JP4129591B2 - 永久磁石形同期リニアモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機械のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ駆動機構などに利用される高精度な永久磁石形同期リニアモータに関し、特にその電機子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機械のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ駆動機構などに利用される永久磁石形同期リニアモータとしては、図９、図１１のようになっている。なお、リニアモータは何れも永久磁石の磁石列を水平面上に形成し、この磁石列の上方に磁気的空隙を介して電機子を対向させた構造（ギャップ対向形）のものを例示して説明する。
【０００３】
［第１の従来技術］
図９は第１の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。このリニアモータは、８ポール９スロットでオープンスロット形の構成となっている。図において、１は界磁極、１１は平板状の界磁ヨーク、１２は界磁ヨーク１１に交互に極性が異なるように直線状に並べて配置した複数個の永久磁石、２は永久磁石１２の磁石列（Ｘ方向）と磁気的空隙を介してＺ方向に対向配置された電機子であり、電機子２を相対移動する可動子に、界磁極１を固定子とした構成である。２１は電機子コアであって、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜き、スロット２１ａを形成する主ティース２１ｂと、主ティース２１ｂを連結する継鉄部２４とを有する鋼板を積層固定したものである。２２はスロット２１ａに巻回収納した電機子巻線である。２３は電機子コア２１の両端に設けた補助ティースであって、電機子コア両端の端効果により発生するコギング推力を低減する手段を施したものである（例えば、特願２０００−１１８０２２号、国際特許公開ＷＯ０１／８０４０８、実公平７−５３４２７号公報）。
【０００４】
また、図１０は第１の従来技術のコギング推力波形を示した図である。図１０に示すコギング推力波形のように、主ティース２１ｂに働くコギング推力Ｆ１と、補助ティース２３に働くコギング推力Ｆ２とがＦ１＋Ｆ２≒０となる条件に基づいて、主ティース２１ｂの長さＨｔと補助ティース２３の長さＨｄが０＜Ｈｄ＜Ｈｔの範囲で設定するとともに、併せて補助ティース２３のティース幅Ｂｄと主ティース２１ｂのティース幅ＢｔがＢｄ＜Ｂｔの範囲で設定されている。上記の条件により、当該リニアモータはコギング推力を最小とすることができるようになっている。
【０００５】
［第２の従来技術］
図１１は第２の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。第２の従来技術が第１の従来技術と異なる点は、電機子２が電機子コア２１を複数の分割されたコアブロック２９で構成すると共に、コアブロック２９を構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部２９ａを設け、また、他方側面に凹状の係合部２９ｂを設けて、夫々隣り合う係合部を嵌合させて結合するようにした点である。このような構成のリニアモータは、スロット内に電機子巻線を容易に、かつ、高密度に巻回することができると共に、長ストローク化の要求に対して容易に設計の自由度を変えられるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術ではコギング推力低減のため、電機子コア端部の端効果をキャンセルする、あるいは端効果の影響を抑制するなどの手段を施しているが、実機においては、必ずしもコギング推力を低減させることができないという課題がある。
【０００７】
すなわち、リニアモータの設計の際には主ティースの形状寸法、界磁極と電機子との間の磁気的空隙長（ギャップ長）などの設計値、界磁極に使用する永久磁石の磁気特性の代表値を用いてコギング推力が最小となる条件を求め、補助ティースの形状寸法を決定している。これに対して、実際に製作したリニアモータは、第１の従来技術および第２の従来技術に共通して、電機子コアの打ち抜き時の寸法ばらつきや誤差、界磁極と電機子を組み合わせる際のギャップ長の誤差、永久磁石自体の形状誤差や、永久磁石を界磁ヨークに固定し組み立てる際の寸法ばらつきや誤差、電機子コアや界磁ヨーク、永久磁石などの磁性部材の磁気特性のばらつきや代表値との差違などにより、電機子の主ティース、および補助ティースにおける界磁極の磁石列の方向（Ｘ方向）のピッチ誤差あるいは磁石列と直交する方向（Ｚ方向）のギャップ長の誤差が生じ、コギングング推力がほぼゼロとなる寸法条件がずれ、コギング推力が大きくなってしまう問題があった。
【０００８】
このうち、第２の従来技術では、電機子コアはコアブロックの係合部を嵌合させて構成するため、コアブロックの形状誤差などの加工上と、嵌合における機械的な突き当たりの状態の相違といった組立上の影響により、電機子の主ティースおよび補助ティースの界磁極の磁石列の方向（Ｘ方向）のピッチ精度を阻害する。したがって、電機子コアの抜き型をどのように高精度に製作したとしても公差は存在し、型の磨耗などによる影響も受けて、ティースのＸ方向のピッチ精度が悪くなり、コギング推力が大きくなってしまう問題があった。その結果、このような問題が、リニアモータを組み込んだ工作機械や半導体製造装置などのコンタリング性能、あるいは位置決め性能を劣化させる原因となっていた。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減することが可能な、高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークからなる界磁極と、前記界磁極の永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子とを備え、前記電機子は、主ティースとスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアのスロットにコイルを巻回した電機子巻線と、前記電機子コアにおける永久磁石の磁石列方向に沿う方向の端部に配置した補助ティースより構成してあり、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とする永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティースは、前記主ティースに対する前記補助ティースの位置を可変できるように、前記電機子コアの両端部の少なくとも何れか一方端に補助ティース位置調整手段を備えてあり、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースを前記界磁極の長手方向と直交する方向または界磁極の長手方向に移動させるようにしたＸ―Ｚステージを用いたものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースに設けた案内溝と、前記補助ティースの側面に設けられ、先端に偏芯カム状頭部を有する操作部と、前記補助ティースを案内支持する支持部材とから構成され、前記偏芯カム状頭部の外周を前記案内溝の内周に接触させた状態で前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを前記偏芯カム状頭部の偏芯寸法分だけ界磁極の長手方向と直交する方向に上下動させるようにしたものである。
【００１２】
請求項３の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの磁気的空隙側と反対側に設けられ、先端に雌ねじ溝を有する凸部と、前記凸部と嵌合する凹部を有して前記補助ティースを案内支持する支持部材と、先端と後端に頭部を有し、かつ、中間部に雌ねじ部を有して前記補助ティース内部を軸方向に貫通するように挿設した操作部とから構成され、前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを界磁極の長手方向に向かって移動させるようにしたものである。
【００１３】
