JP2015116027A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 コア付き薄型タイプにて、所望の推力を得ることができるようにするとともに、コギングの影響を低減させることが可能なリニアモータを提供すること。
【手段】 磁石と、上記磁石に対向・配置されたコイルと、を具備し、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動するリニアモータにおいて、上記磁石と上記コイルが対向している方向の厚みは上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向の幅の１/４以下であり、上記コイルの内周部に磁性材料からなるコアが内装されているもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、産業用ロボットのアクチュエータに用いられるリニアモータに係り、特に、コア付き薄型タイプにて、所望の推力を得ることができ、また、コギングの影響を低減させることができるように工夫したものに関する。

例えば、産業用ロボットのアクチュエータに用いられるリニアモータには、昨今、超薄型化、小型・軽量化が要望されている。これは、超薄型、小型・軽量であれば、狭いスペースでも設置可能であるからであり、例えば、産業用ロボットに組み込んだ場合に、より高速で俊敏な動作を行わせることができるからである。
薄型のリニアモータとしては、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されたものが存在している。

特許文献１に記載された「可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置」は、コアレスの電機子コイルが設置された電機子組立体と、界磁マグネットが設置されたテーブルと、から構成されていて、上記電機子コイルと上記界磁マグネットとの相互作用によって上記テーブルを移動させるものであり、薄型に構成されている。

また、特許文献２に記載された「リニアモータ用ブレーキ装置及びリニアモータの可動部の位置決め方法」に用いられるリニアモータも、コアレスのコイルが配設された固定部と、永久磁石が配設された可動部と、から構成されていて、上記コイルと永久磁石の相互作用によって上記可動部を移動させるものであり、薄型に構成されている。

一般的に、コアレスタイプのリニアモータは、推力が小さいものの、コギングが無く、薄型のリニアモータに適しているといわれており、一方、コア付きのリニアモータはコギングが大きいものの、大推力を容易に確保でき、大型のリニアモータに適しているといわれている。

特開２００７−３００７５９号公報 特開２００６−３０７８８２号公報

上記従来の構成によると、次のような問題があった。
まず、特許文献１に記載された「可動マグネット型リニアモータを内蔵したスライド装置」は、厚みが１４ｍｍ程度と薄型に構成されてはいるものの、薄型化に関して未だ不十分であるという問題があった。
また、特許文献２に記載された「リニアモータ用ブレーキ装置及びリニアモータの可動部の位置決め方法」に用いられるリニアモータは、厚み９ｍｍ程度と十分に薄いものではあるが、磁束漏れが多く、推力も十分でないという問題があった。
上記磁束漏れは、リニアモータ全体の厚みを薄くすると、ヨークの厚みを十分に確保できないことに起因する。また、コイルを厚くすることもできないので、コイルの巻き数を十分確保することが難しく、十分な推力を得ることが困難になってしまう。

そこで、磁束効率を向上させて推力を確保するため、超薄型のリニアモータをコア付きタイプのリニアモータとすることが考えられる。つまり、コイルの内側に磁性体によるコアを設置すれば、コアによって磁束が集中され、磁束漏れが防止されるとともに、推力を大きくすることができるからである。
なお、上記コア付タイプの超薄型のリニアモータでは、磁束効率が向上されているため、磁束漏れを低減させるべく磁石の大きさを小さくしても、十分な推力を発生させることができる。

しかし、既に述べたように、コア付きのリニアモータではコギングが大きくなってしまう。特に、超薄型リニアモータの場合には、十分な推力を発生させることができるとはいうものの限界があるので、相対的にコギングがより重要な課題となってしまう。

本発明は、このような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、コア付き薄型タイプにて、所望の推力を得ることができ、また、コギングの影響を低減させることが可能なリニアモータを提供することにある。

上記目的を達成するべく本願発明の請求項１によるリニアモータは、磁石と、上記磁石に対向・配置されたコイルと、を具備し、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動するリニアモータにおいて、上記磁石と上記コイルが対向している方向の厚みは上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向の幅の１／４以下であり、上記コイルの内周部に磁性材料からなるコアが内装されていることを特徴とするものである。
又、請求項２によるリニアモータは、請求項１記載のリニアモータにおいて、上記磁石の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向の幅が上記コイルに内装されたコア間の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に沿った隙間間隔より狭いことを特徴とするものである。
又、請求項３によるリニアモータは、請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したことを特徴とするものである。
又、請求項４によるリニアモータは、請求項１〜請求項３の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置したことを特徴とするものである。
又、請求項５によるリニアモータは、請求項４記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したことを特徴とするものである。
又、請求項６によるリニアモータは、請求項４又は請求項５記載のリニアモータにおいて、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置されている磁石の極性が単一でないことを特徴とするものである。
又、請求項７によるリニアモータは、請求項１〜請求項６の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記磁石の厚みが上記磁石と上記コアとの間の隙間間隔の２．４倍以下になっていることを特徴とするものである。
又、請求項８によるリニアモータは、請求項１〜請求項７の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記コアは焼入れ又は焼入れ・焼き戻し処理が施されたものであることを特徴とするものである。

