(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、
三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
各固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、
前記二つの固定子は、各固定子を構成する固定子ブロック間に形成された境界面が前記移動方向において同じ位置に位置するように配置され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、
三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
各固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、
前記二つの固定子は、各固定子を構成する固定子ブロック間に形成された境界面が前記移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、
三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
各固定子は、前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを前記可動子の移動方向に並べたものを、前記可動子の移動方向に垂直な方向に２段重ねして構成され、
１段目の固定子ブロックと２段目の固定子ブロックは、隣り合う固定子ブロック間に形成された境界面の位置が、前記可動子の移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
直線に沿って間隔Ｐで配列される突極を備える固定子と、
前記突極に対向し三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ティースと、前記可動子ティースの固定子に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
前記固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種のティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ティースの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ティースの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記固定子ブロック間に形成された境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
直線に沿って間隔Ｐで配列される突極を備える固定子と、
前記突極に対向し三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ティースと、前記可動子ティースの固定子に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
前記固定子は、前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを前記可動子の移動方向に並べたものを、前記可動子の移動方向に垂直な方向に２段重ねして構成され、
１段目の固定子ブロックと２段目の固定子ブロックは、隣り合う固定子ブロック間に形成された境界面の位置が、前記可動子の移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種の可動子ティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ティースの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ティースの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のリニアモータであって、
前記可動子群は、
互いに隣接する可動子同士において、前記永久磁石の磁極方向が逆向きになるように配置され、且つ前記三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線された構造、あるいは、
互いに隣接する可動子同士において、前記永久磁石の磁極方向が逆向きになるように配置され、且つ、前記互いに隣接する可動子が、前記固定子の突極間隔Ｐのｑ（ｑは整数）倍±Ｐ／２の間隔で配置された構造、あるいは、
互いに隣接する可動子同士において、前記三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線され、且つ前記固定子の突極間隔Ｐのｑ（ｑは整数）倍±Ｐ／２の間隔を前記可動子との間に設けて配置された構造、
を持つことを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のリニアモータであって、
前記固定子が複数配置された固定子列を形成し、前記可動子群が前記固定子列に渡って配置されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
間隔Ｐで配列される突極を備えた固定子と、
三相交流巻線により三相の磁極となる３種の可動子ブロックまたはティースと、前記突極に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、
を有するリニアモータであって、
