JP2009153371A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングやリプルの低減を同時に実現することができるモータを提供する。
【解決手段】特定方向に等間隔でティース２１が複数形成された固定子２と、固定子２に対して前記特定方向へ移動自在に支持された可動子３とを備え、可動子３とティース２１との間に形成された各ギャップＧに順次磁束を発生させて、可動子３を固定子２に対して相対移動させるモータ１において、各ティース２１に、隣接するティース２１間の間隙であるスロット２２に連通してティース２１の断面形状を部分的に狭める切り欠き部２１ｂを形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータや回転式のモータ等のモータ（発動機）に関するものである。

本出願人はこれまで、固定子に所定間隔で特定方向に沿ってティース（歯部）を複数形成し、この固定子に対して可動子を磁束発生部として固定子におけるティースの整列方向へ移動自在に支持させたリニアモータ等のモータに関する発明を行ってきている（例えば、特許文献１、２参照）。これらのモータでは、固定子における各ティースと対面する可動子の各端面に隣接するティース同士の間隔の半分の間隔で極歯と溝部とを交互に形成し、この各溝部に隣同士の極性が互いに逆方向となるように永久磁石を挿入配置し、可動子のコイルが巻回された各磁極と固定子の各ティースとの間に形成されたギャップ（間隙）に順次磁束を発生させることにより、可動子を固定子に対して相対移動させるように構成している。

このようなリニアモータも含むモータ全般に関しては、コギングや駆動時の推力リプルを如何に低減するか、という問題がある。コギングやリプルの低減に関する技術については種々発案されてきているが、例えば回転式のモータにおいて、回転子と対面する固定子界磁鉄心におけるティースのギャップ面に所定の角度間隔で補助溝を形成することによってコギングトルクやトルクリプルを低減する、という技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

他にも、モータにおいては、特に固定子には隣接するティース同士の間に一定間隔のスロット（隙間）が存在するものがあるが、狭い開口幅のスロットが多数整列した構成となっているため、特にスロットが上向きに開口しているリニアモータでは、このスロットに埃や破損したワークが落ちるとそれらの除去が困難となるという問題があった。ただし、このようにティース間のスロットに埃等が落ち込むと除去しにくいという問題は、リニアモータに限らず回転式のモータにおいても同様に生じ得るものである。そこで従来は、例えばリニアモータにおいては、固定子におけるスロットに溶融したエポキシ樹脂等の樹脂材料を流し込み硬化させることで樹脂モールドとし、外観上ティース間の深い溝であるスロットを埋めることによって斯かる問題を解消してきている（例えば、非特許文献１、第２頁等参照）。

特公平７−５９１４４号公報 特開平１０−１７４４１９号公報 特開平１０−０４２５３１号公報 「神鋼ＨＤモータ」カタログ、神鋼電機株式会社、２００５年発行

ところが、特許文献３に記載されるようなティースのギャップ面に補助溝を形成した場合、或いはこのような技術を例えばリニアモータの固定子に転用して、固定子におけるティースのギャップ面に補助溝を形成した場合、コギングやリプルの低減は実現されるとも考えられるが、これら回転式のモータやリニアモータにおいて更なるコギングやリプルの低減化が望まれている。また、磁気抵抗によって推力が低減してしまうと考えられる。

また、ティースのギャップ面に形成した補助溝に埃や破損したワークが落ちると除去しにくいという問題が生じ得る。そこで、非特許文献１に記載のように、ティースのギャップ面に形成される補助溝を樹脂モールドにより埋めるという方法も考えられるが、この方法では、スロットに溶融した樹脂を流し込み硬化させるというモールド工程に長時間を要するだけでなく、樹脂の種類によっては、モールド時に歪んで例えば膨出する場合がある。このときには、ティースのギャップ面よりも膨出した樹脂を研磨等により十分に除去しなければ、固定子と可動子との間の小さいギャップを十分に確保することができず、ギャップの寸法管理が困難である、という諸問題が存在する場合がある。この場合、非特許文献１に記載のように、リニアモータの固定子のティース間におけるスロットを樹脂モールドで埋めるという技術では、時間的な損失やコストアップを招来することとなっていた。特に、固定子の表裏両面にティースを形成したタイプのリニアモータにあっては、固定子の一方の面側のティース間のスロットに樹脂を流し込んで硬化を待ち、その後他方の面側のティース間のスロットに樹脂を流し込んで再び硬化を待つという、長時間を要する工程を経なければならないため、とりわけ時間的なロスが大きいといえる。また、ティースが片面のみにあるか両面にあるかを問わず、固定子の廃棄時には、金属部材である固定子の本体と樹脂部材であるモールドとを分離する手間やコストが多大となり、リサイクル性が比較的低いという問題もあった。

そこで本発明は、このような問題に鑑みて、コギングやリプルの低減を実現することができ、また固定子におけるティース間のスロットへの埃やワークの落下を効率的に防止することもできるモータの提供を主たる目的とするものである。

