JP2002291220A - リニアモータ - Google Patents
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Abstract
タを提供する。 【解決手段】 電磁石用コイルを複数個連続的に配列
し、これらの電磁石用コイルからの磁束との相互作用に
より走行可能に永久磁石体を組合わせたリニアモータで
ある。電磁石用コイルはスター結線により接続されたU
相、V相、W相の各コイル12を含み、これらの各相の
コイルは中空軸状のセンターコア11の周囲に、それら
の磁極軸がセンターコアの軸芯と同じ向きになるように
して永久磁石体の走行範囲の全長にわたって直列的に装
着されている。永久磁石体は電磁石用コイルを囲むこと
ができるような環状形状を持ち、かつ磁極軸に関して各
相のコイルの3倍の長さ寸法を持つ複数の永久磁石21
から成り、これら複数の永久磁石は隣接する磁極が互い
に反対向きになり、かつ磁極軸がセンターコアの軸芯と
同じ向きになるように直列的に組合わされている。
Description
る。
あるが、リニアモータカーのように大きな駆動力を必要
としない場合には、永久磁石と電磁石コイルとの組合わ
せで構成されることが多い。このような永久磁石と電磁
石コイルとの組合わせによるリニアモータは、例えば半
導体製造装置の分野において精密用マイクロステージ、
または精密位置決めステージの駆動源としての応用が考
えられている。これは、リニアモータによる駆動機構
は、これまで主流であったボールネジ駆動機構に比べて
駆動速度が高いうえに位置決め精度が高く、また高い繰
り返し位置決め精度、駆動時と停止時のオーバシュー
ト、アンダーシュートが小さく、等速移動時の速度リッ
プルが小さいという利点があるからである。
ルとの組合わせによるリニアモータについて簡単に説明
する。図14において、断面略U形状のヨーク101の
互いに対向する内壁にそれぞれ、複数の永久磁石102
が間隔をおいて配置されている。ヨーク101の互いに
対向する内壁の間には、可動コイル部103がヨーク1
01の延在方向に可動となるように設けられる。可動コ
イル部103には、可動コイル部103の発生する磁束
と隣接する永久磁石102からの磁束との相互作用によ
り駆動力が生じ、この駆動力により可動コイル部103
は図示しないガイド機構にガイドされて移動する。可動
コイル部103には、通常、被搬送体、例えば半導体ウ
エハを搭載するためのテーブル(ステージ)が組み合わ
される。
いる場合、可動コイル部103は、U相コイル、V相コ
イル、W相コイルの3つのコイルを1組とする組合わせ
体を基本要素として備えることになる。
でのリニアモータは、固定永久磁石と可動コイルとの組
合わせによるものが普通であり、このようなリニアモー
タには以下のような問題点があった。
力を供給する電力ケーブルが必要であり、可動コイル部
103は可動であるので、この電力ケーブルもまた可動
コイル部103の移動に追随できるように可撓性にする
必要がある。そして、このような可撓性の電力ケーブル
と可撓性のケーブル支持装置は、断線予防のため定期的
なメンテナンス(交換)が必要となる。また、可撓性のケ
ーブル支持装置の設置スペース(空間)が必要になる。
ける発熱が大きいにもかかわらず、可動であるが故に冷
却を行うことが難しく、かつ大きな占有スペースを必要
とするので実現のためには複雑な冷却構造が必要とな
る。可動コイル部103における発熱の問題を解消しな
いと、可動コイル部103周辺の温度が上昇し、例えば
テーブルに搭載される半導体ウエハのような被搬送体に
反りや膨張のような変形が生じ、被搬送体の精度維持が
困難になるというような悪影響を及ぼすことになる。
は、可動コイル部103におけるコイルが円筒状あるい
は矩形状であるのに対し、永久磁石は互いに対向し合う
2面に設けられるだけであるので、推力発生に作用する
有効磁束が少ない。推力を大きくするために可動コイル
部103の励磁電流を大きくすると、上記の第2の問題
点の解消が更に難しくなる。
(フラットベッド型)リニアモータにおいては、固定子
側に板状の永久磁石を複数配置し、それに対峙するよう
に可動子側はヨークにコイルを複数装着し、その際、永
久磁石とコイルは途切れるように断片的な配置構成をさ
れているので、可動子が軸方向に移動する際には必ずヨ
ークと永久磁石とが吸引する位置と吸引が無くなる位置
が規則的かつ連続的に生じる現象(コギング)が見られ
る。これは所謂速度ムラを発生させる直接的な要因とし
て考えられる。
解消することのできるリニアモータを提供することにあ
る。
用コイルを複数個連続的に配列し、これらの電磁石用コ
イルからの磁束との相互作用によりこれらの電磁石用コ
イルに沿って走行可能に永久磁石体を組合わせたことを
特徴とするリニアモータが提供される。
コイルはスター結線により接続されたU相コイル、V相
コイル、W相コイルを含み、これらの各相のコイルは中
空軸状のセンターコアの周囲に、それらの磁極軸が前記
センターコアの軸芯と同じ向きになるようにして前記永
久磁石体の走行範囲にわたって直列的に装着される。
タ結線により接続されたU相コイル、V相コイル、W相
