(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体で形成されたコアと該コアに巻回した巻線とを有する固定子と、
該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子とを備えたリニアモータで、
前記固定子は前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、
同じく前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、
該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、
同様に該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、
隣り合う前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯が互い違いになり、前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯との間に前記可動子が挟持されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
磁性体で形成されたコアと該コアに巻回した巻線とを有する固定子と、
該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子とを備えたリニアモータで、
前記固定子は前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、
同じく前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、
該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、
同様に該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、
隣り合う前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯が互い違いになり、
前記一方の磁極歯列と前記他方の磁極歯列との間に前記可動子が挟持されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
前記可動子は巻線又は永久磁石又はその両方を有し、該可動子の移動方向に沿って一方の磁極と他方の磁極とが交互に現れることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記可動子は磁性体で形成されたコアを有し、該可動子の移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記固定子が固定的に支持され、前記可動子が移動することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記可動子が固定的に支持され、前記固定子が移動することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記固定子のコアに巻回した巻線に替えて、前記固定子のコアに固着された永久磁石を有することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項８】
相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記固定子を１ユニットとして複数ユニットを備え、相異なる固定子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が  ｋＰ＋ｎＰ／ｍ  （ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）であることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項９】
相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記可動子は複数ユニットから構成され、相異なる可動子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が  ｋＰ＋ｎＰ／ｍ  （ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）であることを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項１０】
前記固定子のコアが、前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に、該可動子を挿入するのに十分な幅の開口部を有することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【請求項１１】
前記可動子を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、前記可動子に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を可動子と固定子との間に発生させることで、可動子支持機構に加わる負荷を軽減することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータに関し、特に、固定子の対向する磁極歯間に可動子が空隙を介して挟持されているリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にリニアモータは、複数の磁極歯を有する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子とを備える。そのうち、可動子と固定子との間に働く磁気吸引力を相殺して可動子支持機構への負担を軽くするために、固定子の対向する磁極歯間に可動子が空隙を介して挟持される構造にしたものが、特開平１０−１７４４１８号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、次のような課題があった。すなわち、図