すなわち本発明に係るモータは、特定方向に沿って等間隔でティースが複数形成された固定子と、当該固定子に対して特定方向へ移動自在に支持された可動子とを備え、可動子と固定子の各ティースとの間に形成された各ギャップに順次磁束を発生させることにより、可動子を固定子に対して相対移動させるモータにおいて、固定子の各ティースに、隣接するティース間の間隙であるスロットに連通して特定方向に沿ったティースの断面形状を部分的に狭める切り欠き部を形成したことを特徴とするものである。

ここで、本発明が適用されるモータには、磁界と電流の相互作用による力を利用して直線運動を得るリニアモータや、回転運動を出力する回転式モータ等が挙げられる。なお、本発明のモータにおいては、可動子側の磁極にコイルを巻回して磁束発生部とするか、固定子側の各ティースにコイルを巻回して磁束発生部とするかは任意に選択することができる。固定子に形成されるティースの整列方向である前記特定方向とは、リニアモータの場合には所定の直線方向であり、回転式モータの場合には可動子の回転中心を中心とする所定の円の周方向である。また、固定子の各ティースに形成される切り欠き部については、ティースをこの特定方向に沿った断面形状を部分的に狭めるものであるという条件を満たせば、形状や特定方向への深さ等は適宜に設定することができ、各ティースごとの切り欠き部の数も１つ以上であれば複数形成しても構わない。

このように本発明に係るモータは、固定子のティースに上述のような切り欠き部を形成することによって、作用機序は必ずしも明らかではないが、従来よりモータにおいて課題とされていたコギングの低減、リプルの低減、磁気吸引力の低減、インダクタンスの低減を、モータの推力を低下させることなく実現することができることが認められた。

また、本発明のモータは、非磁性又は弱磁性材料からなり固定子に取り付けられて隣接するティース間の間隙であるスロットを蓋封するカバー部材をさらに具備するものとして、カバー部材を、切り欠き部内に位置付けられる突端部と、当該切り欠き部と連通しているスロットを蓋封する蓋部とを具備するものとしている。カバー部材を構成し得る非磁性材料には、例えば樹脂、木材、アルミ、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ガラス、セラミック、カーボン、ガラスエポキシ等から選択される適宜の材料を、弱磁性材料には、マグネットウエッジや弱磁性ＳＵＳ等から選択される適宜の材料を、目的や利便性等に応じて利用することができる。

上述のような構成の本発明に係るモータにおいては、固定子の各ティースに、当該ティースと隣接するスロットに連通する切り欠き部を形成するという、簡易な構造を採用することにより、当該切り欠き部に固定子とは別部材であるカバー部材の突端部を位置付けて取り付けることにより、このカバー部材の蓋部によってスロットを蓋封することができる。このため、スロットへの埃や破損したワークの落ち込みを効率的に防止することが可能となることから、従来行われていたスロットを塞ぐための樹脂モールドの形成を不要とすることができる。その結果、樹脂モールドを形成するために要していた工程をなくして工程の短縮化、コスト削減、モータの軽量化を図るとともに、固定子と可動子との間のギャップの寸法管理も容易に行うことができるようになる。特にリニアモータにおいては、ティース間のスロットが上方に向けて開口している態様が通例であるため、樹脂モールドなしでスロットへの埃等の進入を防止できるという本発明の作用効果は顕著であり、さらに固定子の表裏両面にティースを有するタイプのリニアモータにおいては、樹脂モールドの工程を省くことができる本発明の作用効果が顕著である。また、回転式モータの場合においても、スロットへの埃や破損したワークの進入防止効果が有用であるのはもちろんである。さらに、固定子のスロットに樹脂モールドを施していた従来の構成では、固定子の本体と樹脂モールドとの分別が困難であったが、本発明によれば、固定子からカバー部材を取り外せば両者の分別を行うことができるため、廃棄時の作業性やリサイクル性能を向上することも可能である。したがって本発明は、上述のような構成とすることにより、コギングやリプル等の低減、モータ性能の向上という上記諸効果同時に、樹脂モールドレスに代えてカバー部材を固定子に取り付けることによる上記諸効果とを得ることができる従前にない優れたモータであるといえる。

また、カバー部材における蓋部を、そのカバー部材により蓋封されるスロットを挟む一対のティースにおいてギャップに面するギャップ面と略面一に当該スロットを蓋封するもとすれば、カバー部材の蓋部によってスロットを略完全に塞ぎ、隣接するティースのギャップ面同士の間に段差が殆ど形成されなくなることから、スロットへの埃等の落ち込みを略完全に抑制することができる。なお、カバー部材をこのような構成とせず、隣接するティースのギャップ面よりもやや低い位置に蓋部を位置付けるようにカバー部材を構成しておけば、スロットのうちギャップに露出する部分はごく浅いものとなるので、その部分に埃等が入っても、その埃等の除去は、スロットが完全に露出している場合と比較してはるかに容易となる。

このような本発明のモータにおいては、固定子のティースに形成される切り欠き部は、各ティースの開放端側である先端部に形成することが望ましい。各ティースの先端部のうち、ギャップに面する先端に切り欠き部を形成する場合には、切り欠き部がティースと固定子との間のギャップに開口することとなるため、カバー部材の突端部をその切り欠き部に載置して適宜固定子に対して取り付ければよく、ギャップの寸法を狭めないようにカバー部材の蓋部の配置や形状を設定すればよい。また、各ティースの先端部のうち、ティースの基端から先端（開放端）までの間の略中央部から先端側においてギャップには露出しない領域に切り欠き部を形成する場合には、カバー部材の突端部を切り欠き部に係合させることによって、カバー部材を固定子に取り付けることも可能となる。