コイルを含み、これらの各相のコイルは中空軸状のセン
ターコアの周囲に、それらの磁極軸が前記センターコア
の軸芯と同じ向きになるようにして前記永久磁石体の走
行範囲にわたって直列的に装着される。
磁石体は前記電磁石用コイルを囲むことができるような
環状あるいは略U形の断面形状を持ち、かつ中心軸方向
と平行に着磁された磁極軸に関して前記各相のコイルの
3倍の長さ寸法を持つ複数の永久磁石から成り、これら
複数の永久磁石は隣接する磁極が互いに反対向きになる
ように直列的に組合わされる。
石用コイルを囲むことができるような環状あるいは略U
形の断面形状を持ち、かつ長さ方向に関して前記各相の
コイルの3倍の長さ寸法を持つ中心軸に向かって放射状
(径方向)に着磁された複数の永久磁石から成り、これ
ら複数の永久磁石は隣接する磁極が互いに反対向きにな
るように直列的に組合わされる。
体の外面側に磁性体による筒状のヨークを設けることが
好ましい。
永久磁石の間に磁性体によるスペーサ部材を介在させて
も良いし、隣り合う各相のコイルの間に磁性体によるス
ペーサ部材を介在させても良い。
コアは、前記永久磁石体が直線運動するような直線形状
であって良いし、前記センターコアをその延在方向の形
状が円形状または円の一部を切り欠いた略C形状を有す
るようにすることにより、前記永久磁石体が円形状また
は略C形状の軌道に沿った周回運動または往復運動を行
うようにすることができる。
磁石体の内面側であって前記電磁石用コイルの外面側
に、前記電磁石用コイルを収容するようにして前記永久
磁石体の走行範囲にわたる筒状体が設けられ、該筒状体
と前記永久磁石体の内面側との間及び前記筒状体と前記
電磁石用コイルの外面側との間にはそれぞれ、ギャップ
ができるようにされる。
ターコアの中空部及び前記電磁石用コイルの外面側と前
記筒状体の内面側との間の前記ギャップを冷却空間とす
ることができる。
磁石体にはガイドブロックが組み合わされ、該ガイドブ
ロックは前記永久磁石体の走行方向に沿ってベース体に
配置されたガイドにより案内されるように構成すること
ができる。
磁石体はケースに収容されており、該ケースの内面側に
は前記筒状体の外面に沿ってスライド可能な第1のすべ
り軸受が少なくとも1個設けられ、前記ケースの側面側
にはその側方に延びる補助部材が設けられ、該補助部材
には走行方向に平行な貫通穴が設けられると共にその内
面側に第2のすべり軸受が設けられ、前記筒状体に平行
かつ走行方向に延在するようにガイド用案内部材を設け
て前記第2のすべり軸受に該ガイド用案内部材を挿通す
ることにより前記永久磁石体の走行案内を行なうように
することができる。
石用コイルを収容した前記筒状体は、ベース体に設けら
れた2つのブラケット間に固定される。
磁石体の走行方向に沿ってリニアスケールが配置され、
前記永久磁石体には前記リニアスケールに対向するよう
にエンコーダヘッドが設けられ、該エンコーダヘッドか
らの検出信号は可撓性のケーブルを介して制御ドライバ
ーに入力される。
磁石体を含む可動部側、前記ブラケットを含む固定部側
にはそれぞれ、一方に位置検出用の被検出片が設けら
れ、他方には前記被検出片を検出するためのセンサが設
けられる。
石用コイルはU相コイル、V相コイル、W相コイルを1
組としてこれらを順に直列的に配列して組合わせたもの
を複数組含み、これらの複数組のコイルを前記中空軸状
のセンターコアの周囲に、それらの磁極軸が前記センタ
ーコアの軸芯と同じ向きになるようにして前記永久磁石
体の走行範囲にわたって直列的に装着される。
組における複数の前記U相コイル、複数の前記V相コイ
ル、複数の前記W相コイルはそれぞれ相毎に直列接続さ
れてスター結線により接続され、しかも2つの相におけ
る複数のコイルは奇数組における磁極に対して偶数組に
おける磁極が反対向きになるように接続され、残りの1
つの相における複数のコイルは奇数組における磁極が前
記2つの相における複数のコイルの前記奇数組における
磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は前記2つ
の相における複数のコイルの前記偶数組における磁極と
反対向きになるように接続される。
態によるリニアモータについて説明する。図1は、リニ
アモータの概略構成を示し、図2はリニアモータを4つ
の方向から見た図である。つまり、図2(a)は平面
図、図2(b)は図2(a)の下側から見た側面図、図
2(c)は図2(a)の上側から見た側面図、図2
(d)は図2(a)の右側から見た図である。
磁石用コイル(以下、コイルと略称する)を複数個連続
的に配列したものを収容した軸体(以下、ステータと呼
ぶ)10と、これらのコイルからの磁束との相互作用に
よりステータ10の延在方向と同じ方向に走行可能とし
た可動磁石体(以下、ムーバと呼ぶ)20とを含む。ス
テータ10は、ベース30上に間隔をおいて固定された
2つのブラケット31の間に架け渡されている。
20の内部構造について説明する。ステータ10は、中
空軸状のセンターコア11と、センターコア11の周囲
に装着された複数のコイル12と、複数のコイル12の
外周側をカバーするように組み合わされたパイプ13
