JP3673498B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、ソーヤのリニアモータに関し、特に、多数枚の磁性薄板を積層して成る積層体を固定子（プラテン）として利用できるリニアモータに関する。
背景技術
ソーヤのリニアモータの原理は説明すると、第１２図に示すように、磁性厚板の表面にドットピッチＰの空間周期でプラテンドットＤを繰り返して形成したプラテン（固定子）１０と、バイアス磁束を生成するための永久磁石Ｍ、その磁極面に接合して進行方向に相縦列し、それぞれ第１及び第２の分岐磁路脚部Ａ，Ａ′（Ｂ，Ｂ′）を備えた第１及び第２のヨーク（継鉄）Ｙ１（Ｙ２）、第１のヨークＹ１の第１及び第２の分岐磁路脚部Ａ，Ａ′にそれぞれ巻装された直列接続の第１及び第２のＡ相励磁コイルＣＡ，ＣＡ′、第２のヨークＹ２の第１及び第２の分岐磁路脚部Ｂ，Ｂ′にそれぞれ巻装された直列接続の第１及び第２のＢ相励磁コイルＣＢ，ＣＢ′、並びに、第１及び第２の分岐磁路脚部Ａ，Ａ′（Ｂ，Ｂ′）の下端部にそれぞれ形成され、ドットピッチＰの１／２の間隔をおいて進行方向に相並ぶ２つの極歯（突極部）ＫＡ，ＫＡ′（ＫＢ，ＫＢ′）から成る可動子（走行体）２０とで構成されている。ここで、同分岐磁路脚部の極歯は唯一でも構わないが、複数個の場合はプラテンドットＤの至近ドットに対して持つ空間位相が同一である。また、第１の分岐磁路脚部Ａ（Ｂ）と第２の分岐磁路脚部Ａ′（Ｂ′）との間隔は至近ドットに対する空間位相がＰ／２だけ進行方向にずれるように配置されており、更に、第２の分岐磁路部Ａ′と第１の分岐磁路部Ｂとの間隔は至近ドットに対する空間位相がＰ／４だけ進行方向にずれるように配置されている。
可動子２０は圧空噴出口を持ち、圧空の吹き付けによりプラテン１０の表面から僅少浮上しているが、第１２図（ａ）に示す如く、第２のヨークＹ２の第１及び第２のＢ相励磁コイルＣＢ，ＣＢ′の端子にのみ図示の極性のＢ相電流を流すと、第２の分岐磁路脚部Ｂ′の極歯ＫＢ′とその至近ドットＤ１，Ｄ２とのエアギャップには永久磁石Ｍによるバイアス磁束のほか第２の励磁コイルＣＢ′による交番磁束が重畳して強まり集中磁束部ａが発生し、至近ドットＤ１，Ｄ２に極歯部ＫＢ′を強く磁気吸着すると共に、第１の分岐磁路脚部Ｂの極歯ＣＢにはバイアス磁束を打ち消す向きに交番磁束が加わるので磁束消滅部ｂとなる。他方、第１のヨークＹ１の第１及び第２の分岐磁路脚部Ａ，Ａ′には第２のヨークＹ２の第２の分岐磁路脚部Ｂ′からの集中磁束がプラテン１０内部を介して分岐した磁束が通過するが、第１の分岐磁路脚部Ａの極歯ＫＡが至近ドットＤ１５，Ｄ１４に対しＰ／４だけ進行方向に遅れているので、一方の分岐磁束により至近ドットＤ１５，Ｄ１４がその極歯ＫＡを進行方向に引き付けると共に、他方の分岐磁束より第２の分岐磁路脚部Ａ′の極歯ＫＡ′が至近ドットＤ１０，Ｄ９に対しＰ／４だけ進行方向に進んでいるので、至近ドットＤ１０，Ｄ９がその極歯ＫＡ′を進行方向とは逆向きに引き付けるため、進行方向への推力と逆方向への引き戻し力とが丁度拮抗し、第１のヨークＹ１の全体はバランスする。つまり、第１の分岐磁路脚部Ａの極歯ＫＡと至近ドットＤ１５，Ｄ１４とのエアギャップには推力分岐磁束部ｄが発生し、第２の分岐磁路脚部Ａ′の極歯ＫＡ′と至近ドットＤ１０，Ｄ９とのエアギャップには引き戻し分岐磁束部ｃが発生するので、第１のヨークＹ１自身は磁力吸着ポテンシャルの安定点にある。
次いで第１２図（ｂ）に示す如く、第１のヨークＹ１の第１及び第２のＡ相励磁コイルＣＡ，ＣＡ′の端子にのみ図示の極性のＡ相電流を流すと、第１の分岐磁路脚部Ａの極歯ＫＡと至近ドットＤ１５，Ｄ１４とのエアギャップは直前で推力分岐磁束部ｄであったものが、バイアス磁束のほか第２の励磁コイルＣＡによる交番磁束が重畳して集中磁束部ａに切り替わり、また第２の分岐磁路脚部Ａ′の極歯ＫＡ′では引き戻し分岐磁束部ｃから磁束消滅部ｂに切り替わるので、至近ドットＤ１５，Ｄ１４が極歯ＫＡを強く磁気吸着して進行推力が可動子２０に起こる。他方、第２のヨークＹ２の第１及び第２の分岐磁路脚部Ｂ，Ｂ′にはプラテン１０内部を介して第１のヨークＹ１の第１の分岐磁路脚部Ａでの集中磁束となるべき分岐磁束が通過するが、第１の分岐磁路脚部Ｂの極歯ＫＢでは磁束消滅部ｂから推力分岐磁束部ｄに切り替わり、また第２の分岐磁路脚部Ｂ′の極歯ＫＢ′では集中磁束部ａから引き戻し分岐磁束部ｃに切り替わる。このため、２相電流の切り替わりにより、可動子２０はＰ／４だけ歩進する。第１２図（ｃ）,（ｄ）の励磁パターンを含めると、２相電流では励磁コイルの励磁パターンは４通りであるため、励磁パターンの１巡回では可動子２０は４回歩進して１ピッチ分だけ進行する。２相電流の切り替わり過程では、推力分岐磁束部ｄから集中磁束部ａへと転移する極歯で推進力が発生する。