以上述べたように本願発明の請求項１によるリニアモータによると、磁石と、上記磁石に対向・配置されたコイルと、を具備し、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動するリニアモータにおいて、上記磁石と上記コイルが対向している方向の厚みは上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向の幅の１／４以下であり、上記コイルの内周部に磁性材料からなるコアが内装されているので、磁束効率を高めて、上記コア内を磁束密度が高い状態にすることができ、これにより、高い推力を得つつ、上記リニアモータを薄型化することができる。また、上記リニアモータの薄型化により上記磁石の横断面積や厚さが小さくなることで、磁束漏れを低減させることができる。また、上記リニアモータが設置される装置についてもコンパクト化することができる。
又、請求項２によるリニアモータによると、請求項１記載のリニアモータにおいて、上記磁石の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向の幅が上記コイルに内装されたコア間の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に沿った隙間間隔より狭いので、上記磁石の進行方向前後の吸引力が相殺され、コギングを低減させることができる。
又、請求項３によるリニアモータによると、請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したので、更にコギングを低減させることができる。
又、請求項４によるリニアモータによると、請求項１〜請求項３の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置したので、上記磁石の配置の自由度を高めることができる。
又、請求項５によるリニアモータによると、請求項４記載のリニアモータにおいて、上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したので、推力をほとんど低下させることなく、コギングを低減させることができる。
又、請求項６によるリニアモータによると、請求項４又は請求項５記載のリニアモータにおいて、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置されている磁石の極性が単一でないので、より安定な磁気回路が形成され、磁束効率を高めて推力を増加させることができるとともに、より磁束漏れを防止することができる。
又、請求項７によるリニアモータによると、請求項１〜請求項６の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記磁石の厚みが上記磁石と上記コアとの間の隙間間隔の２．４倍以下になっているので、更にコギングを小さくすることができるとともに、磁束漏れも防止できる。
又、請求項８によるリニアモータによると、請求項１〜請求項７の何れかに記載のリニアモータにおいて、上記コアは焼入れ又は焼入れ・焼き戻し処理が施されたものであるので、上記コアの比透磁率を低減させ、上記コイルに電流を流す際の応答遅れを低減させることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す図で、図１（ａ）はリニアモータの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ矢視図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩｃ−Ｉｃ断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータのベース部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータのスライダ部を示す底面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸に永久磁石の幅をとり、縦軸にコギングの大きさをとり、コギングの永久磁石の幅による変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータのスライダ部を示す底面図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸にスキュー角度をとり、縦軸にコギングの大きさをとり、コギングの永久スキュー角度による変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸にスキュー角度をとり、縦軸に推力の大きさをとり、推力のスキュー角度による変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、図８（ａ）はリニアモータの平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ矢視図、図８（ｃ）は図８（ａ）のＶＩＩＩｃ−ＶＩＩＩｃ断面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータのベース部を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータのスライダ部を示す底面図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸に磁石幅をとり、縦軸にコギングの大きさをとり、コギングの磁石幅による変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸に磁石厚み／ギャップをとり、縦軸にコギングの大きさをとり、コギングの磁石厚み／ギャップによる変化を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸に磁石厚み／ギャップをとり、縦軸にコギング／推力の大きさをとり、コギング／推力の磁石厚み／ギャップによる変化を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、リニアモータのスライダ部を示す底面図である。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸にスキュー角度をとり、縦軸にコギングの大きさをとり、コギングのスキュー角度による変化を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態を示す図で、リニアモータの特性図であり、横軸にスキュー角度をとり、縦軸に推力の大きさをとり、推力のスキュー角度による変化を示すグラフである。

以下、図１乃至図４を参照して本発明の第１の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態によるリニアモータ１は、図１に示すように、ベース部３とスライダ部５とから構成される。

図２にも示すように、上記ベース部３には、まず、磁性材料（例えば、鉄）製のベースプレート７がある。このベースプレート７の上記スライダ部５と対向する側には、コイル基板９が設置されている。このコイル基板９には、後述するコイル１５に接続される図示しない配線が設けられている。また、上記コイル基板９には複数（例えば、４個）の貫通孔１１が穿孔されており、これら複数の貫通孔１１のそれぞれには、磁性材料（例えば、鉄）製のコア１３が貫通・配置されていて、上記ベースプレート７上に固定されている。また、上記コア１３のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図２中左右方向）の幅（ｗ_１）は、例えば、５ｍｍに設定されている。

また、上記それぞれのコア１３の外周側には、既に述べたコイル１５が設置されている。また、図１（ａ）、図２に示すように、上記コア１３は長円の横断面形状を成しているとともに、コイル１５は長円リング状の横断面形状を成している。