(筒状体)とを含む。コイル12は制御ドライバー40
のモータ接続端子に接続されたU相コイル、V相コイ
ル、W相コイルを含み、これらの各コイルはセンターコ
ア11の周囲にその磁極軸がセンターコア11の軸芯に
平行になるようにしてムーバ20の走行範囲のほぼ全長
にわたって装着されている。
きるような環状の複数の永久磁石21と、これら複数の
永久磁石21を収容している磁石ケース22とを含む。
複数の永久磁石21は、同じ長さ寸法を持ち、しかも隣
接する磁極が互いに反対向きになり、かつ磁極軸がセン
ターコア11の軸芯に平行になるように直列的に組合わ
されて磁石ケース22に収容されている。コイル12、
永久磁石21のサイズは、推力、リニアモータ全体の大
きさ等の条件により変わるが、すべての永久磁石21は
軸方向の寸法が等しく、また軸方向の寸法がコイル12
の磁極軸方向の寸法の3倍の長さになるように作られ
る。
やや大きく、外径が永久磁石21の内径よりやや小さく
なるようにされている。このようにして、パイプ13の
外面側と永久磁石21の内面側との間及びコイル12の
外面側とパイプ13の内面側との間にはそれぞれ、ギャ
ップができるようにされている。そして、センターコア
11の中空部及びコイル12の外面側とパイプ13の内
面側との間のギャップを気体や液体による冷却空間とし
て利用できるようにしている。パイプ13にはステンレ
ス等の非磁性金属材料が用いられるが、他の材料、例え
ば樹脂材料でも良い。
対してギャップを維持した状態、すなわちパイプ13に
非接触状態で移動させる必要がある。これは、以下に述
べるガイドブロック23とガイドレール32により実現
される。すなわち、磁石ケース22には2つのガイドブ
ロック23が組み合わされ、これら2つのガイドブロッ
ク23がムーバ20の走行方向に沿うようにベース30
上に配置されたガイドレール32によりスライド案内さ
れるようにしている。
の内面側との間のギャップは一定である必要は無い。言
い換えれば、上記のギャップが全長にわたって一定であ
ってもあるいは上下方向、左右方向に関してばらつきが
あったとしても推力は同じであり、推力ムラなどの影響
を受けない。これは、永久磁石21が環状であり、その
内側にコイル12があるからである。このことにより、
ムーバ20とステータ10には厳しい取付け精度が要求
されず、それらを構成する部品にも厳しい加工精度が要
求されない。
げると、センターコア11は、ヨークとしての機能を持
たせるために磁性体、例えば鉄が用いられ、パイプ状に
することで機械的強度の向上を図っている。パイプ13
はSUS304や非磁性体のステンレス等であることが
好ましい。
イル12から発生する電磁波をシールドできるからであ
る。永久磁石21は磁石としての性能の高い、例えばネ
オジウム磁石が用いられる。特に、永久磁石21の磁極
軸方向の寸法はすべて同じにする必要がある。
場合にはアルミ合金等が好ましいが、この限りではなく
例えば石材等でも良い。
に示されるように、複数の永久磁石21を収容固定して
いるケース本体部22−1と、その両端部に取り付けら
れる蓋部材22−2との3ピース構成で一体化され、十
分な機械的強度を持たせることができる。
ト31を利用して冷却用流体、例えば油等の液体やエア
ー等の気体を流通させることでコイル12の内側からの
冷却を行う。一方、コイル12の外面側とパイプ13の
内面側との間のギャップには、ブラケット31を利用し
て冷却用流体、同様に、冷却用の液体や気体を流通させ
ることでコイル12の外側からの冷却を行う。
ーバ20の走行方向に沿ってリニアエンコーダ用のリニ
アスケール33が配置され、磁石ケース22にはリニア
スケール33に対向するようにエンコーダヘッド24が
設けられている。エンコーダヘッド24からの検出信号
は可撓性の信号ケーブルを持つキャタピラ状のケーブル
ベヤ(登録商標)25を介して制御ドライバー40に入
力される。エンコーダヘッド24からの検出信号はムー
バ20の位置決め制御に利用されることは言うまでも無
い。また、ステータ10内の各コイル12には、ブラケ
ット31を介して三相用の電力ケーブル35に接続さ
れ、電力ケーブル35は制御ドライバー40に接続され
ている。制御ドライバー40は、単相100Vの交流電
源50に接続する場合、単相−三相変換器を内蔵し、U
相、V相、W相の各相がU相コイル、V相コイル、W相
コイルに接続される。但し、後の説明で明らかになるよ
うに、電源のU相、V相、W相がU相コイル、V相コイ
ル、W相コイルに一対一の関係で接続されるとは限らな
い。電源とU相コイル、V相コイル、W相コイルとの接
続には様々な形態がある。制御ドライバー40にはま
た、制御データ入力手段及びデータ処理手段としてパソ
コン41が接続され、パソコン41から与えられるデー
タに基づき、エンコーダヘッド24からの検出信号を用
いてムーバ20の位置決め制御や速度制御をフルクロー
ズドループ制御で実行する。このような制御ドライバー
40は市販のものを使用することができる。
それぞれ、位置検出用の被検出片26が設けられ、2つ
のブラケット31にはそれぞれ、被検出片26を検出す
るためのセンサ36が設けられている。センサ36の検
