JP7088667B2

JP7088667B2 - リニアモータ

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Publication number: JP7088667B2
Application number: JP2017232329A
Authority: JP
Inventors: 隆池田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: JP2019103260A

Description

本発明は、リニアモータに関する。

電気エネルギーを直線運動に変換するためにリニアモータが利用される。例えば、特許文献１には、ヨークを有する固定子と、この固定子に沿って走行するように設けられた可動子とを有するリニアアクチュエータが記載されている。

特開２０００－２９９９７３号公報

本発明者はリニアモータについて以下の認識を得た。
生産設備に組み込まれるリニアモータは、高さ寸法が小さく薄いことが望ましい。リニアモータとして、磁気的空隙を介して高さ方向に対向配置された一対の磁石を備える構成が考えられる。この構成では、磁気回路からの漏れ磁束を減らすために一対の磁石の外側に設けられた一対のバックヨークを備えることが考えられる。このリニアモータの高さ寸法を低減するために、バックヨークを薄くすることが考えられる。しかし、バックヨークが薄すぎると、バックヨークは磁気的に飽和し、漏れ磁束が増大する可能性がある。

漏れ磁束が大きいと、リニアモータによって駆動される装置の特性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、リニアモータで駆動される電子線装置では、漏れ磁束が微弱な場合でも計測精度に影響が及ぶことが考えられる。
これらから、本発明者は、リニアモータには、漏れ磁束の増大を抑制しつつ薄型化を可能にする観点から、改善すべき課題があることを認識した。
このような課題は、生産設備に組み込まれるリニアモータに限らず他の用途のリニアモータについても生じうる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的は、漏れ磁束の増大を抑制しつつ薄型化することが可能なリニアモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータは、磁気的空隙において可動方向に移動可能に設けられる可動子と、互いに対向するように、可動方向と直交する第１方向に離隔して配置された第１ヨーク及び第２ヨークと、第１ヨークに固定され、磁気的空隙を介して第２ヨークと対向し、磁気的空隙に界磁磁界を形成する界磁磁石と、を備える。磁気的空隙は第２ヨークに面する。

本発明によれば、漏れ磁束の増大を抑制しつつ薄型化することが可能なリニアモータを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るリニアモータの一例を示す正面図である。図１のリニアモータの平面図である。図２（ａ）は、第２ヨークを取付けた状態のリニアモータを示す。図２（ｂ）は、第２ヨークを外した状態のリニアモータを示す。図２（ｃ）は、コイル１２を外した状態のリニアモータを示す。図１のリニアモータの側面図である。図１のＡ－Ａ線断面図である。本発明の第２実施形態に係るリニアモータの一例を示す正面図である。本発明の第３実施形態に係るリニアモータの一例を示す正面図である。本発明の第４実施形態に係るリニアモータの一例を示す正面図である。第１変形例に係るリニアモータの一例を示す正面図である。第２変形例に係るリニアモータの一例を示す正面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１～図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るリニアモータ１００について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るリニアモータ１００を示す正面図である。図２は、リニアモータ１００を示す平面図である。図２（ａ）は、第２ヨーク２６を取付けた状態のリニアモータ１００を示す。図２（ｂ）は、第２ヨーク２６を外した状態のリニアモータ１００を示す。図２（ｃ）は、コイル１２とスペーサ２８を外した状態のリニアモータを示す。図３は、リニアモータ１００を示す側面図である。図３は、一対のスペーサ２８ｂのうち手前側の１つを外した状態のリニアモータを示す。

以下、ＸＹＺ直交座標系をもとに説明する。Ｘ軸方向は水平な左右方向に対応し、Ｙ軸方向は水平な前後方向に対応し、Ｚ軸方向は鉛直な上下方向に対応する。Ｙ軸方向およびＺ軸方向はそれぞれＸ軸方向に直交する。Ｘ軸方向は左方向、右方向あるいは横方向と、Ｙ軸方向は前方向あるいは後方向と、Ｚ軸方向は上方向、下方向あるいは高さ方向と表記することがある。これら方向の表記は、３方向それぞれを区別する目的で用いられ、リニアモータ１００の使用姿勢を制限するものではない。

（リニアモータ）
リニアモータ１００は、可動子１０と、固定子２０と、を備える。固定子２０は磁気的空隙３０ｇを含む磁気回路３０を有する。リニアモータ１００は、磁気的空隙３０ｇにおいて可動子１０に可動方向の推力を生じさせるエネルギー変換機構として機能する。図１～図４では、リニアモータ１００は、可動方向がＹ軸方向と一致するように配置されている

（可動子）
可動子１０は、コイル１２と、コイル１２をＹ軸方向に移動可能に支持する支持機構（不図示）と、を含む。コイル１２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に延在してＺ軸方向に薄い板状の部材である。平面視において、コイル１２は、Ｘ軸方向に平行な２辺とＹ軸方向に平行な２辺とを有し、四隅がＲ形状に丸められた略矩形の輪郭を有する。コイル１２は、有鉄芯コイルであってもよいが、この例では、空芯コイルである。コイル１２は、Ｚ軸の周りを周回するように巻かれたワイヤから構成されてもよい。コイル１２に駆動電流が流されると、コイル１２はＺ軸方向の磁束を発生する。

