CN110476340B - 直线电动机 - Google Patents

Abstract

提供一种直线电动机，能够在实现小型结构以及产生大的推力的同时，大幅降低吸引力并降低制动力。直线电动机具备：动子，其具有排列有多个矩形的永久磁铁的磁铁排列；作为定子的背轭，其与动子隔开间隙而对置配置；以及作为定子的电枢，其与动子隔开间隙而对置配置在与背轭为相反的一侧，多个永久磁铁各自的磁化方向为厚度方向，相邻的永久磁铁彼此的磁化方向为相反方向，电枢以等间距具有分别缠绕有驱动线圈的多个磁极齿，背轭在与动子对置的面上具有多个磁极齿，该多个磁极齿在动子的可动方向上与电枢的磁极齿位于相同的位置。

Description

直线电动机

技术领域

本发明涉及通过组合动子和定子来获取直线运动输出的直线电动机。

背景技术

以往，在X，Y的移动中，一直采用将旋转型电动机的输出利用滚珠丝杠转换为直线运动的方法，但由于移动速度较慢，因此正在推进利用能够直接获取直线运动输出的直线电动机。直线电动机一般通过将具有多个矩形的永久磁铁的动子和具有多个磁极齿的电枢组合而构成。

另外，由于在半导体制造装置的加工机中的接线机、芯片装配器中需要高速的反复运动，因此优选使用质量小且能够获得大加速度的直线电动机。作为这种直线电动机，为了实现小型化，例如专利文献1或者2所公开，采用如下结构的直线电动机：动子的永久磁铁并不与作为定子的电枢的整个面对置，而是使动子的永久磁铁的排列长度比电枢的长度短。

这种直线电动机形成为如下结构：使具有排列有多个永久磁铁的磁铁排列以及与该磁铁排列一体化的平板状的背轭的动子，与多个磁极齿上分别缠绕有驱动线圈的电枢隔开间隙而对置。通过向驱动线圈通电，使得动子(磁铁排列以及背轭)移动，动子与电枢之间的长度的差成为直线电动机的能够动作的行程。

在动子由利用强磁性体形成的背轭和磁铁排列构成的情况下，与对置的定子之间会产生吸引力。通过所产生的吸引力，使得在将动子支撑为能够沿预定的方向移动的轴承上作用有大的垂直阻力。该垂直阻力导致轴承的寿命缩短。另外，垂直阻力作用的方向为与动子的可动方向交叉的方向。因此，需要考虑该垂直阻力来选择轴承。因此，要选择比与由动子产生的负载相应的轴承更大型的轴承。这会导致直线电动机整体大型化。

由此，提出了一种与上述的直线电动机不同的直线电动机，其仅使磁铁排列作为动子发挥功能，背轭则作为定子发挥功能(专利文献3～5等)。

在这种直线电动机中，将磁铁排列与平板状的背轭分离，在与电枢为相反的一侧使背轭与磁铁排列隔开间隙而对置，仅使磁铁排列能够移动。仅磁铁排列移动，背轭与电枢同样不移动。磁铁排列的长度比电枢的长度短，该长度的差成为直线电动机的能够动作的行程。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-269822号公报

专利文献2：再公表专利WO2016/159034号公报

专利文献3：日本特开2005-117856号公报

专利文献4：日本特开2015-130754号公报

专利文献5：日本特开2005-184984号公报

发明内容

发明要解决的问题

转子被对置的电枢的磁极齿面强力吸引。此时的吸引力F用下式表示：

F＝B²S/2μ₀

(其中，B：电枢的磁极齿上的磁通密度；S：动子与电枢的对置有效面积；μ₀：真空导磁率)

在具有磁铁排列与平板状的背轭一体化的动子的直线电动机(一体型直线电动机：专利文献1或2等)中，该吸引力通常为额定推力的几倍至十倍以上。因此，存在因大的吸引力而导致动子发生挠曲的问题。由此导致利用发生这种挠曲的直线电动机的加工机的尺寸精度恶化。另外，需要增大动子的刚性，存在结构大型化的难点。

由于过大的吸引力也会影响到支撑动子的直线导轨，因此需要额定负载大的直线电动机，以能够承受该过大的吸引力，在该点上也无法避免结构的大型化。由此，希望降低上述这种吸引力。但是，在降低吸引力时，需要能够同时实现小型结构以及产生大的推力。

另外，在一体型直线电动机中，因较大的边缘效应而导致齿槽转矩变大，存在制动力大的问题。

在使磁铁排列和平板状的背轭分离而仅使磁铁排列移动的结构的直线电动机(分离型直线电动机：专利文献3～5等)中，由于来自背轭和电枢两者的吸引力作用于磁铁排列，因此与一体型直线电动机相比，整体的吸引力变小。但是，在分离型直线电动机中，与磁铁排列对置的磁极面积，在电枢侧仅为对置的磁极齿的面积，而在背轭侧则为与全部磁铁的面积大致相同的面积。由此，在两个间隙内的磁通密度相同的情况下，根据该磁极面积的比率，在背轭侧作用有更大的吸引力，因此无法期望整体吸引力的大幅降低。

因此，考虑增大磁铁排列与背轭之间的间隙而减小间隙的磁通密度，以将磁铁排列与背轭之间的吸引力降低到与磁铁排列与电枢之间的吸引力相同的程度。但是，在增大磁铁排列与背轭之间的间隙的情况下，由于来自电枢的用于产生推力的磁通密度也下降，因此存在推力变小的问题。因此，在到目前为止提出的分离型直线电动机中，存在为了降低作用于动子的吸引力而不能避免降低推力的问题。

另外，在分离型直线电动机中，如上所述，由于动子(磁铁排列)与定子(电枢)之间的吸引力、以及动子与背轭之间的吸引力的大小大致相同而方向相反，因此能够降低作用于动子的吸引力。但是，可知通过使背轭与磁铁排列分离，使得动作时的背轭中产生的涡流增大。涡流的增大会导致发热。这样的直线电动机不适用于需要将环境温度保持在规定范围内的装置、例如半导体制造装置中的工作台的驱动源。

本发明是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种直线电动机，该直线电动机能够在实现小型结构以及产生大的推力的同时，大幅降低吸引力并降低制动力。

本发明的另一个目的在于提供一种直线电动机，该直线电动机能够降低作用于磁铁排列的吸引力，并抑制涡流。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，具备：动子，其具有排列有多个矩形的永久磁铁的磁铁排列；作为定子的背轭，其与所述动子隔开间隙而对置配置；以及作为定子的电枢，其与所述动子隔开间隙而对置配置在与所述背轭为相反的一侧，所述多个永久磁铁各自的磁化方向为厚度方向，相邻的永久磁铁彼此的磁化方向为相反方向，所述电枢以等间距具有分别缠绕有驱动线圈的多个磁极齿，所述背轭在与所述动子对置的面上具有多个磁极齿，所述背轭的所述多个磁极齿在所述动子的可动方向上位于与所述电枢的磁极齿相同的位置，所述背轭的磁极齿的磁极面积为所述电枢的磁极齿的磁极面积的0.9倍～1.1倍，所述动子与所述背轭之间的间隙等于或大于所述动子与所述电枢之间的间隙。

在本发明的直线电动机中，具备：动子，其具有排列有多个永久磁铁的磁铁排列；背轭，其与动子隔开间隙而对置配置；以及电枢，其在与背轭为相反一侧与动子隔开间隙而对置配置。磁铁排列作为动子发挥功能，背轭和电枢作为定子发挥功能。磁铁排列的多个矩形的永久磁铁分别沿厚度方向被磁化，相邻的永久磁铁之间其磁化方向为相反方向。电枢以等间距具有多个磁极齿，各磁极齿上缠绕有驱动线圈。背轭与动子对置的面不是平板状，而是以等间距形成有多个磁极齿。背轭的磁极齿的间距与电枢的磁极齿的间距相等，背轭的磁极齿的位置在电枢(直线电动机)的可动方向上与电枢的磁极齿位于相同的位置。另外，背轭的磁极齿的磁极面积为电枢的磁极齿的磁极面积的0.9～1.1倍。另外，动子与背轭之间的间隙为动子与电枢之间的间隙以上。

在本发明的直线电动机中，在背轭上，在与电枢相同的位置也设置有磁极面积大致相同的磁极齿。即，为如下结构：仅使施加有来自电枢的驱动磁通的背轭部分接近动子，在与电枢的磁极齿对置的部分以外与动子隔开间隙。由于与动子对置的电枢的磁极面积和与动子对置的背轭的磁极面积大致相等，因此互相有效抵消，整体的吸引力大幅减小。因此，即使不增大动子与背轭之间的间隙也能够实现吸引力的大幅降低。此时，由于不需要增大动子与背轭之间的间隙，因此推力的下降小。

另外，由于在背轭上形成磁极齿而产生的凹凸形状而在背轭上产生驱动磁通的剪切区域，因此不仅电枢，背轭也有助于推力的产生。该推力的产生会弥补因与动子之间的间隙(气隙)增加到2处而导致的推力下降，能够得到整体的大推力。因此，能够在维持大的推力的同时，大幅降低作用于磁铁排列(动子)的吸引力。

