JPWO2007013289A1 - リニアモータ - Google Patents

Abstract

リニアモータ本来の推力発生方向に対し、それに直交する非推力方向へリニアモータが変位しても、所望の推進力が維持されるリニアモータを提供する。界磁となる永久磁石（１）と永久磁石（１）に磁気的空隙をおいて対向配置されるコイル（２）とからなり、永久磁石（１）とコイル（２）のいずれか一方が可動子であり他方が固定子であるリニアモータにおいて、可動子に生じる推力発生方向と直交する方向の永久磁石１の長さが、可動子が前記直交方向に変位してもコイル（２）の直交方向の端部が永久磁石１の直交方向の端部からはみ出ない長さとした。

Description

本発明は、半導体関連製造装置、実装機械、加工機械などの産業用装置に実用されているリニアモータに関する。

本発明は、例えば、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータに関し、永久磁石よりなる界磁を可動子とし、電機子コイルを有した電機子を固定子として構成するム−ビングマグネット形（Ｍｏｖｉｎｇ Ｍａｇｎｅｔ）形リニアモータや、または電機子コイルを可動子とし、永久磁石を固定子として構成するム−ビングコイル形（Ｍｏｖｉｎｇ Ｃｏｉｌ）形リニアモータに関する。
従来、電気部品実装装置、半導体関連装置あるいは工作機械などの各種産業機械に使用されると共に、その直動機構の駆動用に好適なリニアモータは、図５に示すようになっている。図５はム−ビングマグネット形リニアモータの従来技術を示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線に沿う正断面図であり、（ａ）は（ｂ）の矢視Ａから透視した図に相当する。
図５において、２１は固定ベース、２２はマグネットトラック、２３は界磁永久磁石、２４は界磁ヨーク、２５はガイドレール、２６はガイドブロック、２７はセンサヘッド、２８はリニアスケール部、２９はストッパ、３０は電機子、３１は電機子コイル、３２は結線基板である。
リニアモータは、界磁永久磁石２３の背面に界磁ヨーク２４を設けて、界磁ヨーク２４が可動子と磁気回路を兼用している。また、電機子３０は、結線基板３２上に固着されたスロットレスの電機子コイル３１を複数備えた構造を有すると共に、ソリッドの磁性部材でできた固定ベース２１上に可動子と磁気的空隙を介して配置されて、固定子を構成している。なお、結線基板３２には界磁永久磁石２３に対向するように磁極検出を行うための複数の図示しないホール素子を埋め込むようになっている。該ホール素子（不図示）は、電源をＯＮさせた初期の時点で何れかの、ホール素子から対向する界磁磁石の位置を検出して、検出された界磁磁石２３の位置に合わせて駆動電流を電機子コイル３１に流すための検出信号を出力する（例えば、特許文献１参照）。
この電機子３０の両側には、平行するガイドレール２５が固定ベース２１上に固定され、ガイドレール２５上には、該レール上を摺動するガイドブロック２６が界磁ヨーク２４の両端の下部に固定されている。さらに、可動子の側面には、リニア形のエンコーダを構成する磁気式のリニアスケール２８が配設され、このリニアスケール２８に対向するように固定ベース２１に該リニアスケール２８を検出するセンサヘッド２７が配設されている。それから、２本のガイドレール２５の端部の間には可動子のオーバランを防止するためのストッパ２９が設けられている。
このリニアモータは界磁永久磁石２３の磁束が、固定ベース２１に鎖交する磁気回路構造になっており、また、電機子コイル３１を励磁すると、界磁と電機子とで作られる移動磁界により可動子を、電機子長と可動子長の差であるストローク内で直線移動するようになっている（例えば、特許文献１および２を参照）。
特開平９−２６６６５９号公報（明細書第５頁、図３） 特開２００２−１０６１７（明細書第７頁〜９頁、図１、図３）

