JP2005151726A - リニアモータ及びｘｙステージ - Google Patents

Abstract

【課題】
電機子を複数連結することによって、多相構造のリニアモータを構成する場合は、巻線側の全長が相数に比例して長くなるという課題がある。
【解決手段】
リニアモータを、電機子は二次側を介して対向する対向部を有し、巻線は電機子において二次側の脇に巻かれているものとする。さらに、リニアモータを、電機子が二次側を介して対向する対向部を有し、電機子において巻線が二次側と垂直方向に同一の位置に巻かれているものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一次側と二次側からなるリニアモータおよびそれを用いたＸＹステージに関わるものである。

リニアモータの中で、従来のリニアモータは様々な構造のリニアモータが考えられているが、回転機を切り開いて直線駆動する構造のものが多く用いられている。

例えば、特開２００１−２８８７５号公報（以下、特許文献１と呼ぶ）には、実施例の一つとして、製造の容易化，省スペース化及び電力効率の向上を図るために一つの巻線で多極化し、電機子には２種類の形状のコアを一つおきに同種のものとなるように複数配置したリニアモータが記載されている。

特開２００１−２８８７５号公報

上記特許文献１の一実施例のリニアモータのように、電機子を複数連結することによって、多相構造のリニアモータを構成する場合は、巻線側の全長が相数に比例して長くなるという課題が発生する。

本発明は、多相構造にする際の電機子間の距離を短縮し、リニアモータの全長を短くすることができるリニアモータを提供することを目的とする。

本発明の一つの特徴によれば、リニアモータを、電機子は二次側を介して対向する対向部を有し、巻線は電機子において二次側の脇に巻かれているものとする。

さらに、本発明の他の特徴によれば、リニアモータを、電機子が二次側を介して対向する対向部を有し、電機子において巻線が二次側と垂直方向に同一の位置に巻かれているものとする。

なお、本発明のその他の特徴は本願発明の開示欄に記載の通りである。

本発明によれば、リニアモータにおいて、多相構造にする際の隣り合う異相の電機子間の距離を短縮し、リニアモータの全長を短くすることが可能となる。

以下、本発明の実施例を説明する。

図４及び図５に、比較例のリニアモータの構成を示す。本比較例では、電機子ユニットの底辺に巻線を巻くＡ相電機子ユニット７，Ｂ相電機子ユニット８，Ｃ相電機子ユニット９が結合されて一つの一次側部材が構成される。

図２と同じく異相電機子間には所定の間隔を保つ必要がある。前記リニアモータの前記電機子の極ピッチをＰとするとき、隣り合う相異なる電機子の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ここに、ｋは隣り合う電機子の配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数｝を保つ必要がある。図５において巻線エンド部の長さをＬとすると、異相の電機子間（例えばＡ相とＢ相間、またはＢ相とＣ相間）は２Ｌ以上の間隔を保つ必要になる。それらの間隔に異相の電機子巻線エンド部は収まるように巻線設計上の制約を受ける。

図４に比較例に用いられるリニアモータを示す。図４は、コアに巻線を有する複数の電機子を持つリニアモータにおいて、該コアは巻線を配置する巻線部コアと二次側磁極の表部と裏部とに対向させる磁極部コアで構成され、多極で構成される１相分のコア組み合わせは、共通巻線一つで成立する構造であるリニアモータのことを示す。

図４（ａ）は、リニアモータの磁束の流れを示す図、図４（ｂ）は、リニアモータの全体図である。複数の永久磁石３４がＮ極，Ｓ極が交互になるように配置されリニアモータの二次側６になる。電機子３は、リニアモータの一次側（コイルを巻いた磁性体を有する側）に相当し、コア５１，５２と電機子巻線４から構成される。

