JP4478905B2

JP4478905B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP4478905B2
Application number: JP2000003682A
Authority: JP
Inventors: 利之石橋
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP2001197717A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造装置や工作機などの分野で、一定速送りあるいは精密位置決め送りとして用いられるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体露光装置あるいは工作機などのテーブルの精密位置決め送りとして用いられるリニアモータは、図５のようになっている。図５は、従来のリニアモータであって、（ａ）はその構成を示す部分側断面図、（ｂ）は（ａ）の界磁部の拡大図である。
図において、２１はリニアモータの電機子、２２は電機子取付板、２３は電機子コア、２４は電機子コイル、２５は界磁ヨーク、２６は永久磁石である。なお、リニアモータの可動子を支持するためのリニアガイドについては、図示を省略している。
電機子２１は、電磁鋼板を櫛歯状に打ち抜いて積層固定した電機子コア２３と、電機子コア２３の巻線収納溝に収納した電機子コイル２４とで構成し、電機子取付板２２の裏面に取り付けている。また、永久磁石２６は、図５（ｂ）に示すように、界磁を構成する平板状の界磁ヨーク２５上に隣同士の磁石の極性が交互に異なるように等間隔に配置すると共に、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石（最大エネルギ積＝４５ＭＧＯｅ程度）が用いられている。
このような構成において、リニアモータの電機子コイル２４に通電すると、図の点線のように磁束が流れる。この電機子コイル２４と永久磁石２６との電磁作用により、電機子２１が直線方向に移動する。
次に、従来のリニアモータ界磁部の着磁工程について説明する。図６は、従来の界磁用永久磁石の着磁装置を示したものである。
図において、２７は着磁装置、２８は着磁ヨーク、２９は電磁石コイル、３０はスイッチ、３１はコンデンサ、３２は整流器、３３は電源である。
まず、界磁ヨーク２５上にリニアモータの極数と同じ数の未着磁の永久磁石２６を所定の間隔に接着固定する。次に、予め未着磁の永久磁石２６の大きさや配置に合わせて形成しておいた、幅が永久磁石２個の配置長さに相当する着磁ヨーク２８と電磁石コイル２９とからなる着磁装置２７を、界磁ヨーク２５の長手方向に沿って未着磁の永久磁石２６に対向して配設する。続いて、一方の永久磁石２６には、界磁ヨーク２５との取付面２６Ａから着磁ヨーク２８側に向かって磁化の向きがＳ極→Ｎ極となるように電源３３より電磁石コイル２９に電流を供給し、また、隣り合う他方の永久磁石２６には、着磁ヨーク２８側から永久磁石２６の界磁ヨーク２５との取付面２６Ａに向かって磁化の向きがＳ極→Ｎ極となるように電磁石コイル２９に電流を供給する。このように着磁ヨーク２８から漏れる磁界により、隣り合う永久磁石２６の極性を交互に変えて着磁している。なお、コンデンサ３１と整流器３２は、電源３３の電流の安定化を図るために用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のリニアモータでは、次のような問題があった。
（１）リニアモータの界磁部は、モータの極数と同じ数で、かつ。高価な希土類磁石からなる永久磁石を用いているため、リニアモータ全体の部品コストが高くなる。
（２）界磁ヨークに永久磁石を接着等により固定する過程において、モータの極数と同じ数の永久磁石を、界磁ヨーク上に等間隔に固定しなければならないため、磁石の固定における位置決め作業が面倒であると同時に、特に、モータの極数が増えると、永久磁石の組立工数が増え、組立コストが高くなる。
（３）着磁作業については、永久磁石の長手方向の幅と磁石ピッチなどの配置に合わせた専用の着磁ヨークが必要であり、そのために永久磁石と着磁ヨークの位置決めを精密に行なわなければならず面倒であった。
