JP4458078B2 - リニアモータ及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータ及びその製造方法に関する。

特に、電機子に一つのコイルを巻回して向かい合う磁極歯が互い違いになる磁極を上部と下部２ヶ所に有するリニアモータ及びその制御方法に関する。

従来、例えば、特開昭６３−３１０３６１号公報には、リード線処理を簡単にして安価に製造できるようにした構造のリニアパルスモータが開示されている。そのリニアモータの構造は、２相パルス回転モータを直線状に展開した構造である。

特開昭６３−３１０３６１号公報

従来技術のリニアモータは、例えば、電機子に設けた２つの磁極と磁極板の極歯間の隙間を通る磁束の漏れが全体として大きいので、励磁電流に対してモータの推力が小さい。さらに、電機子と可動子の間に磁気吸引力が一方方向に働くため、可動子の支持機構に大きな負担がかかり、構造に歪みが生じる等の課題があった。

本発明の課題は、磁束の漏れを少なくして、電機子と可動子間に生ずる磁気吸引力を小さくしたリニアモータ及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、第一の巻線が巻回された磁性体を有する第１部材を有し、前記第１部材は磁極歯同士が対向する複数の対向部を有し、前記対向部を構成する磁極歯の間に第二の巻線が巻回された複数の磁性体を有する第２部材が配置されることである。そして、第一の巻線と第二の巻線に適切に電流を流すことにより、前記第１部材と前記第２部材は相対移動することができる。

また、本発明の他の特徴は、リニアモータの製造方法において、前記第１部材と前記第２部材との相対移動方向に対して上下方向または左右方向に前記第１部材の鉄心を複数に分割製作し、分割製作した第１部材を組み合わせて第一の対向部を有する第一極性の磁極と第二の対向部を有する第二極性の磁極とを有するように構成することにある。

本発明の上記特徴及び上記以外の特徴は、以下の記載により、更に説明される。

本発明によれば、磁極歯間の隙間を通る磁束の漏れを少なくして、電機子と可動子間に生ずる磁気吸引力を小さくしたリニアモータ及びその製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図中で同一符号で示す構成要素は、同一物又は相当物である。

図１は、本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成図である。図１において、１０１は第一の対向部を有する鉄心であり、１０２は第二の対向部を有する鉄心である。前記鉄心１０１と前記鉄心１０２には上部と下部の磁極が互い違いになるように構成されている。ここで、前記鉄心１０１の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂを第一の対向部と定義し、前記鉄心１０２の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第二の対向部と定義する。よって、（２ｎ−１）番目の鉄心は第一の対向部、（２ｎ）番目の鉄心は第二の対向部になるように第１部材を構成する（但し、ｎ＝１，２，３，……）。

また、図１に示すように、前記鉄心１０１と前記鉄心１０２には一つの巻線４が収納される。前記第２部材６は前記鉄心１０１の第一の対向部に挟持され、かつ、前記第２部材が前記鉄心１０２の第二の対向部に挟持され、前記第１部材とは相対移動することを特徴とするリニアモータである。ここに、前記第１部材は鉄心１０１，鉄心１０２と巻線からなり、前記第２部材は永久磁石，磁性体，巻線の単種類、又は複数種類材料の組み合わせにより構成する。

図２は、本発明の他の実施形態によるリニアモータの概略図であり、その断面図を図３に示す。図２において、前記第１部材は前記図１で示した第一の対向部と第二の対向部を交互に複数個配置し、前記第２部材６を挟持する部分以外はユニット化したものである。１は磁極、１１ａは磁極１の上部磁極歯、１２ｂは磁極１の下部磁極歯、２は磁極、21ｂは磁極２の下部磁極歯、２２ａは磁極２の上部磁極歯、３は第１部材、４は巻線、５は鉄心、６は第２部材、８は磁極１の上部磁極歯１１ａと磁極２の下部磁極歯２１ｂ（磁極１の下部磁極歯１２ｂと磁極２の上部磁極歯２２ａ）のギャップ、Ｐｓは前記第一の対向部と前記第二の対向部が有する磁極歯中心間の極ピッチである。第１部材３は、その底部の鉄心５の両側に磁極１，２を設け、断面がコ字状で上に開いた直線状の細長い鉄心に長手方向に巻線４を巻回することで、二つの磁極１，２を持たせることになる。