図６は従来の三相のＡＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、複数（図で６個）の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して複数（図で３個）のコイル２がＸ方向に平行にＹ方向に並設されている。
永久磁石１とコイル２は、ここではどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。可動子はＹ方向（図で上下方向）に距離Ａを移動することができる。
Ｘ方向には推進力が働かないので、永久磁石１のＸ方向の長さはコイル２のＸ方向の長さとほぼ等しいか若干小さめとなっている。

図７は従来のＤＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、２個の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して１個のコイル２がＸ方向に平行に配置されている。永久磁石１とコイル２は、ここでもどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。可動子はＹ方向（図で上下方向）に距離Ａを移動することができる。推力発生方向のストロークが短い場合などは、このような単純なＤＣリニアモータとするのが有利である。
なお、ここでもＸ方向には推進力が働かないので、永久磁石１のＸ方向の長さはコイル２のＸ方向の長さとほぼ等しいか若干小さめとなっている。

以上のように、従来のリニアモータは三相のＡＣリニアモータにあってもＤＣリニアモータにあっても、推力発生方向（Ｙ方向）のストロークに十分な永久磁石およびコイル長さしか有しておらず、推力方向に直交する非推力方向（Ｘ方向）に移動し、永久磁石１とコイル２の相対位置が変化した場合、推力に貢献しているその対向面積が減少し、推力低下を起こしていた。
従って、リニアモータを組み合わせて二方向以上の可動範囲を持つステージ構成とした場合、下位のリニアモータは上位のリニアモータ全体を抱えて可動する必要があり、リニアモータ全体を抱えて動く下位のリニアモータには高負荷となっていた。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、リニアモータ本来の推力発生方向に対し、それに直交する非推力方向へリニアモータが変位しても、所望の推進力が維持されるリニアモータを提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１記載のリニアモータの発明は、界磁となる永久磁石と前記永久磁石に磁気的空隙をおいて対向配置されるコイルとからなり、前記永久磁石と前記コイルのいずれか一方が可動子であり他方が固定子であるリニアモータにおいて、前記可動子に生じる推力発生方向と直交する方向の前記永久磁石の長さが、前記可動子が前記直交方向に変位しても前記コイルの前記直交方向の端部が前記永久磁石の前記直交方向の端部からはみ出ない長さであることを特徴としている。
請求項２記載のリニアモータの発明は、界磁となる永久磁石と前記永久磁石に磁気的空隙をおいて対向配置されるコイルとからなり、前記永久磁石と前記コイルのいずれか一方が可動子であり他方が固定子であるリニアモータにおいて、前記可動子に生じる推力発生方向と直交する方向の前記コイルの長さが、前記可動子が前記直交方向に変位しても前記永久磁石の前記直交方向の端部が前記コイルの前記直交方向の端部からはみ出ない長さであることを特徴としている。
請求項３記載のＤＣ単相リニアモータの発明は、請求項１又は２記載の前記永久磁石の複数個と前記コイルの１個とから成ることを特徴としている。
請求項４記載の交流３相リニアモータの発明は、請求項１又は２記載の前記永久磁石の複数個と前記コイルの複数個とから成ることを特徴としている。

請求項１および請求項２の発明によれば、下位のリニアモータは上位のリニアモータの全体を動かす必要はなく、上位リニアモータの可動子のみを動かしても推力発生に貢献している永久磁石とコイルの相対面積が変化することはなく、推力低下を招くことはない。
従って、下位リニアモータの負荷質量を大幅に軽減することが可能であり、装置小型化または装置高性能化などに大きく貢献することができる。
請求項３および請求項４の発明によれば、推力発生に貢献している永久磁石とコイルの相対面積が変化することのない、したがってまた、推力低下を招くことのないＤＣ単相リニアモータや交流３相リニアモータが得られる。