出信号は制御ドライバー40に送られ、ムーバ20の原
点位置決め、あるいは暴走防止に用いられる。すなわ
ち、被検出片26がセンサ36で検出された位置をムー
バ20の走行開始時の原点とし、また走行中に何らかの
故障でムーバ20が暴走したとしても、被検出片26が
センサ36で検出される位置まで到達するとムーバ20
の走行が強制的に停止される。なお、被検出片26は可
動部分であればどこでも良く、センサ36も被検出片2
6を検出できる箇所であれば固定部分にどこでも良い。
また、被検出片26は固定部分に設置されても良く、こ
の場合、センサ36は被検出片26を検出可能な可動部
分に設置されれば良い。
側には被駆動体としてのテーブルが装着される。
イルの基本構成を示す。3つのU相コイルU1、W相コ
イルW1、V相コイルV1がスター結線されている。各
コイルは巻き始め端S、巻き終り端Eを有し、2つのコ
イルの巻き終り端Eと1つのコイルの巻き始め端S、こ
こではW相コイルW1の巻き始め端Sとがコモン端子に
共通接続される。
V相コイルを1組とする基本構成を3組、すなわち合計
9個のコイルを備える場合の接続と制御ドライバー40
を使用する場合の接続例を示す。ここでは、U相コイル
については第1のコイルU1の巻き始め端Sを制御ドラ
イバー40のU端子に接続し、第1のコイルU1の巻き
終り端Eを第2のコイルU2の巻き終り端Eに接続して
いる。そして、第2のコイルU2の巻き始め端Sを第3
のコイルU3の巻き始め端Sに接続し、第3のコイルU
3の巻き終り端Eをコモン端子に接続している。同様
に、W相コイルについては第1のコイルW1の巻き終り
端Eを制御ドライバー40のV端子に接続し、第1のコ
イルW1の巻き始め端Sを第2のコイルW2の巻き始め
端Sに接続している。そして、第2のコイルW2の巻き
終り端Eを第3のコイルW3の巻き終り端Eに接続し、
第3のコイルW3の巻き始め端Sをコモン端子に接続し
ている。一方、V相コイルについては第1のコイルV1
の巻き始め端Sを制御ドライバー40のW端子に接続
し、第1のコイルV1の巻き終り端Eを第2のコイルV
2の巻き終り端Eに接続している。そして、第2のコイ
ルV2の巻き始め端Sを第3のコイルV3の巻き始め端
Sに接続し、第3のコイルV3の巻き終り端Eをコモン
端子に接続している。
を備える場合には、2つの相については3つのコイルの
うちの中間のコイルをその両側のコイルと巻き始め端
S、巻き終り端Eを逆にして接続し、残りの1つの相に
ついては3つのコイルのうちの両側のコイルをそれらの
間のコイルと巻き始め端S、巻き終り端Eを逆にして接
続している。
数の組のコイルを有する場合について言えば、複数組に
おける複数のU相コイル、複数のW相コイル、複数のV
相コイルはそれぞれ相毎に直列接続されて制御ドライバ
ー40にスター結線により接続される。しかも、2つの
相における複数のコイルは奇数組における磁極に対して
偶数組における磁極が反対向きになるように接続され、
残りの1つの相における複数のコイルは奇数組における
磁極が前記2つの相における複数のコイルの前記奇数組
における磁極と反対向きであり、偶数組における磁極は
前記2つの相における複数のコイルの前記偶数組におけ
る磁極と反対向きになるように接続されることになる。
イル、V相コイルに接続される制御ドライバー40の電
圧波形を示している。言うまでも無く、U相、V相、W
相の電圧波形はそれぞれ120度の位相差を持つ。
生する制御ドライバー40を接続した場合について、図
6のタイミング、、において各コイル端部に誘起
される磁極の変化を示した図である。
8に示すように4つのコイルが直列配置されているもの
とする。そして、各コイル端部に図8(a)のような磁
極が誘起されるものとすると、実際には、図8(b)に
示すように吸引し合う磁極が隣接する部分に磁極は発生
せず、反発し合う磁極が隣接する部分と、最も外側のコ
イルの外側端部に、前記の反発し合う磁極と反対の磁極
が発生する。
(a)、(b)、(c)のように各コイル端部に誘起さ
れた磁極により実際に9個のコイルの組合わせ体に発生
する磁極を示している。
説明する。以下では、ムーバ20が4個の永久磁石21
から成るものとして説明する。
図9(c)のように磁極が変化した時にムーバ20がコ
イルの磁束との間の相互作用により一方向(ここでは図
中、左方向)に移動する原理を示している。
(a)に示す位置にある時に、ステータ10における9
個のコイル12により図10(a)(図9aに対応)に
示すような磁極が発生したとすると、図10(b)に示
すように、ムーバ20はコイル1個分だけ図中左方向に
移動する。
置に移動した状態にある時に、9個のコイル12により
図11(a)(図9bに対応)に示すような磁極が発生
したとすると、図11(b)に示すように、ムーバ20
はコイル2個分だけ図中左方向に移動する。
置に移動した状態にある時に、9個のコイル12により
図12(a)(図9cに対応)に示すような磁極が発生
したとすると、図12(b)に示すように、ムーバ20
はコイル2個分だけ図中左方向に移動する。
位置に移動した状態にある時に、9個のコイル12によ