上記貫通孔１１や上記コア１３及び上記コイル１５は、図２中左右方向に、等間隔で４個×１列に配置されている。上記コア１３のピッチ（ｐ_１）は、例えば、１２ｍｍに設定されており、隣接する上記コア１３、１３間の隙間間隔（ｇ_１）は、例えば、７ｍｍに設定されている。また、上記コイル１５は、図２中左側から右側に向かってＷ相用のコイル１５、Ｖ相用のコイル１５、Ｕ相用のコイル１５、の順に繰り返し配置されている。また、上記コイル１５には交流電流が流され、Ｗ相用の上記コイル１５の交流電流とＶ相用の上記コイル１５の交流電流、Ｖ相用の上記コイル１５の交流電流とＵ相用の上記コイル１５の交流電流、Ｕ相用の上記コイル１５の交流電流とＷ相用の上記コイル１５の交流電流とは、それぞれ１２０°位相がずれている。

なお、第１の実施の形態の場合は、上記コア１３とコイル１５は４個づつ設置されているが、その個数は、上記スライダ部５の移動量に応じて適宜増減されるものである。
また、上記コイル１５は、Ｗ相用、Ｖ相用、Ｕ相用があるので、上記コア１３とコイル１５を増減させる場合には、３の倍数の数だけ増減させることが最も好ましい。

また、上記スライダ部５は、図示しないリニアガイドによってガイドされ、図１中左右方向に移動可能となっている。
また、図３に示すように、上記スライダ部５には、磁性材料（例えば、鉄）製のスライダープレート１７がある。このスライダープレート１７の上記ベース部３と対向する側には、複数の永久磁石１９が設置されている。これら永久磁石１９は、その横断面形状が長方形を成している。また、上記永久磁石１９も、スライダ部５の移動方向（図３中左右方向）に、等間隔で４個×１列に配置されている。また、上記永久磁石１９は、スライダ部５の移動方向（図３中左右方向）に直交する方向に対して平行に設置されている。

また、図１（ｃ）に示すように、上記永久磁石１９の磁化方向は、スライダ部５の移動方向に直交する方向（図１（ｃ）中上下方向）に指向されており、且つ、隣接する永久磁石１９、１９の磁化方向は相互に逆向きになるように設定されている。また、隣接する上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）は、隣接する上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）の、例えば、３／４、すなわち、９ｍｍに設定されている。

上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）と上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）との比率は、次のような理由により設定されている。前記したように、スライダ部５の移動方向（図１（ｃ）中左右方向）に隣接する上記永久磁石１９、１９は、図１（ｃ）中上下方向に向かう磁極が交互に反転するように配置されているため、上記磁極の向きの変化は上記永久磁石１９の２つ分で１周期（３６０°）となる。
一方、上記コイル１５には交流電流が流され、Ｗ相用のコイル１５の交流電流とＶ相用のコイル１５の交流電流、Ｖ相用のコイル１５の交流電流とＵ相用のコイル１５の交流電流、Ｕ相用のコイル１５の交流電流とＷ相用のコイル１５の交流電流とは、それぞれ１２０°ずつ位相がずれているので、上記コイル１５の交流電流の位相は、３つのコイル１５で１周期（３６０°）となる。
そのため、上記永久磁石１９の磁極の周期と上記コイル１５の交流電流の周期を一致させるように、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）に対する上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）を決定すると、例えば、上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）は上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）の３／２（１８０°／１２０°）となる。

しかし、このように上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）と上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）を決定した場合、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）が小さ過ぎてしまう場合がある。（例えば、上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）が９ｍｍの場合は、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）は６ｍｍとなる。）
そのため、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）を隣接する上記コイル１５、１５の交流電流の位相差を１周期分（３６０°）ずらしたうえで（±３６０°−（±１２０°）＝±２４０°）、上記永久磁石１９の磁極の周期と上記コイル１５の交流電流の周期が一致するように、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）に対する上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）を決定するようにしている。
この場合、上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）は上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）の３／４（１８０°／２４０°）となる。例えば、上記永久磁石１９、１９のピッチ（ｐ_２）が９ｍｍの場合は、上記コイル１５、１５のピッチ（ｐ_１）は１２ｍｍとなる。

また、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の幅（ｗ_２）が、隣接する上記コア１３、１３のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の隙間間隔（ｇ_１）より狭く設定されている。
ちなみに、この第１の実施の形態の場合には、上記コア１３のスライダ部５の移動方向（図２中左右方向）の幅（ｗ_１）は、５ｍｍに設定されており、隣接する上記コア１３、１３のスライダ部５の移動方向（図１（ｃ）中左右方向）に沿った方向の隙間間隔（ｇ_１）は７ｍｍに設定されている。また、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向（図１（ｃ）中左右方向）に沿った方向の幅（ｗ_２）が６ｍｍに設定されているとともに、スライダ部５の移動方向（図１（ｃ）中左右方向）に直交する方向の幅（ｗ_４）は１２ｍｍに設定されている。