前記固定子は、複数の固定子ブロックを、固定子ブロック間に形成された境界面が移動方向に間隔Ｌ０で位置するように、並べて構成され、
前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、
各可動子を構成する３種の可動子ブロックまたはティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する可動子ブロックまたはティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する可動子ブロックまたはティースの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の前記後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数）の関係になるように配置されている、
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、工作機械等の産業機械で使用するリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工作機械等の産業機械では、高速、高精度化を実現するための手段としてリニアモータが使用されている。このようなリニアモータの中で、特に長ストロークの機械において、高価な永久磁石を可動子側に配置することで、永久磁石の使用量を少なくして、モータの低コスト化を実現した特許文献１及び特許文献２に開示されているようなリニアモータがある。
【０００３】
図４（ａ）は、従来のリニアモータの構成を示した図であり、永久磁石５９，６４を移動方向に並べた可動子５１と、電磁鋼板を積層するなどして形成された固定子５２ａ，５２ｂから構成されている。固定子５２ａ，５２ｂは例えば工作機械のベッドに固定され、固定子磁気ヨーク６１より突出するように、ピッチＰの間隔で固定子突極５０が形成されており、固定子５２ａと固定子５２ｂは、電気角１８０度に相当するＰ／２ピッチだけ、図示したＸ軸方向にずらして配置されている。また、可動子５１は、例えば、工作機械のテーブルに固定され、ベッドとテーブル間に設けられた転がりガイド等で図４（ａ）のＸ軸方向に移動可能に支持される。さらに、磁束の変化による鉄損を低減するため電磁鋼板を積層して形成されたＵ，Ｖ，Ｗ相の可動子ブロック５３，５５，５４は、それぞれが可動子５１の進行方向であるＸ軸方向に相対的に１２０度、即ち固定子５２ａ，５２ｂの磁極ピッチＰの電気角で１２０度に相当するＰ／３だけずらして配置されている。また、可動子ブロック５３，５５，５４には、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流巻線５６，５８，５７が巻回されており、可動子５１の可動子ブロック表面には永久磁石５９，６４がＳ，Ｎの順に交互に配置され、配列されている。永久磁石５９，６４は図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すようにＳ，Ｎを一組とする永久磁石対がピッチＰで配置されている。
【０００４】
今、三相交流巻線５６，５８，５７にＵ→Ｖ，Ｗ方向に電流を印加した場合、即ち三相交流巻線５６には図示した巻線方向に電流を流し、三相交流巻線５８，５７には図示した巻線方向と反対方向に電流を流すと、永久磁石５９，６４のうち、三相交流巻線の励磁方向と同一の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は強められ、励磁方向と反対の磁性方向に配置された永久磁石の磁束は弱められるため、図４（ａ）の可動子ブロック５３はＳＩＤＥ−Ａ側をＳ極、ＳＩＤＥ−Ｂ側をＮ極に、可動子ブロック５５，５４は逆にＳＩＤＥ−Ａ側をＮ極、ＳＩＤＥ−Ｂ側をＳ極に励磁される。そして各可動子ブロックおよび固定子側を通過した磁束は図４（ａ）の６２に示すような磁路を形成する。すると、可動子５１のＳＩＤＥ−Ａ側とＳＩＤＥ−Ｂ側にはＸ軸の同一方向に磁気吸引力が働き推力が発生する。なお、３つの可動子ブロック５３，５５，５４は図４（ｄ）のように磁気的な可動子ブロック結合部６０を設けても、同一可動子ブロックのＳＩＤＥ−Ａ側、ＳＩＤＥ−Ｂ側に生成されるＮ，Ｓ極の磁束密度は同一であり、磁気バランスが取れているため、隣り合う可動子ブロックへの磁束の漏れはわずかであり、推力の低下は殆ど無い。
【０００５】
また、上述した従来のリニアモータにおいて、特に長ストロークの可動範囲を実現する場合には、図５に示すように安価な電磁鋼板を積層して形成した簡単な構造の固定子ブロックを繰り返し並べて配置するだけで実現できる。さらに、高価な永久磁石５９，６４を可動子側に配置し、永久磁石の使用量を減らすことができるため、リニアモータの製作コストを低く抑えることができる。
【０００６】
図６（ａ）は図４（ａ）と異なる構成の従来のリニアモータを示す図である。図６（ａ）において、固定子１２は例えば電磁鋼板を積層して形成され、表面には固定子磁気ヨーク２１より突出するように、ピッチＰの間隔で固定子突極１０が配置されている。可動子１１も固定子１２と同様例えば電磁鋼板を積層して形成され、可動子磁気ヨーク２０、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の可動子ティース１３，１５，１４を持つ。これら３つの可動子ティースはそれぞれが固定子突極１０に対して、Ｘ軸方向に相対的に電気角で１２０度に相当するＰ／３だけずらして配置されている。可動子ティースには、それぞれＵ，Ｖ，Ｗ相の三相交流巻線１６，１８，１７が巻回されており，可動子１１のティース表面には永久磁石１９がＳ，Ｎの順に交互に配置され、図６（ｂ）、に示すようにＳ，Ｎを一組とする永久磁石対がピッチＰで配列されている。