(57)【要約】【課題】  推力の向上と位置決め精度の向上を図ることが可能なリニアモータとアクチュエータを提供すること。【解決手段】  ベースと、永久磁石と、複数個のコイルと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記複数個のコイルに略同位相の電流を流すようにした構成になっており、全てのコイルが推力の発生に寄与することになり、それによって、推力の向上を図ることができる。  又、そのようなリニアモータを使用したアクチュエータである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、永久磁石と、一個又は複数個のコイルと、を具備してなるリニアモータにおいて、
上記コイルに略同位相の電流を流すようにしたことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記永久磁石は上記ベースの上側に設置された上側永久磁石と上記ベースの下側に設置された下側永久磁石であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項２記載のリニアモータにおいて、
上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆向きであるとこを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記ベースは磁性材料から構成されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記コイルの外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項５記載のリニアモータにおいて、
上記ヨークの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出していることを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記永久磁石の外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
請求項７記載のリニアモータにおいて、
上記永久磁石は上側に設置された上側永久磁石と下側に設置された下側永久磁石であり、上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆であることを特徴とするリニアモータ。
【請求項９】
請求項１記載のリニアモータにおいて、
上記コイルは上記ベースの周りに巻回されていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１０】
請求項９記載のリニアモータにおいて、
上記ベースの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出していることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０の何れかに記載のリニアモータと、上記リニアモータに移動可能に取り付けられた可動子と、を具備したことを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、精密位置決め装置に使用されるリニアモータと該リニアモータを使用したアクチュエータに係り、特に、推力の向上と位置決め精度の向上を図ることができるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータは、例えば、図６に示すような構成になっている。まず、固定子５０１があり、この固定子５０１は円筒形状をなす複数個の永久磁石５０３を軸方向に沿って積層・配置した構成になっている。その際、隣接・配置されている永久磁石５０３と永久磁石５０３は同極同士が付き合わされた状態で設置されている。上記複数個の永久磁石５０３の外周側には可動子５０５が設置されている。この可動子５０５は、三個の異なる位相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル５０７、Ｖ相コイル５０９、Ｗ相コイル５１１とから構成されている。
【０００３】
上記構成において、上記複数個の永久磁石５０３で発生される磁束と交叉する方向に上記Ｕ相コイル５０７、Ｖ相コイル５０９、Ｗ相コイル５１１に電流を流すことにより、電流と磁界との相互作用によって上記可動子５０５に軸方向に沿った推力が発生するものである。
尚、固定子５０１と可動子５０５は相対的なものであり、永久磁石５０３側が可動子であって、Ｕ相コイル５０７、Ｖ相コイル５０９、Ｗ相コイル５１１が固定子の場合もある。
【０００４】
尚、同種のリニアモータの構成を開示するものとして、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２８５８６号公報
【特許文献２】特開２００１−３３３５６７号公報
【特許文献３】特開平１０−３１３５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の構成によると次のような問題があった。
まず、十分に大きな推力を得ることができないという問題があった。これは次のような理由による。すなわち、従来のリニアモータの場合には、既に説明したように、可動子５０５が三個の異なる位相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル５０７、Ｖ相コイル５０９、Ｗ相コイル５１１とから構成されており、その際、三個のＵ相コイル５０７、Ｖ相コイル５０９、Ｗ相コイル５１１の全てが推力の発生に寄与するわけではなく、それが原因して十分に大きな推力を得ることができないものである。
具体的に説明すると、例えば、図６において、可動子５０５が図６中左方向に移動しているとすると、Ｕ相コイル５０７は推力発生に対して休みとなり、Ｗ相コイル５１１は推力発生に対して寄与し始める位置関係となる。つまり、三相の内一相は推力の発生に対して寄与しない構成になっているものである。
特に、昨今、リニアモータの小径化が要求されており、小径化した場合には断面積に比例して推力が低下することになり、よって、上記推力の低下がより顕著な問題となってしまうものである。
