(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により移動磁界を発生する電機子から成る固定子と、
前記固定子と所定の間隔を隔てて対向配置され前記移動磁界により前記固定子上を移動する可動子と、
を備えるリニアモータにおいて、
前記可動子は、
前記固定子に垂直な方向に磁化された直方体状の主磁極永久磁石と前記可動子の移動方向に磁化されて磁束を流通させる直方体状の補磁極永久磁石とを、前記移動方向に沿って交互に配列するハルバッハ配列により、少なくとも３個以上の奇数個配列した平盤状の多極界磁磁極と、
前記平盤状の多極界磁磁極の側面及び移動方向端面を保持する非磁性ホルダと、
を備え、
前記平盤状の多極界磁磁極には、前記移動方向端面間を貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記非磁性ホルダには、前記複数の貫通孔に対向する夫々の穴が形成され、
前記多極界磁磁極の前記貫通孔を貫通して前記移動方向端面から突出する締結棒の端部が、前記非磁性ホルダの穴に嵌合されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
通電により移動磁界を発生する電機子から成る固定子と、
前記固定子と所定の間隔を隔てて対向配置され前記移動磁界により前記固定子上を移動する可動子と、
を備えるリニアモータにおいて、
前記可動子は、
前記固定子に垂直な方向に磁化された直方体状の主磁極永久磁石と前記可動子の移動方向に磁化されて磁束を流通させる直方体状の補磁極永久磁石とを、前記移動方向に沿って交互に配列するハルバッハ配列により、少なくとも３個以上の奇数個配列した平盤状の多極界磁磁極と、
前記平盤状の多極界磁磁極の側面及び移動方向端面を保持する非磁性ホルダと、
を備え、
前記平盤状の多極界磁磁極には、前記移動方向端面間を貫通する断面が多角形又は歯車形状の１つの貫通孔が形成され、
前記非磁性ホルダには、前記貫通孔に対向する断面が前記貫通孔と同形状の穴が形成され、
前記多極界磁磁極の前記貫通孔を貫通して前記移動方向端面から突出する断面が前記貫通孔と同形状の締結棒の端部が、前記非磁性ホルダの穴に嵌合されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
前記多極界磁磁極の貫通孔、前記非磁性ホルダの穴及び前記締結棒の断面形状を、四〜六角形としたことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記非磁性ホルダは、前記締結棒の一端部が嵌合する前記穴が形成された第１のホルダと、前記締結棒の他端部が嵌合する前記穴が形成された第２のホルダと、から成り、前記第１、第２のホルダは、締結部材により一体に締結されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記主磁極永久磁石と補磁極永久磁石との間に、スペーサを設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記多極界磁磁極の移動方向の長さを、前記非磁性ホルダの、前記多極界磁磁極が嵌合される孔の移動方向の長さよりも長くしたことを特徴とする請求項５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、工作機械や半導体製造装置等の産業用機械に備えられ、軸送りや搬送に用いられるムービングマグネット形のリニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、発生磁界方向に磁化された複数の主磁極永久磁石と、前記主磁極永久磁石の間に配置される副磁極永久磁石と、前記永久磁石を固定するバックヨークとを有するハルバッハ磁石配列を備えた周期磁界発生装置において、前記バックヨークに凹凸部を設け、その凹部に主磁極永久磁石を、凸部に副磁極永久磁石をそれぞれ配置し、前記副磁極永久磁石を少なくとも２個配置し、前記副磁極永久磁石の磁界発生方向の高さを前記主磁極永久磁石の高さよりも低くした周期磁界発生装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、径方向に交互にＮＳ磁極を形成すべく着磁された極数個の主磁極磁石と、前記主磁極磁石の周方向両側面より磁束を流通させる極数個のヨーク磁石と、前記主磁極磁石と前記ヨーク磁石とが密着固定された熱良導性の金属放熱部材と、を備える回転電機の回転子がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１０８２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０４２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の技術によれば、バックヨークに凹凸部を設け、その凹部に主磁極永久磁石を、凸部に副磁極永久磁石をそれぞれ配置し接着していた。