(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールドにより固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイルを有するコアレス型の電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、
前記電機子コイルは、前記永久磁石列の長手方向に向かって、Ｕ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群と、Ｖ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群と、Ｗ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群から構成され、
前記永久磁石のピッチをＰｍ、前記コイル群同士の配置ピッチをＰｃとした場合、ＰｃとＰｍの関係が、
Ｐｃ＝８／３×Ｐｍ
であることを特徴とするコアレスリニアモータ。
【請求項２】
前記コイル群を構成するコイル１個の幅を
Ｗｃ＝７／６×Ｐｍ
としたことを特徴とする請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項３】
前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、
前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、
前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、
１／３×Ｐｍ
だけずらして配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項４】
前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、
前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、
前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、
２／３×Ｐｍ
だけずらして配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項５】
前記電機子の中央に挿入した非磁性部材は、前記電機子コイルの結線をパターン化したプリント基板を構成していることを特徴とする請求項３または４に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項６】
交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールドにより固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイルを有するコアレス型の電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、
前記電機子コイルは、前記永久磁石列の長手方向に向かって、Ｕ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群と、Ｖ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群と、Ｗ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群から構成され、
前記永久磁石のピッチをＰｍ、前記コイル群同士の配置ピッチをＰｃとした場合、ＰｃとＰｍの関係が、
Ｐｃ＝１１／３×Ｐｍ
であることを特徴とするコアレスリニアモータ。
【請求項７】
前記コイル群を構成するコイル１個の幅を
Ｗｃ＝１０／９×Ｐｍ
としたことを特徴とする請求項６に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項８】
前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され
前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、
前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、
１／３×Ｐｍ
だけずらして配置したことを特徴とする請求項６または７に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項９】
前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、
前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、
前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、
２／３×Ｐｍ
だけずらして配置したことを特徴とする請求項６または７に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項１０】
前記電機子の中央に挿入した非磁性部材は、前記電機子コイルの結線をパターン化したプリント基板を構成していることを特徴とする請求項８または９に記載のコアレスリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置や工作機などの分野で、一定速送りあるいは高速位置決め送りとして用いられると共に、推力リプルや可動子のヨーイング、ピッチングを小さくできるコアレスリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、集中巻にしたコイル群を重ねずに配置した電機子コイルを有するコアレスリニアモータには、図９〜１０のようになっている（例えば、米国特許第４１５１４４７号）。
図９は従来のコアレスリニアモータであって、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。図１０は電機子固定板を取り外した状態のコアレスリニアモータの平面図である。