り図13(a)(図9aに対応)に示すような磁極が発
生したとすると、図13(b)に示すように、ムーバ2
0はコイル2個分だけ図中左方向に移動する。
1個当たりの寸法で決まる距離だけステップ状に移動す
るように思われるが、実際にはそうはならない。これ
は、本形態によるリニアモータの駆動原理を、図6で示
した〜のタイミングだけについて説明しているから
であり、実際にはU相、V相、W相の各コイルに印加さ
れる電圧は図6に示すような連続波形であるので、ムー
バ20の動きはスムーズであり、位置決めもリニアスケ
ール33の分解能、エンコーダヘッド24の検出精度で
決まる精度で行うことができる。
移動距離がコイル2個分であるのに対し、図10ではコ
イル1個分の移動距離である。これは、始めにムーバ2
0のセットされていた位置がずれていたためであり、実
際には図11〜図13をループする動きとなる。
イル12の組合わせ体の中央部分では磁極間の距離がコ
イル3個分でそろっているのに対し、組合わせ体の端部
に近い磁極間の距離はコイル1個分あるいは2個分とな
っている。これによりムーバ20の動きに影響を及ぼす
ように思われる。しかし、このような問題は実際には生
じない。上記のようになるのは、図解しやすいように、
コイル12を9個使用した場合について示しているから
であり、実際には、移動するムーバ20の端部が、複数
個のコイル12の組合わせ体の両端部からはみ出さない
ように設計される。つまり、実際には、ムーバ20の一
部が図10〜図13に示すように9個のコイル12の組
合わせ体の端部からはみ出すような動きはしない。
タは、図1で説明したパソコン41に必要なデータを設
定することで、ムーバ20をステータ10における所望
の位置まで移動させることは勿論、ステータ10におけ
るある距離範囲の領域で往復運動(振動運動)をさせる
というような様々な運動をさせることができる。また、
例えば原点位置から所望の設定位置までの往運動は通常
の速度で行い、原点位置に戻る時の復運動は高速で行う
というような制御を行うことで繰り返し搬送動作を行う
場合の作業時間の短縮を図ることもできる。これは、復
運動の場合には、往運動の場合とは逆向きの電流を流す
と共に、その時の電源の周波数を変えることで容易に実
現できる。
最小限の可撓性の信号線、すなわちエンコーダヘッド2
4用の信号線で接続されれば良いので、ケーブルベヤ2
5(図2参照)は電力ケーブルを収容するためのスペー
スが不要であり、小形化が可能となる。速度ムラに関し
て言えば、本形態では100mm/secの速度で1
(%)以内の速度ムラに抑えることができることが確認
されている。なお、エンコーダヘッド24は、ベース3
0側に設けられて良い。この場合、ムーバ20の可動範
囲には制約が生ずるが、比較的狭い範囲で往復運動でき
れば良いタイプのリニアモータに適用すれば良く、可撓
性の電力ケーブル、信号線が不要であることのメリット
は大きい。
説明したが、本発明は以下に述べるような様々な変更が
可能である。
り、上記の形態においては、永久磁石21はその中心軸
方向、すなわち中心軸方向と平行に着磁されているが、
本例による永久磁石21´は径方向、すなわち中心軸に
向かって放射状(径方向)に着磁されている。勿論、本
例でも複数の永久磁石21´が直列的に組み合わされる
ものであり、1個当たりの長さはコイル12(図3)の
磁極軸の寸法の3倍の長さに作られる。そして、隣り合
う永久磁石21´は互いに反対の磁極が対向するように
組み合わされる。
径方向の着磁による磁石のいずれにおいても、筒状体の
一体成形による磁石だけに限らず、分割したものを組み
合わせた磁石でも良い。つまり、周方向に関してある角
度間隔で複数に分割(例えば90度であれば4分割、4
5度であれば8分割)したものを用意し、それぞれに中
心軸方向と平行の着磁あるいは径方向の着磁を施したう
えで筒状に組み合わせた磁石でも良い。
組合わせ体の外周を磁性体による筒状、ここでは円筒状
のアウターヨーク61でカバーするようにした例であ
る。なお、本図ではコイルは図示を省略している。この
ようなアウターヨーク61は、アウターヨーク61の外
部周辺の磁気シールド効果が得られる。つまり、本リニ
アモータの外部への漏洩磁束の低減を持ち、かつ、効率
的な磁気回路が構成され、リニアモータとして推力の向
上が得られる。
上記の第1の実施の形態における永久磁石21に適用し
たものであり、図16の例と同様の効果が得られること
は言うまでも無い。
ための改良例を示している。つまり、同じ磁極が隣り合
う永久磁石21の間に磁性体、例えば鉄板によるリング
状のスペーサ65を介在させている。このスペーサ65
は磁石寸法(磁石の内径、外径、長さ(軸方向))に適し
た厚さで十分であり、磁石が互いに反発しあう反磁界部
分にスペーサ65を入れることで、磁束が径方向(コイ
ル)に向かう磁気回路が構成されることにより、永久磁
石21の性能向上に寄与する効果がある。勿論、このよ
うなスペーサ65は図15〜図17の例のいずれに組み
合わされても良い。
である。つまり、隣り合うコイル12の間に磁性体、例
えば鉄板によるリング状のスペーサ66を介在させてい
る。このスペーサ66は1mm以下の厚さで十分であ