図２，図３に示すように、磁極１は、その上面に磁極２に向かって突起状の上部磁極歯１１ａ，下部磁極歯１２ｂ，…を持ち、磁極２は、その上面に磁極１に向かって突起状の下部磁極歯２１ｂ，上部磁極歯２２ａ，…を持つ。すなわち、磁極１の突起状の（２ｎ−１）番目（ｎ＝１，２，３，…）の磁極歯は上部、（２ｎ）番目（ｎ＝１，２，３，…）の磁極歯は下部になるように上下２段に分けて伸ばす。また、磁極１とは反対に、磁極２の突起状（２ｎ−１）番目の磁極歯は下部、（２ｎ）番目（ｎ＝１，２，３，…）の磁極歯は上部になるように同じく２段に分けて伸ばす。磁極１と磁極２よりの上部磁極歯全体を上部磁極面，下部磁極歯全体を下部磁極面と定義すると、磁極１と磁極２の向かい合う磁極歯が互い違いになる磁極面を上部と下部２ヶ所に持たせる構造になる。

ここで、図２，図３に示すように、一番目の上部磁極歯１１ａと下部磁極歯２１ｂを第一の対向部と定義し、２番目の下部磁極歯１２ｂと上部磁極歯２２ａを第二の対向部と定義する。よって、（２ｎ−１）番目は第一の対向部、（２ｎ）番目は第二の対向部になるような第１部材構造になる。また、各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間に一定のギャップ８を設け、ギャップ８に前記第２部材を通すと、第２部材が第一の対向部に挟持され、かつ、第２部材が前記第二の対向部に挟持された構造を形成する。上記により、本実施形態のリニアモータ各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間ギャップには磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に流れる第１部材を形成し、ギャップを通して第２部材が相対移動する構造になる。

図３において、支持機構（第１部材側）１４は第１部材３側に相対移動する第２部材６を支持し、支持機構（第２部材側）１５は第２部材６側に相対移動する第２部材６を支持する機構である。第２部材６は、支持機構１４，１５に支持されてトンネルを通るようにギャップ８を通して相対移動する。本実施形態のリニアモータでは、第２部材６と上部磁極歯に働く吸引力と第２部材６と下部磁極歯に働く吸引力の大きさはほぼ同じであり、かつ、吸引力が働く方向は反対であるので、全体の吸引力は小さくなる。このため、第２部材６と第１部材３の磁極歯間の吸引力を小さくすることができ、支持機構１４，１５の負担を小さくできる。

図４に、本実施形態のリニアモータの磁束が流れる概念図を示す。前記巻線４を励磁すると、前記磁極１に取り付けられている上下の磁極歯がＮ極ならば、前記磁極２に取り付けられている上下の磁極歯はＳ極になる。この場合、磁束は磁極１の上部磁極歯１１ａから磁極２の下部磁極歯２１ｂに流れ、同じく磁極１の下部磁極歯１２ｂから磁極２の上部磁極歯２２ａに磁束が流れるので、上部磁極面と下部磁極面の間ギャップ８には極ピッチ毎に磁束の流れの方向が反対になる。さらに、有効磁束の磁気回路の磁路が短くなり、磁気抵抗が小さく、有効磁束が増え、漏れ磁束は少なくなる。

図５は本実施形態のリニアモータを用いた制御ブロック図を示す。図５（ａ）は、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータ（図中Motor と表記）と前記第１部材と前記第２部材の相対的な変位（図中Displacementと表記）と磁極（図中Magnetic pole
position と表記）を検出するセンサ（図示せず）とその信号（図中Signalsと表記）をフィードバックする制御部(図中Controllerと表記)と外部又は内部の電源（図中Power
sourceと表記）からの電力でリニアモータを駆動するパワードライブ部（図中Driverと表記）からなるクローズループ制御システムを構成するブロック図を示す。制御部には、他からの速度指令等の指令（図中Instructionsと表記）が入力される。

図５（ｂ）は、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータ(図中Motorと表記）と制御部（図中Controllerと表記）とパワードライブ部（図中Driverと表記）からなるオープンループ制御システムを構成する他のブロック図を示す。

図５（ｃ）は、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータ(図中Motorと表記)と、電圧センサと、制御部（図中Controllerと表記）と、パワードライブ部（図中Driverと表記）からなる磁極センサレス制御システムを構成する他のブロック図を示す。本実施形態においては、電圧センサを用いてリニアモータが発生する誘起電圧(図中Ｅｏと表記)を制御部内に読み込んでいる。制御器内では、誘起電圧の大きさから磁極位置を推定し、リニアモータを駆動する信号をパワードライブ部（図中Driverと表記）へ出力する。本構成の制御システムでは、磁極位置センサをリニアモータ部に取り付けることなく、安定にリニアモータを駆動できるようになる。

図５（ｄ）は、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータ(図中Motorと表記）と、電流センサと、制御部（図中Controllerと表記）と、パワードライブ部（図中Driverと表記）からなる磁極センサレス制御システムを構成する他のブロック図を示す。本実施例においては、電流センサを用いてリニアモータに流れる電流（図中Ｉと表記）を制御部内に読み込んでいる。制御器内では、リニアモータに印加している電圧と検出電流値から、リニアモータの誘起電圧を演算し、磁極位置を推定演算する。本構成の制御システムでは、磁極位置センサをリニアモータ部に取り付けることなく、安定にリニアモータを駆動できるようになる。