（４）また、着磁作業において、永久磁石と着磁ヨーク間の距離並びに長手方向に位置決めが不十分であると、永久磁石を均一に着磁することができなくなり、その結果、リニアモータの界磁部の発生磁界がばらつき、モータ性能に悪影響を及ぼしていた。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、モータ性能の低下を起こすことがなく、永久磁石の着磁や組立が容易で、かつ、安価なリニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の本発明は、界磁用の永久磁石を界磁ヨーク上に複数並べて配置したリニアモータの界磁部と、前記界磁部と対向配置されると共に、前記界磁ヨークの長手方向に沿うように前記永久磁石列と磁気的空隙を介して電機子コイルを巻装してなるリニアモータの電機子部と、を備え、前記界磁ヨークは、その長手方向に向かって等間隔に複数の突起を設けてあり、前記永久磁石は、前記界磁ヨークの隣り合う突起の間に前記磁気的空隙との対向面に向かって極性を同方向に揃えて配置してあり、前記界磁部と前記電機子部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようしたリニアモータにおいて、前記界磁ヨークは、２列で構成されると共に前記２列の界磁ヨークの間に前記電機子を挟んで配置され、一方の界磁ヨークに配置された突起の位置と他方の界磁ヨークに配置された永久磁石の位置を揃えてあることを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその構成の部分側断面図、（ｂ）はその界磁部の拡大図である。
１は電機子、２は電機子取付板、３は電機子コア、４は電機子コイル、５は界磁ヨーク、５Ａは突起、６は永久磁石である。なお、本実施例は、界磁ヨークが磁気的空隙を介して電機子に対向するギャップ対向型の構造の例であって、電機子を可動子に、界磁ヨークを固定子としたムービングコイル形リニアモータとする基本構成は従来と同じである。また、可動子の支持機構となるリニアガイドの図示は従来技術と同様に省略している。
本発明が従来と異なる点を、以下説明する。
界磁ヨーク５は、その長手方向に向かって等間隔に複数の突起５Ａを設けてあり、永久磁石６は、界磁ヨーク５の隣り合う突起５Ａの間に磁気的空隙Ｇとの対向面に向かって磁化の向きをすべてＳ極→Ｎ極に着磁されると共に極性を同方向に揃えて配置してある。このように界磁ヨーク上に突起と永久磁磁石とを交互に並んで配置して界磁部を構成している。
次に動作について説明する。
リニアモータの界磁部において、極性を揃えて着磁された永久磁石６を界磁ヨーク５の突起５Ａと交互になるように界磁ヨーク５上に配置すると、例えば、磁極がＮ極の永久磁石６とその隣り合う突起５Ａは、逆の磁極（Ｓ極）となる。このような構成で、電機子コイル４に通電すると、この電機子コイル４に発生する磁束が図の点線に示すように電機子コア３のティース部に沿って流れ、永久磁石６を通って界磁ヨーク５より隣の突起５Ａを経て、再び電機子コア３のティース部に流れる。この電機子コイル４と永久磁石６の電磁作用により、リニアモータに必要な極数分だけの磁界が発生し、電機子１が直線方向に移動する。
次に、本実施例に示す界磁構成を有するリニアモータの動作確認を行った。その結果、本実施例のリニアモータが従来技術と同寸法の永久磁石を用いた場合には、従来より低い推力特性を示したが、これに対し、永久磁石の厚みを増加させるなどの対策を施すことによって、従来技術と同等の推力特性を得ることが確認された。
したがって、リニアモータの界磁部を、等間隔に突起を形成した界磁ヨークと、界磁ヨークの突起間に全て同じ方向に着磁し、極性を揃えて設けた永久磁石とで構成し、界磁ヨーク上に永久磁石と界磁ヨークの突起が交互になるように配置したので、従来の、モータ極数と同じ数の永久磁石を必要としていたリニアモータに比べて、永久磁石の数を半減でき、部品コストの安価なリニアモータを提供することができる。
また、界磁ヨークの突起間を永久磁石の接着箇所にしたので、磁石の位置決めが容易なため接着作業を容易にすることができ、永久磁石の接着に要する組立工数も削減でき、組立コストの安価なリニアモータを提供することができる。
