KR20190112153A - 리니어 모터 - Google Patents

Abstract

소형의 구성 및 큰 추력의 발생을 달성하면서, 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있음과 동시에 디텐트력을 저감할 수 있는 리니어 모터를 제공한다. 리니어 모터는, 복수의 직사각형상의 영구자석을 배열시킨 자석 배열을 가지는 가동자와, 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 고정자로서의 백 요크와, 가동자에 간격을 두고 백 요크와는 반대 측에 대향 배치한 고정자로서의 전기자를 구비하고, 복수의 영구자석 각각의 자화 방향은 두께 방향이며, 서로 이웃이 되는 영구자석끼리의 자화 방향은 역 방향이며, 전기자는, 각각에 구동 코일이 권취되어 있는 복수의 자극치를 등피치로 갖고, 백 요크는, 가동자에 대향하는 면에, 전기자의 자극치와 가동자의 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치를 가진다.

Description

리니어 모터

본 발명은, 가동자와 고정자를 조합하여 직선 운동 출력을 취출(取出)하는 리니어 모터에 관한 것이다.

종래, X,Y 이동에는, 회전형 모터의 출력을 볼나사로 직선 운동으로 변환하는 방법이 이용되어 왔지만, 이동 속도가 늦기 때문에, 직선 운동 출력을 직접 취출 가능한 리니어 모터의 이용이 진행되고 있다. 리니어 모터는, 일반적으로는, 복수의 직사각형상의 영구자석을 가지는 가동자와, 복수의 자극치(磁極齒)를 가지는 전기자를 조합하여 구성된다.

또, 반도체 제조 장치의 가공기에서의 와이어 본딩, 팁 마운터에서는 고속의 반복 운동이 필요하기 때문에, 질량이 작고 큰 가속도를 얻을 수 있는 리니어 모터의 사용이 바람직하다. 이러한 리니어 모터로서, 소형화를 도모하기 위해서, 예를 들면 특허문헌 1 또는 2에 개시되고 있듯이, 고정자로서의 전기자의 전면에 가동자의 영구자석이 대향하는 것이 아니라, 가동자에서의 영구자석의 배열 길이를 전기자의 길이보다 짧게 하는 구성을 이루는 리니어 모터가 채용되고 있다.

이런 종류의 리니어 모터는, 복수의 영구자석을 배열한 자석 배열과 이 자석 배열에 일체화한 평판형(平板狀)의 백 요크를 가지는 가동자와, 복수의 자극치 각각에 구동 코일을 권치하고 있는 전기자를 간격(隙間)를 두고 대향시킨 구성을 이루고 있다. 구동 코일에의 통전에 의해서, 가동자(자석 배열 및 백 요크)가 이동하고, 가동자와 전기자의 길이의 차이가 리니어 모터의 동작 가능한 스트로크가 된다.

가동자를 강자성체로 형성한 백 요크와 자석 배열로 구성했을 경우, 대향하는 고정자와의 사이에 흡인력이 발생한다. 발생하는 흡인력에 의해, 가동자를 소정 방향으로 이동 가능하게 지지하는 베어링에 큰 수직 항력이 작용한다. 이 수직 항력은, 베어링의 단수명화를 가져온다. 또, 수직 항력이 작용하는 방향은 가동자의 가동 방향과 교차하는 방향이다. 따라서, 상기 수직 항력을 고려하여, 베어링의 선정이 필요하다. 그 때문에, 가동자에 의한 하중에 준거한 베어링보다, 대형의 베어링을 선정하게 된다. 이것은, 리니어 모터 전체의 대형화로 연결된다.

거기서, 상술의 리니어 모터와는 달리, 자석 배열만을 가동자로서 기능시키고, 백 요크는 고정자로서 기능시키는 리니어 모터가 제안되고 있다(특허문헌 3~5 등).

이런 종류의 리니어 모터에서는, 자석 배열과 평판형의 백 요크를 분리하고, 전기자와는 반대 측에서 간격을 두고 백 요크를 자석 배열에 대향시키고, 자석 배열만을 이동 가능하게 하고 있다. 자석 배열만이 이동하고, 백 요크는 전기자와 동일하게 이동하지 않는다. 자석 배열의 길이는 전기자의 길이보다 짧고, 이 길이의 차이가 리니어 모터의 동작 가능한 스트로크가 된다.

일본 공개특허 특개2005-269822호 공보 일본 특허 재공표 특허 WO2016/159034호 공보 일본 공개특허 특개2005-117856호 공보 일본 공개특허 특개2015-130754호 공보 일본 공개특허 특개2005-184984호 공보

가동자는, 대향하는 전기자의 자극치면에 강하게 흡인된다. 이 때의 흡인력(吸引力) F는, 하기 식으로 나타낸다.

F=B2S/2μ0

(단, B: 전극자의 자극치 상의 자속밀도, S: 가동자와 전기자의 대향 유효 면적, μ0: 진공의 투자율)

자석 배열과 평판형의 백 요크를 일체화시킨 가동자를 가지는 리니어 모터(일체형 리니어 모터: 특허문헌 1 또는 2 등)에서는, 이 흡인력은, 통상 정격 추력(推力)의 수배로부터 10배 이상이 된다. 따라서, 큰 흡인력에 의해서 가동자가 휘는 문제가 있다. 이 결과, 이러한 휨(撓)이 발생하는 리니어 모터를 이용하는 가공기의 치수 정밀도가 악화된다. 또, 가동자의 강성을 크게 할 필요가 있어, 구성이 대형화 한다고 하는 난점이 있다.

과대한 흡인력은, 가동자를 지지하는 리니어 가이드에도 미쳐지므로, 이 과대한 흡인력에 견딜 수 있도록 리니어 가이드는 정격 하중이 큰 것이 필요하고, 이 점에서도 구성의 대형화를 피할 수 없다. 따라서, 상기와 같은 흡인력을 저감하는 것이 바람직하다. 단, 흡인력을 저감시킬 때에, 소형의 구성과 큰 추력의 발생을 어느 쪽도 실현될 수 있도록 할 필요가 있다.

또, 일체형 리니어 모터에서는, 큰 엣지 효과에 의해서 코깅 토크가 커져서, 디텐트력이 크다고 하는 과제가 있다.

자석 배열과 평판형의 백 요크를 분리하여 자석 배열만을 이동시키는 구성의 리니어 모터(분리형 리니어 모터: 특허문헌 3~5 등)에서는, 자석 배열에는 백 요크와 전기자의 쌍방에서 흡인력이 작용하기 때문에, 일체형 리니어 모터에 비해, 전체의 흡인력은 작아진다. 그렇지만, 분리형 리니어 모터에서는, 자석 배열에 대향하는 자극 면적이, 전기자 측에서는 대향하는 자극치의 면적 뿐인데 반해서, 백 요크 측에서는 전자석의 면적과 거의 같은 면적이 된다. 따라서, 양 간격 내에서의 자속밀도가 같은 경우에는, 이 자극 면적의 비율에 따라, 백 요크 측에서 보다 큰 흡인력이 작용하게 되기 때문에, 전체적인 흡인력의 대폭적인 저감은 바랄 수 없다.

거기서, 자석 배열과 백 요크의 간격을 넓게 하여 간격의 자속밀도를 작게 하고, 자석 배열과 전기자 사이의 흡인력과 같은 정도로까지 자석 배열과 백 요크의 흡인력을 저감시키는 것을 생각할 수 있다. 그렇지만, 자석 배열과 백 요크의 간격을 넓게 했을 경우에는, 전기자로부터의 추력 발생을 위한 자속밀도도 저하하기 때문에, 추력이 작아진다고 하는 문제가 있다. 따라서, 지금까지 제안된 분리형 리니어 모터에서는, 가동자에 작용하는 흡인력을 저감시키기 위해서는 추력의 저하를 피할 수 없다고 하는 과제가 있다.

또, 분리형 리니어 모터에서는, 전술한 것처럼, 가동자(자석 배열)와 고정자(전기자) 사이의 흡인력, 및 가동자와 백 요크의 흡인력이, 대략 같은 크기로, 역 방향이 되기 때문에, 가동자에 작용하는 흡인력을 저감시키는 것이 가능해진다. 그러나, 백 요크와 자석 배열을 분리함에 의해, 동작시의 백 요크에 발생하는 와전류가 증대하는 것이 분명해진다. 와전류의 증대는 발열로 연결된다. 이러한 리니어 모터는, 환경 온도를 소정의 범위로 유지할 필요가 있는 장치, 예를 들면 반도체 제조 장치에서의 스테이지의 구동원에는 적합하지 않다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 된 것으로, 소형의 구성 및 큰 추력의 발생을 달성하면서, 흡인력을 큰 폭으로 저감하는 것이 가능함과 동시에 디텐트력을 저감할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 자석 배열에 작용하는 흡인력을 저감하면서, 와전류를 억제 가능한 리니어 모터를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 복수의 직사각형상의 영구자석을 배열시킨 자석 배열을 가지는 가동자와, 상기 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 고정자로서의 백 요크와, 상기 가동자에 간격을 두고 상기 백 요크와는 반대 측에 대향 배치한 고정자로서의 전기자를 구비하고 있고, 상기 복수의 영구자석 각각의 자화 방향은 두께 방향이며, 서로 이웃이 되는 영구자석끼리의 자화 방향은 역 방향이며, 상기 전기자는, 각각에 구동 코일이 권취되고 있는 복수의 자극치를 등피치로 가지고 있고, 상기 백 요크는, 상기 가동자에 대향하는 면에, 상기 전기자의 자극치와 상기 가동자의 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치를 가지고 있고, 상기 백 요크에서의 자극치의 자극 면적은, 상기 전기자에서의 자극치의 자극 면적의 0.9배~1.1배이며, 상기 가동자와 상기 백 요크의 간격은, 상기 가동자와 상기 전기자의 간격에 동일하거나 또는 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 복수의 영구자석을 늘어놓은 자석 배열을 가지는 가동자와, 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 백 요크와, 백 요크와는 반대 측에서 간격을 두고 가동자에 대향 배치한 전기자를 가지고 있다. 자석 배열이 가동자로서 기능하고, 백 요크 및 전기자는 고정자로서 기능한다. 자석 배열에서의 복수의 직사각형상의 영구자석 각각은 두께 방향으로 자화되고 있고, 서로 이웃이 되는 영구자석간에 그 자화 방향은 역 방향이다. 전기자는, 복수의 자극치를 등피치로 가지고 있고, 각 자극치에는 구동 코일이 권취되고 있다. 백 요크는, 가동자에 대향하는 면이 평판형이 아니고, 복수의 자극치가 등피치로 형성되고 있다. 백 요크에서의 자극치의 피치는, 전기자의 자극치의 피치와 동일하고, 백 요크에서의 자극치의 위치는, 가동자(리니어 모터)의 가동 방향에서 전기자의 자극치와 같은 위치이다. 또, 백 요크의 자극치의 자극 면적은, 전기자의 자극치의 자극 면적의 0.9배~1.1배이다. 또, 가동자와 백 요크의 간격은, 가동자와 전기자의 간격 이상이다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 백 요크에도 전기자와 같은 위치에 대략 같은 자극 면적의 자극치를 설치하고 있다. 즉, 전기자로부터의 구동 자속이 인가되는 백 요크 부분만을 가동자에 근접시키고, 전기자의 자극치에 대향하는 부분 이외에서 가동자로부터의 간격을 두는 구성으로 하고 있다. 가동자에 대향하는 전기자의 자극 면적과, 가동자에 대향하는 백 요크의 자극 면적이 대략 동일하므로, 서로 효율 좋게 상쇄되고, 전체의 흡인력은 큰 폭으로 작아진다. 따라서, 가동자와 백 요크의 간격을 크게 하지 않아도 흡인력의 대폭적인 저감을 실현할 수 있다. 이 때, 가동자와 백 요크의 간격을 크게 할 필요가 없기 때문에, 추력의 저하가 작다.

또, 백 요크에의 자극치의 형성에 의한 요철 형상에 의해, 구동 자속의 전단(剪斷) 영역이 백 요크에 생기기 때문에, 전기자 뿐만이 아니라 백 요크도 추력의 발생에 기여한다. 이 추력 발생이, 가동자의 간격(에어 갭)이 2개소로 증가함에 기인하는 추력의 저하를 보충하게 되어, 전체적으로 큰 추력을 얻을 수 있다. 따라서, 큰 추력을 유지하면서, 자석 배열(가동자)에 작용하는 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 복수의 자극치를 등피치로 가지는 전기자와, 이 전기자의 자극치와 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치를 가지는 백 요크 사이에, 가동자를 배치한 구성이기 때문에, 가동 방향으로 수직인 방향으로의 자석 배열의 코깅이 적게 되기 때문에, 가동자 디텐트력의 저감을 도모할 수 있다.