また、各ティースに形成される切り欠き部を、そのティースを挟む一対のスロットにそれぞれ連通させて形成している場合、すなわち、１つのスロットにはその両側のティースに少なくとも１つずつの切り欠き部が形成されて連通している場合、カバー部材の突端部を両側の切り欠き部に取り付けるという構成が可能となって、カバー部材の固定子に対する取付状態を安定化することができることとなる。

また、カバー部材には、複数のティースにおける各切り欠き部にそれぞれ取り付けられる突端部を複数形成して、さらに複数のスロットをそれぞれ蓋封する蓋部を複数形成し、これら複数の突端部及び蓋部を一体的に備えた構成のものを採用することもできる。この場合には、カバー部材を固定子に取り付ける１回の操作で同時に複数のスロットを塞ぐことができるため、カバー部材の取付作業の効率を向上することができる。

また、上述したような本発明において、カバー部材を固定子に対して着脱可能なものとすれば、モータの使用開始後にカバー部材に損傷が生じた場合の交換や、廃棄時の固定子とカバー部材との分別を容易なものとすることができる。

本発明に係るモータによれば、固定子のティースにこのような切り欠き部を形成する結果として、各種のモータにおいて課題とされるコギングやリプルの低減、磁気吸引力やインダクタンスの低減を、モータ本来の推進力の低下を招くことなく実現することができる。さらに、固定子のティースにスロットに連通する切り欠き部を形成し、この切り欠き部を利用してカバー部材を取り付けるという簡易な構成とすることにより、スロットを樹脂モールドで塞ぐ代わりにカバー部材で塞ぐことができるため、固定子の軽量化や固定子製造の工程短縮や部材分別の容易化、固定子のティースと可動子との間のギャップの寸法管理の容易化を図りつつ、従来と同様にスロットへの埃や破損したワークの落ち込み防止を実現することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明のモータの一実施形態に係るリニアモータ１の概略を示す縦断面図である。まず、同図を用いて、このリニアモータ１の概略を説明する。リニアモータ１は、３相リニアパルスモータの一例であって、主としてスライダ３を直線的に相対移動させる床面等に固定された固定子であるスケール２と、このスケール２に沿って直線的に相対移動可能とされた可動子であるスライダ３と、スケール２に取り付けられたカバー部材であるスロットカバー４とから構成される。

スケール２は、図１、図２（スケール２の概略的な斜視図）、図３（スケール２の概略的な平面図）、図４（図３のＡ−Ａ線断面図）に示すように、床面等に沿って一方向に長尺な部材であり、その上面中央部には長手方向Ｍに沿ってティース（歯部）２１が所定ピッチで複数形成されている。ここで、隣接するティース２１，２１同士の間隙をスロット２２と称し、各ティース２１の上面をスライダ３との間の一定の隙間であるギャップＧに面するギャップ面２１ａと称するものとする。このスケール２には、スロット２２を蓋封するスロットカバー４を取り付けている。その取付のための構造として、図５に拡大縦断面図として示すように、スケール２の各ティース２１には、その上端部においてギャップ面２１ａには露出しない位置に、スケール２の長手方向Ｍと直交する方向（換言すれば各ティース２１の長手方向）に、各ティース２１の肉厚を狭めるように前後一対の切り欠き部２１ｂ，２１ｂを形成している。本実施形態では、両切り欠き部２１ｂ，２１ｂは、側断面視コ字型をなし、当該ティース２１において略同一高さ位置に形成されている。このような切り欠き部２１ｂを隣接するティース２１，２１間のスロット２２との関係で見ると、１つのスロット２２には前後のティース２１，２１に形成された切り欠き部２１ｂ，２１ｂがそれぞれ連通していることになる。

スロットカバー４は、本実施形態では一例として、非磁性材料からなる矩形板状の部材を適用している。非磁性材料には、樹脂、木材、アルミ、ＳＵＳ、ガラス、セラミック、カーボン、ガラスエポキシ等から選択される磁性を有さない適宜の材料を用いることができる。図５に拡大して示すように、スケール２の長手方向に沿ったスロットカバー４の幅寸法は、１つのスロット２２の開口幅寸法と２つの切り欠き部２１ｂ，２１ｂの切り欠き深さの合計に略対応している。また、ティース２１の高さ方向に沿ったスロットカバー４の肉厚は、各切り欠き部２１ｂの切り欠き高さ寸法に略対応している。さらにスロットカバー４の長手寸法は、スケール２のティース２１の長手寸法に略対応させている。このようなスロットカバー４をスケール２に取り付ける際には、スロットカバー４を１つのスロット２２に位置付け、当該スロット２２に連通し対向して開口する一対の切り欠き部２１ｂ，２１ｂに方向Ｍにおけるスロットカバー４の両端部４１，４１を挿入し係合させる。すなわち、スロットカバー４の方向Ｍにおける両端部４１，４１は、切り欠き部２１ｂ，２１ｂ内に位置付けられて取り付けられる突端部として機能し、スロットカバー４の当該両端部４１、４１以外の領域は、スロット２２をその上端部側において蓋封する蓋部４２として機能することとなる。斯かる構成でスロットカバー４をスケール２に取り付けた場合、スロットカバー４の上面、すなわち蓋部４２のギャップＧに面する上面４２ａは、各ティース２１のギャップ面２１ａよりも若干低く位置付けられる。すなわち、スロット４はその上端部側の一部をごく浅くギャップＧに露出していることとなる。