本実施形態のリニアモータを積層鋼板により構成した概略図とその分解図を図６と図７に各々を示す。図６において、前記第１部材は図４で示したような積層鋼板からなり、前記第一の対向部と第二の対向部が交互に複数個配置された構造である。図７は前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータの製造方法において、前記第１部材の巻線が配置される鉄心部と前記第２部材が挟持される対向部を有する磁極部を積層鋼板により分割製作して組み立てることを示す。

図７（ａ）と図７（ｂ）は、前記第１部材の巻線がコ字状で開いた前記鉄心部に収納された場合、コ字状の両端に配置する場合（図７（ａ））と、または中央に配置した場合
（図７（ｂ））の概略を示す。ここで、前記第１部材は単一励磁巻線を施し、流す電流の方向を駆動回路により交互に切り換える方法を用いる（ユニファイラ巻線と呼ぶ）。または、前記第１部材の巻線は巻方向をお互いに逆にした二つの巻線を同一鉄心に施し、交互の巻線に駆動回路により同一方向の電流を流す方法を用いる（バイファイラ巻線と呼ぶ）。図７（ａ）と図７（ｂ）どちらの巻線４配置方法においても、ユニファイラ巻線もしくはバイファイラ巻線を用いることはできる。

また、図７（ｃ）では前記第２部材が挟持される対向部を有する磁極部を示す。図７に示すように、前記第１部材の巻線が配置される鉄心部と前記第２部材が挟持される対向部を有する磁極部を分割製作して組み立てることによって、構造が簡単なリニアモータの製作が可能である。組み立てる方法としては、ボルトやリベット（図示せず）による締め、溶接，樹脂などによる一体化などが可能である。

ここで、分割コアにおける巻線作業の長所について述べる。前記第１部材の巻線が配置される鉄心部と前記第２部材が狭持される対向部を有する磁極部のコアを一体化して製作したものに前記巻線４を配置する場合、鉄心部の積厚方向に巻数分通す必要がある。しかし、前記第１部材の巻線が配置される鉄心部と前記第２部材が狭持される対向部を有する磁極部のコアを分割して製作すれば、巻線４は図７に示すように簡単に入れることが出来る。

図１９は、図７（ａ）に示した巻線４がコ字型の積層鋼板（１，２，３，５）に収納された場合の平面図（ａ）と断面図（ｂ）を示す。積層鋼板（１，２，３，５）で形成された磁極間はダクトや樹脂（図示せず）等を用いて一定間隔を保つようにする。図１９では、２個の巻線４が、図中Coil１とCoil２として、積層鋼板の柱状の部分（１，２）を囲むように配置されている。

図２０は、図７（ａ）と（ｃ）を組み合わせた場合の断面図を示す。図２０において、第２部材６は図３と同じく、前記支持機構１４，１５に支持されトンネルを通るようにギャップ８を通して相対移動する。

次に、図２の第１部材３を直列または並列に複数個並べたリニアモータの構造を説明する。その一例として、図８には、図２の第１部材を２個直列に並べたリニアモータを示す。図８において、一般的には、第１部材Ａの磁極歯とその隣り合う第１部材Ｂの磁極歯のピッチが（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝になるように第１部材Ａと第１部材Ｂを直列に並べる。ここで、Ｐは極ピッチ（極ピッチＰは電機子磁極ピッチＰｓ又は第２部材極ピッチＰｍどちらかを選ぶ）、Ｍはモータの相数を表わす。第２部材６には、隣り合う磁極が異極になるように永久磁石７を複数個配置し、図３に示すＺ方向に着磁する。第１部材Ａと第１部材Ｂの巻線４を交互に移動磁界が発生するように励磁すると、上部磁極面と下部磁極面の間ギャップ８には極ピッチ毎に反対方向に磁束が流れ、移動に必須なＰ／２によって推力が発生し、第２部材６が相対移動する。

次に他の一例として、図９には、図２の第１部材を２個並列に並べたリニアモータを示す。図９において、第２部材６ａと第２部材６ｂは、Ｐ／２ピッチだけずらせて一体化する。相対的に、第２部材６ａと第２部材６ｂは揃えて第１部材Ａと第１部材ＢをＰ／２ピッチだけずらせても良い。

図８，図９において、第１部材磁極ピッチＰｓと第２部材極ピッチＰｍの値を同じするか、又は異なっても良い。第１部材磁極ピッチＰｓと第２部材極ピッチＰｍの値を異なるようにすれば、永久磁石７と磁極歯間に働く推力脈動を低減する効果がある。