백 요크의 자극치의 자극 면적을 너무 넓게 했을 경우에는, 주위로부터 자속을 많이 주워 흡인력이 커지고, 한편, 백 요크의 자극치의 자극 면적을 너무 좁게 했을 경우에는, 추력을 얻기 위한 자속이 줄어 들고 추력이 저하한다. 따라서, 백 요크의 자극치의 자극 면적을, 전기자의 자극치의 자극 면적의 0.9배~1.1배로 한다.

전기자의 자극치에는 구동 코일이 권취되기 때문에, 전기자의 자극치는 너무 낮게 구성되지 않고, 전기자의 자극치의 높이는 백 요크에서의 자극치의 높이보다 높아진다. 이 때문에 백 요크에서는 자극치의 높이가 낮기 때문에 자극치 이외의 부분에도 자속이 발생하여 흡인력이 전기자 측보다 커지는 경향이 있다. 따라서, 흡인력의 효율적인 상쇄를 실시할 수 있도록, 가동자와 백 요크의 간격을, 가동자와 전기자의 간격과 동일하거나 또는 크게 한다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 백 요크에서의 상기 자극치의 높이는, 상기 자극치의 피치의 1/20배 이상 2배 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 백 요크의 자극치의 높이를 피치에 비해 너무 작게 했을 경우에는, 자극치(요철 형상)을 설치한 효과를 얻지 못하고, 한편, 자극치의 높이를 피치에 비해 너무 크게 했을 경우에는, 효과가 변함없이 소형화에 역행한다. 따라서, 백 요크에서의 자극치의 높이를, 자극치의 피치의 1/20배 이상 2배 이하로 한다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 가동자의 길이는, 상기 전기자의 길이보다 짧고, 상기 백 요크의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 가동자의 길이가 전기자 및 백 요크 각각의 길이보다 짧다. 따라서, 소형의 구성이며, 큰 가속도를 확보할 수 있다. 또, 엣지 효과가 작아지기 때문에, 코깅 토크는 작아지고, 디텐트력의 저감을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 가동자와 상기 백 요크의 간격의 크기, 및/또는, 상기 가동자와 상기 전기자의 간격의 크기는 가변인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 가동자와 백 요크의 간격의 크기, 및/또는, 가동자와 전기자의 간격의 크기가 가변이다. 따라서, 사용시의 구동 기자력의 크기에 따라 가동자와 백 요크의 간격의 크기 및/또는 가동자와 전기자의 간격의 크기를 조정함으로써, 흡인력을 거의 영(0)으로 하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 복수의 직사각형상의 영구자석을 배열시킨 자석 배열을 가지는 가동자와, 상기 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 고정자로서의 백 요크와, 상기 가동자에 간격을 두고 상기 백 요크와는 반대 측에 대향 배치한 고정자로서의 전기자를 구비하고 있고, 상기 복수의 영구자석 각각의 자화 방향은 두께 방향이며, 서로 이웃이 되는 영구자석끼리의 자화 방향은 역 방향이며, 상기 전기자는, 각각에 구동 코일이 권취되어 있는 복수의 자극치를 등피치로 가지고 있고, 상기 백 요크는, 상기 가동자에 대향하는 면에, 상기 전기자의 자극치와 상기 가동자의 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치를 가지고 있고, 상기 백 요크가 가지는 상기 자극치는, 복수의 판상 부재를 상기 가동자의 가동 방향과 교차하는 방향으로 적층해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 자극치를 적층 구조로 함으로써, 가동자에 작용하는 흡인력을 저감하면서, 와전류를 저감하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 백 요크는, 상기 자극치의 근원부로부터 상기 자극치의 돌출하는 방향과는 역 방향의 일부가, 복수의 판상 부재를 상기 자극치의 적층 방향으로 적층해서 이루어지고, 상기 백 요크의 적층 부분을 구성하는 판상 부재와, 상기 자극치를 구성하는 판상 부재는, 일체가 되고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 백 요크는, 자극치와의 접속 부분으로부터 두께 방향의 일부를 적층 구조로 함으로써, 더 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 또, 백 요크의 적층 부분을 구성하는 판상 부재와, 자극치를 구성하는 판상 부재는, 일체가 되고 있기 때문에, 제조 공정수가 삭감된다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 복수의 판상 부재는, 적층면에 절연 처리를 가하고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 복수의 판상 부재는, 적층면에 절연 처리를 가하고 있으므로, 더 와전류를 저감하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 가동자는, 상기 자석 배열을 보관 유지하는 보관 유지 부재를 가지고 있고, 상기 보관 유지 부재는, 상기 복수의 영구자석 각각이 삽입되는 복수의 구멍(孔)을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 보관 유지 부재에 의해 자석 배열(복수의 영구자석)을 보관 유지하고 있다. 따라서, 가동자(자석 배열)의 강성이 커지기 때문에, 영구자석의 휨(撓), 굽힘(曲) 등의 변형이 생기기 어렵고 디텐트력을 저감할 수 있다.

본 발명에 따른 리니어 모터는, 상기 가동자는, 상기 보관 유지 부재 및 상기 복수의 영구자석이 접착 고정되는 판상의 베이스재를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 복수의 영구자석이 보관 유지 부재의 구멍에 삽입된 상태로, 자석 배열(복수의 영구자석) 및 보관 유지 부재가 판상의 베이스재에 접착 고정되고 있다. 따라서, 가동자(자석 배열)의 강성을 더 높여 디텐트력을 더 저감을 도모할 수 있음과 동시에, 영구자석의 탈락을 방지할 수 있다.

본 발명의 리니어 모터에서는, 소형의 구성과 큰 추력의 발생을 실현되면서, 가동자(자석 배열)에 작용하는 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있음과 동시에, 가동자 디텐트력을 저감할 수 있다. 따라서, 큰 흡인력에 수반하는 휨에 의한 변형을 억제 가능하고, 리니어 모터가 이용되는 장치의 치수 정밀도의 악화를 방지할 수 있다. 흡인력을 작게 할 수 있기 때문에, 가동자의 강성과 가동자를 지지하는 지지계의 강성을 작게 하는 것이 가능하고, 소형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 가동 질량의 경량화에 의해서 가속도를 개선할 수 있다. 또, 백 요크에 자극치 구조를 설치함으로써, 백 요크로부터의 추력이 가동자에 부가되기 때문에, 자석 배열과 백 요크 사이에 간격을 설치함에 따라 추력의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 리니어 모터에서는, 가동자(자석 배열)에 작용하는 흡인력을 저감하면서, 와전류를 억제하는 것이 가능하다.

[도 1] 실시 형태 1의 리니어 모터의 구성을 나타내는 사시도이다.
[도 2] 실시 형태 1의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 3] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 가동자의 구성을 나타내는 평면도이다.
[도 4] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 가동자의 구성을 나타내는 분해 사시도이다.
[도 5] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 자속의 흐름을 나타내는 측면도이다.
[도 6] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 백 요크의 측면 형상을 나타내는 도면이다.
[도 7] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 전기자의 제작에 이용하는 전기자 소재를 나타내는 평면도이다.
[도 8] 실시 형태 1의 리니어 모터에서의 전기자의 코일을 나타내는 도면이다.
[도 9a] 실시 형태 1의 리니어 모터의 구성을 나타내는 표면도이다.
[도 9b] 실시 형태 1의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 10] 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터의 전기각에 대한 추력 변동을 나타내는 그래프이다.
[도 11] 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터의 추력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 12] 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 13] 제1 종래예(자석 배열과 백 요크를 일체화하여 가동자로 한 구성)의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 14a] 제1 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 표면도이다.
[도 14b] 제1 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 15] 제2 종래예(자석 배열만을 가동자로 하여 평판형의 백 요크를 고정자로 한 구성)의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 16a] 제2 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 표면도이다.
[도 16b] 제2 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다.
[도 17] 제1 종래예, 제2 종래예, 및 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터에서의 평균 추력을 나타내는 그래프이다.
[도 18] 제1 종래예, 제2 종래예, 및 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터에서의 평균 흡인력을 나타내는 그래프이다
[도 19] 실시 형태 1의 다른 예의 리니어 모터의 추력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 20] 실시 형태 1의 다른 예의 리니어 모터의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 21] 실시 형태 1의 또 다른 예의 리니어 모터의 추력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 22] 실시 형태 1의 또 다른 예의 리니어 모터의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다.
[도 23] 실시 형태 2의 리니어 모터의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 24] 실시 형태 2의 리니어 모터의 구성예를 나타내는 측면도이다.
[도 25] 백 요크에 포함되는 자극치의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 26] 백 요크에 포함되는 베이스판의 구성예를 나타내는 부분 사시도이다.
[도 27] 백 요크의 부분 사시도이다.
[도 28] 리니어 모터의 부분 측면도이다.
[도 29a] 관련 기술에 의한 리니어 모터의 줄 손실을 나타내는 그래프이다.
[도 29b] 실시 형태 2의 기본예에서의 리니어 모터의 줄 손실을 나타내는 그래프이다.
[도 30] 백 요크의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다.
[도 31] 자극치 블록의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 32] 베이스부의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 33] 리니어 모터의 부분 측면도이다.
[도 34a] 실시 형태 2의 기본예에서의 리니어 모터의 줄 손실을 나타내는 그래프이다.
[도 34b] 실시 형태 2의 제1 변형예에서의 리니어 모터의 줄 손실을 나타내는 그래프이다.
[도 35] 백 요크의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다.
[도 36a] 자극치 유닛의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 36b] 자극치 유닛의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 37] 베이스부의 구성예를 나타내는 사시도이다.
[도 38a] 백 요크의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다.
[도 38b] 베이스부의 구성예를 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명을 그 실시 형태를 나타내는 도면에 근거하여 상술한다.

(실시 형태 1)

도 1 및 도 2는, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)의 구성을 나타내는 사시도 및 측면도이다. 도 3 및 도 4는, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 가동자(2)의 구성예를 나타내는 평면도 및 분해 사시도이다. 또, 도 1 및 도 2에서는, 가동자(2)만은 자석의 배치를 알 수 있도록 가동 방향으로 평행한 방향에서의 단면을 나타내고 있다.

리니어 모터(1)는, 가동자(可動子)(2)와 백 요크(3)와 전기자(電機子)(4)를 포함한다. 가동자(2)에 간격(隙間)을 두고 백 요크(3)가 대향 배치되어, 가동자(2)에 간격을 두고 백 요크(3)와는 반대 측에 전기자(4)가 대향 배치되어 있다. 백 요크(3) 및 전기자(4)는 고정자(固定子)로서 기능한다.

장척상(長尺狀)을 이루는 가동자(2)는, 도 4에 나타내듯이, 복수의 영구자석(21)과 유지 테두리(22)와 고정판(23)을 포함한다. 복수의 영구자석(21)의 병설 방향이, 가동자(2)의 길이 방향이 되고 있다. 각 영구자석(21)은 직사각형상(矩形狀)을 이룬다. 각 영구자석(21)은 예를 들면, Nd-Fe-B계의 희토류 자석이다. 각 영구자석(21)은 두께 방향(도 2의 상하 방향)으로 자화되고 있고, 서로 이웃이 되는 영구자석(21, 21)끼리에서 그 자화 방향은 역 방향이다. 즉, 자석 배열에서는, 백 요크(3) 측으로부터 전기자(4) 측을 향하는 방향으로 자화된 영구자석(21)과, 전기자(4) 측으로부터 백 요크(3) 측을 향하는 방향으로 자화된 영구자석(21)이 교대로 배치되어 있다.

도 4에 나타내듯이, 유지 테두리(22)는 직사각형 판상을 이루고 있다. 유지 테두리(22)의 두께는, 영구자석(21)의 두께보다 작다. 유지 테두리(22)에는 직사각형상의 구멍(221)이 복수 설치되고 있다. 유지 테두리(22)는, 예를 들면 SUS, 알루미늄 등의 비자성 재료에 의해 구성된다. 구멍(221)은 영구자석(21)과 대응하는 형상이다. 각 영구자석(21)은 구멍(221)에 끼워 넣어져서, 접착제로 유지 테두리(22)에 고정된다. 유지 테두리(22)에 고정된 각 영구자석(21)이 등피치로 병설되도록, 구멍(221)은 설치되고 있다. 또, 영구자석(21)을 유지 테두리(22)에 고정할 때, 서로 이웃이 되는 영구자석(21, 21)끼리의 자화 방향이 역 방향이 되도록, 구멍(221)에 끼워 넣는다. 도 3에 나타내듯이, 각 영구자석(21)은 각도 θ로 스큐(skew) 배치이다.

