JP7080654B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータに関するものである。

従来より、半導体製造装置や工作機械、鉄道等において、リニアモータが使用されている。ここで、図４Ａ～４Ｃを示して、従来のリニアモータの構成を説明する。図４Ａは、従来のリニアモータの構成を説明するための斜視図である。図４Ａに示すように、従来のリニアモータ１０１は、固定子（ステータ）１０２と、固定子１０２に対向配置され、固定子１０２の長手方向に移動される可動子１０３と、を備えている。固定子１０２には、複数の永久磁石が、長手方向に極性が変わるように配置されている。また、可動子１０３には、複数のコイルが内蔵されている。

次に、図４Ｂを参照して、従来のリニアモータにおける固定子についてより詳細に説明する。図４Ｂは、従来のリニアモータ１０１における固定子１０２をベースプレート１０４に固定した状態を示す斜視図である。図４Ｂに示すように、固定子１０２には、固定子１０２の長手方向に沿って、ベースプレート１０４への固定のための複数の固定点１０５ａ，１０５ｂが、直線状に２列にわたって等間隔で設けられている。固定子１０２は、これらの固定点１０５ａ，１０５ｂにおいて、ボルト等でベースプレート１０４に固定されている。

これら２列にわたって設けられた複数の固定点１０５ａ，１０５ｂは、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点１０５ａと、他方の列に設けられた複数の固定点１０５ｂとがそれぞれ互いに対向するように設けられている。また、ベースプレート１０４において、固定子１０２の長手方向の両側面外側には、固定子１０２の長手方向と平行になるように、可動子１０３（及び可動子１０３に取り付けられた部品類）をガイドするための１対のガイドレール１０６ａ，１０６ｂが設けられている。

次に、図４Ｃを参照して、従来のリニアモータにおける可動子に取り付けられる部品類についてより詳細に説明する。図４Ｃは、従来のリニアモータ１０１における可動子１０３にステージ等を配置した状態を示す斜視図である。図４Ｃに示すように、可動子１０３は、ステージ１０７の中央部に対し、可動子１０３の長手方向がステージ１０７の長手方向と平行になるように取り付けられている。

可動子１０３の長手方向における両端部の両側面外側には、上下一対ずつのスライダ１０８ａ１，１０８ａ２，１０８ｂ１，１０８ｂ２がステージ１０７に取り付けられている。また、可動子１０３の長手方向における中間部の両側面外側には、一対のクランパ１０９ａ，１０９ｂがステージ１０７に取り付けられている。

スライダ１０８ａ１，１０８ａ２，１０８ｂ１，１０８ｂ２とクランパ１０９ａ，１０９ｂには、固定子１０２と対向する面に凹部が形成されている。スライダ１０８ａ１，１０８ａ２は凹部を介してガイドレール１０６ａにそれぞれスライド自在に嵌合し、スライダ１０８ｂ１，１０８ｂ２は凹部を介してガイドレール１０６ｂにそれぞれスライド自在に嵌合する。また、クランパ１０９ａ，１０９ｂがそれぞれガイドレール１０６ａ，１０６ｂに嵌合することで、ステージ１０７等はガイドレール１０６ａ，１０６ｂにクランプされる。

ステージ１０７の可動子１０３を取り付けた面と反対側の面には、可動子１０３等から発生した熱を放熱する放熱プレート１１０が取り付けられている。放熱プレート１１０の両側面外側には、可動子１０３の長手方向と平行になるように、一対の搬送対象１１１ａ，１１１ｂが取り付けられている。

図４Ａのようなリニアモータ１０１を駆動すると、固定子１０２を介して固定子１０２を固定している構造物に振動が伝播するため、これによる振動・騒音が問題となる。このような振動伝播を低減する技術としては、例えば特許文献１が報告されている。特許文献１では、磁気浮上式鉄道の地上コイル（即ち、固定子に設ける電磁石（コイル））を不等ピッチで取り付けることで、固定子から構造物への振動伝播の低減を図っている。

特開２００３－５２１０４号公報

リニアモータ駆動時には、固定子と可動子との間の隙間（エアギャップ）に電磁加振力が発生することが分かっている。そこで、リニアモータ駆動時にエアギャップで発生する電磁加振力の分布について解析を行った。図３Ａは、図４Ａのリニアモータの駆動時におけるＦＥＭ解析結果を表す側断面図である。

図３Ａに示すように、可動子１０３には、固定子１０２と対向する側に、固定子１０２側に突出する複数のティース１１２が形成されている。これら複数のティース１１２は、各々にコイル１１３が巻かれている。なお、ティース１１２の固定子１０２側の先端部は、図３Ｂに示すように、Ｔ字形状となっている。また、固定子１０２には、可動子１０３側の面に等間隔で複数枚の永久磁石１１４が配置されている。