２０及び図２１に示すように、１つの固定子ユニットに複数の巻線が巻回されており複雑である。さらに、隣接する固定子磁極（図中ではＣ形鉄心と記載）には相異なる巻線が巻回される構造になっており、固定子の占有スペースに無駄が多い。
【０００４】
本発明の一つの目的は、巻線数が少なくコンパクトな構造でありながら複数の磁極歯を備え、かつ可動子と固定子との間に働く磁気吸引力が相殺されるようなリニアモータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明のリニアモータは、磁性体で形成されたコアと該コアに巻回した巻線とを有する固定子と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子とを備え、前記固定子は前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、同じく前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、同様に該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、隣り合う前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯が互い違いになり、前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯との間に前記可動子が挟持されている。
【０００６】
また、上記課題を達成するために、本発明のリニアモータは、磁性体で形成されたコアと該コアに巻回した巻線とを有する固定子と、該電機子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子とを備え、前記固定子は前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した一方の磁極歯列と、同じく前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に第１段と第２段とに分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、同様に該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯とが前記可動子の移動方向に沿って交互に配列され、隣り合う前記第１段に属する磁極歯と前記第２段に属する磁極歯が互い違いになり、前記一方の磁極歯列と前記他方の磁極歯列との間に前記可動子が挟持されている。
【０００７】
さらに本発明のさらに他の見方によれば、リニアモータは、前記可動子は巻線又は永久磁石又はその両方を有し、該可動子の移動方向に沿って一方の磁極と他方の磁極とが交互に現れる。また前記可動子は磁性体で形成されたコアを有し、該可動子の移動方向に沿って磁気的凸部と磁気的凹部とが交互に現れる。
【０００８】
さらに本発明の他の見方によれば、リニアモータは、前記固定子が固定的に支持され、前記可動子が移動する。あるいは前記可動子が固定的に支持され、前記固定子が移動する。
【０００９】
さらに本発明の他の見方によれば、リニアモータは、前記固定子のコアに巻回した巻線に替えて、前記固定子のコアに固着された永久磁石を有する。
【００１０】
さらに本発明の他の見方によれば、リニアモータは、相数をｍ（ｍ＝２，３，４，…）、磁極ピッチをＰとしたとき、前記固定子を１ユニットとして複数ユニットを備え、相異なる固定子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が
ｋＰ＋ｎＰ／ｍ  （ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）である。あるいは前記可動子は複数ユニットから構成され、相異なる可動子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が  ｋＰ＋ｎＰ／ｍ  （ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）である。
【００１１】
さらに本発明の他の見方によれば、リニアモータは、前記固定子のコアが、前記可動子の移動方向に対して略垂直方向に該可動子を挿入するのに十分な幅の開口部を有する。
【００１２】
さらに本発明の他の見方によれば、リニアモータは、前記可動子を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、前記可動子に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を可動子と固定子との間に発生させることで、可動子支持機構に加わる負荷を軽減する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態（実施例１と称する）によるリニアモータの基本構成図である。本実施例のリニアモータは、磁性体で形成されたコア１１と該コアの一箇所に環状に巻回した巻線１２とを有する固定子１０と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子２０とを備える。コア１１を形成する磁性体としては、一般的には鉄が使用されるが、他の材料でもよい。可動子２０には永久磁石２１が固着されており、該可動子の移動方向に沿って一方の磁極２１ａと他方の磁極21ｂとが交互に現れている。