복수의 영구자석(21)이 유지 테두리(22)의 구멍(221)에 삽입되어 보관 유지된 상태로, 유지 테두리(22)가 고정판(23)에 접착제로 고정되고 있다. 또, 각 영구자석(21)의 저면도 고정판(23)에 접착되고 있다. 고정판(23)은 비자성의 SUS 등으로 구성된다. 이와 같이, 자석 배열이 유지 테두리(22)에 보관 유지되어 고정판(23)에 접착 고정되고 있기 때문에, 가동자(2)의 강성은 높고, 영구자석(21)의 탈락도 일어나지 않는다. 고정판(23)가 백 요크(3)에 대향하도록, 백 요크(3)와 전기자(4)의 간격에 가동자(2)가 배치된다. 또, 고정판(23)은 필수가 아니고, 영구자석(21)이 유지 테두리(22)에서 충분히 보관 유지되는 경우에는 불필요하다.

백 요크(3) 및 전기자(4)의 가동 방향(도 2의 좌우 방향)에서의 길이는 대략 동일하고, 가동자(2)의 가동 방향(도 2의 좌우 방향)에서의 길이는, 이러한 백 요크(3) 및 전기자(4)에서의 길이보다 짧고, 이 길이의 차이가 리니어 모터(1)의 동작 가능한 스트로크가 된다. 이러한 구성에 의해, 엣지 효과의 저감을 도모하고 있다.

연강제, 바람직하게는 연질 자성체(예를 들면, 규소강판)인 백 요크(3)의 가동자(2)와 대향하지 않는 쪽의 면은 평판형(平板狀)이지만, 백 요크(3)의 가동자(2)와 대향하는 측의 면은 평판형이 아니고, 가동 방향으로 등피치에서 복수의 직사각형상의 자극치(磁極齒)(31)가 형성되고 있다. 각 자극치(31)의 높이는, 자극치(31)의 형성 피치의 1/20배 이상 2배 이하, 바람직하게는, 1/10배 이상 1배 이하이다. 예를 들면, 각 자극치(31)의 높이는, 자극치(31)의 형성 피치의 반정도이다.

전기자(4)에서는, 연질 자성체제인 코어(41)에 가동 방향으로 등피치로 연질 자성체 제(製)의 복수의 직사각형상의 자극치(42)가 일체적으로 설치되고 있고, 각 자극치(42)에 구동 코일(43)이 권취되어 있다.

백 요크(3)에서의 자극치(31)의 피치는, 전기자(4)의 자극치(42)의 피치와 동일하고, 백 요크(3)에서의 각 자극치(31)의 위치는, 가동자(2)의 가동 방향에서 전기자(4)의 각 자극치(42)의 위치와 같다.또, 백 요크(3)의 자극치(31)의 가동자(2)에 대향하는 자극면의 형상은, 전기자(4)의 자극치(42)의 가동자(2)에 대향하는 자극면과 거의 같은 형태의 직사각형상을 이루고 있고, 전자의 자극 면적은 후자의 자극 면적의 0.9배~1.1배이다. 예를 들면, 자극치(31)의 자극면과 자극치(42)의 자극면은, 동일한 직사각형상이며, 동일한 면적을 가진다. 또, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격은, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격과 같거나 또는 크다. 예를 들면, 후자의 간격은 0.5mm이며, 전자의 간격은 0.5mm 이상이다. 이 경우의 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격과는 고정판(23)을 구성으로서 포함한 경우에도, 고정판(23)의 두께를 포함하지 않고, 가동자(2) 그 자체와 백 요크(3)의 간격(최단 거리)을 나타내고 있다. 바꾸어 말하면 그 간격은 자기적인 간격(자기 갭)이며, 비자성체인 고정판(23)의 두께를 고려할 필요는 없다.

실시 형태 1의 리니어 모터(1)는, 7개의 영구자석(21)과 6개의 자극치(31) 및 자극치(42)가 대향하는 7극 6 슬롯을 기본 구성으로 하고 있다. 도 1 및 도 2에 나타내는 형태에서는, 기본 구성을 2배가 되는 14극 12 슬롯 구성을 가지고 있다.

실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 백 요크(3)의 가동자(2)에 대향하는 측의 면에, 전기자(4)의 자극치(42)와 가동 방향으로 같은 위치에 거의 동일 형상의 자극면을 갖고 자극 면적이 거의 같은 자극치(31)를 형성하고 있다. 따라서, 가동자(2) 및 백 요크(3) 사이에 생기는 흡인력(吸引力)의 크기와, 가동자(2) 및 전기자(4) 사이에 생기는 흡인력의 크기가 대략 동일하게 되고, 도 2의 상하 방향에서 양쪽 모두의 흡인력이 효과적으로 상쇄되기 때문에, 리니어 모터(1) 전체적으로 가동자(2)에 작용하는 흡인력은 매우 작아진다. 이와 같이, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격을 크게 하지 않아도 흡인력의 대폭적인 저감을 실현할 수 있다. 따라서, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격을 크게 할 필요가 없기 때문에, 추력(推力)의 저하를 일으키지 않는다.

또, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 상술한 것처럼, 복수의 자극치(42)를 등피치로 가지는 전기자(4)와, 이 전기자(4)의 자극치(42)와 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치(31)를 가지는 백 요크(3) 사이에, 가동자(2)를 배치한 구성이므로, 가동 방향으로 수직인 방향으로의 자석 배열의 코깅 토크가 작아지기 때문에, 가동자(2)의 디텐트력의 저감을 도모할 수 있다. 또한, 자석 배열을 유지 테두리(22)로 보관 유지하여 고정판(23)에 접착 고정하고 있으므로, 가동자(2)의 강성을 크게 할 수 있기 때문에, 영구자석(21)의 휨, 굽힘(曲) 등의 변형이 생기기 어렵고, 이 점에서도 가동자(2)의 디텐트력의 저감에 기여한다.

실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 백 요크(3)에 복수의 자극치(31)를 형성하고 있고, 이 가동자(2)에 대향하는 요철 형상에 의해 구동 자속의 전단 영역이 발생하기 때문에, 전기자(4)뿐만이 아니라 백 요크(3)도 추력의 발생에 기여한다. 도 5는, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 자속의 흐름을 나타내는 측면도이다. 도 5에서, 화살표는 자속의 흐름을 나타내고 있다. 리니어 모터(1)에서는, 전기자(4) 측에 있는 자속의 전단에 의해서 추력이 발생함과 동시에, 백 요크(3) 측에 있는 자속의 전단에 의해도 추력이 발생하게 되어, 리니어 모터(1)에 생기는 추력은, 이러한 양 추력을 합계한 것이 된다. 또, 실시 형태 1과 같은 자극치(31)를 형성하지 않고 백 요크가 평판형인 리니어 모터에서는, 백 요크 측에서는 추력이 발생하지 않고, 전기자 측에서는 자속의 전단에 의한 추력만 있다.

실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 가동자(2)와 백 요크(3)의 사이에도 간격을 설치하므로, 이 간격에 의해서 추력이 저하하는 것이 염려된다. 그렇지만, 상술한 것처럼 백 요크(3) 측에서도 추력을 발생할 수 있기 때문에, 간격에 기인하는 추력의 저하를 보충할 수 있어 큰 추력을 실현할 수 있다.

이상으로부터, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 큰 추력을 유지하면서, 가동자(2)에 작용하는 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 따라서, 가동자(2)에는 흡인력에 수반하는 휨이 거의 발생하지 않고, 리니어 모터(1)를 이용한 반도체 제조 장치로의 가공기 등에 있는 치수 정밀도는 매우 높아진다.

또, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 흡인력을 작게 할 수 있기 때문에, 강성이 작은 영구자석(21) 및 유지 테두리(22)를 사용해도 지장이 생기지 않는다. 따라서, 가동자(2)의 소형화를 도모할 수 있음과 동시에, 가동자(2)의 경량화에 수반하여 큰 가속도를 실현하는 것이 가능하다. 또, 가동자(2)의 마모도 적기 때문에, 리니어 모터(1)의 장기 수명화를 도모할 수 있다.

리니어 모터에서는, 가동자의 이동을 평활하게 실시하기 위해서, 후술하듯이 가동자의 측면에 리니어 가이드를 설치하는 것이 일반적이지만, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는 흡인력이 작아지므로, 리니어 가이드도 강성이 작은 것을 사용 가능하고, 이 점에서도 리니어 모터의 소형화와 장기 수명화에 기여할 수 있다.

실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서는, 가동자(2)의 길이를 백 요크(3) 및 전기자(4)의 길이보다 짧게 하고, 더욱 소형화 및 경량화와 고속화를 도모하고 있다.

이하, 본 발명자가 제작한 실시 형태 1에서의 리니어 모터(1)의 구체적인 구성과, 제작한 리니어 모터(1)의 특성에 대해 설명한다.

우선, 가동자(2)를 제작한다. Nd-Fe-B계의 희토류 자석(Br=1.395T, HcJ=1273kA/m) 블록으로부터, 두께 5mm, 폭 12mm, 길이 82mm의 직사각형상의 14개의 영구자석(21)을 잘라낸다. 잘라낸 영구자석(21)을, 두께 방향으로 착자(着磁) 한다. 다음으로, 두께 3mm의 SUS판으로부터 도 4에 나타내는 유지 테두리(22)를 와이어 컷으로 잘라낸다. 잘라낸 유지 테두리(22)를, 두께 0.2mm의 SUS판으로 이루어지는 고정판(23)에 접착 고정한다. 그리고, 유지 테두리(22)의 구멍(221)에, 서로 이웃이 되는 영구자석(21)의 자화 방향이 서로 역 방향이 되도록, 접착제가 도포된 14개의 영구자석(21)을 스큐각 θ=3.2°를 부여하여 끼워 넣고, 영구자석(21)을 유지 테두리(22) 및 고정판(23)에 접착 고정한다. 여기에서는, 가동자(2)의 경량화와 자석 배열의 큰 강성과의 양립을 실현할 수 있도록, 영구자석(21)의 두께 5mm에 대해서, 유지 테두리(22)의 두께를 3mm로 했다.

또한, 상기의 예와는 달리, 두께 0.5mm의 SUS판에 프레스 가공으로 구멍을 뚫은 것을 6매 겹쳐서 코킹 처리로 고정하는 수법에서, 유지 테두리(22)를 제작하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 제작 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

다음으로, 백 요크(3)를 제작한다. 도 6은, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 백 요크(3)의 측면 형상을 나타내는 도면이다.

연강(JIS 규격 G3101 종류 기호 SS400 재)으로부터 도 6에 나타내는 치수를 갖는 블록을 깎기 시작하고, 18개의 동일 형상의 자극치(31)(폭: 6mm, 높이: 3mm, 길이: 82mm, 자극 면적: 492㎟)를 등피치(15.12mm)로 갖는 백 요크(3)를 제작했다.

다음으로, 전기자(4)를 제작한다. 도 7은, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 전기자(4)의 제작에 이용하는 전기자 소재를 나타내는 평면도이다. 도 7에 나타내는 형상을 이루는 전기자 소재(44)를 0.5mm두께의 규소강판(JIS 규격 C2552 종류 기호 50A 800 재)로부터 164매 잘라내고, 잘라낸 164매를 겹쳐서 측면을 CO2 레이저에서 용해 일체화시키고, 폭 82mm, 높이 31mm, 길이 263.04mm의 블록체(코어(41)에 18개의 동일 형상의 자극치(42)(폭: 6mm, 높이: 25mm, 길이: 82mm, 자극 면적: 492㎟)를 등피치(15.12mm)로 가지는 구성)를 얻었다.

다음으로, 이 블록체에 코일을 삽입한다. 도 8은, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 전기자(4)의 코일을 나타내는 도면이다. 전기자(4)의 각 자극치(42)의 암부에, 직경 2mm의 에나멜 피복 도선을 17회 권취한 것을 바니스 함침시켜 고정함으로써, 구동 코일(43)로 했다.