請求項４の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記電機子の上面に当該電機子を固定するための電機子取付板を設けてあり、前記補助ティース位置調整手段は、前記電機子取付板の雌ねじ部と螺合し、電機子取付板側から補助ティースの上面を押し当てるように設けられた固定ねじと、電機子取付板のキリ穴に挿入され、補助ティースの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたものである。
【００１４】
請求項５の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの雌ねじ部と螺合し、前記補助ティース側から前記電機子コアの端面を押し当てるように設けられた固定ねじと、前記補助ティースのキリ穴に挿入され、前記電機子コアの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたものである。
【００１５】
請求項６の本発明は、請求項５記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティースを前記永久磁石の磁石列と直交する方向で２分割し、前記補助ティース位置調整手段を前記分割した補助ティースに夫々設けたものである。
【００１６】
請求項７の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記電機子コアは、複数の分割されたコアブロックで構成されると共に、前記コアブロックを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部を、他方側面に凹状の係合部を設け、夫々隣り合う係合部を嵌合させて結合したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００１８】
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。なお、第１の実施例から第４の実施例にかかるリニアモータは、従来技術と同様に８ポール、９スロットのギャップ対向形の例を示している。また、主ティースの長さＨｔと補助ティースの長さＨｄの範囲の設定、主ティースのティース幅Ｂｔと補助ティースのティース幅の範囲の設定についても従来技術と同じである。
図において、２６は磁性体からなる補助ティース、３は補助ティース位置調整手段である。本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。すなわち、電機子コア２１と補助ティース２６が分離して構成してあり、電機子コア２１と補助ティース２６の間に主ティース２１ｂに対する補助ティース２６の位置を可変できるようにした補助ティース位置調整手段３を設けた点である。具体的には、補助ティース位置調整手段３は補助ティース２６を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）および界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に微小に移動させるように、例えばスライダとガイドレールからなるリニアガイドなどで構成される移動機構、いわゆるＸ−Ｚステージを用いている。このＸ−Ｚステージには補助ティース２６を当該Ｘ方向に移動させるための第１手動操作部３１と、補助ティース２６を当該Ｚ方向に移動させるための第２手動操作部３２とが設けられている。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００１９】
次に、動作を説明する。Ｘ−Ｚステージの一方の第１手動操作部３１を回転させると、補助ティース２６は界磁極の長手方向（Ｘ方向）に移動し、他方の第２手動操作部３２を回転させると、補助ティース２６は界磁極の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動し、補助ティース２６の長さＨｄ、電機子コアの両端に位置する主ティース２１ｂと補助ティース２６の中心間の距離が調整される。
【００２０】
第１の実施例は上記の構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２６の相対位置を可変とするＸ−Ｚステージのような補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２６を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）および界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その結果、リニアモータのコギング推力を評価する場合の設計と製作による繰り返し評価作業が不要になり、実機の形状寸法や磁性部材の実際の磁気特性が設計値からずれても容易にコギング推力を小さくすることが可能な高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することができる。
【００２１】
［第２の実施例］
次に本発明の第２の実施例について説明する。図２は本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。図において、２７は磁性体からなる補助ティース、２７ａは案内溝、３３は手動操作部であって、先端に偏芯カム状頭部３３ａを有し、後端に雄ねじ部３３ｂを有している。３４は磁性体からなる支持部材、３４ａは支持部材３４の側面に補助ティース２７側に突出するように設けられたリニアガイドであって、補助ティース２７の上下移動を許容し、回転や左右方向への移動を拘束するものである。３４ｂは雌ねじ部では手動操作部３３の雄ねじ部３３ｂと螺合するようになっている。第２の実施例の特徴は以下のとおりである。
すなわち、本実施例に係る補助ティース位置調整手段３は、補助ティース２７の側面に設けた略四角形状の案内溝２７ａと、補助ティース２７の側面に設けられ、先端に偏芯カム状頭部３３ａを有する手動操作部３３と、補助ティース２７を案内支持する支持部材３４とから構成され、偏芯カム状頭部３３ａの外周を案内溝２７ａの内周に接触させた状態で手動操作部３３を回転させることにより、補助ティース２７を偏芯カム状頭部３３ａの偏芯寸法分だけ界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に上下動させるようにしたものである。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００２２】
次に、動作を説明する。
手動操作部３３を回転させると、手動操作部３３の先端に設けた偏芯カム状頭部３３ａの外周が補助ティース２７の案内溝２７ａの内周の上下２つの位置で常に接触した状態で偏芯カム状頭部３３ａが回転するため、補助ティース２７が偏芯カム状頭部３３ａの動きに応じて支持部材３４に設けたリニアガイド３４ａに沿って、偏芯カム状頭部３３ａの偏芯寸法分だけ界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に上下動し、補助ティース２７の長さＨｄが調整される。
【００２３】
第２の実施例は上記構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２７の相対位置を可変とするような偏芯カム状頭部３３ａを備えた補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２７を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００２４】
［第３の実施例］
