(57)【要約】【課題】  発生磁界を高め、推力またはトルクの向上を図ることができる周期磁界発生装置およびそれを用いたリニアモータ、回転型モータ、揺動モータを提供する。【解決手段】  発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石１１と前記主磁極永久磁石１１の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石１２から構成されるハルバッハ配列構造の界磁極を備えた周期磁界発生装置において、前記主磁極永久磁石１１の磁界発生側の一部を軟磁性材料３で置き換えたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と前記主磁極永久磁石の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石から構成されるハルバッハ配列構造の界磁極を備えた周期磁界発生装置において、
前記主磁極永久磁石の磁界発生側の一部を軟磁性材料で置き換えたことを特徴とする周期磁界発生装置。
【請求項２】
前記軟磁性材料の飽和磁束密度が、前記主磁極永久磁石の飽和磁束密度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の周期磁界発生装置。
【請求項３】
前記界磁極が直線状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の周期磁界発生装置。
【請求項４】
前記界磁極が円形状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の周期磁界発生装置。
【請求項５】
前記界磁極が円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の周期磁界発生装置。
【請求項６】
請求項１、２、３の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いたリニアモータ。
【請求項７】
請求項１、２、４の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いた回転型モータ。
【請求項８】
請求項１、２、５の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いた揺動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハルバッハ配列構造の永久磁石で構成される界磁極を備えた周期磁界発生装置およびそれを用いたリニアモータ、回転型モータ、揺動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＮＣ工作機械や半導体製造装置などのＦＡ分野では、送りや加工の高速化、高精度化を達成できるようにリニアモータが用いられている（例えば、特許文献１〜特許文献３を参照）。
また、ロボットにおいては、可動部材の位置決めおよび速度制御用として回転型のサーボモータが用いられており、ワイヤボンダ装置の上下駆動などにおいては揺動モータ（スイング動作型モータ）が適用されている（例えば、特許文献４．５を参照）。
このうちリニアモータの界磁極には、（１）磁極毎に磁石を配置し隣接する磁石の磁化方向を１８０度異なるように配置した周期磁界発生装置（例えば、特許文献１の図４を参照）、と、（２）磁極の向きが異なる主磁極と副磁極とから構成されるハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置が提案されている（例えば、特許文献１の図1を参照）。
特許文献１の図１に開示されたハルバッハ配列磁石を備えた周期磁界発生装置は、同じく特許文献１の図４に開示されたものに比べ、発生磁界が大きく、発生磁界が正弦波分布となる、などの特長を有することから、リニアモータに適用した場合、推力向上や推力リプルの低減を図れるという利点がある。
【０００３】
図９は従来のハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置の側断面図を示したものである。図９において、１０１は永久磁石、１０２は磁化の方向、１０３はヨークであり、ヨーク１０３の反対側（図の上側）の面に、正弦波またはそれに近い磁束密度波形を有する周期的な磁界を発生させることができる。
【０００４】
また、上記のハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置を用いたリニアモータは、周期的な発生磁界中にコイルを配置すると共に、周期磁界発生装置とコイルの何れか一方を可動子とし、他方を固定子とした場合にコイルに通電することにより、コイルに発生する磁界と周期磁界発生装置の発生磁界との吸引・反発力により可動子を直線的に移動させることができる。
【特許文献１】特開２００３−０７０２２６号公報（第２−４頁、図１および図４）
【特許文献２】特開２００２−２３８２４１号公報（第３−６頁、図４、図５、図６）