在本发明的直线电动机中，由于为如下结构：将动子配置在以等间距具有多个磁极齿的电枢和与该电枢的磁极齿在可动方向上的相同的位置具有多个磁极齿的背轭之间，因此在与可动方向垂直的方向上的磁铁排列的齿槽转矩减小，因此能够实现降低动子的制动力。

在将背轭的磁极齿的磁极面积增大得过多的情况下，从周围拾取大量的磁通而导致吸引力增大，另一方面，在将背轭的磁极齿的磁极面积缩小得过多的清情况下，用于获取推力的磁通减少而导致推力降低。由此，将背轭的磁极齿的磁极面积设定为电枢的磁极齿的磁极面积的0.9倍～1.1倍。

由于电枢的磁极齿上缠绕有驱动线圈，因此电枢的磁极齿不能构成得过低，电枢的磁极齿的高度比背轭的磁极齿的高度高。由此，在背轭中由于磁极齿的高度低，因而在磁极齿以外的部分也产生磁通而导致吸引力具有变得比电枢侧大的趋势。由此，为了能够进行吸引力的有效抵消，使动子与背轭之间的间隙等于或大于动子与电枢之间的间隙。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述背轭的所述磁极齿的高度为该磁极齿的间距的1/20倍以上且2倍以下。

在本发明的直线电动机中，在与间距相比，背轭的磁极齿的高度过小的情况下，不能得到设置磁极齿(凹凸形状)的效果，另一方面，在与间距相比，磁极齿的高度过大的情况下，效果不变但与小型化背道而驰。因此，将背轭的磁极齿的高度设为磁极齿的间距的1/20倍以上且2倍以下。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述动子的长度比所述电枢的长度短，且比所述背轭的长度短。

在本发明的直线电动机中，动子的长度比电枢以及背轭的长度均短。由此，直线电动机为小型结构，并能够确保大的加速度。另外，由于边缘效应变小，因而齿槽转矩变小，能够实现制动力的降低。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述电枢与所述背轭之间的间隙的大小、及/或所述动子与所述电枢之间的间隙的大小是可变的。

在本发明的直线电动机中，动子与背轭之间的间隙的大小、及/或动子与电枢之间的间隙的大小是可变的。由此，通过根据使用时的驱动磁动势的大小调整动子与背轭之间的间隙的大小、及/或动子与电枢之间的间隙的大小，能够使吸引力几乎为零。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，具备：动子，其具有排列有多个矩形的永久磁铁的磁铁排列；作为定子的背轭，其与所述动子隔开间隙而对置配置；以及作为定子的电枢，其与所述动子隔开间隙而对置配置在与所述背轭为相反的一侧，所述多个永久磁铁各自的磁化方向为厚度方向，相邻的永久磁铁彼此的磁化方向为相反方向，所述电枢以等间距具有分别缠绕有驱动线圈的多个磁极齿，所述背轭在与所述动子对置的面上具有多个磁极齿，所述背轭的所述多个磁极齿在所述动子的可动方向上位于与所述电枢的磁极齿相同的位置，所述背轭所具有的所述磁极齿通过将多个板状部件在与所述动子的可动方向交叉的方向上层叠而成。

在本发明的直线电动机中，通过使磁极齿为层叠结构，能够降低作用于动子的吸引力，并降低涡流。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述背轭的与所述磁极齿从所述磁极齿的根基部突出的方向为相反方向的一部分通过将多个板状部件在所述磁极齿的层叠方向上层叠而成，构成所述背轭的层叠部分的板状部件与构成所述磁极齿的板状部件成为一体。

在本发明的直线电动机中，背轭通过将从与磁极齿的连接部分开始的厚度方向的一部分形成为层叠结构，能够进一步降低涡流。另外，由于构成背轭的层叠部分的板状部件与构成磁极齿的板状部件成为一体，因此减少了制造工时。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述多个板状部件在层叠面上实施了绝缘处理。

在本发明的直线电动机中，由于多个板状部件在层叠面上实施了绝缘处理，因此能够进一步降低涡流。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述动子具有保持所述磁铁排列的保持部件，所述保持部件具有供所述多个永久磁铁分别插入的多个孔。

在本发明的直线电动机中，由保持部件保持磁铁排列(多个永久磁铁)。由此，由于动子(磁铁排列)的刚性变大，因此难以产生永久磁铁的挠曲、弯曲等变形，能够降低制动力。

本发明所涉及的直线电动机的特征在于，所述动子具有粘接固定所述保持部件以及所述多个永久磁铁的板状的基材。

在本发明的直线电动机中，在多个永久磁铁插入保持部件的孔的状态下，磁铁排列(多个永久磁铁)以及保持部件粘接固定于板状的基材。由此，能够在进一步提高动子(磁铁排列)的刚性而实现进一步降低制动力的同时，防止永久磁铁的脱落。

发明效果

在本发明的直线电动机在，能够在实现小型结构以及产生大的推力的同时，大幅降低作用于动子(磁铁排列)的吸引力，并且能够降低动子的制动力。由此，能够抑制由伴随着大的吸引力的挠曲引起的变形，能够防止利用直线电动机的装置的尺寸精度的恶化。由于能够降低吸引力，因此能够减小动子的刚性和保持动子的保持系统的刚性，不仅能够实现小型化，而且能够通过可动质量的轻量化来改善加速度。另外，通过在背轭上设置磁极齿结构，由于来自背轭的推力附加在动子上，因此能够将因在磁铁排列与背轭之间设置间隙而引起的推力的降低抑制到最小限度。

另外，在本发明的直线电动机中，能够降低作用于动子(磁铁排列)的吸引力，并且能够抑制涡流。

附图说明

图1是表示实施方式一的直线电动机的结构的立体图。

图2是表示实施方式一的直线电动机的结构的侧视图。

图3是表示实施方式一的直线电动机的动子的结构的俯视图。

图4是表示实施方式一的直线电动机的动子的结构的分解立体图。

图5是表示实施方式一的直线电动机中的磁通的流动的侧视图。

图6是表示实施方式一的直线电动机的背轭的侧面形状的图。

图7是表示实施方式一的直线电动机的电枢的制作所使用的电枢材料的俯视图。

图8是表示实施方式一的直线电动机的电枢的绕组的图。

图9A是表示实施方式一的直线电动机的结构的俯视图。

图9B是表示实施方式一的直线电动机的结构的侧视图。

图10是表示实施方式一的一例的直线电动机的推力相对于电角度的变化的曲线图。

图11是表示实施方式一的一例的直线电动机的推力特性的曲线图。

图12是表示实施方式一的一例的直线电动机的吸引力特性的曲线图。

图13是表示第一现有例(将磁铁排列与背轭一体化而作为动子的结构)的直线电动机的结构的侧视图。

图14A是表示第一现有例的直线电动机的结构的俯视图。

图14B是表示第一现有例的直线电动机的结构的侧视图。

图15是表示第二现有例(仅将磁铁排列作为动子并将平板状的背轭作为定子的结构)的直线电动机的结构的侧视图。

图16A是表示第二现有例的直线电动机的结构的俯视图。

图16B是表示第二现有例的直线电动机的结构的侧视图。

图17是表示第一现有例、第二现有例、以及实施方式一的一例的直线电动机中的平均推力的曲线图。

图18是表示第一现有例、第二现有例、以及实施方式一的一例的直线电动机中的平均吸引力的曲线图。

图19是表示实施方式一的另一例的直线电动机的推力特性的曲线图。

图20是表示实施方式一的另一例的直线电动机的吸引力特性的曲线图。

图21是表示实施方式一的又一例的直线电动机的推力特性的曲线图。

图22是表示实施方式一的又一例的直线电动机的吸引力特性的曲线图。

图23是表示实施方式二的直线电动机的结构例的立体图。

图24是表示实施方式二的直线电动机的结构例的侧视图。

图25是表示背轭所包含的磁极齿的结构例的立体图。

图26是表示背轭所包含的基板的结构例的局部立体图。

图27是背轭的局部立体图。

图28是背轭的局部侧视图。

图29A是表示采用相关技术的直线电动机的焦耳损失的曲线图。

图29B是表示实施方式二的基本例的直线电动机的焦耳损失的曲线图。

图30是表示背轭的其他结构例的侧视图。

图31是表示磁极齿块的结构例的立体图。

图32是表示基部的结构例的立体图。

图33是直线电动机的局部侧视图。

图34A是表示实施方式二的基本例的直线电动机的焦耳损失的曲线图。

图34B是表示实施方式二的第一变形例的直线电动机的焦耳损失的曲线图。

图35是表示背轭的另一个结构例的侧视图。

图36A是表示磁极齿单元的结构例的立体图。

图36B是表示磁极齿单元的结构例的立体图。

图37是表示基部的结构例的立体图。

图38A是表示背轭的又一个结构例的侧视图。

图38B是表示基部的结构例的立体图。

具体实施方式

以下参照表示该实施方式的附图，对本发明进行详细说明。

(实施方式一)

