JP2008193845A

JP2008193845A - リニアモータ

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Publication number: JP2008193845A
Application number: JP2007027071A
Authority: JP
Inventors: Koji Watanabe; 浩司渡邊
Original assignee: KURONOFANGU KK
Current assignee: KURONOFANGU KK
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: JP5208432B2

Abstract

【課題】小型化、省スペース化に適したリニアモータを提供する。
【解決手段】リニアモータは、複数のコイルＣを軸体１−１の周囲に直列的に装着してなる固定子１と、前記複数のコイルからの磁束との相互作用によりこれら複数のコイルに沿って走行可能に組み合わされた複数の環状の永久磁石２−２を持つ可動子２とを有する。前記軸体は、前記複数のコイルを装着するためのコイル装着部１−２と、前記可動子の走行をガイドするためのガイド部１−３とを有し、前記可動子は、前記軸体の貫通可能な中空のケース２−１の内面側に、前記複数の永久磁石を装着すると共に、前記ガイド部によりガイドされるガイドブロック２−３を装着してなる。特に、前記ガイド部がスプライン軸で、前記ガイドブロックがスプラインナットであるボールスプライン構造により、前記可動子のスライドをガイドすることが望ましい。
【選択図】図５

Description

本発明は小型化に適したリニアモータに関する。

リニアモータには様々なタイプのものがあるが、リニアモータカーのような大きな駆動力を必要としない場合には、永久磁石とコイルとの組み合わせで構成されることが多い。このような永久磁石とコイルとの組み合わせによるリニアモータは、例えば半導体製造装置の分野において精密用マイクロステージ、または精密位置決めステージの駆動源として適用されている。これは、リニアモータによる駆動機構は、これまで主流であったボールネジ駆動機構に比べて駆動速度が高いうえに位置決め精度が高く、また高い繰り返し位置決め精度、駆動時と停止時のオーバシュート、アンダーシュートが小さく、等速移動時の速度リップルが小さいというような多くの利点があるからである。

図６を参照して、本発明者により提案されているリニアモータについて説明する。このリニアモータは特許文献１に開示されている。

図６において、リニアモータは、電磁石用コイル（以下、コイルと略称する）を複数個連続的に配列したものを収容した軸体（以下、固定子と呼ぶ）１０と、これらのコイルからの磁束との相互作用により固定子１０の延在方向と同じ方向に走行可能とした可動磁石体（以下、可動子と呼ぶ）２０とを含む。固定子１０は、ベース３０上に間隔をおいて固定された２つのブラケット３１の間に架け渡されている。

図７をも参照して、固定子１０と可動子２０の内部構造について説明する。固定子１０は、中空軸状のセンターコア１１と、センターコア１１の周囲に装着された複数のコイル１２と、複数のコイル１２の外周側をカバーするように組み合わされたパイプ１３とを含む。コイル１２は制御ドライバー４０のモータ接続端子に接続されたＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを含み、これらの各コイルはセンターコア１１の周囲にその磁極軸がセンターコア１１の軸芯に平行になるようにして可動子２０の走行範囲にわたって装着されている。

可動子２０は、パイプ１３を囲むことができるような環状の複数の永久磁石２１と、これら複数の永久磁石２１を収容している磁石ケース２２とを含む。複数の永久磁石２１は、同じ長さ寸法を持ち、しかも隣接する磁極が互いに反対向きになり、かつ磁極軸がセンターコア１１の軸芯に平行になるように直列的に組み合わされて磁石ケース２２に収容されている。コイル１２、永久磁石２１のサイズは、推力、リニアモータ全体の大きさ等の条件により変わるが、すべての永久磁石２１は軸方向の寸法が等しく、また軸方向の寸法がコイル１２の磁極軸方向の寸法の３倍になるように作られる。

パイプ１３の内径はコイル１２の外径よりやや大きく、外径が永久磁石２１の内径よりやや小さくなるようにされている。このようにして、パイプ１３の外面側と永久磁石２１の内面側との間及びコイル１２の外面側とパイプ１３の内面側との間にはそれぞれ、ギャップができるようにされている。そして、センターコア１１の中空部、場合によってはコイル１２の外面側とパイプ１３の内面側との間のギャップを気体や液体による冷却空間として利用する。パイプ１３にはステンレス等の非磁性金属材料が用いられるが、他の材料、例えば樹脂材料でも良い。