ここで、図８では、第１部材を２個直列に並べることについて説明したが、第１部材を複数個直列に並べても同様である。同じく、図９では、第１部材を２個並列に並べ、２個の第２部材を一体化することについて説明したが、第１部材を複数個並列に並べ、複数個の第２部材を一体化しても同様である。

図１８は、図８に示すリニアモータの一部の分解図を示す。磁極１，２と磁極歯１１ａ，１２ｂ，２１ｂ,２２ａを分割製作し、磁極１と磁極歯１１ａ,１２ｂ、磁極２と磁極歯２１ｂ，２２ａを組み合わせることによって第１部材を製造する。この場合、片側の磁極と同磁極上下の磁極歯を一体化したプレス加工して組み合わせることも可能である。更に、両側の磁極，磁極歯一体化したプレス加工して組み合わせることも可能である。支持機構１４は第１部材側に固定して、第２部材を左右，上下に支持する。図中の矢印は磁化の方向（図中Direction of magnetizationと表記）を示す。

図１０は、本発明の他の実施形態による第１部材の直列配置の概略図である。図１０では、第１部材を４個並べ、２個の第１部材を１相とし、極ピッチをＰとするとき、同相間の隣り合う第１部材の磁極歯のピッチを（ｋＰ）｛（ｋ＝０，１，２，…）｝、異相間の隣り合う第１部材の磁極歯のピッチを（ｋＰ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ｋは隣り合う第１部材の配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数｝とする２相のリニアモータの直列配置を示す。図１０（ａ）は第１部材のＡ相（図中phase Ａと表記），Ｂ相（図中phaseＢと表記），Ａ相，Ｂ相の配置、図１０
（ｂ）は第１部材のＡ相，Ａ相，Ｂ相，Ｂ相の配置である。

図１０のように、複数（多数）の第１部材を１相として配置することにより、大きな推力が得られるリニアモータになる。ここで、図１０に、第１部材を４個並べ、２個の第１部材を１相としたリニアモータを示したが、第１部材を複数個直列に並べても同様である。また、第１部材を複数個並列に並べ、複数個の第２部材を一本化しても同様である。

図１１は、本発明の平板状の第２部材について他の実施形態を示す。図１２は、図１１の平板状の第２部材を円筒型第２部材にした例を示す。

図１１において、平板状の強磁性体の両面に凸の磁極歯１３を設けると、第１部材の対向部の磁極との間で進行方向に対して磁気抵抗が変化する。すなわち、凸の磁極歯１３と第１部材の対向部の磁極との間の磁気抵抗は、強磁性体の平板部１６と第１部材の対向部の磁極との間の磁気抵抗より小さい。この磁気抵抗の変化を利用すると、移動自在な第２部材となる。ここで、凸の磁極歯１３を強磁性体にし、平板部１６に永久磁石を設けることにより、複合型第２部材にすることも可能である。また、凸の磁極歯１３を強磁性体にして平板部１６を非磁性体とする組み合わせにしても良い。図１２において、軸３５に強磁性体３６と非磁性体３７を組み合わせとする。また、永久磁石を兼用しても良い。

図１１，図１２において、第２部材６は無端状ベルト又はチェインにして（図示せず）、強磁性体を埋め込んだ構造にしても良い。また、永久磁石を兼用して設けても良い。

図１３は本発明の他の実施形態によるリニアモータの概略図を示す。図１３を用いて、第２部材として前記永久磁石７の替わりに巻線５７を用いた本発明の実施形態について説明する。図１３において、第２部材に前記永久磁石７の替わりに巻線５７を用いた例である。第１部材の巻線４は直流励磁による界磁巻線の役割を、第２部材の巻線５７はリード線（図示せず）を設け複数相の移動磁界を発生する電機子巻線の役割を持たせることで、相対移動することが可能である。

図８に示す前記第２部材に永久磁石７を用いた場合は、前記第１部材の巻線４を無励磁にしても、前記第２部材の永久磁石７と前記第１部材の対向部の磁極間には力（ディテント力と呼ぶ）が発生する。図１３に示すように、第２部材に前記永久磁石７の替わりに前記巻線５７を用いることによって、無励磁の時に第１部材と第２部材間に働くディテント力がなくなる効果がある。

また、図１３において、第２部材の巻線５７を設ける際には、強磁性体５８を付けて前記巻線５７を構成するコア付き巻線方式と、強磁性体５８を付けないで前記巻線５７を構成するコアレス巻線方式（空心コイル方式とも呼ぶ）どちらでも使用可能である。