（固定子）
固定子２０は、界磁磁石２２と、第１ヨーク２４と、第２ヨーク２６と、スペーサ２８と、を含む。界磁磁石２２、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、磁気的空隙３０ｇに界磁磁界を形成する磁気回路３０を構成する。磁気的空隙３０ｇは、界磁磁石２２と第２ヨーク２６の間の空隙である。磁気的空隙３０ｇは界磁磁石２２および第２ヨーク２６それぞれに面している。

（ヨーク）
第１ヨーク２４および第２ヨーク２６の形状に限定はないが、この例では、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に延在してＺ軸方向に薄い板状の部材である。平面視において、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、Ｘ軸方向に平行な２辺とＹ軸方向に平行な２辺とを有する略矩形の輪郭を有する。第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、公知の様々な軟磁性材料で形成されてもよい。この例では、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、軟磁性鋼板で形成されている。第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、Ｚ軸方向に離れて互いに平行に配置されている。特に、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６は、互いに対向するように配置されている。

第１ヨーク２４および第２ヨーク２６の磁気的空隙３０ｇ側の表面は、Ｚ軸に直交する平面に平行に設けられている。図２の例では、第１ヨーク２４および第２ヨーク２６それぞれのＸ軸方向の両端近傍には、それぞれ３つの孔２４ｈが設けられている。３つの孔２４ｈは所定の間隔でＹ軸方向に配列されている。各孔２４ｈはＺ軸方向に貫通している。孔２４ｈは、第１ヨーク２４と第２ヨーク２６とを固定するためのボルト１８ｂを挿通させるためのボルト孔である。

（界磁磁石）
界磁磁石２２は、磁気的空隙３０ｇに界磁磁界を形成する磁束の供給源として機能する。界磁磁石２２は、１または複数の磁石を含んでもよい。この例では、互いにＹ軸方向に隣接して配列された２個の磁石２２ｂを含んでいる。各磁石２２ｂは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に延在してＺ軸方向に薄い板状の部材である。平面視において、各磁石２２ｂは、Ｘ軸方向に平行な２辺とＹ軸方向に平行な２辺とを有する略矩形の輪郭を有する。各磁石２２ｂの磁気的空隙３０ｇ側の表面は、Ｚ軸に直交する平面に平行に設けられている。各磁石２２ｂは、公知の様々な磁石材料で形成されてもよい。この例では、各磁石２２ｂは、ＮｄＦｅＢなどの希土類磁石材料で形成されている。第１ヨーク２４と第２ヨーク２６との間において磁界を形成する磁石は、界磁磁石２２だけである。界磁磁石２２は、対向する２つのヨークの一方である第１ヨーク２４にのみ設けられており、第２ヨーク２６には設けられていない。

界磁磁石２２はＺ軸方向に磁化され、界磁磁石２２の磁気的空隙３０ｇ側の表面には、１または複数の磁極が設けられている。図２の例では一方の磁石２２ｂの上面（磁気的空隙３０ｇ側の表面）にはＮ極の磁極が設けられており、他方の磁石２２ｂの上面（磁気的空隙３０ｇ側の表面）にはＳ極の磁極が設けられている。各磁石２２ｂの磁極は磁気的空隙３０ｇにＺ軸方向の界磁磁界を発生させる。界磁磁石２２は、公知の様々な手段によって第１ヨーク２４に固定されてもよい。この例では、界磁磁石２２は、接着により第１ヨーク２４に固定されている。

（スペーサ）
スペーサ２８は、第１ヨーク２４と第２ヨーク２６のＺ軸方向の間隔を保持する部材として機能する。スペーサ２８は、１または複数のスペーサを含んでもよい。この例では、互いにＸ軸方向に離間して配列された一対のスペーサ２８ｂを含んでいる。各スペーサ２８ｂは、第１ヨーク２４と第２ヨーク２６のＸ軸方向の両端近傍に配置されている。各スペーサ２８ｂは正面視の断面が略矩形の輪郭を有し、Ｙ軸方向に伸びる角柱状の部材である。一例として、各スペーサ２８ｂは、非磁性のステンレス材料で形成されてもよい。図２の例では、各スペーサ２８ｂには、所定の間隔でＹ軸方向に配列された３つの孔２８ｈが設けられており、各孔２８ｈはＺ軸方向に貫通している。各孔２８ｈは、第１ヨーク２４と第２ヨーク２６とを固定するためのボルト１８ｂを挿通させるためのボルト孔である。各孔２８ｈは、各ヨークの孔２４ｈと対応する位置に設けられている。

第１ヨーク２４と第２ヨーク２６とは、ボルト１８ｂを第１ヨーク２４の孔２４ｈと、スペーサ２８ｂの孔２８ｈと、第２ヨーク２６の孔２４ｈと、に挿入し、ナット（不図示）を螺合させることにより、互いに固定されてもよい。