このようなソーヤのリニアモータを用いてプラテン上を可動子がＸ軸及びＹ軸の方向に平面移動する平面リニアモータを実現するためには、例えば特開昭９−２６１９４４号公報に見られるように、第１３図及び第１４図に示す如く、プラテン表面に正方形頂面のプラテンドットＤを格子点（マトリクス）状に配列形成したプラテン１０と、Ｙ軸に平行なストライプ状の突条極歯ＫＡ，ＫＡ′（ＫＢ，ＫＢ′）を持ちＸ軸方向のみへ可動するＸ軸可動子２０Ｘ及びＸ軸に平行なストライプ状の突条極歯ＫＡ，ＫＡ′（ＫＢ，ＫＢ′）を持ちＹ軸方向のみへ可動するＹ軸可動子２０Ｙを平面内直交関係で支持板３０を以って連結して成る複合可動子とで構成するものである。
また、可動子２０Ｘ（２０Ｙ）の進行中の節動又は脈動を低減するには、第１５図に示す如く、ヨークＹ１,Ｙ２の分岐磁路脚部を３本とし、その分岐磁路脚部Ｕ，Ｖ，Ｗ（Ｕ′，Ｖ′，Ｗ′）毎に相互独立相の励磁コイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷ（ＣＵ′，ＣＶ′，ＣＷ′）を巻装し、これらのコイルに３相電流を供給するようにする。
上記の平面リニアモータの利用分野としては、例えば、吊り下げ支持したプラテンの下面を平面移動する可動子側に電子部品を把持しながらプラテン下面の法線方向にスライド移動するアクチュエータを設け、プラテン下に配置した基板のスルーホール等に電子部品を差し込むための部品実装機が知られている。
平面リニアモータに必須の固定子としてのプラテンは、その表面にプラテンドットをマトリクス状に配列形成すること等から、ブロック材で形成された１枚の厚板磁性材（厚鋼板）となっている。このため、この厚板磁性材をプラテンとして用いると、プラテン内を通過する磁束により渦電流が自然発生するため、交流磁化特性が悪く、電力損失（鉄損）が大きいので、可動子の高速化及び高推進力を得難く、大電流容量を必要とする。第１６図に示す、速度に対する推進力の依存性の特性曲線αから判るように、駆動周期電流（電流パルス）を高周波数化して進行速度の高速化を図る程、推進力が急激に低下し、効率（速度×推進力／消費電力）が非常に悪くなる。
本発明者らは、渦電流の発生を抑制し、高速化，高推力，高効率の平面リニアモータを実現するために、多数の磁性薄板（例えば１mm以下の板厚）を積層して成る積層体を用い、その積層体の板筋並行面（多数枚の薄板の縁線が互いに並行して現われている面）をプラテン面とし、そのプラテン面にプラテンドットを格子点配列でエッチング等により形成することに着眼した。磁性薄板の積層境界面（合わせ面）では渦電流が貫通し難いため、電流抵抗が高くなり、渦電流の発生を抑制できるため、高速化，高推力，高効率の平面リニアモータが実現できるものと期待した。
１軸可動子の極歯列とこれに対向する至近プラテンドット列とが斉一し、両列を含む面内に形成される磁気回路においてその列方向に沿って集中磁束部，磁束消滅部及び分岐磁束部（推力分岐磁束部と引き戻し分岐磁束部）を巡回的に転移させることにより、１軸可動子がその列方向に沿って進行するものであるから、１軸可動子の極歯列と至近ドット列の配列方向が磁性薄板の板筋方向である場合には、進行磁束のための磁気回路が合わせ面と平行に磁性薄板の板厚内に沿って形成されるので、１軸可動子の板筋方向への進行が可能であり、上記の利点が得られる。
ところが、積層体内の磁束は合わせ面では屈折又は非透過となり、磁気抵抗が高いことから、合わせ面の法線方向に沿っては進行磁束のための磁気回路を事実上形成することができず、合わせ面の法線方向（板筋方向とは直交する方向）への１軸可動子の進行は不可能である。このため、積層体をプラテンとして利用する平面リニアモータの開発は今まで断念されていた。
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題は、積層体の合わせ面の法線方向へ推動する１軸可動子を実現することにより、磁性薄板の積層体をプラテンとして利用でき、高速化，高推力，高効率のリニアモータを提供することにある。
発明の開示
上記課題を解決するために、本発明の講じた手段は、可動子のための進行磁束（集中磁束部，分岐磁束部）を発生するための磁気回路を積層体の板筋方向に沿って形成すると同時に、可動子の１組の極歯のそれぞれと積層体の合わせ面の法線方向のプラテンドットとの間で磁気結合を生じるように、１組の極歯を合わせ面の法線方向に１ピッチ以内の所定の空間位相関係で食い違い配置としたところにある。