そのため、磁石固定部材としてのバックヨークが可動子の重量を増大させ、可動子の加速性能が低下する、という問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載された従来の技術によれば、永久磁石を樹脂製のハブに内包して固定している。そのため、磁石固定部材としてのハブが回転子の重量を増大させ、回転子の加速性能が低下する、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、可動子の磁石固定部材を軽量化して加速性能を向上させたリニアモータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、通電により移動磁界を発生する電機子から成る固定子と、前記固定子と所定の間隔を隔てて対向配置され前記移動磁界により前記固定子上を移動する可動子と、を備えるリニアモータにおいて、前記可動子は、前記固定子に垂直な方向に磁化された直方体状の主磁極永久磁石と前記可動子の移動方向に磁化されて磁束を流通させる直方体状の補磁極永久磁石とを、前記移動方向に沿って交互に配列するハルバック配列により、少なくとも３個以上の奇数個配列した平盤状の多極界磁磁極と、前記平盤状の多極界磁磁極の側面及び移動方向端面を保持する非磁性ホルダと、を備え、前記平盤状の多極界磁磁極には、前記移動方向端面間を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記非磁性ホルダには、前記複数の貫通孔に対向する夫々の穴が形成され、前記多極界磁磁極の前記貫通孔を貫通して前記移動方向端面から突出する締結棒４３の端部が、前記非磁性ホルダの穴に嵌合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、バックヨークやハブ等の磁石固定部材を不要とし、ムービングマグネット形のリニアモータの可動子を軽量化することができる。また、可動子と固定子の間に存在したハブ等の部材を無くしたので、可動子と固定子の間の間隙を小さくすることができ、可動子の永久磁石の磁束を固定子のコイルに有効に作用させることができる。それ故、リニアモータの推力を増大させ、加速性能を向上させることができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるリニアモータの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるリニアモータの実施の形態１を示すムービングマグネット型のリニアモータの斜視図であり、図２は、実施の形態１のリニアモータの可動子を示す分解斜視図であり、図３は、実施の形態１のリニアモータの可動子の変形例を示す斜視図であり、図４は、実施の形態１のリニアモータの可動子の他の変形例を示す平面図である。
【００１２】
図１に示すように、リニアモータ１０は、通電により移動磁界を発生する電機子から成る固定子３０と、固定子３０と所定の間隔を隔てて対向配置され固定子３０の移動磁界により固定子３０上を移動する可動子２０と、を備えている。
【００１３】
固定子３０の図示しない磁極ティースには図示しないコイルが装着され、固定子３０は、コイルに交流電流を流すことにより、可動子２０を、磁極ティースの配列方向に沿って移動させる移動磁界を発生する電機子となっている。可動子２０は、固定子３０に平行に設置された図示しないリニアガイドに支持され、固定子３０上を移動する。
【００１４】
図２に示すように、実施の形態１の可動子２０は、７個（少なくとも３個以上の奇数個）の直方体状の永久磁石４１、４２を可動子２０の移動方向（固定子３０の磁極ティース配列方向）に沿って配列した全体として矩形平盤状の多極界磁磁極４０を備えている。多極界磁磁極４０の永久磁石の配列は、固定子３０に垂直な方向に磁化された主磁極永久磁石４１と、可動子２０の移動方向に磁化されて磁束を流通させる補磁極永久磁石４２と、を交互に配列する、所謂ハルバッハ配列としている。
【００１５】
永久磁石４１、４２には、移動方向に、複数（２つ）の貫通孔４０ａが形成されている。すなわち、平盤状の多極界磁磁極４０には、移動方向端面４０ｃ、４０ｃ間を貫通する複数の貫通孔４０ａが形成されることになる。この貫通孔４０ａ夫々に丸棒状の締結棒４３を挿通し、永久磁石４１、４２をハルバッハ配列して固定する。締結棒４３は、ハルバッハ配列された多極界磁磁極４０の両端面４０ｃから突出している。
【００１６】