なお、可動子２０は、パイプ１３の外周に対してギャップを維持した状態、すなわちパイプ１３に非接触状態で移動させる必要がある。これは、ガイドブロック２３とガイドレール３２により実現される。すなわち、磁石ケース２２には２つのガイドブロック２３が組み合わされ、これら２つのガイドブロック２３が可動子２０の走行方向に沿うようにベース３０上に配置されたガイドレール３２によりスライド案内されるようにしている。

図６に戻って、ベース３０上には可動子２０の走行方向に沿ってリニアエンコーダ用のリニアスケール３３が配置され、磁石ケース２２にはリニアスケール３３に対向するようにエンコーダヘッド２４が設けられている。エンコーダヘッド２４からの検出信号は可撓性の信号ケーブルを持つキャタピラ状のケーブルベヤ（図示省略）を介して制御ドライバー４０に入力される。エンコーダヘッド２４からの検出信号は可動子２０の位置決め制御に利用されることは言うまでも無い。また、固定子１０内の各コイル１２は、ブラケット３１を介して三相用の電力ケーブル３５に接続され、電力ケーブル３５は制御ドライバー４０に接続されている。制御ドライバー４０は、単相１００Ｖの交流電源５０に接続する場合、単相−三相変換器を内蔵し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相がＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに接続される。但し、電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相がＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに一対一の関係で接続されるとは限らない。電源とＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルとの接続には様々な形態がある。制御ドライバー４０にはまた、制御データ入力手段及びデータ処理手段としてパーソナルコンピュータ等によるコンピュータ４１が接続され、コンピュータ４１から与えられるデータに基づき、エンコーダヘッド２４からの検出信号を用いて可動子２０の位置決め制御や速度制御をフルクローズドループ制御で実行する。

図８は、３つのＵ相コイル、Ｗ相コイル、Ｖ相コイルを１組とする基本構成を３組、すなわち合計９個のコイルを備える場合の接続と制御ドライバー４０を使用する場合の接続例を示す。ここでは、Ｕ相コイルについては第１のコイルＵ１の巻き始め端Ｓを制御ドライバー４０のＵ端子に接続し、第１のコイルＵ１の巻き終り端Ｅを第２のコイルＵ２の巻き終り端Ｅに接続している。そして、第２のコイルＵ２の巻き始め端Ｓを第３のコイルＵ３の巻き始め端Ｓに接続し、第３のコイルＵ３の巻き終り端Ｅをコモン端子に接続している。同様に、Ｗ相コイルについては第１のコイルＷ１の巻き終り端Ｅを制御ドライバー４０のＷ端子に接続し、第１のコイルＷ１の巻き始め端Ｓを第２のコイルＷ２の巻き始め端Ｓに接続している。そして、第２のコイルＷ２の巻き終り端Ｅを第３のコイルＷ３の巻き終り端Ｅに接続し、第３のコイルＷ３の巻き始め端Ｓをコモン端子に接続している。一方、Ｖ相コイルについては第１のコイルＶ１の巻き始め端Ｓを制御ドライバー４０のＶ端子に接続し、第１のコイルＶ１の巻き終り端Ｅを第２のコイルＶ２の巻き終り端Ｅに接続している。そして、第２のコイルＶ２の巻き始め端Ｓを第３のコイルＶ３の巻き始め端Ｓに接続し、第３のコイルＶ３の巻き終り端Ｅをコモン端子に接続している。

簡単に言えば、図８のように９個のコイルを備える場合には、２つの相については３つのコイルのうちの中間のコイルをその両側のコイルと巻き始め端Ｓ、巻き終り端Ｅを逆にして接続し、残りの１つの相については３つのコイルのうちの両側のコイルをそれらの間のコイルと巻き始め端Ｓ、巻き終り端Ｅを逆にして接続している。