次に本発明の第３の実施例について説明する。図３は本発明の第３の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。図において、２８は磁性体からなる補助ティース、２８ａは凸部、２８ｂは凸部３５ａの先端中央部に設けられ、手動操作部３５を半分収容する雌ねじ溝、３５は手動操作部、３６は磁性体からなる支持部材、３６ａは支持部材３６の凸部３５ａと対向する位置に凸部３５ａと嵌合する凹部、３６ｂは雌ねじ溝２８ｂと対向する凹部３６ａの位置に設けられ、手動操作部３５を半分収容する半円溝である。半円溝３６ｂは凸部２８ａと凹部３６ａとが嵌合して抜けを防止するようになっている。第３の実施例の特徴は以下のとおりである。すなわち、本実施例に係る補助ティース位置調整手段３は、補助ティース２８の磁気的空隙側と反対側に設けられ、先端に雌ねじ溝２８ｂを有する凸部２８ａと、該凸部２８ａと嵌合する凹部３６ａを有して補助ティース２８を案内支持する支持部材３６と、先端と後端に頭部を有し、かつ、中間部に雄ねじ部を有して補助ティース２８の内部を軸方向に貫通するように挿設した手動操作部３５とから構成され、手動操作部３５を回転させることにより、補助ティース２８を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に向かって移動させるようにした、いわゆる送りねじ機構を有した点である。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００２５】
次に、動作を説明する。
手動操作部３５のねじは補助ティース２８のねじ溝３５ｂと螺合しており、この状態で手動操作部３５を回転させると、補助ティース２８はリニアモータの進行方向に移動し、電機子コアの両端に位置する主ティースと補助ティース２８の中心間の距離が調整される。
【００２６】
第３の実施例は上記構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２８の相対位置を可変とするよう、補助ティース２８および手動操作部３４に設けた送りねじ機構のような補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２８を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００２７】
［第４の実施例］
次に本発明の第４の実施例について説明する。
図４は本発明の第４の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。図５は図４の一点鎖線で囲まれたＡ部の拡大断面図である。図４および図５において、５は電機子、５１は電機子コア、５１ａはスロット、５１ｂは主ティース、５２は電機子巻線、５３は補助ティース、５３ａは雌ねじ部、５４ａは係合部（凸状）、５４ｂは係合部（凹状）、５６はコアブロック、６は電機子取付板、６１は雌ねじ部、６２はキリ穴、７は補助ティース位置調整手段、７１は固定ねじ、７２は調整ねじである。本発明の特徴は以下のとおりである。第４の実施例が第１〜第３の実施例と基本的に異なる点は、電機子コア５１がセミオープンスロット形状を有するコアブロック５６で構成された点である。この補助ティース位置調整手段７は、電機子取付板６の雌ねじ部６１と螺合し、電機子取付板６側から補助ティース５３の上面を押し当てるように設けられた固定ねじ７１と、電機子取付板６のキリ穴６２に挿入され、補助ティース５３の雌ねじ部５３ａと螺合するように設けられた調整ねじ７２より構成される。
【００２８】
次に動作について説明する。
このような構成において、調整ねじ７２を補助ティース５３の雌ねじ部５３ａにねじ込むことにより、界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に補助ティース５３を移動させ、界磁極１と補助ティース５３のギャップ長が調整される。それから、界磁極１と補助ティース５３のギャップ長を調整した後に、固定ねじ７１を電機子取付板６の雌ねじ部６１にねじ込み、補助ティース５３の上面に固定ねじ７１の先端を押し当てるようにすると、補助ティース５３が電機子取付板６に固定され、電機子取付板６、電機子コア５１および補助ティース５３が一体化される。
【００２９】
第４の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段７を用いて、補助ティース５３を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。また、例えば機械加工装置などでよく使われるガントリ構造採用のシステムなどでは、一対、または対をなした複数のリニアモータにて移動対象物を駆動する。このような場合には、永久磁石１２や主ティース５１ｂの磁石列方向のピッチなど加工組立精度のよいリニアモータを一対、または複数台製作することは困難なことであり、製作できたとしてもその製造、品質管理上のコストは膨大になる。その際、上記補助ティース位置調整手段７を用いることで、個々のリニアモータのコギング推力を最小の状態にチューニングできるため、システム全体としてのコギング推力を低減することが可能である。それから、個々のリニアモータでは補助ティース位置調整手段７のチューニングによりコギング推力の波形成分が変化する作用がある。この作用を利用して、個々のリニアモータではコギング推力を最小とせずに、コギング推力波形に相互に位相を持たせることにより、加工組立誤差による個々のリニアモータのコギング推力を全体として相殺させて、極小に抑制することができる。
【００３０】
［第５の実施例］
次に第５の実施例を説明する。
図６は第５の実施例を示す補助ティース周辺部の拡大断面図であって、図４のＡ部の位置に相当するものである。なお、第５の実施例は第４の実施例と同様に電機子コア５１がセミオープンスロット形状を有するコアブロック５６で構成される。図において、５３ｂはキリ穴、５６ａは雌ねじ部である。本発明の特徴は以下のとおりである。すなわち、電機子コア５１の端部に設けた略Ｌ字形状の補助ティース５３に補助ティース位置調整手段９を備える点は第４の実施例と同じであるが、該補助ティース５３の位置調整方向が異なる。この補助ティース位置調整手段７は、補助ティース５３の雌ねじ部５３ａと螺合し、補助ティース５３側から電機子コア５１の端面を押し当てるように設けられた固定ねじ７１と、補助ティース５３のキリ穴５３ｂに挿入され、電機子コア５１の雌ねじ部５６ａと螺合するように設けられた調整ねじ７２より構成される。
【００３１】
次に動作について説明する。
このような構成において、調整ねじ７２を電機子コア５１の雌ねじ部５６ａにねじ込むことにより、主ティース５１ｂのピッチ方向に補助ティース５３を移動させ、補助ティース５３と主ティース５１ｂのピッチ長が調整される。それから、補助ティース５３と主ティース５１ｂのピッチ長を調整した後に、固定ねじ７１を補助ティース５３の雌ねじ部５３ａにねじ込み、電機子コア５１の端面に固定ねじ７１の先端を押し当てるようにすると、補助ティース５３が電機子コア５１に固定される。
【００３２】
第５の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段７を用いて、補助ティース５３を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）にそのピッチ長を調整可能なため、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その他、一対または対をなした複数のリニアモータにて移動対象物を駆動する場合のコギング推力に関し、補助ティース位置調整手段７による作用、効果などは第４の実施例と同様に得られる。
【００３３】
［第６の実施例］
次に本発明の第６の実施例について説明する。
図７は本発明の第６の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。図８は図７の一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大断面図である。本発明の特徴は以下のとおりである。図７および図８において、リニアモータはギャップ対向形のものに替えて電機子の両側に磁気的空隙を介して永久磁石の磁石列を配置した構造（磁束貫通形）を適用したものであって、電機子は紙面と垂直な方向に図示しない電機子取付板を固定する構成となっている。また、電機子コア５１の端部に設けた補助ティース５３には夫々２つの独立した補助ティース位置調整手段７が設けられており、その基本構成は第５の実施例で示したギャップ対向形のものと同じであるため、その動作については説明を省略する。
【００３４】