又、別の問題があった。すなわち、従来の構成の場合には、隣接する永久磁石５０３、５０３の界面近傍で磁界の急峻なピークを持った不均一な磁界分布となり、それが原因して位置決め精度が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、推力の向上と位置決め精度の向上を図ることが可能なリニアモータとアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるリニアモータは、ベースと、永久磁石と、一個又は複数個のコイルと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記コイルに略同位相の電流を流すようにしたことを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記永久磁石は上記ベースの上側に設置された上側永久磁石と上記ベースの下側に設置された下側永久磁石であることを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆向きであるとこを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記ベースは磁性材料から構成されていることを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記コイルの外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置したことを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項５記載のリニアモータにおいて、  上記ヨークの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出していることを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記永久磁石の外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置したことを特徴とするものである。
又、請求項８によるリニアモータは、請求項７記載のリニアモータにおいて、上記永久磁石は上側に設置された上側永久磁石と下側に設置された下側永久磁石であり、上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆であることを特徴とするものである。
又、請求項９によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記コイルは上記ベースの周りに巻回されていることを特徴とするものである。
又、請求項１０によるリニアモータは、請求項９記載のリニアモータにおいて、上記ベースの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出していることを特徴とするものである。
又、請求項１１によるアクチュエータは、請求項１〜請求項１０の何れかに記載のリニアモータと、上記リニアモータに移動可能に取り付けられた可動子と、を具備したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように本発明の請求項１によるリニアモータによると、ベースと、永久磁石と、一個又は複数個のコイルと、を具備してなるリニアモータにおいて、上記コイルに略同位相の電流を流すように構成しているので、全てのコイルが推力の発生に寄与することになり、それによって、推力の向上を図ることができる。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記永久磁石は上記ベースの上側に設置された上側永久磁石と上記ベースの下側に設置された下側永久磁石であり、そのような配置とすることにより、軸方向に対して均一な磁束を得ることが可能となり、急峻なピークを備えた不均一な磁界分布ではなくなるので、位置決め精度の向上を図ることができる。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項２記載のリニアモータにおいて、  上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆向きであるので、コイルとの関係において、同一方向の推力を得ることができる。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記ベースは磁性材料から構成されているので、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによっても、推力の向上を図ることができる。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記コイルの外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置した構成になっているので、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによっても、推力の向上を図ることができる。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項５記載のリニアモータにおいて、  上記ヨークの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出している構成になっているので、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによっても、推力の向上を図ることができる。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、  上記永久磁石の外周部近傍に磁性材料からなるヨークを設置した構成になっているので、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによっても、推力の向上を図ることができる。つまり、永久磁石とコイルの配置が逆になっているものであり、このような構成でも同様の効果を奏することができる。
又、請求項８によるリニアモータは、請求項７記載のリニアモータにおいて、上記永久磁石は上側に設置された上側永久磁石と下側に設置された下側永久磁石であり、上記上側永久磁石と下側永久磁石の磁化の向きが逆であるので、コイルとの関係において、同一方向の推力を得ることができる。
又、請求項９によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、上記コイルは上記ベースの周りに巻回されている構成になっており、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによって、推力の向上を図っている。  
又、請求項１０によるリニアモータは、請求項９記載のリニアモータにおいて、上記ベースの一部が上記コイルより上記永久磁石側に突出しているので、磁気回路における磁気抵抗を低減させることができ、それによっても、推力の向上を図ることができる。
