JP6379930B2 - リニアモータ用固定子 - Google Patents

Description

本発明はリニアモータ用の固定子に関する。

例えば、半導体製造装置、液晶表示装置等の製造分野においては、大面積の基板等の処理対象物を高速度にて直線移動させ、適宜の移動位置にて高精度に位置決めすることができる送り装置が必要である。この種の送り装置は、一般的には、駆動源としてのモータの回転運動をボールねじ機構等の運動変換機構により直線運動に変換して実現されるが、運動変換機構が介在することから、移動速度の高速化と位置決め精度の高精度化を同時に行うには限界がある。

この問題に対応するため、近年においては、直線運動出力が直接的に取り出し可能なリニアモータを駆動源とする送り装置が使用されている。リニアモータは、直線状の固定子と該固定子に沿って移動する可動子とを備えている。前述した送り装置においては、板状の永久磁石を一定間隔毎に多数並設して一対の固定子を構成し、磁極歯と通電コイルとを備える電機子を可動子としたムービングコイル型のリニアモータ（例えば、特許文献１参照）が使用されている。
ムービングコイル型のリニアモータでは、固定子に磁石を配置するため、リニアモータの全長が長くなるほど（可動子の移動距離が長くなるほど）、使用する磁石の量が増える。近年、希土類の価格上昇に伴い、使用する磁石量の増加は、コスト増加の原因となっていた。このような問題を解決するために、本願発明者らはコイル及び磁石を可動子に備えたムービングコイル型コア付リニアモータを提案している（特許文献２）。

特開平３−１３９１６０号公報 ＷＯ２０１３／１２２０３１号公報

一方、前記リニアモータにおいては、可動子及び固定子により磁束ループが構成される。可動子及び固定子を形成する磁性材料の多くは導電性の金属である。そのため、磁束の流れに伴い、渦電流が発生する。渦電流は反力の元になるため、リニアモータの推力を低減させ、効率を低下させてしまう。

本発明は上述のごとき事情に鑑みてなされたものであり、渦電流を低減させ、移動距離がコストに与える影響が小さいリニアモータ用の固定子を提供することを目的とする。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、複数の磁極歯が並設してあるリニアモータ用の固定子一対を対向配置してなるリニアモータ用固定子において、前記磁極歯は並設方向及び対向方向に交差する方向に複数の磁性金属板を積層してなり、隣り合う磁極歯の間には、前記対向方向に複数の磁性金属板を積層してなる補助磁極を配してあることを特徴とする。

本発明にあっては、各磁極歯は並設方向及び対向方向に交差する方向に積層した複数の磁性金属板を含んでいるので、リニアモータの動作時に磁束は各磁性金属板面に平行な向きに流れる。すなわち、磁束の変化により、磁束の流れに対して直交する平面内において磁束を取り囲むように発生する渦電流は、各磁性金属板を貫こうとする方向に流れようとするが、磁性金属板を積層しているため、磁性金属板間の接触抵抗により、電気抵抗が大きくなり、磁束が通過する部分での渦電流は流れにくくなる。それにより、渦電流が低減し、推力の渦電流損を低減し、効率の低下を少なくすることが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、同一の材質からなり、前記磁極歯は前記対向方向に前記補助磁極よりも突出していることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯は対向方向に補助磁極よりも突出しているので、磁気抵抗の差が生じ、適切な磁束の流れを形成することが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定は、前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、異なる材質からなり、前記磁極歯及び前記補助磁極の前記対向方向の端面は面一であることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯を構成する磁性金属板及び補助磁極を構成する磁性金属板を異なる磁気抵抗をもつ材質で形成することにより、磁極歯及び補助磁極の対向面の端面を面一とすることが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、積層面に絶縁処理を施してあることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯を構成する磁性金属板及び補助磁極を構成する磁性金属板は、積層面に絶縁処理を施してあるので、渦電流は各磁性金属板間を貫通して流れにくくなる。それにより渦電流は低減し、渦電流損を低減することが可能になる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯は並設方向に張り出す被係合部を有し、前記補助磁極の前記被係合部に対応する前記対向方向の位置には、前記並設方向に窪んだ係合部が形成してあり、該係合部及び前記被係合部を係合して、前記補助磁極及び磁極歯は固定してあることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯は被係合部を有し、当該被係合部が、補助磁極に設けた係合部と係合して固定子に固定されるので、可動子との間で生じる吸引力に対抗し、また磁極歯が抜け落ちることを防ぐことが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、一方の固定子の磁極歯及び他方の固定子の磁極歯は並設方向に千鳥配置としてあることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯を千鳥配置としてあるので、可動子との間で大きな推力を得ることができる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯の先端面は、該並設方向に傾斜している２辺を含む四辺形状をなしていることを特徴とする。

本発明にあっては、固定子が有する磁極歯と可動子が有する磁極(電機子ヨーク）は磁極の移動方向に対して直行する面は平行ではなく、相対的にすべて一定の角度を有している。所謂、スキュー配置されているので、ディテント力が低減され、固定子と可動子の相対位置の違いによる推力むら（推力リップル）を低減することが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯の先端部は、面取りされた形状としてあることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯の先端部は、面取りされた形状としてあるので、可動子の移動に対する磁気抵抗の変化を緩やかにする効果があり、可動子が発生する磁束の変化の度合いを緩和するので、コギングトルクを低減することが可能となる。