图1以及图2是表示实施方式一的直线电动机1的结构的立体图以及侧视图。图3以及图4是表示实施方式一的直线电动机1的动子2的结构的俯视图以及分解立体图。另外，在图1和图2中，以仅动子2的磁铁的配置清楚的方式示出了从与可动方向平行的方向的截面。

直线电动机1包括：动子2、背轭3、以及电枢4。背轭3与动子2隔开间隙而对置配置，电枢4与动子2隔开间隙而对置配置在与背轭3相反的一侧。背轭3和电枢4作为定子发挥功能。

如图4所示，长条状的动子2包括：多个永久磁铁21、保持框22、以及固定板23。多个永久磁铁21的并排设置方向为动子2的长度方向。各永久磁铁21为矩形。各永久磁铁21例如为Nd-Fe-B系稀土类磁铁。各永久磁铁21沿着厚度方向(图2的上下方向)被磁化，相邻的永久磁铁21、21彼此之间其磁化方向为相反方向。即，在磁铁排列中，沿着从背轭3侧朝向电枢4侧的方向被磁化的永久磁铁21与沿着从电枢4侧朝向背轭3侧的方向被磁化的永久磁铁21交替配置。

如图4所示，保持框22为矩形的板状。保持框22的厚度小于永久磁铁21的厚度。保持框22上设置有多个矩形的孔221。保持框22例如由SUS、铝等非磁性材料构成。孔221为与永久磁铁21相对应的形状。各永久磁铁21嵌入孔221，利用粘接剂固定于保持框22。孔221以使固定于保持框22的各永磁铁21以等间距并排配置的方式设置。另外，将永久磁铁21固定于保持框22时，以相邻的永久磁铁21、21彼此的磁化方向为相反的方式嵌入孔221。如图3所示，各永久磁铁21以角度θ倾斜配置。

在多个永久磁铁21插入保持框22的孔221而保持的状态下，将保持框22利用粘接剂固定在固定板上。另外，各永久磁铁21的底面也粘接在固定板23上。固定板23由非磁性的SUS等构成。这样，由于磁铁排列被保持框22保持而粘接固定于固定板23上，因此动子2的刚性高，而且也不会发生永久磁铁21的脱落。以固定板23与背轭3对置的方式将动子2配置在背轭3与电枢4之间的间隙。另外，固定板23并非是必须的，在永久磁铁21被保持框22充分保持的情况下不需要。

背轭3以及电枢4在可动方向(图2的左右方向)上的长度大致相等，动子2在可动方向(图2的左右方向)上的长度比该背轭3以及电枢4的长度短，该长度的差成为直线电动机1能够动作的行程。通过这种结构，实现了边缘效应的降低。

由低碳钢制成、优选由软质磁性体(例如，硅钢板)制成的背轭3的不与动子2对置的一侧的面为平板状，但背轭3的与动子2对置的一侧的面不是平板状，而是在可动方向上以等间距形成有多个矩形的磁极齿31。各磁极齿31的高度为磁极齿31的形成间距的1/20倍以上2倍以下，优选为1/10倍以上1倍以下。例如，各磁极齿31的高度为磁极齿31的形成间距的一半程度。

在电枢4中，作为软质磁性体制的铁芯41在可动方向上以等间距一体设置有由软质磁性体制成的多个矩形的磁极齿42，各磁极齿42上缠绕有驱动线圈43。

背轭3的磁极齿31的间距与电枢4的磁极齿42的间距相等，背轭3的各磁极齿31的位置在动子2的可动方向上与电枢4的各磁极齿42的位置相同。另外，背轭3的磁极齿31的与动子2对置的磁极面的形状为，与转子电枢4的磁极齿42的与动子2对置的磁极面大致相同形状的矩形，前者的磁极面积为后者的磁极面积的0.9倍～1.1倍。例如，磁极齿31的磁极面与磁极齿42的磁极面为相同的矩形，具有相同的面积。另外，动子2与背轭3之间的间隙等于或大于动子2与电枢4之间的间隙。例如，后者的间隙为0.5mm，前者的间隙为0.5mm以上。此时的动子2与背轭3之间的间隙即使在作为结构包含固定板23的情况下，也不包含固定板23的厚度，表示动子2其自身与背轭3之间的间隔(最短距离)。换言之，该间隙为磁性间隙(磁间隙)，无需考虑作为非磁性体的固定板23的厚度。

实施方式一的直线电动机1以7个永久磁铁21与6个磁极齿31以及磁极齿42对置的7极6槽作为基本结构。在图1和图2所示的形式中，具有将基本结构2倍的14极12槽的结构。

在实施方式一的直线电动机1中，在背轭3的与动子2对置一侧的面上形成有磁极齿31，该磁极齿31与电枢4的磁极齿42在可动方向上的相同位置具有大致相同形状的磁极面且磁极面积大致相同齿。由此，动子2和背轭3之间产生的吸引力的大小与动子2和电枢4之间产生的吸引力的大小大致相等，由于在图2的上下方向上两者的吸引力有效地相抵消，因此作为直线电动机1整体，作用于动子2上的吸引力变得非常小。这样，在实施方式一的直线电动机1中，即使不增大动子2与背轭3之间的间隙也能够实现吸引力的大幅降低。由此，由于没有必要增大动子2与背轭3之间的间隙，因此不会引起推力的降低。

另外，在实施方式一的直线电动机1中，如上所述，由于动子2配置在以等间距具有多个磁极齿42的电枢4和与该电枢4的磁极齿42在可动方向的相同位置具有多个磁极齿31的背轭3之间，因此与可动方向垂直的方向上的磁铁排列的齿槽转矩减少，因此能够实现动子2的制动力的降低。而且，由于将磁铁排列利用保持框22进行保持而粘接固定于固定板23上，因此能够增大动子2的刚性，因此不易发生永久磁铁21的挠曲、弯曲等变形，这一点也有助于动子2的制动力的降低。

在实施方式一的直线电动机1中，背轭3上形成有多个磁极齿31，由于因与该动子2对置的凹凸形状而导致产生驱动磁通的剪切区域，因此不仅电枢4，背轭3也有助于推力的产生。图5是表示实施方式一的直线电动机的磁通的流动的侧视图。在图5中，箭头表示磁通的流动。在直线电动机1中，因电枢4侧的磁通的剪切而产生推力的同时，因背轭3侧的磁通的剪切也产生推力，直线电动机1所产生的推力为该两个推力之和。另外，在不形成实施方式一的这种磁极齿31而背轭为平板状的直线电动机中，在背轭侧不会产生推力，仅为由电枢侧的磁通的剪切产生的推力。

在实施方式一的直线电动机1中，由于动子2与背轭3之间也设置有间隙，因此会担心因该间隙而导致推力降低。但是，如上所述，由于背轭3侧也能够产生推力，因此能够弥补因缝隙而引起的推力的下降而实现大的推力。

由上所述，在实施方式一的直线电动机1中，能够在维持大的推力的同时，大幅降低作用于动子2的吸引力。因此，在动子2上几乎不产生伴随着吸引力的挠曲，极大提高了使用直线电动机1的半导体制造装置中的加工机等的尺寸精度。

另外，在实施方式一的直线电动机1中，由于能够降低吸引力，因此即使使用刚性小的永久磁铁21以及保持框22也不会发生故障。由此，在能够实现动子2的小型化，并且随着动子2的轻量化，能够实现大的加速度。另外，由于动子2的磨损也少，能够延长直线电动机1的寿命。

在直线电动机中，为了光滑地进行动子的移动，如后面所述，通常在动子的侧面设置直线导轨，但由于在实施方式一的直线电动机1中吸引力被减小，因此也能够使用刚性小的直线导轨，该点也有助于直线电动机的小型化以及寿命的延长。

在实施方式一的直线电动机1中，通过使动子2的长度小于背轭3以及电枢4的长度，从而进一步实现小型化、轻量化以及高速化。

以下，针对本发明者制作的实施方式一的直线电动机1的具体结构和制作的直线电动机1的特性进行说明。

首先，制作了动子2。从Nd-Fe-B系稀土类磁铁(B_r＝1.395T、H_cJ＝1273kA/m)块切出厚度5mm、宽度12mm、长度82mm的矩形的14个永久磁铁21。将所切出的永久磁铁21沿厚度方向磁化。接下来，利用线切割从厚度3mm的SUS板切出如图4所示的保持框22。将所切出的保持框22粘接固定于由厚度0.2mm的SUS板制成的固定板23上。并且，以相邻的永久磁铁21的磁化方向相互成为相反的方式将涂抹有粘接剂的14个永久磁铁21赋予倾斜角θ＝3.2°而嵌入保持框22的孔221，并将永久磁铁21粘接固定于保持框22以及固定板23。在此，为了同时实现动子2的轻量化与磁铁排列的大的刚性，相对于永久磁铁21的厚度5mm，将保持框22的厚度设置为3mm。

另外，与上述的例子不同，也可以采用将在厚度为0.5mm的SUS板上通过冲压加工而开孔后的6张板通过铆接处理而固定的手法来制作保持框22。在该情况下，能够降低制作成本。