又、請求項１１によるアクチュエータは、請求項１〜請求項１０の何れかに記載のリニアモータと、上記リニアモータに移動可能に取り付けられた可動子と、を具備した構成になっており、例えば、可動子に各種機器を搭載して可動させた場合、高い推力で且つ高い精度で所定の場所に位置決めすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。まず、可動子１があり、この可動子１はベース３を備えている。上記ベース１は透磁率が高い磁性材料から構成されている。上記ベース３の上側と下側には上側永久磁石５と下側永久磁石７が夫々設置されている。上記上側永久磁石５と下側永久磁石７は厚み方向（図１中上下方向）に磁化されていて、図１中左右方向に対しては均一な磁束が得られる構成になっている。又、上側永久磁石５と下側永久磁石７の磁化の向きは逆向きになっている。
【００１１】
上記可動子１の外周側には固定子９が設置されている。この固定子９は同相の複数個（この実施の形態の場合には三個）のコイル１１から構成されている。
尚、この実施の形態の場合には、上側永久磁石５と下側永久磁石７側を可動子としコイル１１側を固定子としているがその逆の構成もある。
【００１２】
以上の構成を基にその作用を説明する。まず、上側永久磁石５と下側永久磁石７の磁化の向きは逆向きになっているので、コイル１１に入ってくる磁束の向きは図１中上側のコイル１１と下側のコイル１１とでは逆向きになる。又、コイル１１は軸方向に対して直交する方向にリング状に巻回されているので、電流を流すと、図１中上側のコイル１１と下側のコイル１１とでは逆向きの電流となる。このように、図１中上側のコイル１１と下側のコイル１１とでは、磁束の向きと電流の向きが共に逆向きとなるので、「フレミングの左手の法則」によって、同一方向（図１中左右方向）の推力が得られることになる。
【００１３】
以上本実施の形態によると次のような効果を奏することができる。
まず、推力の向上を図ることができる。これは、本実施の形態におけるコイル１１が三個全て同相であって、全てのコイル１１が推力の発生に寄与することになるからである。
又、本実施の形態のように、同相のコイル１１を使用することが可能になったのは、コイル１１が左右方向の何処にあっても同じ向きの磁束が通るように、可動子１の上側永久磁石５と下側永久磁石７の構成を工夫したからである。すなわち、上記上側永久磁石５と下側永久磁石７は厚み方向（図１中上下方向）に磁化されていて、図１中左右方向に対しては均一な磁束が得られる構成になっているとともに、上側永久磁石５と下側永久磁石７の磁化の向きが逆向きになっているからである。よって、従来のように、コイルの左右方向の位置によってコイルに流す電流の向きを変える必要はなく、制御が容易になったものである。例えば、図１において、可動子１を左方向に移動させる場合には「正方向」の電流を流せばよく、逆に、右方向に移動させる場合には「逆方向」の電流を流せばよいものである。
又、本実施の形態の場合には、従来のように、複数個の永久磁石を同極同士を付き合わせた状態で積層・配置させた構成にはなっていないので、隣接する永久磁石の界面近傍で磁界の急峻なピークを持った不均一な磁界分布となり、それが原因して位置決め精度が低下してしまうという問題が発生することはないものである。
又、ベース３の上下に上側永久磁石５と下側永久磁石７を設置する構成になっているので、上側永久磁石５と下側永久磁石７の設置作業が容易である。仮に、ベース３を介在させすでに上側永久磁石５と下側永久磁石７を直接貼り付けようとすると、反発してまって作業が困難になるものである。
又、ベース３が透磁率の高い磁性材料から構成されているので、磁束が通過するヨークとして機能することになり、それによって、磁気回路における磁気抵抗を大幅に低減させることができる。これによっても推力の向上を図ることができるものである。
【００１４】
次に、図２を参照して本発明の第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態の場合には、前記第１の実施の形態において、固定子９を構成する複数個のコイル１１の外周側に、ヨーク２１を設置したものである。このヨーク２１は、透磁率の高い磁性材料、例えば、軟鉄から構成されている。
尚、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
又、この実施の形態の場合にも、上側永久磁石５と下側永久磁石７側を可動子としコイル１１側を固定子としているがその逆の構成もある。
【００１５】
よって、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。又、透磁率の高い磁性材料製のヨーク２１を設けたことにより、上側永久磁石５と下側永久磁石７の「Ｎ極」から出た磁束がコイル１１とヨーク２１を通りベース３へ戻り、「Ｓ極」に向かう磁束の磁気抵抗を低減させることができ、それによって、コイル１１を通過する磁束の密度を向上させることが可能となり、推力をさらに向上させることが可能になるものである。
【００１６】
次に、図３を参照して本発明の第３の実施の形態を説明する。この第３の実施の形態の場合には、前記第２の実施の形態で説明したヨーク２１の両端にガイド部材３１、３３を取り付けている。又、コイル１１に関しては４個設置されている。又、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、ヨーク２１の内周側の所定位置には突出部２１ａが突出・配置されている。すなわち、隣接するコイル１１とコイル１１の間の位置であって、上側永久磁石５と下側永久磁石７が設置されている方向に対して直交する方向から一対の突出部２１ａ、２１ａが突出・配置されているものである。
又、ヨーク２１は左右方向に十分延長された構成になっており、上側永久磁石５と下側永久磁石７の移動範囲内では磁気吸引の変動が生じないように構成されている。又、アクチュエータとして構成した場合において、磁束の外部への漏れを少なくすることができる構成になっている。
尚、その他の構成は前記第２の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
又、この実施の形態の場合には、上側永久磁石５と下側永久磁石７側を可動子としコイル１１側を固定子としているが、その逆の場合もある。
【００１７】
上記構成によると、ヨーク２１に突出部２１ａ、２１ａを設けたことにより、例えば、上側永久磁石５より出た磁束はコイル１１を通過して上部のヨーク２１を通り、左右の突出部２１ａ、２１ａよりベース３に入って上側永久磁石５に戻ることになる。同様に、下側永久磁石７より出た磁束はコイル１１を通過して下部のヨーク２１を通り、左右の突出部２１ａ、２１ａよりベース３に入って下側永久磁石７に戻ることになる。これらの経路においては空隙部分を少なくすることが可能となり、磁気抵抗を大幅に小さくすることが可能になる。それによって、推力を大きく向上させることができるものである。
