(57)【要約】      （修正有）【課題】リニアモータにおいては、強力な永久磁石を多数用いる必要があり、このため、磁気的干渉によってコギング力が大きく増加する。【解決手段】駆動方向へ極を交互に並べた永久磁石を有する可動子２０２と、可動子２０２を少なくとも２つ以上平行に配置した可動子ユニット２１０と、永久磁石を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯１１４、１１８及び第２の磁極歯１１６、１２０と、複数の第１の磁極歯１１４、１１８と第２の磁極歯１１６、１２０とを駆動方向に垂直な面で磁束の経路を形成する磁性体とで構成される鉄心１１０，１１２と、鉄心１１０，１１２の磁束の経路上に少なくとも一つ以上配置された巻線１０４とを有する電機子１０２と、少なくとも２つ以上の可動子２０２を連結する連結部材１３０とを備えたリニアモータにおいて、少なくとも２つ以上の可動子２０２の永久磁石の位置が相対的にずれていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動方向へ極を交互に並べた永久磁石を有する可動子と、
前記可動子を少なくとも２つ以上平行に配置した可動子ユニットと、
前記永久磁石を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯と、複数の前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯とを駆動方向に垂直な面で磁束の経路を形成する磁性体とで構成される鉄心と、前記鉄心の磁束の経路上に少なくとも一つ以上配置された巻線とを有する電機子と、
少なくとも２つ以上の可動子を連結する連結部材とを備えたリニアモータにおいて、
少なくとも２つ以上の前記可動子の永久磁石の位置が相対的にずれていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のリニアモータにおいて、
前記電機子の磁束の経路が他の電機子と互いに独立していることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のリニアモータにおいて，
前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石との相対的な位置が，電気角１°から電気角１８０°の間でずれていることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石の位置がずれており、前記可動子同士の相対的な位置を任意の位置に固定する機能を前記連結部材が備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石の位置がずれており、前記可動子同士の相対的な位置をずらす機能を前記連結部材が備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記連結部材が、板の一部の厚みがＬ字型に突出したＬ字連結板と、前記Ｌ字連結板と前記可動子を固定する締結金具とを備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記連結部材が、平板状の平板連結板と、前記可動子と前記平板連結板の間に挟み込まれるスペーサと、前記可動子と前記平板連結板と前記スペーサを固定する締結金具とを備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記連結部材が、平板状の平板連結板と、前記可動子の一端に固定されたナットと、前記平板連結板と前記ナットをつなぐ送りネジと、前記平板連結板と他の前記可動子の他端を固定する締結金具とを備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項９】
請求項１から請求項３のうちの１つのリニアモータにおいて、
前記永久磁石を配置する穴が空いた非磁性体の板を備えた可動子プレートを備え、
前記連結部材が、平板状の平板連結板と、前記平板連結板と前記可動子板を固定する締結金具とを備え、
前記可動子プレートの一端の長さを他端よりも伸ばし，反対向きに並行に配置することを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推力脈動を低減したリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、（特許文献１）の技術がある。この公報に記載されているリニアモータ技術には、界磁用永久磁石を配置した２個の固定子を半ピッチずらし、電機子巻線の移動方向位置も互いにずらすことによって、それを基本周期として発生するコギング力または推力リップルを低減すること。また、界磁用永久磁石を設けた２個の可動子をずらしたり、界磁用永久磁石を挟み込んだ２個の電機子をずらして配置することによっても同様の効果を得ることができること。そして、ずらした界磁用永久磁石や電機子に応じて、電機子巻線もずらした分の電気角もしくはそれに近い電気角分だけずらして巻回すことにより、推力低下をほとんど無いものとすることができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３６０６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のリニアモータでは、２枚の可動子とテーブルとが一体構成になっている。そのため、リニアモータのコアの精度や組立のバラつきに起因して発生するコギング力を低減するために最適な可動子の位置と理論値とのずれの調整が困難であるといった課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、