即ち、本発明は、多数のプラテンドットを格子点配列で形成したプラテン面を有するプラテンと、プラテンドットのうち至近ドットとの間で進行磁束を発生させるための少なくとも２ｎ（但し、ｎは２以上の整数）個の極歯を１組とする極歯パターンを持つＸ軸可動子とを備えたリニアモータにおいて、プラテンは多数枚の磁性薄板を積層して成る積層体の板筋並行面の側を上記プラテン面とし、極歯パターンの２ｎ個の極歯は、磁性薄板の板筋方向（Ｙ方向）に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が相等しい関係の横並び配置である。また、上記極歯パターンの２ｎ個の極歯は、磁性薄板の合わせ面の法線方向に１ドットピッチＰ以内の食い違い配列であって、法線方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が空間位相差（Ｐ／２ｎ）ずつ相異なる関係となっている。つまり、各極歯が至近ドットに対して持つ空間位相は、任意の空間位相をｐとすると、ｎ＝２では、ｐ−Ｐ／４，ｐ，ｐ＋Ｐ／４，ｐ＋Ｐ／２、にそれぞれ割り当てられ、ｎ＝３では、ｐ−Ｐ／３，ｐ−Ｐ／６，ｐ，ｐ＋Ｐ／６，ｐ＋Ｐ／３，ｐ＋Ｐ／２、にそれぞれ割り当てられ、ｎ＝４では、ｐ−３Ｐ／８，ｐ−Ｐ／４，ｐ−Ｐ／８，ｐ，ｐ＋Ｐ／８，ｐ＋Ｐ／４，ｐ＋３Ｐ／８，ｐ＋Ｐ／２、にそれぞれ割り当てられている。
かかる構成によれば、極歯パターンの２ｎ個の極歯はどれも磁性薄板の板筋方向（Ｙ軸方向）に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が相等しいため、Ｘ軸可動子はＹ軸方向への推進力を受けないものの、Ｘ軸可動子の極歯パターンの２ｎ個の極歯は、磁性薄板の合わせ面の法線方向に１ドットピッチＰ以内で相異なる食い違い配置となっているため、進行磁束のための磁気回路は積層体の板筋方向に沿って形成される。そして、Ｘ軸可動子の極歯パターンの２ｎ個の極歯は、磁性薄板の合わせ面の法線方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が空間位相差（Ｐ／２ｎ）ずつ相異なる関係であるため、Ｘ軸方向に配列した至近ドットとの間での磁気結合が生じ、Ｙ軸方向に横長状の極歯パターンの２ｎ個の極歯には集中磁束部と分岐磁束部との組み合わせ循環によりＸ軸方向の推進力が順序的に作用し、Ｘ軸可動子はいわば葡萄運動でＸ軸方向へ並進する。
このように、積層体の合わせ面の法線方向へ推動する１軸可動子を実現できるので、磁性薄板の積層体をプラテンとする利用を現実化でき、高速化，高推力、高効率のリニアモータを提供できる。分岐磁束部から集中磁束部へ切り替わる極歯に推進力が作用するものであるが、分岐磁束部と集中磁束部とが別々のヨークの極歯で生じるものであるから、Ｘ軸可動子に作用する回りモーメントが正逆交互に生じる。ただ、高速走行になる程、走行速度に対する回り振動の比率は僅少になる。
磁束消滅部を生じる極歯は集中磁束部を生じる極歯に対して他の極歯よりも一番食い違っており、半ピッチである。板厚が半ピッチ以内の磁性薄板を用いたプラテンの場合、板筋方向に沿って形成される磁気回路はその磁束消滅部を生じる極歯とは磁気結合を元々持ち難いので、バイアス磁束を丁度打ち消す程の強さの交番磁束を発生させる必要がなく、設計の自由度が増す。２相リニアモータの場合、集中磁束部の極歯と一対の分岐磁束部の極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／４であり、一方の分岐磁束部の極歯と他方の分岐磁束部の極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／２である。３相リニアモータの場合、集中磁束部の極歯と一対の分岐磁束部の極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／６であり、一方の分岐磁束部の極歯と他方の分岐磁束部の極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／３である。そこで３相リニアモータの場合は、板厚が１／３ピッチ以内の磁性薄板を用いることが望ましい。一般にｎ相のリニアモータの場合には、板厚が１／ｎピッチ以内の磁性薄板を用いることが望ましい。相数が増す程、板厚を薄くする。３相以上では、希薄な分岐磁束部を生じる一対の極歯とも磁気結合が起こり難くなるため、歩進停止に費やされる余分な磁気結合を断ち切り、その分、歩進の推進力に転嫁できる。