【特許文献３】特開２００２−３６９４９２号公報（第６−７頁、図１０）
【特許文献４】特開平９−９３８４５号公報（第３−４頁、図1）
【特許文献５】特開２００２−３３５６６３号公報（第３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置は、永久磁石の動作点を減磁曲線の第１象限に設定することも可能であり、使用する永久磁石の残留飽和磁化よりも高い発生磁界を得ることができる。しかし、昨今の永久磁石の特性向上などにより磁気回路中の磁束密度が高まり、磁気回路の磁気飽和が原因と思われる周期磁界発生装置の発生磁界の限界がみられるという問題があった。
また、従来のハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置を用いたリニアモータ、回転型モータ、揺動モータは、周期磁界発生装置の発生磁界が高くできないので、推力またはトルクを高くできないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、発生磁界を高め、推力またはトルクの向上を図ることができる高周期磁界発生装置およびそれを用いたリニアモータ、回転型モータ、揺動モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１の発明は、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石と前記主磁極永久磁石の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石から構成されるハルバッハ配列構造の界磁極を備えた周期磁界発生装置において、前記主磁極永久磁石の磁界発生側の一部を軟磁性材料で置き換えたことを特徴としている。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の周期磁界発生装置において、前記軟磁性材料の飽和磁束密度が、前記主磁極永久磁石の飽和磁束密度よりも高いことを特徴としている。
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の周期磁界発生装置において、前記界磁極が直線状に形成されたことを特徴としている。
また、請求項４の発明は、請求項１または２に記載の周期磁界発生装置において、前記界磁極が円形状に形成されたことを特徴としている。
また、請求項５の発明は、請求項１または２に記載の周期磁界発生装置において、前記界磁極が円弧状に形成されたことを特徴としている。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いたリニアモータとしたことを特徴としている。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、４の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いた回転型モータとしたことを特徴としている。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、５の何れか１項に記載の周期磁界発生装置を用いた揺動モータとしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１〜請求項５に記載の周期磁界発生装置によると、磁気回路の磁気飽和の影響が緩和されるため、発生磁界を高めることができる。
請求項６に記載のリニアモータによると、発生磁界が高い周期磁界発生装置を用いることにより、推力を高めることができる。
請求項７に記載の回転モータによると、発生磁界が高い周期磁界発生装置を用いることにより、トルクを高めることができる。
請求項８に記載の揺動モータによると、発生磁界が高い周期磁界発生装置を用いることにより、トルクを高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１〜図３は本発明の第１の実施例を示す直線状に形成された周期磁界発生装置の断面図である。
図１〜図３において、１は永久磁石、１１は主磁極永久磁石、１２は副磁極永久磁石、２は磁化の方向、３は軟磁性材料である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、発生磁界の方向に磁化された主磁極永久磁石１１と該主磁極永久磁石１１の磁極の向きと異なるように磁化された副磁極永久磁石１２から構成されるハルバッハ配列構造の界磁極を備えた周期磁界発生装置において、主磁極永久磁石１１の磁界発生側の一部を軟磁性材料で置き換えた点である。なお、主磁極永久磁石１１の磁界発生方向は上方向であり、磁化方向が上向き（↑）と下向き（↓）となる。ここで、本実施例並びに以下の第２、第３実施例を含めて、永久磁石としては飽和磁束密度が１．５［Ｔ］のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を用いると共に、軟磁性材料としては飽和磁束密度が２．３［Ｔ］のＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の材料を用いた。