り、推力の性能向上に寄与する効果がある。勿論、この
ようなスペーサ66は図15〜図18の例のいずれに組
み合わされても良い。
である。つまり、上記の第1の実施の形態では三相コイ
ルとして直列スター結線によるコイルをあげたが、図2
0(a)のようなデルタ結線でも良いことは言うまでも
無い。なお、図20(b)は並列デルタ結線と呼ばれる
三相コイルを示しているが、これもデルタ結線に含まれ
ると考えて良い。同様の理由で、図20(c)は並列ス
ター結線を示しているが、これもスター結線に含まれる
と考えて良い。そして、これらのコイルの配列は、図7
でも説明したように、図20(d)に示すような配列に
される。
の外周側を液体冷媒を循環させることで冷却を行う場
合、液体冷媒として例えば、絶縁性を持つ液体を使用す
ることができる。この場合、コイル12はその表面を樹
脂材料等でコーティングするのが好ましい。
して、冷却を必要としない、コイルに化学薬品等による
影響がない、コイル表面の外観が重要ではない等の条件
下であれば、パイプ13を省略することで磁石とコイル
表面の距離を短くでき、推力アップを図ることができ
る。
配線の一例を挙げれば、センターコア11の外周面に長
さ方向に沿って溝を設け、この溝内に配線を埋め込むこ
とによりコイル表面と磁石表面をより近くできるため、
推力向上につながる。
示した図である。上記の第1の実施の形態ではムーバ2
0をガイドブロックとガイドレールとにより案内するよ
うにしているが、本例では永久磁石21の内径側に樹脂
製のブッシュ71を設けてステータ10側のパイプ13
に沿ってスライド可能にしている。加えて、パイプ13
に平行にガイド用パイプ72を並設している。そして、
ムーバ20の側面にはガイド用パイプ72まで延びる補
助部材73を設け、この補助部材73にはガイド用パイ
プ72の挿通可能な貫通穴を設けると共に、この貫通穴
の内径側に樹脂製のブッシュ74を設けることにより補
助部材73がガイド用パイプ72に沿ってスライド可能
にしている。なお、ブッシュ71、74はすべり軸受の
ことである。このような案内系は、ムーバ20が小型の
場合、例えばプリンタの印字ヘッド部の走行駆動源とし
て用いられるような場合に有効である。
とステータとの組合わせが1組である場合について説明
したが、ムーバとステータとの組合わせを2組以上並列
に設置し、複数のムーバに共通のテーブルを装着するよ
うにして、推力を向上させた駆動制御を行うようにして
も良い。この場合、各組のガイドレールも平行をとった
状態でベース上に設置すれば良い。
2の実施の形態を示し、第1の実施の形態で説明したリ
ニアモータを少なくとも1つ用いて2軸案内によりテー
ブル状のスライダー(可動子)を駆動するようにした例
である。ここでは、リニアモータを2つ用いる場合につ
いて説明する。石やセラミック等によるベース80に、
前に述べたステータ10側のパイプ13を2本互いに平
行になるように並設している。パイプ13の外周には2
つのムーバ20(一方のみ図示)を持つスライダー(可
動子)85が組合わされている。つまり、この形態では
スライダー(可動子)85と磁石が一体、言い換えれば
スライダー85に磁石を埋め込んでいる。これにより、
スライダー85はガイドとモータの2つの役割を持つこ
とになる。
るように制御される。また、リニアモータは1個でも良
い。
製造装置におけるウエハ加工用のテーブル装置や往復移
動を繰り返すことで加工対象物にコーティングを行うコ
ーター等が考えられる。
10を示しているが、ステータをある半径で円形あるい
は略C形状を描くようにつくっても良い。つまり、本発
明によるリニアモータは、直線運動を行うものに限ら
ず、ステータを円形あるいはその一部を切り欠いた略C
形状にすることで、円形あるいは略C形の軌道を周回あ
るいは往復運動するものも含むものとする。この場合、
ムーバ20における複数の永久磁石21の組合わせ体の
内径側空間もステータの曲率と同じ曲率になるように作
れば良い。なお、ステータを円形にする場合には、ムー
バ側の断面形状を略U形状にする必要がある。ステータ
を円形あるいは略C形状にする場合の適用例としては、
MRI(核磁気共鳴)診断装置、CTスキャナ等におけ
るスキャナの駆動源とすることが考えられる。
は、例えば自動ドア等の開閉駆動源としての適用も可能
である。例えば、自動ドアの場合について言えば、ドア
の上側あるいは下側に、本発明によるリニアモータをそ
の可動部の移動に伴ってドアの開閉を行うことができる
ように設置すれば良い。
受けを含むようなものでも良く、位置決め制御のための
リニアスケールとエンコーダヘッドとの組合わせも他の
周知の技術、例えばレーザを使用した高精度のものを使
用しても良い。また、被検出片26とセンサ36の組合
わせは省略されても良い。
うな効果を有する。
動としたことにより、電磁石コイルにおける発熱に対す
る冷却を簡単な構造で実現することができる。
ら、これに組み合わされる被搬送テーブルの温度上昇が
無く、従ってこれに搭載される被搬送体に熱的影響を及
ぼすことが無い。このことから、本発明によるリニアモ
ータは、厳しい温度条件が要求される環境下での使用、