本発明のリニアモータは、駆動方向へ極を交互に並べた永久磁石を有する可動子と、    前記可動子を少なくとも２つ以上平行に配置した可動子ユニットと、
前記永久磁石を上下から挟み込むように配置された第１の磁極歯及び第２の磁極歯と、複数の前記第１の磁極歯と前記第２の磁極歯とを駆動方向に垂直な面で磁束の経路を形成する磁性体とで構成される鉄心と、前記鉄心の磁束の経路上に少なくとも一つ以上配置された巻線とを有する電機子と、少なくとも２つ以上の可動子を連結する連結部材とを備えたリニアモータにおいて、少なくとも２つ以上の前記可動子の永久磁石の位置が相対的にずれていることを特徴とするものである。
【０００６】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記電機子の磁束の経路が他の電機子と互いに独立していることを特徴とするものである。
【０００７】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石との相対的な位置が，電気角１°から電気角１８０°の間でずれていることを特徴とするものである。
【０００８】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石の位置がずれており、前記可動子同士の相対的な位置を任意の位置に固定する機能を前記連結部材が備えることを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記可動子の永久磁石の位置と他の可動子の永久磁石の位置がずれており、前記可動子同士の相対的な位置をずらす機能を前記連結部材が備えることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記連結部材は板の一部の厚みがＬ字型に突出したＬ字連結板と、前記Ｌ字連結板と前記可動子を固定する締結金具とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記連結部材は平板状の平板連結板と、前記可動子と前記平板連結板の間に挟み込まれるスペーサと、前記可動子と前記平板連結板と前記スペーサを固定する締結金具とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記連結部材は平板状の平板連結板と、前記可動子の一端に固定されたナットと、前記平板連結板と前記ナットをつなぐ送りネジと、前記平板連結板と他の前記可動子の他端を固定する締結金具とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明はリニアモータにおいて、前記永久磁石を配置する穴が空いた非磁性体の板を備えた可動子プレートを備え、前記連結部材は平板状の平板連結板と、前記平板連結板と前記可動子板を固定する締結金具とを備え、前記可動子プレートの一端の長さを他端よりも伸ばし，反対向きに並行に配置することを特徴とするリニアモータ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コギング力を低減したリニアモータを提供することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のリニアモータの実施例１を示す斜視図である。
【図２】図１をＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図３】図１をＸ−Ｙ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図４】図３で鉄心の磁束の経路を説明するものである。
【図５】図２で永久磁石の磁化方向を説明する図である。
【図６】永久磁石に作用する吸引力の方向を説明する図である。
【図７】本発明のコギング力低減方法を説明する図である。
【図８】本発明のコギング力低減方法を説明する解析結果である。
【図９】本発明のリニアモータの実施例２を示す斜視図である。
【図１０】図６をＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図１１】本発明のリニアモータの実施例３を示す斜視図である。
【図１２】図８をＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図１３】本発明のリニアモータの実施例４を示す斜視図である。
【図１４】図１０をＹ−Ｚ平面で断面した状態を示す断面図である。