第６の実施例は上記構成にしたので、夫々独立した補助ティース位置調整手段７を用いることで、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによる、夫々の磁気的空隙面で発生するコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。また、図７の磁束貫通形のリニアモータを上下に２つのリニアモータがあると考えると、第４の実施例で述べた、一対、または対をなした複数のリニアモータの場合と同等と見ることができ、同様のコギング低減作用を得ることが可能なことが理解される。
【００３５】
なお、各実施例で説明した補助ティース位置調整手段は補助ティースの片方の端部に設けても良いし、両方の端部に設けても構わない。また、第４の実施例乃至第６の実施例において、リニアモータの積厚（紙面の奥行き方向の厚さ）が大きい場合は、固定ねじ、調整ねじ、雌ねじ部およびキリ穴からなる補助ティース位置調整手段を積厚方向に複数に配置しても構わない。また、第１の実施例乃至第３の実施例は、一体型コアのもので説明したが、これに替えて、分割コアのもので構成しても構わない。また、第４の実施例乃至第６の実施例は、分割型コアのもので説明したが、一体型コアのもので構成しても構わない。また、第１の実施例乃至第３の実施例は、オープンスロット形のもので説明したが、これに替えてセミオープン形のもので構成しても構わない。
また、第４の実施例乃至第６の実施例は、セミオープン形のもので説明したが、オープンスロット形のもので構成しても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果がある。
（１）第１の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするＸ−Ｚステージのような補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向および界磁極の長手方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その結果、リニアモータのコギング推力を評価する場合の設計と製作による繰り返し評価作業が不要になり、実機の形状寸法や磁性部材の実際の磁気特性が設計値からずれても容易にコギング推力を小さくすることが可能な高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することができる。
【００３７】
（２）第２の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするような偏芯カム状頭部を備えた補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００３８】
（３）第３の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするよう、補助ティースおよび手動操作部に設けた送りねじ機構からなる補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００３９】
（４）第４の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段により補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００４０】
（５）第５の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段により補助ティースを界磁極の長手方向にそのピッチ長を調整可能なため、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００４１】
（６）第６の実施例は上記構成にしたので、夫々独立した補助ティース位置調整手段を用いることで、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによる、夫々の磁気的空隙面で発生するコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。以上のようなことから、本リニアモータは、コンタリング性能が高く、高精度加工ができる工作機械あるいは高速に微小位置決めを行なえる、高スループットの半導体製造装置などに適用可能といった大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図５】図４の一点鎖線で囲まれたＡ部の拡大断面図である。
【図６】第５の実施例を示す補助ティース周辺部の拡大断面図であって、図４のＡ部の位置に相当するものである。
【図７】本発明の第６の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図８】図７の一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大断面図である。
【図９】第１の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図１０】第１の従来技術のコギング推力波形を示した図である。
【図１１】第２の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【符号の説明】
１ 界磁極
１１ 界磁ヨーク
１２ 永久磁石
２ 電機子
２１ 電機子コア
２１ａ スロット
２１ｂ 主ティース
２２ 電機子巻線
２４ 継鉄部
２６、２７ 補助ティース
２７ａ 案内溝
２８ 補助ティース
２８ａ 凸部
２８ｂ 雌ねじ溝
２９ コアブロック
２９ａ 係合部（凸状）
２９ｂ 係合部（凹状）
３ 補助ティース位置調整手段
３１ 第１手動操作部
３２ 第２手動操作部
３３ 手動操作部（操作部）
３３ａ 偏芯カム状頭部
３３ｂ 雄ねじ部
３４ 支持部材
３４ａ ガイドレール
３４ｂ 雌ねじ部
３５ 手動操作部
３６ 支持部材
３６ａ 凹部
３６ｂ 半円溝
５ 電機子
５１ 電機子コア
５１ａ スロット
５１ｂ 主ティース
５２ 電機子巻線
５３ 補助ティース
５３ａ 雌ねじ部
５３ｂ キリ穴
５４ａ 係合部（凸状）
５４ｂ 係合部（凹状）
５６ コアブロック
５６ａ 雌ねじ部
６ 電機子取付板
６１ 雌ねじ部
６２ キリ穴
７ 補助ティース位置調整手段
７１ 固定ねじ
７２ 調整ねじ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機械のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ駆動機構などに利用される高精度な永久磁石形同期リニアモータに関し、特にその電機子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＦＡ機器の搬送システム、例えば工作機械のテーブル送りや半導体製造装置のステッパ駆動機構などに利用される永久磁石形同期リニアモータとしては、図９、図１１のようになっている。なお、リニアモータは何れも永久磁石の磁石列を水平面上に形成し、この磁石列の上方に磁気的空隙を介して電機子を対向させた構造（ギャップ対向形）のものを例示して説明する。
【０００３】
［第１の従来技術］
図９は第１の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。このリニアモータは、８ポール９スロットでオープンスロット形の構成となっている。図において、１は界磁極、１１は平板状の界磁ヨーク、１２は界磁ヨーク１１に交互に極性が異なるように直線状に並べて配置した複数個の永久磁石、２は永久磁石１２の磁石列（Ｘ方向）と磁気的空隙を介してＺ方向に対向配置された電機子であり、電機子２を相対移動する可動子に、界磁極１を固定子とした構成である。２１は電機子コアであって、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜き、スロット２１ａを形成する主ティース２１ｂと、主ティース２１ｂを連結する継鉄部２４とを有する鋼板を積層固定したものである。２２はスロット２１ａに巻回収納した電機子巻線である。２３は電機子コア２１の両端に設けた補助ティースであって、電機子コア両端の端効果により発生するコギング推力を低減する手段を施したものである（例えば、特願２０００−１１８０２２号、国際特許公開ＷＯ０１／８０４０８、実公平７−５３４２７号公報）。
【０００４】