次に、図４を参照して各部の大きさについて説明する。図４は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図４には、各部のＺ軸方向に沿った高さ方向の寸法として、Ｔ１、Ｔ２、Ｍ１、Ｇ１、Ｄ１が示されている。Ｔ１は、第１ヨーク２４の高さ方向の寸法であり、Ｔ２は、第２ヨーク２６の高さ方向の寸法である。Ｔ１は、第１ヨーク２４の磁石２２ｂ側の表面から反対側の表面までのＺ軸方向寸法と定義してもよい。Ｍ１は、磁石２２ｂの高さ方向の寸法である。Ｍ１は、磁石２２ｂの第１ヨーク２４側の表面から第２ヨーク２６側の表面までのＺ軸方向寸法と定義してもよい。Ｇ１は、磁気的空隙３０ｇの高さ方向の寸法である。Ｇ１は、磁石２２ｂの第２ヨーク２６側の表面から、第２ヨーク２６の磁石２２ｂ側の表面までのＺ軸方向距離と定義してもよい。Ｄ１は、第１ヨーク２４と第２ヨーク２６の間の間隔である。Ｄ１は、第１ヨーク２４の磁石２２ｂ側の表面から、第２ヨーク２６の磁石２２ｂ側の表面までのＺ軸方向距離と定義してもよい。

Ｔ１、Ｔ２が大きすぎると、リニアモータ１００の高さ寸法が過大になり、リニアモータ１００の組み込み可能な機器の範囲が限定されうる。Ｔ１、Ｔ２が小さすぎると、磁束が飽和して第２ヨーク２６から外部へ漏れる磁束が増え、外部機器の計測精度の低下の原因となりうる。Ｔ１、Ｔ２は、これらの観点から所望の漏れ磁束の大きさに応じて、設定されてもよい。Ｔ２はＴ１以上またはＴ１未満に設定されてもよい。図１の例では、Ｔ２はＴ１と等しい。

Ｍ１が大きすぎると、それだけＧ１が小さくなり、磁石２２ｂがコイル１２に接触する可能性が高くなる。Ｍ１が小さすぎると、磁気的空隙３０ｇの界磁磁界が弱くなりコイル１２の推力が不足するおそれがあり、磁石２２ｂの高温減磁の原因となりうる。Ｍ１は、これらの観点から所望の推力を確保しつつ、コイル１２との接触の可能性が実用的な範囲内となるように設定されてもよい。

Ｇ１が大きすぎると、それだけＭ１が小さくなり、推力が不足するおそれがあり、また磁石２２ｂの高温減磁の原因となりうる。Ｇ１が小さすぎると、磁石２２ｂがコイル１２に接触する可能性が高くなる。Ｇ１は、これらの観点から高温減磁の可能性およびコイル１２との接触の可能性が実用的な範囲内となるように設定されてもよい。

Ｄ１が一定である場合、Ｍ１とＧ１とは、一方を大きくすると他方が小さくなる関係にある。Ｇ１はＭ１の３倍以下、好ましくは、Ｇ１はＭ１の２倍以下となるように設定されてもよい。これらの範囲では、上述の推力や高温減磁の観点において実用的な特性が得られることがシミュレーションにより確認されている。シミュレーションによると、Ｇ１がＭ１の３倍を超えると磁気回路３０の磁気抵抗が大きくなりすぎリニアモータの効率が低下しうる。なお、Ｇ１はＭ１の０．５倍以上であってもよい。この範囲では、コイル１２との接触の可能性が実用的な範囲内となる。

このように構成された第１実施形態に係るリニアモータ１００の動作について説明する。磁気的空隙３０ｇの界磁磁界中に配置されたコイル１２に駆動電流が与えられると、フレミングの法則に従ってコイル１２にＹ軸方向の推力が生まれる。この推力により、コイル１２に接続された外部部材（不図示）がＹ軸方向に駆動される。

［第２実施形態］
図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るリニアモータ２００について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るリニアモータ２００を示す正面図である。図５は、図１に対応する。第２実施形態に係るリニアモータ２００は、第１実施形態に係るリニアモータ１００に対して、別の固定子２０（Ｂ）と、別の可動子１０（Ｂ）と、が設けられている点で相違し、他の構成は同様である。重複する説明を省略し、相違する構成について重点的に説明する。

外部機器の各部を個別に駆動するために、複数のリニアモータを高さ方向に配列して使用することが考えられる。この場合には、リニアモータをさらに高さ方向に薄く構成することが望ましい。第２実施形態に係るリニアモータ２００は、このような課題に基づき案出されたものであり、複数の駆動対象を個別に駆動するリニアモータを高さ方向に薄く構成することができる。リニアモータ２００は、複数のリニアモータが配列されたリニアモータアレイとして機能する。

リニアモータ２００は、可動子１０と、固定子２０と、別の可動子１０（Ｂ）と、別の固定子２０（Ｂ）と、を備える。可動子１０と、固定子２０と、については第１実施形態のリニアモータ１００と同様であり、第１実施形態の説明はこれらの構成要素に適用されうる。

別の固定子２０（Ｂ）は、第２ヨーク２６の界磁磁石２２とは反対側にＺ軸方向に積層されている。別の固定子２０（Ｂ）は磁気的空隙３６ｇを含む磁気回路３６を有する。リニアモータ２００は、磁気的空隙３６ｇにおいて別の可動子１０（Ｂ）に可動方向の推力を生じさせる。図５の例では、別の可動子１０（Ｂ）の可動方向は、可動子１０の可動方向と同様にＹ軸方向と平行に設定されている。

（別の可動子）
別の可動子１０（Ｂ）は、コイル１４と、コイル１４をＹ軸方向に移動可能に支持する支持機構（不図示）と、を含む。コイル１４は、第１実施形態のコイル１２と同様であり、第１実施形態の説明はコイル１４に適用されうる。