【図１５】可動子プレートの板部分長さを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図示した実施例に基づいて本発明のリニアモータを説明する。尚、各実施例において、同一構成部品には特に言及する以外は同符号を使用する。
【実施例１】
【００１７】
本実施例では、本発明のリニアモータの例を説明する。図１は、本発明の実施の一形態によるリニアモータ１００である。また、図２はそのリニアモータのＹＺ面の断面図であり、図３はＸＹ面の断面図である。本実施例は、３相のモータを構成した例であり、３つの電機子１０２からなる電機子ユニット２００と、２つの可動子２０２と２つの連結部材１３０からなる可動子ユニット２１０とが相対的に直線運動をするリニアモータである。
前記リニアモータ１００の可動子ユニット２１０の駆動方向はZ方向である。３つの電機子102を電気的に位相が各１２０°ずれるように配置し、３相リニアモータが構成できる。同様にｍ個の電機子において，位相を３６０°／ｍずらすことによりｍ相駆動のリニアモータを構成できる。
【００１８】
図１から図３において、電機子１０２は、空隙１２２を挟んで対向する第一の磁極歯１１４と、第二の磁極歯１１６と、空隙１２４を挟んで対向する第一の磁極歯１１８と、第二の磁極歯１２０と、磁極歯１１４と磁極歯１２０をつなぐ電機子鉄心１１０と、磁極歯１１６と磁極歯１１８と電機子鉄心１１０をつなぐ電機子鉄心１１２と、前記磁極歯にそれぞれ配置された巻線１０４で構成されている。電機子ユニット２００は、駆動方向に３つの前記電機子１０２を電機子ピッチＱの間隔で並設させて構成する。
【００１９】
図４に前記電機子１０２が有する鉄心の磁束の経路を示す。前記電機子１０２の磁束の経路は，他の前記電機子の磁束の経路とは独立しているため磁気的な干渉がない。このため，他相からの漏れ磁束による相互インダクタンスの増加やコギング力の増加が小さい。
【００２０】
図５は実施例１について，永久磁石１０の磁化方向を示すものである。該図において、永久磁石１０は磁極歯に対向する面を磁化方向としている。永久磁石列１２６は、複数の前記永久磁石１０を駆動方向に磁石ピッチＰの間隔で並べて構成される。前記永久磁石列１２６は、隣り合う永久磁石１０の磁化方向が交互になるように配置されている。可動子２０２は、前記永久磁石列１２６と、非磁性体の板に永久磁石を配置する穴が空いた可動子プレート１２８で構成される。前記可動子２０２は空隙122と空隙124にそれぞれ挿入されている。前記可動子ユニット２１０は、２つの前記可動子２０２と、可動子202同士を端部で固定する２つの連結部材１３０で構成される。前記連結部材１３０は、L字型の連結板１３２と固定金具５０で構成され、複数のボルト３０で可動子プレートを固定している。前記可動子ユニットの２つの可動子202は、駆動方向に対して相対的な位相差Ｄを有し、互いに連動して動作する。前記位相差Ｄは前記連結板１３２の凸部長さＣの寸法と同じである。また，リニアモータの電機子ピッチＱと磁石ピッチＰの関係は，一般にＰ＝３Ｑ／２であるが，本実施例はこれに限らない。
【００２１】
前述の実施例の構成において、図１の可動子ユニット２１０を駆動方向へ移動すると、永久磁石１０は、それぞれ磁石磁束の作用で電機子に吸引される。
【００２２】
図６は，図１から図５に記載の実施例１において，巻線１０４を省略した磁極歯部の拡大図であり，一つの前記永久磁石１０と各磁極歯との間に作用する吸引力の方向について示している。前記永久磁石１０に作用する吸引力は，前記永久磁石１０とＹ方向上側の第一の磁極歯との間に発生する吸引力と，前記永久磁石１０とＹ方向下側の第二の磁極歯との間に発生する吸引力との合計である。前記永久磁石１０と各磁極歯の間で発生する吸引力は，Ｚ方向とＹ方向の成分に分けられる。
【００２３】
図６において，距離Ｅは，前記永久磁石１０と前記第一の磁極歯１１４との間のＹ方向の距離である。また，距離Ｆは，前記永久磁石１０と前記第二の磁極歯１１６との間のＹ方向の距離である。前記距離Ｅと前記距離Ｆが等しければ，前記永久磁石１０に作用するＹ方向の上下の吸引力が逆方向になるため小さくなる。
【００２４】
図６において，Ｚ方向の吸引力はコギング力である。本実施例において，前記永久磁石列１２６を連続的にＺ方向へ進行させた場合、コギング力は図７に示すように駆動方向に対して周期的に変化する。リニアモータ１００におけるコギング力は、一つの可動子にかかるコギング力と、位相差Ｄずれたもう一つの可動子にかかるコギング力の合成である。
コギング力は位相差Ｄを電気角で１°から１８０°の間で調整することで相殺され、可動子同士がＺ方向で同位置（電気角で０°）にあるときよりも小さくできる。
【００２５】
リニアモータ１００では、凸部長さＣが異なる連結板１３２を用いることで位相差Ｄを凸部長さＣに応じて変更可能であり、位相差Ｄを最適値に近づけ固定することでコギング力を最小に低減したリニアモータを実現できる。また，前記連結部材が端部に存在することで，駆動時に可動子ユニットが抜け落ちることも防止できる。
【００２６】