また、図１０は第１の従来技術のコギング推力波形を示した図である。図１０に示すコギング推力波形のように、主ティース２１ｂに働くコギング推力Ｆ１と、補助ティース２３に働くコギング推力Ｆ２とがＦ１＋Ｆ２≒０となる条件に基づいて、主ティース２１ｂの長さＨｔと補助ティース２３の長さＨｄが０＜Ｈｄ＜Ｈｔの範囲で設定するとともに、併せて補助ティース２３のティース幅Ｂｄと主ティース２１ｂのティース幅ＢｔがＢｄ＜Ｂｔの範囲で設定されている。上記の条件により、当該リニアモータはコギング推力を最小とすることができるようになっている。
【０００５】
［第２の従来技術］
図１１は第２の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。第２の従来技術が第１の従来技術と異なる点は、電機子２が電機子コア２１を複数の分割されたコアブロック２９で構成すると共に、コアブロック２９を構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部２９ａを設け、また、他方側面に凹状の係合部２９ｂを設けて、夫々隣り合う係合部を嵌合させて結合するようにした点である。このような構成のリニアモータは、スロット内に電機子巻線を容易に、かつ、高密度に巻回することができると共に、長ストローク化の要求に対して容易に設計の自由度を変えられるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術ではコギング推力低減のため、電機子コア端部の端効果をキャンセルする、あるいは端効果の影響を抑制するなどの手段を施しているが、実機においては、必ずしもコギング推力を低減させることができないという課題がある。
【０００７】
すなわち、リニアモータの設計の際には主ティースの形状寸法、界磁極と電機子との間の磁気的空隙長（ギャップ長）などの設計値、界磁極に使用する永久磁石の磁気特性の代表値を用いてコギング推力が最小となる条件を求め、補助ティースの形状寸法を決定している。これに対して、実際に製作したリニアモータは、第１の従来技術および第２の従来技術に共通して、電機子コアの打ち抜き時の寸法ばらつきや誤差、界磁極と電機子を組み合わせる際のギャップ長の誤差、永久磁石自体の形状誤差や、永久磁石を界磁ヨークに固定し組み立てる際の寸法ばらつきや誤差、電機子コアや界磁ヨーク、永久磁石などの磁性部材の磁気特性のばらつきや代表値との差違などにより、電機子の主ティース、および補助ティースにおける界磁極の磁石列の方向（Ｘ方向）のピッチ誤差あるいは磁石列と直交する方向（Ｚ方向）のギャップ長の誤差が生じ、コギングング推力がほぼゼロとなる寸法条件がずれ、コギング推力が大きくなってしまう問題があった。
【０００８】
このうち、第２の従来技術では、電機子コアはコアブロックの係合部を嵌合させて構成するため、コアブロックの形状誤差などの加工上と、嵌合における機械的な突き当たりの状態の相違といった組立上の影響により、電機子の主ティースおよび補助ティースの界磁極の磁石列の方向（Ｘ方向）のピッチ精度を阻害する。したがって、電機子コアの抜き型をどのように高精度に製作したとしても公差は存在し、型の磨耗などによる影響も受けて、ティースのＸ方向のピッチ精度が悪くなり、コギング推力が大きくなってしまう問題があった。その結果、このような問題が、リニアモータを組み込んだ工作機械や半導体製造装置などのコンタリング性能、あるいは位置決め性能を劣化させる原因となっていた。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減することが可能な、高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークからなる界磁極と、前記界磁極の永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子とを備え、前記電機子は、主ティースとスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアのスロットにコイルを巻回した電機子巻線と、前記電機子コアにおける永久磁石の磁石列方向に沿う方向の端部に配置した補助ティースより構成してあり、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とする永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティースは、前記主ティースに対する前記補助ティースの位置を可変できるように、前記電機子コアの両端部の少なくとも何れか一方端に補助ティース位置調整手段を備えてあり、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースを前記界磁極の長手方向と直交する方向または界磁極の長手方向に移動させるようにしたＸ―Ｚステージを用いたものであることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースに設けた案内溝と、前記補助ティースの側面に設けられ、先端に偏芯カム状頭部を有する操作部と、前記補助ティースを案内支持する支持部材とから構成され、前記偏芯カム状頭部の外周を前記案内溝の内周に接触させた状態で前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを前記偏芯カム状頭部の偏芯寸法分だけ界磁極の長手方向と直交する方向に上下動させるようにしたものである。
【００１２】
請求項３の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの磁気的空隙側と反対側に設けられ、先端に雌ねじ溝を有する凸部と、前記凸部と嵌合する凹部を有して前記補助ティースを案内支持する支持部材と、先端と後端に頭部を有し、かつ、中間部に雌ねじ部を有して前記補助ティース内部を軸方向に貫通するように挿設した操作部とから構成され、前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを界磁極の長手方向に向かって移動させるようにしたものである。
【００１３】
請求項４の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記電機子の上面に当該電機子を固定するための電機子取付板を設けてあり、前記補助ティース位置調整手段は、前記電機子取付板の雌ねじ部と螺合し、電機子取付板側から補助ティースの上面を押し当てるように設けられた固定ねじと、電機子取付板のキリ穴に挿入され、補助ティースの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたものである。
【００１４】
請求項５の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの雌ねじ部と螺合し、前記補助ティース側から前記電機子コアの端面を押し当てるように設けられた固定ねじと、前記補助ティースのキリ穴に挿入され、前記電機子コアの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたものである。
【００１５】
請求項６の本発明は、請求項５記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記補助ティースを前記永久磁石の磁石列と直交する方向で２分割し、前記補助ティース位置調整手段を前記分割した補助ティースに夫々設けたものである。
【００１６】
請求項７の本発明は、請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータにおいて、前記電機子コアは、複数の分割されたコアブロックで構成されると共に、前記コアブロックを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部を、他方側面に凹状の係合部を設け、夫々隣り合う係合部を嵌合させて結合したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００１８】
［第１の実施例］
図１は本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。なお、第１の実施例から第４の実施例にかかるリニアモータは、従来技術と同様に８ポール、９スロットのギャップ対向形の例を示している。また、主ティースの長さＨｔと補助ティースの長さＨｄの範囲の設定、主ティースのティース幅Ｂｔと補助ティースのティース幅の範囲の設定についても従来技術と同じである。
