(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、前記永久磁石の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、３相で構成されたコイル列を少なくとも２つ有すると共に前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石の磁石列と平行に配置され、
該複数のコイル列の間にコイルの絶縁を行うと共に結線処理を施した基板を挿入して配置され、
前記永久磁石の磁極ピッチをＰｍ、整数をｎとしたとき、前記複数のコイル列同士を、Ｐｍ／３×ｎずつずらして配置したことを特徴とする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は、図１０〜１２のようになっている（例えば、米国特許第４１５１４４７号）。
図１０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）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。図１１は電機子コイルの配置関係を示した側面図、図１２は電機子コイルの相帯を示している。
図１０において、２１はコアレスリニアモータ、２２は固定子、２３は界磁ヨーク、２４は永久磁石、２５は可動子、２６は電機子、２７は電機子コイル、２８は界磁ヨーク固定板、２９は電機子取付板、３０は樹脂モールドである。
固定子２２は、界磁ヨーク固定板２８を介してその長手方向に対向して固定された二つの界磁ヨーク２３と、界磁ヨーク２３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２４から構成されている。この永久磁石２４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２６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２５は、永久磁石２４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２６で構成され、電機子２６は、集中巻にした複数個のコイル群を樹脂モールド３０により固定し、かつ、平板状に成形して成る電機子コイル２７を有している。なお、電機子部２６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取付板２９が設けてある。
このうち、電機子コイル２７は、図１０（ｂ）に示すように６つの集中巻にしたコイルを進行方向に配置し、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１１に示すように、左からＵ相コイル、Ｗ相コイル、Ｖ相コイルの順に並べており、この集中巻の電機子コイル２７の形状は、永久磁石２４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２１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２７に電機子２６の位置に応じた所定の電流を流すと、電機子コイル２７と永久磁石２４との電磁作用により、可動子２５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、従来技術のコアレスリニアモータでは、図１２に示すように、１個の永久磁石に対向する相帯において、１相のみの場合が生じる。図１２は、Ｕ相とＶ相の各相帯が１個の永久磁石に対向している。例えば、リニアモータを組み立てる過程において、この複数の電機子コイルをリニアモータの進行方向に精度良く配置することができず、位置ずれを生じた場合であって、この組み立てたリニアモータを駆動したとき、ちょうどこのコイルに流す電流の絶対値に応じた推力リプルが発生するという問題があった。また、永久磁石をリニアモータの進行方向に取り付ける際にも同様で、取付時の位置ずれを生じた場合には、大きな推力リプルが発生することになる。
さらには、電機子コイル単体の寸法精度にも影響されやすく、推力リプルの低減が困難であった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電機子コイルや永久磁石の取付誤差による位置ずれに影響されることなく推力リプルを低減することが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、前記永久磁石の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、３相で構成されたコイル列を少なくとも２つ有すると共に前記電機子の進行方向に向かって前記永久磁石の磁石列と平行に配置され、該複数のコイル列の間にコイルの絶縁を行うと共に結線処理を施した基板を挿入して配置され、前記永久磁石の磁極ピッチをＰｍ、整数をｎとしたとき、前記複数のコイル列同士を、Ｐｍ／３×ｎずつずらして配置したものである。
【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）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。図２は図１の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したもの、図３は図２の電機子コイルの相帯を示している。
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は界磁ヨーク固定板、９は電機子取付板、１０は樹脂モールドである。なお、本実施例によるコアレスリニアモータ１は、界磁ヨーク３が電機子６の両側にある磁束貫通型の例であって、３相の３コイル４極を基本構成とする点は、従来技術と同じである。