（別の固定子）
別の固定子２０（Ｂ）は、界磁磁石３２と、第３ヨーク３４と、スペーサ２８と、を含む。界磁磁石３２と、第３ヨーク３４は、磁気的空隙３６ｇに界磁磁界を形成する磁気回路３６を構成する。磁気的空隙３６ｇは、界磁磁石２２と第３ヨーク３４の間の空隙である。磁気的空隙３６ｇは界磁磁石３２および第３ヨーク３４それぞれに面している。スペーサ２８は、第１実施形態のスペーサ２８と同様である。

第３ヨーク３４は、第１実施形態の第２ヨーク２６と同様であり、第１実施形態の説明は第３ヨーク３４に適用されうる。第３ヨーク３４は、第２ヨーク２６からＺ軸方向で上方に離れて、第２ヨーク２６と平行に配置されている。第３ヨーク３４は、磁気的空隙３６ｇと、界磁磁石３２と、を挟んで第２ヨーク２６と対向している。つまり、リニアモータ２００は、下から順に積層された第１ヨーク２４、界磁磁石２２、磁気的空隙３０ｇ、第２ヨーク２６、界磁磁石３２、磁気的空隙３６ｇおよび第３ヨーク３４を含んでいる。

（界磁磁石）
界磁磁石３２は、磁気的空隙３６ｇに界磁磁界を形成する。界磁磁石３２は、互いにＹ軸方向に隣接して配列された２個の磁石３２ｂを含んでいる。各磁石３２ｂは、第１実施形態の磁石２２ｂと同様であり、第１実施形態の説明は各磁石３２ｂに適用されうる。界磁磁石３２は、第２ヨーク２６にのみ設けられており、第３ヨーク３４には設けられていない。図５の符号Ｃの枠内の図は、各磁石の磁化方向を模式的に示す部分図である。界磁磁石３２はＺ軸方向に磁化されている。一方の磁石３２ｂの上面（磁気的空隙３６ｇ側の表面）にはＮ極の磁極が設けられており、他方の磁石３２ｂの上面（磁気的空隙３６ｇ側の表面）にはＳ極の磁極が設けられている。各磁石３２ｂの磁極は磁気的空隙３６ｇにＺ軸方向の界磁磁界を発生させる。界磁磁石３２は、接着により第２ヨーク２６に固定されてもよい。

第２ヨーク２６と第３ヨーク３４との間において磁界を形成する磁石は、界磁磁石３２だけである。界磁磁石３２は、対向する２つのヨークの一方である第２ヨーク２６にのみ設けられており、第３ヨーク３４には設けられていない。

リニアモータ２００では、上面にＮ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの上方に配置された磁石３２ｂの上面にはＮ極の磁極が設けられており、上面にＳ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの上方に配置された磁石３２ｂの上面にはＳ極の磁極が設けられている。

第１ヨーク２４と第２ヨーク２６と第３ヨーク３４とは、それぞれの間にスペーサ２８ｂを挟んでＺ軸方向に沿って高さ方向に積層され、ボルトおよびナットにより互いに固定されてもよい。

別の固定子２０（Ｂ）の各部の寸法は、固定子２０の各部の寸法に対応しており、固定子２０の寸法Ｔ１、Ｔ２、Ｍ１、Ｇ１およびＤ１はそれぞれ別の固定子２０（Ｂ）の対応する各部の寸法に適用されてもよい。

このように構成された第２実施形態に係るリニアモータ２００の動作について説明する。各磁気的空隙３０ｇ、３６ｇの界磁磁界中に配置された各コイル１２、１４に駆動電流が与えられると、フレミングの法則に従って各コイル１２、１４にＹ軸方向の推力が生まれる。この推力により、各コイル１２、１４に接続された各外部部材（不図示）がＹ軸方向に駆動される。コイル１２とコイル１４とは互いに独立して駆動されてもよい。

［第３実施形態］
図６を参照して、本発明の第３実施形態に係るリニアモータ３００について説明する。リニアモータ３００は、複数のリニアモータが配列されたリニアモータアレイとして機能する。図６は、本発明の第３実施形態に係るリニアモータ３００を示す正面図である。図６は、図１に対応する。第３実施形態に係るリニアモータ３００は、第２実施形態に係るリニアモータ２００に対して、別の固定子２０（Ｂ）および別の可動子１０（Ｂ）の配置が異なり、他の構成は同様である。重複する説明を省略し、相違する構成について重点的に説明する。

リニアモータ３００は、可動子１０と、固定子２０と、別の可動子１０（Ｂ）と、別の固定子２０（Ｂ）と、を備える。可動子１０、固定子２０、別の可動子１０（Ｂ）および別の固定子２０（Ｂ）の各部材の構成については第２実施形態のリニアモータ２００と同様であり、第２実施形態の説明はこれらの部材に適用されうる。第３実施形態のリニアモータ３００では、固定子２０の下側に別の可動子１０（Ｂ）および別の固定子２０（Ｂ）が設けられる。