本発明の実施例１に係る３相ＡＣリニアモータの概略構成図である。 本発明の実施例２に係る３相ＡＣリニアモータの概略構成図である。 本発明の実施例３に係る単相ＤＣリニアモータの概略構成図である。 本発明の実施例４に係る単相ＤＣリニアモータの概略構成図である。 従来のム−ビングマグネット形リニアモータの概略構成図である。 従来の３相ＡＣリニアモータの概略構成図である。 従来のＤＣリニアモータの概略構成図である。

符号の説明

１ 永久磁石
２ コイル
２１ 固定ベース
２２ マグネットトラック
２３ 界磁永久磁石
２４ 界磁ヨーク
２５ ガイドレール
２６ ガイドブロック
２７ センサヘッド
２８ リニアスケール部
２９ ストッパ
３０ 電機子
３１ 電機子コイル
３２ 結線基板

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
〈実施例１〉
図１は、本発明の実施例１に係る三相ＡＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、複数（図で６個）の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して複数（図で３個）のコイル２がＸ方向に平行にＹ方向に並設されている。
永久磁石１とコイル２は、ここではどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。コイルに通電することにより、本リニアモータは図のＹ方向へ推力を発生する。また、本リニアモータ自身の推力方向ストロークは±Ａである。
本発明の実施例１によれば、永久磁石１のＸ方向の長さは、可動子がＸ方向に変位してもコイル２のＸ方向の端部が永久磁石１のＸ方向の端部からはみ出ない長さ（Ｘ方向永久磁石長≫Ｘ方向コイル長）としている。
このように構成することにより、例えば図のＸ方向へコイル２が±Ｂ移動してもその対抗する面積は変化しないので、推力発生に貢献している永久磁石１とコイル２の相対面積が変化しないため、推力低下を招くことがない。したがって、永久磁石１を固定子に、コイル２を可動子とした場合、図示しない下位のリニアモータはコイル２のみを可動すれば良く、永久磁石１の分の負荷質量を軽減することができる。通常、永久磁石１はコイル２に鎖交する磁束密度を上げるため鉄部材に接合されており、それを含めると大幅な負荷低減となる。この場合、コイル２を可動子にすることが有利である。

〈実施例２〉
図２は、本発明の実施例２に係る三相ＡＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、複数（図で６個）の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して複数（図で３個）のコイル２がＸ方向に平行にＹ方向に並設されている。
永久磁石１とコイル２は、ここではどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。コイルに通電することにより、本リニアモータは図のＹ方向へ推力を発生する。また、本リニアモータ自身の推力方向ストロークは±Ａである。
本発明の実施例２によれば、コイル２のＸ方向の長さは、可動子がＸ方向に変位しても永久磁石１のＸ方向の端部がコイル２のＸ方向の端部からはみ出ない長さ（Ｘ方向コイル長≫Ｘ方向永久磁石長）としている。
このように構成することにより、例えば図のＸ方向へ永久磁石１が±Ｂ移動してもその対抗する面積は変化しないので、推力発生に貢献している永久磁石１とコイル２の相対面積が変化しないため、推力低下を招くことがない。したがって、コイル２を固定子に、永久磁石１を可動子とした場合、図示しない下位のリニアモータは永久磁石１のみを可動すれば良く、コイル２の分の負荷質量を軽減することができる。この場合、永久磁石１を可動子にすることが有利である。

〈実施例３〉
図３は、本発明の実施例３に係る単相ＤＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、２個の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して１個のコイル２がＸ方向に平行に配置されている。
永久磁石１とコイル２は、ここではどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。コイルに通電することにより、本リニアモータは図のＹ方向へ推力を発生する。また、本リニアモータ自身の推力方向ストロークは±Ａである。
本発明の実施例３によれば、永久磁石１のＸ方向の長さは、可動子がＸ方向に変位してもコイル２のＸ方向の端部が永久磁石１のＸ方向の端部からはみ出ない長さ（Ｘ方向永久磁石長≫Ｘ方向コイル長）としている。
このように構成することにより、例えば図のＸ方向へコイル２が±Ｂ移動してもその対抗する面積は変化しないので、推力発生に貢献している永久磁石１とコイル２の相対面積が変化しないため、推力低下を招くことがない。したがって、永久磁石１を固定子に、コイル２を可動子とした場合、図示しない下位のリニアモータはコイル２のみを可動すれば良く、永久磁石１の分の負荷質量を軽減することができる。通常、永久磁石１はコイル２に鎖交する磁束密度を上げるため鉄部材に接合されており、それを含めると大幅な負荷低減となる。この場合、コイル２を可動子にすることが有利である。
推力発生方向のストロークが短い場合などは、このような単純な単相ＤＣリニアモータとするのが有利である。