また、スロットカバー４の両端部４１，４１を切り欠き部２１ｂ，２１ｂに挿入係合させて隣接する一対のティース２１，２１に取り付けている場合には、スロットカバー４のスケール２に対する更なる安定化は特に必要とされないが、念入りに安定化を図る必要があれば、両端部４１，４１を対応する切り欠き部２１ｂ，２１ｂ内に接着等の手段で固定すればよい。また、スロットカバー４の素材が比較的硬質であれば、スロットカバー４の取付作業はスケール２の側方（ティース２１の長手方向）から行えばよいが、比較的柔軟な場合には、スロットカバー４を撓めることでティース２１のギャップ面２１ａ側から取り付けることも可能である。

なお、上述したティース２１の切り欠き部２１ｂに対応するスロットカバー４の変形例としては、図６に拡大して示すようなものを採用することも可能である。この変形例に係るスロットカバー４’は、断面形状が冂字型をなし前記スロットカバー４と同等の長手寸法を有し、１つのスロット２２に嵌め込まれる部材であって、スケール２のスロット２２の深さ寸法と略等しい高さ寸法を有する一対の脚部４１’，４１’と、これら脚部４１’，４１’の上端部を繋ぎスロット２２の開口幅寸法に略対応させた平板状の蓋部４２’とを一体に形成したものである。一対の脚部４１’，４１’には、このスロットカバー４’により蓋封されるスロット２２を挟む一対のティース２１の各切り欠き部２１ｂ，２１ｂに挿入係合される位置に、外側へ突出させた小突起である突端部４１ａ’，４１ａ’をそれぞれ形成している。このようなスロットカバー４’をスロット２２内に嵌め込み、各突端部４１ａ’，４１ａ’をそれぞれ切り欠き部２１ｂ，２１ｂ内に位置付けて取り付けると、前述のスロットカバー４とは異なり、蓋部４２’の上面４２ａ’は隣接する一対のティース２１，２１の各ギャップ面２１ａ，２１ａと略面一となるため、スロット２２をギャップＧに露出させることなく略完全に蓋封することが可能である。

スライダ３は、図１に示すように、一次側磁束発生部としての機能を有しており、ローラ等の図示しない支持機構によってスケール２の長手方向Ｍへ移動自在に支持されている。このスライダ３は、Ａ相磁極３１Ａと、Ｂ相磁極３１Ｂと、Ｃ相磁極３１Ｃとを有する鉄心３１と、各磁極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにそれぞれ巻回されたコイル３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃとから構成されている。そして、各磁極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃにおいてスケール２のティース２１と対向する端面には、一定間隔Ｐ／２で極歯３１Ａａ，３１Ｂａ，３１Ｃａと凹溝（符号省略）とが形成され、各凹溝には、永久磁石３１Ａｂ，３１Ｂｂ，３１Ｃｂが隣り合うもの同士の極性が互いに逆方向となるようにそれぞれ挿入配置されている。この場合、各磁極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃは、一側部に位置する磁極３１Ａ、中央部に位置する磁極３１Ｂ、他側部に位置する磁極３１Ｃの順に、スケール２の長手方向Ｍへ順次距離Ｐ／３ずつ変位して配置されている。これにより、Ａ相磁極３１Ａの各極歯３１Ａａがスケール２のティース２１と対向している状態において、Ｂ相磁極３１Ｂの各極歯３１Ｂａがティース２１から方向Ｍへ距離Ｐ／３変位し、Ｃ相磁極３１Ｃの各極歯３１Ｃａがティース２１から方向Ｍへ距離２・Ｐ／３変位する位置関係となる。