その他、前記第１、第２の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００１８】
次に、図４を参照して本発明の第４の実施の形態を説明する。この第４の実施の形態の場合には、前記第３の実施の形態の構成において、永久磁石とコイルの配置を逆にしたものである。まず、固定子１０１があり、この固定子１０１は、ベース１０３と、このベース１０３の外周側の所定位置に巻回された複数個の同相のコイル１０５とから構成されている。上記ベース１０３は、高透磁率の磁性材料から構成されていて、磁気回路の磁気抵抗の低減に大きく寄与する構成になっている。
【００１９】
上記固定子１０１の外周側には可動子１０７が設置されている。この可動子１０７は、上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１と、これら上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１の外周側に設置されたヨーク１１３とから構成されている。上記ヨーク１１３の両端にはガイド部材１１５、１１７が取り付けられている。
【００２０】
上記ヨーク１１３は磁性材料から構成されていて、磁気回路における磁気抵抗の低減に大きく寄与する構成になっており、それによって、推力の向上を図ることができるように構成されている。又、アクチュエータとして構成した場合において、外部への磁束の漏れを少なくすることができる構成になっている。
【００２１】
上記上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１は、磁化の向きが逆向きになっている。そして、上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１から出た磁束はコイル１０５の中心に向かって入っていき、「フレミングの左手の法則」によって、上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１の何れから出た磁束も同じ向きの推力をコイル１０５に生じさせる構成になっている。
【００２２】
又、既に説明したベース１０３のコイル１０５、１０５の間の部分には突出したヨーク１０３ａが設けられていて、これら突出したヨーク１０３ａによって磁気回路における磁気抵抗の低減を図っている。又、上記ヨーク１０３ａによって、コイル１０５の内側から上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１側に入る磁束をヨーク１０３ａに集中させるようにしており、それによって、コイル１０５を通過させないようにしている。すなわち、上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１から内向きの磁束とコイル１０５の電流との「フレミングの左手の法則」によって推力を発生させようとした場合、いま、永久磁石１０９と１１１から内向きの磁束がベース１０３に向かって入っている場合、ベース１０３に入った磁束は再び永久磁石１０９、１１１へと戻らなければならないので、上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１へ向かう内向きの磁束がコイル１０５を通過すると、反対向きの推力が発生してしまうからである。
【００２３】
したがって、前記第３の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
尚、この実施の形態の場合には、コイル１０５側を固定子とし上側永久磁石１０９と下側永久磁石１１１側を可動子としているが、その逆の場合もある。
【００２４】
次に、図５を参照して本発明の第５の実施の形態を説明する。前記第１〜第４の実施の形態の場合には、横断面形状が円形をなす例を挙げて説明したが、この第５の実施の形態の場合には、これを長方形にしたものである。
尚、横断面形状以外の構成については前記第４の実施の形態の場合と同様であり、同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。
【００２５】
したがって、前記第４の実施の形態の場合と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
尚、本発明は前記第１〜第５の実施の形態に限定されるものではない。
まず、コイルの個数や配置についてはこれを特に限定するものではない。
又、前記第１〜第５の実施の形態においては、コイル側を固定子とし、永久磁石側を可動子として構成したものを例に挙げて説明したが、その逆の構成も考えられる。  
その他図示した各部の構成あくまで一例であり、様々な変形が考えられるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、リニアモータと該リニアモータを使用したアクチュエータに係り、特に、推力の向上と位置決め精度の向上を図ることができるように工夫したものに関し、例えば、精密位置決め装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータの構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す図で、図３（ａ）はアクチュエータの構成を示す縦断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す図で、図４（ａ）はアクチュエータの構成を示す縦断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す図で、図５（ａ）はアクチュエータの構成を示す縦断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図６】従来例を示す図で、リニアモータの構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  可動子
３  ベース
５  上側永久磁石
７  下側永久磁石
９  固定子
１１  コイル
２１  ヨーク
２１ａ  ヨークの突出部
３１  ガイド部材
３３  ガイド部材
１０１  固定子
１０３  ベース
１０３ａ  突出したヨーク
１０５  コイル
１０７  可動子
１０９  上側永久磁石
１１１  下側永久磁石
１１３  ヨーク
１１５  ガイド部材
１１７  ガイド部材
【図１】
2007244180.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007244180.tif 000005
【図４】
2007244180.tif 000006
【図５】
2007244180.tif 000007
【図６】
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