これを１２個以上、すなわち４組以上の複数の組のコイルを有する場合について言えば、複数組における複数のＵ相コイル、複数のＷ相コイル、複数のＶ相コイルはそれぞれ相毎に直列接続されて制御ドライバー４０にスター結線により接続される。しかも、２つの相における複数のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、残りの１つの相における複数のコイルは奇数組における磁極が前記２つの相における複数のコイルの前記奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記２つの相における複数のコイルの前記偶数組における磁極と反対向きになるように接続される。

上記のリニアモータは、小型化に適しており、コイルを固定し、永久磁石を可動としたことにより、コイルにおける発熱に対する冷却構造を簡単にすることができ、可動部に対して電力を供給する必要が無いので可撓性の電力ケーブルを引きずることが無くなり、引きずりに起因する断線トラブルが少なくなる等の様々な利点を有する。

しかしながら、この種のリニアモータには更なる小型化が要求されている。

特開２００２−２９１２２０号公報

本発明の課題は、小型化、省スペース化に適したリニアモータを提供することにある。

本発明によるリニアモータは、複数の電磁石用コイルを軸体の周囲に、それらの磁極軸が前記軸体の軸芯と同じ向きになるようにして直列的に装着してなる固定子と、前記コイルを囲むことができるような環状あるいは略Ｕ形の断面形状を有して前記複数のコイルからの磁束との相互作用によりこれら複数のコイルに沿って走行可能に組み合わされた１つ以上の永久磁石を持つ可動子とを有するリニアモータであり、前記軸体は、前記複数のコイルを装着するためのコイル装着部と、前記永久磁石の走行をガイドするためのガイド部とを有し、前記可動子は、前記軸体の貫通可能な中空のケースの内面側に、前記１つ以上の永久磁石を装着すると共に、前記ガイド部によりガイドされるガイドブロックを装着してなることを特徴とする。

本発明によるリニアモータにおいては、前記軸体と前記可動子は以下の第１〜第３の態様を取り得る。

第１の態様においては、前記軸体はその軸芯方向に関して一方の側に前記コイル装着部を有すると共に、他方の側に前記ガイド部を有し、前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して一方の側に前記１つ以上の永久磁石を有すると共に、他方の側に前記ガイドブロックを有する。

第２の態様においては、前記軸体はその軸芯方向に関して中央部に前記ガイド部を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記コイル装着部を有し、前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して中央部に前記ガイドブロックを有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記１つ以上の永久磁石を有する。

第３の態様においては、前記軸体はその軸芯方向に関して中央部に前記コイル装着部を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記ガイド部を有し、前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して中央部に前記１つ以上の永久磁石を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記ガイドブロックを有する。

上記第１〜第３の態様のいずれにおいても、特に、前記ガイド部がスプライン軸で、前記ガイドブロックがスプラインナットであるボールスプライン構造により、前記可動子の直線運動をガイドすることが好ましい。この場合、前記スプライン軸の外周、前記スプラインナットの内周の一方には少なくとも１つのキー溝が、他方には該キー溝に嵌合する少なくとも１つのキーがそれぞれ形成されていることが好ましい。

また、前記コイル装着部と前記ガイド部は鉄系の材料から成る一体の軸体であり、該軸体のうち少なくとも前記ガイド部は焼入れ処理されたものであることが望ましい。

前記複数のコイルは、前記コイル装着部の周囲にＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを相順に直列的に装着したもの複数組からなり、前記１つ以上の永久磁石は、前記軸体の軸芯方向に関して前記各相のコイルの３倍の長さ寸法を有すると共に、前記軸芯方向又は該軸芯に向かって放射状に着磁されかつ隣接する磁極が互いに反対向きになるように直列的に組み合わされた３個の永久磁石からなる。この場合、前記複数組における複数の前記Ｕ相コイル、複数の前記Ｖ相コイル、複数の前記Ｗ相コイルはそれぞれ相毎に直列接続されてスター又はデルタ結線により接続され、しかも２つの相における複数のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、残りの１つの相における複数のコイルは奇数組における磁極が前記２つの相における複数のコイルの前記奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記２つの相における複数のコイルの前記偶数組における磁極と反対向きになるように接続されていることが望ましい。

