JP4600858B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置または工作機械のテーブル送りなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置または工作機械のテーブル送りなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するリニアモータは、図４、図５のようになっている。図４は従来技術を示すリニアモータの斜視図である。図５は従来のリニアモータを、推力を発生する進行方向から見た正断面図であって、固定台、リニアガイド、テーブルおよび磁気センサを組み込んだ状態を示す。なお、従来例では、ムービングコイル型リニアモータを例示して説明する。
図において、１はリニアモータ、２は界磁ヨーク固定板、３は界磁ヨーク、４は永久磁石、５は電機子固定板、６は電機子、７は巻線固定枠、８は電機子巻線、９は樹脂モールド、１０は非磁性体、１１は固定台、１２はテーブル、１３はガイドレール、１４はスライダ、１５は磁気センサ（リニアスケール）、１６は磁気センサ（センサヘッド）、１７は磁気シールド板である。
リニアモータ１は、交互にＮ極、Ｓ極の極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石４が２列からなる界磁ヨーク３の長手方向に向かって直線状に並べて配置されており、各々の界磁ヨーク３の間に界磁ヨーク固定板２を配設して固定子を構成している。また、前記並設された永久磁石４の磁石列の長手方向には、磁気的空隙を介して対向するように複数個のコイル群からなる平板状に成形されたコアレス型の電機子巻線８を有した電機子６が配置されており、電機子６が可動子を構成している。ここで、電機子巻線８は、図５に示すように、強度と絶縁性を向上できるよう、ステンレスなどの非磁性部材でできた平板状の巻線固定枠７の両面に保持されている。また、電機子巻線８は、巻線固定枠７に樹脂モールド９により固着され、電機子巻線８を固着した巻線固定枠７は電機子固定板５に固定されている。
【０００３】
かかるリニアモータは、固定された一対の永久磁石４が可動する電機子６の両側を挟み込むように設けられ、かつ、永久磁石４の磁力線が電機子巻線８を貫通する磁気回路中に配置してなるもの（磁束貫通型構造）であり、通電された電機子巻線８が、その各コイル群に発生する磁束と永久磁石４との電磁作用により、直線移動するようになっている。
そして、この構造のリニアモータにおいて、前記磁気回路の磁束が、テーブル１２に取り付けたリニアスケール１５とセンサヘッド１６あるいは図示しないその他の周辺機器に影響を与えないよう、界磁ヨーク３の外周（側面と両端部）を、空気層または樹脂モールドなどの非磁性体１０を介して、例えばパーマロイなどの強磁性材料からなる磁気シールド板１７で覆っている。ここでは、非磁性体１０は空気層としている。
それから、リニアモータに設けた界磁ヨーク固定板２と磁気シールド板１７については、界磁ヨーク固定板２、磁気シールド板１７にそれぞれ締結用の図示しない雌ねじを設け、固定台１１に図示しない通し穴を設けて、雄ねじを有する図示しないボルトにより固定されている、また、固定台１１に設けたガイドレール１４とテーブルに取り付けたスライダ１３とでリニアガイドを構成し、リニモータを支持するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、永久磁石４の端部が界磁ヨーク３の端部と共に電機子取付板５に対向して開口していることから、開口した永久磁石の端部から漏曳する磁束が増加していき、この漏洩した磁束が磁気センサに影響を及ぼした後、誤動作を起こし、その結果、精密な位置決め作業に支障をきたすという問題があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、磁気センサを誤動作させることのないように、永久磁石からの漏洩磁束の影響を防止することができるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の本発明は、交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した２列からなる界磁ヨークと、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に複数個のコイル群から成る電機子巻線を有した電機子と、前記２列からなる界磁ヨークの外側に設けられると共に前記電機子の位置を検出する磁気センサと、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記界磁ヨークの外周と前記磁気センサの内側の間に、非磁性体を介してリニアモータの磁気遮蔽を行うための磁気シールド板が設けられており、前記界磁ヨークの端部は、前記永久磁石の端部を覆うように、前記電機子巻線の表面に向かってＬ字状に折り曲げた形状を有したものである。
請求項２の本発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記界磁ヨークのＬ字状に折り曲げた端部と前記永久磁石の端部との間の空隙の長さをＨ、前記２列の界磁ヨークに設けた各々の永久磁石間の距離をＬｇとした時に、０．５≦Ｈ／Ｌｇ≦１の関係を有するものである。
【０００６】
【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は本発明の実施例を示すリニアモータの斜視図である。図２は、本発明のリニアモータを進行方向から見た正断面図であって、リニアガイド、テーブルおよび磁気センサを組み込んだ状態を示す。なお、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する。