むしろ、板筋方向へ推動するＹ軸可動子に比し、その直交方向へ推動するＸ軸可動子の方が高効率化を期待できる。従って、本発明は、２次元の平面リニアモータのＸ軸可動子に限らず、積層体を用いたプラテンと、その積層体の合わせ面の法線方向へ推動する１軸可動子とから成る１次元のリニアモータとしての利用価値も十分にある。また、プラテンが磁性薄板の積層体であることから、Ｘ軸方向のドット間はプラスチック等の非磁性材を挟み込んだ積層体でも構わず、またドット間に凹みを設けずに済み、プラテンの製造容易化も実現できる。しかも、漏れ磁束を低減でき、更なる高効率化に寄与する。
なお、可動子側の極歯の組とプラテン側の至近ドットの組との空間位相関係は相対的であることから、可動子の極歯相互間で上記位相関係の食い違い配置を持たせる代わりに、プラテン側のＸ軸方向に配列したプラテンドットの相互間において上記位相関係の食い違い配置を持たせても良い。
Ｘ軸可動子が極歯パターンを合わせ面の法線方向に繰り返し配列して成るパターン群を持つ場合、Ｘ軸可動子の安定走行と高出力を得ることができる。上記極歯パターンを第１の極歯パターンとし、この第１の極歯パターンに対し第２の極歯パターンを法線方向へ隔てて持つ一対のパターンを形成する。この第２の極歯パターンの極歯は、第１の極歯パターンの磁性薄板の合わせ面の法線方向に配列した至近ドットに対して持つ上記空間位相関係の食い違い配置とは、パターン中心を通るＸ方向線に関して線対称の食い違い配置である。Ｘ軸可動子には正逆の回りモーメントが同時に作用するため、回りモーメントが打ち消されて回り振動を無くすことができる。
Ｘ軸可動子が、第１極歯パターンと第２極歯パターンとを合わせ面の法線方向に交互に繰り返し配列して成るパターン群を持つ場合、やはりＸ軸可動子の安定走行と高出力を得ることができる。
平面リニアモータとしては、上記のようなＸ軸可動子と、薄磁性板の板筋方向に移動するＹ軸可動子と、を面内直交関係で連結して成る複合可動子を有する構成とすることが望ましいが、ここで、２個のＸ軸可動子と２個のＹ軸可動子とを複合可動子の平面中心点に関してそれぞれ対角配置し、一方のＸ軸可動子の極歯パターンと他方のＸ軸可動子の極歯パターンとを平面中心点を通るＸ方向線に関し線対称とする。複合可動子の平面中心点に関する回りモーメントが同時に正逆方向に作用することになり、回りモーメントが打ち消されて複合可動子全体の回り振動を無くすことができ、低速走行から高速走行に亘ってＸ軸方向及びＹ軸方向の安定走行を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施例１に係る２相平面リニアモータの概略構成を示す斜視図である。
第２図は、同モータにおけるＸ軸可動子を示す斜視図である。
第３図は、同Ｘ軸可動子の極歯とプラテンドットとの空間位相関係を示す平面図である。
第４図は、同Ｘ軸可動子をＸ軸方向に見た状態を示す側面図である。
第５図（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ第３図中のＢ′−Ｂ′線，Ｂ−Ｂ線，Ａ′−Ａ′線，Ａ−Ａ線に沿って切断した状態を示す断面図である。
第６図は、第１の極歯パターンと第２の極歯パターンとを併有するパターン群を持つＸ軸可動子を示す概略平面図である。
第７図は、Ｘ軸可動子とＹ軸可動子との配置関係を示す平面図である。
第８図は、本発明の実施例２に係る３相平面リニアモータにおけるＸ軸可動子の概略構成を示す斜視図である。
第９図は、同Ｘ軸可動子の極歯とプラテンドットとの空間位相関係を示す平面図である。
第１０図は、同Ｘ軸可動子をＸ軸方向に見た状態を示す側面図である。
第１１図（ａ）乃至（ｆ）は、それぞれ第９図中のＷ′−Ｗ′線，Ｖ′−Ｖ′線，Ｕ′−Ｕ′線，Ｗ−Ｗ線，Ｖ−Ｖ線，Ｕ−Ｕ線に沿って切断した状態を示す断面図である。
第１２図（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれソーヤモータ（２相リニアモータ）の原理を説明するための歩進動作図である。
第１３図は、従来の２相平面リニアモータの概略構成を示す斜視図である。
第１４図（ａ）は第１３図中の２相平面リニアモータの平面図、第１４図（ｂ）は同２相平面リニアモータの右側面図、第１４図（ｃ）は同２相平面リニアモータの正面図である。
第１５図（ａ）は従来の３相平面リニアモータの平面図、第１５図（ｂ）は同３相平面リニアモータの右側面図、第１５図（ｃ）は同３相平面リニアモータの正面図である。
