JP2011004555A - リニアモータの電機子およびリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を維持しつつ、推力密度が高く、コギング推力が小さなリニアモータを提供する。
【解決手段】略I字形状の電機子コアを複数枚積層してなる電機子コアブロック４の長手方向両端部に形成されたティース部に電機子巻線５を巻装して構成し、前記電機子コアブロック４を複数個、直線状に連結してなるリニアモータ電機子において、電機子コアブロック４の中央における該コアブロックの長手方向と直交する方向に設けられると共に、電機子巻線５の巻回面となるティース部より幅が広い段差部１０の両側に２個の取付穴９を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置や工作機等のテーブル送りに利用されるリニアモータの電機子構造に関する。

従来から、半導体製造装置や工作機等のテーブル送りに利用されると共に、小型で高推力の所謂推力密度の高いリニアモータが要求されている。このため、限られた体格で磁気装荷と電気装荷を向上しなければならないという技術課題がある。この技術課題を解決するために、界磁用永久磁石の両側を２個の電機子ユニットで挟みこんだり、電機子の両側を２個の界磁用永久磁石で挟み込む、所謂吸引力を相殺する構造の両側式リニアモータが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
図５は第１従来技術（特許文献１）のリニアモータの平断面図であり、図６は図５のＡ−Ａ線に沿う正断面図であって、電機子に電機子取付板を取り付けた状態を示したものである。図５において、１はリニアモータで、電機子２と、前記電機子２と空隙を介して対向配置された界磁部３とで構成されている。電機子２は、略I字形状の電機子コアを複数枚積層してなる電機子コアブロック４と、電機子コアブロック４の長手方向両端部に形成されたティース部に電機子巻線５を巻装して構成し、前記電機子コアブロック４を複数個、直線状に連結して構成されている。ここでは、電機子コアブロック４と電機子巻線５とで、電機子ブロック６を構成している。
一方、界磁部３は、界磁ヨーク７上に交互に極性が異なる複数個の永久磁石８を隣り合わせに等ピッチに並べて配置して構成される。また、電機子を隔てて対向する永久磁石８同士はそれぞれ極性が互いに異なるように配置され、永久磁石８から発生する磁束は電機子コアブロック４内部を直進する磁束貫通形構造となっている。なお、電機子の組み立てに関しては、電機子コアブロック４の中央にはリニアモータの進行方向に沿って、電機子巻線の巻回面となるティース部より幅が広い段差部１０を設けると共に、段差部１０にはアリ溝形状の係合部を設け、このアリ溝形状の係合部をリニアモータの進行方向に沿って複数個連結して電機子が組み立てられる。
また、図６において、９は取付穴、１１は締結部材であるボルト、１２は電機子取付板、１３はヨーク固定板、１４は締結部となる雌ネジ部である。このような構成で、各電機子コアブロック４の中央の一箇所に穿孔された取付穴９にボルト１１を通し、該ボルト１１を電機子取付板１２の雌ネジ部１４にねじ込むことによって、各電機子ブロック６と電機子取付板１１を締結するようにしており、電機子コアブロック４と電機子取付板１１が一体となった可動子が、軸受１５を介して移動可能となっている。
図７は第２従来技術（特許文献２）のリニアモータの平断面図である。基本的な構成は図６に示した第１従来技術のリニアモータと同じであるが、分割された隣り合うそれぞれの電機子コアブロック４が進行方向に一定の隙間１６を隔て複数個連結されて電機子を構成する点で異なる。このように、分割された複数の電機子コアブロック４を隙間１６を隔てて電機子を構成することで、隣り合う電機子コアブロック４間に流れる漏洩磁束を減少させ、推力を向上させている。
以上のように、第１および第２従来技術に示した電機子２と電機子取付板１２の締結方法は電機子コアブロックの中央に設けた一つの取付穴にボルトを通して電機子ブロックと電機子取付板を締結する構成として共通している。

