(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路を構成する矩形状の磁性体からなる内ヨークと、前記内ヨークの長手方向に向かって外側に平行させるように設けた平板状の磁性体からなる一対の外ヨークと、前記内ヨークと前記外ヨークの両端部に設けた平板状の磁性体からなる一対の側ヨークと、前記内ヨークおよび前記外ヨークの対向面側に設けられ且つ軸方向に向かって複数配設された界磁を構成する永久磁石と、前記永久磁石間に空隙を介して設けられた非磁性体且つ絶縁体からなるボビンと前記ボビンに前記永久磁石のピッチと等ピッチに分割されるように配設されると共に巻方向を逆にして巻回されたコイルとよりなる電機子と、を備えており、前記永久磁石は、前記内ヨークおよび前記外ヨークにそれぞれ対向する永久磁石同士並びに前記それぞれのヨークに配設された隣り合う永久磁石同士を、同じ幅で且つ異極を有するもので構成されており、前記電機子を前記内ヨークおよび外ヨークの軸方向に向かって移動するようにしたボイスコイル形リニアモータにおいて、
前記ボビンの軸方向両端部に、非磁性体かつ導電体の金属管が前記内ヨ−クを囲むように前記ボビンと一体成形して設けてあることを特徴とするボイスコイル形リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイル形リニアモータに関し、特に、周波数特性に優れたボイスコイル形リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置などの分野でウェハ搬送装置の除振を行うために用いられるボイスコイル形リニアモータは図５、図６のようになっている。
図５は従来のボイスコイル形リニアモータの組立て状況を示す斜視図であって、図６は図５の矢視Ａ方向から見た側断面図である。
図において、１２は磁気回路を構成する矩形状の磁性体からなる内ヨーク、１１は内ヨーク１２の長手方向に向かって外側に平行させるように設けた平板状の磁性体からなる一対の外ヨーク、１３は内ヨーク１２と外ヨーク１１の両端部に設けた磁性体からなる平板状の一対の側ヨーク、１４は側ヨーク１３の中央部に設けた溝部であり、外ヨーク１１の両側面に一対の側ヨーク１３を対面させて固定してあと、側ヨーク１３の溝部１４に内ヨーク１２を嵌め込んで日の字形の閉鎖磁気回路を構成する。
１５ａ、１５ｂは、それぞれ外ヨーク１１、内ヨーク１２の対向面側に設けられ且つ軸方向に向かって複数配設された永久磁石であって、界磁を構成する。このうち、内ヨーク１２の対面する側に設けた二つの永久磁石１５ｂ同士は同じ幅を有し且つ異極性に着磁したものであって、外ヨーク１１の対面する側に設けた二つの永久磁石１５ａ同士は同じ幅を有し且つ異極性に着磁したものである。また、内ヨーク１２の外側に配置した隣り合う永久磁石１５ｂ、外ヨーク１１の内側に配置した隣り合う永久磁石１５ａはそれぞれ同じ幅を有し且つ異極性に着磁したものである。１７は永久磁石１５ａ、１５ｂ間に空隙を介して設けられた非磁性体よりなるボビンで、中央部に図示しない中仕切りを設けたものである。１８はボビン１７に軸方向に巻回されると共に永久磁石のピッチと等しいピッチに分割され、且つ、隣同士の巻方向を逆にしたコイルであり、直列あるいは並列に結線したものである。上記のボビン１７とコイル１８とで電機子２０を構成する。このようなボイスコイル形リニアモータは、電機子２０が永久磁石１５ａと永久磁石１５ｂ間で空隙を介して軸方向に向かって移動するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、コイルを分割し隣同士の巻方向を逆にしてあるためコイルの持つインダクタンスは一体コイルより小さくなっているものの、コイル通電電流の周波数が高くなるにつれコイルのリアクタンスが増大すると共に、力率が低下し高周波数になると、端子電圧の制限のため推力が下がってしまい性能を満足に得られないという問題があった。あるいは高周波数になると、ボイスコイル形リニアモータを駆動する駆動アンプの容量が大きくなり、コストアップ、設置場所が大きくなるという問題があった。
また、ボビンが絶縁体ではないため、ボビン内に電機子電流と逆方向の渦電流が発生し、界磁とのＢＬＩ則により逆推力が発生するため、推力が低下する問題があった。
そこで本発明は、高周波数域における力率の低下を防ぎ、推力減少を抑えることのできる高速高応答のボイスコイル形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】
