JP5655071B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば精密位置決め装置等に使用されるリニアモータに関する。

従来、リニアモータは、回転機を切り開いて直線状に展開した構造であり、電機子巻線を有する電磁石を構成する固定子と、該固定子と僅かな空隙を介して相対移動可能に支持機構で支持された永久磁石を有する可動子で構成されている。そのため、電磁石である固定子と永久磁石を有する可動子の間には磁束により大きな磁気吸引力が働き、可動子の支持機構の負担が大きく、支持機構の強度向上を図るため、装置全体が大型になり、重くなっている。

そこで、磁気吸引力を相殺して装置の大型化を抑制するため、第一の対向部を形成する第一極性の磁極と、該第一の対向部と反対向きの磁気吸引力をもつ第二の対向部を形成する第二極性の磁極を交互に配置することにより磁気吸引力を相殺するリニアモータが出現している。特許文献１には、磁気吸引力を相殺する従来のリニアモータが記載されている。

特開２００１−２８８７５号公報(段落０００６、０００７、図１、図２等) 特開２００６−３２００３５号公報(段落０００９、００２４、図１、図５等)

ところで、特許文献１のリニアモータでは、磁気吸引力を相殺できるために、可動子を薄くできることから軽量化することが可能となる。しかし、可動子が薄くなるため、断面係数の減少により可動子の強度が低下する怖れがある。
この問題を解決するための方法として、下記の特許文献２が公開されている。

特許文献２には、可動子の永久磁石表裏両面に空隙を介して対向する固定子の電機子歯にスリット溝を配置し、該固定子の電機子歯のスリット溝内を該スリット溝に沿って移動可能な非磁性材料で構成される凸部材を、可動子の永久磁石に有するリニアモータが記載されている。

しかし、特許文献２の固定子である電機子歯のスリット溝内を移動する非磁性材の凸部材を永久磁石に有する可動子では、非磁性材料が磁気回路中に配置されるため、磁気抵抗が増加するという問題がある。また、可動子の長手方向である進行方向に凸部材を設置しているため、該凸部材が大きくなり(例えば、２、３ｍ長さの凸部材)設計や製作が困難となる。

一方、特許文献２と異なり、前記の可動子厚を増加させることで可動子の剛性を向上させる方法を採用する場合、固定子の電機子歯間のギャップが増加するため、ギャップの空間の存在により、磁気抵抗が増加し磁束密度が低下するという問題がある。

本発明は上記実状に鑑み、剛性を向上させても優れた磁気特性を有し、磁石量を低減できるとともに高剛性でたわみにくい可動子を持つリニアモータの提供を目的とする。

本発明の請求項１に関わるリニアモータは、電機子鉄心とその磁極歯の廻りに巻回される電機子巻線とを有する電機子と、永久磁石を有する可動子とが相対的に移動可能である推力発生機構を備え、前記電機子鉄心は、前記永久磁石の一方側および他方側の両表面に空隙を介してそれぞれ対向するよう配置された両側の前記磁極歯と前記両側の磁極歯をつなぐコアとを有し、複数の前記電機子鉄心に共通の電機子巻線を配置したリニアモータであって、前記可動子は、前記永久磁石と高透磁率部材とを有し構成され、前記高透磁率部材は、前記永久磁石における前記両側の磁極歯にそれぞれ対向する表面の箇所に設置され、前記可動子における前記永久磁石の磁極ピッチPに対して、複数の前記電機子鉄心のピッチが略２ｎＰ（ｎは正の整数のｎ＝１，２，３，…）であり、隣り合う前記永久磁石の磁極が交互に変わるように着磁され、複数の前記電機子鉄心の前記両側の磁極歯のうち片側の複数の前記磁極歯は、同じ極性を有するとともに同じ前記電機子巻線で一緒に巻回され、前記高透磁率部材は、その移動方向に直交する方向に延在する溝の凹部が複数、前記両側の磁極歯にそれぞれ対向して形成されている。

本発明の請求項１のリニアモータによれば、剛性を向上させても優れた磁気特性を有し、磁石量を低減できるとともに高剛性でたわみにくい可動子をもつリニアモータを実現できる。また、高透磁率部材における反永久磁石の側の凹部に隣接する凸部に磁束が分散集中し、リニアモータの脈動が低減される。

