JP3212801B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リニアモータに関
し、特に、浮上支持されるスライダーを移動させるため
のリニアモータの改良技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リニアモータは、高精度の位置決めが可
能であることから、例えば、サブミクロンオーダーの位
置決め精度が要求される２次元測定装置のＸ，Ｙテーブ
ルの駆動装置として利用されている。このような高精度
が要求される測定器では、リニアモータで移動させるス
ライダーは、摩擦抵抗などの影響を極力排除するため
に、圧縮空気を噴出することにより浮上支持されている
場合が多い。

【０００３】ところで、スライダーを直線的に移動させ
るリニアモータとしては、例えば、特公平２−３３９３
号公報に開示されている直流駆動型のリニアモータが知
られている。この公報に開示されてるリニアモータは、
Ｎ極とＳ極とが所定の間隔を隔てて対向し、長手方向に
沿って異なった極性の磁極が交互に配置される永久磁石
群と、この永久磁石群の前記Ｎ，Ｓ極間の中心に設けら
れる基板と、永久磁石群と対向するように基板の表裏面
に設けられる一対の空心コイル群と、永久磁石群の磁極
位置を検出する位置検知素子とから構成され、基板の表
裏面に配置された一対の空心コイル群には、位相差が設
けられている。

【０００４】このように構成されたリニアモータでは、
位置検知素子により永久磁石群の磁極位置を検出して、
空心コイル群へ供給する励磁電流の方向を制御すること
により、永久磁石群もしくは基板の何れか一方を直線的
に移動させる。また、このような構成のリニアモータを
測定器に使用する際には、移動させる側を浮上支持され
たスライダーと結合させることになる。

【０００５】この公報に示されているリニアモータによ
ると、位置検知素子が空心コイル群の内部に配置されて
いるので、永久磁石群と空心コイル群との間のエアギャ
ップが短くなり、大きな推力が得られるものの、この公
報に示されているリニアモータには、以下に説明する技
術的課題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記公報に
示されているリニアモータでは、対向しているＮ，Ｓ極
間に発生する磁束と、励磁電流を供給することにより空
心コイル群に発生する磁束との間発生する磁気力によ
り、スライダーを直線的に移動させる推力を得ている
が、永久磁石群は、長手方向に沿って異なった極性の磁
極が交互に配列されており、このような磁極構造では、
対向するＮ，Ｓ極間に磁束が発生するだけでなく、長手
方向に隣接する磁極間にも漏れ磁束が発生し、この漏れ
磁束と空心コイル群に発生する磁束との間にも磁気力が
作用する。

【０００７】ところが、上記公報に開示されているリニ
アモータでは、基板の表裏面側に発生する漏れ磁束が同
じものであったとしても、基板の表裏面に配置されてい
る空心コイル群間に位相差が設けられているため、漏れ
磁束に起因する磁気力が、基板の表裏面でアンバランス
になり、推力以外のアンバランスな磁気力が可動部側に
作用する。

【０００８】この場合、アンバランスな磁気力が発生す
ると、特に、浮上支持されているスライダーは、支持構
造の剛性が非常に小さいので、僅かなアンバランスによ
っても移動し、その結果、高精度の位置決めができなく
なるという問題があった。本発明は、このような従来の
問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、高
精度の位置決めが可能になるリニアモータを提供するこ
とにある。また、別の目的として、コイルを励磁する際
に発生する発熱の影響が低減できるリニアモータを提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、Ｎ極とＳ極とが所定の間隔を隔てて対向
配置される多数の永久磁石を、長手方向に沿って異なっ
た極性の磁極が交互になるように配列した永久磁石群
と、この永久磁石群の前記Ｎ，Ｓ極間の中心に設けら
れ、合成樹脂などの熱伝導性の低い材料で形成された基
板と、前記永久磁石群と対向するように前記基板の表裏
面に設けられる一対の空心コイル群とを備え、前記基板
側ないしは前記永久磁石群側の何れか一方を相対移動可
能な可動部とし、この可動部が圧縮空気の噴射により浮
上支持されるスライダーと結合するリニアモータであっ
て、前記空心コイル群を同一位相とし、かつ、前記基板
の表裏面に対称に設けたことを特徴とする。

【００１０】前記基板の表裏面に設けた空心コイル群の
一対ずつをそれぞれ並列接続することができる。

【００１１】

【作用】上記構成のリニアモータによれば、空心コイル
群を同一位相とし、かつ、これらの空心コイル群を基板
の表裏面に対称に設けているので、漏れ磁束と各空心コ
イル群との間に作用する電磁力は、基板の表裏面で相殺
される。また、請求項２の構成によれば、基板の表裏面
に設けた空心コイル群の一対ずつをそれぞれ並列接続す
るので、巻数がＮの単一の空心コイルと同じ推力を得る
のに必要な条件は、巻数がＮ／２となり、空心コイルの
電気抵抗が１／２になるので、１空心コイル当たりの発
熱量を抑えることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の好適な実施例について添附図面
を参照して詳細に説明する。図１から図３は、本発明に
かかるリニアモータの一実施例を示している。同図に示
すリニアモータは、スライダー１０をスライドガイド１
２に沿って移動させるものであって、可動部１４と固定
部１６とを有している。