リニアモータ３００は、第１ヨーク２４と、界磁磁石２２と、磁気的空隙３０ｇと、第２ヨーク２６と、界磁磁石３２と、磁気的空隙３６ｇと、第３ヨーク３４と、を含んでいる。界磁磁石３２は、第１ヨーク２４の界磁磁石２２とは反対側の下面に固定される。界磁磁石３２は、第１ヨーク２４に接着により固定されてもよい。磁気的空隙３６ｇは、界磁磁石３２の第１ヨーク２４とは反対側の下側に設けられる。第３ヨーク３４は、磁気的空隙３６ｇの界磁磁石３２とは反対側の下側に設けられる。界磁磁石３２と、第３ヨーク３４は、磁気的空隙３６ｇに界磁磁界を形成する磁気回路３６を構成する。つまり、リニアモータ３００は、下から順に積層された第３ヨーク３４、磁気的空隙３６ｇ、界磁磁石３２、第１ヨーク２４、界磁磁石２２、磁気的空隙３０ｇおよび第２ヨーク２６を含んでいる。磁気的空隙３６ｇは界磁磁石３２および第３ヨーク３４それぞれに面している。

第１ヨーク２４と第３ヨーク３４との間において磁界を形成する磁石は、界磁磁石３２だけである。界磁磁石３２は、対向する２つのヨークの一方である第１ヨーク２４にのみ設けられており、第３ヨーク３４には設けられていない。

図６の符号Ｄの枠内の図は、各磁石の磁化方向を模式的に示す部分図である。リニアモータ３００では、上面にＮ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの下方に配置された磁石３２ｂの上面にはＮ極の磁極が設けられており、上面にＳ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの下方に配置された磁石３２ｂの上面にはＳ極の磁極が設けられている。

このように構成された第３実施形態に係るリニアモータ３００の動作について説明する。各磁気的空隙３０ｇ、３６ｇの界磁磁界中に配置された各コイル１２、１４に駆動電流が与えられると、フレミングの法則に従って各コイル１２、１４にＹ軸方向の推力が生まれる。この推力により、各コイル１２、１４に接続された各外部部材（不図示）がＹ軸方向に駆動される。コイル１２とコイル１４とは互いに独立して駆動されてもよい。

［第４実施形態］
図７を参照して、本発明の第４実施形態に係るリニアモータ４００について説明する。リニアモータ４００は、複数のリニアモータが配列されたリニアモータアレイとして機能する。図７は、本発明の第４実施形態に係るリニアモータ４００を示す正面図である。図７は、図１に対応する。第４実施形態に係るリニアモータ４００は、第２実施形態に係るリニアモータ２００に対して、別の固定子２０（Ｂ）および別の可動子１０（Ｂ）の配置が異なり、他の構成は同様である。重複する説明を省略し、相違する構成について重点的に説明する。

リニアモータ４００は、可動子１０と、固定子２０と、別の可動子１０（Ｂ）と、別の固定子２０（Ｂ）と、を備える。可動子１０、固定子２０、別の可動子１０（Ｂ）および別の固定子２０（Ｂ）の各部材の構成については第２実施形態のリニアモータ２００と同様であり、第２実施形態の説明はこれらの部材に適用されうる。第４実施形態のリニアモータ４００では、固定子２０の上側に別の可動子１０（Ｂ）および別の固定子２０（Ｂ）が設けられる。

リニアモータ４００は、第１ヨーク２４と、界磁磁石２２と、磁気的空隙３０ｇと、第２ヨーク２６と、界磁磁石３２と、磁気的空隙３６ｇと、第３ヨーク３４と、を含んでいる。磁気的空隙３６ｇは、第２ヨーク２６の磁気的空隙３０ｇとは反対側の上側に設けられる。界磁磁石３２は、磁気的空隙３６ｇの第２ヨーク２６とは反対側の上側に設けられる。第３ヨーク３４は、界磁磁石３２の磁気的空隙３６ｇとは反対側の上側に設けられる。界磁磁石３２は、第３ヨーク３４に固定される。界磁磁石３２は、接着により第３ヨーク３４の下面に固定されてもよい。界磁磁石３２と、第３ヨーク３４は、磁気的空隙３６ｇに界磁磁界を形成する磁気回路３６を構成する。つまり、リニアモータ４００は、下から順に積層された第１ヨーク２４、界磁磁石２２、磁気的空隙３０ｇ、第２ヨーク２６、磁気的空隙３６ｇ、界磁磁石３２および第３ヨーク３４を含んでいる。磁気的空隙３６ｇは界磁磁石３２および第２ヨーク２６それぞれに面している。

第２ヨーク２６と第３ヨーク３４との間において磁界を形成する磁石は、界磁磁石３２だけである。界磁磁石３２は、対向する２つのヨークの一方である第３ヨーク３４にのみ設けられており、第２ヨーク２６には設けられていない。

図７の符号Ｅの枠内の図は、各磁石の磁化方向を模式的に示す部分図である。リニアモータ４００では、上面にＮ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの上方に配置された磁石３２ｂの上面にはＮ極の磁極が設けられており、上面にＳ極の磁極が設けられた磁石２２ｂの上方に配置された磁石３２ｂの上面にはＳ極の磁極が設けられている。

このように構成された第４実施形態に係るリニアモータ４００の動作について説明する。各磁気的空隙３０ｇ、３６ｇの界磁磁界中に配置された各コイル１２、１４に駆動電流が与えられると、フレミングの法則に従って各コイル１２、１４にＹ軸方向の推力が生まれる。この推力により、各コイル１２、１４に接続された各外部部材（不図示）がＹ軸方向に駆動される。コイル１２とコイル１４とは互いに独立して駆動されてもよい。