図６（ａ）の磁路２２は三相交流巻線１６，１８，１７にＵ→Ｖ，Ｗ方向に電流を印加した状態における磁束の様子を表しており、図４（ａ）に示したリニアモータと同様に永久磁石１９のうち、三相交流巻線の励磁方向と同一の磁性方向に配置された永久磁石の磁束を強め、励磁方向と反対の磁性方向に配置された永久磁石の磁束を弱めることによって各ティースを一つの磁極として励磁し、可動子１１全体にわたる大きな磁路２２を形成したものである。これにより可動子１１の固定子１２側においてＸ軸方向に磁気吸引力が働き推力が発生する。尚、図６（ａ）で示した従来のリニアモータにおいても、図４（ａ）で示した従来のリニアモータと同様、長ストロークの可動範囲を実現する場合には、安価な電磁鋼板を積層して形成した簡単な構造の固定子ブロックを繰り返し並べて配置するだけで実現できる。さらに、永久磁石１９を可動子側だけに配置し、高価な永久磁石の使用量を減らすことができるため、リニアモータの製作コストを低く抑えることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１３７１４０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１２４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した従来のリニアモータは、以下に説明するような課題があった。図４（ａ），図６（ａ）において可動子５１，１１がピッチＰだけ移動する間に、三相交流巻線５６，５８，５７または１６，１８，１７に印加される三相交流電流は図７のように変化し、これに伴い可動子ブロック５３，５５，５４と固定子５２ａ，５２ｂ並びに可動子ティース１３，１５，１４と固定子１２に生成された磁路６２，２２は大きく変化する。一方、図５のように固定子ブロックを可動子の移動方向に並べて配置した場合、固定子ブロックの境界面６５に空隙が存在すると、この空隙部では固定子ブロックの電磁鋼板内と比べ磁気抵抗が高くなる。したがって、スライダが移動し、磁路が境界面６５を交差するように生成される場合とそうでない場合とでリニアモータに生成される磁束量が変化してしまうため推力リップルが発生する。
【０００９】
さらに詳しく推力リップルを生じるメカニズムについて説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は図４（ａ）のＷ相可動子ブロック５４の中央付近に固定子ブロック境界面が存在する場合を示した図である。固定子５２ａと固定子５２ｂは図４（ａ）の固定子であり、可動子ブロック５３，５５，５４は図４（ａ）の可動子ブロックを示しており、その他の構成部品は図４（ａ）と同じであるが、図を簡略化するため省略している。今、可動子がピッチＰだけ移動すると、三相交流巻線５６，５７，５８に印加される電流が図７のように（１）Ｕ→Ｖ，Ｗ、（２）Ｕ→Ｗ、（３）Ｕ，Ｖ→Ｗ、（４）Ｖ→Ｗ、（５）Ｖ→Ｗ，Ｕ、（６）Ｖ→Ｕ、（７）Ｖ，Ｗ→Ｕ、（８）Ｗ→Ｕ、（９）Ｗ→Ｕ，Ｖ、（１０）Ｗ→Ｖ、（１１）Ｗ，Ｕ→Ｖ、（１２）Ｕ→Ｖ、（１３）Ｕ→Ｖ，Ｗ、と変化する。例えば（３）の状態では図８（ａ）のように磁路６２が境界面を避けるように生成されるため所望の推力が出力されるが、（６）の状態まで推移すると図８（ｂ）のように磁路６２と境界面が完全に交差した状態になるため推力が最低となる。続いて，（９）の状態まで推移すると図８（ｃ）のように再び磁路６２が境界面を避けるように生成されるため所望の推力が出力され、（１２）の状態では図８（ｄ）のように磁路６２と境界面が完全に交差するため、推力が最低となる。このように可動子がピッチＰだけ移動する間に、２回推力が低下するためＰ／２ピッチの推力リップルを生じることになる。このＰ／２ピッチの推力リップルは、磁路６２と境界面が交差することによって生じるものであるため、従来から広く用いられてきた固定子や可動子を、可動子の移動方向に斜めにＰ／２ピッチ分スキューしても、この磁路６２と境界面が交差する現象を回避することができないため、推力リップルを除去することができない。
【００１０】
また、図９は高推力を得るために複数の可動子を直列に繋いだ例を示したものであり、図９では１つのサーボ制御装置６６に対し、２つの可動子５１ａ，５１ｂが接続された場合を示している。ここで、可動子５１ａ，５１ｂは同方向に効率良く推力を発生するためピッチＰの整数倍ずらして配置する必要がある。このとき可動子５１ａ，５１ｂには同様の磁束が形成され、それぞれ境界面６５と同じ位相で交差するためスライダの台数に比例して推力リップルが大きくなるという問題がある。
【００１１】
図１０は特許文献２に開示されている推力リップルを平準化する技術であり、２つの可動子５１ａ，５１ｂをピッチＰの整数倍から±Ｐ／４ずらして配置している。これによりＰ／２周期の推力リップルは可動子５１ａから生じるものと可動子５１ｂから生じるものとで１８０度位相が異なるため相殺することが可能である。