以上の構成において、図７に示すような励磁シーケンスで、Ａ相コイル３２Ａと、Ｂ相コイル３２Ｂと、Ｃ相コイル３２Ｃに磁性が反転するパルス電流を供給し、いわゆるバイポーラ駆動する場合の動作について説明する。図８は、スライダ３の各磁極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとスケール２の各ティース２１との間に発生する推力ベクトルを示す図である。同図において、ＡはＡ相コイル３２Ａに正方向に駆動電流を供給した場合に生じる推力ベクトルを示し、Ａ’はＡ相コイル３２Ａに負方向に駆動電流を供給した場合に生じる推力ベクトルを示す。同様に、同図中Ｂ及びＣは、Ｂ相コイル３２Ｂ及びＣ相コイル３２Ｃに正方向に駆動電流を供給した場合にそれぞれ生じる推力ベクトルを示し、Ｂ’及びＣ’はＢ相コイル３２Ｂ及びＣ相コイル３２Ｃに負方向に駆動電流を供給した場合にそれぞれ生じる推力ベクトルを示す。そして、図７に（１）で示す期間においては、Ａ相コイル３２Ａに正方向へ駆動電流が供給され、Ｂ相コイル３２ＢとＣ相コイル３２Ｃには負方向へ駆動電流が供給されており、図８に示すように、ベクトルＡとベクトルＢ’とベクトルＣ’とを合成したベクトルが推力ベクトルとなって、スケール２とスライダ３間に作用する。その後、（２）→（３）→…→（６）で示す順序で各コイル３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃに駆動電流を供給すると、スライダ３の各磁極３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃとスケール２の各ティース２１との間に発生する推力ベクトルが図８に（２）→（３）→…→（６）で示す順序で変化し、スケール２に対するスライダ３の磁気的安定点が移り変わる。このように、（１）→（２）→（３）→…→（６）の各励磁モードの順、又は（６）→（５）→…→（２）→（１）の各励磁モードの順にパルス励磁を繰り返すことによって、スライダ３が移動することとなる。

ここで、本実施形態のリニアモータ１における推力リプルの低減効果を検証した結果を図９に示す。同図は、磁界解析による推力リプルの変化を示すグラフであり、横軸はスライダ３の移動位置を電気角で示し、縦軸は推力を示している。この試験では、スライダ３の移動によって磁極位置が変化し、この変化に同期して、実効値一定の三相電流を流した時の推力値を求めた。同図における実線は、本実施形態のリニアモータ１による測定結果であり、破線は、比較として適用した従来のリニアモータ１による測定結果である。この従来のリニアモータは、本実施形態のリニアモータ１のようにスケール２のティース２１には切り欠き部２１ｂを形成しておらず、当該リニアモータにおけるスケールの長手方向に沿った断面形状は、ティースが長方形状をなしている。同図に示されるように、従来のリニアモータでは、電気角（スライダの移動位置）の変化に応じて推力リプル（脈動）が大きく生じているのに対して、本実施形態のリニアモータ１では、従来のリニアモータと推力値自体はほとんど変わらないが、推力リプルが大幅に抑えられている。このように、推力リプルを低減することができる機序については必ずしも明らかではないが、スケール２のティース２１に本実施形態のような切り欠き部２１ｂを形成することによって推力を低減させずにリプルを低減させることができることが、現象として確認されている。

以上に説明したように、本実施形態のリニアモータ１によれば、固定子であるスケール２のティース２１に切り欠き部２１ｂを形成することで、リニアモータ１本来の推進力を低下させることなく、推力リプルの低減を図ることができる。また、その他の優れた効果としては、コギングの低減や、磁気吸引力やインダクタンスの低減といった現象も確認されたことからも、本実施形態はこの種のリニアモータ１として極めて有用なものであるといえる。さらに加えて、固定子であるスケール２のティース２１にスロット２２に連通する切り欠き部２１ｂを形成したうえで、この切り欠き部２１ｂにスロットカバー４に形成した端部４１を挿入し係合させて蓋部４２でスロット２を塞ぐという簡易な構成を取ることで、スケール２のスロット２２がギャップＧに対して開放されていた従来技術と比較すれば、スロット２２への埃やワークの破片等が入り込んだ場合にそれらの除去が困難であったという問題を抑制でき、特に、スロットカバー４の変形例である上述のスロットカバー４’を用いる場合には、蓋部４２’の上面４２ａ’がティース２１のギャップ面２１ａと略面一になることから、斯かる問題を解消することができる。またスロット２２を樹脂モールドで塞いでいた従来技術と比較すれば、スケール２側を軽量化したり、スケール２の製造工程を短縮したり、スケール２とスロットカバー４とを容易に分別したりすることができるというメリットが得られる上に、スケール２のティース２１と可動子であるスライダ３との間のギャップＧの寸法管理も容易なものとすることができる。

なお、本発明においては、固定子であるスケールのティースに形成される切り欠き部の形状や数、ティース及びスロットの形状等は上述した実施形態に限られるものではなく、またそれらに対応してスケールに取り付けられるスロットカバーの構成についても同実施形態には限られない。ここで図１０〜図１９に、種々の構成のスケール（固定子）の例を示す。なお、図１０〜図１３に示すスケールの例では、スケールの全体的な構成については上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

図１０に示すスケールのティース１２１は、上記実施形態のティース２１に形成した切り欠き部２１ｂと同様の位置に、断面視三角形状をなす切り欠き部１２１ｂをギャップＧには直接露出させないように形成したものである。本例では、切り欠き部１２１ｂの上面をギャップ面１２１ａと略平行としている。スロット１２２には、その両側のティース１２１，１２１の各切り欠き部１２１ｂ，１２１ｂが連通している。この場合、例えば上述したスロットカバー４’を用いてもよいが、同図に示すスロットカバー１４０のように、スロットカバー４’と同様の一対の脚部１４１，１４１と蓋部１４２とを有し、各脚部１４１，１４１には切り欠き部１２１ｂに対応した断面視三角形状の突端部１４１ａをそれぞれ形成したものを適用することができる。このような構成によれば、スロットカバー１４０を一旦取り付けると、スケールからの脱落防止効果が高まる上に、スロットカバー１４０を弾性変形可能な材質としている場合には、突端部１４１ａの下向きの傾斜面を利用して、スロットカバー１４０をギャップ面１２１ａ側からスロット１２２へ容易に挿入し、且つ突端部１４１ａを切り欠き部１２１ｂへ弾性係合させることができる。