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、界磁ヨーク３の端部３ａは、永久磁石４の端部４ａを覆うように、電機子巻線８の表面に向かってＬ字状に折り曲げた形状を有した点である。
次に、界磁ヨーク３の形状改良による磁束漏洩低減の効果を確認するための検証を行った。図３は各々の永久磁石間の距離と界磁ヨーク−永久磁石間の空隙長との比に対する漏れ磁束量の関係についで示したものであって、磁界解析により求めたものである。磁界解析の結果、２列の界磁ヨークに設けた各々の永久磁石４間の距離をＬｇ（本例では、Ｌｇ＝２１mm）とし、界磁ヨーク３のＬ字状に折り曲げた端部と永久磁石４の端部間の空隙の長さをＨとした時に、本実施例では、０．５≦Ｈ／Ｌｇ≦１の関係が最適であり、より好ましくは、０．７≦Ｈ／Ｌｇ≦０．９の関係で最適であることが明らかになった。
上記手段のごとく界磁ヨーク３の端部の形状を改良すると、永久磁石４の端部から漏曳しようとする磁束がＬ字状に折り曲げた界磁ヨーク３の端部を流れるため、永久磁石４の端部から漏曳する磁束がほぼ零になり、これにより磁気センサ１５，１６を界磁ヨーク３に接近させても漏曳磁束の影響を受けることが無い。
【０００７】
したがって、本発明の実施例は、界磁ヨーク３の端部が、永久磁石４の端部を覆うように、電機子巻線８との表面に向かってＬ字状に折り曲げた形状を有し、また、界磁ヨーク３のＬ字状に折り曲げた端部と永久磁石４の端部との間の空隙の長さをＨ、各々の永久磁石４間の距離をＬｇとした時に、０．５≦Ｈ／Ｌｇ≦１の関係を有する構成にしたので、永久磁石４による磁束が必ず界磁ヨーク３のＬ字状に折れ曲がった端部を流れ、永久磁石４の端部からリニアモータの外周に漏曳する磁束がなくなることから、磁気センサ１５、１６に対する永久磁石４による漏洩磁束の影響を防止することができ、その結果、磁気センサ１５、１６を誤動作させることがないリニアモータを提供することができる。
なお、本発明の実施例において、リニアモータの可動子、固定子および磁気センサの取り付け方向、位置について一例を示したが、実施例で示した取り付け方向、位置に限定されることはなく、リニアモータの用途に応じて適宜選択される。
また、本実施例では電機子を可動子とするムービングコイル型リニアモータを例示して説明したが、界磁極を可動子とするムービングマグネット型リニアモータに適用しても構わない。
また、本実施例では、リニアモータの電機子は、コアレスタイプのものについて説明したが、電磁鋼板を積層したコア付きタイプの電機子についても適用することができる。
また、本実施例では、界磁極を構成する磁石について交互に極性が異なる複数の永久磁石を用いた例を示したが、１つの磁石に多極着磁したものを用いたものでも構わない。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、界磁ヨークの端部が、永久磁石の端部を覆うように、電機子巻線との表面に向かってＬ字状に折り曲げた形状を有し、また、界磁ヨークのＬ字状に折り曲げた端部と永久磁石の端部との間の空隙の長さをＨ、各々の永久磁石４間の距離をＬｇとした時に、０．５≦Ｈ／Ｌｇ≦１の関係を有する構成にしたため、永久磁石による磁束が必ず界磁ヨークのＬ字状に折れ曲がった端部を流れ、永久磁石の端部からリニアモータの外周に漏曳する磁束がなくなることから、磁気センサに対する永久磁石による漏洩磁束の影響を防止することができ、その結果、磁気センサを誤動作させることがないリニアモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すリニアモータの斜視図である。
【図２】本発明のリニアモータを進行方向から見た正断面図であって、リニアガイド、テーブルおよび磁気センサを組み込んだ状態を示す。
【図３】各々の永久磁石間の距離と界磁ヨーク−永久磁石間の空隙長との比に対する漏れ磁束量の関係をグラフにして説明した図である。
【図４】従来のリニアモータの斜視図である。
【図５】従来のリニアモータを進行方向から見た正断面図であって、リニアガイド、テーブルおよび磁気センサを組み込んだ状態を示す。
【符号の説明】
１ リニアモータ
２ 界磁ヨーク固定板
３ 界磁ヨーク
３a 端部
４ 永久磁石
４ａ 暗部
５ 電機子固定板
６ 電機子
７ 巻線固定枠
８ 電機子巻線
９ 樹脂モールド
１０ 非磁性体
１１ 固定台
１２ テーブル
１３ スライダ
１４ ガイドレール
１５ 磁気センサ（リニアスケール）
１６ 磁気センサ（センサヘッド）
１７ 磁気シールド板

Claims (2)

1. 交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した２列からなる界磁ヨークと、
   前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に複数個のコイル群から成る電機子巻線を有した電機子と、
   前記２列からなる界磁ヨークの外側に設けられると共に前記電機子の位置を検出する磁気センサと、
   前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
   前記界磁ヨークの外周と前記磁気センサの内側の間に、非磁性体を介してリニアモータの磁気遮蔽を行うための磁気シールド板が設けられており、
   前記界磁ヨークの端部は、前記永久磁石の端部を覆うように、前記電機子巻線の表面に向かってＬ字状に折り曲げた形状を有したものであることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記界磁ヨークのＬ字状に折り曲げた端部と前記永久磁石の端部との間の空隙の長さをＨ、前記２列の界磁ヨークに設けた各々の永久磁石間の距離をＬｇとした時に、０．５≦Ｈ／Ｌｇ≦１の関係を有することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。

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