例えば半導体製造装置における真空チャンバ内での搬送
駆動系に最適である。
側にわずかなギャップを介して電磁石コイルが収容配置
されているので、電磁石コイルの磁束を有効に永久磁石
に作用させることができる。特に、環状の永久磁石の場
合には電磁石コイルの磁束の利用効率は非常に高く、高
推力を得ることができる。
が無いので、可撓性の電力ケーブルが不要であり、電力
ケーブルの断線等に対するメンテナンスが不要となる。
その温度上昇を監視する必要があるため、電磁石コイル
に熱電対等の温度センサを設置し、可撓性の信号線で温
度検出信号を制御ドライバー側に送出する必要がある
が、本発明では不要である。
曲を繰り返すので断線を生ずる場合があるが、本発明で
は電力ケーブルの断線が発生することは無く、エンコー
ダヘッドをベース側に設置することで信号線の断線も無
くすことができる。
を、アルミ合金の一体物で実現できるので、機械的強度
が大きい。
価であることを除いて、すべて安価で実現することがで
き、かなり大型にした場合でもリニアモータ全体として
の低価格化を実現することができる。
を一定にする必要が無いので、ムーバとステータには厳
しい取付け精度が要求されず、それらを構成する部品に
も厳しい加工精度が要求されない。
な円筒形状であるために、永久磁石とセンターコア(ヨ
ーク)が断片的に吸引する力が作用しないために極めて
高い定速性が実現されている。
構成を示した図である。
た図である。
説明するための図である。
説明するための図である。
合の各コイルと制御ドライバーとの接続例を説明するた
めの図である。
を示した図である。
について説明するための図である。
た磁極によりコイル全体に発生する磁極について説明す
るための図である。
各コイルに誘起された磁極によりコイル全体に発生する
磁極について説明するための図である。
に永久磁石が組み合わされる場合に永久磁石が駆動され
る原理を説明するための図である。
に永久磁石が組み合わされる場合に永久磁石が駆動され
る原理を説明するための図である。
に永久磁石が組み合わされる場合に永久磁石が駆動され
る原理を説明するための図である。
コイルに永久磁石が組み合わされる場合に永久磁石が駆
動される原理を説明するための図である。
ある。
される永久磁石の他の例を説明するための断面図(図
(a)及び図(b))である。
めの断面図(a)及び正面図(b)である。
るための断面図(a)及び正面図(b)である。
例を説明するための断面図である。
を説明するための断面図である。
例を説明するための図である。
明するための斜視図である。
のテーブル装置を説明するための図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 電磁石用コイルを複数個連続的に配列
し、これらの電磁石用コイルからの磁束との相互作用に
よりこれらの電磁石用コイルに沿って走行可能に永久磁
石体を組合わせたことを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項2】 請求項1に記載のリニアモータにおい
て、前記電磁石用コイルはスター結線により接続された
U相コイル、V相コイル、W相コイルを含み、これらの
各相のコイルは中空軸状のセンターコアの周囲に、それ
らの磁極軸が前記センターコアの軸芯と同じ向きになる
ようにして前記永久磁石体の走行範囲にわたって直列的
に装着されていることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項3】 請求項1に記載のリニアモータにおい
て、前記電磁石用コイルはデルタ結線により接続された
U相コイル、V相コイル、W相コイルを含み、これらの
各相のコイルは中空軸状のセンターコアの周囲に、それ
らの磁極軸が前記センターコアの軸芯と同じ向きになる
ようにして前記永久磁石体の走行範囲にわたって直列的
に装着されていることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項4】 請求項2または3に記載のリニアモータ
において、前記永久磁石体は前記電磁石用コイルを囲む
ことができるような環状あるいは略U形の断面形状を持
ち、かつ中心軸方向と平行に着磁された磁極軸に関して
前記各相のコイルの3倍の長さ寸法を持つ複数の永久磁
石から成り、これら複数の永久磁石は隣接する磁極が互
いに反対向きになるように直列的に組合わされているこ
とを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項5】 請求項2または3に記載のリニアモータ
において、前記永久磁石体は前記電磁石用コイルを囲む
ことができるような環状あるいは略U形の断面形状を持
ち、かつ長さ方向に関して前記各相のコイルの3倍の長
さ寸法を持つ中心軸に向かって放射状(径方向)に着磁
された複数の永久磁石から成り、これら複数の永久磁石
は隣接する磁極が互いに反対向きになるように直列的に
組合わされていることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項6】 請求項4または5に記載のリニアモータ
