである。    
【００１９】
又、この実施の形態では、固定子１側の断面形状を略矩形とし、且つ、重力方向の長さを水平方向の長さより長くしているので、それによって、断面積を増加させなくても撓み剛性を向上させることが可能になった。そして、固定子１と可動子１の接触による動作不良、塵の噛み込みによる動作不良等を防止することができ、可動子１１の動作も円滑なものとなった。
又、本実施の形態では第１永久磁石７と第２永久磁石９としてボンド磁石を使用しており、よって、中空矩形形状の第１永久磁石７と第２永久磁石９の加工も容易である。
又、本実施の形態の場合には、第１永久磁石７と第２永久磁石９の内周側にシャフト３を挿入・配置させているので、例えば、永久磁石のみから固定子を構成する場合に比べると、高価な永久磁石材料を多量に使用することもないので、コストの低減を図ることができると共に必要な剛性の確保も可能になった。
又、シャフト３は、磁性材料である異形鋼管製であるので、組立時に第１永久磁石７と第２永久磁石９がシャフト３に吸着することになり、十分な接着強度が得られると共に組立が容易化されるものである。
又、本実施の形態におけるシャフト３はその表面に被覆部５が設けられているので、例えば、そのような被覆部５がないと第１永久磁石７と第２永久磁石９をシャフト３に挿入して所定位置まで滑らせていくときに磁気吸引力のために滑り難いことが予想されるが、この実施の形態の場合にはそのようなこともない。
【００２０】
次に、図６を参照して本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態における第１永久磁石７と第２永久磁石９の間に非磁性材料かるなる中空部材５１を介在させたものである。それによって、第１永久磁石７と第２永久磁石９の厚みを薄くしてコストの低減を図ることができるものである。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであるので、同一部分には同一符号を付してある。  
【００２１】
尚、本発明は前記第１、第２の実施の形態に限定されるものではない。例えば、シャフト３を磁性材料から構成するか否か、非磁性材料の被覆を施すか否か、等については適宜選択すれば良い。その他各部の寸法、個数等についてもこれを限定するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、固定子を中空形状をなしその横断面形状において中心から放射方向外方に向かって磁化された第１永久磁石と中空形状をなしその横断面形状において放射方向外方から中心に向かって磁化された第２永久磁石とを交互に積層・配置して構成することにより、組立性の向上、位置決め制御の容易化、剛性の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決めシステムに用いるリニアモータに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態を示す図で、第１永久磁石の側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態を示す図で、第２永久磁石の側面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における磁束密度分布と従来の磁束密度分布を比較して示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す断面図である。
【図７】従来例を示す図で、リニアモータの構成を示す平面図である。
【図８】従来例を示す図で、リニアモータの固定子の断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  固定子
３  シャフト
５  被覆部
７  第１永久磁石
９  第２永久磁石
１１  可動子
１３  可動子ベース
１５  コイル１５（Ｕ相）
１７  コイル（Ｖ相）
１９  コイル(Ｗ相）
２１  間隙
【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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