また、上記リニアモータ１は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、低背であり、薄型に構成されている。すなわち、上記リニアモータ１は、上記永久磁石１９と上記コイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）が、上記スライダ部５が移動する方向に直交する方向（図１（ａ）中上下方向）の幅（ｗ_３）の１／４以下となるように設定されている。この第１の実施の形態の場合は、例えば、上記リニアモータ１の上記スライダ部５が移動する方向に直交する方向（図１（ａ）中上下方向）の幅（ｗ_３）は４８ｍｍであり、上記リニアモータ１の上記永久磁石１９と上記コイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）は９．３ｍｍであり、上記永久磁石１９と上記コイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）が、上記スライダ部５が移動する方向に直交する方向（図１（ａ）中上下方向）の幅（ｗ_３）の１／４以下となっている。

次に、第１の実施の形態による作用について説明する。
リニアモータ１は、複数のコイル１５に３相交流電流（正弦波電流、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を流すと、コイル１５の内周側にあるコア１３が電磁石となる。上記コイル１５のうちＷ相用のコイル１５にはＷ相の交流（Ｕ相基準に１２０°位相進み）が流され、上記コイル１５のうちＶ相用のコイル１５にはＶ相の交流（Ｕ相基準に１２０°位相遅れ）が流され、上記コイル１５のうちＵ相用のコイル１５にはＵ相の交流が流されるため、上記コア１３の磁化の向きと大きさが所定の周期で変化するとともに、隣接した上記コア１３、１３どうしの磁化の向きと大きさには所定のずれが生ずる。これにより、上記コア１３とスライダ部５の永久磁石１９とが吸引又は反発され、図１（ｃ）中左右方向にスライダ部５を移動させる推力が発生する。

また、上記リニアモータ１においては、磁束の流れは、以下のように還流される。
例えば、まず、スライダ部５の図１（ｃ）中最も左側の永久磁石１９のＮ極から出た磁束は、狭いエアーギャップを挟んで対向しているベース部３のコア１３に入り鉄製のベースプレート７へ侵入し、右に隣接するコア１３（図１（ｃ）中左から２番目のコア１３）へ侵入し、再びエアーギャップを挟んで対向している図１（ｃ）中左から２番目の永久磁石１９のＳ極へ入り、さらに、この図１（ｃ）中左から２番目の永久磁石１９の上側のＮ極からスライダープレート１７を介して上記図１（ｃ）中最も左側の永久磁石１９のＳ極へ還流する。

すなわち、ある永久磁石１９の磁束は、まず、この永久磁石１９と対向するコア１３に向かう。次に、ベースプレート７を介して上記コア１３に隣接するコア１３内に入る。そして、この隣接するコア１３に入った磁束は、対向する永久磁石１９に向かい、スライダープレート１７を介して、元の上記永久磁石１９に戻っていく。
このように、超薄型の上記リニアモータ１において、上記コイル１５の内側に高い透磁率をもつ磁性材料製のコア１３を配することで、高い磁束効率を得ることができ、漏れ磁束を少なくできるだけでなく、上記コア１３内を高い磁束密度にすることができ、高い推力が得られる。

ところが、スライダ部５が移動すると、上記永久磁石１９と上記コア１３との間の距離が変動してしまい、これにより吸引力も変動することになる。このような吸引力の変動により生じるスライダ部５の移動方向の変動力がコギングである。
上記リニアモータ１は薄型に構成されているため、コイル１５の巻き数をあまり多くできず、小さな推力しか得られないため、コギングが大きいと駆動することができないことや、位置決め制御が不安定になることが懸念される。

そこで、この第１の実施の形態においては、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の幅（ｗ_２）を、対向する上記コア１３、１３のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の隙間間隔（ｇ_１）より狭く設定しており、それによって、コギングを低減させるようにしている。以下、のコギングの低減について詳細に説明する。

吸引力の発生は磁束密度の急変領域で大きくなるため、上記永久磁石１９と上記コア１３が接近しようとする時又は離間しようとする時に、最も大きい吸引力が発生する。したがって、永久磁石１９がコア１３に接近しようとするときに同時に他のコア１３から離間するような配置にすれば、永久磁石１９の前後の吸引力が相殺されてコギングを小さくすることができる。
そこで、この第１の実施の形態の場合には、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の幅（ｗ_２）を、隣接する上記コア１３、１３のスライダ部５の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の隙間間隔（ｇ_１）より狭く設定し、上記永久磁石１９がスライダ部５の移動方向側のコア１３に接近すると同時に、スライダ部５の反移動方向側のコア１３から離間するようにしている。それによって、上記永久磁石１９の前後の吸引力が相殺されて、コギングが低減されることになる。