本発明によるリニアモータによれば、以下の効果が得られる。

固定子と可動子の組み合わせ体と、これとは別に可動子のスライドをガイドするガイド部材とを並設する必要が無く、１本の軸状に構成できるのでコンパクトになり、省スペース構成で部品点数も少なくなるので大幅なコストダウンにつながる。

可動子側をケーブルレスとすることができるので、ケーブルの引きずりに起因するケーブル断が少ない。また、１本の軸状に構成されるので進直性のアライメント調整が不要となる。

図１〜図５を参照して、本発明によるリニアモータの好ましい実施形態について説明する。

本発明によるリニアモータは、可動子のガイド部分に特徴があり、電磁石用のコイルと永久磁石との組み合わせによる推進力発生源の構成は、図６〜図８で説明したリニアモータにおける推進力発生源の構成をそのまま採用できる。それゆえ、以下では、この推進力発生源の構成、作用については詳しい説明は省略し、図６〜図８で説明したものと異なる部分について説明するものとする。

図１は、本実施形態によるリニアモータを底面図（図ａ）、側面図（図ｂ）、端面図（図ｃ）で示す。

本実施形態によるリニアモータは、複数の電磁石用コイル（以下、コイルと呼ぶ）を有する軸状の固定子１と、複数の永久磁石を有する可動子２とを有する。可動子２は、固定子１の貫通可能な中空の箱状であり、固定子１に沿ってスライド（走行）可能である。

図２は、固定子１の外観（図ａ）及び端面（図ｂ）を示し、鉄系の材料による軸体１−１を有する。軸体１−１は、複数のコイルＣを装着するためのコイル装着部１−２と、可動子２のスライドをガイドするためのガイド部１−３とを有する。ここでは、コイル装着部１−２とガイド部１−３とは一体の軸体であり、軸体１−１の中心には軸方向に貫通孔１−１ａが設けられている。この貫通孔１−１ａは、前述したように、コイルＣの発熱を内側から強制冷却する場合に、冷却媒体の流通に利用される。したがって、コイルＣの内側からの強制冷却を行わない場合には貫通孔１−１ａは不要である。コイル装着部１−２とガイド部１−３との間にはフランジ状の突起１−４が形成され、この突起１−４は後述するガイドブロック、ひいては可動子２のストッパーとして作用する。

本実施形態では、コイルＣが１２個装着され、４個のＵ相コイルＵ１〜Ｕ４、４個のＶ相コイルＶ１〜Ｖ４、４個のＷ相コイルＷ１〜Ｗ４がそれぞれ相順に配列されると共に、相毎に直列接続されてスター結線により制御ドライバーに接続される。つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相について４組のコイルからなり、この場合、図８に関連して説明したように、２つの相における４個のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、残りの１つの相における４個のコイルは奇数組における磁極が前記２つの相における４個のコイルの前記奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記２つの相における４個のコイルの前記偶数組における磁極と反対向きになるように接続される。

図３は、可動子２の内部構造を説明するための断面図（図ａ）及び端面図（図ｂ）である。可動子２は、軸体１−１の貫通可能な中空のケース２−１と、その一端側寄りの内面側に固着された３個の環状（略Ｕ形状でも良い）の永久磁石２−２と、反対端側寄りの内面側に固着されてガイド部１−３によりスライドがガイドされるガイドブロック２−３とを有する。ガイドブロック２−３は断面ではなく、外観が示されている。ケース２−１は磁性体材料で作られるのが好ましいが、この限りではない。