しかし、可動子５１ａと可動子５１ｂはＰ／４に相当する電気角９０度分ずらして制御される必要があるため、２つのサーボ制御装置６６ａ，６６ｂが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のような問題を解決するために、本発明のリニアモータは、互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、各固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、前記二つの固定子は、各固定子を構成する固定子ブロック間に形成された境界面が前記移動方向において同じ位置に位置するように配置され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のリニアモータは、互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、各固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、前記二つの固定子は、各固定子を構成する固定子ブロック間に形成された境界面が前記移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のリニアモータは、互いに対向する面に間隔Ｐで配列される突極を備え、並行して延びる二つの固定子と、三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ブロックと、前記可動子ブロックの二つの固定子にそれぞれ対向する２面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記二つの固定子の間を固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、各固定子は、前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを前記可動子の移動方向に並べたものを、前記可動子の移動方向に垂直な方向に２段重ねして構成され、１段目の固定子ブロックと２段目の固定子ブロックは、隣り合う固定子ブロック間に形成された境界面の位置が、前記可動子の移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ブロックの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のリニアモータは、直線に沿って間隔Ｐで配列される突極を備える固定子と、前記突極に対向し三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ティースと、前記可動子ティースの固定子に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、前記固定子は、前記可動子の移動方向に前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを複数個並べて構成され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種のティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ティースの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ティースの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記固定子ブロック間に形成される境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のリニアモータは、直線に沿って間隔Ｐで配列される突極を備える固定子と、前記突極に対向し三相交流巻線によりそれぞれ三相の磁極となる３種の可動子ティースと、前記可動子ティースの固定子に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、前記固定子は、前記突極を間隔Ｐに保った状態で、全長Ｌ０の固定子ブロックを前記可動子の移動方向に並べたものを、前記可動子の移動方向に垂直な方向に２段重ねして構成され、１段目の固定子ブロックと２段目の固定子ブロックは、隣り合う固定子ブロック間に形成された境界面の位置が、前記可動子の移動方向に（１／２）×Ｌ０だけずらして配置され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種の可動子ティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ティースの先端面との距離ＬがＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の後端ティースの後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明のリニアモータであって、前記可動子群は、互いに隣接する可動子同士において、前記永久磁石の磁極方向が逆向きになるように配置され、且つ前記三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線された構造、あるいは、互いに隣接する可動子同士において、前記永久磁石の磁極方向が逆向きになるように配置され、且つ、前記互いに隣接する可動子が、前記固定子の突極間隔Ｐのｑ（ｑは整数）倍±Ｐ／２の間隔で配置された構造、あるいは、互いに隣接する可動子同士において、前記三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線され、且つ前記固定子の突極間隔Ｐのｑ（ｑは整数）倍±Ｐ／２の間隔を前記可動子との間に設けて配置された構造、を持つことを特徴とする。
【００１８】
さらに、本発明のリニアモータであって、前記固定子が複数配置された固定子列を形成し、前記可動子群が前記固定子列に渡って配置されていることを特徴とする。