【００１４】
図２は、本実施例のリニアモータの固定子のコア１１の一方の磁極歯列１３のみを表示した部分斜視図である。このように磁極歯は第１段１３ａと第２段13ｂとに分けて配列されている。また図３は、本実施例のリニアモータの固定子のコア１１の他方の磁極歯列１４のみを表示した部分斜視図である。図２と同様に、磁極歯は第１段１４ａと第２段１４ｂとに分けて配列されている。なお図２及び図３中の矢印は、巻線１２に電流を図１中の矢印の向きに流したときに発生する磁場のおおよその向きを示す。図２及び図３に示された一方の磁極歯列１３及び他方の磁極歯列１４を共に表示してコア１１の全体図としたものが図４である。第１段及び第２段のそれぞれにおいて、一方の磁極歯列に属する磁極歯と他方の磁極歯列に属する磁極歯とが交互に配列されている。それにより、第１段の磁極歯１３ａ及び１４ａと第２段の磁極歯１３ｂ及び１４ｂとに挟まれた空間には、巻線１２に電流を流すことで、第１段の磁極歯から第２段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域と、第２段の磁極歯から第１段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域とが交互に並ぶ。可動子２０はその空間に空隙を介して挟持され、前記固定子の発生する磁場と作用して移動する。なお巻線１２はコア１１に囲まれているため、外部からの衝撃に強いという利点もある。
【００１５】
ここで前記可動子に固着された永久磁石２１の代わりに、図５に示すように、巻線２２を設置し該巻線に電流を流すことで磁極を生じさせてもよい。その場合、巻線２２の芯として磁性体を設置してもよい。あるいは永久磁石と巻線を併用してもよい。また巻線２２は、互いに一部重なり合うように設置されていてもよい。また巻線２２は、基板上にプリントされた配線であってもよい。
【００１６】
あるいは図６に示すように、可動子２０に磁性体で形成されたコア２３を備えさせ、該可動子の移動方向に沿って磁気的凸部２４と磁気的凹部２５とが交互に現れるようにすることで、磁気抵抗の差により生じるリラクタンス力を推力として利用することもできる。その場合、永久磁石を可動子２０に固着して併用してもよい。なお磁気的凹部は非磁性体で形成してもよい。
【００１７】
また可動子２０が巻線２２を有する場合、固定子のコア１１に巻回した巻線
１２に替えて、図７に示すように、一方向に着磁された永久磁石１５をコア１１に固着させてもよい。
【００１８】
さらに可動子２０の断面形状は、矩形以外の形状、例えば円形や楕円形であってもよい。
【００１９】
最後に、本実施例のリニアモータでは、固定子１０が固定的に支持されて可動子２０が移動してもよいし、可動子２０が固定的に支持されて固定子１０が移動してもよい。
【００２０】
図８は、本発明の他の実施形態（実施例２と称する）によるリニアモータの基本構成図である。本実施例のリニアモータは、磁性体で形成されたコア１１と該コアの一箇所に環状に巻回した巻線１２とを有する固定子１０と、該固定子と空隙を介して相対移動可能に支持された可動子２０とを備える。コア１１を形成する磁性体としては、一般的には鉄が使用されるが、他の材料でもよい。可動子
２０には永久磁石２１が磁性体２６に挟まれて固着されており、該可動子の移動方向に沿って一方の磁極２１ａと他方の磁極２１ｂとが交互に現れている。隣接する磁極が磁性体２６を経由して短絡しないように、各磁極は非磁性体２７で分離されている。なお非磁性体２７は空気であってもよい。
【００２１】
図９は、本実施例のリニアモータの固定子のコア１１の一方の磁極歯列１３のみを表示した部分斜視図である。このように磁極歯は第１段１３ａと第２段１３ｂとに分けて配列されている。また図１０は、本実施例のリニアモータの固定子のコア１１の他方の磁極歯列１４のみを表示した部分斜視図である。図９と同様に、磁極歯は第１段１４ａと第２段１４ｂとに分けて配列されている。なお図９及び図１０中の矢印は、巻線１２に電流を図８中の矢印の向きに流したときに発生する磁場のおおよその向きを示す。図９及び図１０に示された一方の磁極歯列１３及び他方の磁極歯列１４を共に表示してコア１１の全体図としたものが図
１１である。第１段及び第２段のそれぞれにおいて、一方の磁極歯列に属する磁極歯と他方の磁極歯列に属する磁極歯とが交互に配列されている。それにより、一方の磁極歯列１３ａ及び１３ｂと他方の磁極歯列１４ａ及び１４ｂとに挟まれた空間には、巻線１２に電流を流すことで、第１段の磁極歯から第２段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域と、第２段の磁極歯から第１段の磁極歯へ向かう向きに磁場が発生する領域とが交互に並ぶ。可動子２０はその空間に空隙を介して挟持され、前記固定子の発生する磁場と作用して移動する。なお巻線１２は図８ではコア１１の一箇所に巻回しているが、幾何学的構造が変わらない範囲で複数箇所に分割して巻回してもよい。
【００２２】
ここで前記可動子に固着された永久磁石２１の代わりに、図１２に示すように、巻線２２を設置し該巻線に電流を流すことで磁極を生じさせてもよい。その場合、永久磁石２１を挟んでいた磁性体２６を一体化して、巻線２２の芯としてもよい。あるいは永久磁石と巻線を併用してもよい。また巻線２２は、互いに一部重なり合うように設置されていてもよい。また巻線２２は、基板上にプリントされた配線であってもよい。
【００２３】
あるいは図１３に示すように、巻線２２を設置せず、磁性体２６と非磁性体
２７との磁気抵抗の差により生じるリラクタンス力を推力として利用することもできる。
【００２４】
また可動子２０が巻線２２を有する場合、固定子のコア１１に巻回した巻線１２に替えて、図１４に示すように、一方向に着磁された永久磁石１５をコア１１に固着させてもよい。
【００２５】
さらに可動子２０の断面形状は、矩形以外の形状、例えば円形や楕円形であってもよい。