本発明が従来と異なる点を以下説明する。
電機子コイル７は、電機子６の進行方向に向かって永久磁石４の列と平行に配置され、かつ、３つのコイル列、つまり第１コイル列７Ａ、第２コイル列７Ｂ、第３コイル列７Ｃから構成されると共に、前記３列のコイル列７Ａ、７Ｂ、７Ｃの間にコイルの絶縁と結線処理を行う基板１１を挿入してあり、電機子コイル７並びに基板１１全体を樹脂モールド１０で固定している。
また、永久磁石４の磁極ピッチをＰｍ、整数をｎとしたとき、前記３列の電機子コイルのうち、第１のコイル列７Ａと第２のコイル列７Ｂは電気角で６０°（＝Ｐｍ／３）だけずれて配置されている。そして、第２のコイル列７Ｂと第３のコイル列７Ｃも電気角で６０°（＝Ｐｍ／３）だけずれて配置されている。
具体的には、第１のコイル列７Ａには左からＵ相、Ｗ相、Ｖ相の順に複数のコイル群が並べられている。また、第２のコイル列７Ｂは、 第１のコイル列７Ａに対しちょうど電気角で６０°ずれているので、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の順に複数のコイル群が並べられ、さらに、電流が反転するように巻き始めと巻き終わりの方向を変えている。第３のコイル列７Ｃは、第１のコイル列７Ａに対しちょうど電気角で１２０°ずれているので、Ｖ相、Ｕ相、Ｗ相の順に複数のコイル群が並べられている。ここで、コイルのピッチはＰｍ×４／３となっている。
第１の実施例はこのような構成において、コイルの相帯を図３に示したように磁極ピッチごとに区切ると、すべての相帯（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）が１個の永久磁石の磁極ピッチＰｍ内に入って対向することになる。したがって、例えばリニアモータを組み立てる過程において、仮に電機子コイルを構成するコイル列をリニアモータの進行方向に精度良く配置することができず、位置ずれを生じることがあっても、または、永久磁石が精度良く配置されなくても、各相のコイルが個々の永久磁石に対向しているため、リニアモータを駆動した際に推力リプルの発生を低減することができる。また、コイル単体の寸法精度にも余裕を持たすことができる。
【０００６】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図４は本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータであって、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。図５は図４の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したもの、図６は図５の電機子コイルの相帯を示している。なお、本実施例は２相の４コイル６極を基本構成とすると共に、電機子コイルの間にコイルの絶縁と結線処理を行う基板を挿入し、電機子コイル並びに基板全体を樹脂モールドで固定する構成は第１の実施例と同じである。
第２実施例が第１の実施例と異なる点は、電機子コイル１２は、電機子６の進行方向に向かって永久磁石４の列と平行に配置され、かつ、２つのコイル列、つまり第１コイル列１２Ａ、第２コイル列１２Ｂから構成されており、また、永久磁石４の磁極ピッチをＰｍ、整数をｎとしたとき、前記３列の電機子コイルのうち、第１のコイル列１２Ａと第２のコイル列１２Ｂは電気角で９０°（＝Ｐｍ／２）だけずれて配置されている。
具体的には、第１のコイル列１２Ａには左からＡ相、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相の順に複数のコイル群が並べられ、各相２つのコイルは巻き方向が逆になるように結線されている。また、第２のコイル列１２Ｂは、 第１のコイル列１２Ａに対しちょうど電気角で９０°ずれているので、Ｂ相、Ａ相、Ｂ相、Ａ相の順にコイルを並べ、同じく各相２つのコイルを巻き方向が逆になるように結線されている。ここで、コイルのピッチはＰｍ×３／２となっている。
第２の実施例はこのような構成において、コイルの相帯を図６に示したように磁極ピッチごとに区切ると、すべての相帯（Ａ相、Ｂ相）が１個の永久磁石の磁極ピッチＰｍ内に入って対向することになる。したがって、例えばリニアモータを組み立てる過程において、仮に電機子コイルを構成するコイル列をリニアモータの進行方向に精度良く配置することができず、位置ずれを生じることがあっても、または、永久磁石が精度良く配置されなくても、第２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７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、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。図８は図７の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したもの、図９は図８の電機子コイルの相帯を示している。なお、本実施例は２相コイルを基本構成とすると共に、電機子コイルの間にコイルの絶縁と結線処理を行う基板を挿入し、電機子コイル並びに基板全体を樹脂モールドで固定する構成は第２の実施例と同じである。
第３実施例が第２の実施例と異なる点は、電機子コイル１３は、電機子６の進行方向に向かって永久磁石４の列と平行に配置され、かつ、２つのコイル列、つまり第１のコイル列１３Ａ、第２のコイル列１３Ｂから構成されており、また、永久磁石４の磁極ピッチをＰｍ、整数をｎとしたとき、前記２列の電機子コイルのうち、第１のコイル列１３Ａと第２のコイル列１３Ｂは電気角で９０°（＝Ｐｍ／２）だけずれて配置されている。