図において、２６は磁性体からなる補助ティース、３は補助ティース位置調整手段である。本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。すなわち、電機子コア２１と補助ティース２６が分離して構成してあり、電機子コア２１と補助ティース２６の間に主ティース２１ｂに対する補助ティース２６の位置を可変できるようにした補助ティース位置調整手段３を設けた点である。具体的には、補助ティース位置調整手段３は補助ティース２６を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）および界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に微小に移動させるように、例えばスライダとガイドレールからなるリニアガイドなどで構成される移動機構、いわゆるＸ−Ｚステージを用いている。このＸ−Ｚステージには補助ティース２６を当該Ｘ方向に移動させるための第１手動操作部３１と、補助ティース２６を当該Ｚ方向に移動させるための第２手動操作部３２とが設けられている。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００１９】
次に、動作を説明する。Ｘ−Ｚステージの一方の第１手動操作部３１を回転させると、補助ティース２６は界磁極の長手方向（Ｘ方向）に移動し、他方の第２手動操作部３２を回転させると、補助ティース２６は界磁極の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動し、補助ティース２６の長さＨｄ、電機子コアの両端に位置する主ティース２１ｂと補助ティース２６の中心間の距離が調整される。
【００２０】
第１の実施例は上記の構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２６の相対位置を可変とするＸ−Ｚステージのような補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２６を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）および界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その結果、リニアモータのコギング推力を評価する場合の設計と製作による繰り返し評価作業が不要になり、実機の形状寸法や磁性部材の実際の磁気特性が設計値からずれても容易にコギング推力を小さくすることが可能な高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することができる。
【００２１】
［第２の実施例］
次に本発明の第２の実施例について説明する。図２は本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。図において、２７は磁性体からなる補助ティース、２７ａは案内溝、３３は手動操作部であって、先端に偏芯カム状頭部３３ａを有し、後端に雄ねじ部３３ｂを有している。３４は磁性体からなる支持部材、３４ａは支持部材３４の側面に補助ティース２７側に突出するように設けられたリニアガイドであって、補助ティース２７の上下移動を許容し、回転や左右方向への移動を拘束するものである。３４ｂは雌ねじ部では手動操作部３３の雄ねじ部３３ｂと螺合するようになっている。第２の実施例の特徴は以下のとおりである。
すなわち、本実施例に係る補助ティース位置調整手段３は、補助ティース２７の側面に設けた略四角形状の案内溝２７ａと、補助ティース２７の側面に設けられ、先端に偏芯カム状頭部３３ａを有する手動操作部３３と、補助ティース２７を案内支持する支持部材３４とから構成され、偏芯カム状頭部３３ａの外周を案内溝２７ａの内周に接触させた状態で手動操作部３３を回転させることにより、補助ティース２７を偏芯カム状頭部３３ａの偏芯寸法分だけ界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に上下動させるようにしたものである。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００２２】
次に、動作を説明する。
手動操作部３３を回転させると、手動操作部３３の先端に設けた偏芯カム状頭部３３ａの外周が補助ティース２７の案内溝２７ａの内周の上下２つの位置で常に接触した状態で偏芯カム状頭部３３ａが回転するため、補助ティース２７が偏芯カム状頭部３３ａの動きに応じて支持部材３４に設けたリニアガイド３４ａに沿って、偏芯カム状頭部３３ａの偏芯寸法分だけ界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に上下動し、補助ティース２７の長さＨｄが調整される。
【００２３】
第２の実施例は上記構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２７の相対位置を可変とするような偏芯カム状頭部３３ａを備えた補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２７を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００２４】
［第３の実施例］
次に本発明の第３の実施例について説明する。図３は本発明の第３の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。図において、２８は磁性体からなる補助ティース、２８ａは凸部、２８ｂは凸部３５ａの先端中央部に設けられ、手動操作部３５を半分収容する雌ねじ溝、３５は手動操作部、３６は磁性体からなる支持部材、３６ａは支持部材３６の凸部３５ａと対向する位置に凸部３５ａと嵌合する凹部、３６ｂは雌ねじ溝２８ｂと対向する凹部３６ａの位置に設けられ、手動操作部３５を半分収容する半円溝である。半円溝３６ｂは凸部２８ａと凹部３６ａとが嵌合して抜けを防止するようになっている。第３の実施例の特徴は以下のとおりである。すなわち、本実施例に係る補助ティース位置調整手段３は、補助ティース２８の磁気的空隙側と反対側に設けられ、先端に雌ねじ溝２８ｂを有する凸部２８ａと、該凸部２８ａと嵌合する凹部３６ａを有して補助ティース２８を案内支持する支持部材３６と、先端と後端に頭部を有し、かつ、中間部に雄ねじ部を有して補助ティース２８の内部を軸方向に貫通するように挿設した手動操作部３５とから構成され、手動操作部３５を回転させることにより、補助ティース２８を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に向かって移動させるようにした、いわゆる送りねじ機構を有した点である。なお、ここでは補助ティースの位置調整の方法を説明したが、補助ティースを固定する機構についてはその説明を省略する。
【００２５】
次に、動作を説明する。
手動操作部３５のねじは補助ティース２８のねじ溝３５ｂと螺合しており、この状態で手動操作部３５を回転させると、補助ティース２８はリニアモータの進行方向に移動し、電機子コアの両端に位置する主ティースと補助ティース２８の中心間の距離が調整される。
【００２６】
第３の実施例は上記構成にしたので、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティース２８の相対位置を可変とするよう、補助ティース２８および手動操作部３４に設けた送りねじ機構のような補助ティース位置調整手段３を用いて、補助ティース２８を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００２７】
［第４の実施例］
次に本発明の第４の実施例について説明する。