さらに、界磁ヨークに配置される永久磁石の数を半減したことで、リニアモータの極数が増加する場合あるいは可動子の長ストローク化が要求される場合に、ムービングコイル型リニアモータの構成で、部品コストや組立コストを大幅に削減することができる。
【０００６】
次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図２は本発明の第２の実施例を示すリニアモータの側断面図である。なお、本実施例ではコアレス型の電機子を有するコアレスリニアモータの例を示している。
本実施例のリニアモータが、第１の実施例に示したギャップ対向型の構造のものと異なる点は、界磁ヨークが２列（図中の９、９１）で構成されると共に、２列の界磁ヨーク９、９１の間に電機子７を挟んで配置した、いわゆる磁束貫通型構造のものであって、一方の界磁ヨーク９に配置された突起９Ａの位置と他方の界磁ヨーク９１に配置された突起９１Ａの位置を揃えてある点である。なお、動作については、第１の実施例と概略同じなので説明を省略する。
第２の実施例は、このような構成にすることで、第１の実施例と同等のリニアモータ特性を得ることができるほか、永久磁石の着磁や組立が用意で、安価なリニアモータを提供することができる。
【０００７】
次に、本発明の第３の実施例を説明する。
図３は、本発明の第３の実施例を示すリニアモータの側断面図である。なお、本実施例は、第２実施例同様にコアレスリニアモータの例を示している。
本実施例が第２実施例と異なる点は、２列からなる界磁ヨーク９，９１の構成において、一方の界磁ヨーク９に配置された突起９Ａの位置と他方の界磁ヨーク９１に配置された永久磁石６の位置を揃えてある点である。なお、動作については、第１、第２の実施例と概略同じなので説明を省略する。
第３の実施例は、このような構成にすることで、第１、第２の実施例と同等のリニアモータ特性を得ることができ、永久磁石の着磁や組立が用意で、安価なリニアモータを提供することができる。
【０００８】
次に、本発明の第４の実施例を説明する。
図４は、本発明の第４の実施例を示すリニアモータに適用した場合の、界磁用永久磁石の着磁装置の構成図である。
図において、１１は着磁装置、１２は着磁ヨーク、１３は電磁石コイル、１４はスイッチ、１５はコンデンサ、１６は整流器、１７は電源である。
界磁ヨーク５は、その長手方向に向かって突起５Ａを等間隔に配置すると共に突起５Ａ間に永久磁石６を配設してある。また、着磁装置１１は界磁ヨーク５の長手方向に沿って、永久磁石５の上下を電磁石コイル１３と着磁ヨーク１２それぞれ２個一組で挟み込むように配設してある。
このような構成において、最初に、界磁ヨーク５の突起５Ａ間に、未着磁の永久磁石６を接着固定する。次に、界磁ヨーク５の長手方向に沿って、界磁ヨーク上５に配設された永久磁石５の上下を電磁石コイル１３と着磁ヨーク１２それぞれ２個一組で挟み込む。続いて、一方の永久磁石６には、界磁ヨーク５との取付面６Ａから界磁ヨーク５との取付面６Ａと反対側に向かって磁化の向きがすべてＳ極→Ｎ極となるように一方向に電磁石コイルによって電流を供給する。このように着磁ヨーク１２から漏れる磁界により永久磁石６を着磁することにより、隣り合う永久磁石６の極性を同じにしている。
したがって、本実施例による界磁用永久磁石の着磁方法において、従来技術のように隣り合う永久磁石の極性を交互に異なるように着磁するために電磁石コイルに供給する電流の向きを変化させて行っていたものに対して、全ての永久磁石を同じ極性に着磁すれば良いことから、簡単に永久磁石を均一に着磁することができる。また、永久磁石の大きさや配置に合わせた専用の着磁装置が不要であることから、永久磁石と着磁ヨークの位置決めを精密に行なう必要がなく、しかも永久磁石が上下の着磁ヨークの間にあれば着磁磁界強度に大きな変化はなく、リニアモータ界磁部の発生磁界がばらつくこともない。その結果、モータ性能に悪影響を及ぼすこともない。
なお、本実施例では、リニアモータ界磁部を固定子側に用いた実施例を説明したが、可動子として使用しても構わず、リニアモータの種類や構造に限定されるものではない。