第１６図は、プラテンがブロック材と積層体との場合において、可動子の速度に対する推進力の依存性の特性曲線の比較を示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
【実施例１】
第１図は本発明の実施例１に係る２相平面リニアモータの概略構成を示す斜視図、第２図は同モータのＸ軸可動子を示す斜視図、第３図は同Ｘ軸可動子の極歯とプラテンドットとの空間位相関係を示す平面図、第４図は同Ｘ軸可動子をＸ軸方向に見た状態を示す側面図、第５図（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ第３図中のＢ′−Ｂ′線，Ｂ−Ｂ線，Ａ′−Ａ′線，Ａ−Ａ線に沿って切断した状態を示す断面図である。なお、第１図乃至第３図において、第１３図及び第１４図に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略する。
本例の２相平面リニアモータは、多数のプラテンドットＤを格子点配列で形成したプラテン面５１を有するプラテン５０と、２個のＸ軸可動子６０Ｘと２個のＹ軸可動子２０Ｙとを面内直交関係で支持板３０を以って連結して成る複合可動子７０とから構成されている。複合可動子７０は圧空噴出口（図示せず）を持ち、圧空の吹き付けによりプラテン５０の表面から僅少浮上しながら平面移動する。
この２相平面リニアモータは例えばＩＣテストハンドラに採用する。ＩＣテストハンドラは、搬入位置のＩＣを吸着保持してテスト位置まで移動した後、下降させてＩＣソケットにＩＣの端子を所定時間押圧し続け、しかる後、ＩＣを上昇させて搬出位置に差し置くコンタクトトランスファを備えるものであり、このＩＣテストハンドラではプラテン５０は図示状態とは上下が逆になって吊り下げ支持されており、複合可動子７０はコンタクトトランスファの基体としてプラテン５０の真下でプラテン面に沿って平面走行するものである。
プラテン５０は多数枚の磁性薄板Ｔを積層して成る積層体であって、第１図，第２図に示す通り、その板筋並行面側をプラテン面５１として利用するものである。磁性薄板Ｔは例えば０．３５〜０．５mm程度の絶縁皮膜コートの珪素鋼板である。プラテンドットＤの１ドットピッチＰ（１空間周期）は例えば数ミリ程度である。
Ｙ軸可動子２０Ｙは磁性薄板Ｔの板筋方向（Ｙ軸方向）に進行する可動子であって、第１及び第２のヨークＹ１（Ｙ２）は、従来と同様に、Ｘ軸と平行なストライプ状の突条極歯ＫＡ，ＫＡ′（ＫＢ，ＫＢ′）を持つ。
Ｘ軸可動子６０Ｘの第１のヨークＹ１の第１及び第２の分岐磁路脚部Ａ，Ａ′（Ｂ，Ｂ′）の極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）は第４図に示す如くＹ軸方向にはフラットであって、磁性薄板Ｔの板筋方向に配列した至近ドットＤに対して持つ空間位相が相等しい。極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）のＹ軸方向の長さはプラテンドットＤの２ピッチ分であり、いずれの間隔もまた２ピッチ分である。しかしながら、極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）は磁性薄板Ｔの合わせ面の法線方向（Ｘ線方向）には１ドットピッチ（１空間周期＝Ｐ）毎に繰り返し配列されて、歯列を形成しており、第３図及び第５図に示す如く、１ピッチ以内に収まる横並びの任意の組（極歯パターン）を構成する極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）は、磁性薄板Ｔの合わせ面の法線方向に１ドットピッチＰ以内の食い違い配置である。そして、法線方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が空間位相差（Ｐ／４）ずつ相異なる。
第３図中の２点鎖線で囲まれた極歯パターン６１では極歯ＫＡ_xが至近ドットＤと一致しており、第５図（ｄ）に示す如くそのエアギャップに集中磁束部ａを発生し、また極歯ＫＡ′_xは至近ドットＤに対して半ピッチだけ食い違っており、第５図（ｃ）に示す如くそのエアギャップは磁束消滅部ｂとなり、極歯ＫＢ_xは至近ドットＤに対してＰ／４だけ進んで食い違っており、更に第５図（ｂ）に示す如くそのエアギャップは引き戻し分岐磁束部ｃとなり、そして極歯ＫＢ′_xは至近ドットＤに対してＰ／４だけ遅れて食い違っており、第５図（ａ）に示す如くそのエアギャップは推力分岐磁束部ｄとなっている。Ｘ軸可動子６０Ｘは例えば上記の極歯パターン６１を１ピッチ周期でＸ軸方向に繰り返し展開したパターン群を有するものである。