他の本発明のリニアモータは、間隔Ｐで配列される突極を備えた固定子と、三相交流巻線により三相の磁極となる３種の可動子ブロックまたはティースと、前記突極に対向する面に極性を交互にして配列された永久磁石と、を備え、前記固定子の延びる方向に沿って移動可能な可動子と、を有するリニアモータであって、前記固定子は、複数の固定子ブロックを、固定子ブロック間に形成された境界面が移動方向に間隔Ｌ０で位置するように、並べて構成され、前記可動子は、間隔を設けて配置されたｍ（ｍは自然数）個の可動子からなる可動子群を構成し、各可動子を構成する３種の可動子ブロックまたはティースのうち最も前記移動方向後端側に位置する可動子ブロックまたはティースの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する可動子ブロックまたはティースの先端面との距離ＬがＬ≦Ｌ０／ｍ、あるいは、前記可動子群の可動子Ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，ｍ）の前記後端面と、当該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬｎとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数）の関係になるように配置されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数のサーボ制御装置を必要とすることなく、固定子ブロックと固定子ブロックの境界面が磁路と交差することによって生じる推力の低下を複数の可動子間で分散し、推力リップルを小さくすることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１（ａ）は、実施例１に係るリニアモータを示す図である。可動子５１ａ，５１ｂは図４（ａ）の可動子５１と同様の構造であり、可動子５１ａ，５１ｂを構成するＵ，Ｖ，Ｗ相の可動子ブロックは、３つの可動子ブロックを並べて配置した状態において、端面間の距離がＬとなるように構成されている。一方、固定子５２ａ，５２ｂは全長がＬ０で規定される固定子ブロックから構成され、互いに対向する面に所定間隔で配置される固定子突極を有し、可動子の移動方向に並べて配置されている。ここで、可動子５１ａ，５１ｂは同一方向に推力を発生するために固定子の突極間隔Ｐのｎ（ｎは整数）倍の間隔を設けて配置されている。
【００２２】
今、可動子５１ａの３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬ１、可動子５１ｂの３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、該後端面よりも直ぐ先端側に位置する前記境界面との距離をＬ２とすると、図１（ａ）ではＬ１−Ｌ２＝−（１／２）×Ｌ０の関係になるように可動子５１ａ，５１ｂが配置されている。この時、可動子がピッチＰだけ移動すると、可動子５１ａと固定子５２ａ，５２ｂとの間には図８（ａ）〜図８（ｄ）のような磁束変化が生じ、図８（ｂ）、図８（ｄ）の２つの状態で境界面６５と磁路６２が交差する。これにより磁束量が低下してしまい、結果として推力リップルが発生する。しかし、可動子５１ａと可動子５１ｂとの間にＬ１−Ｌ２＝−（１／２）×Ｌ０の関係があることにより、可動子５１ｂは境界面６５の影響を受けない位置に配置されるため、スライダの台数に比例して推力リップルが大きくなるという問題を回避することができる。
【００２３】
また、図１（ａ）において可動子５１ａ，５１ｂが（１／２）×Ｌ０だけ移動した状態では、可動子５１ａが境界面６５の影響を受けない位置に配置され、一方、可動子５１ｂのみが推力リップルを発生することとなる。なお、このときのＬ１，Ｌ２の関係は、Ｌ１−Ｌ２＝−（１／２）×Ｌ０と表記できる。さらに可動子５１ａ，５１ｂは図１（ａ）の状態からＬ０の整数倍の間隔を広げても同様の効果を得ることができる。即ち、この関係を一般化すると整数値ｋを用いてＬ１−Ｌ２＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×Ｌ０と表現される。
【００２４】
ここで、上記の推力リップルを分散させる効果は厳密にＬ１−Ｌ２＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×Ｌ０の関係を保つ必要はなく、境界面６５に対し２つの可動子５１ａ，５１ｂが、おおよそで（１／２）×Ｌ０だけ相対的にずれていれば十分その効果を得ることが可能である。さらに、図１（ａ）では簡単のため可動子が２つの場合について説明を行ったが、可動子の数がｍ個の場合についても同様であり、境界面６５と各可動子の端面との距離をＬ１，Ｌ２，・・・，ＬｍとするとＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δ（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数）の関係を保てば良い。即ち、可動子の数が３個の場合は境界面６５に対し、おおよそで（１／３）×Ｌ０だけ各可動子が相対的にずれるように配置すればよく、可動子の数が４個の場合は、おおよそで（１／４）×Ｌ０または（１／２）×Ｌ０だけ各可動子が相対的にずれるように配置すればよい。そして、この関係式を満たすように個々の可動子が配置された場合においては、ある可動子が境界面６５の影響を受けている時は別の可動子は境界面６５の影響を受けない状態となる。また、可動子の位置によっては複数の可動子が同時に境界面６５の影響を受けることが考えられるが、可動子に対する境界面６５の相対位置がすべての可動子に対して異なるため、推力リップルの位相も異なったものとして得られる。これにより個々の可動子における推力リップルが相殺され、可動子群としてみた場合には平準化された推力が得られることになる。なお、各可動子が生成するＰ／２ピッチの推力リップルを小さくするためには、各可動子５１ａ，５１ｂを構成する３種の可動子ブロックのうち最も前記移動方向後端側に位置する後端ブロックの後端面と、最も前記移動方向先端側に位置する先端ブロックの先端面との間の距離Ｌ（以下、端面間距離Ｌという）と固定子ブロックの全長Ｌ０に関し、Ｌ≦Ｌ０の関係を有することが望ましいが、本特許の技術を適用する上では必ずしもその関係を有する必要はない。