本発明に係るリニアモータ用固定子は、前記磁極歯の先端面は、曲面としてあることを特徴とする。

本発明にあっては、磁極歯の先端面は、曲面としてあるので、可動子の移動に対する磁気抵抗の変化を緩やかにする効果があり、可動子が発生する磁束の変化の度合いを緩和するので、コギングトルクを低減することが可能となる。

なお、本明細書において磁性金属板の積層面に絶縁処理を施すとは、磁性金属板の全面に絶縁処理を施すだけを意味するのではない。磁性金属板の積層面の一部分に絶縁処理を施す場合や、積層面に絶縁処理を施していない磁性金属板と絶縁処理を施した磁性金属板を積層する場合を含む。

本発明にあっては、各磁極歯は並設方向に直交し、かつ固定子の対向方向に直交する方向に積層した複数の磁性金属板を含でいる。それにより、リニアモータ動作時に発生する渦電流は各磁性金属板間を貫通して流れにくくなるので、渦電流が低減し、推力の渦電流損を低減することが可能となる。

固定子の構成例を示す部分破断斜視図である。 磁極歯の構成例を示す斜視図である。 補助磁極の構成例を示す斜視図である。 磁極歯及び補助磁極の固定についての説明図である。 補助磁極の他の構成例を示す斜視図である。 固定子の側面図である。 可動子の一例を示す斜視図である。 リニアモータの縦断面図である。 リニアモータの縦断面図である。 リニアモータの縦断面図である。 リニアモータの部分側面図である。 第１固定子の平面図である。 変形例１のリニアモータ用固定子を示す部分破断斜視図である。 実施の形態２に係る固定子を構成する磁極歯の構成例を示す斜視図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。なお、本明細書において、「略同一」とは構造部を設計する上での寸法設定では同一ということを意味している。そして加工設備による加工誤差を含むため、設計上の寸法設定に公差を含めた上で略同一と表記している。

実施の形態１
図１は固定子１０１の構成例を示す部分破断斜視図である。固定子１０１（リニアモータ用固定子）は、第１固定子１、第２固定子２及び結合部３を含む。第１固定子１及び第２固定子２は磁性金属板、例えば、圧延鋼材で形成する。結合部３は磁性金属板、例えば珪素鋼板で形成する。なお、結合部３を磁性体で形成することは必須ではなく、アルミニウムやステンレス等の非磁性の材料を使用しても良い。
第１固定子１、結合部３、第２固定子２の固定は既知の固定方法、例えばボルトやナットを用いて固定すればよい。
また第１固定子１、第２固定子２、結合部３を同一の材質で形成しても良く、折り曲げ加工により平板をコの字状に折り曲げ、第１固定子１、第２固定子２、結合部３を構成しても良い。

第１固定子１には各複数の磁極歯１１及び補助磁極１２が長手方向に沿って交互に並設されている。同様に第２固定子２には各複数の磁極歯２１及び補助磁極２２が長手方向に沿って交互に並設されている。磁極歯１１及び補助磁極１２の長手方向の向かい合う２辺は、第１固定子１及び第２固定子２の長手方向に対して傾斜して配されている。所謂スキュー配置としてある。傾斜している角度、すなわちスキュー角度はおおよそ１０°以下であるが、可動子の磁極幅や固定子の磁極ピッチ（固定子を構成する磁極歯の並設方向の中央部の間隔）に応じて、変えてもよい。

図２は磁極歯１１の構成例を示す斜視図である。磁極歯２１も同様な構成であるので、以下の説明では、磁極歯１１についてのみ説明する。磁極歯１１は断面逆Ｔ字状をなしている。磁極歯１１は本体部１１ａと本体部から短手方向に突出する張り出し部１１ｂ（被係合部）を含む。磁極歯１１は磁極片１１１を複数積層したものである。磁極片１１１は断面逆Ｔ字状をなしている。磁極片１１１は本体部１１１ａ、本体部１１１ａから短手方向に伸びた張り出し部１１１ｂを含む。

磁極片１１１は軟磁性を有する珪素鋼の薄板により形成する。表面は絶縁物質の被膜を形成するなどの絶縁処理が施されている。積層された磁極片１１１同士の固定は、熱溶着やカシメなどにて行う。熱溶着の場合は、例えば、まず、磁極片１１１の表面にペースト状の非導電性の接着剤を塗布する。次に、磁極片１１１を複数積層した後に板面に圧力を掛けながら加熱する。加熱により接着が完了する。また、板面にあらかじめ熱溶着性の塗膜を付したものを使用してもよい。このような塗膜は絶縁被膜としての機能も有する。