本発明に係る実施形態１のリニアモータの電機子鉄心を示す斜視図である。 図１の電機子鉄心を２つ並設したものに電機子巻線を施した電機子ユニットを示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 高透磁率部材および永久磁石を有する複数の可動子構成部材とはしご状の可動子保持部材とで構成される可動子を示す斜視図である。 高透磁率部材および永久磁石を有する複数の可動子構成部材を可動子保持部材の穴に嵌入して組み立てる組立工程を示す斜視図である。 実施形態１による推力発生機構のリニアモータの一部を示す斜視図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 実施形態１の変形例１の永久磁石の上下表面に直方体の高透磁率部材を設置した状態を示す斜視図である。 実施形態１の変形例２の永久磁石の上下表面に磁石の幅より狭い幅の直方体の高透磁率部材を設置した状態を示す斜視図である。 実施形態１の変形例３の永久磁石の上下表面に横断面台形状の高透磁率部材を設置した状態を示す斜視図である。 実施形態１の変形例４の永久磁石の上下表面に凸型の高透磁率部材を設置した状態を示す斜視図である。 実施形態１の変形例５の永久磁石の上下表面に階段状の形状を持つ高透磁率部材を設置した状態を示す斜視図である。 実施形態１の変形例６の永久磁石の上下表面に、高透磁率部材を、磁極歯に対して斜めの形状に設置した例を示す斜視図である。 実施形態１の変形例７の永久磁石の上下表面に、高透磁率部材を、磁極歯に対して斜めの形状に設置した例を示す斜視図である。 実施形態１の変形例８の永久磁石の上下表面に、高透磁率部材を、磁極歯に対して斜めの形状に設置した例を示す斜視図である。 実施形態１の様々な形状を持つ高透磁率部材と永久磁石で構成される可動子構成部材の例を示す斜視図である。 実施形態１の様々な形状を持つ高透磁率部材と永久磁石で構成される可動子構成部材の例を示す斜視図である。 実施形態１の様々な形状を持つ高透磁率部材と永久磁石で構成される可動子構成部材の例を示す斜視図である。 実施形態２の可動子の組み立て工程を示す斜視図である。 実施形態２の組み立てた可動子を示す斜視図である。 実施形態３の二つの永久磁石と二つの永久磁石で挟み込まれた高透磁率部材と可動子保持部材とからなる可動子を有する電機子ユニットを示す縦断面図である。 実施形態３の変形例１の長い平板状の高透磁率部材の上下表面に永久磁石を設置した例を示す斜視図である。 実施形態３の変形例１の機械的に可動子を固定する部材の例を示す斜視図である。 実施形態３の変形例１のコ字型可動子保持部材と一体となった平板の高透磁率部材、永久磁石とで構成される可動子を示す斜視図である。 図１５ＢのＣ−Ｃ線断面図である。 実施形態３の変形例２の溝が設置された長い平板状の高透磁率部材の例を示す斜視図である。 実施形態３の変形例２の高透磁率部材の上下表面の溝に永久磁石が設置された可動子の例を示す斜視図である。 実施形態３の変形例３の永久磁石の上下表面に設置された積層鋼板で構成される高透磁率部材と永久磁石と可動子保持部材で構成される可動子を示す縦断面図である。 実施形態３の変形例３の積層鋼板で構成される高透磁率部材とその上下表面に設置された永久磁石と可動子保持部材で構成される可動子を示す縦断面図である。 実施形態４の実施形態１〜３における可動子を用いた電気子ユニットを三つ並べたリニアモータを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
［実施形態１］
図１に、本発明に係る実施形態１のリニアモータの電機子鉄心１００の斜視図を示す。
リニアモータＲ１(図４参照)の固定子を形成する電機子鉄心１００(１０１)は、上側の磁極歯１１と、上側の磁極歯１１と空隙４を介して対向して配置された下側の磁極歯１２と、上側の磁極歯１１と下側の磁極歯１２とをつなぐ鉄心(コア)１とを有し構成されている。

図２に、図１の電機子鉄心１００、１０１を２つ並設したものに電機子巻線２ａ、２ｂを施した電機子ユニット２００の縦断面図(図１のＡ−Ａ線断面と同様)を示す。なお、図２は、電機子ユニット２００を切断した図であるので、磁極歯１１、１２の廻りにそれぞれ配置される電機子巻線２ａ、２ｂは手前側が切断された状態で示される。
また、図２に示す上側の磁極歯１１の磁極(Ｎ)と下側の磁極歯１２の磁極(Ｓ)とはある瞬間を示したものであり、Ｓ極、Ｎ極は、電機子巻線２ａ、２ｂをそれぞれ流れる電流の向きにより変更されるものである。

電機子ユニット２００は、電機子鉄心１００、１０１に共通となるように、電機子巻線２ａを、電機子鉄心１００、１０１の上側の各磁極歯１１の廻りに配置(巻回)するとともに、電機子巻線２ｂを、電機子鉄心１００、１０１の下側の磁極歯１２の廻りに配置(巻回)した構成としている。このように、電機子ユニット２００は、複数個の電機子鉄心１００、１０１に同一に電機子巻線２ａ、２ｂをそれぞれ施したものであり、電機子鉄心１００、１０１の個数は問わず構成可能である。なお、電機子巻線２ａ、２ｂは、電機子鉄心１００、１０１の上側の各磁極歯１１の廻り、下側の各磁極歯１２の廻りにそれぞれ、直接、巻回(配置)してもよいし、或いは、あらかじめ巻回した電機子巻線２ａ、２ｂをそれぞれ、上側の各磁極歯１１の廻り、下側の各磁極歯１２の廻りに配置してもよい。

電機子ユニット２００は、リニアモータＲ１の１相を形成する構成であり、電機子ユニット２００を電機子鉄心１００、１０１の並置方向に３つ並べることで３相のモータとなる(図１８参照)。すなわち、電機子ユニット２００をｍ個(ｍは２以上の整数)並べることで、ｍ相のモータとなる。

この構成にすることで、同一の各電機子巻線２ａ、２ｂがそれぞれ施された磁極歯１１、１２は、それぞれ同一の磁極を持つようになる。例えば、リニアモータＲ１がある位相の際には、図２に示すように、上側の磁極歯１１がＮ極となり、下側の磁極歯１２がＳ極となる。そして、次の位相に変化した場合には、上側の磁極歯１１がＳ極となり、下側の磁極歯１２がＮ極となる。この繰り返しにより、後記の図５の隣り合う永久磁石３の磁極が逆(Ｎ極とＳ極)になるように配置された永久磁石３をもつ可動子８(図４参照)は、電機子鉄心１００、１０１が並設される方向(図２の矢印α１方向)に推力を受けて移動する。