以上、本発明の幾つかの実施形態をもとに説明した。これらの各実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、各実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。各実施形態と重複する説明を適宜省略し、各実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

（第１変形例）
上述の各実施形態の説明では、各ヨークの表面が平坦である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ヨークの表面は必要に応じて凸部または凹部が設けられてもよい。特に、ヨークの磁気的空隙側の面は、Ｚ軸方向に沿った高さ寸法が各領域の磁束密度に応じて大きくまたは小さく形成されてもよい。磁束密度の高い領域には、Ｚ軸方向に沿った高さ寸法が周囲の領域より大きい肉厚領域が設けられてもよい。肉厚領域が設けられることにより、その領域の磁気飽和を緩和し、漏れ磁束を抑制しうる。磁束密度の低い領域には、Ｚ軸方向に沿った高さ寸法が周囲の領域より小さい肉薄領域が設けられてもよい。肉薄領域が設けられることにより、その削減した空間を有効利用してリニアモータやリニアモータを搭載する機器を小型化しうる。また、その削減した空間に応じて質量が減少し、リニアモータやリニアモータを搭載する機器を軽量化しうる。

図８は、第１変形例に係るリニアモータ５００を示す正面図である。図８は、図１に対応する。第１変形例に係るリニアモータ５００は、第１実施形態に係るリニアモータ１００に対して、第２ヨーク２６に肉厚領域２６ｔが設けられている点で相違し、他の構成は同様である。重複する説明を省略し、相違する構成について重点的に説明する。肉厚領域２６ｔが設けられた第２ヨーク２６を第２ヨーク２６（Ｂ）と表記する。

リニアモータ５００は、第１ヨーク２４と、界磁磁石２２と、コイル１２と、第２ヨーク２６（Ｂ）と、スペーサ２８と、を含む。第１ヨーク２４、界磁磁石２２、コイル１２およびスペーサ２８については第１実施形態のリニアモータ１００と同様であり、第１実施形態の説明はこれらの部材に適用されうる。第２ヨーク２６（Ｂ）は、第２ヨーク２６に対して、肉厚領域２６ｔが設けられている点で相違し、他の特徴は同様であり、第１実施形態の説明は第２ヨーク２６（Ｂ）に適用されうる。

肉厚領域２６ｔのＸ軸方向の位置や大きさは、磁束密度分布に応じて設定されてもよい。肉厚領域２６ｔのＸ軸方向の位置は、界磁磁石２２のＸ軸方向の位置に対応して設定されてもよい。肉厚領域２６ｔのＸ軸方向の寸法Ｗｔは、界磁磁石２２のＸ軸方向の大きさに対応して設定されてもよい。図８の例では、肉厚領域２６ｔの寸法Ｗｔは、界磁磁石２２のＸ軸方向の寸法Ｗｍと実質的に等しく設定されている。本明細書において、寸法Ｗｔが寸法Ｗｍの７０％～１３０％の範囲内である場合、寸法Ｗｔは寸法Ｗｍと実質的に等しいという。

図８の符号Ｆの枠内の図は、肉厚領域２６ｔと周囲の領域と段差Ｓｔ（Ｚ軸方向の寸法差）の周辺を拡大して示す部分図である。肉厚領域２６ｔと周囲の領域と段差Ｓｔは、磁束密度分布に応じて設定されてもよい。図８の例では、段差Ｓｔは、肉厚領域２６ｔのＺ軸方向の寸法Ｔ３の５％～２０％の範囲内に設定されている。

第２ヨーク２６（Ｂ）の肉厚領域２６ｔは、別部材を高さ方向に積層して形成されてもよく、一体の材料から周囲領域を削って形成されてもよい。リニアモータ５００は、肉厚領域２６ｔを備えることにより、磁気飽和を緩和し、漏れ磁束を抑制しうる。

（第２変形例）
上述の各実施形態の説明では、各ヨークが平坦な部材であり、これらのヨークのＺ軸方向の間隔を保持するためにスペーサ２８を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。これらのヨークの一部または全部は、屈曲した部分を有していてもよい。例えば、Ｚ軸方向に対向する２枚のヨークの一方のＸ軸方向の端部が他方のヨークに向かって屈曲してもよい。また、この屈曲した部分を他方のヨークに固定してもよい。

図９は、第２変形例に係るリニアモータ６００を示す正面図である。図９は、図１に対応する。第２変形例に係るリニアモータ６００は、第１実施形態に係るリニアモータ１００に対して、第２ヨーク６２６に屈曲部６２６ｂが設けられ、屈曲部６２６ｂの先に設けられた接続部６２６ｃが第１ヨーク２４に固定されている点で相違し、他の構成は同様である。重複する説明を省略し、相違する構成について重点的に説明する。