도 8에서의 U, V, W는 각각 3상 교류 전원의 U상, V상, W상을 나타내고, 각 상의 코일은 모두 직렬 접속으로 한다. U코일, V코일, W코일은 위에서 보았을 때 전류가 시계 회전으로 흐르도록 선을 연결하고, -U코일, -V코일, -W코일은 위에서 보았을 때 전류가 반시계 회전으로 흐르도록 선을 연결하고, 전기자(4)를 제작한다. 그리고, 6 개씩의 U코일, -U코일, V코일, -V코일, W코일, -W코일을 스타 결선(結線)하여 3상 교류 전원에 접속했다.

다음으로, 제작한 백 요크(3) 및 전기자(4)를, 양자의 간격이 일정한 6mm로 유지되도록, 치구(治具)를 이용하여 고정한다. 또, 백 요크(3)와 전기자(4)의 간격이 6mm가 되도록 고정했지만, 이 간격은 리니어 모터(1) 조립 후에 조정할 수 있는 구조로 한다. 다음으로, 가동자(2)의 측면에 리니어 가이드(도시하지 않음)를 장착한 후, 백 요크(3) 및 전기자(4)의 간격에, 백 요크(3) 및 전기자(4) 각각과 소정의 거리를 멀리하고, 두께 5mm의 가동자(2)를 삽입하고, 리니어 모터(1)를 제작한다. 이 때, 가동자(2)와 백 요크(3)의 자극치(31)의 간격의 거리, 및, 가동자(2)와 전기자(4)의 자극치(42)의 간격의 거리를, 어느 쪽도 0.5mm로 한다. 또, 리니어 가이드와 전기자(4) 간에는, 흡인력을 측정할 수 있도록 로드 셀을 설치했다.

백 요크(3)와 전기자(4)의 간격을 조정할 수 있는 구조로 하고 있기 때문에, 가동자(2)와 전기자(4)(자극치(42))의 간격의 거리를 일정하게 한 상태로, 가동자(2)와 백 요크(3)(자극치(31))의 간격의 거리를 임의로 설정하고 가변으로 할 수 있다. 또, 백 요크(3) 및 전기자(4)의 간격에의 가동자(2)의 삽입 위치를 조정함으로써, 가동자(2)와 백 요크(3)(자극치(31))의 간격의 거리, 및, 가동자(2)와 전기자(4)(자극치(42))의 간격의 거리의 비를 소망한 값으로 설정하는 것도 가능하다.

그 외, 전기자(4)와 가동자(2)를 지지하는 리니어 가이드의 사이 및 전기자(4)와 백 요크(3) 사이에서의 간격을 조절하는 기구로서, 간격 조정 나사를 삽입하여 높이를 조정하는 기구나 단면 형상이 테이퍼형이 되는 심 판(shim 板)을 나사에 의해 삽입하여 높이를 조절하는 기구가 채용 가능하다.

도 9a 및 9b는, 이와 같이 하여 제작한 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 9a는 그 상면도, 도 9b는 그 측면도이다. 도 9b에서, 탈색 화살표는 영구자석(21)의 자화 방향을 나타내고, 실선 화살표는, 가동자(2)의 가동 방향을 나타내고 있다. 또, 이 리니어 모터(1)의 제작 사양의 자세한 것은 이하와 같다.

자극 구성: 7극 6 슬롯

영구자석(21)의 재질: Nd-Fe-B계 희토류 자석(히타치 금속제 NMX-S49CH 재)

영구자석(21)의 형상: 두께 5.0mm, 폭 12mm, 길이 82mm

영구자석(21)의 피치: 12.96mm

영구자석(21)의 스큐각: 3.2°

백 요크(3)의 형상: 두께 6.0mm, 폭 90mm, 길이 263.04mm

백 요크(3)의 재질: 연강(JIS 규격 G3101 종류 기호 SS400 재)

자극치(31)의 형상: 폭 6.0mm, 높이: 3.0mm, 길이: 82mm

자극치(31)의 피치: 15.12mm

코어(41)의 체격: 높이 31mm, 폭 82mm, 길이 263.04mm

코어(41)의 재질: 규소강판(JIS 규격 C2552 종류 기호 50A 800 재)

자극치(42)의 형상: 폭 6.0mm, 높이: 25mm, 길이: 82mm

자극치(42)의 피치: 15.12mm

구동 코일(43)의 형상: 폭 15.12mm, 높이 23mm, 길이 91.12mm

구동 코일(43)의 권취 두께: 4.06mm

구동 코일(43)의 코일의 지름, 권수: 직경 2mm, 17 턴

코일 저항(1개): 0.0189Ω

가동자(2)의 질량: 516.6g

상술한 리니어 모터(1)에서는, 가동자(2)의 길이(190mm)는, 백 요크(3) 및 전기자(4)의 길이(어느 쪽도 263.04mm)보다 짧다. 백 요크(3)에서의 자극치(31)의 피치, 전기자(4)에서의 자극치(42)의 피치는, 어느 쪽도 15.12mm로 동일하고, 자극치(31) 및 자극치(42)는, 가동 방향에서 같은 위치에 있다.

자석 배열에 대향하는 자극치(31)의 자극면의 형상과, 자석 배열에 대향하는 자극치(42)의 자극면의 형상은, 동일 치수의 직사각형상이다. 즉, 자극치(31)의 폭(가동 방향의 치수) 및 자극치(42)의 폭(가동 방향의 치수)은, 어느 쪽도 6mm로 동일하고, 자석 배열에 대향하는 자극치(31)의 자극 면적 및 자석 배열에 대향하는 자극치(42)의 자극 면적은, 어느 쪽도 492㎟로 동일하다.

이와 같이 하여 조립한 리니어 모터(1)를 추력 측정용 테스트 벤치에 설치하고, 가동자(2)(자석 배열)의 위치에 동기한 3상 정전류 전원에 의해 구동하여 가동자(2)를 이동시키고, 추력과 흡인력을 측정했다.

도 10은, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)의 전기각(電氣角)에 대한 추력 변동을 나타내는 그래프이다. 이 추력 변동은, 구동 기자력(驅動起磁力)(=구동 전류의 크기×구동 코일(43)의 권수)를 1200A로 했을 경우에서의 가동자(2) 위치에 대한 추력(U상, V상, W상의 3상 합성 추력)의 변화를 나타내고 있다. 도 10에서, 가로축은 전기각[°]이며, 세로축은 추력[N]이다. 또, 도면 중 a는 전기자(4)에 의한 추력, 도면 중 b는 백 요크(3)에 의한 추력, 도면 중 c는 전체의 추력(전기자(4)에 의한 추력과 백 요크(3)에 의한 추력의 가산 추력)을 각각 나타내고 있다. 도 10에 나타내듯이, 전역에 걸쳐서 거의 일정한 큰 추력을 얻어지고 있음을 알 수 있다.

도 11은, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)의 추력 특성을 나타내는 그래프이다. 이 추력 특성은, 구동 코일(43)에의 인가 전류를 변화시켰을 경우의 특성을 나타내고 있다. 도 11에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 왼쪽 세로축은 추력[N], 오른쪽 세로축은 추력 기자력비[N/A]이다. 또, 도면 중 a는 추력, 도면 중 b는 추력 기자력비를 각각 나타내고 있다. 이 리니어 모터(1)에서는, 추력 비례 한도(추력 기자력비가 10% 저하)가 구동 기자력 1200A 시의 1000N이다.

도 12는, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다. 이 흡인력 특성은, 구동 코일(43)에의 인가 전류를 변화시켰을 경우의 특성을 나타내고 있다. 도 12에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 세로축은 흡인력[N]이다. 또, 흡인력은, + 측에서 가동자(2)가 전기자(4) 측에 흡인되고, - 측에서 가동자(2)가 백 요크(3) 측에 흡인되는 것을 나타내고 있다. 구동 기자력의 증가에 따라 흡인력도 커지고, 예를 들면 구동 기자력이 1200A인 경우에, 290N 정도의 흡인력으로 가동자(2)가 백 요크(3) 측으로 흡인되고 있다.

그런데, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)를 종래의 리니어 모터와 비교하여 평가하기 위해서, 종래예로서 2종의 리니어 모터(제1 종래예 및 제2 종래예)를 제작하고, 그러한 특성(추력과 흡인력)을 측정했다.

우선, 제1 종래 예의 구성에 대해 설명한다. 도 13은, 제1 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다. 제1 종래예는, 특허문헌 1 또는 2에 준하는 구성을 가지는 리니어 모터(일체형 리니어 모터)이다.

제1 종래 예의 리니어 모터(50)는, 자석 배열(52)과 백 요크(53)를 일체화시켜서 이루어지는 가동자(51)와, 가동자(51)에 간격을 두고 대향 배치한 전기자(54)를 가지고 있다. 제1 종래예에서는, 자석 배열(52) 및 백 요크(53)를 일체화시킨 구조물이 가동자로서 기능하고, 전기자(54)는 고정자로서 기능한다.

자석 배열(52)의 구성은, 전술한 가동자(2)의 자석 배열의 구성과 동일하다. 즉, 자석 배열(52)은, 복수의 직사각형상의 영구자석(55)을, 등피치로 비자성재의 유지 테두리에 보관 유지 고정하여 가동 방향(도 13의 좌우 방향)으로 설치시켜 구성되고, 각 영구자석(55)은 두께 방향(도 13의 상하 방향)으로 자화되고 있고, 서로 이웃이 되는 영구자석(55, 55)끼리의 그 자화 방향은 역 방향이다. 제1 종래 예의 리니어 모터(50)에서는, 이 자석 배열(52)이 연강제의 평판형의 백 요크(53)에 접착하고 있다. 또, 전기자(54)의 구성은, 전술한 전기자(4)의 구성과 동일하고, 코어(56)에 가동 방향으로 등피치로 복수의 자극치(57)가 일체적으로 설치되고 있고, 각 자극치(57)에 구동 코일(58)이 권취되어 있다.

도 14a 및 14b는, 이러한 제1 종래 예의 리니어 모터(50)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 14a는 그 상면도, 도 14b는 그 측면도이다. 도 14b에서, 탈색 화살표는 영구자석(55)의 자화 방향을 나타내고, 실선 화살표는 가동자(51)의 가동 방향을 나타내고 있다. 또, 가동자(51)와 전기자(54)의 간격의 크기는, 0.5mm 또는 1mm로 한다. 이 리니어 모터(50)의 제작 사양의 자세한 것은 이하와 같다.

자극 구성: 7극 6 슬롯

영구자석(55)의 재질: Nd-Fe-B계 희토류 자석(히타치 금속제 NMX-S49CH 재)

영구자석(55)의 형상: 두께 5.0mm, 폭 12mm, 길이 82mm

영구자석(55)의 피치: 12.96mm

영구자석(55)의 스큐각: 3.2°

백 요크(53)의 형상: 두께 6.0mm, 폭 90mm, 길이 190mm

백 요크(53)의 재질: 연강(JIS 규격 G3101 종류 기호 SS400 재)

코어(56)의 체격: 높이 31mm, 폭 82mm, 길이 263.04mm

코어(56)의 재질: 규소강판(JIS 규격 C2552 종류 기호 50A 800 재)

자극치(57)의 형상: 폭 6.0mm, 높이: 25mm, 길이: 82mm

자극치(57)의 피치: 15.12mm

구동 코일(58)의 형상: 폭 15.12mm, 높이 23mm, 길이 91.12mm

구동 코일(58)의 권취 두께: 4.06mm

구동 코일(58)의 코일의 지름, 권수: 직경 2mm, 17 턴

코일 저항(1개): 0.0189Ω

가동자(51)(자석 배열(52)+백 요크(53))의 질량: 1321.01g

가동자(51)(자석 배열(52) 및 백 요크(53)의 일체화 구성)의 가동 방향(도 13의 좌우 방향)에서의 길이는, 전기자(54)의 길이보다 짧고, 이 길이의 차이가 리니어 모터(50)의 동작 가능한 스트로크가 된다.

다음으로, 제2 종래 예의 구성에 대해 설명한다. 도 15는, 제2 종래 예의 리니어 모터의 구성을 나타내는 측면도이다. 제2 종래예는, 특허문헌 3~6에 준하는 구성을 가지는 리니어 모터(분리형 리니어 모터)이다. 또, 도 15에서는, 자석 배열(62)만은 자석의 배치를 알 수 있도록 가동 방향으로 평행한 방향에서의 단면을 나타내고 있다.