接下来，制作了背轭3。图6是表示实施方式一的直线电动机1中的背轭3的侧面形状的图。

从低碳钢(JIS标准G3101种类记号SS400材料)切削出具有如图6所示尺寸的块，制作出以等间距(15.12mm)具有18个相同形状的磁极齿31(宽度：6mm、高度：3mm、长度：82mm、磁极面积492mm²)的背轭3。

接下来，制作了电枢4。图7是表示实施方式一的直线电动机1中的电枢4的制作所使用的电枢材料的俯视图。从厚度为0.5mm的硅钢板(JIS标准G2552种类记号50A800材料)切出164张形成为如图7所示的形状的电枢材料44，使所切出的164张重叠并通过二氧化碳激光使侧面熔融为一体，从而得到宽度82mm、高度31mm、长度263.04mm的块体(在铁芯41上以等间距(15.12mm)具有相同形状的磁极齿42(宽度：6mm、高度：25mm、长度：82mm、磁极面积492mm²)的结构)。

接下来，将绕组插入该块体上。图8是表示实施方式一的直线电动机1中的电枢4的绕组的图。在电枢4的各磁极齿42的臂部上缠绕17圈直径为2mm的包漆导线后浸渍清漆而固定，由此形成驱动线圈43。

图8中的U、V、W分别表示3相交流电源的U相、V相、W相，并且各相的线圈均串联。线圈U、线圈V、线圈W以从上方观察电流以顺时针方向流动的方式接线，线圈-U、线圈-V、线圈-W以从上方观察电流以逆时针方向流动的方式接线，由此制作了电枢4。并且，将每6个线圈U、线圈-U、线圈V、线圈-V、线圈W、线圈-W星形接线，从而连接为3相交流电源。

接下来，将制作的背轭3和电枢4以两者之间的间隔保持为固定的6mm的方式利用夹具固定。另外，虽将背轭3和电枢4的间隙固定为6mm，但该间隙为直线电动机1组装后能够调整的结构。接下来，在动子2的侧面安装直线导轨(未图示)，然后在背轭3和电枢4之间的间隙，分别与背轭3以及电枢4隔开预定的距离而插入厚度5mm的动子2，由此制作出直线电动机1。此时，将动子2与背轭3的磁极齿31之间的间隙距离、以及动子2与电枢4的磁极齿42之间的间隙距离均设置为0.5mm。另外，在直线导轨与电枢4之间设置有测力传感器，以能够测量吸引力。

由于采用能够调整背轭3和电枢4之间的间隙的结构，所以能够在使动子2和电枢4(磁极齿42)之间的间隙的距离恒定的状态下，任意地设定并改变动子2与背轭3(磁极齿31)之间的间隙。另外，通过调整动子2向背轭3和电枢4之间的间隙的插入位置，还能够将动子2与背轭3(磁极齿31)之间的间隙的距离与动子2与电枢4(磁极齿42)之间的间隙的距离的比设定为预期的值。

另外，作为调节支撑电枢4和动子2的直线导轨之间、以及电枢4与背轭3之间的间隙的结构，能够采用通过插入间隙调整螺钉来调整高度的机构，或通过螺钉插入截面形状呈锥形的垫板来调节高度的机构。

图9A和图9B是表示如此制作而成的实施方式一的一例的直线电动机1的结构的图，图9A为其俯视图，图9B为其侧视图。在图9B中，空心箭头表示永久磁铁21的磁化方向，实线箭头表示动子2的可动方向。另外，该直线电动机1的制作规格的详细内容如下：

磁极结构：7极6槽

永久磁铁21的材质：Nd-Fe-B系稀土类磁铁(日立金属制NMX-S49CH材料)

永久磁铁21的形状：厚度5.0mm、宽度12mm、长度82mm

永久磁铁21的间距：12.96mm

永久磁铁21的倾斜角：3.2°

背轭3的形状：厚度6.0mm、宽度90mm、长度263.04mm

背轭3的材质：低碳钢(JIS标准G3101种类记号SS400材料)

磁极齿31的形状：宽度6.0mm、高度3.0mm、长度82mm

磁极齿31的间距：15.12mm

铁芯41的体格：高度31mm、宽度82mm、长度263.04mm

铁芯41的材质：硅钢板(JIS标准G2552种类记号50A800材料)

磁极齿42的形状：宽度6.0mm、高度25mm、长度82mm

磁极齿42的间距：15.12mm

驱动线圈43的形状：宽度15.12mm、高度23mm、长度91.12mm

驱动线圈43的卷绕厚度：4.06mm

驱动线圈43的线径、匝数：直径2mm、17匝

绕组电阻(一个)：0.0189Ω

动子2的质量：516.6g

在上述的直线电动机1中，动子2的长度(190mm)比背轭3以及电枢4的长度(均为263.04mm)短。背轭3的磁极齿31的间距、电枢4的磁极齿42的间距相等，均为15.12mm，磁极齿31和磁极齿42在可动方向上位于相同位置。

与磁铁排列对置的磁极齿31的磁极面的形状和与磁铁排列对置的磁极齿42的磁极面的形状为相同尺寸的矩形。即，磁极齿31的宽度(可动方向的尺寸)以及磁极齿42的宽度(可动方向的尺寸)相等，均为6mm，与磁铁排列对置的磁极齿31的磁极面积和与磁铁排列对置的磁极齿42的磁极面积相等，均为492mm²。

将以如此方式组装的直线电动机1设置在推力测量用试验台，利用与动子2(磁铁排列)的位置同步的3相恒定电流电源驱动而使动子2移动，并测量推力和吸引力。

图10是表示实施方式一的一例的直线电动机1中的推力相对于电角度的变化的曲线图。该推力变化表示驱动磁动势(＝驱动电流的大小×驱动线圈43的匝数)为1200A时的对动子2的位置的推力(U相、V相、W相的三相合成推力)的变化。图10中，横轴为电角度[°]，纵轴为推力[N]。另外，图中a表示由电枢4产生的推力，图中b表示由背轭3产生的推力，图中c表示整体的推力(由电枢4产生的推力和由背轭3产生的推力相加的推力)。如图10所示，能够看出在整个区域上都得到了大致固定的大的推力。

图11是表示实施方式一的一例的直线电动机1中的推力特性的曲线图。该推力特性表示使向驱动线圈43施加的电流变化时的特性。在图11中，横轴为驱动磁动势[A]，左纵轴为推力[N]，右纵轴为推力磁动势比[N/A]。另外，图中a表示推力，图中b表示推力磁动势。在该直线电动机1中，推力比例极限(推力磁动势比降低10％)为驱动磁动势1200A时的1000N。

图12是表示实施方式一的一例的直线电动机1中的吸引力特性的曲线图。该吸引力特性表示使向驱动线圈43施加的电流变化时的特性。在图12中，横轴为驱动磁动势[A]，纵轴为吸引力[N]。另外，吸引力表示在+侧动子2被吸引向电枢4侧，在－侧动子2吸引向背轭3侧。随着驱动磁动势的增加，吸引力也相应增大，例如驱动磁动势为1200A时，动子2被290N左右的吸引力吸引向背轭3侧。

但是，为了将实施方式一的直线电动机1与现有的直线电动机比较而进行评价，作为现有例，制作了两种直线电动机(第一现有例以及第二现有例)，并测量其特性(推力和吸引力)。

首先，针对第一现有例的结构进行说明。图13是表示第一现有例的直线电动机的结构的侧视图。第一现有例为具有按照专利文献1或者2的结构的直线电动机(一体型直线电动机)。

第一现有例的直线电动机50具备：使磁铁排列52和背轭53一体化而成的动子51；以及与动子51隔开间隙而对置配置的电枢54。在第一现有例中，使磁铁排列52和背轭53一体化的结构物作为动子发挥功能，电枢54作为定子发挥功能。

磁铁排列52的结构与上述的动子2的磁铁排列的结构相同。即，磁铁排列52以将多个矩形永久磁铁55以等间距保持固定于非磁性部件的保持框而设置在可动方向(图13的左右方向)的方式构成，各永久磁铁55在厚度方向(图13的上下方向)上被磁化，在相邻的永久磁铁55，55之中，其磁化方向相反。在第一现有例的直线电动机50中，该磁铁排列52与低碳钢制的平板状的背轭53粘接。另外，电枢54的结构与上述的电枢4的结构相同，在铁芯56上沿可动方向以等间距一体设置有多个磁极齿57，各磁极齿57上缠绕有驱动线圈58。

图14A以及14B是表示这种第一现有例的直线电动机的结构的图，图14A为其俯视图，图14B为其侧视图。在图14B中，空心箭头表示永久磁铁55的磁化方向，实线箭头表示动子51的可动方向。另外，动子51与电枢54之间的间隙的大小为0.5mm或者1mm。该直线电动机50的制作规格的详细内容如下：

磁极结构：7极6槽

永久磁铁55的材质：Nd-Fe-B系稀土类磁铁(日立金属制NMX-S49CH材料)

永久磁铁55的形状：厚度5.0mm、宽度12mm、长度82mm

永久磁铁55的间距：12.96mm

永久磁铁55的倾斜角：3.2°

背轭53的形状：厚度6.0mm、宽度90mm、长度190mm

背轭53的材质：低碳钢(JIS标准G3101种类记号SS400材料)

