(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用の永久磁石を直線状に複数並べて配置したマグネットプレートを固定子とし、前記マグネットプレートの長手方向に沿って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電機子コイルを巻装してなる電機子を可動子として構成し、
前記マグネットプレートは、磁性平板の表面に等ピッチで全て永久磁石を配置固定させた第１のマグネットプレートと、磁石平板の表面に、強磁性体ブロックと永久磁石を交互に、かつ、等ピッチで配置固定した第２のマグネットプレートとで構成されており、
前記第１のマグネットプレートと前記第２のマグネットプレートを長手方向に結合したことを特徴とする永久磁石形リニアモータ。
【請求項２】
前記永久磁石列を水平面上に形成し、この永久磁石列の上方に、磁気的空隙を介して前記電機子を対向させた請求項１記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項３】
前記電機子の両側に磁気的空隙を介して前記永久磁石列を配置した請求項１記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項４】
前記強磁性体ブロックの形状寸法を、交互に配置させる永久磁石と同一形状にした請求項１〜３のいずれかの項に記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項５】
前記第２のマグネットプレートの永久磁石の形状寸法と、前記第１のマグネットプレートの永久磁石の形状寸法を同一にし、さらに前記強磁性体ブロックの形状寸法を同一にした請求項１から４のいずれかの項に記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項６】
前記強磁性体ブロックと永久磁石を交互に配置させる第２のマグネットプレート内に配置固定させる磁石の個数Ｎmを
Ｎm＝２・ｎ（ｎは自然数）
としたこと特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項７】
前記第２のマグネットプレートの強磁性体ブロックの材料に、鉄粉を焼き固めた焼結材料を用いたことを特徴とした請求項１から６に記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項８】
前記第２のマグネットプレートに配置固定された強磁性体ブロックのストローク方向寸法Ｗbおよび永久磁石の寸法Ｗmを、磁極ピッチがλpの場合、            Ｗb＝Ｗm＝３／４λp〜６／７λpとしたこと特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載の永久磁石形リニアモータ。
【請求項９】
前記マグネットプレート上の永久磁石および前記強磁性体ブロックの全てを覆うように樹脂モールドしたことを特徴とする請求項１から８のいずれかの項に記載の永久磁石形リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を界磁に持つリニアモータに関し、特に１軸のストローク内において、電機子は同一で、磁気装荷を変化させることで推力特性を変える界磁構造を有する永久磁石形リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータは、軌道上に配置された磁石あるいはコイルを備えた固定子に対し、可動子を移動させる形で直線的な推進力が直接得られるという特徴があり、工作機械や産業機械の移動機構の駆動手段として使用されている。
ところで、リニアモータを工作機械等の駆動手段として使用する場合、同一軸上の移動手段の中に、大きな推力が要求される区間とそうでない区間が含まれることが多い。しかし、通常のリニアモータでは、同一軸上に一律に同じ磁力を発生する同サイズの磁石あるいはコイルが配置されるので、このようなニーズに適した構造とは言えない。
このような観点から、特開平８−３３１８３２号公報には、同一軸上で推力の切り替えが可能なリニアモータの構造として、リニアモータの固定側部分を構成する固定マグネットあるいはコイルを備える固定子と、固定子と磁気的空隙（ギャップ）を介して配置されると共に、案内機構に案内されて一つの軸上で可動な移動側部分を構成する可動子のうち、軸上で移動しない側の磁場発生能力を同一軸上に沿って設けられた複数の区間毎に定められており、可動側部分の前記一つの軸上の移動位置に応じて推力の切り替えが行われるようにしたものが開示されている。具体的には、マグネットプレートに等ピッチに固定した永久磁石を、ある規定位置から、永久磁石の幅寸法を短くして、駆動電源容量同一条件下で、推力定数（鎖交磁束数）つまり推力を低下させて、最高速度を大きくするようなリニアモータの界磁構造である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、まず磁石形状に２種類のものが必要となり、永久磁石のコストアップにつながり、また２種類の永久磁石の接合部（推力切り替わり点）では、急激な磁気装荷の変化から、コギング推力が発生することとなる。