제2 종래 예의 리니어 모터(60)는, 자석 배열(62)과, 자석 배열(62)에 간격을 두고 대향 배치한 백 요크(63)와, 자석 배열(62)에 간격을 두고 백 요크(63)와는 반대 측에 대향 배치한 전기자(64)를 가지고 있다. 자석 배열(62)만이 가동자로서 기능하고, 백 요크(63) 및 전기자(64)는 고정자로서 기능한다.

자석 배열(62)의 구성은, 전술한 가동자(2)의 자석 배열의 구성과 동일하다. 즉, 자석 배열(62)은, 복수의 직사각형상의 영구자석(65)을, 등피치로 비자성재의 유지 테두리에 보관 유지 고정하여 가동 방향(도 15의 좌우 방향)으로 설치시켜 구성되고, 각 영구자석(65)은 두께 방향(도 15의 상하 방향)으로 자화되고 있고, 서로 이웃이 되는 영구자석(65,65)끼리의 그 자화 방향은 역 방향이다. 연강제인 백 요크(63)는, 자석 배열(62)에 대향하지 않는 쪽의 면 뿐만이 아니라, 자석 배열(62)에 대향하는 측의 면도 평판형이며, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)와 같은 자극치는 존재하지 않는다. 또, 전기자(64)의 구성은, 전술한 전기자(4)의 구성과 동일하고, 코어(66)에 가동 방향으로 등피치로 복수의 자극치(67)가 일체적으로 설치되고 있고, 각 자극치(67)에 구동 코일(68)이 권취되어 있다.

도 16a 및 16b는, 이러한 제2 종래 예의 리니어 모터(60)의 구성을 나타내는 도면이며, 도 16a는 그 상면도, 도 16b는 그 측면도이다. 도 16b에서, 탈색 화살표는 영구자석(65)의 자화 방향을 나타내고, 실선 화살표는 자석 배열(62)(가동자)의 가동 방향을 나타내고 있다. 또, 자석 배열(62)과 백 요크(63)의 간격의 크기, 및, 자석 배열(62)과 전기자(64)의 간격의 크기를, 어느 쪽도 0.5mm로 한다. 또, 이 리니어 모터(60)의 제작 사양의 자세한 것은 이하와 같다.

자극 구성: 7극 6 슬롯

영구자석(65)의 재질: Nd-Fe-B계 희토류 자석(히타치 금속제 NMX-S49CH 재)

영구자석(65)의 형상: 두께 5.0mm, 폭 12mm, 길이 82mm

영구자석(65)의 피치: 12.96mm

영구자석(65)의 스큐각: 3.2°

백 요크(63)의 형상: 두께 6.0mm, 폭 90mm, 길이 215mm

백 요크(63)의 재질: 연강(JIS 규격 G3101 종류 기호 SS400 재)

코어(66)의 체격: 높이 31mm, 폭 82mm, 길이 263.04mm

코어(66)의 재질: 규소강판(JIS 규격 C2552 종류 기호 50A800 재)

자극치(67)의 형상: 폭 6.0mm, 높이: 25mm, 길이: 82mm

자극치(67)의 피치: 15.12mm

구동 코일(68)의 형상: 폭 15.12mm, 높이 23mm, 길이 91.12mm

구동 코일(68)의 권취 두께: 4.06mm

구동 코일(68)의 코일의 지름, 권수: 직경 2mm, 17 턴

코일 저항(1개): 0.0189Ω

가동자(자석 배열(62))의 질량: 516.6g

자석 배열(62)의 가동 방향(도 15의 좌우 방향)에서의 길이는, 전기자(64)의 길이보다 짧고, 이 길이의 차이가 리니어 모터(60)의 동작 가능한 스트로크가 된다.

상술한 제1 종래예, 제2 종래예, 및 실시 형태 1의 일례에서의 특성(추력과 흡인력)의 비교에 대해 설명한다.

도 17은, 제1 종래예, 제2 종래예, 및 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터에서의 평균 추력을 나타내는 그래프이다. 도 17은, 구동 기자력을 1200A로 했을 경우의 평균 추력[N]를 나타내고 있다. 또, 도 18은, 제1 종래예, 제2 종래예, 및 실시예의 리니어 모터에서의 평균 흡인력을 나타내는 그래프이다. 도 18은, 구동 기자력을 1200A로 했을 경우의 평균 흡인력[N]를 나타내고 있다. 여기서, 평균 추력과 평균 흡인력은, U상 전기각 0°에서 360°의 범위에서 15° 간격으로 25점의 추력과 흡인력을 측정(계산)하고, 그 평균을 산출한 것이다.

도 17 및 도 18에서, A는 자석 배열(52)·백 요크(53) 일체형의 제1 종래예에서 가동자(51)와 전기자(54)의 간격을 0.5mm로 한 리니어 모터(50)(이하, 리니어 모터(50A)라 함)이며, B는 자석 배열(52)·백 요크(53) 일체형의 제1 종래예에서 가동자(51)와 전기자(54)의 간격을 1mm로 한 리니어 모터(50)(이하, 리니어 모터(50B)라 함)이며, C는 자석 배열(62)과 백 요크(63)를 이격시킨 제2 종래예에서 자석 배열(62)과 백 요크(63)의 간격, 및, 자석 배열(62)과 전기자(64)의 간격을 어느 쪽도 0.5mm로 한 리니어 모터(60)이며, D는 가동자(2)(자석 배열)로부터 이격시킨 백 요크(3)에 자극치(31)를 형성한 실시 형태 1의 일례에서 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격, 및, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격을 어느 쪽도 0.5mm로 한 리니어 모터(1)이다.

제1 종래 예의 리니어 모터(50A)(도면 중 A)에서는, 추력이 가장 커서 1030N 이지만, 흡인력은 4200N로 추력의 4배 정도의 큰 수치가 되고 있다. 이 흡인력을 저감하는 대책으로서의 리니어 모터(50B)(도면 중 B)에서는, 얻어지는 추력의 저하가 현저하여 909N이 되는데 대해서 흡인력은 별로 저감하지 않고 3360N이다. 따라서, 충분한 대책으로 되어 있지 않은 것이 이해된다.

제2 종래 예의 리니어 모터(60)(도면 중 C)에서는, 980N의 비교적 큰 추력을 얻을 수 있지만, 흡인력에서는 1712N의 큰 힘에 의해서 백 요크(63) 측으로 흡인되고 있고, 흡인력의 충분한 저감이 되지 않았다.

이에 대해서, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)(도면 중 D)에서는, 리니어 모터(50A)와 손색이 없는 1000N의 큰 추력을 얻을 수 있다. 또, 흡인력에서는 백 요크(3) 측에 290N(리니어 모터(50A)의 1/14 정도)까지 큰 폭으로 저감되고 있다. 따라서, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)에서는, 큰 추력을 유지하면서, 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있음이 입증되고 있다.

그런데, 실시 형태 1의 일례의 리니어 모터(1)에서는, 도 12에도 나타내듯이, 흡인력의 크기는 구동 기자력의 크기에 의해서 변화한다. 따라서, 자주 사용되는 추력 영역(구동 기자력)에 맞추어, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격의 크기를 조정하도록 하면, 보다 흡인력을 작게 할 수 있다.

전술한 실시 형태 1의 일례에서는, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격, 및, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격을 어느 쪽도 0.5mm와 동일하게 했지만, 실시 형태 1의 다른 예에서는, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격은 0.5mm인 채로, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격을 0.74mm로 한다. 또, 다른 구성은 전술한 일례와 같다.

도 19는, 실시 형태 1의 다른 예의 리니어 모터(1)의 추력 특성을 나타내는 그래프이며, 도 20은, 실시 형태 1의 다른 예의 리니어 모터(1)의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다. 도 19에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 왼쪽 세로축은 추력[N], 오른쪽 세로축은 추력 기자력비[N/A]이며, a는 추력, b는 추력 기자력비를 각각 나타내고 있다. 또, 도 20에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 세로축은 흡인력[N]이다.

다른 예에서는, 구동 기자력이 1200A인 경우에 추력은 978N이 되고, 전술한 일례에 비해 조금 떨어지지만, 흡인력에서는 구동 기자력이 1200A인 경우에 18N 밖에 되지 않아 거의 영(0)을 실현할 수 있다. 이는, 리니어 가이드나 가동자나 주변의 구조물에 흡인력에 의한 변형이나 수명 저하를 무시할 수 있는 레벨의 흡인력이다. 따라서, 1200A 근방의 구동 기자력에서 사용하는 경우에는, 다른 예의 리니어 모터(1)가, 전술한 일례와 비교해서, 흡인력의 저감이라고 하는 목적으로는 적합한 것을 알 수 있다.

또, 실시 형태 1의 또 다른 예로서, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격은 0.5mm인 채로, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격을 0.66mm로 한 리니어 모터(1)를 제작한다. 또, 다른 구성은 전술한 일례와 같다.

도 21은, 실시 형태 1의 또 다른 예의 리니어 모터(1)의 추력 특성을 나타내는 그래프이며, 도 22는, 실시 형태 1의 또 다른 예의 리니어 모터(1)의 흡인력 특성을 나타내는 그래프이다. 도 21에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 왼쪽 세로축은 추력[N], 오른쪽 세로축은 추력 기자력비[N/A]이며, a는 추력, b는 추력 기자력비를 각각 나타내고 있다. 또, 도 22에서, 가로축은 구동 기자력[A]이며, 세로축은 흡인력[N]이다.

또 다른 예에서는, 구동 기자력이 1200A인 경우에 추력은 984N이 되고, 전술한 일례에 비해 조금 떨어지지만, 흡인력에서는 구동 기자력이 600A인 경우에 5N 밖에 되지 않아 거의 영(0)을 실현할 수 있다. 따라서, 600A 근방의 구동 기자력에서 사용하는 경우에는, 또 다른 예의 리니어 모터(1)가, 흡인력을 저감하기 위해서는 최적이라고 하는 것을 알 수 있다.

이상으로부터, 빈도가 높은 사용 영역에 따라, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격의 크기를 최적으로 설정함으로써, 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있어 거의 영을 달성 가능하다. 이 결과, 가동자(2)(자석 배열)의 휨에 기인한 치수 정밀도의 악화, 리니어 가이드에의 과중 부하에 의한 수명의 저하 등을 방지할 수 있다.

또한, 상술한 형태에서는, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격의 크기를 고정하여 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격의 크기를 변동시키는 예에 대해 설명했지만, 이것과는 반대로, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격의 크기를 고정하여 가동자(2)와 전기자(4)의 간격의 크기를 변동시키는 예, 백 요크(3)와 전기자(4)의 간격의 크기를 고정하여 가동자(2)의 위치를 변동시키는 예 등에 의해, 영에 가까운 흡인력을 실현하는 것도 가능하다.

또, 상술한 형태에서는, 가동자(2)가 전기자(4)보다 짧은 구성의 리니어 모터(1)에 대해 설명했지만, 이와는 반대로, 가동자가 전기자보다 긴 구성의 리니어 모터에서도, 본 발명의 특징(백 요크에 자극치를 형성)는 적용 가능하다.

(실시 형태 2의 기본예)

도 23 및 도 24는 실시 형태 2의 리니어 모터(1)의 구성예를 나타내는 사시도 및 측면도이다. 또, 도 23 및 도 24에서는, 가동자(2)만은 자석의 배치를 알 수 있도록 가동 방향으로 평행한 방향에서의 단면을 나타내고 있다.

실시 형태 2의 리니어 모터(1)는, 실시 형태 1과 동일하게, 가동자(2)와 백 요크(3)와 전기자(4)를 포함하고, 백 요크(3) 및 전기자(4)가 고정자로서 기능한다.

또한, 실시 형태 2의 리니어 모터(1)에서의 가동자(2) 및 전기자(4)의 구성은, 전술한 실시 형태 1의 리니어 모터(1)에서의 가동자(2) 및 전기자(4)의 구성과 같다. 그 설명은 생략한다.

실시 형태 2의 리니어 모터(1)에서는, 백 요크(3)의 구성이, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)와 다르다. 백 요크(3)는 자극치(31) 및 베이스판(32)을 포함한다. 베이스판(32)은 직사각형 판상을 이루고 있다. 자극치(31)는 베이스판(32)에 고정되고 있다. 자극치(31)는, 그 일부분이 베이스판(32)으로부터 돌출하도록 고정되고 있다. 돌출되어 있는 부분의 형상은 직방체상이다. 복수의 자극치(31)는 베이스판(32)의 길이 방향을 따라서, 등피치로 배치되어 있다. 자극치(31)는 예를 들면, 후술하듯이 적층 규소강판에 의해 형성한다. 베이스판(32)은 예를 들면, SS400 등의 탄소강에 의해 형성한다.