铁芯56的体格：高度31mm、宽度82mm、长度263.04mm

铁芯56的材质：硅钢板(JIS标准G2552种类记号50A800材料)

磁极齿57的形状：宽度6.0mm、高度25mm、长度82mm

磁极齿57的间距：15.12mm

驱动线圈58的形状：宽度15.12mm、高度23mm、长度91.12mm

驱动线圈58的卷绕厚度：4.06mm

驱动线圈58的线径、匝数：直径2mm、17匝

绕组电阻(一个)：0.0189Ω

动子51(磁铁排列52+背轭53)的质量：1321.01g

动子51(磁铁排列52以及背轭53的一体化结构)的可动方向(图13的左右方向)的长度比电枢54的长度短，该长度的差成为直线电动机50的能够动作的行程。

接下来，对第二现有例的结构进行说明。图15是表示第二现有例的直线电动机的结构的侧视图。第二现有例是具有按照专利文献3～6的结构的直线电动机(分离型直线电动机)。另外，图15中以仅磁铁排列62的磁铁的配置清楚的方式示出了从与可动方向平行的方向的截面。

第二现有例的直线电动机60具备：磁铁排列62；与磁铁排列62隔开间隙而对置配置的背轭63；以及电枢64，其与磁铁排列62隔开间隙而对置配置在与背轭63相反的一侧。仅磁铁排列62作为动子发挥功能，背轭63和电枢64则作为定子发挥功能。

磁铁排列62的结构与上述的动子2的磁铁排列的结构相同。即，磁铁排列62以将多个矩形永久磁铁65以等间距保持固定于非磁性材料的保持框而设置在可动方向(图15的左右方向)上的方式构成，各永久磁铁65在厚度方向(图15的上下方向)上被磁化，在相邻的永久磁铁65，65之中，其磁化方向相反。作为低碳钢制的背轭63，不但不与磁铁排排列62对置的一侧的面，而且与磁铁排列62对置的一侧的面也是平板状的，不存在实施方式一的直线电动机1的那种磁极齿。另外，电枢64的结构与上述的电枢4的结构相同，在铁芯66上沿可动方向以等间距一体设置有多个磁极齿67，各磁极齿67上缠绕有驱动线圈68。

图16A和16B是表示这种第二现有例的直线电动机的结构的图，图16A为其俯视图，图16B为其侧视图，空心箭头表示永久磁铁65的磁化方向，实线箭头表示磁铁排列62(动子)的可动方向。另外，磁铁排列62与背轭63之间的间隙的大小，以及磁铁排列62与电枢64之间的间隙的大小均为0.5mm。另外，该直线电动机60的制作规格的详细内容如下：

磁极结构：7极6槽

永久磁铁65的材质：Nd-Fe-B系稀土类磁铁(日立金属制NMX-S49CH材料)

永久磁铁65的形状：厚度5.0mm、宽度12mm、长度82mm

永久磁铁65的间距：12.96mm

永久磁铁65的倾斜角：3.2°

背轭63的形状：厚度6.0mm、宽度90mm、长度215mm

背轭63的材质：低碳钢(JIS标准G3101种类记号SS400材料)

铁芯66的体格：高度31mm、宽度82mm、长度263.04mm

铁芯66的材质：硅钢板(JIS标准G2552种类记号50A800材料)

磁极齿67的形状：宽度6.0mm、高度25mm、长度82mm

磁极齿67的间距：15.12mm

驱动线圈68的形状：宽度15.12mm、高度23mm、长度91.12mm

驱动线圈68的卷绕厚度：4.06mm

驱动线圈68的线径、匝数：直径2mm、17匝

绕组电阻(一个)：0.0189Ω

动子2(磁铁排列62)的质量：516.6g

磁铁排列62的可动方向(图15的左右方向)的长度比电枢64的长度短，该长度的差成为直线电动机60的能够动作的行程。

对上述的第一现有例、第二现有例、以及实施方式一的一例的特性(推力与吸引力)的比较进行说明。

图17是表示第一现有例、第二现有例、以及实施方式一的一例的直线电动机中的平均推力的曲线图。图17表示驱动磁动势为1200A时的平均推力[N]。另外，图18是表示第一现有例、第二现有例、以及实施方式一的一例的直线电动机中的平均吸引力的曲线图。图18表示驱动磁动势为1200A时的平均吸引力[N]。其中，平均推力与平均吸引力是通过在U相电角度从0°至360°的范围内以15°的间隔测量(计算)25个的推力和吸引力并计算其平均值而得到的。

在图17和图18中，A为磁铁排列52、背轭53一体型的第一现有例中动子51与电枢54之间的间隙为0.5mm的直线电动机50(以下，也称为直线电动机50A)，B为磁铁排列52、背轭53一体型的第一现有例中动子51与电枢54之间的间隙为1mm的直线电动机50(以下，也称为直线电动机50B)，C为使磁铁排列62与背轭63分离的第二现有例中磁铁排列62与背轭63之间的间隙、以及磁铁排列62与电枢64之间的间隙均为0.5mm的直线电动机60，D为在与动子2(磁铁排列)分离的背轭3上形成有磁极齿31的实施方式一的一例，且动子2与背轭3之间的间隙、以及动子2与电枢4之间的间隙均为0.5mm的直线电动机1。

在第一现有例的直线电动机50A(图中A)中，推力虽最大，为1030N，但吸引力为4200N，是推力的四倍左右的大的数值。在作为降低该吸引力的对策的直线电动机50B(图中B)中，所得到的推力显著降低，为909N，与此相对，吸引力基本没有降低，为3360N。因此，应该理解，这不是一个充分的对策。

在第二现有例的直线电动机60(图中C)，虽然能够得到980N的较大的推力，但吸引力是1712N的较大的力向背轭侧吸引，吸引力未被充分地降低。

与此相对，在实施方式一的一例的直线电动机1(图中D)中，能够得到不逊色于直线电动机50A的1000N的较大的推力。另外，对于吸引力，能够在背轭3侧大幅降低至290N(直线电动机50A的1/14左右)。因此，证实了在实施方式一的一例的直线电动机1中，能够在维持大的推力的同时，大幅降低吸引力。

但是，也如图12所示，在实施方式一的一例的直线电动机1中，吸引力的大小随着驱动磁动势的大小而变化。因此，如果根据常用的推力区域(驱动磁动势)来调整动子2和背轭3之间的间隙的大小，则能够进一步减小吸引力。

在上述的实施方式一的一例中，动子2与背轭3之间的间隙、以及动子2与电枢4之间的间隙均等于0.5mm，但在实施方式一的另一例中，动子2与电枢4之间的间隙为0.5mm不变，动子2与背轭3之间的间隙为0.74mm。另外，其他结构与上述的一例相同。

图19是表示实施方式一的另一例的直线电动机1的推力特性的曲线图，图20是表示实施方式一的另一例的直线电动机1的吸引力特性的曲线图。在图19中，横轴为驱动磁动势[A]，左纵轴为推力[N]，右纵轴为推力磁动势比[N/A]，a表示推力，b表示推力磁动势比。另外，在图20中，横轴为驱动磁动势[A]，纵轴为吸引力[N]。

在另一例中，驱动磁动势为1200A时的推力为978N，与上述的一例相比稍微减小了一点，对于吸引力，驱动磁动势为1200A时仅为18N，能够实现大致为零。这是能够忽略吸引力对直线导轨或动子或周边的结构物所带来的的变形或寿命降低的吸引力。由此可知，在1200A附近的驱动磁动势下使用时，与上述的一例相比，另一例的直线电动机1适于降低吸引力的目的。

另外，作为实施方式一的又一例，制作了动子2与电枢4之间的间隙为0.5mm保持不变，动子2与背轭3之间的间隙为0.66mm的直线电动机1。另外，其他构成与上述的一例相同。

图21是表示实施方式一的又一例的直线电动机1中的推力特性的曲线图，图22是表示实施方式一的又一例的直线电动机1的吸引力特性的曲线图。在图21中，横轴为驱动磁动势[A]，左纵轴为推力[N]，右纵轴为推力磁动势比[N/A]，a表示推力，b表示推力磁动势比。另外，在图22中，横轴为驱动磁动势[A]，纵轴为吸引力[N]。

在又一例中，在驱动磁动势为1200A时推力为984N，与上述一例相比稍微减小了一点，但对于吸引力，驱动磁动势为600A时仅为5N，能够实现大致为零。由此可知，在600A的驱动磁动势下使用时，又一例的直线电动机1用于降低吸引力是最佳的。

由以上可知，通过根据高频率的使用区域将动子2与背轭3之间的间隙的大小设定为最佳，能够大幅降低吸引力而几乎达到零。由此，能够防止因动子2(磁铁排列)的挠曲而导致的尺寸精度的恶化、以及因直线导轨的负荷过重而导致的寿命降低等。

另外，在上述的方式中，对使动子2与电枢4之间的间隙的大小固定而使动子2与背轭3的间隙大小变化的例子进行了说明，但与此相反，根据使动子2与背轭3之间的间隙的大小固定而使动子2与电枢4之间的间隙的大小变化的例子、使背轭3与电枢4之间的间隙的大小固定而使动子2的位置变化的例子等，也能够实现接近于零的吸引力。