【００２５】
なお、Ｌ≦Ｌ０／ｍの関係を持たせた場合については、境界面６５の間隔Ｌ０の間にｍ個の可動子を配置することが可能であり、境界面６５の影響を受ける可動子の数を最小限に抑えることができる。したがって、この場合についてはＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係式を満足せずとも可動子全体の推力リップルを小さくすることができる。
【００２６】
さらに、図１（ａ）上では固定子５２ａ，５２ｂを構成する各固定子ブロックは全長Ｌ０の同一形状のものを並べて図示しているが、必ずしも境界面６５の位置が厳密に等間隔に保たれる必要はなく、各固定子ブロックの全長も均一にＬ０を保つ必要はない。また、固定子５２ａ，５２ｂに形成される境界面６５の位置が図１（ａ）のように対向する位置付近になく、図１（ｂ）のように固定子ブロックの全長Ｌ０の約半分、即ち（１／２）×Ｌ０程度の間隔で境界面６５が形成されるように固定子５２ａ，５２ｂを構成した場合についても、同様の原理で推力リップルの低減効果を得ることができる。ただし、境界面６５の間隔がＬ０ではなく（１／２）×Ｌ０となることにより、境界面６５と各可動子の端面との距離Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｍに関し、Ｌｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍの関係（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは1以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数、Ｌは可動子ブロックの端面間距離）を満たすことが必要となる。
【００２７】
一方、図１（ｃ）に示した固定子１２は所定間隔で配置される突極を持ち、境界面６５は２段に分け、可動子の移動方向に相対的に（１／２）×Ｌ０だけずらして積層されたものを図示したものである。この図１（ｃ）に示した固定子１２を図１（ａ）、図１（ｂ）の固定子５２ａ，５２ｂと置き換えて配置した場合、境界面６５の間隔は（１／２）×Ｌ０相当になるよう配置されるわけであるから、図１（ｂ）の場合と同様に境界面６５と各可動子の端面との距離Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｍに関し、Ｌｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍの関係（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数、Ｌは可動子ブロックの端面間距離）を満たすことで、推力リップルの低減効果を得ることができる。
【００２８】
なお、この推力リップル低減技術は図６（ａ）の構成を有するリニアモータにおいても、その効果を得ることができる。即ち、図６（ａ）の固定子１２として一つ辺りの全長がＬ０で規定される固定子ブロックを複数個並べて構成した場合には、境界面６５と各可動子ティースの端面との距離Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｍに関し、Ｌｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦Ｌ０／ｍの関係を満たせばよく、固定子１２を図１（ｃ）の固定子に置き換えて配置した場合には、境界面６５と各可動子ティースの端面との距離Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｍに関し、Ｌｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍの関係（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数、Ｌは可動子ブロックの端面間距離）を満たすことで、推力リップルの低減効果を得ることができる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、実施例２に係るリニアモータを示す図である。基本的な構成は実施例１と同様であるが、固定子５２ａ，５２ｂが複数配置された固定子列を形成し、複数の可動子がこの固定子列を隔てて配置されている点で異なる。なお、図２では簡単に示すため２組の固定子列に可動子が２つ配置された場合を示した。このような場合においても実施例１と同様に、固定子５２ａ，５２ｂを図１（ａ）のようにＬ０程度の間隔で境界面６５が形成されるように構成した場合にはＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦Ｌ０／ｍの関係を満たすように、固定子５２ａ，５２ｂを図１（ｂ）、図１（ｃ）のように（１／２）×Ｌ０程度の間隔で境界面６５が形成されるように構成した場合にはＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍの関係（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数、Ｌは可動子ブロックの端面間距離）を満たすようにｍ個の可動子を配置することで推力リップルの低減効果を得ることができる。