コア５１，５２は磁性体で構成され、コア５１とコア５２には、上部と下部の磁極が互い違いになるように構成されている。二次側６は、コア５１とコア５２に囲まれる形状となっている。ここで、コア５１の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂを第一の対向部と定義し、コア５２の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第２の対向部と定義する。よって、（２ｎ−１）番目のコアは、第１の対向部、（２ｎ）番目のコアは、第２の対向部を有するように電機子３を構成する（但し、ｎ＝１，２，３，……）。コア５１，５２の各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間に一定のギャップを設け、ギャップに二次側６を通すと、二次側６が第１の対向部及び第２の対向部に挟持された構造を形成する。二次側６と電機子３の相対的な位置に応じて巻線４に単相の交流電流をながすと、リニアモータ各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間のギャップには、磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に通り、第１の対向部と第２の対向部に流れる磁束の向きは交互に逆方向になる。第１の対向部及び第２の対向部に流れる磁束と、永久磁石３４の作る磁束の相互作用により、二次側６にはｘ方向に電磁力による駆動力が発生し、二次側６が往復運動する。ここで、二次側６はコア５１とコア５２に囲まれた形状となっている。

図１は、本発明のリニアモータの実施例の全体図である。図１において、電機子３の磁極には巻線４が巻かれて、電機子３のユニットを複数個連結して一次側を構成し、二次側６はベアリング等で移動可能に支持されている。巻線４は二次側６の脇に巻かれている。巻線４は、二次側に対して磁極の方向（図４でいえば、ｙ軸方向）を避ける位置に配置され、望ましくは二次側６に対し、垂直方向（二次側の磁極の方向、図４でいえば、ｙ軸方向）に同一の位置に巻かれている。

電機子のコアは巻線４を配置する巻線部コアと二次側６磁極の表部と裏部とに対向させる磁極部コアで構成されている。各磁極の巻線はお互いにずれた位置に配置された構造であるが、各相の起磁力条件は同等であることで正常運転には問題がない。

また、微小な推力を要求する超小型リニアモータを製作する場合に、有効な手段の一つでもある。

図２に本発明の実施例の３相分電機子巻線を配置した一例を示す。図２に示すように、前記リニアモータの前記電機子の極ピッチをＰとするとき、隣り合う相異なる電機子の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛(ｋ＝０，１，２，…)，(Ｍ＝２，３，４，…)｝｛ここに、ｋは隣り合う電機子の配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数｝に保つ必要がある。それらの間隔には隣り合う電機子巻線エンド部は収まるように巻線設計を行う。

ここで、図５に示す比較例の巻線配置と図２に示す本発明の実施例の巻線配置の違いに付いて説明する。リニアモータの前記電機子の極ピッチをＰとするとき、隣り合う異相の電機子の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）を保つ必要がある。しかし、従来技術である図５に示す巻線方法だと隣り合う異相の電機子（例えば、７，８）の電機子巻線のコイルエンド部同士が隣接するため（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）が大きくなる。それに対して、本実施例である図２に示す巻線方法を採用すると、隣り合う異相の電機子巻線のコイルエンド部同士が隣接しないため（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）の大きさは、従来技術である図５に示す巻線方法より小さくなる。

結果的に、本実施例によれば、リニアモータにおいて、多相構造にする際の隣り合う異相の電機子間の距離を短縮し、リニアモータの全長を短くすることが可能となる。

図３は、本発明の駆動装置を用いたＸＹステージの全体図である。図３において、電機子３Ｘ，３Ｙは図２で示すＡ相，Ｂ相，Ｃ相、３つの電機子らの組み合わせによる３相駆動装置である。もちろん、２相，５相駆動装置も可能である。

図３において、３ＸはＸ方向駆動装置の電機子３を表し、３ＹはＹ方向駆動装置の電機子３を表す。ＸＹステージのベース１２０には、Ｘ方向駆動装置の電機子３Ｘが自由自在に駆動出来るように直線案内機構１２１（リニアベアリング）が配置されている。又、Ｙ軸においても、Ｙ方向駆動装置の電機子３Ｙが自由自在に駆動出来るように直線案内機構１２１（リニアベアリング）が配置されている。ベース１２０にはＸ方向駆動、若しくはＸＹ駆動が出来る他のＸＹステージ（図示せず）を用いて、ワークを固定し微小変位の動きを得ることも可能である。