矩形平盤上の非磁性ホルダ２１が、矩形平盤状の多極界磁磁極４０の側面４０ｂ及び移動方向端面４０ｃを、中央部に形成された矩形の孔２１ａ内に嵌合して保持している。非磁性ホルダ２１には、多極界磁磁極４０の複数の貫通孔４０ａ夫々に対向する穴２２が形成され、多極界磁磁極４０の貫通孔４０ａを貫通して移動方向端面４０ｃから突出する締結棒４３の端部が、非磁性ホルダ２１の穴２２に嵌合されている。
【００１７】
非磁性ホルダ２１は、締結棒４３の一端部が嵌合する穴２２が形成された略Ｕ字形の第１のホルダ２１ｂと、締結棒４３の他端部が嵌合する穴２２が形成された四角梁状の第２のホルダ２１ｃと、から成り、第１、第２のホルダ２１ｂ、２１ｃは、締結部材としての締結ボルト２３により、多極界磁磁極４０とともに、一体に締結されている。
【００１８】
以上のように多極界磁磁極４０及び非磁性ホルダ２１を形成することにより、永久磁石４１、４２を固定するための凹凸を有するバックヨークやハブが不要となる。特に、多極界磁磁極４０の表面のうち、固定子３０との対向面とその背面を覆っていないので、可動子２０が軽量化されている。また、多極界磁磁極４０に２本の締結棒４３を通しているので、締結棒４３と平行な軸を回転軸とする多極界磁磁極４０の回転振動が抑制されるという付加的効果がある。
【００１９】
図２に示す多極界磁磁極４０では、両端部の永久磁石を主磁極永久磁石４１としているが、図３に示すように、両端部の永久磁石を補磁極永久磁石４２としてもよい。両端部の永久磁石を補磁極永久磁石４２とすれば、可動子２０の周囲への磁界の影響を低減することができる。また、締結棒４３の材料は、ステンレス等の非磁性材料とするのが望ましい。非磁性材料とすれば、漏れ磁束を低減することができ、可動子２０の推力を増大することができる。
【００２０】
なお、図１に示すように、実施の形態１のリニアモータ１０では、固定子３０の長さが可動子２０の長さよりも長くなっているが、これに限るものではない。固定子３０の長さを可動子２０の長さよりも短くしてもよい。固定子３０の長さが可動子２０の長さよりも短い場合にも、本発明を適用することにより、可動子２０を軽量化することができる。
【００２１】
さらに、図２に示すように、多極界磁磁極４０の両端面４０ｃから突出した締結棒４３の端部を、非磁性ホルダ２１に設けられた穴２２に嵌合させたが、図４に示すように、多極界磁磁極４０の長さよりも締結棒４３の長さを短くし、多極界磁磁極４０の端部に穴４５を残し、非磁性ホルダ２１側にピン２５を設置し、ピン２５を穴４５に嵌合させるようにしてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図５は、本発明にかかるリニアモータの実施の形態２の可動子を示す分解斜視図である。実施の形態２の可動子２０ａにおいては、永久磁石４１、４２に、移動方向に、１つの断面矩形の貫通孔４０ｆが形成されている。すなわち、平盤状の多極界磁磁極４０には、移動方向端面４０ｃ、４０ｃ間を貫通する１つの断面矩形の貫通孔４０ｆが形成されることになる。
【００２３】
この１つの貫通孔４０ｆに、断面が同一矩形形状の締結棒４３ａを挿通し、永久磁石４１、４２をハルバッハ配列して固定する。締結棒４３ａは、ハルバッハ配列された多極界磁磁極４０の両端面４０ｃから突出している。
【００２４】
矩形平盤上の非磁性ホルダ２１が、矩形平盤状の多極界磁磁極４０の側面４０ｂ及び移動方向端面４０ｃを、中央部に形成された矩形の孔２１ａ内に嵌合して保持する。非磁性ホルダ２１には、多極界磁磁極４０の１つの矩形の貫通孔４０ｆに対向する矩形の穴２２ａが形成され、多極界磁磁極４０の貫通孔４０ｆを貫通して移動方向端面４０ｃから突出する断面矩形の締結棒４３ａの端部が、非磁性ホルダ２１の矩形の穴２２ａに嵌合されている。
【００２５】
実施の形態２の可動子２０ａは、以上説明した多極界磁磁極４０の１つの矩形の貫通孔４０ｆ、１本の断面矩形の締結棒４３ａ及び非磁性ホルダ２１の矩形の穴２２ａ以外の部分は実施の形態１の可動子２０と同等である。
【００２６】
実施の形態２の可動子２０ａは、実施の形態１の可動子２０と比較して部品点数が少ないという利点がある。締結棒４３ａを１本にしているが、締結棒４３ａの断面形状を矩形にしているので、締結棒４３ａ回りの回転振動の抑制効果は、実施の形態１の可動子２０と同等である。
【００２７】
図５に示す実施の形態２の可動子２０ａでは、締結棒４３ａ及び穴２２ａの断面形状を矩形としたが、締結棒及び穴の断面形状を、多角形、歯車形状又は楕円状としてもよい。このような形状としても矩形断面の場合と同様の効果を得ることができる。実際的には、四〜六角形とするのがよい。八角形や十角形では、角部が１２０°よりも大きな鈍角となり、回転振動により角部が磨耗して回転防止機能を損なうまでの寿命が短くなる。
【００２８】