図１４は、図１３で示した第２部材の巻線配置を２相リニアモータにした例を示す。図１４（ａ）は第２部材６にＡ相（図中phase Ａと表記）とＢ相（図中phaseＢ と表記）の巻線５７が配置された概略図である。図１４（ｂ）は図１４（ａ）の第２部材が第１部材の対向部を有する上下の磁極歯に挟持された断面を示す。図１３に示した前記第１部材の巻線４は直流励磁による界磁巻線の役割を持たせ、前記巻線５７には電源ドライバ（図示せず）より２相移動磁界を与えて、第１部材と第２部材は相対移動する。上の磁極歯は、図中the upper magnetic polesと表記している。下の磁極歯は、図中the lower magneticpoles と表記している。

図１５は、図１３で示した第２部材６の巻線配置を３相リニアモータにした一例を示す。図１６は、図１５で示した第２部材６の巻線の束数を２倍にした他の実施例を示す。図１５，図１６において、両方とも第２部材の巻線配置を３相モータにした例であるが、基本動作原理は図１３で述べたものと同じであり、前記巻線５７には電源ドライバ（図示せず）より３相移動磁界を与えて、第１部材と第２部材は相対移動する。図１５，図１６において、３相巻線は、それぞれ、図中でphase Ｕ又はＵ、phase Ｖ又はＶ、phase Ｗ又はＷと表記している。また、図１４と同様に、上の磁極歯は、図中the upper magnetic
polesと表記している。下の磁極歯は、図中the lower magnetic polesと表記している。

図１７は、本発明の実施形態のリニアモータにおける他の製造方法を示す。この製造方法は、巻線４が巻かれる鉄心、両側の磁極、上部磁極歯１１ａと対向部の下部磁極歯21ｂを分割製作し、組み立てる時に一体化した前記第一の対向部の鉄心１０１を積層鋼板によって製造する方法である。第一の対向部の鉄心１０１を左右変えて配置すれば、前記第二の対向部の鉄心１０２になる。前記第一の対向部の鉄心１０１と前記第二の対向部の鉄心１０２との間には支持機構３２，ダクト３３を設ける。よって、（２ｎ−１）番目は第一の対向部の鉄心に当たり、（２ｎ）番目は第二の対向部の鉄心に当たる第１部材を構成する構造になる。

また、前記第一の対向部の鉄心１０１と前記第二の対向部の鉄心１０２を左右半分に分割して製作したものをユニット化して、前記巻線４を左右から挟み込むようにして組み立てる方法も可能である。

いずれの製造方法についても、第２部材の形状種類に関係なく組み合わせが可能である。

なお、本発明の実施形態として、２相，３相リニアモータについて説明したが、４相，５相等の多相リニアモータとして利用することができる。

また、本発明の実施形態として、リニアモータについて説明したが、この実施形態の第１部材と第２部材は、第１部材の巻線４、又は第２部材の巻線５７のいずれかに交流電流を供給することにより、第２部材が相対往復移動する振動型リニアアクチュエータとして利用することができる。

図２１は第１部材を並列に配置した本発明の実施形態を示す。図２１（ａ）はモールド化した一つの第１部材３と第２部材６からなる基本構成の概略を示す。図２１（ｂ）は、当該基本構成を二つ並列に配置したものを示す。複数の第１部材３と複数の第２部材６の各々は一体に連結されて、前記複数の第１部材３を固定し、前記複数の第２部材６を可動する仕組みになる。これにより、容易に強い推力を発生できる。また、反対に第２部材６を固定し、第１部材３を可動することも可能である。

図２２は巻線の配置の他の実施例を示す。図２２は第１部材の鉄心部３０に巻線を配置する場合様々な方法が考えられるが、図２２（ａ）は鉄心部３０の底辺に第２部材６と平行して一つの束で配置したものを示し、図２２（ｂ）は巻線４を二つの束にし鉄心部３０の両側に配置したものである。図２２（ａ）の場合は、図の正面から見て左右に巻線が出っ張らないので、幅を小さく出来る。図２２（ｂ）の場合は、図の正面から見て上下に巻線が出っ張らないので、上下の厚みを小さく出来る。

図２３は第１部材３である鉄心部を並列に配置（横並び）した正面図を示す。図２３
（ａ）は巻線４が隣り合う二つの鉄心部に跨って配置されたものを示し、図２３（ｂ）は図２３（ａ）の巻線配置をしたものに対して、鉄心部外側の両側には各々の巻線４を加えて配置したものである。これにより、第１部材３である鉄心部を並列に配置しても、巻線４の自由な配置が可能となる。

図２４は第１部材である鉄心部を並列に配置した別の例（縦並び）の正面図を示す。

図２４（ａ）は、巻線４が配置される鉄心部（第１部材３）の背中（第２部材６である可動子から遠い面）同士が上下に配置され、その二つの鉄心部に跨って巻線４が配置されたものを示す。図２４（ｂ）は、同様に、鉄心部（第１部材３）の背中同士が上下に配置されのものであり、複数組（図では４組）の巻線４が上下左右に配置された例を示す。これにより、第１部材３である鉄心部を並列に配置しても、巻線４の自由な配置が可能となる。