図１１に示すスケールのティース２２１は、隣接するスロット２２２に連通させて部分円弧を２つ連接した蝶々の羽根型をなす断面形状の切り欠き部２２１ｂを形成したものである。このような構成のティース２２１に対して適用されるスロットカバー２４０の一例としては、スロット２２２にちょうど嵌入される中空の断面矩形状をなす板状部材において、その上壁を蓋部２４２としてギャップ面２２１ａと面一とするとともに、起立壁２４１，２４１において切り欠き部２２１ｂ，２２１ｂと対応する位置にそれらと対応する形状の突端部２４１ａ，２４１ａを外方へ突出させて形成したものである。このような構成であっても、スケールに取り付けたスロットカバー２４２の脱落防止を有効に図ることができる。

図１２に示すスケールのティース３２１は、これまで上述してきたティースとは異なり、上辺（ギャップ面３２１ａ）が短く底辺が長い断面視略台形状をなすものである。すなわちスロット３２２は、開口幅が長く底部の幅が短い断面形状となっている。各ティース３２１には、例えば上記実施形態のティース２１と同様の切り欠き部３２１ｂ，３２１ｂが形成されている。このようなスケールには、スロットカバー４と同様に矩形板状の部材を適用することも可能であるが、図示されるスロットカバー３４０のように、前述したスロットカバー４と同様に矩形板状のものを用いることもできる。すなわち、スロットカバー３４０の両端部３４１，３４１が切り欠き部３２１ｂ，３２１ｂと係合する突端部として機能し、その間の領域が蓋部３４２として機能する。

また上述した以外にも、スケールに形成される切り欠き部は、ギャップＧに直接露出するようにティースの上端に形成してもよい。一例として図１３に示すスケールは、断面視凸形状をなすティース４２１を有している。すなわち、各ティース４２１におけるスロット４２２に面する側の上端部は、断面視矩形状に切除された形状となっており、この切除された部分を切り欠き部４２１ｂ，４２１ｂとしている。すなわち、ギャップ面４２１ａの幅寸法はティース４２１の底部の幅寸法よりも狭く、スロット４２２は両切り欠き部４２１ｂ，４２１ｂと連通して見かけ上、上下を反転させた凸字形状をなしてギャップＧ（図示省略）に開口していることとなる。このようなスケールに対して、スロット４２２の上端部を挟んでそれに連通する一対の切り欠き部４２１ｂ，４２１ｂにまたがる断面視矩形状に対応させて、スロットカバー４４０として例えば中空の凸字形状（上下を反転させている）のものを用いることができる。この場合、スロットカバー４４０の上壁のうち両端部４４１，４４１が切り欠き部４２１ｂ，４２１ｂに載置されて突端部として機能し、両端部４４１，４４１を除く上壁の中央部の領域が蓋部４４２として機能する結果、スロット４２２を蓋封することができる。この場合、スケールに取り付けたスロットカバー４４０のズレや脱落防止を図るために、切り欠き部４２１ｂとそれに載置されるスロットカバー４４０の端部４４１とを接着等により固定することが好ましい。

図１４〜図１８に示すスケール５２０（なお、図１４はスケール５２０の概略的な斜視図、図１５はスケール５２０の概略的な平面図、図１６はスケール５２０の側面図、図１７は図１５のＢ−Ｂ線断面図、図１８は図１５のＣ−Ｃ線断面図）は、各ティース５２１において、このスケール５２０の長手方向Ｍを向く各起立面に、それぞれ切り欠き部５２１ｂ，５２１ｂを各ティース５２１の長手方向に亘って形成したものである。この切り欠き部５２１ｂは、上述したスケール２に形成された切り欠き部２１ｂと同様に、ティース５２１の上端部に形成されたものであり、ティース５２１の長手方向の一端から他端に向けて深さを連続的に変化させて形成されている。具体的に切り欠き部５２１ｂは、ティース５２１の方向Ｍに沿った幅寸法の例えば約１／３の深さからティース５２１の起立面（深さ０）に至るまで、平断面視直角三角形状をなしている。このような切り欠き部５２１ｂを、各ティース５２１の両起立面に、それぞれ向きを逆にして形成している。その結果、各ティース５２１における切り欠き部５２１ｂ，５２１ｂを形成した高さ位置では、ティース５２１の方向Ｍに沿った幅寸法は常に一定となり、この高さ位置においては、隣接するティース５２１間のスロット５２２とその両側の切り欠き部５２１ｂとが連続する空間は、平断面視平行四辺形状となる。そして、このような切り欠き部５２１ｂ，５２１ｂに係合してスロット５２２を蓋封するスロットカバー５４０には、例えば図１４に示すような細長い平行四辺形の板状の部材を適用することができる。このスロットカバー５４０においては、長辺側の両端部が、切り欠き部５２１ｂ，５２１ｂに挿入されて係合する突端部５４１，５４１として機能し、その間の領域がスロット５２２を蓋封する蓋部５２２として機能する。