永久磁石２−２は、軸体１−１の軸芯方向に関してコイルＣの長さの３倍の長さを有し、隣接する磁極の向きが互いに反対向きになるように固着されている。なお、永久磁石２−２の着磁方向は、軸体１−１の軸芯方向、軸芯に向かう放射状方向（径方向）のいずれでも良いが、図３では軸芯方向の着磁を示している。このような永久磁石の配置の場合、永久磁石相互間には反発力が作用するので、３個の永久磁石２−２は以下のようにしてケース２−１内に固着されている。ケース２−１の内面側に３個の永久磁石２−２を受け入れることのできる長さを持つ凹部２−１ａを形成して３個の永久磁石２−２を収容し、図１（ｃ）に示すように、ケース２−１の端部を蓋部材２−４で塞ぎ、しかも蓋部材２−４を通してケース２−１の端部における４つのコーナーにボルト２−５を螺入する。勿論、蓋部材２−４には、コイルＣを装着したコイル装着部１−２の貫通可能な穴が設けられている。

スライドブロック２−３は、３個の永久磁石ケース２−２と共にケース２−１に固着されていることによりこれらは常に一体的に可動である。そして、スライドブロック２−３をガイド部１−３が貫通していることにより、スライドブロック２−３の移動がガイド部１−３により案内される。これは、可動子２全体が一体的にガイド部１−３により移動をガイドされることを意味する。

本実施形態では特に、ガイド部１−３とガイドブロック２−３とをボールスプライン構造により実現するようにしており、以下にこれを簡単に説明する。

周知のように、ボールスプラインは、スプライン軸と、このスプライン軸に装着されるスプラインナットとからなり、スプライン軸とスプラインナット間に多数の鋼球を介在させ、鋼球を循環運動させながらころがり対偶でスプラインナットのスライドをガイドする。このような多数の鋼球によるスライドガイド部は、通常、スプラインナットの周方向に間隔をおいて数箇所に設けられる。また、通常、スプライン軸には１つ以上のキー溝が形成され、スプラインナットの内径面にはキー溝に嵌合する１つ以上のキー（図示省略）が形成される。

本実施形態では、図２に示すガイド部１−３が上記のスプライン軸と同様の機能を持つように作られ、図３に示すガイドブロック２−３は上記のスプラインナットで実現される。但し、図２ではキー溝は図示を省略している。軸体１−１は、鉄系の材料で作られるが、特に、少なくともガイド部１−３は焼入れ処理、例えば高周波焼入れ処理を施されることが望ましい。コイル装着部１−２については、いわゆる生鉄の方が、残留磁気特性が良いので焼き入れ処理はしない方が好ましい。図２ではガイド部１−３にキー溝は示していないが、これはボールスプラインにはキー溝とキーを持たないものもあり、本発明はこのようなボールスプラインであっても適用可能であるからである。いずれにしても、ボールスプラインは、可動部のピッチング防止機能、ヨーイング防止機能において優れた効果を持つ。

図４は、ガイドブロック（スプラインナット）２−３を装着する前の、可動子２の構造を断面図で示す。凹部２−１ａとは反対側のケース２−１の内面にはガイドブロック２−３を受け入れると共に、その固定収容位置を規定する凹部２−１ｂが形成されている。

図５は、可動子２を固定子１に組み付けた状態を断面図で示す。コイル装着部１−２の端部からＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル用巻線Ｌが引き出され、制御ドライバーに接続される。特許文献１に開示されたリニアモータでは、図７で説明したように、永久磁石２１の内周面とコイル１２の外周面との間にはパイプ１３が設けられている。これに対し、本実施形態では、コイルＣの外周面を機械的強度の大きい絶縁性のテープを巻いて被覆する（図示省略）ことでパイプを省略している。これにより、コイルＣと永久磁石２−２との間のギャップを小さくして、図７の場合よりも大きな推進力が得られるようにしている。

リニアモータとしての駆動原理は、特許文献１に開示されているリニアモータと同じ原理であるので説明は省略するが、前述したように、ケース２−１、３個の永久磁石２−２、ガイドブロック２−３は一体的に動く。そして、この動きは、ガイドブロック（スプラインナット）２−３がガイド部（スプライン軸）１−３でガイドされることによりガイドされる。特に、可動子２のスライドが、ボールスプラインの持つ、優れたピッチング防止機能、ヨーイング防止機能により、永久磁石２−２の内周面とコイルＣの外周面との間のギャップを一定に保持した状態でガイドされる。