特許３９４４７９９号公報（明細書第１１頁、第８図参照） 特許３８５６２０５号公報（明細書第６頁、第１図参照）

しかしながら、第１および第２従来技術のリニアモータでは電機子コアブロックの中央に取付穴が存在するので、電気装荷向上のために巻線スロット断面積を広げると、取付穴周辺部で主磁束の通り幅が狭くなり、磁束が通り難くなる。このため、電気装荷と磁気装荷を同時に上げることが難しく、要望されていた推力を向上させることが困難となる課題があった。また、電機子コアブロックの中央に取付穴が存在することで、隣り合うティース間に漏洩磁束が発生し易くなり、推力が低下するというような問題もあった。特に第２従来技術では電機子ブロック間に一定の隙間を設けることで電機子ブロック間の漏洩磁束を抑制し、推力を上げることができるが、電機子ブロック間に余分なスペースを必要とするため、リニアモータの小型化を妨げたり、また、電機子ブロックと電機子取付板を一本のボルトで締結する構成のため、電機子ブロックがコア中央を中心として回転したりすると隣り合う電機子ブロックの間隔が不均一となり、コギング推力を発生する要因になりかねない。そのため。第２従来技術は電機子コアブロックの小型化を維持しつつ、コギング推力を小さくする改善の余地があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型化を維持しつつ、推力密度が高く、コギング推力が小さなリニアモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、略I字形状の電機子コアを複数枚積層してなる電機子コアブロックの長手方向両端部に形成されたティース部に電機子巻線を巻装して構成し、前記電機子コアブロックを複数個、直線状に連結してなるリニアモータ電機子において、前記電機子コアブロックの中央には、該コアの長手方向と直交する方向に設けられると共に前記ティースの幅より広い段差部とを備えており、前記段差部の両側には前記複数個の電機子コアブロックを外部の電機子取付板と固定するための取付穴を穿設したことを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のリニアモータ電機子において、前記電機子コアの取付穴に締結部材を挿設すると共に、前記電機子と前記電機子取付板を一体に連結して構成されたことを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載のリニアモータの電機子において、前記締結部材は、非磁性体ボルトを用いたことを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のリニアモータの電機子において、前記取付穴を長穴形状とし、前記締結部材を介して前記電機子と前記電機子取付板を一体に連結したことを特徴としている。
請求項５に記載の発明は、リニアモータに関するものであり、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を界磁ヨーク上に隣り合わせに並べて配置させた界磁部とを備え、前記電機子と前記界磁部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対移動するようにしたことを特徴としている。

請求項１乃至２に記載の発明によると、取付穴が主磁束の通りを妨げることがないので、磁気装荷を上げることができる。また、電気装荷を上げるためにスロット断面積を広くしても、磁気装荷の低下が起きないので、電気装荷と磁気装荷を同時に向上することができ、推力を向上することができる。
請求項３に記載の発明によると、隣り合う電機子ブロック間の漏洩磁束を減少することができ、推力の低下を防ぐことができる。
請求項４に記載の発明によると、電機子ブロックの位置を調整した後、正確な位置で電機子ブロックを固定することができるので、コギング推力を低減することができる。
請求項５に記載の発明によると、請求項１乃至４記載の電機子を界磁極と組み合わせることで、推力密度が高く、コギング推力が小さなリニアモータを提供することができる。

本実施形態の第１実施例を示すリニアモータの平断面図 リニアモータの磁束の流れを示す平断面図であって、（ａ）は本実施形態の第１実施例、（ｂ）は従来技術を示したもの 本実施形態の第２実施例を示すリニアモータの平断面図であって、同図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ電機子コアブロックと電機子取付板を一体に連結するための締結部材として磁性体ボルトおよび非磁性体ボルトを用いた場合の磁束の通り方を模式的に示したもの 本実施形態の第３実施例を示す電機子コアブロックの平断面図 第１従来技術（特許文献１）のリニアモータの平断面図 図５のＡ−Ａ線に沿う正断面図であって、電機子に電機子取付板を取り付けた状態を示したもの 第２従来技術（特許文献２）のリニアモータの平断面図

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本実施形態の第１実施例を示すリニアモータの平断面図である。
図１において、１はリニアモータで、電機子２と、前記電機子２と空隙を介して対向するように配置される界磁部３とで構成されている。電機子２は、略Ｉ字形状をした電機子コアブロック４と、この電機子コアブロック４の長手方向両端部のティースに巻装した電機子巻線５とを備えた電機子ブロック６を進行方向に複数個連結して構成される。界磁部３は、界磁ヨーク７上に交互に極性が異なる複数個の永久磁石８を隣り合わせに等ピッチに並べて配置される。また、電機子を隔てて対向する永久磁石８同士はそれぞれ極性が互いに異なるように配置され、永久磁石８から発生する磁束は電機子コアブロック４内部を直進するような磁束貫通形構造となっている。以上、本実施形態の構成は従来技術と同じである。
本実施形態の第１実施例が従来技術と異なる点は、電機子コアブロック４の中央における該コアブロックの長手方向と直交する方向に設けられると共に、電機子巻線の巻回面となるティース部より幅が広い段差部１０の両側に２個の取付穴９を形成した点である。