本実施例によれば、リニアモータにおいて、多相構造にする際の隣り合う異相の電機子間の距離を短縮し、リニアモータの全長を短くする効果がある。

図３におい、一つの共通二次導体に対して，複数台の電機子３Ｙを駆動する方式（マルチ駆動方式）の場合、一台の電機子の全長を短くなることで、相対的に各電機子の有効ストロークが長くなる効果が得られる。

また、本実施例によれば、一つの共通二次導体に対して、複数台の電機子（リニアモータ）を駆動する方式（マルチ駆動方式）の場合、一台の電機子の全長を短くなることで、相対的に有効ストロークが長くなる効果がある。

本発明の実施例１のリニアモータの基本構造図。 本発明の実施例１のリニアモータを３相配置した構造図。 本発明の実施例２のＸＹステージの構造図。 比較例のリニアモータの基本構造図。 比較例のリニアモータの巻線配置の構造図。

符号の説明

３…電機子、３Ｘ…Ｘ軸電機子、３Ｙ…Ｙ軸電機子、４…巻線、６…二次側、１１ａ…磁極１の上部磁極歯、１２ｂ…磁極１の下部磁極歯、２１ｂ…磁極２の下部磁極歯、22ａ…磁極２の上部磁極歯、３４…永久磁石、５１…第１の対向部を有するコア、５２…第２の対向部を有するコア、１２０…ベース、１２１…直線案内機構。

Claims (12)

1. 巻線が巻かれたコアを有する複数の電機子を備える一次側と永久磁石を有する二次側とを備えるリニアモータにおいて、前記電機子は二次側を介して対向する対向部を有し、前記巻線は電機子において二次側の脇に巻かれていることを特徴とするリニアモータ。
2. 複数コアに巻線を有する複数の電機子を有する一次側と永久磁石を有する二次側とを備えるリニアモータにおいて、前記電機子は二次側を介して対向する対向部を有し、前記電機子において前記巻線が前記二次側の磁石の磁極の方向を避ける位置に巻かれていることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項２において、前記巻線が前記コアにおいて二次側に対して二次側の磁極の方向に同一の位置に巻かれていることを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項２において、前記巻線が前記コアにおいて二次側に対して垂直方向に同一の位置に巻かれていることを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項１において、前記電機子を構成するコアは複数であり前記二次側は前記複数のコアに囲まれる形状であることを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項２において、前記電機子を構成するコアは複数であり前記二次側は前記複数のコアに囲まれる形状であることを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項３において、前記電機子を構成するコアは複数であり前記二次側は前記複数のコアに囲まれる形状であることを特徴とするリニアモータ。
8. 被駆動体をＸ軸方向に駆動するリニアモータと被駆動体をＹ軸方向に駆動するリニアモータを備えるＸＹステージにおいて、前記リニアモータの少なくとも一つが複数の電機子を有する一次側と永久磁石を有する二次側を備え、前記電機子は二次側を介して対向する対向部を有し、前記巻線は電機子において二次側の脇に巻かれていることを特徴とする
   ＸＹステージ。
9. 請求項１において、磁極ピッチをＰ、相数をＭとすると、隣り合う異相の電機子の間の間隔がｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ（ｋは自然数）となることを特徴とするリニアモータ。
10. 請求項２において、磁極ピッチをＰ、相数をＭとすると、隣り合う異相の電機子の間の間隔がｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ（ｋは自然数）となることを特徴とするリニアモータ。
11. 請求項３において、磁極ピッチをＰ、相数をＭとすると、隣り合う異相の電機子の間の間隔がｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ（ｋは自然数）となることを特徴とするリニアモータ。
12. 請求項１において、相数が複数であることを特徴とするリニアモータ。
    
    

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