図８は本実施例の効果を実証するコギング力の解析結果である。可動子の位相差Ｄを０°（同位置）としたコギング力と，可動子の位相差Ｄを９０°（１／２Ｐ）としたコギング力を比較している。図８において，可動子がずれることにより，コギング力が低減されていることがわかる。
【実施例２】
【００２７】
図９乃至図１０に、本発明のリニアモータの実施例２を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は特に言及する以外は実施例１と同様である。
【００２８】
該図に示す本実施例では、実施例１に示したリニアモータと略同様な構成であるが、図２に示したリニアモータの連結部材１３０を固定金具５０と平板状の連結板１３２と連結スペーサ１３４で構成する構造としたものである。
【００２９】
即ち、連結部材１３０を構成する部品の内、連結スペーサ１３４の厚みＢを適切に変更することで、位相差Ｄをスペーサ厚みＢに応じて変更可能にするものである。
【００３０】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、
様々な厚みの連結スペーサ１３４を用意し、単体あるいは複数の連結スペーサを組み合わせ、連結板１３２と可動子プレート１２８の間に挟み込むことで、あらゆる位相差Ｄを容易に実現することができる。また、平板状の連結スペーサ１３２は、Ｌ字型形状の金具に比べて、一般に加工が容易である。そのため、本実施例は実施例１に比べて、連結部材の製作に要するコストや時間を低減することができる。
【実施例３】
【００３１】
図１１乃至図１２に、本発明のリニアモータの実施例３を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は特に言及する以外は実施例１と同様である。
【００３２】
該図に示す本実施例では、実施例１に示したリニアモータと略同様な構成であるが、図２に示したリニアモータの連結部材１３０を連結板１３２と、固定金具５０と、送りネジ１３６と、ナット１３８で構成する構造としたものである。ナット１３８は、可動子プレート１２８に固定されており、送りネジ１３６を介して連結板と固定されている。可動子の両側の送りネジ１３６を回転させると、並列した可動子の位置が相対的にずれていく。
このとき、送りネジの回転量に対する駆動方向の送り長さＲは、位相差Ｄと同一である。
【００３３】
即ち、連結部材１３０を構成する部品の内、送りネジ１３６の送り長さＲを調整することで、位相差Ｄを自在に調整することを可能にするものである。このため，位相差Ｄを連続的に調整することが可能である。
【００３４】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、位相差を調整する際に、他の部品を用意する必要がなく、その都度機器を分解する必要もない。送り長さＲの調整を行うだけで、あらゆる位相差Ｄを容易に実現することが可能である。
【実施例４】
【００３５】
図１３乃至図１４に、本発明のリニアモータの実施例４を示す。該図に示す本実施例のリニアモータは、その構成は特に言及する以外は実施例１と同様である。
【００３６】
該図に示す本実施例では、実施例１に示したリニアモータと略同様な構成であるが、図１４に示した可動子ユニット２１０は，平板状の連結板１３２と，板部分長さＧを変更した可動子プレート１２８と，永久磁石列１２６で構成される。前記可動子プレート１２８の板部分長さGを図１５に示す。
【００３７】
図１５より、本実施例の可動子プレート１２８は、板部分長さGが駆動方向に位相差Ｄの長さと同じ分だけ長い。可動子ユニット２１０を構成する２枚の可動子プレート１２８は同形状であり、駆動方向に反対向きに連結板１３２に固定される。
【００３８】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、連結部材１３０を構成する部品が平板状の連結板１２８と連結金具５０とボルト３０だけであり、板部分長さＧを位相差Ｄと同じだけ伸ばした前記可動子プレート１２８を用意することで、可動子同士のずれを位相差Ｄに固定することができる。また、２つの可動子プレート１２８の寸法は同一であるため、実施例２、及び実施例３に比べて、連結部材に必要な部品を少なくすることが実現できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  永久磁石
３０  ボルト
５０  固定金具
１００  リニアモータ
１０２  電機子
１０４  巻線
１１０  電機子鉄心
１１２  電機子鉄心
１１４、１１６、１１８、１２０  磁極歯
１２２、１２４  空隙
１２６  永久磁石列
１２８  可動子プレート
１３０  連結部材
１３２  連結板
１３４  連結スペーサ
１３６  送りネジ
１３８  ナット
２００  電機子ユニット
２０２  可動子
２１０  可動子ユニット
【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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