図３Ａに、高透磁率部材５、６(図３Ｂ参照)および永久磁石３を有する複数の可動子構成部材１０とはしご状の可動子保持部材７とで構成される可動子８の斜視図を示す。図３Ｂに、高透磁率部材５、６および永久磁石３を有する可動子構成部材１０を複数、可動子保持部材７の穴９にそれぞれ嵌入して組み立てる組立工程の斜視図を示す。

図３Ａに示すように、可動子８は、はしご状の可動子保持部材７と、可動子保持部材７のはしご状の複数の貫通穴９にそれぞれ設置された可動子構成部材１０とで構成される。
前記したように、永久磁石３の隣り合う磁極は、逆になるように配置される。例えば、図３Ｂに示すように、永久磁石３において、１つの磁極がＮ極の場合には、この磁極に隣接する永久磁石３の磁極はＳ極となり、このＳ極の磁極に隣接する永久磁石３の磁極はＮ極となる。

可動子保持部材７は、その短手方向に延在する複数の貫通穴９が、中央部にはしご状に形成されている。可動子保持部材７は、磁性材、非磁性材で構成してもよく限定されない。磁性材としては、例えば、ＳＵＳ４３０などのステンレス鋼、ＳＳ４００やＳ４５Ｃなどが使用され、非磁性材としては、例えば、ＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼、アルミニウム、チタンなどが使用される。

可動子構成部材１０は、長い直方体状の永久磁石３の上面(一方側の面)および下面(他方側の面)のそれぞれに高透磁率部材５、６が接着剤等を用いて設置されている。接着剤は、熱がかかる場合にはエポキシ系接着剤などが使用され、熱がかからない場合にはアクリル系接着剤などが使用されるが、適宜選択され限定されない。

永久磁石３は、Ｎ極またはＳ極に着磁され、保磁力が高く減磁しにくいフェライト、強い磁力をもつネオジム−鉄−ボロン磁石やサマリウム−コバルト磁石などが用いられるが、限定されないのは勿論である。
高透磁率部材５、６は、主に磁性材料で構成され、磁性材料として、例えば鉄系材料、ケイ素鋼板、アモルファス合金、圧粉磁心などの材料が適用できる。高透磁率部材５、６は、透磁率が高い材料が望ましいが、同様の効果を得ることができれば、これらの材料に限定されない。

図３Ｂに示す可動子構成部材１０は、それぞれ可動子保持部材７のはしご状の貫通穴９に嵌入され、接着剤等を用いて設置され、可動子８が構成される(図３Ａ参照)。接着剤は、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤などが使用されるが、限定されない。
可動子８は、図２に示す電機子ユニット２００の磁極歯１１、１２間の空隙４に挿入される。可動子８は、固定された電機子ユニット２００に対して、可動子８、電機子ユニット２００の各磁界によって発生する推力により、電機子ユニット２００が並設される方向(図２の矢印α１方向)に、相対移動する。これが、リニアモータＲ１の推力発生機構である。

図４に、実施形態１における推力発生機構をもつリニアモータＲ１の一部の斜視図を示し、図５に、図４のＢ−Ｂ線断面図を示す。
可動子８は、前記したように、電気子鉄心１００、１０１およびこれらに共通にそれぞれ配置される電機子巻線２ａ、２ｂで構成される電機子ユニット２００の空隙４に配設される。

詳細には、図５に示すように、可動子８の永久磁石３に設置された上側の高透磁率部材５、下側の高透磁率部材６は、それぞれ電気子鉄心１００、１０１の各上側の磁極子歯１１および各下側の磁極子歯１２に対向するように設置される。
ここで、可動子８における永久磁石３の磁極ピッチPに対して、複数の電機子鉄心１００、１０１のピッチが略２ｎＰ（ｎは正の整数のｎ＝１，２，３，…）であり、隣り合う永久磁石３の磁極Ｎ、Ｓが交互に変わるように着磁されている。

図６に、実施形態１(図３Ａ、図３Ｂ参照)の変形例１として、永久磁石３の上下表面(一方側の面、他方側の面)に直方体の高透磁率部材５Ａ、６Ａを設置した図を示す。
変形例１においては、高透磁率部材５Ａ、６Ａは、長い直方体状の永久磁石３と等しい幅の寸法ｓ１および等しい長さの寸法ｓ２を持つ扁平な直方体形状を有している。
高透磁率部材５Ａ、６Ａは、それぞれ永久磁石３の上下表面に接着などで設置され、可動子構成部材１０Ａを構成する。
永久磁石３と高透磁率部材５Ａ、６Ａとで構成される可動子構成部材１０Ａは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ａを構成する。

変形例１によれば、高透磁率部材５Ａ、６Ａの幅、長さは、永久磁石３の幅、長さと同じ寸法ｓ１、ｓ２であり、永久磁石３が高透磁率部材５Ａ、６Ａの外に露出しない構成となっている。そのため、可動子８が外部と衝突や接触などが起こった場合でも永久磁石３の欠落(損傷)を防ぐことができる。また、高透磁率部材５Ａ、６Ａが可動子構成部材１０Ａの上下表面に配置されるため、可動子構成部材１０Ａや可動子８の仕上げ工程での表面の加工などが容易となる。

図７に、実施形態１の変形例２として、永久磁石３の上下表面に永久磁石３の幅より狭い幅の直方体の高透磁率部材５Ｂ、６Ｂを設置した場合の斜視図を示す。
変形例２においては、高透磁率部材５Ｂ、６Ｂは、長い直方体状の磁石３の幅より狭い幅の寸法ｓ３を持つ扁平な直方体形状を有している。
狭い幅をもつ高透磁率部材５Ｂ、６Ｂは、それぞれ永久磁石３の上下表面(一方側の表面、他方側の表面)に設置され、可動子構成部材１０Ｂを構成する。