図２５は、第１部材３に関する他の実施例を示す。図２５に示すように、図１３で示した巻線４と鉄心５からなる電磁石の代わりに図２５中矢印で示した磁化の方向を有する永久磁石５５を配置した実施形態である。この場合、巻線４が不要となるので、巻線のための空間が不要となり、空間利用効率が向上する。

図２６は、第１部材に関する他の実施例を示す。図２６は図２５の実施形態で示した永久磁石５５を鉄心部３の両側に配置したものである。図２６中矢印で示した磁化の方向を有する複数（２個）の永久磁石５５を有している。この場合も、巻線４が不要となるので、巻線のための空間が不要となり、空間利用効率が向上する。

図２５と図２６に示した永久磁石は、一体化して構成しても基本的な動作原理は同じ効果が得られる。また、該永久磁石を、磁極歯のピッチに合わせて分割して製作して組み立てても良い。

図２７は第２部材６の磁極を配置する際にスキューをした（斜めに配置した）実施形態を示す。図２７（ａ）は永久磁石を用いる第２部材６のスキューしたもの（Skew：図中右側）と、しないもの（Normal：図中左側）を示す。図２７（ｂ）は図１１で示した強磁性体１３にスキューした（斜めに配置した）ものSkew：図中右側）と、しないもの（Normal：図中左側）を示す。また、永久磁石と強磁性体の複合型の第２部材６においてスキューをしても同じ効果が得られる。スキューすることでディテント力が小さくなり、推力リップルも小さくなる効果がある。

以上説明したように、本発明の実施形態によれば、有効磁束の磁気回路の磁路が短くなり、磁極歯の漏れ磁束を少なくすることができる。また、本実施形態のリニアモータでは、第２部材６と上部磁極歯に働く吸引力と第２部材６と下部磁極歯に働く吸引力の大きさは同じであり、かつ、吸引力が働く方向は反対であるので、全体の吸引力は小さくなる。このため、第２部材６と第１部材３の磁極歯間の吸引力を小さくすることができ、支持機構１４，１５の負担を小さくできる。また、コイルが巻かれる電機子鉄心、両側の磁極、上部磁極歯と対向部の下部磁極歯を一体化した磁極ユニットを積層鋼板により第１部材を分割製作することにより、本発明のリニアモータを容易かつ能率よく製造することができる。