백 요크(3)와 전기자(4)는, 간격를 멀리하여 대향 배치된다. 그리고, 상기 간격에 가동자(2)가 배치된다. 가동자(2)의 제1 면은 간격을 두고 백 요크(3)와 대향하고 있다. 가동자(2)의 제1 면과 대향하는 제2 면은 간격을 두고 전기자(4)와 대향한다.

도 24에 나타내듯이, 백 요크(3) 및 전기자(4)의 가동 방향(도 24의 좌우 방향)에서의 길이는 대략 동일하다. 또, 백 요크(3)에서의 자극치(31)의 피치는, 전기자(4)의 자극치(42)의 피치와 동일하다. 백 요크(3)에서의 각 자극치(31)의 위치는, 가동자(2)의 가동 방향에서 전기자(4)의 각 자극치(42)의 위치와 같다. 또, 자극치(31)의 자극면과 자극치(42)의 자극면은, 동일한 직사각형상이며, 동일한 면적을 가진다. 또, 가동자(2)와 백 요크(3)의 간격은, 가동자(2)와 전기자(4)의 간격과 거의 같다.

가동자(2)에서, 서로 이웃이 되는 영구자석(21, 21)의 자화 방향이 역 방향이 되고 있다. 가동자(2)를 백 요크(3)와 전기자(4)의 간격에 배치하면, 백 요크(3) 측으로부터 전기자(4) 측을 향하는 방향으로 자화된 영구자석(21)과, 전기자(4) 측으로부터 백 요크(3) 측을 향하는 방향으로 자화된 영구자석(21)이 교대로 배치되는 구성이 된다.

리니어 모터(1)의 동작시에는, 백 요크(3)의 자극치(31)와 가동자(2)의 영구자석(21) 사이에 흡인력이 발생한다. 또, 전기자(4)의 자극치(42)와 가동자(2)의 영구자석(21) 사이에도 흡인력이 발생한다. 가동자(2)에 작용하는 2개의 흡인력은 서로 반대 방향이다. 자극치(31)의 자극면과 자극치(42)의 자극면을, 동일한 직사각형상 또 동일한 면적으로 하는 등 자기회로를 조정함으로써, 흡인력의 크기는 대략 동일하게 할 수 있다. 그에 따라, 자극치(31)와 영구자석(21) 사이에 발생하는 흡인력, 및 자극치(42)와 영구자석(21) 사이에 발생하는 흡인력을 밸런스시킬 수 있다. 즉, 2개의 흡인력을 서로 지울 수 있다. 또, 가공 오차, 조립 오차 등의 요인으로, 2개의 흡인력을 밸런스시키는 것이 곤란한 경우, 자극치(31)와 영구자석(21)의 간격, 또는 자극치(42)와 영구자석(21)의 간격을 조정하고, 2개의 흡인력을 밸런스시킨다.

이상과 같이, 실시 형태 2의 리니어 모터(1)는, 전술한 실시 형태 1의 리니어 모터(1)와 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 실시 형태 2의 리니어 모터(1)에서도, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)와 같이, 큰 추력을 유지하면서, 가동자(2)에 작용하는 흡인력을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 또, 실시 형태 2의 리니어 모터(1)에서도, 실시 형태 1의 리니어 모터(1)와 같이, 가동자(2)의 디텐트력의 저감을 도모할 수 있다.

이하, 실시 형태 2의 특징인 백 요크(3)의 구성에서, 상세를 설명한다. 도 25는 백 요크(3)에 포함되는 자극치(31)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 자극치(31)는 단면 T자형을 이루고 있고 그 저부(도 25에서의 하측)로부터 짧은 길이(短手) 방향으로 돌출된 2개의 돌출부(31a, 31a)를 가지고 있다. (이 때문에 도 25에서는 H자형을 가로로 한 형상으로 있는) 돌출부(31a, 31a)는 후술의 도브테일 홈(dovetail groove)(321)의 요부(32a, 32a)와 계합하는 부위이다. 리니어 모터(1)의 동작 시에, 자극치(31)의 짧은 길이 방향은 가동자(2)의 가동 방향으로 평행한 방향이 된다.

자극치(31)는 자극편(311)을 적층해서 이루어진다. 자극편(311)은 직사각형 판상의 일부를 노치하여 형성한 계합용의 돌출부(311a)를 포함한다. 자극편(311)은 연자성을 가지는 규소강 등의 얇은 판자에 의해 형성한다. 적층된 자극편(311)끼리의 고정은, 열용착이나 코킹 등으로 실시한다. 열용착의 경우는, 예를 들면, 우선, 자극편(311)의 표면에 열강화성의 접착제를 도포하여 열용착성의 도막을 붙인 것을, 적층한 후에 판면에 압력을 가하면서 가열한다. 가열에 의해 자극편(311)끼리가 고정된다.

또한, 자극치(31)를 구성하는 자극편(311)의 판 두께를 얇게 하는 만큼, 즉 자극편(311)의 매수를 늘리는 만큼 와전류 손해는 저감한다. 강도나 조립의 수고를 고려하면, 자극편(311)의 판 두께는 0.2~0.5mm 정도로 하는 것이 바람직하다. 자극치(31)를 구성하는 자극편(311)의 매수나 판 두께는, 요구되는 사양에 따라 적당 설계하면 좋다.

도 26은 백 요크(3)에 포함되는 베이스판(32)의 구성예를 나타내는 부분 사시도이다. 도 26은 설명의 형편상, 도 24 및 도 25와 상하 방향을 반대로 하여 그리고 있다. 베이스판(32)은 짧은 길이 방향을 따라서 도브테일 홈(321)이 설치되고 있다. 도브테일 홈(321)은 자극편(311)의 돌출부(311a)(자극치(31)의 돌출부(31a))에 대응하는 형상이다. 도브테일 홈(321)은 돌출부(311a)(돌출부(31a))에 대응하는 요부(32a)를 가지고 있다. 도 24 및 도 25에 나타내듯이, 베이스판(32)에는 복수의 도브테일 홈(321)이 형성되어 있다. 복수의 도브테일 홈(321)은, 가동자(2)의 가동 방향을 따라서, 등피치로 설치하고 있다. 복수의 도브테일 홈(321)의 배열 방향은, 리니어 모터(1) 동작 시에서, 가동자(2)의 가동 방향으로 평행한 방향이다.

도 27은 백 요크(3)의 부분 사시도이다. 도 26과 동일하게, 설명의 형편상, 도 24 및 도 25와 상하 방향을 반대로 하여 그리고 있다. 백 요크(3)에서, 자극치(31)의 돌출부(31a)는 도브테일 홈(321)에 계합하고 있다.

자극치(31)의 베이스판(32)에의 고정은, 예를 들면 다음과 같이 실시한다. 도브테일 홈(321)과 자극치(31) 한쪽 혹은 양쪽 모두에 접착제를 도포한다. 치구 등을 이용하여, 도브테일 홈(321)에 자극치(31)를 끼워 넣어 위치 결정을 한다. 접착제가 경화되면 치구를 떼어낸다. 또, 고정 방법은 이에 한정되지 않는다. 자극치(31)의 피치나, 자극치(31)의 베이스판(32)으로부터 돌출량이 소정의 오차 범위 내에 들어가도록 고정할 수 있다면, 다른 방법이라도 좋다.

리니어 모터(1)는, 전기자(4)의 구동 코일(43)에 3상 교류를 인가함으로써, 전기자(4)의 자극치(42), 가동자(2)의 영구자석(21) 및 백 요크(3)의 자극치(31)를 흐르는 자속이 발생한다. 발생한 자속에 의한 가동자(2)와 전기자(4)의 사이에 발생하는 흡인력, 및 가동자(2)와 백 요크(3) 사이에 발생하는 흡인력이 가동자(2)의 추력이 되어, 가동자(2)가 이동한다.

다음으로 와전류의 저감에 대해 설명한다. 도 28은 리니어 모터(1)의 부분 측면도이다. 도 28에서, 자속의 흐름의 일례를 실선의 화살표로, 와전류의 일례를 점선의 화살표로 나타낸다. 도 28에 나타내듯이, 자극치(31)에서, 자속은 지면 상하 방향으로 흐른다. 즉, 자극치(31)를 구성하는 자극편(311)의 판면에 평행한 방향으로 흐른다. 와전류는 자속이 흐르는 방향과 수직인 평면 상에서 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐르려고 한다. 즉, 도 28에 나타내는 경우에서는, 자속이 흐르는 방향에 대해서 직교하여 반시계 회전으로 흐르려고 한다. 이 와전류의 방향은, 자극치(31)를 구성하는 자극편(311)의 판면을 관통하는 방향이다. 그러나, 자극치(31)는 복수의 자극편(311)를 적층하고 있고, 자극편(311) 간의 전기 저항이 크기 때문에, 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 자극편(311)의 판면(표면)에 절연 피막을 가했을 경우에는, 자극편(311) 간에 흐르는 와전류를 더 저감하는 것이 가능해진다.

도 29a 및 29b는 와전류에 의한 줄 손실의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 29a는 관련 기술에 의한 리니어 모터의 줄 손실을 나타내는 그래프이며, 도 29b는 실시 형태 2의 기본예에서의 리니어 모터(1)의 줄 손실을 나타내는 그래프이다. 관련 기술에 의한 리니어 모터와 실시 형태 2에서의 리니어 모터와의 구성의 차이는 다음과 같다. 전자는 자극치를 적층 구조로 하고 있지 않다. 예를 들면, 전자에서의 자극치는 연자성체의 블록이다. 또는 베이스판(32)과 자극치(31)가 일체로서 연자성체로 구성되어 있어도 좋다. 그에 대해서, 후자는 자극치(31)가 적층 구조가 되어 있다. 그 이외의 조건, 리니어 모터의 구조, 치수, 및 코일의 권수, 및 구동 조건은 동일하게 한다. 예를 들면 코일의 구동 전류 70.6A이며 가동자의 이동 속도는 1000mm/s로 했다.

도 29a 및 29b의 가로축은 가동자(2)의 위치를 나타내는 전기각이다. 가로축의 단위는 도(°)이다. 도 29a 및 29b의 세로축은 와전류에 의한 줄 손실이다. 단위는 와트(W)이다. 백 요크라고 붙인 그래프는 백 요크로의 줄 손실을 나타낸다. 도 29a에 나타내듯이, 자극치를 적층 구조로 하지 않는 관련 기술에 의한 리니어 모터에서는, 백 요크로의 줄 손실이 80W 전후인데 반해서, 자극치(31)를 적층 구조로 한 실시 형태 2의 리니어 모터(1)에서는, 백 요크(3)로의 줄 손실이 50W 전후까지 저감하고 있다.

도 29a 및 29b에서, U, V, W라고 붙인 그래프는 각각 코일 U상, V상, W상으로 발생하는 통전에 의한 줄 손실을 절대치로 나타낸 것이다. 또, 도 29a 및 29b에서 코일에의 통전에 의한 코일로의 줄 손실은 같지만, 백 요크로의 줄 손실에 큰 차이가 나타나고 있다. 본 결과는, 동일 치수 형상 아래에서 자극치를 적층 구조로 하지 않는 경우에 대해서 적층 구조로 했을 경우에서 와전류에 의한 줄 손실을 저감할 수 있음을 나타내는 예이며, 리니어 모터의 크기나 리니어 모터의 속도에 의해서 와전류에 의한 줄 손실의 절대치는 바뀌지만 동일 속도에서의 양자의 효과의 비율은 유지된다.

실시 형태 2에서의 리니어 모터(1)는, 다음과 같은 효과를 상주한다. 자극치(31)는 규소강판에 의해 형성한 자극편(311)를 적층하여 구성되어 있다. 그 때문에, 와전류의 방향은 판면을 관통하는 방향이 된다. 이 때, 자극편(311) 표면의 간격이나 자극편끼리의 접촉 저항, 자극편(311) 표면에 형성되는 산화 피막 등에 의해, 자극치(31)에서의 와전류 방향의 상기 저항은, 자극치(31)를 연자성체 블록으로 형성했을 경우와 비교해서, 커지고 있다. 따라서, 자극치(31)에 흐르는 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 또, 자극편(311)의 표면(적층면)을, 절연물질의 피막을 형성하는 등을 한 절연 처리를 가해도 좋다. 절연 처리를 가했을 경우에는, 각 규소강판 간에 와전류를 보다 저감하는 것이 가능하게 된다.