図４は本発明の第４の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。図５は図４の一点鎖線で囲まれたＡ部の拡大断面図である。図４および図５において、５は電機子、５１は電機子コア、５１ａはスロット、５１ｂは主ティース、５２は電機子巻線、５３は補助ティース、５３ａは雌ねじ部、５４ａは係合部（凸状）、５４ｂは係合部（凹状）、５６はコアブロック、６は電機子取付板、６１は雌ねじ部、６２はキリ穴、７は補助ティース位置調整手段、７１は固定ねじ、７２は調整ねじである。本発明の特徴は以下のとおりである。第４の実施例が第１〜第３の実施例と基本的に異なる点は、電機子コア５１がセミオープンスロット形状を有するコアブロック５６で構成された点である。この補助ティース位置調整手段７は、電機子取付板６の雌ねじ部６１と螺合し、電機子取付板６側から補助ティース５３の上面を押し当てるように設けられた固定ねじ７１と、電機子取付板６のキリ穴６２に挿入され、補助ティース５３の雌ねじ部５３ａと螺合するように設けられた調整ねじ７２より構成される。
【００２８】
次に動作について説明する。
このような構成において、調整ねじ７２を補助ティース５３の雌ねじ部５３ａにねじ込むことにより、界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に補助ティース５３を移動させ、界磁極１と補助ティース５３のギャップ長が調整される。それから、界磁極１と補助ティース５３のギャップ長を調整した後に、固定ねじ７１を電機子取付板６の雌ねじ部６１にねじ込み、補助ティース５３の上面に固定ねじ７１の先端を押し当てるようにすると、補助ティース５３が電機子取付板６に固定され、電機子取付板６、電機子コア５１および補助ティース５３が一体化される。
【００２９】
第４の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段７を用いて、補助ティース５３を界磁極１の長手方向と直交する方向（Ｚ方向）に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。また、例えば機械加工装置などでよく使われるガントリ構造採用のシステムなどでは、一対、または対をなした複数のリニアモータにて移動対象物を駆動する。このような場合には、永久磁石１２や主ティース５１ｂの磁石列方向のピッチなど加工組立精度のよいリニアモータを一対、または複数台製作することは困難なことであり、製作できたとしてもその製造、品質管理上のコストは膨大になる。その際、上記補助ティース位置調整手段７を用いることで、個々のリニアモータのコギング推力を最小の状態にチューニングできるため、システム全体としてのコギング推力を低減することが可能である。それから、個々のリニアモータでは補助ティース位置調整手段７のチューニングによりコギング推力の波形成分が変化する作用がある。この作用を利用して、個々のリニアモータではコギング推力を最小とせずに、コギング推力波形に相互に位相を持たせることにより、加工組立誤差による個々のリニアモータのコギング推力を全体として相殺させて、極小に抑制することができる。
【００３０】
［第５の実施例］
次に第５の実施例を説明する。
図６は第５の実施例を示す補助ティース周辺部の拡大断面図であって、図４のＡ部の位置に相当するものである。なお、第５の実施例は第４の実施例と同様に電機子コア５１がセミオープンスロット形状を有するコアブロック５６で構成される。図において、５３ｂはキリ穴、５６ａは雌ねじ部である。本発明の特徴は以下のとおりである。すなわち、電機子コア５１の端部に設けた略Ｌ字形状の補助ティース５３に補助ティース位置調整手段９を備える点は第４の実施例と同じであるが、該補助ティース５３の位置調整方向が異なる。この補助ティース位置調整手段７は、補助ティース５３の雌ねじ部５３ａと螺合し、補助ティース５３側から電機子コア５１の端面を押し当てるように設けられた固定ねじ７１と、補助ティース５３のキリ穴５３ｂに挿入され、電機子コア５１の雌ねじ部５６ａと螺合するように設けられた調整ねじ７２より構成される。
【００３１】
次に動作について説明する。
このような構成において、調整ねじ７２を電機子コア５１の雌ねじ部５６ａにねじ込むことにより、主ティース５１ｂのピッチ方向に補助ティース５３を移動させ、補助ティース５３と主ティース５１ｂのピッチ長が調整される。それから、補助ティース５３と主ティース５１ｂのピッチ長を調整した後に、固定ねじ７１を補助ティース５３の雌ねじ部５３ａにねじ込み、電機子コア５１の端面に固定ねじ７１の先端を押し当てるようにすると、補助ティース５３が電機子コア５１に固定される。
【００３２】
第５の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段７を用いて、補助ティース５３を界磁極１の長手方向（Ｘ方向）にそのピッチ長を調整可能なため、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その他、一対または対をなした複数のリニアモータにて移動対象物を駆動する場合のコギング推力に関し、補助ティース位置調整手段７による作用、効果などは第４の実施例と同様に得られる。
【００３３】
［第６の実施例］
次に本発明の第６の実施例について説明する。
図７は本発明の第６の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。図８は図７の一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大断面図である。本発明の特徴は以下のとおりである。図７および図８において、リニアモータはギャップ対向形のものに替えて電機子の両側に磁気的空隙を介して永久磁石の磁石列を配置した構造（磁束貫通形）を適用したものであって、電機子は紙面と垂直な方向に図示しない電機子取付板を固定する構成となっている。また、電機子コア５１の端部に設けた補助ティース５３には夫々２つの独立した補助ティース位置調整手段７が設けられており、その基本構成は第５の実施例で示したギャップ対向形のものと同じであるため、その動作については説明を省略する。
【００３４】
第６の実施例は上記構成にしたので、夫々独立した補助ティース位置調整手段７を用いることで、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによる、夫々の磁気的空隙面で発生するコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。また、図７の磁束貫通形のリニアモータを上下に２つのリニアモータがあると考えると、第４の実施例で述べた、一対、または対をなした複数のリニアモータの場合と同等と見ることができ、同様のコギング低減作用を得ることが可能なことが理解される。
【００３５】
なお、各実施例で説明した補助ティース位置調整手段は補助ティースの片方の端部に設けても良いし、両方の端部に設けても構わない。また、第４の実施例乃至第６の実施例において、リニアモータの積厚（紙面の奥行き方向の厚さ）が大きい場合は、固定ねじ、調整ねじ、雌ねじ部およびキリ穴からなる補助ティース位置調整手段を積厚方向に複数に配置しても構わない。また、第１の実施例乃至第３の実施例は、一体型コアのもので説明したが、これに替えて、分割コアのもので構成しても構わない。また、第４の実施例乃至第６の実施例は、分割型コアのもので説明したが、一体型コアのもので構成しても構わない。また、第１の実施例乃至第３の実施例は、オープンスロット形のもので説明したが、これに替えてセミオープン形のもので構成しても構わない。
また、第４の実施例乃至第６の実施例は、セミオープン形のもので説明したが、オープンスロット形のもので構成しても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば以下の効果がある。
（１）第１の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするＸ−Ｚステージのような補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向および界磁極の長手方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。その結果、リニアモータのコギング推力を評価する場合の設計と製作による繰り返し評価作業が不要になり、実機の形状寸法や磁性部材の実際の磁気特性が設計値からずれても容易にコギング推力を小さくすることが可能な高精度な永久磁石形同期リニアモータを提供することができる。
【００３７】