本実施の形態によるリニアモータ１について、上記永久磁石１９の移動方向に沿った方向（図１（ｃ）中左右方向）の幅（ｗ_２）を様々な値に変更しながらコギングを測定した。その測定データを図４に示す。
なお、この測定に使用したリニアモータ１は、上記永久磁石１９のピッチ（ｐ_２）は９ｍｍ、上記コア１３のピッチ（ｐ_１）が１２ｍｍ、上記コア１３の幅（ｗ_１）が５ｍｍ、隣接する上記コア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）が７ｍｍ、にそれぞれ設定されている。図４に示す測定データから明らかなように、上記永久磁石１９の幅（ｗ_２）を、隣接する上記コア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）である７ｍｍより狭く設定したときには、前述したように、上記永久磁石１９前後の吸引力が相殺されるために、コギングが低減している。

次に、第１の実施の形態による効果について説明する。
まず、第１の実施の形態によるリニアモータ１によると、コア付き薄型タイプにて、所望の推力を得ることができる。これは、コア付きとすることにより、コア１３内の磁束密度を高めて高い磁束効率を得ることができるからである。
また、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すように、永久磁石１９とコイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）が全体の幅（ｗ_３）の１／４以下になるような薄型に構成されているので、上記リニアモータ１ひいては上記リニアモータ１が設置される装置の薄型化、軽量・小型化を図ることができる。

また、コア付きとすることによりコギングが懸念されるが、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向（図１（ｃ）中左右方向）の幅（ｗ_２）を隣接するコア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）より狭く設定しているため、上記永久磁石１９前後の吸引力が相殺され、これにより、コギングを低減させることができる。

また、永久磁石１９からの磁束の流れは前述したような経路で還流される。その際、ベースプレート７、コア１３、スライダープレート１７は磁性材料（例えば、鉄）製であるため、ロスが少なく高い磁束効率を得ることができ、漏れ磁束を極めて少なくすることができ、その結果、コア１３内を高い磁束密度にすることができ、高い推力を得ることができる。

次に、図５乃至図７を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態によるリニアモータは、前述した第１の実施の形態によるリニアモータ１と略同様の構成を成しているが、スライダ部５に設置された複数（例えば、４つ）の永久磁石１９が、スライダ部５の移動方向（図５中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜された状態で設置されている。
なお、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、図中同一部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。

次に、この第２の実施の形態による作用について説明する。
この第２の実施の形態によるリニアモータも、前述した第１の実施の形態によるリニアモータ１と同様に駆動されるが、永久磁石１９が、スライダ部５の移動方向（図５中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜された状態で設置されているため、コギングがさらに低減される。これは、傾斜させることにより磁束の急峻な変化を緩やかにすることができるからである。
これは、上記永久磁石１９が、スライダ部５の移動方向（図５中左右方向）と直交する方向に対して傾斜されると、上記永久磁石１９の図５中上下方向両端がスライダ部５の移動方向（図５中左右方向）の前方又は後方に移動され、スライダ部５の移動方向（図５中左右方向）における磁束の分布の急激な変化が分散・緩和されることに起因する。
但し、スキュー角度（θ）を大きくし過ぎると、上記永久磁石１９の幅（ｗ_２）をコア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）より狭くするという構成そのものが損なわれてしまうため、スキュー角度（θ）にはおのずと限界がある。

そこで、スキュー角度（θ）とコギングの関係について測定を行った。その測定結果を図６に示す。測定は、上記スキュー角度（θ）を０°〜４０°の範囲で変化させ、そのときのコギングを測定したものである。
図６によれば、スキュー角度（θ）を０°から増加させていくと徐々にコギングが低下していき、スキュー角度（θ）が２５°のときに、コギングが最も小さくなっている。この図６の測定結果をみると、スキュー角度（θ）が、例えば、１０°〜３０数°程度までであれば、所望のコギング低減効果を得ることができる。

また、スキュー角度（θ）と推力の関係についても測定を行った。その測定結果を図７に示す。測定は、上記スキュー角度（θ）を０°〜４０°の範囲で変化させ、そのとき推力がどの程度低下するかを測定したものである。

図７によれば、スキュー角度（θ）を０°から増加させていくと推力は低下していく。これは、次のような理由による。そもそも、この第２の実施の形態によるリニアモータにおいても、Ｕ相用のコイル１５、Ｖ相用のコイル１５、Ｗ相用のコイル１５に３相交流電流（正弦波電流）を流すことにより、上記コイル１５の内周面側にあるコア１３が電磁石となり、スライダ部５の永久磁石１９との間に吸引力及び反発力が生じて推力を発生させている。
その際、上記Ｕ相用のコイル１５、Ｖ相用のコイル１５、Ｗ相用のコイル１５のそれぞれの電流の位相は、上記永久磁石１９との位置関係によって最大の推力が得られるように調整されている。
ところが、スキュー角度（θ）を設けることにより、その関係が損なわれるからである。すなわち、上記永久磁石１９をスライダ部５の移動方向（図５中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜させた状態で設置すると、上記永久磁石１９の図５中上下方向両端がスライダ部５の移動方向（図５中左右方向）の前方又は後方に移動され、その結果、各コイル１５の電流の位相が最適位相より進む又は遅れてしまうからである。