永久磁石３とこれより狭い幅の高透磁率部材５Ｂ、６Ｂとで構成される可動子構成部材１０Ｂは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｂを構成する。
変形例２によれば、高透磁率部材５Ｂ、６Ｂのそれぞれの幅は永久磁石３の幅よりも狭い寸法ｓ３の構成となっているため、幅の広い高透磁率部材を用いた場合と比べ、磁束(磁力線)を永久磁石３の中心側に集中させることができる。そのため、電機子ユニット２００において、磁極子歯１１、１２間に効率的に磁束を集めることが可能となり、推力特性の向上などの効果を奏する。

図８Ａに、実施形態１の変形例３として、永久磁石３の上下表面に横断面台形状の高透磁率部材５Ｃ、６Ｃを設置した図を示す。
変形例３の高透磁率部材５Ｃ、６Ｃは、横断面台形状の長さの長い下底５Ｃ１、６Ｃ１の側が永久磁石３に隣接するように永久磁石３の上下表面にそれぞれ設置され、可動子構成部材１０Ｃが構成される。
永久磁石３と高透磁率部材５Ｃ、６Ｃとで構成される可動子構成部材１０Ｃは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｃを構成する。

変形例３では、高透磁率部材５Ｃ、６Ｃの横断面台形状の長さの長い下底５Ｃ１、６Ｃ１の側が永久磁石３に隣接するように配置されるとともに、横断面台形状の長さの短い上底５Ｃ２、６Ｃ２の側が永久磁石３の反対側(電気子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２の側)に配置される。そのため、磁極歯１１、１２に近づくに従い、高透磁率部材５Ｃ、６Ｃの幅が狭くなるので、磁極歯１１、１２に対する磁束が永久磁石３の中央側に集中し、隣の永久磁石３の磁極へ流れる漏れ磁束の低減や磁極歯１１、１２間の磁束密度を調整できる。そのため、リニアモータＲ１の推力特性の向上につながる。

図８Ｂに、実施形態１の変形例４として、永久磁石３の上下表面に凸型の高透磁率部材５Ｄ、６Ｄを設置した図を示す。
変形例４の横断面凸型の高透磁率部材５Ｄ、６Ｄは、永久磁石３の上下表面(一方側の表面と他方側の表面)に、それぞれ磁極歯１１、１２に対向するように設置され、可動子構成部材１０Ｄが構成される。この際、高透磁率部材５Ｄ、６Ｄの横断面凸型の寸法が長い下辺５Ｄ１、６Ｄ１の側が永久磁石３に隣接するとともに、横断面凸型の寸法が短い上辺５Ｄ２、６Ｄ２の側が永久磁石３と反対側(電気子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２の側)に配置される。

永久磁石３と高透磁率部材５Ｄ、６Ｄで構成される可動子構成部材１０Ｄは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｄを構成する。
変形例４の構成では、永久磁石３を表面に露出させないと同時に、磁極歯１１、１２と対向する方向に高透磁率部材５Ｄ、６Ｄが狭くなるために、電機子鉄心１００、１０１からの磁束と永久磁石３の磁束が集中され、隣の永久磁石３の磁極へ流れる漏れ磁束の低減や磁極歯１１、１２の間の磁束密度を調整できる。そのため、リニアモータＲ１の推力特性の向上につながる。

図９に、実施形態１の変形例５として、永久磁石３の上下表面に階段状の形状を持つ高透磁率部材５Ｅ、６Ｅを設置した図を示す。
変形例５の階段状の形状を持つ高透磁率部材５Ｅ、６Ｅは、永久磁石３の上下表面(一方側の表面と他方側の表面)に設置され、可動子構成部材１０Ｅが構成される。なお、高透磁率部材５Ｅ、６Ｅは、永久磁石３に隣接する側の幅寸法ｓ４が大きく、永久磁石３から遠ざかるに従い、すなわち電機子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２に近づくに従い、幅寸法ｓ４が小さくなる。
永久磁石３と高透磁率部材５Ｅ、６Ｅで構成される部材可動子構成部材１０Ｅは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｅを構成する。

変形例５によれば、永久磁石３の上下表面に階段状の高透磁率部材５Ｅ、６Ｅを設置した可動子８Ｅは、永久磁石３を可動子８Ｅの外側に露出させることなく、磁束の流れを有効に電機子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２に流すことを考慮した形状となっている。そのため、永久磁石３の磁束の漏れを極力減らし、有効に磁束を磁極歯１１、１２に流すことができる。

なお、変形例３〜５においては、高透磁率部材の形状が、それぞれ磁極歯１１、１２に近づく程狭くなる形状に形成される例を幾つか例示したが、高透磁率部材の形状が、磁極歯１１、１２に近づく程狭くなる形状であれば、曲面や曲面と平面の組み合わせなど例示した以外の形状を適宜適用できることは勿論である。

図１０Ａから図１０Ｃに、実施形態１の変形例６、７、８として、永久磁石３の上下表面に、高透磁率部材を、磁極歯１１、１２に対して斜めの形状に設置した図を示す。
図１０Ａの変形例６は、永久磁石３の上下表面(一方側の表面と他方側の表面)に、高透磁率部材５Ｆ、６Ｆを、磁極歯１１、１２に対して斜めの形状に設置した場合である。すなわち、変形例６では、長い直方体状の永久磁石３の上下表面に、長い扁平直方体状の高透磁率部材５Ｆ、６Ｆを、電機子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２に対して、斜めになるように設置し、可動子構成部材１０Ｆを構成している。