另外，在上述方式中，针对动子2比电枢4短的结构的直线电动机1进行了说明，但与此相反，针对动子比电枢长的结构的直线电动机，本发明的特征(在背轭上形成有磁极齿)也适用。

(实施方式二的基本例)

图23以及图24是表示实施方式二的直线电动机1的结构例的立体图以及侧视图。另外，在图23以及图24中，以仅动子2的磁铁的配置清楚的方式示出了从与可动方向平行的方向的截面。

实施方式二的直线电动机1与实施方式一相同，包括动子2、背轭3、以及电枢4，背轭3和电枢4作为定子发挥功能。

另外，由于实施方式二的直线电动机1中的动子2以及电枢4的结构与上述的实施方式一的直线电动机1中的动子2以及电枢4的结构相同，因此省略其说明。

在实施方式二的直线电动机1中，背轭3的结构与实施方式一的直线电动机1不同。背轭3包括磁极齿31以及基板32。基板32为矩形板状。磁极齿31固定于基板32。磁极齿31以其一部分从基板32突出的方式固定。突出的部分的形状为长方体。多个磁极齿31沿着基板32的长度方向以等间距配置。磁极齿31例如由下述的层叠硅钢板形成。基板32例如由SS400等的碳钢形成。

背轭3与电枢4隔开间隙而对置配置。并且，该间隙中配置有动子2。动子2的第一面隔开间隙而与背轭3对置。动子2的与第一面相对的第二面隔开间隙而与电枢4对置。

如图24所示，背轭3以及电枢4在可动方向(图24的左右方向)上的长度大致相等。另外，背轭3的磁极齿31的间隙与电枢4的磁极齿42的间隙相等。背轭3的各磁极齿31的位置在动子2的可动方向上与电枢4的各磁极齿42的位置相同。另外，磁极齿31的磁极面与磁极齿42的磁极面为相同的矩形，具有相同的面积。另外，动子2和背轭3之间的间隙与动子2和电枢4之间的间隙大致相同。

在动子2中，相邻的永久磁铁21，21的磁化方向相反。当将动子2配置在背轭3与电枢4之间的间隙时，成为如下结构：在从背轭3侧朝向电枢4侧的方向上磁化的永久磁铁21与在从电枢4侧朝向背轭3侧的方向上磁化的永久磁铁21交替配置。

在直线电动机1运行时，背轭3的磁极齿31与动子2的永久磁铁21之间产生吸引力。另外，电枢4的磁极齿42与动子2的永久磁铁21之间也产生吸引力。作用于动子2的两个吸引力互为相反方向。通过将磁极齿31的磁极面和磁极齿42的磁极面调整为相同矩形以及相同面积的等磁路，能够使吸引力的大小大致相等。由此，能够使磁极齿31与永久磁铁21之间产生的吸引力、以及磁极齿42与永久磁铁21之间产生的吸引力平衡。即，能够互相消除两个吸引力。另外，在因加工误差、组装误差等因素而导致难以使两个吸引力平衡的情况下，调整磁极齿31与永久磁铁21之间的间隔、或者磁极齿42与永久磁铁21之间的间隔，以使两个吸引力平衡。

如上所述，实施方式二的直线电动机1由于具有与上述的实施方式一的直线电动机1相同的结构，因此在实施方式二的直线电动机1中，也与实施方式一的直线电动机1相同，能够在维持大的推力的同时，大幅降低作用于动子2的吸引力。另外，在实施方式二的直线电动机1中，也与实施方式一的直线电动机1相同，能够降低动子2的制动力。

以下，针对作为实施方式二的特征的背轭3的结构进行详细说明。图25是表示背轭所包含的磁极齿的结构例的立体图。磁极齿31的横截面为T字形，且具有从其底部(图25中的下侧)向宽度方向突出的2个突出部31a、31a。(因此在图25中为将H字状横置的形状)突出部31a，31a为与后述的槽321的凹部32a、32a卡合的部位。在直线电动机1运行时，磁极齿31的宽度方向为与动子2的可动方向平行的方向。

磁极齿31通过将磁极片311层叠而成。磁极片311包括将矩形板状的一部分切除而形成的卡合用的突出部311a。磁极片311由具有软磁性的硅钢等薄板形成。层叠的磁极片311彼此之间的固定通过热焊接或铆接等进行。在热焊接的情况下，例如，首先，在磁极片311的表面涂覆热固化性粘接剂或者附上热焊接性涂膜，层叠后在对板面施加压力的同时进行加热。通过加热将磁极片311彼此固定。

另外，构成磁极齿31的磁极片311的板厚越薄，即磁极片311的张数越多涡流损耗越低。考虑到强度和组装的工时，磁极片311的板厚优选为0.2～0.5mm左右。构成磁极齿31的磁极片311的张数和板厚根据所需的规格适当设计即可。

图26是表示背轭3所包含的基板32的结构例的局部立体图。为了便于说明，图26将图24和图25的上下方向倒置而描绘。基板32沿宽度方向设置有燕尾槽321。燕尾槽321的形状与磁极片311的突出部311a(磁极齿31的突出部31a)相对应。燕尾槽321具备与突出部311a(突出部31a)相对应的凹部32a。如图24和图25所示，基板32上形成有多个燕尾槽321。多个燕尾槽321沿动子2的可动方向以等间距设置。多个燕尾槽321的排列方向在直线电动机1运行时，为与动子2的可动方向平行的方向。

图27是背轭的局部立体图。与图26同样，为了便于说明，将图24和图25的上下方向倒置而描绘。在背轭3中，磁极齿31的突出部31a与燕尾槽321卡合。

磁极齿31向基板32的固定例如如下进行。在燕尾槽321和磁极齿31中的一个或者两个上涂覆粘接剂。利用夹具等奖磁极齿31插入燕尾槽321并进行齿定位。若粘接剂固化，则拆掉夹具。另外，固定方法并不限于此。只要能将磁极齿31的间隙、磁极齿31从基板32的突出量固定在预定的误差范围内，也可以利用其他方法。

直线电动机1通过向电枢4的驱动线圈43施加三相交流电，从而产生流过电枢4的磁极齿42、动子2的永久磁铁21以及背轭3的磁极齿31的磁通。由所产生磁通在动子2与电枢4之间产生的吸引力，以及在动子2与背轭3之间产生的吸引力成为动子2的推力，动子2移动。

接下来针对涡流的降低进行说明。图28是背轭的局部侧视图。在图28中，磁通的流动的一例用实线箭头、涡流的一例用虚线箭头表示。如图28所示，在磁极齿31中，磁通沿纸面上下方向流动。即，在与构成磁极齿31的磁极片311的板面平行的方向流动。涡流在与磁通的流动方向垂直的平面沿妨碍磁通的变化的方向流动。即，在图28所示的情况下，与磁通的流动方向正交且逆时针流动。该涡流的方向为要贯通构成磁极齿31的磁极片311的板面的方向。但是，由于磁极齿31层叠有多个磁极片311，磁极片311之间的电阻大，因此能够降低涡流。而且，在磁极片311的板面(表面)施加有绝缘覆膜的情况下，能够进一步降低磁极片311之间流动的涡流。

图29A和29B是表示由涡流引起的焦耳损失的一例的曲线图，图29A是表示采用相关技术的直线电动机的焦耳损失的曲线图，图29B是表示实施方式二的基本例的直线电动机1的焦耳损失的曲线图。采用相关技术的直线电动机与实施方式二的直线电动机的结构的差异如下。前者的磁极齿不是层叠结构。例如，前者的磁极齿为软磁性体的块。或者也可以是基板32与磁极齿31作为一体构成软磁性体。与此相对，后者的磁极齿31为层叠结构。除此以外的条件、直线电动机的结构、尺寸、线圈的匝数以及驱动条件均相同。例如线圈的驱动电流为70.6A，动子的移动速度为1000mm/s。

图29A和29B的横轴表示动子2的位置的电角度。横轴的单位为度(°)。图29A和29B的纵轴为由涡流引起的焦耳损失。单位为瓦特(W)。标注有背轭的曲线图表示背轭的焦耳损失。如图29A所示，在采用磁极齿不为层叠结构的相关技术的直线电动机中，背轭的焦耳损失为80W左右，与此相对，磁极齿31为层叠结构的实施方式二的直线电动机1中，背轭3的焦耳损失降低到50W左右。

在图29A和图29B中标注有U、V、W的曲线图分别表示在线圈U相、V相、W相中产生的通电所引起的焦耳损失的绝对值。另外，在图29A和图29B中由向线圈的通电所引起的线圈处的焦耳损失虽然相同，但背轭处的焦耳损失却出现了很大的差异。本结果是表示在同一尺寸形状下相对于磁极齿不为层叠结构的情况，磁极齿为层叠结构的情况下能够降低由涡流引起的焦耳损失的例子，虽然由涡流引起的焦耳损失的绝对值根据直线电动机的大小、直线电动机的速度而变化，但能够维持在相同速度下的两者的效果的比率。