上記問題を解決するために、請求項１記載の本発明は、磁気回路を構成する矩形状の磁性体からなる内ヨークと、前記内ヨークの長手方向に向かって外側に平行させるように設けた平板状の磁性体からなる一対の外ヨークと、前記内ヨークと前記外ヨークの両端部に設けた平板状の磁性体からなる一対の側ヨークと、前記内ヨークおよび前記外ヨークの対向面側に設けられ且つ軸方向に向かって複数配設された界磁を構成する永久磁石と、前記永久磁石間に空隙を介して設けられた非磁性体且つ絶縁体からなるボビンと前記ボビンに前記永久磁石のピッチと等ピッチに分割されるように配設されると共に巻方向を逆にして巻回されたコイルとよりなる電機子と、を備えており、前記永久磁石は、前記内ヨークおよび前記外ヨークにそれぞれ対向する永久磁石同士並びに前記それぞれのヨークに配設された隣り合う永久磁石同士を、同じ幅で且つ異極を有するもので構成されており、前記電機子を前記内ヨークおよび外ヨークの軸方向に向かって移動するようにしたボイスコイル形リニアモータにおいて、前記ボビンの軸方向両端部に、非磁性体かつ導電体の金属管が前記内ヨ−クを囲むように前記ボビンと一体成形して設けてある。
請求項１記載の上記手段により、コイルに電流を流し始めると実施例に示すように、電機子による磁束φ１が発生するが、金属管によってレンツの法則により電機子による磁束を打ち消す方向に磁束φ２が誘起される。ヨーク内の磁束は全体として低減されるためコイルのインダクタンスは小さくなり、力率が向上できる。
【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の実施例を示すボイスコイル形リニアモータの側断面図である。
図において、従来と同じ構成要素については同じ符号を付してその説明を省略し、異なる点のみを説明する。
本発明が従来と異なる構成は、以下のとおりである。
すなわち、内ヨーク１２側に配設した永久磁石１５ｂと電機子２０間の空隙に銅若しくはアルミニウムまたは真鍮等の非磁性かつ導電体の金属管１９を設けて、永久磁石１５ｂの外側を囲むように配設しており、外ヨーク１１側に配設した永久磁石１５ａと金属管１９間において、電機子２０を軸方向に沿って移動自在にしたものである。
次に動作を説明する。
コイル１８ａに通電すると、界磁１０と、電機子２０によりＢＬＩ則にしたがって、軸方向に推力が働く。コイル１８に電流を流し始めると、内ヨーク１２に電機子２０による磁束φ１が発生し、金属管１９はレンツの法則によりφ１を打ち消す方向となるので、コイル１８と逆方向の電流が発生し、金属管１９による磁束φ２が内ヨーク１２に誘起される。ここで、磁束φ２は磁束φ１と極性が違うため、磁束総量は少なくなり、コイル１８から見たインダクタンスは小さくなる。その結果、力率が向上し、有効電力が増すため、高周波数域であっても端子電圧制限による推力低下を起こすことはない。また、内ヨーク１２の磁束総量が少なくなるため、電機子反作用が小さくなることから、内ヨーク１２の磁気飽和による推力低下がなくなる。さらに、ボビン１７は非磁性かつ絶縁体であるため、ボビン１７に渦電流は発生せず、逆推力がないため、推力低下がなくなる。
実際にボイスコイル形リニアモータを試作して本実施例による効果を調べたところ、インダクタンスは約６３％となり、力率はかなり向上でき、高速・高応答なモータを提供できることが確認された。
次に、第２の実施例を説明する。
図２は第２の実施例を示す側断面図である。
本発明が従来と異なる点は、内ヨーク１２側に配設した永久磁石１５ｂと側ヨーク１３との間に非磁性体かつ導電体の金属管１９を設けて、内ヨーク１２の両端を囲むように配設した点である。動作は第1の実施例と同じなので省略する。
本構成によれば、金属管１９を第1の実施例のように電機子２０と内ヨーク１２の間に設けることなく、金属管１９を内ヨーク１２の両端を囲むように配設したので、金属管の組立が簡単にできる。
次に、第3の実施例について説明する。
図３は第３の実施例を示す側断面図である。
本発明が従来と異なる点は、内ヨーク１２側に配設した永久磁石１５ｂと接する内ヨーク１２の内部に切り欠きを設け、切り欠きに非磁性体かつ導電体の金属管１９を、内ヨーク１２を囲むように配置した点である。動作については第1および第2の実施例と同じなので省略する。
本構成によれば、界磁１０は永久磁石１５ｂ各々中央部に接する内ヨークで分かれるに伴って、磁束密度が低いことから、切りかきを設けても界磁への影響は小さく、金属管の配置スペースに利用できる。
次に、第４の実施例を説明する。
図４は第４の実施例を示す側断面図である。