極歯パターン６１の極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）はどれも磁性薄板Ｔの板筋方向（Ｙ軸方向）に配列した至近ドットＤに対して相等しい空間位相であるため、Ｘ軸可動子６０ＸはＹ軸方向への推進力を受けないものの、極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）がＸ軸方向の１ピッチ以内に収まっているので、進行磁束のための磁気回路は積層体の板筋方向に沿って形成される。第３図及び第５図に示す状態（Ａ相電流による励磁状態）では極歯ＫＢ′_xが推力分岐磁束部ｄを発生しているので、Ａ相電流からＢ相電流への切り替わり過程においては極歯ＫＢ′_xにＸ軸方向の推進力が作用し、２番目の相切り替え過程では極歯ＫＡ′_xにＸ軸方向の推進力が作用し、３番目の相切り替え過程では極歯ＫＢ_xにＸ軸方向の推進力が作用し、４番目の相切り替え過程では極歯ＫＡ_xにＸ軸方向の推進力が作用する。Ｙ軸方向に横長の極歯パターン６１の４個の極歯には集中磁束部ａと分岐磁束部ｃｄとの組み合わせ循環によりＸ軸方向の推進力が順序的に作用し、Ｘ軸可動子６０Ｘはいわば葡萄運動でＸ軸方向へ並進する。勿論、ブロック材で構成したプラテンの場合でもＸ軸方向へ並進する。
このように、積層体の合わせ面の法線方向へ推動するＸ軸可動子６０Ｘを実現できるので、磁性薄板Ｔの積層体をプラテン５０とする利用を現実化できる。第１６図に示す、速度に対する推進力の依存性の特性曲線βから判るように、駆動周期電流（電流パルス）を高周波数化して進行速度を高速化しても、高速域（２ｍ／秒）まで推進力はさほど低下しない。従って、高速化，高推力，高効率のリニアモータの実現が可能となる。
Ｘ軸可動子６０Ｘ側の極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）とプラテン５０側のＸ軸方向に配列したプラテンドットＤとの空間位相関係は相対的であるので、極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x（ＫＢ_x，ＫＢ′_x）の相互間で食い違い配置を持たせる代わりに、プラテン５０側のＸ軸方向に配列したプラテンドットＤの相互間において食い違い配置を持たせても良い。ただ、プラテン面のドット数は膨大であるため、プラテン５０の製造に不都合となるが、小面積のプラテンの場合や、プラテン製造の高精度化の開発により実現も可能である。
推力分岐磁束部ｄから集中磁束部ａへ切り替わる極歯に推進力が作用するものであるが、推力分岐磁束部ｄと集中磁束部ａとが互いに逆のヨークの極歯で生じるものであるから、Ｘ軸可動子６０Ｘに作用する回りモーメントは正逆交互に生じ、Ｘ軸可動子６０Ｘは回り振動を伴って並進する。ただ、高速走行になる程、走行速度に対する回り振動の比率は僅少になる。
ここで、プラテン５０のドットピッチＰ（Ｘ軸可動子６０Ｘの極歯ピッチと同じ）と磁性薄板Ｔとの関係を考察すると、磁性薄板Ｔの板厚はドットピッチ以下であっても以上であっても構わないが、高速化，高推力，高効率を達成するにはドットピッチ以下であることが望ましい。磁気回路における磁束消滅部ｂを生じる極歯に着目すると、この極歯は可動子の推進力にも安定にも直接関係がない。いわば順番的に割り当てられるだけである。そして、この磁束消滅部ｂを生じる極歯は集中磁束部ａを生じる極歯に対して他の極歯よりも一番食い違っており、半ピッチの空間位相差がある。このため、本例のように、板厚が半ピッチ以内の磁性薄板Ｔを用いたプラテン５０の場合、板筋方向に沿って形成される磁気回路は元々その磁束消滅部ｄを生じる極歯とは磁気結合を持ち難いので、バイアス磁束を丁度打ち消す程の強さの交番磁束を発生させる必要がなく、設計の自由度が増す。これは積層板をプラテンとして用いる利点でもある。また、プラテン５０が磁性薄板Ｔの積層体であることから、Ｘ軸方向の相隣るドット間はプラスチック等の非磁性材を挟み込んだ積層体でも構わず、またドット間に凹みを設けずに済み、プラテンの製造容易化も実現できる。しかも、漏れ磁束を低減でき、更なる高効率化に寄与する。