このような形状に切り欠き部５２１ｂを形成して、前述のようなスロットカバー５４０を取り付ければ、上記実施形態と同様に、スロット５２２への埃等の落ち込み防止等の同等の効果が得られることができるのはもちろんのこと、推力の低下を伴わずにリプルの低減効果が得られたり、またコギングの低減効果も得られる。

また、上述したスケール５２０の変形例としては、例えば図１９に側面図を示すスケール（全体については符号を付した説明を省略する）のように、各ティース５２１’において、一方の起立面側には上記の切り欠き部５２１ｂと同様の切り欠き部５２１ｂ’を形成し、他方の起立面側には上記実施形態のスケール２に形成した切り欠き部２１ｂと同様の切り欠き部５２１ｂ’’を形成したものを挙げることができる。このようなスケールには、図示しないが、例えば平面視台形状の板状部材からなるスロットカバーを適用することができる。

その他、スケールやスロットカバーをはじめとする各部の具体的構成についても上記実施形態や各種変形例に限られるものではなく、例えばスロットカバーの材質として弱磁性の素材を適用することも可能である。また、スロットカバーの形状も、上述した板状、冂字型、凸字型等に限られず、ロ字型、Ｔ字型、π字型、鳥居型等、種々の形状のものを採用することが可能である。また、複数のスロットを同時に蓋封するように、蓋部及び突端部の組を複数櫛歯状に設けたスロットカバーを適用することもでき、その場合は、スロットカバーをスケールに着脱する工数を減ずることができる。なお、カバー部材をスケールに取り付けずとも、スケールのティースに上述したような切り欠き部を形成することで、モータの推力を低下させずにコギングの低減、推力リプルの低減、磁気吸引力の低減、インダクタンスの低減等の諸効果を実現することができる。

さらに本発明は、上記実施形態のような３相リニアパルスモータに限らず、種々のリニアモータや回転式モータ等の各種のモータに適用して有用なものである。適用して有用なモータとしては、例えば可変リラクタンス型（ＶＲ型）やハイブリッド型のステッピングモータ（パルスモータ）やスイッチトリラクタンスモータ等のスケール（本発明における「固定子」に相当）の特定方向に沿って一定間隔でティースが形成されるモータが挙げられる。また回転式のモータに適用した場合の一例として、図２０に示すモータＸ１、すなわち、円筒状をなして内周面に周方向に沿って等間隔でティースＸ２１を複数形成した固定子たるステータＸ２と、ステータＸ２内で配設され磁束発生部として機能する可動子たるロータＸ３とを備えたものが挙げられる。ステータＸ２は、各ティースＸ２１の所定箇所に（図示例ではギャップ面Ｘ２１ａの近傍箇所、つまりティースＸ２１の先端部）にそれぞれ切り欠き部Ｘ２１ｂを形成している。一方、ロータＸ３は、Ａ相磁極Ｘ３１Ａ、Ｂ相磁極Ｘ３１Ｂ、及びＣ相磁極Ｘ３１Ｃの各磁極が形成された鉄心Ｘ３１と、各磁極Ｘ３１Ａ，Ｘ３１Ｂ，Ｘ３１Ｃにそれぞれ巻回されたコイルＸ３２Ａ，Ｘ３２Ｂ，Ｘ３２Ｃとから構成され、各磁極Ｘ３１Ａ，Ｘ３１Ｂ，Ｘ３１ＣにおいてステータＸ２と対向する端面には、等間隔に極歯（符号省略）が形成され、各極歯の間の凹溝（符号省略）には、隣り合うもの同士の極性が互いに逆方向となるように永久磁石Ｘ３１ｂがそれぞれ挿入配置されている。このようなロータＸ３がシャフトＸ５に支持されている。そして、ステータＸ２のティースＸ２１に切り欠き部Ｘ２１ｂを形成することにより、モータの推力を低下させずにコギングの低減を図ることができる等、上述した諸効果を得ることができる。また、切り欠き部Ｘ２１ｂを利用して上記実施形態で示したものと同様のカバー部材（図示省略）をステータＸ２に取り付けることも可能であり、カバー部材を取り付けた場合には、各ティースＸ２１の間のスロットＸ２２を蓋封することができ、スロットＸ２２への埃や破損したワークの落ち込みを効率的に防止することができる等、上記実施形態で述べたカバー部材（スロットカバー）を取り付けることによって得られる諸効果を得ることができる。なお、回転式のモータにおいても、ティースや切り欠き部、カバー部材の形状等に関して上述した各種変形例を適用してもよい。なお、アウターが可動子であり、インナーが固定子である回転式のモータであってもよく、この場合、固定子の外周面に周方向に沿って等間隔でティースを複数形成し、各ティースに切り欠き部を形成したものとすることにより、モータの推力を低下させずにコギングの低減を図ることができる等、上述した諸効果を得ることができる。