第２ヨーク６２６は、第２ヨーク２６に対して、本体部６２６ａ、一対の屈曲部６２６ｂおよび一対の接続部６２６ｃを含む点で相違し、他の特徴は同様である。本体部６２６ａは、第１ヨーク２４と平行にＸ軸方向に延在する部分である。一対の屈曲部６２６ｂは、本体部６２６ａのＸ軸方向の端部において第１ヨーク２４に向かって略９０度に屈曲する部分である。各接続部６２６ｃは、各屈曲部６２６ｂの本体部６２６ａとは反対側から略Ｚ軸方向に延在する部分である。各接続部６２６ｃは、公知の接続手段により第１ヨーク２４に固定されてもよい。図９の例では、一対の接続部６２６ｃは、第１ヨーク２４をＸ軸方向の両側から挟む形状を有し、各接続部６２６ｃは、第１ヨーク２４のＸ軸方向の端面に、ボルト６１８によって固定されている。

第２変形例に係るリニアモータ６００は、少ない部品点数で構成することが可能であり、組立の手間を減らすことができる。上述の各リニアモータの各ヨークには、第２ヨーク６２６のような屈曲部を有するヨークを適用することができる。

（第３変形例）
上述の各実施形態の説明では、界磁磁石２２が２個の磁石２２ｂを含む例について説明したが、本発明はこれに限定されない。界磁磁石は、１個または３個以上の磁石を含んでもよい。

（第４変形例）
上述の各実施形態の説明では、各可動子が１個のコイルを含む例について説明したが、本発明はこれに限定されない。各可動子は２個以上のコイルを含んでもよい。

（第５変形例）
上述の各実施形態の説明では、各ヨークの間に２個のスペーサが設けられ、各ヨークと２個のスペーサとを正面視で矩形に組み合わせた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。スペーサは各ヨークのＸ軸方向の一方の端部間にのみ設けられ、各ヨークのＸ軸方向の他方の端部間は開放されていてもよい。この場合、各ヨークと１個のスペーサとは、正面視で横向きのＵ字形を形成するように組み合わせされてもよい。

（第６変形例）
上述の第２～第４実施形態の説明では、リニアモータがＺ軸方向に沿った高さ方向に積層された２組の固定子と可動子とを備える例について説明したが、本発明はこれに限定されない。リニアモータは、高さ方向に積層された３組以上の固定子と可動子とを備えてもよい。

（第７変形例）
上述の各実施形態の説明では、各固定子は各可動子を同一の方向に駆動するように配置される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。各固定子は、各可動子を平面視において互いに交差する方向に駆動するように配置されてもよい。例えば、固定子２０は可動子１０をＹ軸方向に駆動するように配置され、固定子２０（Ｂ）は可動子１０（Ｂ）をＸ軸方向に駆動するように配置されてもよい。

本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様のリニアモータ１００は、磁気的空隙３０ｇにおいて可動方向（Ｙ軸方向）に移動可能に設けられる可動子１０と、互いに対向するように、可動方向（Ｙ軸方向）と直交する第１方向（Ｚ軸方向）に離隔して配置された第１ヨーク２４及び第２ヨーク２６と、第１ヨーク２４に固定され、磁気的空隙３０ｇを介して第２ヨーク２６と対向し、磁気的空隙３０ｇに界磁磁界を形成する界磁磁石２２と、を備え、磁気的空隙３０ｇは第２ヨーク２６に面している。この態様によると、界磁磁石２２が第１ヨーク２４にのみ設けられ、第２ヨーク２６には設けられていないので、それに応じて第１方向（Ｚ軸方向）の寸法を小さくすることができ、また漏れ磁束の増大を抑制することができる。このため、リニアモータによって駆動される装置の特性に影響を与える可能性を低減することが期待される。

別の磁気的空隙３６ｇにおいて移動可能に設けられる別の可動子１０（Ｂ）と、第２ヨーク２６と対向するように、第２ヨーク２６の第１ヨーク２４とは反対側に離隔して配置された第３ヨーク３４と、第２ヨーク２６に固定され、別の磁気的空隙３６ｇを介して第３ヨーク３４と対向し、別の磁気的空隙３６ｇに別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石３２と、をさらに備え、別の磁気的空隙３６ｇは第３ヨーク３４に面していてもよい。この場合、別の界磁磁石３２を第２ヨーク２６にのみ設けるので、それに応じて第１方向の寸法を小さくすることができる。特に、複数のリニアモータを単純に積み重ねた場合に比べて、第２ヨーク２６を共用するので、第１方向の寸法を一層小さくすることができる。

別の磁気的空隙３６ｇにおいて移動可能に設けられる別の可動子１０（Ｂ）と、第１ヨーク２４と対向するように、第１ヨーク２４の第２ヨーク２６とは反対側に離隔して配置された第３ヨーク３４と、第２ヨーク２６に固定され、別の磁気的空隙３６ｇを介して第３ヨーク３４と対向し、別の磁気的空隙３６ｇに別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石３２と、をさらに備え、別の磁気的空隙３６ｇは第３ヨーク３４に面していてもよい。この場合、別の界磁磁石３２を第２ヨーク２６にのみ設けるので、それに応じて第１方向の寸法を小さくすることができる。特に、複数のリニアモータを単純に積み重ねた場合に比べて、第１ヨーク２４を共用するので、第１方向の寸法を一層小さくすることができる。