【００１３】スライダー１０は、例えば、２次元測定器
のＸ，Ｙテーブルが取り付けられるものであって、中空
角形断面に形成されていて、図１の紙面と直交する方向
に延びるスライドガイド１２に外嵌されている。スライ
ドガイド１２は、角形断面の棒材であって、その外周面
とスライダー１０の内周面との間に僅かな間隔が設けら
れていて、この間隔に圧縮空気をスライダー１０ないし
はスライドガイド１２から噴射することにより、スライ
ダー１０がスライドガイド１２に対して浮上支持されて
いる。

【００１４】リニアモータの可動部１４は、スライダー
１０が上端面に載置固定される断面が略コ字型に形成さ
れたヨーク１４ａと、このヨーク１４ａの対向する内面
に固設された永久磁石群ＰＭとから構成されている。一
方、リニアモータの固定部１６は、設置面に固定される
支持板１６ａと、この支持板１６ａの中心に立設され、
合成樹脂などの熱伝導性の低い材料で形成された基板１
６ｂと、この基板１６ｂの表裏面に固設された一対の空
心コイル群Ｃ，Ｃ’とから構成されている。

【００１５】永久磁石群ＰＭは、図３にその詳細を示す
ように、長手方向に隣接する磁極が交互に異なるように
配列された多数の永久磁石ＰＭ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,……ＰＭ
_n から構成されていて、各永久磁石ＰＭ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,
……ＰＭ_n のＮ極とＳ極とが短手方向で対向するよう
に、所定の間隔を隔てて配置されている。基板１６ｂ
は、永久磁石ＰＭ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,……ＰＭ_n のＮ極とＳ
極とのほぼ中心に、厚み方向の中心が位置するように配
置されている。

【００１６】一対の空心コイル群Ｃ，Ｃ’は、図１，３
にその詳細を示すように、所定の巻数Ｎを有する多数の
空心コイルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n,Ｃ₁ ’_, Ｃ₂ ’
_, Ｃ₃ ’……_, Ｃ_n ’から構成されている。各空心コイ
ルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n,Ｃ₁ ’_, Ｃ ₂ ’_, Ｃ₃ ’……_,
Ｃ_n ’は、同一構成のものであって、基板１６ｂの表裏
面に対称かつ同一位相に配置されていて、表裏一対ずつ
の空心コイルＣ_1,Ｃ₁ ’、Ｃ _2,Ｃ₂ ’、Ｃ_3,Ｃ₃ ’、Ｃ
_n,Ｃ_n ’とがそれぞれ並列接続されている。

【００１７】また、この実施例では、永久磁石群ＰＭと
空心コイル群Ｃ，Ｃ’との長手方向の配置間隔は、図３
に示すように、４個の永久磁石ＰＭ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,ＰＭ
₄ の長さに対して、３個の空心コイルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ
_3,Ｃ₁ ’_, Ｃ₂ ’_, Ｃ₃ ’が納まるように設定されてい
る。さらに、本実施例のリニアモータでは、永久磁石Ｐ
Ｍ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,……ＰＭ _n の磁極位置は、例えば、ホ
ール素子などの検知手段を用いることなく検出する。す
なわち、各空心コイルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n,Ｃ₁ ’_, Ｃ
₂ ’_, Ｃ₃ ’……_,Ｃ_n ’に励磁電流を供給すると、そ
の供給の初期において、永久磁石ＰＭ_1,ＰＭ _2,ＰＭ_3,…
…ＰＭ_n の磁束と鎖交する磁束が変化し、コイルに逆起
電力が発生し、励磁電流に変化が生じる。

【００１８】このような励磁電流の変化は、永久磁石Ｐ
Ｍ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,……ＰＭ_n の磁極位置によって異なる
ので、この励磁電流の変化を検出して、永久磁石ＰＭ_1,
ＰＭ _2,ＰＭ_3,……ＰＭ_n の磁極位置求め、この求められ
た位置に基づいて励磁電流の方向が決定される。そし
て、このような手段に基づいて磁極位置を求めて各空心
コイルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n,Ｃ₁ ’_, Ｃ₂ ’_, Ｃ₃ ’…
…_, Ｃ_n ’に励磁電流を供給すると、コイルの創る磁界
と永久磁石の磁界との間に作用する磁気力により、スラ
イダー１０をスライドガイド１２に沿って移動させる推
力が得られる。

【００１９】この場合、本実施例のリニアモータによれ
ば、特に、以下に説明する作用効果が得られる。すなわ
ち、上述したように配列したリニアモータの磁極構造で
は、従来のリニアモータと同様に、長手方向に沿って交
互に磁極が異なるように配列した永久磁石群ＰＭでは、
隣接する磁極間に漏れ磁束が発生し、この漏れ磁束に基
づく、推力以外の方向の磁気力が作用することになる。