永久磁石３と高透磁率部材５Ｆ、６Ｆとで構成される可動子構成部材１０Ｆは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｆを構成する。
また、図１０Ｂに示す変形例７では、電機子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２に沿って延在する長い略扁平直方体状の高透磁率部材５Ｇ、６Ｇの上部５Ｇ１、６Ｇ１を、磁極歯１１、１２に対して斜めになるような直方体の形状に形成している。

これにより、永久磁石３の上下表面に、長い略扁平直方体状の高透磁率部材５Ｇ、６Ｇを電機子鉄心１００、１０１の磁極歯１１、１２に対向する高透磁率部材５Ｇ、６Ｇのそれぞれの上部５Ｇ１、６Ｇ１が斜めになるように設置し、可動子構成部材１０Ｇを構成している。
永久磁石３と高透磁率部材５Ｇ、６Ｇとで構成される可動子構成部材１０Ｇは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｇを構成する。

図１０Ｃに示す変形例８では、長い扁平直方体状の高透磁率部材５Ｈの材料を、電機子鉄心１００、１０１の各磁極歯１１(図５参照)に対向する上面５Ｈ１が斜めになるように、切り欠き部５Ｈ２を形成し、高透磁率部材５Ｈを形成したものである。
同様に、長い扁平直方体状の高透磁率部材６Ｈの材料を、電機子鉄心１００、１０１の各磁極歯１２(図５参照)に対向する上面６Ｈ１が斜めになるように、切り欠き部６Ｈ２を形成し、高透磁率部材６Ｈを形成している。

そして、永久磁石３の上下表面に、長い略扁平直方体状の高透磁率部材５Ｈ、６Ｈを、電機子鉄心１００、１０１のそれぞれの磁極歯１１、１２に対向する面(高透磁率部材５Ｈ、６Ｈのそれぞれの上面５Ｈ１、６Ｈ１)が斜めになるように設置し、可動子構成部材１０Ｈを構成したものである。
永久磁石３と高透磁率部材５Ｈ、６Ｈで構成される可動子構成部材１０Ｈは、それぞれ可動子保持部材７の貫通穴９に設置(埋設)され、図３Ａと同様に、可動子８Ｈを構成する。

図１０Ａから１０Ｃの変形例６、７、８によれば、電機子鉄心１００、１０１の各磁極歯１１、１２に対して高透磁率部材(５Ｆ、６Ｆ、５Ｇ、６Ｇ、５Ｈ、６Ｈ)を斜めに設置する構成とすることにより、永久磁石３からの磁束の変化がなだらかになるので、永久磁石３をスキューした場合と同様の効果を得ることができる。そのため、リニアモータＲ１の推力脈動を低減することが可能となる。

変形例１〜８の高透磁率部材５Ａ〜５Ｈ、６Ａ〜６Ｈは、前記実施形態１と同様に、主に磁性材料で構成される。磁性材料としては、例えば鉄系材料、ケイ素鋼板、アモルファス合金、圧粉磁心などの材料があり、透磁率が高い材料が望ましいが、同様の効果を得ることができれば、これらの材料に限定されない。また、磁性材料に鉄などの加工が容易な材料を用いることで、高透磁率部材５Ａ〜５Ｈ、６Ａ〜６Ｈを様々な形状にすることが可能となる。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに様々な形状を持つ高透磁率部材と永久磁石３とで構成される可動子構成部材１０Ｉ、１０Ｊ、１０Ｋの例を示す。

図１１Ａに示す可動子構成部材１０Ｉは、永久磁石３の上下面に設置する扁平な略直方体状の高透磁率部材５Ｉ、６Ｉの幅ｓ５の方向に形成される角部にＲ部５Ｉ１、６Ｉ１を形成したものである。つまり、高透磁率部材５Ｉ、６Ｉの幅ｓ５の方向に形成される角部を、曲率をもったＲ部５Ｉ１、６Ｉ１に形成している。
これにより、高透磁率部材５Ｉ、６Ｉの損傷が抑制される。また、高透磁率部材５Ｉ、６Ｉにおける反永久磁石３の側が狭く形成されるので、磁束が集中し、磁束の漏れが抑制される。

図１１Ｂに示す可動子構成部材１０Ｊは、永久磁石３の上下面に設置する扁平な略直方体状の高透磁率部材５Ｊ、６Ｊの幅ｓ５の方向に直交する方向に延在する溝の凹部５Ｊ１、６Ｊ１を形成したものである。
これにより、高透磁率部材５Ｊ、６Ｊにおける反永久磁石３の側の凸部５Ｊ２、６Ｊ２に磁束が分散集中し、リニアモータＲ１の脈動が低減される。

図１１Ｃに示す可動子構成部材１０Ｋは、永久磁石３の上下面に設置する扁平な略直方体状の高透磁率部材５Ｋ、６Ｋの幅ｓ５の方向に形成される角部に面取り部５Ｋ１、６Ｋ１を形成したものである。
これにより、高透磁率部材５Ｋ、６Ｋの損傷が抑制される。また、高透磁率部材５Ｋ、６Ｋにおける反永久磁石３の側が狭く形成されるので、磁束が集中し、磁束の漏れが抑制される。