図において、１１はコアレスリニアモータ、１２は固定子、１３は界磁ヨーク、１４は永久磁石、１５は可動子、１６は電機子、１７は電機子コイル、１８は樹脂モールドである。
固定子１２は、その長手方向に対向して界磁ヨーク固定板２０を介して固定された二つの界磁ヨーク１３と、界磁ヨークの内側に沿って交互に極性が異なるように配置された複数個の永久磁石１４から構成されている。この永久磁石１４は隣り合う磁石同士がＰｍピッチごとに配置されると共に、電機子１６を挟んで対向する磁石の極性が異極になるように配置されている。
また、可動子１５は、永久磁石１４の列と磁気的空隙を介して挟み込むように対向配置されたコアレス型の電機子１６で構成され、電機子１６は、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールド１８により固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイル１７を有している。なお、電機子部１６の上端には、図示しない負荷を載置するためのテーブルを固定する電機子固定板１９が設けてある。
このうち、電機子コイル１７は、図１０に示すように３相３コイル４極を基本構成としているので。各コイルのピッチは４／３×Ｐｍとなっている。６個のコイルは、図９（ｂ）に示すように、左からＵ相コイル１７１、Ｗ相コイル１７５、Ｖ相コイル１７３、Ｕ相コイル１７２、Ｗ相コイル１７６、Ｖ相コイル１７４の順に並べており、この集中巻のコイルの形状は、永久磁石と対向した主に推力を発生する２つのコイル辺が平行した形状となっている。
このようなコアレスリニアモータは、集中巻にしたコイル群を重ねずに配置した電機子コイルに通電すると、電機子コイルと永久磁石との電磁作用により、可動子が直線移動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のコアレスリニアモータでは、図９に示すように、電機子コイルは異相のコイルが隣接するため、２００Ｖといった高電圧での使用には絶縁に問題があった。このような問題に対して、コイル間の絶縁性を上げるために絶縁物を挿入すると、逆に組立工程に手間が掛かり、コスト高となった。
また、電機子コイルは、異相のコイルを隣接して配置すると、永久磁石の磁化のバラツキや位置ずれの影響を受けて推力リプルが発生するという問題があった。これより、リニアモータの高電圧仕様での耐絶縁性をクリアするために、最適な異相のコイル同士の間隔を設定する必要があった。
そこで、本発明は安価で、耐絶縁性に優れ、推力リプルを低減できるコアレスリニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールドにより固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイルを有するコアレス型の電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記永久磁石列の長手方向に向かって、Ｕ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群と、Ｖ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群と、Ｗ相のコイル２個を隣接して配置したコイル群から構成され、前記永久磁石のピッチをＰｍ、前記コイル群同士の配置ピッチをＰｃとした場合、ＰｃとＰｍの関係が、Ｐｃ＝８／３×Ｐｍであることを特徴としている。
請求項２の本発明は、請求項１記載のコアレスリニアモータにおいて、前記コイル群を構成するコイル１個の幅Ｗｃを、Ｗｃ＝７／６×Ｐｍとしたことを特徴としている。
請求項３の本発明は、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、１／３×Ｐｍだけずらして配置したことを特徴としている。
請求項４の本発明は、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、２／３×Ｐｍだけずらして配置したことを特徴としている。
請求項５の本発明は、請求項３または４にに記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子の中央に挿入した絶縁部材は、前記電機子コイルの結線をパターン化したプリント基板を構成したことを特徴としている。
請求項６の本発明は、交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールドにより固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイルを有するコアレス型の電機子とを備え、前記界磁ヨークと前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記永久磁石列の長手方向に向かって、Ｕ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群と、Ｖ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群と、Ｗ相のコイル３個を隣接して配置したコイル群から構成され、前記永久磁石のピッチをＰｍ、前記コイル群同士の配置ピッチをＰｃとした場合、ＰｃとＰｍの関係が、Ｐｃ＝１１／３×Ｐｍとしている。
請求項７の本発明は、請求項６に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記コイル群を構成するコイル１個の幅Ｗｃを、Ｗｃ＝１０／９×Ｐｍ  としたことを特徴としている。
請求項８の本発明は、請求項６または７に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、１／３×Ｐｍだけずらして配置したことを特徴としている。