なお、前記したコギングが最も小さくなるスキュー角度（θ）が２５°のときは、推力が４Ｎ程度となっている。
例えば、スキュー角度（θ）が１０°〜３０数°程度であれば、それ程の推力の低下はない。

次に、第２の実施の形態による効果について説明する。
第２の実施の形態の場合も、前述した第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏する。
また、第２の実施の形態の場合は、上記永久磁石１９をスライダ部５の移動方向（図５中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜させた状態で設置しているため、コギングがさらに低減される。
また、スキュー角度（θ）が１０°〜３０数°程度であれば、所望のコギング低減効果を得ることができるとともに、推力の低下が問題になることもない。

次に、図８乃至図１３を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。
この第３の実施の形態によるリニアモータ３１は、前述した第１の実施の形態によるリニアモータ１と略同様の構成となっているが、コア１３、コイル１５、永久磁石１９の形状や配置が異なっている。

まず、図８（ａ）、図９に示すように、上記コア１３はその横断面形状が円形となっており、また、上記コイル１５は、その横断面形状がリング状となっている。また、図９に示すように、上記コア１３及び上記コイル１５は、図９中左右方向に、４個×２列で配置されている。
また、図１０に示すように、上記永久磁石１９は、その横断面形状が正方形となっている。また、上記永久磁石１９は、図１０中左右方向に、４個×２列で配置されている。

なお、この第３の実施の形態の場合には、図１０中上下方向に配置された上記永久磁石１９、１９の横断面積の合計は、前述した第１の実施の形態の場合の永久磁石１９の１個分の横断面積とほぼ同じになるように設定されている。
なお、上記コア１３、コイル１５、永久磁石１９を３列以上設置する場合も考えられる、このようにスライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）と直交する方向（図１０中上下方向）に複数の永久磁石１９やコイル１５、コア１３を分散して任意に自由に配置できるので、配置自由度が高い。

また、第３の実施の形態の場合は、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）の配列ピッチ（ｐ_２）は、例えば、９ｍｍに設定されている。
上記コア１３の径（φ）は、例えば、５ｍｍに設定されている。また、上記コア１３のスライダ部５の移動方向（図９中左右方向）の配列ピッチ（ｐ_１）は、例えば、１２ｍｍに設定されており、スライダ部５の移動方向（図９中左右方向）に隣接する上記コア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）は、例えば、７ｍｍに設定されている。また、上記永久磁石１９のスライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）の幅（ｗ_２）は、例えば、６．２５ｍｍに設定されている。これは、図１１に示した磁石幅とコギングを示す測定結果にて最小のコギングを示す磁石幅６．２５ｍｍを選択したものである。
なお、図１１は、永久磁石１９の移動方向（図１０中左右方向）の幅（ｗ_２）を変化させながらコギングを測定したデータを示すものである。

また、上記永久磁石１９の厚さ（図８（ｃ）中上下方向大きさ、ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間の大きさ（図８（ｃ）中上下方向大きさ、ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）を適切に選択すれば、上記永久磁石１９から図８（ｃ）中下側に流れていく磁束の一部がスライダープレート１７側に戻っていくように設定することができる。これは、上記永久磁石１９から図８（ｃ）中下側に流れていく磁束の一部がスライダープレート１７側に戻るようにすることで、図８（ｃ）中左右方向の磁束の変化をなだらかにすることができ、それによりコギングを低減できるからである。

また、図１０に示すように、隣接する上記永久磁石１９、１９どうしの磁化の方向が逆向きになるように設定されている。すなわち、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）においても、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）と直交する方向においても、隣接する上記永久磁石１９、１９どうしの磁化の方向が逆向きになるように設定されている。
なお、その他の構成は前記第１の実施の形態の場合と同じであり、図中同一部分には同一符号を付して示しその説明は省略する。

次に、この第３の実施の形態によるリニアモータ３１の作用について説明する。
第３の実施の形態によるリニアモータ３１も、前述した第１の実施の形態によるリニアモータ１と同様の作用を奏する。
第３の実施の形態の場合も、上記永久磁石１９がスライダ部５の移動方向側のコア１３に接近すると同時に、スライダ部５の反移動方向側のコア１３から離間するようになり、上記永久磁石１９の前後の吸引力が相殺されてコギングが小さくなる。

この第３の実施の形態の場合も、永久磁石１９の上記スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）の幅（ｗ_２）が、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）に隣接するコア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）である７ｍｍ以下に設定されているので、コギングが低減されている。

また、第３の実施の形態の場合は、上記永久磁石１９の図８（ｃ）中上下方向の厚さ（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との図８（ｃ）中上下方向の隙間間隔（ｇ_２）の比率を変化させた場合のコギングの測定も行っている。