ところで、一般に、可動子(８)を形成する可動子保持部材(７)の厚みを増加させ、可動子(８)(図４参照)の厚みを増加させれば可動子(８)の剛性を向上させることができる。
本実施形態１、変形例では、可動子保持部材(７)の厚みを増加させた場合に永久磁石３に設置した高透磁率部材(５、６)の厚みを増加させることで、永久磁石３の厚みを増加させることなく可動子(８)の剛性を向上させることができる。また、永久磁石３に高透磁率部材(５、６)を設置しているため、磁気抵抗を増加させることがない。
そのため、優れた磁気特性を有し推力特性を低下させることなく、可動子８の剛性を向上させることができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２について説明する。
図１２Ａに、実施形態２の可動子２８の組み立て工程を示し、図１２Ｂに、組み立てた可動子２８を示す。
実施形態２は、永久磁石１３、１４と高透磁率部材１５とを一体に構成した可動子構成部材２０を複数形成し、可動子構成部材２０の高透磁率部材１５に形成したネジ穴ｎ１を用いて、可動子保持部材１７と高透磁率部材１５とをネジ止めで固定し、可動子２８を構成したものである。

図１２Ａに示すように、高透磁率部材１５の上下面に永久磁石１３、１４を接着などで一体に設置した可動子構成部材２０が形成される。可動子構成部材２０における高透磁率部材１５の長手方向の両端縁部には固定用のネジ穴ｎ１がそれぞれ螺刻されている。
可動子保持部材１７には、複数の高透磁率部材１５が嵌入される複数の長い形状の貫通穴９がはしご状に形成されている。そして、貫通穴９の長手方向の両端縁に対向する箇所には、ボルト１８が挿通する挿通孔ｎ２がそれぞれ穿設されている。

図１２Ｂに示す可動子２８を組み立てるに際しては、図１２Ａの高透磁率部材１５の上下面に永久磁石１３、１４を一体に設置した可動子構成部材２０をそれぞれ、矢印β１のように、可動子保持部材１７の貫通穴９に嵌入する。
そして、ボルト１８を、矢印β２のように、可動子保持部材１７の挿通孔ｎ２に挿通するとともに可動子構成部材２０の高透磁率部材１５のネジ穴ｎ１に螺着する。これにより、複数の可動子構成部材２０を可動子保持部材１７にボルト１８により固定し、可動子２８が構成される(図１２Ｂ参照)。

実施形態２の可動子２８では、可動子構成部材２０の高透磁率部材１５と可動子保持部材１７をボルト１８などの固定具で固定することが可能となる。固定方法は、可動子保持部材１７と高透磁率部材１５とを機械的に固定できれば、圧入などその他のどのような機械的方法でもよい。
従来、可動子が可動子保持部材と永久磁石のみで構成されている場合は、永久磁石にネジ穴をあけるのが困難であるために、接着剤により可動子保持部材と永久磁石とを固定させる方法であった。ただし、接着剤を用いて永久磁石１３，１４と高透磁率部材１５、可動子保持部材１７を固定しても、可動子の剛性向上は達成される。接着剤を用いて固定した場合は、熱による接着剤の剥離や時間の経過による劣化(経年変化)などの問題があった。

これに対して、実施形態２によれば、可動子保持部材１７と高透磁率部材１５との固定方法をボルト１８などで機械的に固定することで、永久磁石１３、１４の保持構造の耐久性が向上する。また、可動子２８における永久磁石１３、１４の位置決め精度などの低下を防止することが可能となる。
また、ボルト１８などで締結した場合、永久磁石１３、１４を有する可動子構成部材２０(図１２Ａ参照)を個別に取り外すことが可能となり、可動子構成部材２０を交換することで、永久磁石１３、１４の取り換えが容易にできる。

［実施形態３］
次に、本発明の実施形態３について説明する。
図１３に、実施形態３の二つの永久磁石１３、１４と永久磁石１３、１４で挟み込まれた高透磁率部材１５と可動子保持部材７とからなる可動子３８を有する電機子ユニット２００の縦断面図を示す。

実施形態３においては、電機子鉄心１００、１０１のそれぞれの上側の磁極歯１１と下側の磁極歯１２の間に、可動子３８が矢印α１方向に移動可能に設置される。この可動子３８のはしご状の可動子保持部材７に、上側の磁極歯１１に対向するように配置した上側の永久磁石１３と、下側の磁極歯１２に対向するように配置された下側の永久磁石１４との間に高透磁率部材１５を設置している。
これにより、永久磁石１３、１４の磁石量を増加させることなく、高透磁率部材１５の厚みを増加させることで、可動子保持部材７の厚みを増加させ、可動子３８の剛性が高いリニアモータＲ３を提供することができる。

図１４に、実施形態３の変形例１として、長い平板状の高透磁率部材１９の上下表面に永久磁石１３、１４を設置した例を示す。
変形例１では、平板状の高透磁率部材１９の上下表面にそれぞれ複数の永久磁石１３、１４を一体となるように設置し、可動子３８Ａを構成したものである。
変形例１では、高透磁率部材１９を一つの部材で構成できるため、部品数を減らすことができる。また、可動子保持部材を用いることなく可動子３８Ａを構成することができるため、可動子３８Ａの設計が容易になる。

次に、図１４に示す平板状の高透磁率部材１９の上下表面に複数の永久磁石１３、１４をそれぞれ一体に設置した可動子３８Ａを、一対のコの字型可動子保持部材２０で両側から保持して機械的に固定した例を説明する。
図１５Ａに、実施形態３の変形例１の可動子３８Ａを機械的に固定する部材(コの字型可動子保持部材２０(２０Ａ))の例を示し、図１５Ｂに、実施形態３の変形例１のコの字型可動子保持部材２０(２０Ａ、２０Ｂ)で一体となった平板の高透磁率部材１９、永久磁石１３、１４で構成される可動子３８Ａ１を示す。図１５Ｃは、図１５ＢのＣ−Ｃ線断面図である。