本発明が従来と異なる点は、ボビン１７の軸方向両端部に非磁性体かつ導電体の金属管１９を設けて、内ヨ−ク１２を囲むように配置した点である。
本構成によれば、ボビン１７の両端部に金属管１９を設けることで、他実施例に比べて電機子２０全体を強固にすることができ、電機子全体の機械強度が向上するので、高速・高応答のボイスコイル形リニアモータを実現することができる。また、ボビン１７の両端部に金属管１９を設けることにより、電機子２０と各永久磁石１５ａ、１５ｂ間のギャップを一定に保つことができ、高推力を得ることができる。
動作については第1、第2、第3の実施例と同じなので省略する。
したがって、ボイスコイル形リニアモータのコイルに通電すると、電機子の軸方向に推力が得られ、内ヨークに電機子による磁束φ１が発生し、金属管はレンツの法則によりφ１を打ち消す方向となるため、コイルと逆方向の電流が発生し、金属管による磁束φ２が内ヨーク１２に誘起される。φ２はφ１と極性が違うため、磁束総量は少なくなるため、コイルからみたインダクタンスは小さくなるので、力率は向上し、有効電力が増すため、高周波数であっても端子電圧制限による推力低下を防ぐことができる。また、ボビンは非磁性かつ絶縁体であるため、ボビンに渦電流は発生せず、逆推力はないため、推力低下を防止できる。
なお、ボビン１７の材質を樹脂として射出成形し、金属管１９と一体成形しても構わない。この場合、力率の向上に加え、ボビン１７の機械強度を向上することができる。
また、第１の実施例において、内ヨークと電機子間に配設した金属管は軸方向に左右対称な構造であるが、金属管は軸方向に２分割しても一体の金属管と特性上等価であるため、このように金属管を軸方向に２分割しても構わない。
また、第１の実施例乃至第４の実施例は、内ヨークを金属管で囲む構成であるが、外ヨーク、側ヨークを金属管で囲むような構成でも構わず、同様な効果が得られる。
また、本実施例に示したようにボイスコイル形リニアモータに配設した金属巻は、第１〜第4の実施例の何れかの配置を組み合わせた構成にしても構わない。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、第1の実施例によれば、内側ヨーク側に配設した永久磁石と電機子間の空隙に、銅若しくはアルミニウムまたは真鍮等の非磁性かつ導電性の金属管を、内側ヨーク側の永久磁石外側を囲むように配置した構成としたので、力率は向上し且つ有効電力が増すため、高周波数であっても端子電圧制限による推力低下を防ぐことができ、高速・高応答なモータを提供できる。また、磁気飽和による推力低下の防止ができる。さらに、ボビンは非磁性かつ絶縁体であるため、ボビンに渦電流は発生せず、逆推力はないため、推力低下を防止できる。
また、第２の実施例によれば、第１実施例の効果のほか、金属管を内ヨークの両端を囲むように配設したので、金属管の組立が簡単にできるという効果がある。
また、第3の実施例によれば、第１実施例の効果のほか、界磁は永久磁石各々中央部に接する内ヨークで分かれるに伴って、磁束密度が低いことから、切りかきを設けても界磁への影響は小さく、金属管の配置スペースに利用できる効果がある。
また、第４の実施例によれば、第１実施例の効果のほか、ボビンの両端部に金属管を設けることで、電機子全体を強固にできるとともに、機械強度が向上するので、高速・高応答のボイスコイル形リニアモータを実現することができる。あるいは、電機子と各永久磁石間のギャップを一定に保つことができ、高推力を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の害１の実施例を示すボイスコイル形リニアモータの側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す側断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す側断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す側断面図である。
【図５】従来のボイスコイル形リニアモータの組立て状況を示す斜視図である。
【図６】図５の矢視方向から見た側断面図である。
【符号の説明】
１０  界磁
１  外ヨーク
２  内ヨーク
３  側ヨーク
４  溝
１５ａ，１５ｂ  永久磁石
１７  ボビン
１８  コイル
１９  金属管
２０  電機子
【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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