図３Ａ中の太線Ｌは、ＦＥＭ解析の結果得られた電磁加振力の大きさの分布を示す。太線Ｌが可動子１０３側に上がっているほどその位置での電磁加振力が大きく、太線Ｌが固定子１０２側に下がっているほどその位置での電磁加振力が小さいことを示している。図３Ａ中、特に二点鎖線の四角で示すように、電磁加振力は、ティース１１２の位置において最大（ＭＡＸ）となっていることが分かる。このことから、電磁加振力は、ティース１１２の間隔（ピッチ）に沿って大きく発生することが明らかとなった。

このように、ＦＥＭ解析の結果、電磁加振力と磁石の位置との間に関係性はなく、電磁加振力はティースの間隔で発生することが明らかとなった。従って、ティースの間隔（の整数倍）で固定子の固定位置（固定点）を配置すると、同時刻に電磁加振力が複数箇所の固定点を介して構造物に伝播することとなるため、振動伝播量の増大に繋がってしまう。従って、振動伝播量を減らすポイントは、固定子を構造物に固定する位置（固定点）であり、特許文献１のように固定子に設ける磁石の位置を変更しても、固定子から構造物への振動伝播を低減する根本的な解決策にはならないことが明らかとなった。

一方、現状の市販品では、構造物に対する固定子の固定点は、等間隔に複数点配置されており、固定点同士の間隔はティースの間隔に近くなっている（例えば図３Ａ中では、４枚の永久磁石１１４毎に固定点が設けられている）。このように、現状では、構造物の振動や、振動による騒音の発生を十分に低減できるリニアモータは現れていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できるリニアモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、固定子と、該固定子に対向配置され、前記固定子の長手方向に移動される可動子と、を備え、前記固定子には、前記固定子の長手方向に沿って、ベースプレートへの固定のための複数の固定点が複数列にわたって設けられており、前記可動子には、前記固定子と対向する側に、前記固定子側に突出する複数のティースが形成されており、前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、前記複数のティースのピッチよりも大きいリニアモータを提供する。

本発明の第１態様に係るリニアモータにおいては、複数の固定点が固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられており、固定子の長手方向における固定点のピッチがティースのピッチよりも大きくなるように構成されている。電磁加振力は、ティースの間隔に沿って発生するため、固定子の長手方向における固定点のピッチをティースのピッチよりも大きくなるように構成することで、電磁加振力を低減できる。これにより、構造物への振動伝播量も低減できるため、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できる。

前記リニアモータにおいて、前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられている。

このように、複数列にわたって設けられた複数の固定点を互いにずらして設けることにより、固定子の長手方向に直交する方向において電磁加振力が同時に発生することを防止できる。従って、構造物に入力される電磁加振力を十分に低減することができる。

また、本発明は、固定子と、該固定子に対向配置され、前記固定子の長手方向に移動される可動子と、を備え、前記固定子には、前記固定子の長手方向に沿って、ベースプレートへの固定のための複数の固定点が複数列にわたって設けられており、前記可動子には、前記固定子と対向する側に、前記固定子側に突出する複数のティースが形成されており、前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、不等ピッチであるリニアモータを提供する。

本発明の第２態様に係るリニアモータにおいては、複数の固定点が固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられており、固定子の長手方向における固定点のピッチが不等ピッチとなるように構成されている。電磁加振力は、ティースの間隔に沿って発生するため、固定子の長手方向における固定点のピッチを不等ピッチとなるように構成することで、電磁加振力を低減できる。これにより、構造物への振動伝播量も低減できるため、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できる。

前記リニアモータにおいて、前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いに対向するように設けられていることが好ましい。

このように、複数列にわたって設けられた複数の固定点を互いに対向するように設けることで、ベースプレートに対して固定子を容易かつ安定して固定することができる。

前記リニアモータにおいて、前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられていることが好ましい。

このように、複数列にわたって設けられた複数の固定点を互いにずらして設けることにより、固定子の長手方向に直交する方向において電磁加振力が同時に発生することを防止できる。従って、構造物に入力される電磁加振力を十分に低減することができる。

前記リニアモータにおいて、前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、前記複数のティースのピッチの整数倍を含まないことが好ましい。

固定点のピッチがティースのピッチの整数倍を含まないように設定されていれば、電磁加振力を一層低減でき、構造物への振動伝播量も一層低減できる。これにより、構造物の振動や、振動による騒音の発生を一層抑制できる。