【実施例３】
【００３０】
図３は、実施例３に係るリニアモータを示す図である。実施例１及び実施例２において、ｍ個の可動子は同一方向に推力を発生するために固定子の突極間隔Ｐのｎ（ｎは整数）倍の間隔を設けて配置されていることを前提としていた。しかし、ｍ個の可動子からなる可動子群において、一つは前記可動子の構造を持ち、一つは前記可動子に設けた永久磁石の磁極方向が逆向き、あるいは三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線された構造を持つ時、後者の可動子は図３に示すように固定子の突極間隔Ｐのｎ（ｎは整数）倍±Ｐ／２の間隔を設けて配置することで同一方向の推力を発生することができる。このような構造・配置条件を持つ２種類の可動子を組み合わせて可動子群を形成した場合についても、固定子側においてＬ０程度の間隔で境界面６５が形成されている場合にはＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦Ｌ０／ｍの関係を満たすように、（１／２）×Ｌ０程度の間隔で境界面６５が形成されている場合にはＬｉ−Ｌｊ＝ｋ×Ｌ０±（１／２）×（１／ｄ）×Ｌ０×Δの関係、あるいはＬ≦（１／２）×Ｌ０／ｍの関係（ｉ，ｊはｍ以下の自然数、ｋは整数、ｄは１以外のｍの約数、Δは０．８≦Δ≦１．２の実数、Ｌは可動子ブロックの端面間距離）を満たすようにｍ個の可動子を配置することで推力リップルの低減効果を得ることができる。
【００３１】
なお、２種類の可動子に関し、一つは前記可動子の構造を持ち、一つは前記可動子に設けた永久磁石の磁極方向が逆向き、且つ三相交流巻線による磁極の向きが逆向きになるように結線された構造を持つ場合については、固定子の突極間隔Ｐのｎ（ｎは整数）倍の間隔を設けて配置した上で、同様の関係式を満たすようにｍ個の可動子を配置することで推力リップルの低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１（ａ）】本発明のリニアモータの実施例１を示す図である。
【図１（ｂ）】本発明のリニアモータの実施例１を示す図である。
【図１（ｃ）】本発明のリニアモータの実施例１を示す図である。
【図２】本発明のリニアモータの実施例２を示す図である。
【図３】本発明のリニアモータの実施例３を示す図である。
【図４（ａ）】従来のリニアモータの概略構成を示す図である。
【図４（ｂ）】可動子ブロック表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。
【図４（ｃ）】可動子ブロック表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。
【図４（ｄ）】従来のリニアモータにおける可動子の概略構成を示す図である。
【図５】従来のリニアモータにおける固定子の配置を示す図である。
【図６（ａ）】従来のリニアモータの概略構成を示す図である。
【図６（ｂ）】ティース表面に配置される永久磁石の配列の様子を示した図である。
【図７】三相交流巻線に流れる電流を示した図である。
【図８（ａ）】Ｕ，Ｖ→Ｗに電流が印加された際の磁束を示す図である。
【図８（ｂ）】Ｖ→Ｕに電流が印加された際の磁束を示す図である。
【図８（ｃ）】Ｗ→Ｕ，Ｖに電流が印加された際の磁束を示す図である。
【図８（ｄ）】Ｕ→Ｖに電流が印加された際の磁束を示す図である。
【図９】従来のリニアモータにおける可動子の配置・駆動方式を示す図である。
【図１０】従来のリニアモータにおける可動子の配置・駆動方式を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０，５０  固定子突極、１１，５１，５１ａ，５１ｂ  可動子、１２，５２ａ，５２ｂ  固定子、１３，１４，１５  可動子ティース、５３，５４，５５  可動子ブロック、１６，１７，１８，５６，５７，５８  三相交流巻線、１９，５９，６４  永久磁石、２０  可動子磁気ヨーク、２１，６１  固定子磁気ヨーク、２２，６２  磁路、６０  可動子ブロック結合部、６５  境界面、６６，６６ａ，６６ｂ  サーボ制御装置。
【図１（ａ）】
0005289799.tif 000002
【図１（ｂ）】
0005289799.tif 000003
【図１（ｃ）】
0005289799.tif 000004
【図２】
0005289799.tif 000005
【図３】
0005289799.tif 000006
【図４（ａ）】
0005289799.tif 000007
【図４（ｂ）】
0005289799.tif 000008
【図４（ｃ）】
0005289799.tif 000009
【図４（ｄ）】
0005289799.tif 000010
【図５】
0005289799.tif 000011
【図６（ａ）】
0005289799.tif 000012
【図６（ｂ）】
0005289799.tif 000013
【図７】
0005289799.tif 000014
【図８（ａ）】
0005289799.tif 000015
【図８（ｂ）】
0005289799.tif 000016
【図８（ｃ）】
0005289799.tif 000017
【図８（ｄ）】
0005289799.tif 000018
【図９】
0005289799.tif 000019
【図１０】
0005289799.tif 000020