（２）第２の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするような偏芯カム状頭部を備えた補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００３８】
（３）第３の実施例は上記構成にしたため、コギング推力が設計値よりも大きくなった場合でも、補助ティースの相対位置を可変とするよう、補助ティースおよび手動操作部に設けた送りねじ機構からなる補助ティース位置調整手段を用いて、補助ティースを界磁極の長手方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００３９】
（４）第４の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段により補助ティースを界磁極の長手方向と直交する方向に移動することにより、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００４０】
（５）第５の実施例は上記構成にしたので、補助ティース位置調整手段により補助ティースを界磁極の長手方向にそのピッチ長を調整可能なため、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによるコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。
【００４１】
（６）第６の実施例は上記構成にしたので、夫々独立した補助ティース位置調整手段を用いることで、電機子のティースや界磁極の磁石のピッチ誤差といった加工組立や、部材の材料特性のバラツキなどによる、夫々の磁気的空隙面で発生するコギング推力の発生を極力低減し、コギング推力を設計値である最小値に調整することができる。以上のようなことから、本リニアモータは、コンタリング性能が高く、高精度加工ができる工作機械あるいは高速に微小位置決めを行なえる、高スループットの半導体製造装置などに適用可能といった大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の調整手段３をリニアモータの進行方向から見た正面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図５】図４の一点鎖線で囲まれたＡ部の拡大断面図である。
【図６】第５の実施例を示す補助ティース周辺部の拡大断面図であって、図４のＡ部の位置に相当するものである。
【図７】本発明の第６の実施例を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図８】図７の一点鎖線で囲まれたＢ部の拡大断面図である。
【図９】第１の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【図１０】第１の従来技術のコギング推力波形を示した図である。
【図１１】第２の従来技術を示す永久磁石形同期リニアモータの側断面図である。
【符号の説明】
１ 界磁極
１１ 界磁ヨーク
１２ 永久磁石
２ 電機子
２１ 電機子コア
２１ａ スロット
２１ｂ 主ティース
２２ 電機子巻線
２４ 継鉄部
２６、２７ 補助ティース
２７ａ 案内溝
２８ 補助ティース
２８ａ 凸部
２８ｂ 雌ねじ溝
２９ コアブロック
２９ａ 係合部（凸状）
２９ｂ 係合部（凹状）
３ 補助ティース位置調整手段
３１ 第１手動操作部
３２ 第２手動操作部
３３ 手動操作部（操作部）
３３ａ 偏芯カム状頭部
３３ｂ 雄ねじ部
３４ 支持部材
３４ａ ガイドレール
３４ｂ 雌ねじ部
３５ 手動操作部
３６ 支持部材
３６ａ 凹部
３６ｂ 半円溝
５ 電機子
５１ 電機子コア
５１ａ スロット
５１ｂ 主ティース
５２ 電機子巻線
５３ 補助ティース
５３ａ 雌ねじ部
５３ｂ キリ穴
５４ａ 係合部（凸状）
５４ｂ 係合部（凹状）
５６ コアブロック
５６ａ 雌ねじ部
６ 電機子取付板
６１ 雌ねじ部
６２ キリ穴
７ 補助ティース位置調整手段
７１ 固定ねじ
７２ 調整ねじ
Claims (7)
- 交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークからなる界磁極と、前記界磁極の永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子とを備え、
前記電機子は、主ティースとスロットを有する電機子コアと、前記電機子コアのスロットにコイルを巻回した電機子巻線と、前記電機子コアにおける永久磁石の磁石列方向に沿う方向の端部に配置した補助ティースより構成してあり、
前記界磁極と前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とする永久磁石形同期リニアモータにおいて、
前記補助ティースは、前記主ティースに対する前記補助ティースの位置を可変できるように、前記電機子コアの両端部の少なくとも何れか一方端に補助ティース位置調整手段を備えてあり、
前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースを前記界磁極の長手方向と直交する方向または界磁極の長手方向に移動させるようにしたＸ―Ｚステージを用いたものであることを特徴とする永久磁石形同期リニアモータ。 - 前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースに設けた案内溝と、前記補助ティースの側面に設けられ、先端に偏芯カム状頭部を有する操作部と、前記補助ティースを案内支持する支持部材とから構成され、前記偏芯カム状頭部の外周を前記案内溝の内周に接触させた状態で前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを前記偏芯カム状頭部の偏芯寸法分だけ界磁極の長手方向と直交する方向に上下動させるようにした請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータ。
- 前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの磁気的空隙側と反対側に設けられ、先端に雌ねじ溝を有する凸部と、前記凸部と嵌合する凹部を有して前記補助ティースを案内支持する支持部材と、先端と後端に頭部を有し、かつ、中間部に雌ねじ部を有して前記補助ティース内部を軸方向に貫通するように挿設した操作部とから構成され、前記操作部を回転させることにより、前記補助ティースを界磁極の長手方向に向かって移動させるようにした請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータ。
- 前記電機子の上面に当該電機子を固定するための電機子取付板を設けてあり、
前記補助ティース位置調整手段は、前記電機子取付板の雌ねじ部と螺合し、電機子取付板側から補助ティースの上面を押し当てるように設けられた固定ねじと、電機子取付板のキリ穴に挿入され、補助ティースの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたことを特徴する請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータ。 - 前記補助ティース位置調整手段は、前記補助ティースの雌ねじ部と螺合し、前記補助ティース側から前記電機子コアの端面を押し当てるように設けられた固定ねじと、前記補助ティースのキリ穴に挿入され、前記電機子コアの雌ねじ部と螺合するように設けられた調整ねじより構成されたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータ。
- 前記補助ティースを前記永久磁石の磁石列と直交する方向で２分割し、前記補助ティース位置調整手段を前記分割した補助ティースに夫々設けたことを特徴とする請求項５記載の永久磁石形同期リニアモータ。
- 前記電機子コアは、複数の分割されたコアブロックで構成されると共に、前記コアブロックを構成する継鉄部の一方側面に凸状の係合部を、他方側面に凹状の係合部を設け、夫々隣り合う係合部を嵌合させて結合したことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石形同期リニアモータ。
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