六角形とすれば、六角ボルト等のように、回転防止機能を損なうまでの寿命が長い。また、六角以下の多角形とすれば、回転防止機能を損なうまでの寿命が長い。三角形、歯車形状又は楕円状は、加工が難しく、加工コストが高くなってしまう問題がある。以上により、締結棒及び穴の断面形状は、四〜六角形とするのがよい。
【００２９】
実施の形態３．
図６は、本発明にかかるリニアモータの実施の形態３の可動子を示す平面図である。実施の形態３の可動子２０ｂは、永久磁石４１と４２との間に、スペーサ４６を配置している。実施の形態３の可動子２０ｂは、スペーサ４６を配置したこと以外は、実施の形態１の可動子２０と変わるところはない。
【００３０】
永久磁石４１と４２との間に、スペーサ４６を配置することにより、永久磁石４１、４２の減磁を防ぐことができる。また、磁化方向の異なる主磁極永久磁石４１と補磁極永久磁石４２とがスペーサ４６により離間して配列されるので、磁束の流れの急激な変化を防止することができる。磁束の流れが急激に変化すると、永久磁石の磁化方向と同一方向の磁束密度成分が低下して減磁に至ることがあるが、実施の形態３の可動子２０ｂは、これを防ぐ効果がある。
【００３１】
さらに、多極界磁磁極４０の移動方向端面４０ｃに配置したスペーサ４６により、多極界磁磁極４０の長さＬ１を、非磁性ホルダ８の孔２１ａの長さＬ２よりも少し長く設定する。Ｌ１＞Ｌ２とすることにより、非磁性ホルダ２１による多極界磁磁極４０の締付力が増し、可動子２０ｂの剛性を高くすることができる。
【００３２】
また、各永久磁石４１、４２の厚さを予め計測し、永久磁石４１、４２の配列ピッチ（以下、極ピッチという）が全長に亘り一定となるように、各スペーサ４６の厚さを選別あるいは加工して配置することが望ましい。このようにすれば、各永久磁石４１、４２の厚さが製作誤差を有していても、極ピッチを所定の値に揃えることができ、推力脈動やコギング推力を低減することができる。
【００３３】
実施の形態４．
図７は、本発明にかかるリニアモータの実施の形態４の非磁性ホルダを示す分解斜視図である。実施の形態４の非磁性ホルダ２０ｃは、第１のホルダ２１ｂの接合面２１ｆにセットピン２７が設けられ、第２のホルダ２１ｃの接合面にピン穴２８が設けられ、第１のホルダ２１ｂと第２のホルダ２１ｃとは、セットピン２７がピン穴２８に嵌合した状態で締結ボルト２３により、多極界磁磁極４０とともに、一体に締結される。
【００３４】
セットピン２７とピン穴２８の嵌合により、第１のホルダ２１ｂと第２のホルダ２１ｃとの相対位置決めが正確に行われ、可動子２０の精密な平面度が確保できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように、本発明にかかるリニアモータは、工作機械や半導体製造装置等の産業用機械の軸送りや搬送用として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかるリニアモータの実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１のリニアモータの可動子を示す分解斜視図である。
【図３】実施の形態１のリニアモータの可動子の変形例を示す分解斜視図である。
【図４】実施の形態１のリニアモータの可動子の他の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明にかかるリニアモータの実施の形態２の可動子を示す分解斜視図である。
【図６】本発明にかかるリニアモータの実施の形態３の可動子を示す平面図である。
【図７】本発明にかかるリニアモータの実施の形態４の非磁性ホルダを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  リニアモータ
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  可動子
２１  非磁性ホルダ
２１ａ  孔
２１ｂ  第１のホルダ
２１ｃ  第２のホルダ
２１ｆ  接合面
２２，２２ａ  穴
２３  締結ボルト
２５  ピン
２７  セットピン
２８  ピン穴
３０  固定子
４０  多極界磁磁極
４０ａ，４０ｆ  貫通孔
４０ｂ  側面
４０ｃ  移動方向端面
４１  主磁極永久磁石
４２  補磁極永久磁石
４３，４３ａ  締結棒
４５  穴
４６  スペーサ
【図１】
0005300325.tif 000002
【図２】
0005300325.tif 000003
【図３】
0005300325.tif 000004
【図４】
0005300325.tif 000005
【図５】
0005300325.tif 000006
【図６】
0005300325.tif 000007
【図７】
0005300325.tif 000008