实施方式二的直线电动机1具有如下效果。磁极齿31通过将由硅钢板形成的磁极片311层叠而构成。因此，涡流方向成为要贯通板面的方向。此时，通过磁极片311表面的间隙、磁极片彼此的接触电阻、形成在磁极片311表面的氧化膜等，使得磁极齿31中的涡流方向上的电阻大于磁极齿31由软磁性体块形成的情况。因此，能够降低流过磁极齿31的涡流。另外，也可以对磁极片311的表面(层叠面)，实施形成绝缘物质的覆膜等的绝缘处理。在实施了绝缘处理的情况下，能够进一步降低各硅钢板之间的涡流。

另外，在实施方式二中，使背轭3所具有的磁极齿31为层叠结构。例如在由层叠钢板形成背轭整体的情况下，有刚性下降的担心。在该情况下，由于与动子2之间产生的吸引力，背轭3有可能产生挠曲。但是，在基本例中，仅磁极齿31为层叠结构，固定有磁极齿31的基板32不为层叠结构。因此，背轭3的挠曲与采用相关技术(磁极齿31和基板32分别由软磁性体形成的情况、磁极齿31和基板32利用软质磁性体一体形成的情况)的结构相比也是轻微的。

(实施方式二的第一变形例)

第一变形例是关于将构成背轭3的基板的一部分形成为层叠结构的方式的。图30是表示背轭3的另一个结构例的侧视图。背轭3包括基部33和磁极齿块34。磁极齿块34包括被嵌合部34a和多个磁极齿31。

图31是表示磁极齿块34的结构例的立体图。磁极齿块34通过将多个磁极齿片(板状部件)341层叠而成。磁极齿片341的层叠方向是与磁极齿31的排列方向交叉的方向。磁极齿片341包括被嵌合部341a、连接部341b以及多个突出部341c。被嵌合部341a的截面为倒梯形。被嵌合部341a是成为磁极齿块34的被嵌合部34a的部分。突出部341c的截面为矩形。多个突出部341c在磁极齿片341的长度方向上以等间距形成。突出部341c为成为磁极齿块34的磁极齿31的部分。连接部341b是在磁极齿片341的高度方向上位于被嵌合部341a和突出部341c之间的部分。连接部341b连接多个突出部341c。磁极齿片341例如由硅钢板形成。连接部341b是构成要成为背轭3的基部部分的一部分的层叠部分的板状部件。突出部341c是构成磁极齿31的板状部件。磁极齿片341是将两个板状部件形成为一体的部件。

图32是表示基部的结构例的立体图。图32所示的基部33与图30所示的基部33上下倒置。基部33为矩形板状。基部33形成有截面为梯形的嵌合槽33a。

基部33的嵌合槽33a与磁极齿块34的被嵌合部34a嵌合。另外，基部33在动子2的可动方向上的长度只要根据磁极齿块34在可动方向上的长度设定即可。磁极齿块34向基部33的固定如下进行。在嵌合槽33a或者被嵌合部34a中的一个或者两个上涂覆粘接剂后，进行嵌合。由此，基部33与磁极齿块34被固定。以上的结果，形成了背轭3。

接下来对涡流的降低进行说明。图33是直线电动机1的局部侧视图。在图33中，以实线箭头表示磁通的流动的一例，以虚线箭头表示涡流的一例。针对磁极齿31的涡流的降低，由于与上述的基本例相同，因此省略说明。在此，对磁极齿块34的连接部341b处的涡流的降低进行说明。如图33所示，在连接部341b中，磁通沿纸面左右方向流动。即，沿与构成磁极齿块34的磁极齿片341的板面平行的方向流动。涡流在与磁通的流动方向垂直的平面上向妨碍磁通的变化的方向流动。即，如图33所示，以磁通的流动方向为轴逆时针流动。该涡流的方向是要贯通构成磁极齿块34的磁极齿片341的板面的方向。但是，由于磁极齿块34层叠有多个磁极齿片341，磁极齿片341之间的电阻增大，所以能够降低涡流。而且，在板面施加有绝缘覆膜的情况下，能够进一步降低在磁极齿片341之间流动的涡流。

进一步地，对连接部341b的高度进行说明。如图33所示，连接部341b的高度为d。流过相邻的磁极齿31之间的磁通沿纸面左右方向流动。磁通流动的路径是最短的路径。因此，磁通不在与磁极齿31相距一定以上距离的部分中流动。因此，连接部341b的高度d只要为能够使纸面左右方向的磁通充分流动的值即可。另外，对于磁通不流动的基部33，可以由非磁性材料形成。例如，由高刚性且杨氏模量大的氧化铝等形成基部33。或者可以使用非磁性不锈钢或铝合金等。

图34A和34B是表示由涡流引起的焦耳损失的一例的曲线图，图34A是表示基本例的直线电动机1的焦耳损失的曲线图。图34A再次示出了图29B。图34B是表示第一变形例的直线电动机1的焦耳损失的曲线图。基本例中磁极齿31为层叠结构，与此相对，在第1变形例中磁极齿以及基板的一部分为层叠结构。除此以外的条件、直线电动机的结构、尺寸、线圈的匝数以及驱动条件均相同。例如线圈的驱动电流为70.6A，动子的移动速度为1000mm/s。

如图34A所示，在基本例的直线电动机1中，背轭3的焦耳损失为50W左右，与此相对，在第一变形例的直线电动机1中，如图34B所示，背轭3的焦耳损失降低至2.5W左右。由于连接部341b是层叠结构，因此由流过连接部341b的磁通引起的涡流也降低了。在图34A以及34B中，标注有U、V、W的曲线图分别表示在U相、V相、W相中产生的通电所引起的焦耳损失的绝对值。另外，在图34A以及34B中由向线圈的通电所引起的线圈处的焦耳损失虽然相同，但背轭处的焦耳损失却出现了较大的差异。该结果是表示在同一尺寸形状下仅磁极齿为层叠结构的情况、和磁极齿和背轭的一部分为层叠结构的情况下，后者能够降低由涡流引起的焦耳损失的例子，虽然由涡流引起的焦耳损失的绝对值根据直线电动机的大小、直线电动机的速度而变化，但能够维持在相同速度下的两者的效果比率。

在第一变形例的直线电动机1中，磁极齿块34通过将硅钢板(磁极齿片341)层叠而构成。直线电动机1除了磁极齿31之外，还将从背轭3的与磁极齿31的连接部分开始的厚度方向的一部分形成为层叠结构。因此，在相邻的磁极齿31之间流过连接部341b的磁通为与磁极齿片341的表面平行的方向。由磁通的流动而产生的涡流的方向成为要贯通磁极齿片341的板面的方向。但是，通过磁极齿片341表面的间隙、形成在其表面的氧化覆膜等，使得连接部341b的涡流方向的电阻与不形成为层叠结构的情况相比变大。因此，能够降低流过连接部341b的涡流。由此能够进一步降低流过背轭3的涡流。

另外，在第一变形例中，除了基本例一所具有的上述效果以外，还具有如下效果。由于作为背轭3的一部分的基部33能够由非磁性材料形成，因此能够由杨氏模量高的材料，例如氧化铝构成。由此，由于背轭3整体的刚性增加，所以能够降低背轭3与动子2之间产生的吸引力所引起的挠曲。而且，在通过基部33的材质使得背轭3整体的刚性高于所要求的刚性的情况下，能够使背轭3变薄。

(实施方式二的第二变形例)

第二变形例是关于将构成背轭3的基板32的一部分形成为层叠结构的方式的。图35是表示背轭的另一个结构例的侧视图。背轭3包括多个背轭单元301以及背轭单元302。背轭单元301包括基部35以及磁极齿单元36。背轭单元302包括基部35以及磁极齿单元37。背轭单元301与背轭单元302的不同在于，所包含的磁极齿单元的不同。将背轭3的一端部作为背轭单元301，另一端部作为背轭单元302。由此，如图35所示，能够构成在两端部具备磁极齿31的背轭3。

图36A和36B是表示磁极齿单元36、37的结构例的立体图。图36A表示磁极齿单元36的结构例，图36B表示磁极齿单元37的结构例。磁极齿单元36包括形成为梳齿状的多个磁极齿31以及被嵌合部36a。磁极齿31的截面为矩形。被嵌合部36a的截面为倒梯形。

磁极齿单元36通过将多个磁极齿片(板状部件)361层叠而成。磁极齿片361的层叠方向是与磁极齿31的排列方向交叉的方向。磁极齿片361包括被嵌合部361a、连接部361b以及多个突出部361c。被嵌合部361a的截面为倒梯形。被嵌合部361a是成为磁极齿单元36的被嵌合部36a的部分。突出部361c的截面为矩形。多个突出部361c在磁极齿片361的长度方向上以等间距形成。突出部361c是成为磁极齿单元36的磁极齿31的部分。连接部361b是在磁极齿片361的高度方向上位于被嵌合部361a和突出部361c之间的部分。连接部361b连接多个突出部361c。磁极齿片361例如由硅钢板形成。连接部361b是构成要成为背轭3的基部部分的一部分的层叠部分的板状部件。突出部361c是构成磁极齿31的板状部件。磁极齿片361是将两个板状部件形成为一体的部件。