軸体１−１に設けられたストッパー１−４は、スライドブロック２−３の端部と係合することで、可動子２の図中右方への移動を規制する。一方、図中、左方への移動規制は図示しないメカニカルストッパー等によりケース２−１あるいはスライドブロック２−３を係止することで実現される。

本実施形態によるリニアモータは、主として数１０ミリ以下の小ストロークで使用されることが多いが、可動子２のストロークは固定子１のコイルＣの延在長、言い換えればコイルＣの個数で任意に設定することができる。

本実施形態によるリニアモータは、図５に示すようなベース体５と組み合わされることが好ましい。この場合、本リニアモータは固定子１の少なくとも一端側においてベース体５に設けられたブラケット５−１に固定されれば良い。そして、可動子２の底面にリニアスケールを設置し、これに対向するベース体５にはエンコーダヘッドを設置することで可動子２の位置検出を行うことができる。

本実施形態におけるリニアモータの特徴を挙げれば以下の通りである。

コンパクト設計
固定子と可動子の組み合わせ体と、これとは別に可動子のスライドをガイドするガイド部材とを並設する必要が無く、１本の軸状に構成できるのでコンパクトになり、省スペース構成で設計者の工数を低減でき、また組付け精度が向上し、高価である磁石を少量しか用いないうえに部品点数も少なくなるので大幅なコストダウンにつながる。

長寿命・メンテナンスフリー
可動子側をケーブルレスとすることができるので、ケーブルの引きずりに起因するケーブル断が少ない。また、１本の軸状に構成されるので進直性のアライメント調整が不要となる。

リニアモータ本体は長寿命であり、基本的な精度維持寿命はガイド構造（ボールスプライン）に依存する。

高分解能
位置決め精度は、組み合わされるリニアエンコーダにより、シングルナノメーターも可能である。

ユーザー(設計者)の負担軽減
設計する際の負担軽減と実際の組み付けもそのままボルトオンで装着可能である。

真空環境に対応
１０^−５パスカル程度の真空環境下でも使用可能である。この場合、コイルＣの外周を被覆するテープの材料には真空下で不純物を放出しないような材料を選択する。

以上、本発明によるリニアモータを好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、様々な変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、軸体１−１はその軸芯方向に関して一方の側にコイル装着部１−２を有すると共に、他方の側にガイド部１−３を有し、可動子２においては、ケース２−１の中心軸方向に関して一方の側に３個の永久磁石２−２を直列的に配置して有すると共に、他方の側にガイドブロック２−３を有するようにしている。永久磁石は１個以上あれば良く、以下のような形態としても良い。

軸体はその軸芯方向に関して中央部にガイド部を有すると共に、この中央部を間にした両側にそれぞれコイル装着部を有し、可動子においては、ケースの中心軸方向に関して中央部にガイドブロックを有すると共に、この中央部を間にした両側にそれぞれ１つ以上の永久磁石を直列的に配置して有する構造とする。あるいはまた、軸体はその軸芯方向に関して中央部にコイル装着部を有すると共に、この中央部を間にした両側にそれぞれガイド部を有し、可動子は、ケースの中心軸方向に関して中央部に１つ以上の永久磁石を直列的に配置して有すると共に、この中央部を間にした両側にそれぞれガイドブロックを有する構造とする。

また、可動子のスライドガイドはボールスプラインに限られるものではなく、直動運動をガイドするものであれば何でも良い。例えば、樹脂製の低摺動ブッシュやエアブッシュ、つまりエア浮上による静圧軸受等が挙げられる。また、隣り合う永久磁石２−２の間や、隣り合うコイルＣの間にそれぞれ磁性体によるスペーサ部材を介在させるようにしても良い。更に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相コイルの接続形態は、スター結線だけでなく、特許文献１にも開示されているように、並列スター結線、デルタ結線、並列デルタ結線等、様々な形態が適用できる。

本発明によるリニアモータは様々な分野への適用が可能であるが、例えば半導体製造装置関連ではボンダー、マウンター等のヘッド駆動源、精密機械装置関連ではレーザー等の光学装置の光軸調整等、幅広い用途に適用可能である。