上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）を変化させながら、コギングの測定を行った結果を図１２に示す。
より具体的に説明すると、上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）を一定とし、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）を変化させることにより比率（ｔ_２／ｇ_２）を変化させ、そのときのコギングを測定した。
但し、上記永久磁石１９と上記コイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）についてもこれを一定に保持しており、そのめに、上記コア１３とコイル１５の高さ（図８（ｃ）中上下方向の大きさ）を適宜調整している。
また、このコギングの測定は、異なる残留磁束密度（残留磁束密度１．０Ｔ、１．２Ｔ、１．４Ｔ）を持つ３種類の永久磁石１９を用いて行なわれた。

図１２によると、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）が小さいほど、コギングが小さくなっている。特に、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下のときに、コギングが小さくなっている。

これは、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）が小さいほど、すなわち、上記永久磁石１９の厚さ（ｔ_２）が薄いほど、または、上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）が大きいほど（但し、この測定では上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）を変化させている）、多くの磁束がスライダープレート１７に戻り、図８（ｃ）中左右方向の磁束の急峻な変動が抑えられてなだらかになることによるものである。

ここで、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）が小さくなると、上記コア１３への磁束供給が減少してしまい、推力が低下する懸念がある。

そこで、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）を変化させながら、コギングと推力の比率（コギング／推力）を測定した。その結果を図１３に示す。
より具体的に説明すると、上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）を一定とし、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）を変化させることにより、比率（ｔ_２／ｇ_２）を変化させ、そのときのコギングと推力の比率（コギング／推力）を測定した。
但し、上記永久磁石１９と上記コイル１５とが対向している方向（図１（ｃ）中上下方向）の厚み（ｔ_１）についてもこれを一定に保持しており、そのめに、上記コア１３とコイル１５の高さ（図８（ｃ）中上下方向の大きさ）を適宜調整している。
また、このコギングの測定は、異なる残留磁束密度（残留磁束密度１．０Ｔ、１．２Ｔ、１．４Ｔ）を持つ３種類の永久磁石１９を用いて行なわれた。

図１３によると、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）が小さくなるほど、すなわち、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が薄いほど、または、上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）が大きいほど（但し、この測定では上記永久磁石１９の厚みｔ_２）を変化させている）、コギング／推力の値が小さくなっている。

また、図１３によると、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下のときに小さな「コギング／推力」比が得られている。このとき、既に述べたように、図１２によると、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下のときに同様にコギングが小さくなっている。よって、図１２と図１３に示された結果から、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下となっても、それほど推力の低下はないといえる。

また、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）においても、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）と直交する方向においても、隣接する上記永久磁石１９、１９どうしの磁化の方向が逆向きになるように設定されている。そのため、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）と直交する方向にも磁束を流すことができる。

この場合は、より安定な複数の磁気回路が構成される。これは、上記コイル１５に大電流を流した場合など、上記複数の磁気回路のうちの一部の磁気回路の磁気抵抗が大きくなった場合であっても、その磁気抵抗が大きな磁気回路を避けるような経路にて安定な磁気回路が構成されるからである。
よって、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）においても、スライダ部５の移動方向（図１０中左右方向）と直交する方向においても、隣接する上記永久磁石１９、１９どうしの磁化の方向が逆向きになるように設定することにより、更に磁束効率を高めて推力を増加させることができるとともに、より磁束漏れを防止することができる。

次に、第３の実施の形態による効果について説明する。
第３の実施の形態の場合も、前述した第１の実施の形態の場合と同様の効果を奏する。
また、第３の実施の形態の場合には、上記永久磁石１９が４個×２列で設置されているため、より推力を高めることができる。
また、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下とすることで、コギングを小さくすることができる。

また、図１３によると、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）が上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の２．４倍以下であっても、小さな「コギング／推力」比が得られているため、上記永久磁石１９の厚み（ｔ_２）と上記永久磁石１９と上記コア１３との間の隙間間隔（ｇ_２）の比率（ｔ_２／ｇ_２）が小さくなった際に懸念される推力の低下を抑えることができる。

次に、図１４乃至図１６を参照しながら、本発明の第４の実施の形態について説明する。
この第４の実施の形態によるリニアモータは、前述した第３の実施の形態によるリニアモータ３１と略同様の構成を成しているが、スライダ部５に設置された複数（例えば、４つ）の永久磁石１９が、前述した第２の実施の形態の場合のように、スライダ部５の移動方向（図１４中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜された状態で設置されている。また、上記永久磁石１９は、１辺の大きさ（ｗ_２）が、例えば、６．２５ｍｍに設定されている。
なお、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。

この第４の実施の形態の場合も、前述した第２の実施の形態や第３の実施の形態の場合と同様の作用・効果を奏する。
ここで、図１５に、上記スキュー角度（θ）を０°〜４５°の範囲で変化させてコギングを測定した結果を示す。図１５によれば、スキュー角度（θ）を０°から増加させていくと徐々にコギングが低下していき、スキュー角度（θ）が３５°のときに、コギングが最も小さくなっている。この図１５の測定結果をみると、最大、スキュー角度（θ）が１０°〜４５°程度までであれば、所望のコギング低減効果を得ることができる。