磁极齿单元37通过将多个磁极齿片371层叠而成。磁极齿片371的层叠方向是与磁极齿31的排列方向交叉的方向。磁极齿片371与磁极齿片361的结构基本相同。以下，以磁极齿片371与磁极齿片361的不同点为主进行说明。磁极齿片371包括被嵌合部371a、连接部371b以及多个突出部371c。磁极齿片361的连接部361b在长度方向的一个端部沿长度方向上突出。与此相对，磁极齿片371的连接部371b在长度方向的两端部沿长度方向不突出。磁极齿片371的其他结构与磁极齿片361相同，因而省略说明。

图37是表示基部35的结构例的立体图。图37所示的基部35与图35所示的基部35上下倒置。基部35为矩形板状。基部35形成有截面为梯形的嵌合槽35a。

基部35的嵌合槽35a与磁极齿单元36的被嵌合部36a、或磁极齿单元37的被嵌合部37a嵌合。另外，基部35在动子2的可动方向上的长度只要根据与磁极齿单元36或磁极齿单元37在可动方向上的长度设定即可。基部35与磁极齿单元36或磁极齿单元37的固定如下进行。在嵌合槽35a和被嵌合部361a或被嵌合部371a中的一个或者两个上涂覆粘接剂后，进行嵌合。由此，基部35与磁极齿单元36或磁极齿单元37被固定。以上的结果，形成了背轭单元301或背轭单元302。并且，根据直线电动机1的行程，选择背轭单元301的个数，并通过使多个背轭单元301以及一个背轭单元302结合，从而形成如图35所示的背轭3。各个背轭单元301以及302只要利用公知的方法结合，例如将背轭单元301以及302的背面利用矩形板状部件固定即可。

在第二变形例的直线电动机1中，磁极齿单元36以及37通过将硅钢板(磁极齿片361以及371)层叠而构成。直线电动机1除了磁极齿31以外，还将自背轭3的与磁极齿31的连接部分开始的厚度方向的一部分形成为层叠结构。因此，在相邻的磁极齿31之间流过连接部361b以及371b的磁通为与磁极齿片361和371的表面平行的方向。由磁通的流动产生的涡流的方向成为要贯通磁极齿片361以及371的板面的方向。但是，由于磁极齿片361以及371表面的间隙、形成在其表面的氧化膜等，使得连接部361b以及371b的涡流方向的电阻与不形成为层叠结构的情况相比变大。因此，能够降低流过连接部361b以及371的涡流。由此能够进一步降低流过背轭3的涡流。

另外，在第二变形例中，除了基本例一具有的上述的效果之外，还具有以下效果。由于作为背轭3的一部分的基部35能够由非磁性材料形成，因此能够由杨氏模量高的材料，例如氧化铝构成。由此，由于背轭3整体的刚性增加，所以能够降低背轭3与动子2之间产生的吸引力所引起的挠曲。而且，在通过基部35的材质使得背轭3整体的刚性高于所要求的刚性的情况下，能够使背轭3变薄。另外，在第二变形例中，通过使背轭3所包含的背轭单元301的个数可变，能够改变直线电动机1的行程。

另外，背轭单元301、302分别具备的磁极齿31为5个，但不限于此。基部35具有1个磁极齿单元36或磁极齿单元37，但不限于此。磁极齿单元36和磁极齿单元37分别具有相同数量的磁极齿31，但不限于此。

(实施方式二的第三变形例)

第三变形例是关于在第二变形例中将基部35形成为一张板的结构的。图38A是表示背轭3的另一个结构例的侧视图。背轭3包括基部33、多个磁极齿单元36以及磁极齿单元37。由于磁极齿单元36和磁极齿单元37的结构与上述的第二变形例相同，因此省略说明。

图38B是表示基部33的结构例的立体图。图38B所示的基部33与图38A所示的基部33上下倒置。基部33在矩形的板材上形成有多个燕尾槽(嵌合槽)33a。燕尾槽33a的形状是与磁极齿单元36以及37的被嵌合部36a以及37a相对应的形状。背轭3在磁极齿单元36以及37的被嵌合部36a以及37a嵌合于基部33的燕尾槽33a之后，利用粘接剂等固定。基部33由非磁性材料形成。

在第三变形例中，除了基本例一具有的上述效果之外，还具有如下效果：作为背轭3的一部分的基部33能够由杨氏模量高的非磁性材料、例如氧化铝构成。由此，由于背轭3整体的刚性增加，所以能够降低与动子2之间产生的吸引力所引起的挠曲。

在上述的基本例以及第一～第三变形例中，可以利用非磁性材料，例如树脂模具等来填埋相邻的磁极齿31之间的间隙。由此，背轭3的强度增加，能够更有效地抑制与动子2之间产生的吸引力所引起的背轭3的挠曲。

上述的基本例中的基板32也可以将与磁极齿31从磁极齿31的根基部突出的方向为相反方向(厚度方向)的一部分形成为层叠结构。换而言之，作为层叠结构的磁极齿31(突出部31a、31a)在一部分为层叠结构的基板32的层叠结构部分，可以与凹部32a、32a卡合。由此，与第一变形例和第二变形例相同，能够抑制在动子2的可动方向上流动的磁通所引起的涡流。

各实施方式中所记载的技术特征(构成要件)能够互相组合，通过组合能够形成新的技术特征。应该理解，此次公开的实施方式在所有的方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不限于上述内容，而由权利要求书示出，包含与权利要求书同等的意义以及范围内的所有变更。

附图标记说明

1 直线电动机

2 动子

3 背轭

4 电枢

21 永久磁铁

22 保持框

23 固定板

31 磁极齿

32 基板

33 基部

34 磁极齿块

35 基部

36 磁极齿单元

37 磁极齿单元

41 铁芯

42 磁极齿

43 驱动线圈

221 孔

301 背轭

302 背轭

311 磁极片

341 磁极齿片

361 磁极齿片

371 磁极齿片。

Claims (9)

1.一种直线电动机，其特征在于，具备：

动子，其具有排列有多个矩形的永久磁铁的磁铁排列；

作为定子的背轭，其与所述动子隔开间隙而对置配置；以及

作为定子的电枢，其与所述动子隔开间隙而对置配置在与所述背轭为相反的一侧，

所述多个永久磁铁各自的磁化方向为厚度方向，相邻的永久磁铁彼此的磁化方向为相反方向，

所述电枢以等间距具有分别缠绕有驱动线圈的多个磁极齿，

所述背轭在与所述动子对置的面上具有多个磁极齿，所述背轭的所述多个磁极齿在所述动子的可动方向上位于与所述电枢的磁极齿相同的位置，且在所述背轭的所述多个磁极齿上均未缠绕有所述驱动线圈，

所述背轭的磁极齿的磁极面积为所述电枢的磁极齿的磁极面积的0.9倍～1.1倍，所述动子与所述背轭之间的间隙等于或大于所述动子与所述电枢之间的间隙。

2.根据权利要求1所述的直线电动机，其特征在于，

所述背轭的所述磁极齿的高度为该磁极齿的间距的1/20倍以上且2倍以下。

3.根据权利要求1或2所述的直线电动机，其特征在于，

所述动子的长度比所述电枢的长度短，并且比所述背轭的长度短。

4.根据权利要求1或2所述的直线电动机，其特征在于，

所述动子与所述背轭之间的间隙的大小、及/或所述动子与所述电枢之间的间隙的大小是可变的。

5.一种直线电动机，其特征在于，具备：

动子，其具有排列有多个矩形的永久磁铁的磁铁排列；

作为定子的背轭，其与所述动子隔开间隙而对置配置；以及

作为定子的电枢，其与所述动子隔开间隙而对置配置在与所述背轭为相反的一侧，

所述多个永久磁铁各自的磁化方向为厚度方向，相邻的永久磁铁彼此的磁化方向为相反方向，

所述电枢以等间距具有分别缠绕有驱动线圈的多个磁极齿，

所述背轭在与所述动子对置的面上具有多个磁极齿，所述背轭的所述多个磁极齿在所述动子的可动方向上位于与所述电枢的磁极齿相同的位置，且在所述背轭的所述多个磁极齿上均未缠绕有所述驱动线圈，

所述背轭所具有的所述磁极齿通过将多个板状部件在与所述动子的可动方向交叉的方向上层叠而成。

6.根据权利要求5所述的直线电动机，其特征在于，

所述背轭的与所述磁极齿从所述磁极齿的根基部的突出方向为相反方向的一部分通过将多个板状部件在所述磁极齿的层叠方向上层叠而成，

构成所述背轭的层叠部分的板状部件与构成所述磁极齿的板状部件成为一体。

7.根据权利要求5或6所述的直线电动机，其特征在于，

所述多个板状部件在层叠面上实施了绝缘处理。

8.根据权利要求1或5所述的直线电动机，其特征在于，

所述动子具有保持所述磁铁排列的保持部件，所述保持部件具有供所述多个永久磁铁分别插入的多个孔。

9.根据权利要求8所述的直线电动机，其特征在于，

所述动子具有粘接固定所述保持部件以及所述多个永久磁铁的板状的基材。

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