第３図に示す極歯群は、４通りの極歯パターンのうち例えば極歯パターン６１を１ピッチ間隔でＸ軸方向に繰り返し展開した配列に相当している。ここで、極歯パターン６１を第１の極歯パターンとすると、例えば第６図に示す如く、この第１の極歯パターンの極歯ＫＡ_x，ＫＡ′_x，ＫＢ_x，ＫＢ′_xのＸ軸方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相関係の食い違い配置とは、パターン中心を通るＸ方向線Ｌ₁に関して線対称の食い違い配置である極歯Ｋａ_x，Ｋａ′_x，Ｋｂ_x，Ｋｂ′_xに係る第２の極歯パターン６２を第１の極歯パターン６１に対しＸ軸方向へ隔てて待つパターン群を形成した場合、Ｘ軸可動子６０Ｘには正逆の回りモーメントが同時に作用するため、回りモーメントが打ち消されて回り振動を無くすことができる。第１の極歯パターン６１の極歯ＫＢ′_xと第２の極歯パターン６２の極歯Ｋａ_x、第１の極歯パターン６１の極歯ＫＢ_xと第２の極歯パターン６２の極歯Ｋａ′_x、第１の極歯パターン６１の極歯ＫＡ′_xと第２の極歯パターン６２の極歯Ｋｂ_x、第１の極歯パターン６１の極歯ＫＡ_xと第２の極歯パターン６２の極歯Ｋｂ′_x、はそれぞれ至近ドットに対して持つ空間位相が同じになるからである。
本例では、前述したように、Ｘ軸可動子６０ＸとＹ軸可動子２０Ｙとは面内直交関係で連結し、複合可動子７０を構成しているが、第７図に示す如く、２個のＸ軸可動子６０Ｘと２個のＹ軸可動子２０Ｙとを複合可動子７０の平面中心点Ｏに関してそれぞれ対角配置し、一方のＸ軸可動子６０Ｘの極歯パターン６１（分岐磁路脚部Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′）と他方のＸ軸可動子６０Ｘの極歯パターン６１（分岐磁路脚部Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′）とが平面中心点Ｏを通るＸ方向線Ｌ₂に関し線対称になるように配置する。複合可動子７０の平面中心点Ｏに関する回りモーメントが同時に正逆方向に作用することになり、回りモーメントが打ち消されて複合可動子７０全体の回り振動を無くすことができ、低速走行から高速走行に亘ってＸ軸方向及びＹ軸方向の安定走行を実現できる。
【実施例２】
第８図は本発明の実施例２に係る３相平面リニアモータにおけるＸ軸可動子の概略構成を示す斜視図、第９図は同３相平面リニアモータにおけるＸ軸可動子の極歯とプラテンドットとの空間位相関係を示す平面図、第１０図は同Ｘ軸可動子をＸ軸方向に見た状態を示す側面図、第１１図（ａ）乃至（ｆ）はそれぞれ第９図中のＷ′−Ｗ′線，Ｖ′−Ｖ′線，Ｕ′−Ｕ′線，Ｗ−Ｗ線，Ｖ−Ｖ線，Ｕ−Ｕ線に沿って切断した状態を示す断面図である。なお、第８図乃至第１１図において、第１５図に示す部分と同一部分には同一参照符号を付し、その説明を省略する。また、実施例１と同じ部分については言及しない。
本例のＸ軸可動子８０ＸにおけるＸ軸方向に１ピッチ以内の極歯パターン８１の６個の極歯ＫＵ_x,ＫＶ_x,ＫＷ_x,ＫＵ′_x,ＫＶ′_x,ＫＷ′_xは磁性薄板Ｔの合わせ面の法線方向に１ドットピッチＰ以内の食い違い配置にある。そして、法線方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が空間位相差（Ｐ／６）ずつ相異なる関係となっている。第９図の２点鎖線で囲まれた極歯パターン８１内の極歯ＫＵ_xが至近ドットＤと一致しており、第１１図（ｆ）に示す如くそのエアギャップに集中磁束部ａを発生し、極歯ＫＶ_xは至近ドットＤに対してＰ／３だけ進んで食い違っており、第１１図（ｅ）ではエアギャップに図示してないように、希薄な分岐磁束部となっており、また、極歯ＫＷ_xは至近ドットＤに対してＰ／３だけ遅れて食い違っており、第１１図（ｄ）ではエアギャップに図示してないように、やはり希薄な分岐磁束部となっている。極歯ＫＵ′_xは至近ドットＤに対して半ピッチだけ食い違っており、第１１図（ｃ）に示すように、そのエアギャップは磁束消滅部ｂとなり、また極歯ＫＶ′_xは至近ドットＤに対してＰ／６だけ遅れて食い違っており、第１１図（ｂ）に示す如くそのエアギャップは推力分岐磁束部ｄとなっており、更に、極歯ＫＷ′_xは至近ドットＤに対してＰ／６だけ進んで食い違っており、第１１図（ａ）に示す如くそのエアギャップは引き戻し分岐磁束部ｃとなっている。Ｘ軸可動子８０Ｘは上記の極歯パターン８１を１ピッチ間隔でＸ軸方向に繰り返し展開したパターン群を有するものである。
この３相平面リニアモータでは、集中磁束部ａと分岐磁束部ｃｄが別々のヨークＹ１，Ｙ２で発生する。同相の励磁コイル同士がヨークＹ１，Ｙ２の別々に巻装されているからである。本例の３相平面リニアモータのその余の構成は実施例１に記載の構成を採用できる。