具体的には、第１のコイル列１３ＡにはすべてＡ相のコイル群を並べると共に、第２のコイル列１３ＢにはすべてＢ相のコイル群を並べている。ここで、コイルのピッチはちょうど２×Ｐｍとなっている。
さらには、各コイル層が１相で構成されるために、絶縁が容易となり、簡単に電機子部を構成でき、かつ、高電圧の仕様にも耐えるリニアモータを構成することができる。
第３の実施例はこのような構成において、コイルの相帯を図９に示したように磁極ピッチごとに区切ると、すべての相帯（Ａ相、Ｂ相）が１個の永久磁石の磁極ピッチＰｍ内に入って対向することになる。したがって、例えばリニアモータを組み立てる過程において、仮に電機子コイルを構成するコイル列をリニアモータの進行方向に精度良く配置することができず、位置ずれを生じることがあっても、または、永久磁石が精度良く配置されなくても、第１の実施例および第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
なお、コイル列の結線処理を行う基板は、結線をパターン化したプリント基板で構成しても構わない。
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象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構わない。
また、本実施例によるリニアモータは、２相でコイル2列構成のもの、また、３相でコイル３列構成の事例を説明したが、このような相数とコイル列数の組合せに限定されるものではなく、適宜選択しても構わない。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、本コアレスリニアモータは、集中巻にした複数のコイル列を互いにずらして配置するように構成したので、すべてのコイルの相帯が、１個の永久磁石の磁極ピッチＰｍ内に入って対向するため、リニアモータを組み立てる過程で、仮に電機子コイルを構成するコイル列をリニアモータの進行方向に精度良く配置することができず、位置ずれを生じることがあったり、あるいは永久磁石が精度良く配置されなくても、リニアモータを駆動した際に推力リプルの発生を低減することができる。また、コイル単体の寸法精度にも余裕を持たすことができるため、低コストにすることができる。
さらに本コアレスリニアモータは、上記のように推力リプルの発生を低減することができることから、一定速送りや高速位置決めを実現することができる。
【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断面図、（ｂ）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。
【図２】図１の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したものである。
【図３】図２の電機子コイルの相帯を示している。
【図４】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、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。
【図５】図４の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したものである。
【図６】図５の電機子コイルの相帯を示している。
【図７】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、（ａ）は可動子の進行方向から見た正断面図、（ｂ）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。
【図８】図７の電機子コイルを各コイル列毎に並べて展開した側面図であって、コイル列の配置関係を比較したものである。
【図９】図８の電機子コイルの相帯を示している。
【図１０】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）は電機子取付板を取り外した状態のコアレスリニアモータを上部から見た平面図である。
【図１１】図１０の各電機子コイル毎の配置関係を示した側面図、
【図１２】図１１の電機子コイルの相帯を示している。
【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
７Ａ：第１のコイル列
７Ｂ：第２のコイル列
７Ｃ：第３のコイル列
８：界磁ヨーク固定板
９：電機子取付板
１０：樹脂モールド
１１：基板
１２：電機子コイル
１２Ａ：第１のコイル列
１２Ｂ：第２のコイル列
１３：電機子コイル
１３Ａ：第１のコイル列
１３Ｂ：第２のコイル列
【図１】
0003941314.tif 000002
【図２】
0003941314.tif 000003
【図３】
0003941314.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003941314.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003941314.tif 000008
【図８】
0003941314.tif 000009
【図９】
0003941314.tif 000010
【図１０】
0003941314.tif 000011
【図１１】
0003941314.tif 000012
【図１２】
0003941314.tif 000013