可動子３８Ａ１を製作するに際しては、図１５Ａに示す切り欠き部２１を持つコの字型可動子保持部材２０(２０Ａ、２０Ｂ)を一対形成する。なお、図１５Ａは、片方のコの字型可動子保持部材２０Ａを示したものであるが、他方のコの字型可動子保持部材２０Ｂ(図１５Ｂ参照)は、片方のコの字型可動子保持部材２０Ａと対象な形状であるので、一方のコの字型可動子保持部材２０Ａに関して説明を行い、他方のコの字型可動子保持部材２０Ｂの説明は省略する。

コの字型可動子保持部材２０Ａの切り欠き部２１は、図１４に示す永久磁石１３の端縁部１３ｅが嵌入される第１切り欠き部２１ａと、高透磁率部材１９の端縁部１９ｅが嵌入される第２切り欠き部２１ｂと、永久磁石１４の端縁部１４ｅが嵌入される第３切り欠き部２１ｃとを有している。
コの字型可動子保持部材２０Ａには、ボルト１８が挿通する挿通孔ｎ４が複数穿設されている。

図１４に示す可動子３８Ａを一対のコの字型可動子保持部材２０で保持する場合には、あらかじめ可動子３８Ａの高透磁率部材１９の両方の端縁部１９ｅに複数のネジ穴ｎ３を螺刻しておく。なお、可動子３８Ａを一対のコの字型可動子保持部材２０で保持しない場合には、これらの複数のネジ穴ｎ３を螺刻する必要がないことは言うまでもない。

可動子３８Ａを一対のコの字型可動子保持部材２０Ａ、２０Ｂで保持するに際しては、まず、可動子３８Ａ(図１４参照)の永久磁石１３の両端の端縁部１３ｅ、高透磁率部材１９の両端の端縁部１９ｅ、および永久磁石１４の両端の端縁部１４ｅを、それぞれ図１５Ａ、図１５Ｃに示すコの字型可動子保持部材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれの切り欠き部２１に嵌入する。
そして、ボルト１８を外側からコの字型可動子保持部材２０Ａの挿通孔ｎ４に挿通する。その後、ボルト１８を、コの字型可動子保持部材２０Ａの切り欠き部２１に入れた可動子３８Ａ(図１４参照)の高透磁率部材１９の一方の端縁部１９ｅのネジ穴ｎ３にネジ止めする(図１５Ｃ参照)。
また、ボルト１８を外側からコの字型可動子保持部材２０Ｂの挿通孔ｎ４に挿通する。その後、ボルト１８を、コの字型可動子保持部材２０Ｂの切り欠き部２１に入れた可動子３８Ａの高透磁率部材１９の他方の端縁部１９ｅのネジ穴ｎ３にネジ止めし、可動子３８Ａ１を組み立てる(図１５Ｂ参照)。

これにより、コの字型可動子保持部材２０Ａ、２０Ｂと高透磁率部材１９をボルト１８で固定し、コの字型可動子保持部材２０Ａ、２０Ｂの切り欠き部２１で上下の永久磁石１３、１４を機械的に保持することで、永久磁石１３、１４が可動子３８Ａ１から外れることが防止できる。そのため、可動子３８Ａ１の耐久性を向上させることができる。

図１６Ａに、実施形態３の変形例２である溝２２ａ、２２ｂが形成された長い平板状の高透磁率部材２３の例を示し、図１６Ｂに、実施形態３の変形例２の高透磁率部材２３の上下表面の溝２２ａ、２２ｂに永久磁石１３、１４が設置されて構成される可動子３８Ｂの例を示す。

図１６Ａに示す高透磁率部材２３には、その上下表面に複数の扁平な直方体状の溝２２ａ、２２ｂが形成されている。
高透磁率部材２３の上表面の複数の溝２２ａに永久磁石１３を接着などで設置するとともに、高透磁率部材２３の下表面の複数の溝２２ｂに永久磁石１４を接着などで設置し、可動子３８Ｂを構成する(図１６Ｂ参照)。

変形例２によれば、高透磁率部材２３に設けられた溝２２ａ、２２ｂにそれぞれ永久磁石１３、１４を設置することから、永久磁石１３、１４と高透磁率部材の溝２２ａ、２２ｂとの接着面が増加するため、接着性が向上する。また、永久磁石１３、１４をそれぞれ溝２２ａ、２２ｂに設置するので溝２２ａ、２２ｂで位置決めがなされ、永久磁石１３、１４の位置決め精度も向上し、安定する。

図１７Ａと図１７Ｂに、実施形態３の変形例３である高透磁率部材から発生する渦電流損を低減する可動子３８Ｃ、３８Ｄの例を縦断面図で示す。
図１７Ａでは、永久磁石１５と、永久磁石１５の上下表面に設置した積層部材２４で構成される高透磁率部材とを可動子保持部材７に設置した可動子３８Ｃを示している。高透磁率部材の積層部材２４は、例えば薄い板厚の鋼板などを積層して形成したものである。

図１７Ｂでは、永久磁石１３、１４と、永久磁石１３、１４に挟み込まれる積層部材２４で構成される高透磁率部材を可動子保持部材７に設置した可動子３８Ｄを示している。高透磁率部材の積層部材２４は、図１７Ａと同様に、例えば薄い板厚の鋼板などを積層して形成したものである。