また従来のような電機子のギャップ面が単一で、界磁と電機子が単一対向構造では、磁気吸引力により機械系での撓みが大きく、リニアモータの最高速度の制限、また摺動部の寿命を短縮させるといった、リニアモータの性能を悪化させる問題があった。
そこで本発明は、コギング推力の発生を抑えることができ、製造コストが安価で高性能な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、本発明の永久磁石形リニアモータは、界磁用の永久磁石を直線状に複数並べて配置したマグネットプレートを固定子とし、前記マグネットプレートの長手方向に沿って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電機子コイルを巻装してなる電機子を可動子として構成し、前記マグネットプレートは、磁性平板の表面に等ピッチで全て永久磁石を配置固定させた第１のマグネットプレートと、磁石平板の表面に、強磁性体ブロックと永久磁石を交互に、かつ、等ピッチで配置固定した第２のマグネットプレートとで構成されており、前記第１のマグネットプレートと前記第２のマグネットプレートを長手方向に結合して構成したものである。この永久磁石形リニアモータのタイプとしては、永久磁石列を水平面上に形成し、この永久磁石列の上方に、磁気的空隙を介して電機子を対向させたものや、電機子の両側に磁気的空隙を介して永久磁石列を配置したものが適用できる。
【０００５】
また、次のような実施の態様がある。
（１）強磁性体ブロックの形状寸法を、交互に配置させる永久磁石と同一形状にすることにより、ギャップ磁界をバランスさせることができる。
（２）第２のマグネットプレートの永久磁石の形状寸法と、第１のマグネットプレートの永久磁石の形状寸法を同一にし、さらに強磁性体ブロックの形状寸法を同一にすることにより、マグネットの切り替わり部の磁束不均等量を最小にすることができる。
（３）強磁性体ブロックと永久磁石を交互に配置させる第２のマグネットプレート内に配置固定させる磁石の個数Ｎmを
Ｎm＝２・ｎ（ｎは自然数）
とすることにより、第２のマグネットプレート内のギャップ磁界を均等にすることができる。
（４）第２のマグネットプレートの強磁性体ブロックの材料に、鉄粉を焼き固めた焼結材料を用いることにより、磁石のコストを低減することができる。
（５）第２のマグネットプレートに配置固定された強磁性体ブロックのストローク方向寸法Ｗbおよび永久磁石の寸法Ｗmを、磁極ピッチがλpの場合、Ｗb＝Ｗm＝３／４λp〜６／７λpとすることにより、ギャップ磁界分布に含まれる３次、５次、７次の高調波成分を低減でき、この高調波によるストローク方向の位置に対する推力リップルを低減することができる。
（６）マグネットプレート上の永久磁石および強磁性体ブロックの全てを覆うように樹脂モールドすることにより、保護を行うことができる。
【０００６】
【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の実施例を示す永久磁石形リニアモータの平面図である。図２は図１を矢視Ａ方向から見た正面図である。なお、本例では、リニアモータの電機子部の片側にのみ、リニアモータのマグネットプレートを対向配置するギャップ対向型のリニアモータの例を用いて説明する。
図において、１はベース、２は永久磁石、３は第１のマグネットプレート、４ａ、４ｂは第２のマグネットプレート、５は磁性体でできた強磁性体ブロック、６はガイドレール、７はスライダ、８はテーブル、９は電機子、９Ａは電機子コア、９Ｂは電機子コイル、１０は給電線、１１はケーブルベアである。
ベース１の上面には、永久磁石２を全数、等ピッチに配置固定した第１のマグネットプレート３を固定し、その両サイドには、第２のマグネットプレート４ａ、４ｂを直線状に配置させる。このとき、第１のマグネットプレート３と第２のマグネットプレート４ａ、４ｂの接合部は、永久磁石２と強磁性体ブロック５が隣り合うような配置になっている。なお、第２のマグネットプレート４ａと４ｂは、永久磁石２の極性が反転して構成され、交互に同一の極性になるように配置されている。第１及び第２のマグネットプレート３，４ａ，４ｂの両サイドには、ガイドレール６とスライダ７からなるリニアガイドが平行固定されている。
また可動体部は、テーブル８には、界磁部とギャップを介して対向した電機子コア９Ａに電機子コイル９Ｂを巻装してなる電機子９が固定されていて、前記リニアガイドにより直動支持されている。電機子９の給電線（リード線）１０は、直動時の移動処理のために、ケーブルベア１１の中を通してある。
【０００７】
図３は、第１のマグネットプレート３と第２のマグネットプレート４ａの接合部とその磁界分布を模式的に示したものであり、また磁石形状と、磁石ピッチの関係についても示している。強磁性体ブロック５のストローク方向の寸法Ｗb、永久磁石２のストローク方向の寸法Ｗmは、磁極ピッチλｐの３／４〜５／６の範囲に決められている。図の例は、４／５λｐの場合である。このように、永久磁石２と強磁性ブロック５のストローク方向の寸法を決めることにより、ギャップ磁界分布に含まれる３次、５次、７次の高調波成分を低減でき、この高調波によるストローク方向の位置に対する推力リップルを低減することができる。