本発明において、固定子に形成されるティースの整列方向である特定方向とは、リニアモータの場合には所定の直線方向であり、回転式モータの場合に可動子の回転中心を中心とする所定の円の周方向である。また、固定子におけるギャップ面からスロットの深さ方向が水平方向である態様であってもよい。この場合、固定子全体が起立姿勢をとり、各ティースは水平方向に突出したものとなる。このようなティースに切り込み部を形成することにより、モータの推力を低下させずにコギングの低減化を実現できる等、上述した諸効果を得ることができる。また、水平方向に突出したティースに形成した切り込み部にスロットカバーを取り付けた場合には、埃や破損したワークが固定子の側方からスロットへ進入することを防止できる。

また、固定子におけるティースが、鉄と磁石とを層状に重ねた積層体であっても構わない。なお、固定子の表裏両面にティースを形成したタイプのモータ、或いは固定子の一方の面にのみティースを形成したタイプのモータ、これら何れのタイプのモータであってもよい。さらには、固定子の各ティースにコイルを巻回して固定子が磁束発生部としての機能を有するモータであってもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の一実施形態に係るリニアモータの概略を示す縦断面図。 同リニアモータに適用されるスケールの概略を示す斜視図。 同スケールの概略を示す平面図。 同スケールの概略を示す側面図。 同スケールにスロットカバーを取り付けた状態の概略を示す拡大縦断面図。 同スケールに他のスロットカバーを取り付けた状態の概略を示す拡大断面図。 同リニアモータにおける励磁シーケンスの説明図。 同リニアモータの各励磁モードにおける推力ベクトルの説明図。 同リニアモータの推力リプルの低減効果をグラフとして示す図。 同リニアモータに適用されるティースとスロットカバーの一変形例を示す図。 同リニアモータに適用されるティースとスロットカバーの一変形例を示す図。 同リニアモータに適用されるティースとスロットカバーの一変形例を示す図。 同リニアモータに適用されるティースとスロットカバーの一変形例を示す図。 同リニアモータに適用されるスケールとスロットカバーの他の変形例を示す図。 同他の変形例におけるスケールの概略を示す平面図。 同スケールの概略を示す側面図。 同スケールの図１５におけるＢ−Ｂ線断面図。 同スケールの図１５におけるＣ−Ｃ線断面図。 同スケールのさらに変形例を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るステッピングモータの概略を示す断面図。

符号の説明

１…リニアモータ
２，４２０，…固定子（スケール）
３…可動子（スライダ）
４，４’，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０…カバー部材（スロットカバー）
２１，１２１，２２１，３２１，４２１，５２１，５２１’…ティース
２１ａ，１２１ａ，２２１ａ，３２１ａ，４２１ａ，５２１ａ…ギャップ面
２１ｂ，１２１ｂ，２２１ｂ，３２１ｂ，４２１ｂ，５２１ｂ，５２１ｂ’，５２１ｂ’’…切り欠き部
２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２…スロット
４１，４１’，１４１ａ，２４１ａ，３４１ａ，４４１，５４１…突端部
４２，４２’，１４２，２４２，３４２，４４２，５４２…蓋部
Ｇ…ギャップ
Ｘ１…回転式モータ
Ｘ２…固定子（ステータ）
Ｘ３…可動子（ロータ）
Ｘ２１…ティース
Ｘ２１ａ…ギャップ面
Ｘ２１ｂ…切り欠き部
Ｘ２２…スロット
ＸＧ…ギャップ

Claims (7)

1. 特定方向に沿って等間隔でティースが複数形成された固定子と、当該固定子に対して前記特定方向へ移動自在に支持された可動子とを備え、前記可動子と、前記固定子の各ティースとの間に形成された各ギャップに順次磁束を発生させることにより、前記可動子を前記固定子に対して相対移動させるモータにおいて、
   前記固定子の各ティースに、隣接する前記ティース間の間隙であるスロットに連通して前記特定方向に沿ったティースの断面形状を部分的に狭める切り欠き部を形成したことを特徴とするモータ。
2. 非磁性又は弱磁性材料からなり、前記固定子に取り付けられて前記スロットを蓋封するカバー部材をさらに具備し、当該カバー部材に、前記切り欠き部内に位置付けられる突端部と、当該切り欠き部と連通しているスロットを蓋封する蓋部とを設けている請求項１に記載のモータ。
3. 前記カバー部材における蓋部が、当該カバー部材により蓋封される前記スロットを挟む一対のティースにおいて前記ギャップに面するギャップ面と略面一に当該スロットを蓋封するものである請求項２に記載のモータ。
4. 前記切り欠き部を、前記各ティースの開放端側である先端部に形成している請求項１乃至３の何れかに記載のモータ。
5. 前記各ティースにおいて、前記切り欠き部を当該各ティースを挟む一対のスロットにそれぞれ連通させて形成している請求項２乃至４の何れかに記載のモータ。
6. 前記カバー部材に、複数の前記ティースにおける各切り欠き部にそれぞれ取り付けられる突端部を複数形成するとともに、複数の前記スロットをそれぞれ蓋封する蓋部を複数形成し、これら複数の突端部及び蓋部を一体的に備えている請求項２乃至５の何れかに記載のモータ。
7. 前記カバー部材を、前記固定子に対して着脱可能としている請求項２乃至６の何れかに記載のモータ。

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