本発明のリニアモータであれば、電磁加振力が構造物に入力されるタイミングが不規則になるため、強め合う振動が出にくくなる。従って、構造物への振動伝播量も低減できるため、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係るリニアモータの構成を説明するための斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るリニアモータの構成を説明するための斜視図である。 図４Ａのリニアモータの駆動時におけるＦＥＭ解析結果を表す側断面図である。 図３Ａの可動子のティース部分を拡大した拡大側断面図である。 従来のリニアモータの構成を説明するための斜視図である。 従来のリニアモータにおける固定子をベースプレートに固定した状態を示す斜視図である。 従来のリニアモータにおける可動子にステージ等を配置した状態を示す斜視図である。

以下、本発明に係るリニアモータの一実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本明細書中、固定点を設ける「列」とは、固定子を長手方向に分割した「列」のことを指している。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るリニアモータについて、図１を用いて説明する。
図１は、本実施形態に係るリニアモータの構成を説明するための斜視図である。

本実施形態に係るリニアモータ１は、固定子（ステータ）２と、固定子２に対向配置され、固定子２の長手方向に移動される可動子３と、を備えている。具体的には、部品類を取り付けた可動子３（図１では可動子３のみ図示）を固定子２上に配置することで、本実施形態に係るリニアモータ１が構成される。固定子２には、複数の永久磁石が、長手方向に極性が変わるように配置されている。また、可動子３には、複数のコイルが内蔵されており、可動子３の固定子２側の表面には、図３Ｂに示したようなＴ字形状のティース１２が複数設けられている。なお、可動子３（及び可動子３に取り付ける部品類）としては、図４Ｃに示すような、従来の可動子１０３等と同様のものを使用すればよい。

固定子２には、固定子２の長手方向に沿って、ベースプレート４への固定のための複数の固定点５ａ，５ｂが、直線状に２列にわたって等間隔で設けられている。固定子２は、これらの固定点５ａ，５ｂにおいて、ボルト等でベースプレート４に固定されている。また、ベースプレート４において、固定子２の長手方向の両側面外側には、固定子２の長手方向と平行になるように、可動子３（及び可動子３に取り付けられた部品類）をガイドするための１対のガイドレール６ａ，６ｂが設けられている。

ここで、固定子２の長手方向における複数の固定点５ａ，５ｂのピッチは、ティース１２のピッチよりも大きくなっている。具体的には、２列のうち一方の列に等間隔で設けられた複数の固定点５ａのピッチ、及び他方の列に設けられた複数の固定点５ｂのピッチは、いずれもティース１２のピッチよりも大きくなっている。なお、これら複数の固定点５ａ，５ｂのピッチは、ティース１２のピッチの整数倍を含まないように構成されている。

また、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂは、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられている。即ち、これら２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂは、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点５ａと、他方の列に設けられた複数の固定点５ｂとがそれぞれ互いに対向しないように設けられている。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のリニアモータ１においては、複数の固定点５ａ，５ｂが固定子２の長手方向に沿って２列にわたって設けられており、固定子２の長手方向における固定点５ａ，５ｂのピッチがティース１２のピッチよりも大きくなるように構成されている。電磁加振力は、ティース１２の間隔に沿って発生するため、固定子２の長手方向における固定点５ａ，５ｂのピッチをティース１２のピッチよりも大きくなるように構成することで、電磁加振力を低減できる。これにより、構造物への振動伝播量も低減できるため、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できる。

また、上記の通り、リニアモータ１において、複数の固定点５ａ，５ｂは、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられている。このように、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂを互いにずらして設けることにより、固定子２の長手方向に直交する方向において電磁加振力が同時に発生することを防止できる。従って、構造物に入力される電磁加振力を十分に低減することができる。

また、固定点５ａ，５ｂのピッチがティース１２のピッチの整数倍を含まないように設定されていれば、電磁加振力を一層低減でき、構造物への振動伝播量も一層低減できる。これにより、構造物の振動や、振動による騒音の発生を一層抑制できる。

なお、以上に説明した第１実施形態においては、複数の固定点５ａ，５ｂを、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設ける態様を例として説明したが、これに限定されない。例えば、複数の固定点５ａ，５ｂを、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いに対向するように設けてもよい。即ち、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点５ａと、他方の列に設けられた複数の固定点５ｂとがそれぞれ互いに対向するように、複数の固定点５ａ，５ｂを設けてもよい。

このように、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂを互いに対向するように設けることで、ベースプレート４に対して固定子２を容易かつ安定して固定することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図２を用いて説明する。
本実施形態の基本構成は、第１実施形態と基本的に同様であるが、第１実施形態とは、固定子の長手方向における複数の固定点５ａ，５ｂのピッチが不等ピッチとなっている（等間隔ではない）点が異なっている。よって、本実施形態においては、この異なっている部分を説明し、その他の重複するものについては説明を省略する。
なお、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