なお、この第４の実施の形態の場合は、前述した第２の実施の形態の場合と異なり、上記永久磁石１９の各辺の長さの差が小さいので、上記スキュー角度（θ）が大きくなっても、上記永久磁石１９の幅（ｗ_２）をコア１３、１３の隙間間隔（ｇ_１）より狭くするという構成そのものが大きく失われてしまうことがなく、コギング低減効果が得られている。

また、この第４の実施の形態では、横断面形状が正方形の永久磁石１９を用いているので、上記永久磁石１９の両端どうしの距離が小さく、スライダ部５の移動方向（図１４中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜させても、対向するコイル１５中心部との位相差が上記永久磁石１９の中心と端部では僅かしか異ならない。そのため、前述した第２の実施の形態の場合に比べ、上記永久磁石１９を、スライダ部５の移動方向（図１４中左右方向）と直交する方向に対して、所定のスキュー角度（θ）だけ傾斜させた場合であっても、推力の低下を非常に小さくすることができる。

ここで、上記スキュー角度（θ）を０°〜４５°の範囲で変化させて推力を測定した結果を、図１６に示す。図１６によれば、スキュー角度（θ）を０°から増加させていっても、推力の低下はあまり生じず、具体的には、上記スキュー角度（θ）が０°〜４５°の範囲では、推力が４．２Ｎより小さくなることはない。また、コギングが最も小さくなるスキュー角度（θ）が３５°のときであっても、推力は４．２５Ｎ程度となっている。

次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
この第５の実施の形態によるリニアモータは、前述した第１〜第４の実施の形態によるリニアモータと同様の構成であるが、コア１３の材料として、磁性材料である鉄鋼材料（ＳＳ４００やＳ４５Ｃなど）を用いている。しかし、この鉄鋼材料は比透磁率が高く（５０００〜５００）、コイル１５のインダクタンスは上記コア１３の比透磁率に比例するので、上記コア１３の外周側に設置された上記コイル１５のインダクタンスは大きくなってしまう。
そして、上記コイル１５のインダクタンスにより、上記コイル１５に所定の電流を流そうとすると、例えば、上記コイル１５に上記所定の電流を流す指令を与えてから、その所定の電流が上記コイル１５に流れるまでに大きな応答遅れ（例えば、比透磁率５０００のとき、時定数＝３２６ｍｓｅｃ）が生じてしまう。

そこで、上記応答遅れを少なくするために、上記コア１３に焼入れ又は焼入れ・焼き戻しの熱処理を施し、上記コア１３の比透磁率を低減させるようにしている。
具体的には、例えば、上記コア１３をＳ４５Ｃ材料により製造し、焼入れ・焼き戻しを施す。このような熱処理によって、上記コア１３の硬度をＨＲＣ４５以上に硬くすることで、比透磁率が２００以下になる。これにより、上記コア１３のコイルインダクタンスを大幅に低減でき、上記応答遅れを少なく（時定数＝１３ｍｓｅｃ）することができた。
また、上記具体例では焼入れ・焼き戻しを行っているが、焼入れのみを行ってもよい。
なお、前記第１の実施の形態の場合と同一部分には同一符号を付して示し、その説明は省略する。

なお、本発明は、前述した第１〜第５の実施の形態に限定されない。
例えば、永久磁石１９の個数や形状，コア１３の個数や形状には様々な場合が考えられる。
また、上記コア１３、ベースプレート７、スライダープレート１７が、その他の磁性材料から成る場合も考えられる。
また、スライダ部５側にコイル基板９、コア１３、及び、コイル１５を設置し、ベース部３側に永久磁石１９を設置する場合も考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例である。

本発明は、例えば、アクチュエータ用のリニアモータに係り、特に、コア付薄型タイプにて、所望の推力を得ることができるようにするとともに、コギングの影響を低減させることができるように工夫したものに関し、産業用ロボット用アクチュエータのリニアモータに好適である。

１ リニアモータ
３ ベース部
５ スライダ部
１３ コア
１５ コイル
１９ 永久磁石

Claims (8)

1. 磁石と、上記磁石に対向・配置されたコイルと、を具備し、上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動するリニアモータにおいて、
   上記磁石と上記コイルが対向している方向の厚みは上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向の幅の１／４以下であり、
   上記コイルの内周部に磁性材料からなるコアが内装されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向の幅が上記コイルに内装されたコア間の上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に沿った隙間間隔より狭いことを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したことを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置したことを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項４記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石を上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に対して傾けて設置したことを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項４又は請求項５記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石側と上記コイル側が相対的に移動する方向に直交する方向に２個以上配置されている磁石の極性が単一でないことを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項１〜請求項６の何れかに記載のリニアモータにおいて、
   上記磁石の厚みが上記磁石と上記コアとの間の隙間間隔の２．４倍以下になっていることを特徴とするリニアモータ。
8. 請求項１〜請求項７の何れかに記載のリニアモータにおいて、
   上記コアは焼入れ又は焼入れ・焼き戻し処理が施されたものであることを特徴とするリニアモータ。
   

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