또, 실시 형태 2에서는, 백 요크(3)가 가지는 자극치(31)를 적층 구조로 한다. 예를 들면 백 요크 전체를 적층 강판으로 형성했을 경우에는, 강성이 떨어지는 것이 염려된다. 그 경우는 가동자(2)와의 사이에 발생하는 흡인력에 의해, 백 요크(3)에 휨이 생길 우려가 있다. 그러나, 기본예에서는, 자극치(31)만을 적층 구조로 하고, 자극치(31)가 고정되는 베이스판(32)은 적층 구조로 하지 않는다. 그 때문에, 백 요크(3)의 휨은 관련 기술(자극치(31)와 베이스판(32)을 연자성체로 각각 형성했을 경우나, 자극치(31)와 베이스판(32)을 연질 자성체에 의해 일체로 형성했을 경우)에 의한 구성과 비교해도, 경미하다.

(실시 형태 2의 제1 변형예)

제1 변형예는, 백 요크(3)를 구성하는 베이스판의 일부를 적층 구조로 하는 형태에 관한 것이다. 도 30은 백 요크(3)의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다. 백 요크(3)는 베이스부(33) 및 자극치 블록(34)을 포함한다. 자극치 블록(34)은 피감합부(34a) 및 복수의 자극치(31)를 포함한다.

도 31은 자극치 블록(34)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 자극치 블록(34)은 복수의 자극치편(판상 부재)(341)을 적층해서 이루어진다. 자극치편(341)의 적층 방향은, 자극치(31)의 배열 방향으로 교차하는 방향이다. 자극치편(341)은 피감합부(341a), 접속부(341b) 및 복수의 돌출부(341c)를 포함한다. 피감합부(341a)는 단면 역사다리꼴형상을 이룬다. 피감합부(341a)는 자극치 블록(34)의 피감합부(34a)가 되는 부분이다. 돌출부(341c)는 단면 직사각형상을 이룬다. 복수의 돌출부(341c)는, 자극치편(341)의 길이 방향으로 등피치로 형성되어 있다. 돌출부(341c)는 자극치 블록(34)의 자극치(31)가 되는 부분이다. 접속부(341b)는 자극치편(341)의 높이 방향으로 피감합부(341a)와 돌출부(341c) 사이에 위치하는 부분이다. 접속부(341b)는 복수의 돌출부(341c)를 접속하고 있다. 자극치편(341)은 예를 들면, 규소강판으로 형성한다. 접속부(341b)는, 백 요크(3)의 베이스 부분의 일부가 되는 적층 부분을 구성하는 판상 부재이다. 돌출부(341c)는 자극치(31)를 구성하는 판상 부재이다. 자극치편(341)은, 2개의 판상 부재를 일체로 한 것이다.

도 32는 베이스부(33)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 32에 나타내는 베이스부(33)는 도 30에 나타내는 베이스부(33)와는, 상하를 반전하고 있다. 베이스부(33)는 직사각형 판상을 이룬다. 베이스부(33)는 단면이 사다리꼴 형상의 감합홈(33a)이 형성되어 있다.

베이스부(33)의 감합홈(33a)에는 자극치 블록(34)의 피감합부(34a)가 감합한다. 또 베이스부(33)에서, 가동자(2)의 가동 방향의 길이는, 자극치 블록(34)의 가동 방향의 길이에 맞추어 설정하면 좋다. 자극치 블록(34)의 베이스부(33)에의 고정은 다음과 같이 실시한다. 감합홈(33a) 또는 피감합부(34a)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 접착제를 도포한 후에, 감합하여 실시한다. 그것에 의해, 베이스부(33)와 자극치 블록(34)은, 고정된다. 이상의 결과, 백 요크(3)가 형성된다.

다음으로 와전류의 저감에 대해 설명한다. 도 33은 리니어 모터(1)의 부분 측면도이다. 도 33에서, 자속의 흐름의 일례를 실선의 화살표로, 와전류의 일례를 점선의 화살표로 나타낸다. 자극치(31)에서의 와전류의 저감에서는, 전술한 기본예와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 여기에서는, 자극치 블록(34)의 접속부(341b)에서의 와전류의 저감에 대해 설명한다. 도 33에 나타내듯이, 접속부(341b)에서, 자속은 지면 좌우 방향으로 흐른다. 즉, 자극치 블록(34)을 구성하는 자극치편(341)의 판면에 평행한 방향으로 흐른다. 와전류는 자속이 흐르는 방향과 수직인 평면상으로 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐르려고 한다. 즉, 도 33에 나타내듯이, 자속이 흐르는 방향을 축으로 하여 반시계 회전으로 흐르려고 한다. 이 와전류의 방향은, 자극치 블록(34)을 구성하는 자극치편(341)의 판면을 관통하는 방향이다. 그러나, 자극치 블록(34)은 복수의 자극치편(341)을 적층하고, 자극치편(341) 간의 상기 저항은 커지기 때문에, 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 판면에 절연 피막을 가했을 경우에는, 자극치편(341) 간에 흐르는 와전류를 더 저감하는 것이 가능해진다.

또한, 접속부(341b)의 높이에 대해, 설명한다. 도 33에 나타내듯이, 접속부(341b)의 높이를 d라 한다. 인접하는 자극치(31) 간을 흐르는 자속은, 지면 좌우 방향으로 흐른다. 자속이 흐르는 경로는 최단이 되는 경로를 따른다. 그 때문에, 자극치(31)로부터 일정 이상의 거리가 멀어진 부분에는 자속이 흐르지 않는다. 따라서, 접속부(341b)의 높이 d는, 지면 좌우 방향의 자속을 충분히 흘릴 수 있는 값으로 하면 좋다. 또, 자속이 흐르지 않는 베이스부(33)에서는 비자성재로 형성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 고강성으로 신장 탄성률이 큰 알루미나 등에 의해, 베이스부(33)를 형성한다. 혹은 비자성 스텐레스나 알루미늄 합금 등이 사용 가능하다.

도 34a 및 34b는 와전류에 의한 줄 손실의 일례를 나타내는 그래프이며, 도 34a는 기본예에서의 리니어 모터(1)의 줄 손실을 나타내는 그래프이다. 도 34a는 도 29b를 재게(再揭)한 것이다. 도 34b는 제1 변형예에서의 리니어 모터(1)의 줄 손실을 나타내는 그래프이다. 기본예는 자극치(31)가 적층 구조가 되고 있는데 반해서, 제1 변형예에서는 자극치 및 베이스판의 일부가 적층 구조가 되고 있다. 그 이외의 조건, 리니어 모터의 구조, 치수, 및 코일의 권수, 및 구동 조건은 동일하게 한다. 예를 들면 코일의 구동 전류 70.6A이며 가동자의 이동 속도는 1000mm/s로 했다.

도 34a에 나타내듯이, 기본예에서의 리니어 모터(1)에서는, 백 요크(3)의 줄 손실이 50W 전후인데 반해서, 제1 변형 예의 리니어 모터(1)에서는, 도 34b에 나타내듯이, 백 요크(3)의 줄 손실이 2.5W 전후까지 저감하고 있다. 접속부(341b)가 적층 구조이기 때문에, 접속부(341b)에 흐르는 자속에 의한 와전류도 저감되기 때문이다. 도 34a 및 34b에서, U, V, W로 붙인 그래프는 각각 코일 U상, V상, W상으로 발생하는 통전에 의한 줄 손실을 절대치로 나타낸 것이다. 또, 도 34a 및 34b에서 코일에의 통전에 의한 코일로의 줄 손실은 같지만, 백 요크로의 줄 손실에 큰 차이가 나고 있다. 본 결과는, 동일 치수 형상 아래에서 자극치만을 적층 구조로 했을 경우와, 자극치와 백 요크의 일부를 적층 구조로 했을 경우에서는, 후자가 와전류에 의한 줄 손실을 저감할 수 있음을 나타내는 예이며, 리니어 모터의 크기나 리니어 모터의 속도에 의해서 와전류에 의한 줄 손실의 절대치는 바뀌지만 동일 속도에서의 양자의 효과의 비율은 유지된다.

제1 변형예에서의 리니어 모터(1)에서는, 자극치 블록(34)은 규소강판(자극치편(341))을 적층하여 구성되어 있다. 리니어 모터(1)는, 자극치(31)에 더하여, 백 요크(3)의 자극치(31)와의 접속 부분으로부터 두께 방향의 일부를 적층 구조로 하고 있다. 그 때문에, 인접하는 자극치(31) 간을 접속부(341b)에 흐르는 자속은 자극치편(341)의 표면에 평행한 방향이다. 자속의 흐름에 의해 발생하는 와전류의 방향은 자극치편(341)의 판면을 관통하는 방향이 된다. 그러나, 자극치편(341) 표면의 간격이나 그 표면에 형성되는 산화 피막 등에 의해, 접속부(341b)에서의 와전류 방향의 상기 저항은, 적층 구조로 하지 않는 경우와 비교해서, 커지고 있다. 따라서, 접속부(341b)에 흐르는 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 백 요크(3)에 흐르는 와전류를 더 저감하는 것이 가능해진다.

또, 제1 변형예에서는, 기본예 1이 상주하는 전술한 효과에 더하여, 다음과 같은 효과를 상주한다. 백 요크(3)의 일부인 베이스부(33)를 비자성 재료로 형성하는 것이 가능하므로, 신장 탄성률이 높은 재료, 예를 들면 알루미나로 구성하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 백 요크(3) 전체의 강성이 증가하므로, 가동자(2)와의 사이에 생기는 흡인력에 의한 휨을 경감하는 것이 가능하다. 또한, 베이스부(33)의 재질에 의해 백 요크(3) 전체의 강성이 요구되는 강성을 웃돌고 있는 경우에는, 백 요크(3)를 얇게 하는 것이 가능해진다.

(실시 형태 2의 제2 변형예)

제2 변형예는 백 요크(3)를 구성하는 베이스판(32)의 일부를 적층 구조로 하는 형태에 관한 것이다. 도 35는 백 요크(3)의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다. 백 요크(3)는 복수의 백 요크 유닛(301) 및 백 요크 유닛(302)을 포함한다. 백 요크 유닛(301)는 베이스부(35) 및 자극치 유닛(36)을 포함한다. 백 요크 유닛(302)은 베이스부(35) 및 자극치 유닛(37)을 포함한다. 백 요크 유닛(301)과 백 요크 유닛(302)의 차이는, 포함되는 자극치 유닛의 차이이다. 백 요크(3)의 일단부를 백 요크 유닛(301)으로 하고, 타단부를 백 요크 유닛(302)으로 한다. 그것에 의해, 도 35에 나타내듯이, 양단부에 자극치(31)를 구비하는 백 요크(3)를 구성하는 것이 가능해지고 있다.

도 36a 및 36b는 자극치 유닛(36, 37)의 구성예를 나타내는 사시도이며, 도 36a는 자극치 유닛(36)의 구성예를 나타내고, 도 36b는 자극치 유닛(37)의 구성예를 나타내고 있다. 자극치 유닛(36)는 빗살형으로 형성된 복수의 자극치(31) 및 피감합부(36a)를 포함한다. 자극치(31)는 단면 직사각형상을 이루고 있다. 피감합부(36a)는 단면 역사다리꼴형상(逆台形狀)을 이루고 있다.

자극치 유닛(36)은 복수의 자극치편(판상 부재)(361)을 적층해서 이루어진다. 자극치편(361)의 적층 방향은, 자극치(31)의 배열 방향으로 교차하는 방향이다. 자극치편(361)은 피감합부(361a), 접속부(361b) 및 복수의 돌출부(361c)를 포함한다. 피감합부(361a)는 단면 역사다리꼴 상을 이룬다. 피감합부(361a)는 자극치 유닛(36)의 피감합부(36a)가 되는 부분이다. 돌출부(361c)는 단면 직사각형상을 이룬다. 복수의 돌출부(361c)는, 자극치편(361)의 길이 방향으로 등피치로 형성되어 있다. 돌출부(361c)는 자극치 유닛(36)의 자극치(31)가 되는 부분이다. 접속부(361b)는 자극치편(361)의 높이 방향으로 피감합부(361a)와 돌출부(361c) 사이에 위치하는 부분이다. 접속부(361b)는 복수의 돌출부(361c)를 접속하고 있다. 자극치편(361)은 예를 들면, 규소강판으로 형성한다. 접속부(361b)는, 백 요크(3)의 베이스 부분의 일부가 되는 적층 부분을 구성하는 판상 부재이다. 돌출부(361c)는 자극치(31)를 구성하는 판상 부재이다. 자극치편(361)은, 2개의 판상 부재를 일체로 한 것이다.