このような３相平面リニアモータであっても、実施例１と同様に、積層体の合わせ面の法線方向へ推動するＸ軸可動子８０Ｘを実現できるので、磁性薄板Ｔの積層体をプラテン５０とする利用を現実化でき、高速化，高推力，高効率の平面モータの実現が可能となる。
磁束消滅部ｂを生じる極歯は集中磁束部ａを生じる極歯に対して他の極歯よりも一番食い違っており、半ピッチである。板厚が半ピッチ以内の磁性薄板を用いたプラテンの場合、板筋方向に沿って形成される磁気回路はその磁束消滅部を生じる極歯とは磁気結合を元々持ち難いので、バイアス磁束を丁度打ち消す程の強さの交番磁束を発生させる必要がなく、設計の自由度が増す。本例の３相平面リニアモータの場合、集中磁束部ａの極歯と一対の分岐磁束部ｃｄの極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／６であり、一方の分岐磁束部ｃの極歯と他方の分岐磁束部ｄの極歯とが至近ドットに対して持つ空間位相差はＰ／３である。そこで３相平面モータの場合は、板厚が１／３ピッチ以内の磁性薄板を用いることが望ましい。磁束消滅部ｂを生じる極歯とは磁気結合が合わせ面により起こり難く、無効磁束を低減できると同時に、希薄な分岐磁束部を生じる一対の極歯（第１１図ではＫＶ_xとＫＷ_x）とも磁気結合が起こり難くなるため、歩進停止に費やされる磁気結合を断ち切り、その分、歩進の推進力に転嫁できる。
なお、４相以上のリニアモータを実現することができることは云うまでもない。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明に係るリニアモータは、積層体の合わせ面の法線方向へ推動する１軸可動子であるため、磁性薄板の積層体をプラテンとする利用を現実化でき、高速化，高推力，高効率のモータを提供できるので、部品実装機に限らず、ＩＣテストハンドラ等の各種機器や機械に用いるのに適している。

Claims (7)

1. 多数のプラテンドットを格子点配列で形成したプラテン面を有するプラテンと、前記プラテンドットのうち至近ドットとの間で進行磁束を発生させるための少なくとも２ｎ（但し、ｎは２以上の整数）個の極歯を１組とする極歯パターンを持つＸ軸可動子とを備えたリニアモータにおいて、
   前記プラテンは多数枚の磁性薄板を積層して成る積層体の板筋並行面側を前記プラテン面とし、前記極歯パターンの２ｎ個の極歯は、前記磁性薄板の板筋方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が相等しい関係の横並び配置であり、且つ、前記極歯パターンの２ｎ個の極歯は、前記磁性薄板の合わせ面の法線方向に１ドットピッチ（Ｐ）以内の食い違い配置であって、前記法線方向に配列した至近ドットに対して持つ空間位相が空間位相差（Ｐ／２ｎ）ずつ相異なる関係となっていることを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１において、前記Ｘ軸可動子は、前記極歯パターンを前記法線方向に繰り返し配列して成るパターン群を持つことを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１において、前記Ｘ軸可動子は、前記極歯パターンを第１の極歯パターンとし、この第１の極歯パターンの前記磁性薄板の合わせ面の法線方向に配列した至近ドットに対して持つ前記空間位相関係の食い違い配置とは、パターン中心を通るＸ方向線に関して線対称の食い違い配置である第２の極歯パターンを、当該第１の極歯パターンに対し前記法線方向へ隔てて持つことを特徴とするリニアモータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記Ｘ軸可動子と、前記薄磁性板の板筋方向に移動するＹ軸可動子と、を面内直交関係で連結して成る複合可動子を有することを特徴とするリニアモータ。
5. 請求項４において、２個の前記Ｘ軸可動子と２個の前記Ｙ軸可動子とを前記複合可動子の平面中心点に関してそれぞれ対角配置し、一方の前記Ｘ軸可動子の前記極歯パターンと他方の前記Ｘ軸可動子の前記極歯パターンとが前記平面中心点を通るＸ方向線に関し線対称であることを特徴とするリニアモータ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記磁性薄板の板厚が前記プラテンドットの半ピッチ以下の厚さであることを特徴とするリニアモータ。
7. 請求項６において、前記磁性薄板の板厚が前記プラテンドットのピッチの１／ｎ以下の厚さであることを特徴とするリニアモータ。

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