次に、リニアモータの推力向上の原理について説明する。
図２はリニアモータの磁束の流れを示す平断面図であって、（ａ）は本実施形態の第１実施例、（ｂ）は従来技術を示したものである。
図２（ｂ）に示すように、従来のリニアモータでは、スロット断面積を広げるために電機子コアブロック４中央に形成した段差部１０の厚み（厚みはコアの長手方向と同じ方向の寸法を指す）を細くすると、電機子コアブロックの取付穴周辺部９１で磁束の通り幅が狭くなり磁気抵抗が大きくなる。このため、主磁束Φが減少し、磁気装荷が低下する。また、取付穴が電機子コアブロックの中央に存在するので、隣合う電機子コアブロック間に磁束が漏れ、さらに漏れ磁束Φ１の影響で推力が下がる。一方、図２（ａ）に示すように、本実施例のリニアモータでは取付穴が電機子コアブロックの中央に存在しないので、磁束の通り幅が広くなり、磁束を多く通すことができる。このようにして、磁気装荷を低下させることなく、段差部１０の厚みを細くし、巻線スロット断面積を広げて電気装荷を向上することができる。また、取付穴９が段差部１０に存在するため、隣合う電機子コアブロック間を流れる漏れ磁束を遮断することができるので、推力の低下を防ぐことができる。
巻線スロット断面積を広くするために、段差部の厚みを細くすると締結部材として使用するボルトの径を小さくしなければならないが、電機子コアブロック１個あたり２箇所で電機子取付板と固定しているため、強度は確保される。

図３は本実施形態の第２実施例を示すリニアモータの平断面図であって、同図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ電機子コアブロックと電機子取付板を一体に連結するための締結部材として磁性体ボルトおよび非磁性体ボルトを用いた場合の磁束の通り方を模式的に示したものである。
図３（ａ）に示すように、磁性体ボルト１１１を使用した場合、漏れ磁束が発生し、推力が低下するが、図３（ｂ）に示すように、非磁性体ボルト１１２を使用することで、漏れ磁束を防止し、推力の低下を防止することができる。

図４は本実施形態の第３実施例を示す電機子コアブロックの平断面図である。
図４において、第３実施例が第１および第２実施例と異なる点は、電機子コアブロック４の段差部１０に長穴形状の取付穴９を設けた点である。
このような構成において、電機子コアブロック４を電機子取付板に締結する際、電機子コアブロック４を該コアの長手方向と直交する方向に動かすことが可能となり、電機子コアブロック４の取付位置を自在に調整することができる。その結果、電機子コアブロックを電機子取付板に対して最適に位置決めすることにより、コギング推力を低減することができる。
従来のリニアモータでは電機子コアブロックの中央に設けた１本のボルトだけで固定しているので、取付の際に電機子コアブロックが該コアの中央を中心として回転し、隣合う電機子コアブロックの間隔に不均一性が生じてコギング推力が発生する恐れがあるが、一方の第３実施例のリニアモータでは、電機子コアブロックの段差部２箇所で固定しているので、電機子コアブロックは該コアの中央を中心として回転することがなく、取付位置を正確に固定することができるので、製造上のばらつきに起因するコギング推力を低減することができる。

電機子コアブロックの中を磁束が直進するため、本実施例は無方向性電磁鋼板の電機子コアブロックに対してのみでなく、方向性電磁鋼板の電機子コアブロックについても特に大きな効果を発揮する。

磁路を避けて取付穴を設置することで、推力やトルクを向上することができるので、広範囲のモータに適用できる。

１ リニアモータ
２ 電機子
３ 界磁部
４ 電機子コアブロック
５ 電機子巻線
６ 電機子ブロック
７ 界磁ヨーク
８ 永久磁石
９ 取付穴
９１ 取付穴周辺部
１０ 段差部
１１ ボルト
１１１ 磁性体ボルト
１１２ 非磁性体ボルト
１２ 電機子取付板
１３ ヨーク固定版
１４ 雌ねじ部
１５ 軸受

Claims (5)

1. 略I字形状の電機子コアを複数枚積層してなる電機子コアブロックの長手方向両端部に形成されたティース部に電機子巻線を巻装して構成し、前記電機子コアブロックを複数個、直線状に連結してなるリニアモータ電機子において、
   前記電機子コアブロックの中央には、該コアの長手方向と直交する方向に設けられると共に前記ティースの幅より広い段差部とを備えており、前記段差部の両側には前記複数個の電機子コアブロックを外部の電機子取付板と固定するための取付穴を穿設したことを特徴とするリニアモータ電機子。
2. 前記電機子コアの取付穴に締結部材を挿設すると共に、前記電機子と前記電機子取付板を一体に連結して構成されたことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ電機子。
3. 前記締結部材は、非磁性体ボルトを用いたことを特徴とする請求項２記載のリニアモータの電機子。
4. 前記取付穴を長穴形状とし、前記締結部材を介して前記電機子と前記電機子取付板を一体に連結したことを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータの電機子。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を界磁ヨーク上に隣り合わせに並べて配置させた界磁部とを備え、
   前記電機子と前記界磁部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対移動するようにしたことを特徴とするリニアモータ。

Images