図１は本発明によるリニアモータの好ましい実施形態の外観を底面図（図ａ）、側面図（図ｂ）、正面図で示す。図２は、図１のリニアモータにおける固定子の構造を示す。図３は、図１のリニアモータにおける可動子の構造を示す。図４は、図１のリニアモータにおける可動子を、ガイドブロックの装着前の状態について示す。図５は本発明によるリニアモータの好ましい実施形態の内部構造を説明するための断面図である。図６は、本発明者により提案されているリニアモータとその周辺機器について説明するための図である。図７は、図６に示されているリニアモータの内部構造を説明するための図である。図８は、図６に示されているリニアモータにおける三相コイルの接続形態を説明するための図である。

符号の説明

１固定子
１−１軸体
１−２コイル装着部
１−３ガイド部
１−４ストッパー
２可動子
２−１ケース
２−２永久磁石
２−３ガイドブロック
２−４蓋部材
２−５ボルト
５ベース体
５−１ブラケット

Claims

複数の電磁石用コイルを軸体の周囲に、それらの磁極軸が前記軸体の軸芯と同じ向きになるようにして直列的に装着してなる固定子と、前記コイルを囲むことができるような環状あるいは略Ｕ形の断面形状を有して前記複数のコイルからの磁束との相互作用によりこれら複数のコイルに沿って走行可能に組み合わされた１つ以上の永久磁石を持つ可動子とを有するリニアモータにおいて、
前記軸体は、前記複数のコイルを装着するためのコイル装着部と、前記永久磁石の走行をガイドするためのガイド部とを有し、
前記可動子は、前記軸体の貫通可能な中空のケースの内面側に、前記１つ以上の永久磁石を装着すると共に、前記ガイド部によりガイドされるガイドブロックを装着してなることを特徴とするリニアモータ。
前記軸体はその軸芯方向に関して一方の側に前記コイル装着部を有すると共に、他方の側に前記ガイド部を有し、
前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して一方の側に前記１つ以上の永久磁石を有すると共に、他方の側に前記ガイドブロックを有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
前記軸体はその軸芯方向に関して中央部に前記ガイド部を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記コイル装着部を有し、
前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して中央部に前記ガイドブロックを有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記１つ以上の永久磁石を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
前記軸体はその軸芯方向に関して中央部に前記コイル装着部を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記ガイド部を有し、
前記可動子は、前記中空のケースの中心軸方向に関して中央部に前記１つ以上の永久磁石を有すると共に、該中央部を間にした両側にそれぞれ前記ガイドブロックを有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
前記ガイド部がスプライン軸で、前記ガイドブロックがスプラインナットであるボールスプライン構造により、前記可動子の直線運動をガイドすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のリニアモータ。
前記スプライン軸の外周、前記スプラインナットの内周の一方には少なくとも１つのキー溝が、他方には該キー溝に嵌合する少なくとも１つのキーがそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
前記コイル装着部と前記ガイド部は鉄系の材料から成る一体の軸体であり、該軸体のうち少なくとも前記ガイド部は焼入れ処理されたものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のリニアモータ。
前記複数のコイルは、前記コイル装着部の周囲にＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを相順に直列的に装着したもの複数組からなり、前記１つ以上の永久磁石は、前記軸体の軸芯方向に関して前記各相のコイルの３倍の長さ寸法を有すると共に、前記軸芯方向又は該軸芯に向かって放射状に着磁されかつ隣接する磁極が互いに反対向きになるように直列的に組み合わされた３個の永久磁石からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のリニアモータ。
前記複数組における複数の前記Ｕ相コイル、複数の前記Ｖ相コイル、複数の前記Ｗ相コイルはそれぞれ相毎に直列接続されてスター又はデルタ結線により接続され、しかも２つの相における複数のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、残りの１つの相における複数のコイルは奇数組における磁極が前記２つの相における複数のコイルの前記奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記２つの相における複数のコイルの前記偶数組における磁極と反対向きになるように接続されていることを特徴とする請求項８に記載のリニアモータ。