【００２６】
最後に、本実施例のリニアモータでは、固定子１０が固定的に支持されて可動子２０が移動してもよいし、可動子２０が固定的に支持されて固定子１０が移動してもよい。
【００２７】
リニアモータの最終形態としては、例えば図１に示した固定子１０を１つの固定子ユニットとし、これを複数個並べて、各固定子ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相数をｍ(ｍ＝２，３，４，…)、磁極ピッチをＰとしたとき、相異なる固定子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が  ｋＰ＋ｎＰ／ｍ（ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各固定子ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃの位置関係は、図１５のように直列に並べてもよいし、図１６のように並列に並べてもよい。
【００２８】
あるいは可動子２０を複数ユニットから構成し、各可動子ユニットにそれぞれある相を担わせる。そして相異なる可動子ユニットの磁極同士の可動子移動方向の間隔が  ｋＰ＋ｎＰ／ｍ  （ただしｋ＝０，１，２，３，…、ｎ＝１，２，…，ｍ）となるようにする。各可動子ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの位置関係は、図１７のように直列に並べてもよいし、図１８のように並列に並べてもよい。
【００２９】
前記実施例１及び実施例２では、固定子のコア１１は、可動子２０の移動方向に対して略垂直方向に、該可動子を挿入するのに十分な幅の開口部を有する。また可動子２０が前記開口部方向に変位すると、元の位置へ引き戻す向きの磁気吸引力が可動子２０と固定子１０との間に働く。そのため可動子２０の支持機構は、前記開口部方向に関しては比較的緩やかでよい。
【００３０】
さらには可動子２０を前記開口部方向に変位させた状態で支持し、可動子２０に加わる荷重を相殺するような磁気吸引力を発生させることで、支持機構に加わる負荷を軽減することも出来る。
【００３１】
用途によっては、図１９に示すように、固定子のコア１１が可動子２０を取り囲む構造にしてもよい。これは本発明者を含む３名によって特願平１１−127081号として出願済の構造と同等である。
【００３２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、基本的には固定子コアの一箇所に環状に巻回した巻線に電流を流すだけで、磁極歯間に交互に反転する多極磁場を発生させることが出来る。その磁極歯間に可動子を挟持することで、巻線数が少なくコンパクトな構造でありながら複数の磁極歯を備え、かつ可動子と固定子との間に働く磁気吸引力が相殺されるようなリニアモータが得られる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、コンパクトな構造で、可動子と固定子との間に働く可動子支持機構に負担を与える磁気吸引力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるリニアモータの基本構成図。
【図２】本発明の実施例１によるリニアモータの固定子コアの一方の磁極歯列のみを表示した部分斜視図。
【図３】本発明の実施例１によるリニアモータの固定子コアの他方の磁極歯列のみを表示した部分斜視図。
【図４】本発明の実施例１によるリニアモータの固定子コアの斜視図。
【図５】本発明の実施例１の第１変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図６】本発明の実施例１の第２変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図７】本発明の実施例１の第３変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図８】本発明の実施例２によるリニアモータの基本構成図。
【図９】本発明の実施例２によるリニアモータの固定子コアの一方の磁極歯列のみを表示した部分斜視図。
【図１０】本発明の実施例２によるリニアモータの固定子コアの他方の磁極歯列のみを表示した部分斜視図。
【図１１】本発明の実施例２によるリニアモータの固定子コアの斜視図。
【図１２】本発明の実施例２の第１変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図１３】本発明の実施例２の第２変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図１４】本発明の実施例２の第３変形案によるリニアモータの基本構成図。
【図１５】固定子ユニットを直列に配置した本発明のリニアモータの概念図。
【図１６】固定子ユニットを並列に配置した本発明のリニアモータの概念図。
【図１７】可動子ユニットを直列に配置した本発明のリニアモータの概念図。
【図１８】可動子ユニットを並列に配置した本発明のリニアモータの概念図。
【図１９】本発明のその他の実施例によるリニアモータの基本構成図。
【図２０】従来技術によるリニアモータの斜視図。
【図２１】従来技術によるリニアモータの平面図。
【符号の説明】
１０…固定子、１１…コア（固定子）、１２…巻線（固定子）、１３，１４…磁極歯列、１５…永久磁石（固定子）、２０…可動子、２１…永久磁石(可動子)、２２…巻線（可動子）、２３…コア（可動子）、２４…磁気的凸部、２５…磁気的凹部、２６…磁性体、２７…非磁性体。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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