図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、高透磁率部材を積層部材２４で構成した場合、高透磁率部材の電気抵抗が増加するので渦電流が抑えられ、渦電流損を低減させることが可能となる。渦電流損を低減する部材として、積層部材以外に高透磁率材料にスリットを入れたものなどがあるが、同様の効果を得ることができれば、これらの構成に限定されない。

［実施形態４］
次に、本発明の実施形態４について説明する。
図１８に、本発明の実施形態１〜３における可動子を用いた電気子ユニット２００、２０１、２０２を三つ並べた実施形態４を示す。
実施形態４は、実施形態１〜３で説明した可動子を用いて、三つの電機子ユニット２００、２０１、２０２を電気角で１２０°相当の間隔をおいて並べることで三相のリニアモータＲ４を構成している。

図１８では、三相のリニアモータＲ４を例示しているが、任意の複数の電機子ユニット２００、２０１、２０２、…を並べることで、適宜選択した任意数の多相のリニアモータを構成することも可能である。

実施形態１〜４によれば、可動子の剛性を高めるため、可動子を構成している永久磁石に高透磁率部材を設置するとともに可動子保持部材の厚みを増加させることで、剛性を保ちつつ、可動子の厚みを増加させた時の磁気抵抗の増加を抑えることが可能である。そのため、永久磁石の量を抑制することができる。
従って、可動子厚を増加させても磁気抵抗が増加することがなく、磁石量を低減することが可能である。
そのため、優れた磁気特性を有するとともに、高剛性でたわみにくい可動子をもつ信頼性が高いリニアモータを実現できる。

なお、前記実施形態、およびその変形例においては、永久磁石側を可動子とし、電機子側を固定子とした組み合わせの場合を例示したが、可動子と電機子とが相対運動することから、電機子側を可動子とし、永久磁石側を固定子とする構成とすることも可能である。

なお、前記実施形態、変形例においては、各構成を個別に説明したが、これらの構成を適宜組み合わせて構成することも可能である。

１ 鉄心(コア)
２ａ 電機子巻線
２ｂ 電機子巻線
３ 永久磁石
４ 空隙
５、５Ｄ、５Ｉ、５Ｊ、５Ｋ 高透磁率部材
６、６Ｄ、６Ｉ、６Ｊ、６Ｋ 高透磁率部材
５Ａ、６Ａ 高透磁率部材(直方体の高透磁率部材)
５Ｂ、６Ｂ 高透磁率部材(永久磁石の幅より狭い幅の高透磁率部材)
５Ｃ、６Ｃ 高透磁率部材(横断面台形の高透磁率部材)
５Ｅ、６Ｅ 高透磁率部材(磁極歯に近づく程狭くなる幅をもつ高透磁率部材)
５Ｆ、５Ｇ、５Ｈ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ 高透磁率部材(磁極歯に対向する面が斜めの形状の高透磁率部材)
７、２０ 可動子保持部材
８、８Ａ〜８Ｈ、２８、３８、３８Ａ、３８Ａ１、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ 可動子
１１、１２ 磁極歯
１３ 永久磁石(列をなす永久磁石、高透磁率部材の溝に設置された永久磁石)
１４ 永久磁石(列をなす永久磁石、高透磁率部材の溝に設置された永久磁石)
１５ 高透磁率部材(可動子保持部に機械的に固定された高透磁率部材)
１７ 可動子保持部材(高透磁率部材と機械的に固定された可動子保持部材)
１９ 高透磁率部材(永久磁石の列に挟まれた高透磁率部材)
２２ａ、２２ｂ 溝(高透磁率部材に形成された溝部)
２３ 高透磁率部材(溝を設置した高透磁率部材)
２４ 積層部材(高透磁率部材、積層された部材)
１００、１０１ 電機子鉄心
２００、２０１、２０２ 電機子ユニット(電機子)
２ｎｐ 電機子鉄心のピッチ
Ｐ 磁極ピッチ
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４ リニアモータ

Claims (2)

1. 電機子鉄心およびその磁極歯の廻りに巻回される電機子巻線を有する電機子と、永久磁石を有する可動子とが相対的に移動可能である推力発生機構を備え、
   前記電機子鉄心は、前記永久磁石の一方側および他方側の両表面に空隙を介してそれぞれ対向するよう配置された両側の前記磁極歯と前記両側の磁極歯をつなぐコアとを有し、
   複数の前記電機子鉄心に共通の電機子巻線を配置したリニアモータであって、
   前記可動子は、前記永久磁石と高透磁率部材とを有し構成され、
   前記高透磁率部材は、前記永久磁石における前記両側の磁極歯にそれぞれ対向する表面の箇所に設置され、
   前記可動子における前記永久磁石の磁極ピッチPに対して、複数の前記電機子鉄心のピッチが略２ｎＰ（ｎは正の整数のｎ＝１，２，３，…）であり、
   隣り合う前記永久磁石の磁極が交互に変わるように着磁され、
   複数の前記電機子鉄心の前記両側の磁極歯のうち片側の複数の前記磁極歯は、同じ極性を有するとともに同じ前記電機子巻線で一緒に巻回され、
   前記高透磁率部材は、
   その移動方向に直交する方向に延在する溝の凹部が複数、前記両側の磁極歯にそれぞれ対向して形成される
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１に記載のリニアモータにおいて、
   前記電機子を、可動する可動側とし、前記可動子を、固定した固定側とする構成としたことを特徴とするリニアモータ。

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