本明細書では、例えば、以下のものが開示される。即ち、（１）第１部材と第２部材からなるリニアモータであって、前記第１部材が少なくとも第一の対向部を有する第一極性の磁極と第二の対向部を有する第二極性の磁極とを有し、前記第２部材が前記第一の対向部に挟持され、かつ、前記第２部材が前記第二の対向部に挟持され、相対移動するリニアモータ。（２）第１部材と第２部材からなるリニアモータであって、前記第１部材と前記第２部材との相互作用により、前記第２部材の相対移動方向と垂直方向における相対位置が保持されるリニアモータ。（３）上記（１）又は上記（２）において、前記第１部材は鉄心と巻線からなり、前記第２部材は永久磁石，磁性体，巻線の単種類、又は複数種類材料の組み合わせにより構成するリニアモータ。（４）上記（１）又は上記（２）において、前記第１部材は鉄心，永久磁石と巻線からなり、前記第２部材は永久磁石，磁性体，巻線の単種類、又は複数種類材料の組み合わせにより構成するリニアモータ。（５）上記
（１）において、前記第２部材の永久磁石，強磁性体を配置する際にスキューをしたリニアモータ。（６）上記（１）乃至上記（５）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータと前記第１部材と前記第２部材の相対的な変位と磁極を検出するセンサとその信号をフィードバックする制御部とパワードライブ部からなるクローズループ制御システムを構成するリニアモータ駆動システム。（７）上記（１）乃至上記
（６）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータと制御部とパワードライブ部からなるオープンループ制御システムを構成するリニアモータ駆動システム。（８）上記（１）乃至上記（７）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータと、パワードライブ部と、前記リニアモータの誘起電圧を検出し、該電圧検出値に基づいて、前記第１部材と第２部材の相対的な磁極位置を推定する手段を含む制御部からなる制御システムを構成するリニアモータ駆動システム。（９）上記（１）乃至上記（８）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータと、パワードライブ部と、前記リニアモータに流れる電流を検出し、該電流検出値に基づいて、前記第１部材と第２部材の相対的な磁極位置を推定する手段を含む制御部からなる制御システムを構成するリニアモータ駆動システム。（１０）上記（１）乃至上記（９）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータの製造方法において、前記第１部材は単一励磁巻線を施し、流す電流の方向を駆動回路により交互に切り換えるリニアモータ。（１１）上記（１）乃至上記（１０）のいずれかにおいて、前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータの製造方法において、前記第１部材の巻線は巻方向をお互いに逆にした二つの巻線を同一鉄心に施し、交互の巻線に駆動回路により同一方向の電流を流すリニアモータ。（１２）上記（１）乃至上記（１１）のいずれかにおいて、前記第１部材を複数個並べ、極ピッチをＰとするとき、隣り合う第１部材の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ここに、ｋは隣り合う第１部材の配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数｝とするリニアモータ。（１３）上記（１）乃至上記（１２）のいずれかにおいて、前記第１部材を複数個並べ、多数の第１部材を１相とし、極ピッチをＰとするとき、同相間の隣り合う第１部材の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ）｛（ｋ＝０，１，２，…）｝、異相間の隣り合う第１部材の磁極歯とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ｋは隣り合う第１部材の配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数｝とするリニアモータ。（１４）上記（１）乃至上記（１３）のいずれかにおいて、前記第１部材の磁極ピッチと前記第２部材の磁極ピッチを同じ値、または、異なる値とするリニアモータ。（１５）上記（１）乃至上記（１４）のいずれかにおいて、前記第１部材のギャップ内を相対動する第２部材を支持する支持機構を設けるリニアモータ。（１６）前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータの製造方法において、前記第１部材の巻線が配置される鉄心部と前記第２部材が挟持される対向部を有する磁極部を積層鋼板により分割製作して組み立てるリニアモータの製造方法。（１７）前記第１部材と前記第２部材からなるリニアモータの製造方法において、前記第１部材と前記第２部材との相対移動方向に対して上下方向または左右方向に前記第１部材の鉄心を複数に分割製作し、前記第１部材の巻線を鉄心部に収納し前記分割製作した鉄心とを一体化するリニアモータの製造方法。（１８）上記（１）において、該リニアモータは、磁性体で形成された電機子と、該電機子に巻回されたコイルと、該電機子が生ずる磁場に作用することにより、該電機子と相対的に移動可能な可動子とからなるリニアモータであって、該リニアモータは更に前記電機子のー方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列したー方の磁極歯列と、前記電機子の他方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯が該可動子の移動方向に対して交互に配列され、該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯が該可動子の移動万向に対して交互に配列され、該一方及び該他方の第１段の磁極歯列と該一方及び該他方の第２段の磁極歯列の間に該可動子が配列されたリニアモー夕。（１９）上記（１８）において、前記電機子，前記コイル，前記一方及び他方の磁極歯列からなる電機子ユニットを複数個並べ、極ピッチをＰとするとき、隣り合う電機子ユニットの前記磁極歯列とのピッチを
（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ｋは隣り合う電機子ユニットの配置可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモ−タの相数）とするリニアモータ。（２０）上記（１８）乃至上記（１９）いずれかにおいて、前記電機子，前記コイル，前記一方及び他方の磁極歯列からなる電機子ユニットを複数個並べ、多数の電機子ユニットを１相とし、極ピッチをＰとするとき、同相間の隣り合う電機子ユニットの磁極歯列とのピッチを（ｋ・Ｐ）｛（ｋ＝０，１，２，…）｝、異相間の隣り合う電機子ユニットの磁極歯列とのピッチを（ｋ・Ｐ＋Ｐ／Ｍ）｛（ｋ＝０，１，２，…），（Ｍ＝２，３，４，…）｝｛ｋは隣り合う電機子ユニットの配列可能範囲で自由に選べる数、Ｍはモータの相数）とするリニアモー夕。（２１）上記（１８）乃至上記（２０）のいずれかにおいて、前記電機子，前記コイル，前記一方及び他方の磁極歯列からなる電機子ユニットの磁極歯列のピッチと前記可動子の磁極ピッチを同じ値、または、異なる値とするリニアモー夕。（２２）磁性体で形成された電機子と、該電機子に巻回されたコイルと、該電機子が生ずる磁場に作用する可動子とからなり、該可動子は固定的に支持され該電機子が相対的に移動可動なリニアモー夕であって、該リニアモー夕は更に前記電機子のー方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列したー方の磁極歯列と、前記電機子の他方の磁極に磁気的に結合され、該可動子の移動方向に対し略垂直方向に第１段及び第２段に分けて配列した他方の磁極歯列とを有し、該一方の磁極歯列の第１段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第１段の磁極歯が該可動子の移動方向に対して交互に配列され、該一方の磁極歯列の第２段の磁極歯と該他方の磁極歯列の第２段の磁極歯が該可動子の移動万向に対して交互に配列され、該一方及び該他方の第１段の磁極歯列と該一方及び該他方の第２段の磁極歯列の間に該可動子が配列されたリニアモー夕。（２３）磁性体で形成された電機子と、該電機子に巻回されたコイルと、該電機子が生ずる磁場に作用することにより、該電機子と相対的に移動可能な可動子とからなるリニアモータの製造方法において、該電機子と、一方及び他方の磁極と、一方及び他方の磁極歯列を、一体化した磁極ユニットとして積層鋼板により分割制作し、前記分割制作した磁極ユニットを組み合わせて前記リニアモータを構成するリニアモー夕の製造方法。