本実施例では、リニアガイドで直動自在に支持された電機子９が、界磁部とギャップを介して対向し、電機子に通電させることで、界磁部と電機子間に相対直線運動を生じさせることにより直動運転を行う。
このように、本実施例では、高推力、低速移動領域においては通常の、磁性平板の表面に等ピッチで全て永久磁石を配置固定させた第１のマグネットプレート３を用い、低推力、高速移動領域を必要とするストローク範囲に用いる第２のマグネットプレート４ａ，４ｂには、強磁性体ブロック５と永久磁石２を交互に等ピッチで配置固定させることにより、急激な磁気装荷の変化がないようにしたものである。
また、前記強磁性体ブロック５の材料に、鉄粉焼結材を用いることで、製造コストを、同一寸法の希土類磁石コストの約１／１０にでき、磁気装荷は、−２０％程度で抑えられる。
【０００８】
次に、本発明の第２実施例を説明する。
図４は本発明の第２実施例を示す永久磁石形リニアモータの平面図、図５は図４を矢視Ａ方向から見た正面図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、リニアモータの電機子部の両側に界磁側のマグネットプレートを配置した点である（磁束貫通型構造）。
ベース１の上面には、永久磁石２を全数、等ピッチに配置固定した第１のマグネットプレート３、３を固定し、その長手方向の両サイドには、第２のマグネットプレート４ａ、４ｂを配置させる。第２のマグネットプレート４ａは、強磁性体ブロック５とＮ極の永久磁石２とでの構成、第２のマグネットプレート４ｂは、強磁性体ブロック５とＳ極の永久磁石２とでの構成であり、そして第２のマグネットプレート４ａ、４ｂは一対である。第１のマグネットプレート４ａ、４ｂと第２のマグネットプレート３の接合部は、永久磁石２と強磁性体ブロック５が隣り合うような配置になっており、界磁磁束は、電機子内を貫通する磁気回路構造となっている。マグネットプレートの両サイドには、ガイドレール６、スライダ７からなるリニアガイドが平行固定されている。
また可動体部は、テーブル８には、界磁部とギャップを介して対向した電機子９が固定されていて、前記リニアガイドにより直動支持されている。電機子９の給電線（リード線）１０は、直動時の移動処理のために、ケーブルベア１１の中を通してある。
図６は、第１のマグネットプレート３と第２のマグネットプレート４ａ、４ｂの接合部とその磁界分布を模式的に示したものであり、また磁石形状と、磁石ピッチの関係についても示している。強磁性体ブロック５のストローク方向の寸法Ｗb、永久磁石２のストローク方向の寸法Ｗmは、磁極ピッチλｐの３／４〜５／６の範囲に決められている。図の例は、４／５λｐの場合である。
以上の第２実施例においても、第１実施例と同様の作用を有する。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高推力、低速移動領域においては通常の、磁性平板の表面に等ピッチで全て永久磁石を配置固定させた第１のマグネットプレートを用い、低推力、高速移動領域を必要とするストローク範囲に用いる第２のマグネットプレートには、強磁性体ブロック５と永久磁石２を交互に等ピッチで配置固定させることにより、急激な磁気装荷の変化がない機械変形の要因となる磁気吸引力をキャンセルさせ、コギングが低減された円滑な移動が可能となる。
また、前記強磁性体ブロックの材料に、鉄粉焼結材を用いることで、製造コストを、同一寸法の希土類磁石コストの約１／１０にでき、磁気装荷は、−２０％程度で抑えられる。因みに、従来の構造では、同等のコストにするためには、マグネットの幅寸法を１／２にしなければならず、この場合、磁気装荷は、−５０％まで低下してしまい、効率が下がり発熱が増加する。
また、永久磁石と強磁性ブロックのストローク寸法を磁極ピッチλｐの３／４〜５／６の範囲に設定することにより、ギャップ磁界分布に含まれる３次、５次、７次の高調波成分を低減でき、この高調波によるストローク方向の位置に対する推力リップルを低減、ひいてはリニアモータの重要な特性である速度リップルを低く抑えることができ、高性能なリニアモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す永久磁石形リニアモータの平面図である。
【図２】  図１を矢視Ａ方向から見た正面図である。
【図３】  本発明の第１実施例を示す第１のマグネットプレートと第２のマグネットプレートの接合部及びその磁界分布を模式的に示した図である。
【図４】  本発明の第２実施例を示す永久磁石形リニアモータの平面図である。
【図５】  図４を矢視Ａ方向から見た正面図である。
【図６】  本発明の第２実施例を示す第１のマグネットプレートと第２のマグネットプレートの接合部及びその磁界分布を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１：ベース、２：永久磁石、３：第１のマグネットプレート、４，４ａ，４ｂ：第２のマグネットプレート、５：強磁性体ブロック、６：レール、７：ガイド、８：テーブル、９：電機子、９Ａ：電機子コア、９Ｂ：電機子コイル、１０：給電線、１１：ケーブルベア
【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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