【００１１】
ここで、上記の本発明の周期磁界発生装置を用いて磁束密度分布を測定したところ、従来技術の周期磁界発生装置の発生磁界に対して、１０５％の発生磁界（正弦波状の磁束密度分布のピーク値）が得られ、本発明が有効であることが分かった。
【００１２】
図２および図３のように、永久磁石の分割数を増やし、主磁極永久磁石の幅が小さくなると、主磁極永久磁石の磁気飽和が発生しやすくなるので、本発明の効果はより大きくなる。いずれにしても、本発明は永久磁石の分割数に関係なく有効であり、永久磁石の分割数は自由に設定される。
【００１３】
第１実施例は上記構成にしたので、磁気回路の磁気飽和の影響が緩和されるので、発生磁界を高めることができる。
【実施例２】
【００１４】
図４は、本発明の第２の実施例を示す円形状に形成された周期磁界発生装置の正断面図である。
図４において、１は永久磁石、１１は主磁極永久磁石、１２は副磁極永久磁石、２は磁化の方向、３は軟磁性材料である。本例は磁極が４極の例を示したものであり、磁界発生方向が円形状の内側であり、主磁極永久磁石１１の磁界発生側の一部を軟磁性材料３で置き換えたものとなっている。
【００１５】
ここで、上記の本発明の周期磁界発生装置を用いて磁束密度分布を測定したところ、従来技術となる図１０の周期磁界発生装置の発生磁界が１．７４Ｔであった場合と比較して、本発明の周期磁界発生装置の発生磁界は１．８７Ｔと高くなっていることがわかった。これより、本発明の円形状の周期磁界発生装置においても有効であることが確認された。
【００１６】
次に、図１１はハルバッハ磁石配列を有する円形状の周期磁界発生装置の磁界解析による磁束線図を示したものである。本発明を磁界解析を用いて検証すると、図１１の磁束線図に示したように、従来技術での円形状周期磁界発生装置において、主磁極の永久磁石の磁界発生側先端部には磁束が集中し、１．８〜１．９Ｔと磁気飽和が生じていることが分かった。一方、磁気飽和している永久磁石部を飽和磁束密度の高い軟磁性材料で置き換えた本発明での円形状周期磁界発生装置における主磁極の先端部の磁束密度は２．２〜２．３Ｔと向上しており、結果として発生磁束密度を高めることができたことを検証できた。
【００１７】
第２実施例は上記構成にしたので、磁気回路の磁気飽和の影響が緩和されるので、発生磁界を高めることができる。
【実施例３】
【００１８】
図５は、本発明の第３の実施例を示す円弧形状の周期磁界発生装置の正断面図である。
図５において、１は永久磁石、１１は主磁極永久磁石、１２は副磁極永久磁石、２は磁化の方向、３は軟磁性材料である。本例は磁極が２極の例を示したものであり、磁界発生方向は円弧形状の周期磁界発生装置の内側、すなわち図の上方向であり、主磁極永久磁石１１の磁界発生側の一部を軟磁性材料３で置き換えたものとなっている。
【００１９】
ここで、上記の本発明の周期磁界発生装置を用いて磁束密度分布を測定したところ、従来技術となる図１２の周期磁界発生装置と比較して、円弧形状の周期磁界発生装置の発生磁界は高くなっており、円弧形状の周期磁界発生装置においても、本発明は有効であることがわかった。
【００２０】
第３実施例は上記構成にしたので、磁気回路の磁気飽和の影響が緩和されるので、発生磁界を高めることができる。
【実施例４】
【００２１】
図６は、本発明の第４の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
図６において、図２に示す本発明の直線状に形成された２個の周期磁界発生装置を、それらの発生磁界が対向するように間にコイル４を配置してリニアモータを構成したものとなっている。
図１３はリニアモータの全体構成を示す正断面図である。永久磁石１を含む周期磁界発生装置からなる固定子６とコイル４を含む可動子５が支持機構７で結合されている。コイルに通電することにより移動磁界を発生させ、移動磁界と磁石磁界の吸引・反発力を利用し、可動子を直線移動させる。なお、リニアモータの駆動方法や動作については、基本的に従来技術と同じであるために省略する。
【００２２】
第４実施例は上記構成にしたので、周期磁界発生装置の発生磁界の増大にほぼ比例してリニアモータの推力を向上させることができる。
【実施例５】
【００２３】
図７は、本発明の第５の実施例を示す回転型モータの正断面図である。
図７において、図４に示す本発明の円形状に形成された周期磁界発生装置の内側に、コイル４を配置して回転型モータを構成したものとなっている。図７には図示していない回転型モータの基本構造や回転型モータの駆動方法や動作については、基本的に従来技術と同じであるために省略する。
【００２４】
第５実施例は上記構成にしたので、周期磁界発生装置の発生磁界の増大に伴い回転型モータのトルクを向上させることができる。
【実施例６】
【００２５】
図８は、本発明の第６の実施例を示す揺動モータの正断面図である。
図８において、図５に示す本発明の円弧形状に形成された周期磁界発生装置の内側（図の上側）に、コイル４を配置して揺動モータを構成したものとなっている。図８には図示していない揺動モータの基本構造や揺動モータの駆動方法や動作については、基本的に従来技術と同じであるために省略する。