【００２０】ところが、本実施例のリニアモータでは、
空心コイル群Ｃ，Ｃ’を同一位相とし、かつ、基板１６
ｂの表裏面に対称に設けているので、基板１６ｂの表裏
面側にそれぞれ発生する漏れ磁束の大きさが同じであれ
ば、この漏れ磁束に伴って発生する磁気力も同じにな
り、基板１６ｂの表裏面で発生した磁気力同士が相殺さ
れ、その結果、漏れ磁束に伴う磁気力の影響を排除する
ことができる。

【００２１】従って、特に、浮上支持されているスライ
ダー１０のように剛性の非常に弱い支持構造において、
高精度の位置決めを確実に確保することができる。本発
明者らの実測によると、本実施例のリニアモータを用い
ると、スライダー１０のローリング成分が１／１０〜１
／２５に減少することが確認された。また、本実施例の
場合には、基板１６ｂの表裏面に設けた空心コイル群
Ｃ，Ｃ’の一対ずつをそれぞれ並列接続しているので、
コイルに励磁電流を供給した時の発熱の影響を抑制する
ことができる。

【００２２】すなわち、いま例えば、本実施例の空心コ
イルＣ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n,Ｃ₁ ’_,Ｃ₂ ’_, Ｃ₃ ’……
_, Ｃ_n ’で、巻数がＮの単一の空心コイルと同じ推力を
得るものとすると、本実施例では、基板１６ｂの表裏面
に設けられた一対のコイルを有しているので、各コイル
の巻数は、Ｎ／２となる。このようなコイルを並列接続
すると、供給する励磁電流は、２倍必要になるが、空心
コイルの電気抵抗が１／２になるので、１個当たりの発
熱量を抑えることができる。

【００２３】この場合、表裏面に設けられた一対のコイ
ルの発熱量の合計は、巻数Ｎの単一空心コイルと同じに
なるが、本実施例の場合には、各コイルは、熱伝導率の
低い基板１６ｂの表裏面に配置されているので、発熱に
よる可動部１４側への影響は、何れか一方側のコイルの
発熱量だけを考慮すればよく、局部的な発熱量は、巻数
Ｎの単一空心コイルよりも少なくなる。

【００２４】図４は、本発明にかかるリニアモータの他
の実施例を示している。同図に示したリニアモータは、
上記実施例と基本的な構成は同じであるが、空心コイル
群Ｃ，Ｃ’が配置された基板１６ｂと、永久磁石群ＰＭ
とを水平方向に配置した例であって、このような構成の
リニアモータでも上記実施例と同様な作用効果が得られ
る。

【００２５】なお、上記実施例では、可動部１４側に永
久磁石群ＰＭを設けたものを例示したが、基板１６ｂを
可動側にすることも勿論可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるリニアモータによれば、漏れ磁束に伴う
悪影響を排除できるので、浮上支持されるスライダーを
高精度に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるリニアモータの要部断面説明図
である。

【図２】図１のリニアモータの要部分解斜視図である。

【図３】図１のリニアモータの磁極配列の説明図であ
る。

【図４】本発明にかかるリニアモータの他の実施例を示
す要部断面説明図である。

【符号の説明】

１０ スライダー １２ スライドガイド １４ 可動部 １４ａ ヨーク １６ 固定部 １６ａ 支持板 １６ｂ 基板 ＰＭ 永久磁石群 ＰＭ_1,ＰＭ_2,ＰＭ_3,…ＰＭ_n 永久磁石 Ｃ，Ｃ’ 空心コイル群 Ｃ_1,Ｃ_2,Ｃ_3,……Ｃ_n, 空心コイル Ｃ₁ ’_, Ｃ₂ ’_, Ｃ₃ ’…_, Ｃ_n ’空心コイル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ極とＳ極とが所定の間隔を隔てて対向
   配置される多数の永久磁石を、長手方向に沿って異なっ
   た極性の磁極が交互になるように配列した永久磁石群
   と、この永久磁石群の前記Ｎ，Ｓ極間の中心に設けら
   れ、合成樹脂などの熱伝導性の低い材料で形成された基
   板と、前記永久磁石群と対向するように前記基板の表裏
   面に設けられる一対の空心コイル群とを備え、前記基板
   側ないしは前記永久磁石群側の何れか一方を相対移動可
   能な可動部とし、この可動部が圧縮空気の噴射により浮
   上支持されるスライダーと結合するリニアモータであっ
   て、前記空心コイル群を同一位相とし、かつ、前記基板
   の表裏面に対称に設けたことを特徴とするリニアモー
   タ。
2. 【請求項２】 前記基板の表裏面に設けた空心コイル群
   の一対ずつをそれぞれ並列接続することを特徴とする請
   求項１記載のリニアモータ。