以上を要約すると、第１部材と第２部材からなるリニアモータであって、前記第１部材が少なくとも第一の対向部を有する第一極性の磁極と第二の対向部を有する第二極性の磁極とを有し、前記第２部材が前記第一の対向部に挟持され、かつ、前記第２部材が前記第二の対向部に挟持され、相対移動することにする。前記第１部材は鉄心と巻線からなり、前記第２部材は永久磁石，磁性体，巻線の単種類、又は複数種類材料の組み合わせにより構成する。これにより、電機子の磁極歯間の隙間を通る磁束の漏れを少なくして、電機子と可動子の間に生ずる磁気吸引力を小さくすることが可能となる。

本発明の一実施形態によるリニアモータの基本構成図である。 本発明の他の実施形態をなすリニアモータの概略図である。 図１のリニアモータの断面図である。 図１のリニアモータの磁束流れの概念図である。 本実施形態のリニアモータを用いた制御ブロック図である。 本発明の実施形態のリニアモータを積層鋼板により構成した組み立て概略図である。 図６のリニアモータを積層鋼板により構成した分解概略図である。 本発明の第１部材を２個直列に並べたリニアモータの概略図である。 本発明の第１部材を２個並列に並べたリニアモータの概略図である。 本発明の他の実施形態による第１部材の直列配置概略図である。 本発明の第２部材における他の実施形態（その１）の構成図である。 本発明の第２部材における他の実施形態（その２）の構成図である。 本発明の他の実施形態によるリニアモータの構成図である。 図１３のリニアモータの第２部材における他の実施形態の構成図（２相モータ）である。 図１３のリニアモータの第２部材における他の実施形態の構成図（３相モータその１）である。 図１３のリニアモータの第２部材における他の実施形態の構成図（３相モータその２）である。 本発明リニアモータの他の製造方法を示す図である。 本発明リニアモータの他の製造方法を示す図である。 本発明第１部材における他の実施形態の平面と断面を示す図である。 本発明リニアモータにおける他の実施形態の断面図である。 第１部材を並列に配置した概略図である。 巻線の配置の他の実施例の概略図である。 第１部材を並列に配置（横並び）した正面図である。 第１部材を並列に配置（縦並び）した正面図である。 第１部材の他の実施例を示す概略図である。 第１部材の他の実施例を示す概略図である。 第２部材の磁極を配置する際にスキューしたものを示す概略図である。

符号の説明

１，２…磁極、１１ａ…磁極１の上部磁極歯、１２ｂ…磁極１の下部磁極歯、２１ｂ…磁極２の下部磁極歯、２２ａ…磁極２の上部磁極歯、３…第１部材、４…巻線（第１部材側）、５…鉄心、６…第２部材、７…永久磁石、８…ギャップ、１３…凸の磁極、１４…相対移動の支持機構（第１部材側）、１５…相対移動の支持機構（第２部材側）、１６…強磁性体の平板部、３３…ダクト、５７…巻線（第２部材側）、５８…強磁性体（第２部材側）、１０１…第一の対向部、１０２…第二の対向部。

Claims (4)

1. 第一の巻線が巻回された磁性体を有する第１部材を有し、
   前記第１部材は磁極歯同士が対向する複数の対向部を有し、
   前記複数の対向部は隣り合う対向部の磁極歯が互い違いとなり、
   前記対向部を構成する磁極歯の間に第二の巻線が巻回された複数の磁性体を有する第２部材が配置され、
   第一の巻線と第二の巻線に電流を流すことにより、前記第１部材と前記第２部材を相対移動させることを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１において、
   前記第２部材には前記第二の巻線が複数個巻回され、
   隣り合う前記第二の巻線は互いに重なることなく配置されることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１において、
   前記第２部材には前記第二の巻線が複数個巻回され、
   隣り合う前記第二の巻線は互いに重複して配置されることを特徴とするリニアモータ。
4. 永久磁石により励磁される磁極歯を備える第１部材を有し、
   前記第１部材は前記磁極歯同士が対向する複数の対向部を有し、
   前記複数の対向部は隣り合う対向部の磁極歯が互い違いとなり、
   前記対向部を構成する磁極歯の間に巻線が巻回された複数の磁性体を有する第２部材が配置されることを特徴とするリニアモータ。
   

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