자극치 유닛(37)은 복수의 자극치편(371)을 적층해서 이루어진다. 자극치편(371)의 적층 방향은, 자극치(31)의 배열 방향으로 교차하는 방향이다. 자극치편(371)은 자극치편(361)과 거의 동일한 구성이다. 이하에서는, 자극치편(371)이 자극치편(361)과 다른 점을 주로 설명한다. 자극치편(371)은 피감합부(371a), 접속부(371b) 및 복수의 돌출부(371c)를 포함한다. 자극치편(361)의 접속부(361b)는 길이 방향의 일방의 단부에서, 길이 방향으로 튀어나와(飛出) 있다. 그에 대해서, 자극치편(371)의 접속부(371b)는 길이 방향의 양단부에서, 길이 방향으로 튀어나오지는 않는다. 자극치편(371)의 그 외의 구성은, 자극치편(361)과 동일하므로 설명을 생략한다.

도 37은 베이스부(35)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 37에 나타내는 베이스부(35)는 도 35에 나타내는 베이스부(35)와는, 상하를 반전하고 있다. 베이스부(35)는 직사각형 판상을 이룬다. 베이스부(35)는 단면이 사다리꼴 형상의 감합홈(35a)가 형성되어 있다.

베이스부(35)의 감합홈(35a)에는 자극치 유닛(36)의 피감합부(36a), 또는 자극치 유닛(37)의 피감합부(37a)가 감합한다. 또 베이스부(35)에서, 가동자(2)의 가동 방향의 길이는, 자극치 유닛(36) 혹은 자극치 유닛(37)의 가동 방향의 길이에 맞추어 설정하면 좋다. 베이스부(35)와 자극치 유닛(36) 또는 자극치 유닛(37)과의 고정은, 다음과 같이 실시한다. 감합홈(35a)와 피감합부(361a) 또는 피감합부(371a)의 한쪽 혹은 양쪽 모두에 접착제를 도포한 후에, 감합하여 실시한다. 그것에 의해, 베이스부(33)와 자극치 유닛(36) 또는 자극치 유닛(37)은, 고정된다. 이상의 결과, 백 요크 유닛(301) 또는 백 요크 유닛(302)이 형성된다. 그리고, 리니어 모터(1)의 스트로크에 따라, 백 요크 유닛(301)의 개수를 선택하고, 복수의 백 요크 유닛(301) 및 1개의 백 요크 유닛(302)을 결합함으로써, 도 35에 나타내듯이 백 요크(3)가 형성된다. 각각의 백 요크 유닛(301 및 302)은, 공지의 방법으로 결합, 예를 들면 백 요크 유닛(301 및 302)의 배면을 직사각형 판상 부재에서 고정하면 좋다.

제2 변형예에서의 리니어 모터(1)에서는, 자극치 유닛(36 및 37)은 규소강판(자극치편(361 및 371))을 적층하여 구성되어 있다. 리니어 모터(1)는, 자극치(31)에 더하여, 백 요크(3)의 자극치(31)와의 접속 부분으로부터 두께 방향의 일부를 적층 구조로 하고 있다. 그 때문에, 인접하는 자극치(31) 간을 접속부(361b 및 371b)에 흐르는 자속은 자극치편(361 및 371)의 표면에 평행한 방향이다. 자속의 흐름에 의해 발생하는 와전류의 방향은 자극치편(361 및 371)의 판면을 관통하는 방향이 된다. 그러나, 자극치편(361 및 371) 표면의 간격이나 그 표면에 형성되는 산화 피막 등에 의해, 접속부(361b 및 371b)에서의 와전류 방향의 상기 저항은, 적층 구조로 하지 않는 경우와 비교해서, 커지고 있다. 따라서, 접속부(361b 및 371b)에 흐르는 와전류를 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 백 요크(3)에 흐르는 와전류를 더 저감하는 것이 가능해진다.

또, 제2 변형예에서는, 기본예 1이 상주하는 전술한 효과에 더하여, 다음과 같은 효과를 상주한다. 백 요크(3)의 일부인 베이스부(35)를 비자성 재료로 형성하는 것이 가능하므로, 신장 탄성률이 높은 재료, 예를 들면 알루미나로 구성하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 백 요크(3) 전체의 강성이 증가하므로, 가동자(2)와의 사이에 생기는 흡인력에 의한 휨을 경감하는 것이 가능하다. 또한, 베이스부(35)의 재질에 의해 백 요크(3) 전체의 강성이 요구되는 강성을 웃돌고 있는 경우에는, 백 요크(3)를 얇게 하는 것이 가능해진다. 또, 제2 변형예에서는, 백 요크(3)에 포함하는 백 요크 유닛(301)의 개수를 가변함으로써, 리니어 모터(1)의 스트로크를 바꾸는 것이 가능해진다.

또한, 백 요크 유닛(301, 302)이 각각 구비하는 자극치(31)는 5개로 했지만, 거기에 한정되지 않는다. 베이스부(33)는 1개의 자극치 유닛(36) 또는 자극치 유닛(37)을 구비한다고 했지만, 거기에 한정되지 않는다. 자극치 유닛(36) 및 자극치 유닛(37)은 각각 같은 개수의 자극치(31)를 구비한다고 했지만, 거기에 한정되지 않는다.

(실시 형태 2의 제3 변형예)

제3 변형예는 제2 변형예에서, 베이스부(35)를 한 장 판으로 한 구성에 관한 것이다. 도 38a는 백 요크(3)의 다른 구성예를 나타내는 측면도이다. 백 요크(3)는 베이스부(33), 복수의 자극치 유닛(36) 및 자극치 유닛(37)을 포함한다. 자극치 유닛(36) 및 자극치 유닛(37)의 구성은, 상술의 제2 변형예와 동일하므로, 설명을 생략한다.

도 38b는 베이스부(33)의 구성예를 나타내는 사시도이다. 도 38b에 나타내는 베이스부(33)는 도 38a에 나타내는 베이스부(33)와는 상하를 반전하고 있다. 베이스부(33)는 직사각형상의 판재에 복수의 도브테일 홈(감합홈)(33a)이 형성되어 있다. 도브테일 홈(33a)의 형상은, 자극치 유닛(36 및 37)의 피감합부(36a 및 37a)와 대응한 형상이다. 백 요크(3)는, 베이스부(33)의 도브테일 홈(33a)에, 자극치 유닛(36 및 37)의 피감합부(36a 및 37a)에 감합 후에, 접착제 등으로 고정한다. 베이스부(33)는 비자성 재료로 형성한다.

제3 변형예에서는, 기본예 1이 상주하는 전술한 효과에 더하여, 다음과 같은 효과를 상주한다. 백 요크(3)의 일부인 베이스부(33)를 신장 탄성률이 높은 비자성 재료, 예를 들면, 알루미나로 구성하는 것이 가능해진다. 그것에 의해, 백 요크(3) 전체의 강성이 증가하므로, 가동자(2)와의 사이에 생기는 흡인력에 의한 휨을 경감하는 것이 가능하다.

상술의 기본예 및 제1-제3 변형예에서, 인접하는 자극치(31) 간의 간격을 비자성 재료, 예를 들면 수지 몰드 등에 의해 매립하여도 좋다. 그것에 의해, 백 요크(3)의 강도가 더해지고, 가동자(2)와의 사이에 발생하는 흡인력에 기인하는 백 요크(3)의 휨을 보다 효과적으로 억제 가능해진다.

상술한 기본예로의 베이스판(32)은, 자극치(31)의 근원부로부터 자극치(31)의 돌출하는 방향과는 역 방향(두께 방향)의 일부를 적층 구조로 해도 좋다. 바꾸어 말하면 적층 구조인 자극치(31)(돌출부(31a, 31a))가, 일부를 적층 구조로 한 베이스판(32)의 적층 구조 부분에서, 요부(32a, 32a)와 계합되고 있어도 좋다. 그것에 의해, 제1 변형예 및 제2 변형예와 동일하게, 가동자(2)의 가동 방향으로 흐르는 자속에 의한 와전류를 억제하는 것이 가능해진다.

각 실시 형태로 기재되어 있는 기술적 특징(구성 요건)은 서로 조합 가능하고, 조합함으로써, 새로운 기술적 특징을 형성할 수 있다. 이번 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니다고 생각할 수 있어야 하는 것이다. 본 발명의 범위는, 상기한 의미는 아니고, 특허청구의 범위에 의해서 나타나고, 특허청구의 범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 리니어 모터
2 가동자
3 백 요크
4 전기자
21 영구자석
22 유지 테두리
23 고정판
31 자극치(磁極齒)
32 베이스판
33 베이스부
34 자극치 블록
35 베이스부
36 자극치 유닛
37 자극치 유닛
41 코어
42 자극치
43 구동 코일
221 구멍(孔)
301 백 요크 유닛
302 백 요크 유닛
311 자극편(磁極片)
341 자극치편(磁極齒片)
361 자극치편
371 자극치편

Claims (9)

1. 복수의 직사각형상의 영구자석을 배열시킨 자석 배열을 가지는 가동자와, 상기 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 고정자로서의 백 요크와, 상기 가동자에 간격을 두고 상기 백 요크와는 반대 측에 대향 배치한 고정자로서의 전기자를 구비하고 있고,
   상기 복수의 영구자석 각각의 자화 방향은 두께 방향이며, 서로 이웃이 되는 영구자석끼리의 자화 방향은 역 방향이며,
   상기 전기자는, 각각에 구동 코일이 권취되어 있는 복수의 자극치를 등피치로 가지고 있고,
   상기 백 요크는, 상기 가동자에 대향하는 면에, 상기 전기자의 자극치와 상기 가동자의 가동 방향에서 동위치에 복수의 자극치를 가지고 있고,
   상기 백 요크에서의 자극치의 자극 면적은, 상기 전기자에서의 자극치의 자극 면적의 0.9배~1.1배이며, 상기 가동자와 상기 백 요크의 간격은, 상기 가동자와 상기 전기자의 간격과 동일하거나 또는 큰
   것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 백 요크에서의 상기 자극치의 높이는, 상기 자극치의 피치의 1/20배 이상 2배 이하인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가동자의 길이는, 상기 전기자의 길이보다 짧고, 상기 백 요크의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가동자와 상기 백 요크의 간격의 크기, 및/또는, 상기 가동자와 상기 전기자의 간격의 크기는 가변인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
5. 복수의 직사각형상의 영구자석을 배열시킨 자석 배열을 가지는 가동자와, 상기 가동자에 간격을 두고 대향 배치한 고정자로서의 백 요크와, 상기 가동자에 간격을 두고 상기 백 요크와는 반대 측에 대향 배치한 고정자로서의 전기자를 구비하고 있고,
   상기 복수의 영구자석 각각의 자화 방향은 두께 방향이며, 서로 이웃이 되는 영구자석끼리의 자화 방향은 역 방향이며,
   상기 전기자는, 각각에 구동 코일이 권취되어 있는 복수의 자극치를 등피치로 가지고 있고,
   상기 백 요크는, 상기 가동자에 대향하는 면에, 상기 전기자의 자극치와 상기 가동자의 가동 방향에서 같은 위치에 복수의 자극치를 가지고 있고,
   상기 백 요크가 가지는 상기 자극치는, 복수의 판상 부재를 상기 가동자의 가동 방향과 교차하는 방향으로 적층해서 이루어지는
   것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 백 요크는, 상기 자극치의 근원부로부터 상기 자극치의 돌출하는 방향과는 역 방향의 일부가, 복수의 판상 부재를 상기 자극치의 적층 방향으로 적층하여 이루어지고,
   상기 백 요크의 적층 부분을 구성하는 판상 부재와, 상기 자극치를 구성하는 판상 부재는, 일체가 되고 있는
   것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 복수의 판상 부재는, 적층면에 절연 처리를 가한
   것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가동자는, 상기 자석 배열을 보관 유지하는 보관 유지 부재를 가지고 있고, 상기 보관 유지 부재는, 상기 복수의 영구자석 각각이 삽입되는 복수의 구멍을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 가동자는, 상기 보관 유지 부재 및 상기 복수의 영구자석이 접착 고정되는 판상의 베이스재를 가지는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.

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