【００２６】
第６実施例は上記構成にしたので、周期磁界発生装置の発生磁界の増大に伴い揺動モータのトルクを向上させることができる。
【００２７】
なお、以上の本発明の実施例の説明では、永久磁石としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石を、軟磁性材料としてはＦｅ−Ｃｏ−Ｖ系の材料を用いたが、本発明で用いる永久磁石としては、希土類磁石、フェライト磁石、鋳造磁石、ボンド磁石などが使用可能であり、本発明で用いる軟磁性材料としては、純鉄、軟鋼、ケイ素鋼板などが使用可能であり、本発明は永久磁石や軟磁性材料の種類に限定されるものではない。
【００２８】
本発明の第１の実施例である図１は正弦波状の発生磁界の１周期を２個の主磁極永久磁石１１と２個の副磁極永久磁石１２で構成した周期磁界発生装置であるが、これに替えて、図２に示すごとく、２個の主磁極永久磁石１１と４個の副磁極永久磁石１２で構成してもよく、また、図３に示すごとく、２個の主磁極永久磁石１１と６個の副磁極永久磁石１２で構成しても構わない。
【００２９】
また、本発明の第２の実施例である図４は、円形状の周期磁界発生装置の内側に４極の磁界を発生させているが、このような構成に替えて円形状の周期磁界発生装置の外側に磁界を発生させても有効であり、発生磁界の極数や永久磁石の分割数にも関係なく有効であり、磁界の発生方向、発生磁界の極数、永久磁石の分割数に限定されるものではない。
【００３０】
また、本発明の第３の実施例である図５は、円弧形状の周期磁界発生装置の内側（図の上側）に２極の磁界を発生させているが、このような構成に替えて円弧形状の周期磁界発生装置の外側に磁界を発生させても有効であり、発生磁界の極数や永久磁石の分割数にも関係なく有効であり、磁界の発生方向、発生磁界の極数、永久磁石の分割数に限定されるものではない。
【００３１】
また、本発明の第４の実施例である図６に示したリニアモータの構成はあくまでも一例に過ぎず、本発明は他の全てのリニアモータの構造においても有効であり、リニアモータの構造に限定されるものではない。
【００３２】
また、本発明の第５の実施例である図７に示した回転型モータの構成はあくまでも一例に過ぎず、本発明は他の全ての回転型モータの構造においても有効であり、回転型モータの構造に限定されるものでない。
【００３３】
また、本発明の第６の実施例である図８に示した揺動モータの構成はあくまでも一例に過ぎず、本発明は他の全ての揺動モータの構造においても有効であり、揺動モータの構造に限定されるものではない。
【００３４】
以上、本発明の周期磁界発生装置の適用例として、リニアモータ、回転型モータ、揺動モータの事例を取り上げて説明したが、本発明は磁気回路の形状や適用するモータの種類に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の周期磁界発生装置は、発生磁界を高くできることから、リニアモータ、回転型モータ、揺動モータに代表される機器に適用できる。
また、本発明のリニアモータ、回転型モータ、揺動モータは、推力やトルクが高いことから、半導体／液晶製造装置や電子部品実装機、工作機械、金属加工機械、産業用ロボットなどの装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施例を示す直線状に形成された周期磁界発生装置の側断面図
【図２】本発明の第１の実施例を示す直線状に形成された周期磁界発生装置の側断面図
【図３】本発明の第１の実施例を示す直線状に形成された周期磁界発生装置の側断面図
【図４】本発明の第２の実施例を示す円形状に形成された周期磁界発生装置の正断面図
【図５】本発明の第３の実施例を示す円弧形状に形成された周期磁界発生装置の正断面図
【図６】本発明の第４の実施例を示すリニアモータの側断面図
【図７】本発明の第５の実施例を示す回転型モータの正断面図
【図８】本発明の第６の実施例を示す揺動モータの正断面図
【図９】従来のハルバッハ配列構造の永久磁石を配置した周期磁界発生装置の側断面図を示したもの
【図１０】従来例を示すハルバッハ磁石配列を有する円形状の周期磁界発生装置の正断面図
【図１１】ハルバッハ磁石配列を有する円形状の周期磁界発生装置の磁界解析による磁束線図
【図１２】従来例を示すハルバッハ磁石配列を有する円弧形状の周期磁界発生装置の正断面図
【図１３】一般のリニアモータの全体構成を示す正断面図
【符号の説明】
【００３７】
１  永久磁石
１１  主磁極永久磁石
１２  副磁極永久磁石
２  磁化方向
３  軟磁性材料
４  コイル
５  可動子
６  固定子
７  支持機構
１０１  永久磁石
１０２  磁化方向
【図１】
2007006545.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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