請求項９の本発明は、請求項６または７に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子コイルは、前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石列と平行に２列から成る第１コイル列と第２コイル列から構成され、前記２列の電機子コイルの間に非磁性部材を挿入しており、前記２列の電機子コイルの一方と他方のコイルを、２／３×Ｐｍだけずらして配置したことを特徴としている。
請求項１０の本発明は、請求項８または９に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記電機子の中央に挿入した絶縁部材は、前記電機子コイルの結線をパターン化したプリント基板を構成している。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータであって、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。図２はコアレスリニアモータの電機子固定板を取り外した状態の平面図である。
図において、１はコアレスリニアモータ、２は固定子、３は界磁ヨーク、４は永久磁石、５は可動子、６は電機子、７は電機子コイル、８は樹脂モールド、９は電機子固定板、１０は界磁ヨーク固定板である。なお、コアレスリニアモータは。界磁ヨーク３が電機子６の両側にある磁束貫通型構造の例であって、電機子部を除き、基本構成は従来と同じである。
本発明が従来と異なる点を以下説明する。
コアレス型の電機子を構成する電機子コイル７は、図１（ａ）に示すように、左からＵ相の集中巻のコイル２個７１、７２を隣接して１個のコイル群とすると共に、Ｖ相の集中巻のコイル２個７４、７５を隣接して１個のコイル群とし、Ｗ相の集中巻のコイル２個７７、７８を隣接して１個のコイル群としている。
具体的には、順方向巻のＵ相コイル７１、逆方向巻のＵ相コイル７２、順方向巻のＶ相コイル７４、逆方向巻のＶ相コイル７５、順方向巻のＷ相コイル７７、逆方向巻のＷ相コイル７８の順に並んで６つのコイルが配置されている。
また、磁石のピッチＰｍとした場合、コイル群は、
Ｐｃ＝８／３×Ｐｍ
ピッチごとに可動子進行方向に並べて配置している。このコイル群ピッチＰｃを電気角で表すと、８／３×１８０＝４８０度＝１２０度となる。
さらに、第１の実施例では、コイル群を構成するコイル１個の幅Ｗｃを
Ｗｃ＝７／６×Ｐｍ
としている。この時の各々のコイル群間隔Ｗｇは、
Ｗｇ＝Ｐｃ−２×Ｗｃ＝８／３×Ｐｍ−２×７／６×Ｐｍ＝１／３×Ｐｍ
となる。
例えば、磁石ピッチＰｍ＝１８ｍｍとした場合、
コイル群ピッチ    Ｐｃ＝８／３×１８ｍｍ＝４８ｍｍ
コイル幅          Ｗｃ＝７／６×１８ｍｍ＝２１ｍｍ
コイル群間隔      Ｗｇ＝１／３×１８ｍｍ＝６ｍｍ
となる。
電機子コイル７において、異相のコイル群とコイル群との間隔を６ｍｍに設定すると、フィールド試験により、従来技術でコイル群とコイル群との間隔が約５ｍｍ以下のもので問題となっていた高電圧仕様での耐絶縁性をクリアすることがわかった。
したがって、このような高電圧仕様が要求されるコアレスリニモータにおいて、異相のコイル群同士の最適な間隔を、コイル群同士の配置ピッチとコイル幅により設定することで、電機子に絶縁物を挿入することが不要となり、組立工程に手間が掛かったり、コスト高となる問題をなくすことができる。
【０００６】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図３は本発明の第２の実施例を示す電機子部の側断面図である。
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、以下のとおりである。
図において、電機子コイルは一つのコイル群を３個のコイルで構成したものである。すなわち、Ｕ相のコイル群をコイル７１、７２、７３とすると共に、Ｖ相のコイル群をコイル７４、７５、７６とし、Ｗ相のコイル群をコイル７７、７８、７９としている。
また、コイル群ピッチＰｃは、
Ｐｃ＝１１／３×Ｐｍ
としている。
さらに、第２の実施例では、コイル群を構成するコイル１個の幅Ｗｃを
Ｗｃ＝１０／９×Ｐｍ
としている。この時の各々のコイル群間隔Ｗｇは、
Ｗｇ＝Ｐｃ−２×Ｗｃ＝１１／３×Ｐｍ−３×１０／９×Ｐｍ＝１／３×Ｐｍ
となる。
例えば、磁石ピッチＰｍ＝１８ｍｍとした場合、
コイル群ピッチ    Ｐｃ＝１１／３×１８ｍｍ＝６６ｍｍ
コイル幅          Ｗｃ＝１０／９×１８ｍｍ＝２０ｍｍ
コイル群間隔      Ｗｇ＝１／３×１８ｍｍ＝６ｍｍ
となる。
電機子コイル７において、異相のコイル群とコイル群との間隔を６ｍｍに設定すると、フィールド試験により、従来技術で間隔となっていた高電圧仕様での耐絶縁性をクリアすることがわかった。
第２の実施例は、高電圧仕様が要求されるコアレスリニモータにおいて、上記構成にしたので、異相のコイル群同士の最適な間隔を、コイル群同士の配置ピッチとコイル幅により設定することで、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０００７】
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図４は本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータであって、可動子の進行方向から見た正断面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。
第３の実施例が第１および第２の実施例と異なる点は、以下のとおりである。
図において、電機子コイル７は、可動子５の進行方向に向かって、集中巻のコイルを２列（第１コイル列７Ａ、第２コイル列７Ｂ）に分けて配置し、２列から成るコイル列間に非磁性部材６１を挿入し、全体を樹脂モールド８により固定する構成としている。