〈実施例４〉
図４は、本発明の実施例４に係る単相ＤＣリニアモータの一例で、可動子と固定子のみを示している。（ａ）は平面図、（ｂ）はリニアモータの進行方向に直角な方向（Ｘ方向）から見た正面図である。図において、このリニアモータは、２個の永久磁石１がＸ方向に平行にＹ方向に並設され、これらと磁気的空隙を介して１個のコイル２がＸ方向に平行に配置されている。
永久磁石１とコイル２は、ここではどちらかが可動子で他方が固定子であってよい。コイルに通電することにより、本リニアモータは図のＹ方向へ推力を発生する。また、本リニアモータ自身の推力方向ストロークは±Ａである。
本発明の実施例４によれば、コイル２のＸ方向の長さは、可動子がＸ方向に変位しても永久磁石１のＸ方向の端部がコイル２のＸ方向の端部からはみ出ない長さ（Ｘ方向コイル長）Ｘ方向永久磁石長）としている。
このように構成することにより、例えば図のＸ方向へ永久磁石１が±Ｂ移動してもその対抗する面積は変化しないので、推力発生に貢献している永久磁石１とコイル２の相対面積が変化しないため、推力低下を招くことがない。したがって、コイル２を固定子に、永久磁石１を可動子とした場合、図示しない下位のリニアモータは永久磁石１のみを可動すれば良く、コイル２の分の負荷質量を軽減することができる。この場合、永久磁石１を可動子にすることが有利である。
また、推力発生方向のストロークが短い場合などは、このような単純な単相ＤＣリニアモータとするのが有利である。

本発明によれば以下のような効果がある。
リニアモータの可動子または固定子を単独で、別の下位リニアモータが可動させることが可能であり、下位リニアモータの負荷質量を大幅に軽減することができ、その結果、下位リニアモータは高性能化・小型化を図ることができる。
したがってまた、装置の高性能化、小型化を有利にすることができる。

Claims (4)

1. 界磁となる永久磁石と前記永久磁石に磁気的空隙をおいて対向配置されるコイルとからなり、前記永久磁石と前記コイルのいずれか一方が可動子であり他方が固定子であるリニアモータにおいて、
   前記可動子に生じる推力発生方向と直交する方向の前記永久磁石の長さが、前記可動子が前記直交方向に変位しても前記コイルの前記直交方向の端部が前記永久磁石の前記直交方向の端部からはみ出ない長さであることを特徴とするリニアモータ。
2. 界磁となる永久磁石と前記永久磁石に磁気的空隙をおいて対向配置されるコイルとからなり、前記永久磁石と前記コイルのいずれか一方が可動子であり他方が固定子であるリニアモータにおいて、
   前記可動子に生じる推力発生方向と直交する方向の前記コイルの長さが、前記可動子が前記直交方向に変位しても前記永久磁石の前記直交方向の端部が前記コイルの前記直交方向の端部からはみ出ない長さであることを特徴とするリニアモータ。
3. 請求項１又は２記載の前記永久磁石の複数個と前記コイルの１個とから成ることを特徴とするＤＣ単相リニアモータ。
4. 請求項１又は２記載の前記永久磁石の複数個と前記コイルの複数個とから成ることを特徴とする交流３相リニアモータ。

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