また、本実施例で用いた永久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石に替えて、Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石やフェライト磁石を用いても構わず、材料の種類に限定されるものではない。
また、本実施例では、一つの着磁ヨークで２個の永久磁石を同時に、かつ、同じ極性に着磁することができる事例を示したが、永久磁石１個ずつ着磁するように永久磁石１個の幅に合わせた構造の着磁ヨークに変更しても良く、あるいは複数の永久磁石を同時に着磁できるように着磁ヨークの永久磁石列方向に沿った長手方向の幅を長くするように適宜変更しても構わない。
また、着磁装置は、電磁石コイルと着磁ヨークとよりなるものを用いたが、発生する着磁磁界が着磁ヨークの飽和磁化の制約を受けるような場合は、このような着磁装置に替えて、着磁ヨークを省いた空芯コイルを用いるようにしてもよく、この場合は、強磁界で着磁する必要がある時に有効である。
【０００９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、リニアモータの界磁部を、等間隔に突起を形成した界磁ヨークと、界磁ヨークの突起間に磁化の向きを全て同じ方向に着磁して極性を揃えて設けた永久磁石とで構成し、永久磁石と界磁ヨークの突起が交互になるように配置することにより、従来の、モータ極数と同じ数の永久磁石を必要としていたリニアモータに比べて、永久磁石の数を半減できると共に、永久磁石の接着に要する組立工数を削減でき、しかも組立も容易にできるので、部品コストおよび組立コストの安価なリニアモータの界磁部を提供することができる。
また、本実施例による界磁用永久磁石の着磁方法において、隣り合う永久磁石の極性を交互に異なるように着磁していた従来技術に対して、隣り合う全ての永久磁石を同じ極性になるように一方向に着磁するようにしたので、簡単に永久磁石を均一に着磁することができる。また、永久磁石の大きさや配置に合わせた専用の着磁装置を不要にすることができるため、永久磁石と着磁ヨークの位置決めを精密に行なう必要がない界磁用永久磁石の着磁方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータであって、（ａ）はその全体構成の側断面図、（ｂ）は（ａ）の界磁部の拡大図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示すリニアモータの側断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示すリニアモータに適用した場合の、界磁用永久磁石の着磁装置の構成図である。
【図５】従来のリニアモータであって、（ａ）はその全体構成の側断面図、（ｂ）は（ａ）の界磁部の拡大図である。
【図６】従来の界磁用永久磁石の着磁装置を示したものである。
【符号の説明】
１：電機子
２：電機子取付板
３：電機子コア
４：電機子コイル
５：界磁ヨーク
５Ａ：突起
６：永久磁石
６Ａ：永久磁石の界磁ヨークとの取付面
７：電機子
８：電機子コイル
９、９１：界磁ヨーク
９Ａ、９１Ａ：突起
１０：永久磁石
１１：着磁装置
１２：着磁ヨーク
１３：電磁石コイル
１４：スイッチ
１５：コンデンサ
１６：整流器
１７：電源
Ｇ：磁気的空隙

Claims

界磁用の永久磁石を界磁ヨーク上に複数並べて配置したリニアモータの界磁部と、
前記界磁部と対向配置されると共に、前記界磁ヨークの長手方向に沿うように前記永久磁石列と磁気的空隙を介して電機子コイルを巻装してなるリニアモータの電機子部と、
を備え、
前記界磁ヨークは、その長手方向に向かって等間隔に複数の突起を設けてあり、
前記永久磁石は、前記界磁ヨークの隣り合う突起の間に前記磁気的空隙との対向面に向かって極性を同方向に揃えて配置してあり、
前記界磁部と前記電機子部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようしたリニアモータにおいて、
前記界磁ヨークは、２列で構成されると共に前記２列の界磁ヨークの間に前記電機子を挟んで配置され、一方の界磁ヨークに配置された突起の位置と他方の界磁ヨークに配置された永久磁石の位置を揃えてあることを特徴とするリニアモータ