具体的には、電機子の第１コイル列７Ａは、図５に示すように左から順方向巻のＵ相コイル７１Ａ、逆方向巻のＵ相コイル７２Ａ、順方向巻のＶ相コイル７４Ａ、逆方向巻のＶ相コイル７５Ａ、順方向巻のＷ相コイル７７Ａ、逆方向巻のＷ相コイル７８Ａの順に並び、第２コイル列７Ｂは、逆方向巻のＷ相コイル７１Ｂ、順方向巻のＷ相コイル７２Ｂ、逆方向巻のＵ相コイル７４Ｂ、順方向巻のＵ相コイル７５Ｂ、逆方向巻のＶ相コイル７７Ｂ、順方向巻のＶ相コイル７８Ｂの順に並んで配置される。
また、第１コイル列７Ａ、第２コイル列７Ｂは、各々、磁石のピッチをＰｍとした場合、２個の同相のコイルによって構成されたコイル群がＰｃ＝８／３×Ｐｍピッチごとに並んで配置されている。この配置方法は第１の実施例と同じである。
さらに、第１コイル列７Ａと第２コイル列７Ｂは、１／３×Ｐｍだけずれて配置されている。これを電気角で表すと１／３×１８０＝６０°となる。
第３の実施例は、上記構成にしたので、第１および第２の実施例と同様の効果を得ることができる。また、このほかの効果として、電機子部を永久磁石と対向すギャップ方向から見ると、異相のコイル同士が重なる所が現れることから、ギャップ方向に相帯が分布されるため、永久磁石の磁化のバラツキや位置ずれにより発生する推力リプルを低減することができる。
【０００８】
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
図６は本発明の第４の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子部の側断面図である。
第４の実施例が第３の実施例と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、電機子コイルにおいて、第１コイル列７Ａと第２コイル列７Ｂを２／３×Ｐｍ（電気角１２０度）だけずらして配置している。
具体的には、第１コイル列７Ａは第３の実施例と同じように７１Ａ、７２Ａ‥７８Ａの順に並んで配置されているが、第２コイル列７Ｂは左から順方向巻のＶ相コイル７８Ｂ、逆方向巻のＶ相コイル７７Ｂ、順方向巻のＷ相コイル７２Ｂ、逆方向巻のＷ相コイル７１Ｂ、順方向巻のＵ相コイル７５Ｂ、逆方向巻のＵ相コイル７４Ｂの順に並んで配置される点で異なる。
第４の実施例は、上記構成にすることで、第３の実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、第３および第４の実施例においては、１個のコイル群が２個のコイルによって構成された例を示したが、図７、図８に示すように１個のコイル群が３個のコイルによって構成されるものでも構わない。これにより、第３および第４の実施例と同等の効果を得ることができる。
また、第３および第４の実施例は、第１コイル列と第２コイル列の間に非磁性部材を設けたが、電機子コイルの結線をパターン化したプリント基板を設け、結線処理を簡単に行うようにしても構わない。
また、各実施例では、界磁ヨークが電機子の両側にある磁束貫通型構造のコアレスリニアモータの例を示したが、磁束貫通型構造の軸対称位置から半分にカットした構造と同等の、いわゆるギャップ対向型のものでも構わない。
また、各実施例では、電機子を可動子とし、界磁ヨークを固定子とする構成のコアレスリニアモータの例を示したが、この構成に限定されず界磁ヨークを可動子とし、電機子を固定子とする構成にしても良い。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１および第２の実施例によるコアレスリニアモータは、集中巻にしたコイルをある所定の間隔を離して配置したため、２００Ｖの高電圧に耐えることが可能で耐絶縁性に影響を及ぼすことがない。また、電機子に絶縁物を挿入することが不要となり、組立工程に手間が掛かったり、コスト高となる問題をなくすことができる。
さらに、第３および第４の実施例によるコアレスリニアモータは電機子の左右両面にコイルをずらして配置したため、相帯を分布させて永久磁石の磁化のバラツキや位置ずれによる推力リプルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータであって、（ａ）は可動子の進行方向から見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。
【図２】図１のコアレスリニアモータの電機子固定板を取り外した際の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータであって、図１の（ａ）のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータであって、可動子の進行方向から見た正断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子部の側断面図である。
【図７】本発明の第５の実施例を示す電機子部の側断面図である。
【図８】本発明の第６の実施例を示す電機子部の側断面図である。
【図９】従来のコアレスリニアモータであって、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う電機子部の側断面図である。
【図１０】コアレスリニアモータの電機子固定板を取り外した状態の平面図である。
【符号の説明】
１  コアレスリニアモータ
２  固定子
３  界磁ヨーク
４  永久磁石
５  可動子
６  電機子
７  電機子コイル
７１〜７３  Ｕ相コイル
７４〜７６  Ｖ相コイル
７７〜７９  Ｗ相コイル
７Ａ  電機子コイル（第１コイル列）
７Ｂ  電機子コイル（第２コイル列）
７１Ａ〜７３Ａ  Ｕ相コイル
７４Ａ〜７６Ａ  Ｖ相コイル
７７Ａ〜７９Ａ  Ｗ相コイル
７１Ｂ〜７３Ｂ  Ｗ相コイル
７４Ｂ〜７６Ｂ  Ｕ相コイル
７７Ｂ〜７９Ｂ  Ｖ相コイル
８  樹脂モールド
９  電機子固定板
１０  界磁ヨーク固定板
【図１】
0004433523.tif 000002
【図２】
0004433523.tif 000003
【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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