において、前記永久磁石体の外面側に磁性体による筒状
のヨークを設けたことを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項7】 請求項4〜6のいずれか1つに記載のリ
ニアモータにおいて、隣り合う永久磁石の間に磁性体に
よるスペーサ部材を介在させたことを特徴とするリニア
モータ。 - 【請求項8】 請求項4〜7のいずれか1つに記載のリ
ニアモータにおいて、隣り合う各相のコイルの間に磁性
体によるスペーサ部材を介在させたことを特徴とするリ
ニアモータ。 - 【請求項9】 請求項8に記載のリニアモータにおい
て、前記センターコアは、前記永久磁石体が直線運動す
るような直線形状であることを特徴とするリニアモー
タ。 - 【請求項10】 請求項8に記載のリニアモータにおい
て、前記センターコアはその延在方向の形状が円形状ま
たは円の一部を切り欠いた略C形状を有し、前記永久磁
石体は円形状または略C形状の軌道に沿った周回運動ま
たは往復運動を行うことを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項11】 請求項9または10に記載のリニアモ
ータにおいて、前記永久磁石体の内面側であって前記電
磁石用コイルの外面側に、前記電磁石用コイルを収容す
るようにして前記永久磁石体の走行範囲にわたる筒状体
が設けられ、該筒状体と前記永久磁石体の内面側との間
及び前記筒状体と前記電磁石用コイルの外面側との間に
はそれぞれ、ギャップができるようにされていることを
特徴とするリニアモータ。 - 【請求項12】 請求項11に記載のリニアモータにお
いて、前記センターコアの中空部及び前記電磁石用コイ
ルの外面側と前記筒状体の内面側との間の前記ギャップ
を冷却空間としたことを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項13】 請求項12に記載のリニアモータにお
いて、前記永久磁石体にはガイドブロックが組み合わさ
れ、該ガイドブロックは前記永久磁石体の走行方向に沿
ってベース体に配置されたガイドにより案内されること
を特徴とするリニアモータ。 - 【請求項14】 請求項12に記載のリニアモータにお
いて、前記永久磁石体はケースに収容されており、該ケ
ースの内面側には前記筒状体の外面に沿ってスライド可
能な第1のすべり軸受が少なくとも1個設けられ、前記
ケースの側面側にはその側方に延びる補助部材が設けら
れ、該補助部材には走行方向に平行な貫通穴が設けられ
ると共にその内面側に第2のすべり軸受が設けられ、前
記筒状体に平行かつ走行方向に延在するようにガイド用
案内部材を設けて前記第2のすべり軸受に該ガイド用案
内部材を挿通することにより前記永久磁石体の走行案内
が行われることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項15】 請求項13または14に記載のリニア
モータにおいて、前記電磁石用コイルを収容した前記筒
状体は、ベース体に設けられた2つのブラケット間に固
定されていることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項16】 請求項15に記載のリニアモータにお
いて、前記永久磁石体の走行方向に沿ってリニアスケー
ルが配置され、前記永久磁石体には前記リニアスケール
に対向するようにエンコーダヘッドが設けられ、該エン
コーダヘッドからの検出信号は可撓性のケーブルを介し
て制御ドライバーに入力されることを特徴とするリニア
モータ。 - 【請求項17】 請求項16に記載のリニアモータにお
いて、前記永久磁石体を含む可動部側、前記ブラケット
を含む固定部側にはそれぞれ、一方に位置検出用の被検
出片が設けられ、他方には前記被検出片を検出するため
のセンサが設けられることを特徴とするリニアモータ。 - 【請求項18】 請求項2〜17のいずれかに記載のリ
ニアモータにおいて、前記電磁石用コイルはU相コイ
ル、V相コイル、W相コイルを1組としてこれらを順に
直列的に配列して組合わせたものを複数組含み、これら
の複数組のコイルを前記中空軸状のセンターコアの周囲
に、それらの磁極軸が前記センターコアの軸芯と同じ向
きになるようにして前記永久磁石体の走行範囲にわたっ
て直列的に装着されていることを特徴とするリニアモー
タ。 - 【請求項19】 請求項18に記載のリニアモータにお
いて、前記複数組における複数の前記U相コイル、複数
の前記V相コイル、複数の前記W相コイルはそれぞれ相
毎に直列接続されてスター結線により接続され、しかも
2つの相における複数のコイルは奇数組における磁極に
対して偶数組における磁極が反対向きになるように接続
され、残りの1つの相における複数のコイルは奇数組に
おける磁極が前記2つの相における複数のコイルの前記
奇数組における磁極と反対向きであり、偶数組における
磁極は前記2つの相における複数のコイルの前記偶数組
における磁極と反対向きになるように接続されているこ
とを特徴とするリニアモータ。
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