図２は、本実施形態に係るリニアモータの構成を説明するための斜視図である。図２に示すように、本実施形態においては、固定子２の長手方向における複数の固定点５ａ，５ｂのピッチは、不等ピッチとなっている。具体的には、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点５ａのピッチ、及び他方の列に設けられた複数の固定点５ｂのピッチは、いずれも不等ピッチとなっている。

また、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂは、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられている。即ち、これら２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂは、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点５ａと、他方の列に設けられた複数の固定点５ｂとがそれぞれ互いに対向しないように設けられている。

本実施形態においては、固定点５ａ，５ｂのピッチが不等ピッチである限り、固定点５ａ，５ｂのピッチとティース１２のピッチとの関係は特に限定されない。即ち、固定点５ａ，５ｂのピッチについては、全てティース１２のピッチよりも大きいピッチ又は小さいピッチとしてもよいし、ティース１２のピッチよりも大きいピッチと小さいピッチとが混在してもよい。なお、固定点５ａ，５ｂのピッチに、ティース１２のピッチの整数倍が含まれていてもよいが、好ましくはティース１２のピッチの整数倍は含まれない。

以上に説明の構成により、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態のリニアモータ１においては、複数の固定点５ａ，５ｂが固定子２の長手方向に沿って２列にわたって設けられており、固定子２の長手方向における固定点５ａ，５ｂのピッチが不等ピッチとなるように構成されている。電磁加振力は、ティース１２の間隔に沿って発生するため、固定子２の長手方向における固定点５ａ，５ｂのピッチを不等ピッチとなるように構成することで、電磁加振力を低減できる。これにより、構造物への振動伝播量も低減できるため、構造物の振動や、振動による騒音の発生を抑制できる。

また、上記のように、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂを互いにずらして設けることにより、固定子２の長手方向に直交する方向において電磁加振力が同時に発生することを防止できる。従って、構造物に入力される電磁加振力を十分に低減することができる。

また、固定点５ａ，５ｂのピッチがティース１２のピッチの整数倍を含まないように設定されていれば、電磁加振力を一層低減でき、構造物への振動伝播量も一層低減できる。これにより、構造物の振動や、振動による騒音の発生を一層抑制できる。

なお、以上に説明した第２実施形態においては、複数の固定点５ａ，５ｂを、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設ける態様を例として説明したが、これに限定されない。例えば、複数の固定点５ａ，５ｂを、固定子２が可動子３と対向する面における固定子２の長手方向に直交する方向において、互いに対向するように設けてもよい。即ち、２列のうち一方の列に設けられた複数の固定点５ａと、他方の列に設けられた複数の固定点５ｂとがそれぞれ互いに対向するように、複数の固定点５ａ，５ｂを設けてもよい。

このように、２列にわたって設けられた複数の固定点５ａ，５ｂを互いに対向するように設けることで、ベースプレート４に対して固定子２を容易かつ安定して固定することができる。

また、互いに対向する固定点５ａ，５ｂと、互いに対向しない固定点５ａ，５ｂとが混在するように、複数の固定点５ａ，５ｂを設けてもよい。

また、以上に説明した実施形態においては、複数の固定点５ａ，５ｂを固定子２の長手方向に沿って２列にわたって設ける場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。具体的には、複数の固定点５ａ，５ｂを固定子２の長手方向に沿って３列以上にわたって設けてもよい。

１ リニアモータ
２ 固定子
３ 可動子
４ ベースプレート
５ａ，５ｂ 固定点
６ａ，６ｂ ガイドレール
１２ ティース

Claims (5)

1. 固定子と、
   該固定子に対向配置され、前記固定子の長手方向に移動される可動子と、
   を備え、
   前記固定子には、前記固定子の長手方向に沿って、ベースプレートへの固定のための複数の固定点が複数列にわたって設けられており、
   前記可動子には、前記固定子と対向する側に、前記固定子側に突出する複数のティースが形成されており、
   前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、前記複数のティースのピッチよりも大きく、
   前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられていることを特徴とするリニアモータ。
2. 固定子と、
   該固定子に対向配置され、前記固定子の長手方向に移動される可動子と、
   を備え、
   前記固定子には、前記固定子の長手方向に沿って、ベースプレートへの固定のための複数の固定点が複数列にわたって設けられており、
   前記可動子には、前記固定子と対向する側に、前記固定子側に突出する複数のティースが形成されており、
   前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、不等ピッチであることを特徴とするリニアモータ。
3. 前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いに対向するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記固定子の長手方向に沿って複数列にわたって設けられた前記複数の固定点は、前記固定子が前記可動子と対向する面における前記固定子の長手方向に直交する方向において、互いにずらして設けられていることを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
5. 前記固定子の長手方向における前記複数の固定点のピッチは、前記複数のティースのピッチの整数倍を含まないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリニアモータ。

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