別の磁気的空隙３６ｇにおいて移動可能に設けられる別の可動子１０（Ｂ）と、第２ヨーク２６と対向するように、第２ヨーク２６の第１ヨーク２４とは反対側に離隔して配置された第３ヨーク３４と、第３ヨーク３４に固定され、別の磁気的空隙３６ｇを介して第２ヨーク２６と対向し、別の磁気的空隙３６ｇに別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石３２と、をさらに備え、磁気的空隙３６ｇは第２ヨーク２６に面していてもよい。この場合、別の界磁磁石３２を第３ヨーク３４にのみ設けるので、それに応じて第１方向の寸法を小さくすることができる。特に、複数のリニアモータを単純に積み重ねた場合に比べて、第２ヨーク２６を共用するので、第１方向の寸法を一層小さくすることができる。

界磁磁石２２は、可動方向（Ｙ軸方向）に配列された２以上の磁石を含んでもよい。この場合、界磁磁石を多極化することが可能になり、多極化に応じて推力定数を高めることができる。

磁気的空隙３０ｇの第１方向（Ｚ軸方向）の寸法Ｇ１は、界磁磁石２２の第１方向の寸法Ｍ１の３倍以下であってもよい。この場合、寸法Ｇ１が寸法Ｍ１の３倍を超える場合に比べて、推力定数を高めモータの効率の低下を抑制することができる。

１０・・可動子、１２、１４・・コイル、２０・・固定子、２２・・界磁磁石、２４・・第１ヨーク、２６・・第２ヨーク、２６ｔ・・肉厚領域、３０、３６・・磁気回路、３０ｇ、３６ｇ・・磁気的空隙、３２・・界磁磁石、３４・・第３ヨーク、１００、２００、３００、４００、５００・・リニアモータ。

Claims

磁気的空隙において可動方向に移動可能に設けられる可動子と、
互いに対向するように、前記可動方向と直交する第１方向に離隔して配置された第１ヨーク及び第２ヨークと、
前記第１ヨークに固定され、前記磁気的空隙を介して前記第２ヨークと対向し、前記磁気的空隙に界磁磁界を形成する界磁磁石と、
を備え、
前記可動方向および前記第１方向それぞれに直交する第２方向に離隔して配置され、前記第１ヨークと前記第２ヨークの間の前記第１方向の間隔を保持する第１スペーサおよび第２スペーサを有し、
前記可動子は、前記可動方向および前記第２方向に延在する単一のコイルを含み、
前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、前記可動方向から見たときに、前記コイルと重複しない位置において前記コイルを挟んで配置され、
前記磁気的空隙は前記第２ヨークに面しており、
前記可動方向の幅において、前記コイルの幅は前記第１ヨークおよび前記第２ヨークの幅よりも小さく、
前記コイルの前記第２方向幅は、前記界磁磁石の前記第２方向幅よりも大きく、前記第１スペーサと前記第２スペーサの間の間隔よりも小さいことを特徴とするリニアモータ。
前記第１ヨークと前記第２ヨークは、前記コイルの前記可動方向の最大幅よりも狭い間隔で、前記可動方向に互いに離れて配置される複数のボルトによって互いに固定されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
前記第１ヨークおよび前記第２ヨークは、軟磁性鋼板で形成されており、
前記第１スペーサおよび前記第２スペーサは、非磁性のステンレス材料で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
別の磁気的空隙において移動可能に設けられる別の可動子と、
前記第２ヨークと対向するように、前記第２ヨークの前記第１ヨークとは反対側に離隔して配置された第３ヨークと、
前記第２ヨークに固定され、前記別の磁気的空隙を介して前記第３ヨークと対向し、前記別の磁気的空隙に別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石と、
をさらに備え、
前記別の磁気的空隙は前記第３ヨークに面しており、
前記界磁磁石および前記別の界磁磁石は、前記第１方向に磁化されており、
前記界磁磁石の前記第１方向で前記別の界磁磁石側の表面の磁極と、前記別の界磁磁石の前記第１方向で前記界磁磁石側の表面の磁極と、は互いに逆極性であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
別の磁気的空隙において移動可能に設けられる別の可動子と、
前記第１ヨークと対向するように、前記第１ヨークの前記第２ヨークとは反対側に離隔して配置された第３ヨークと、
前記第１ヨークに固定され、前記別の磁気的空隙を介して前記第３ヨークと対向し、前記別の磁気的空隙に別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石と、
をさらに備え、
前記別の磁気的空隙は前記第３ヨークに面しており、
前記界磁磁石および前記別の界磁磁石は、前記第１方向に磁化されており、
前記界磁磁石の前記第１方向で前記別の界磁磁石側の表面の磁極と、前記別の界磁磁石の前記第１方向で前記界磁磁石側の表面の磁極と、は互いに逆極性であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
別の磁気的空隙において移動可能に設けられる別の可動子と、
前記第２ヨークと対向するように、前記第２ヨークの前記第１ヨークとは反対側に離隔して配置された第３ヨークと、
前記第３ヨークに固定され、前記別の磁気的空隙を介して前記第２ヨークと対向し、前記別の磁気的空隙に別の界磁磁界を形成する別の界磁磁石と、
をさらに備え、
前記別の磁気的空隙は前記第２ヨークに面しており、
前記界磁磁石および前記別の界磁磁石は、前記第１方向に磁化されており、
前記界磁磁石の前記第１方向で前記別の界磁磁石側の表面の磁極と、前記別の界磁磁石の前記第１方向で前記界磁磁石側の表面の磁極と、は互いに逆極性であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のリニアモータ。