なお、磁極歯１１を構成する磁極片１１１の枚数、板厚は、求められる仕様に応じて適宜設計すれば良い。板厚を薄くするほど、すなわち磁極片１１１の枚数を増やすほど渦電流損は低減するが、強度や組み立ての手間を考慮すると板厚を１ｍｍ以下とすることが望ましい。
なお本発明において、磁極片１１１の表面の絶縁処理は必ずしも必須ではない。後述するように、磁極片１１１を積層して磁極歯１１を形成することで、磁極片表面の隙間や、その表面に形成される酸化皮膜などの影響で、接触抵抗により電気抵抗が大きくなるため、磁極歯１１を軟磁性体のブロックで構成する場合に比べて渦電流を低減することが可能となる。

図３は補助磁極１２の構成例を示す斜視図である。図３Ａは補助磁極１２の分解斜視図である。図３Ｂは補助磁極１２の斜視図である。補助磁極１２は第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２をそれぞれ複数枚積層したものである。第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２は、Ｌ字状である。

第１補助磁極片１２１は、根元部１２１ａと短冊部１２１ｂとを含む。根元部１２１ａは縦横の長さに大きな違いがない平面視正方形状をなしている。根元部１２１ａの中央には貫通孔１２１ｃが形成してある。短冊部１２１ｂは平面視細長い矩形状をなしている。短冊部１２１ｂには長手方向に沿って、所定間隔を隔てて２つの貫通孔１２１ｄが形成してある。貫通孔１２１ｄは短冊部１２１ｂの短手方向の中央に形成してある。根元部１２１ａと短冊部１２１ｂとは一体となっている。短冊部１２１ｂは根元部１２１ａから角度をつけて延びている。短冊部１２１ｂの長辺と当該長辺に接続する根元部１２１ａの辺とは、平行ではなく角度を形成している。この角度は、スキュー角度に応じた角度である。

第２補助磁極片１２２も、第１補助磁極片１２１と同様な構成である。第２補助磁極片１２２は根元部１２２ａと短冊部１２２ｂとを含む。根元部１２２ａは、第１補助磁極片１２１の根元部１２１ａと略同一寸法の平面視正方形状をなしている。根元部１２２ａの中央には貫通孔１２２ｃが形成してある。短冊部１２２ｂは平面視細長い矩形状をなしている。短冊部１２２ｂには長手方向に沿って、所定間隔を隔てて２つの貫通孔１２２ｄが形成してある。貫通孔１２２ｄは短冊部１２２ｂの短手方向の中央に形成してある。根元部１２２ａと短冊部１２２ｂとは一体となっている。短冊部１２２ｂは根元部１２２ａから角度をつけて延びている。すなわち、短冊部１２２ｂの長辺と当該長辺に接続する根元部１２２ａの辺とは、平行ではなく角度を形成している。この角度は、スキュー角度に応じた角度である。

第２補助磁極片１２２の短冊部１２２ｂの長手方向の長さは、第１補助磁極片１２１の短冊部１２１ｂの長手方向の長さと略同一寸法である。第２補助磁極片１２２の短冊部１２２ｂの短手方向の長さ（Ｗ２）は、第１補助磁極片１２１の短冊部１２１ｂの短手方向の長さ（Ｗ１）よりも短くなっている。

第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２は、軟磁性を有する珪素鋼の薄板により形成する。表面は絶縁物質の被膜を形成するなどの絶縁処理が施されている。積層された第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２同士の固定は、熱溶着やカシメなどにて行う。熱溶着の場合は、例えば、まず、第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２の表面にペースト状の接着剤（非導電性のもの）を塗布する。次に、第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２を積層した後に板面に圧力を掛けながら加熱する。加熱により接着が完了する。また、板面にあらかじめ熱溶着性の塗膜を付したものを使用してもよい。このような塗膜は絶縁被膜としての機能も有する。

図３Ｂに示すように、補助磁極１２は根元部１２ａ、本体部１２ｂを含む。根元部１２ａは、第１補助磁極片１２１の根元部１２１ａ及び第２補助磁極片１２２の根元部１２２ａが積層されて形成された部分である。本体部１２ｂは、第１補助磁極片１２１の短冊部１２１ｂ及び第２補助磁極片１２２の短冊部１２２ｂが積層されて形成された部分である。補助磁極１２の本体部１２ｂは、短手方向に平行な断面線による断面がＴ字状をなしている。本体部１２ｂの凸部１２ｅは第２補助磁極片１２２により形成されている。本体部１２ｂの凹部（係合部）１２ｆは、第１補助磁極片１２１の短冊部１２１ｂ及び第２補助磁極片１２２の短冊部１２２ｂの短手方向の寸法（短手寸法）が異なることにより形成されている。第１補助磁極片１２１の短冊部１２１ｂの短手寸法をＷ１、第２補助磁極片１２２の短冊部１２２ｂの短手寸法をＷ２としたとき、Ｗ１とＷ２との差分の半分が、磁極歯１１の張り出し部１１ｂの突出量Ｗ（図２参照）と等しくなるようにしてある。

次に磁極歯１１、補助磁極１２の固定について説明する。図４は磁極歯１１及び補助磁極１２の固定についての説明図である。図４では第１固定子１の一部分のみを示し、第２固定子２及び結合部３の記載を省略している。

図４に示すように、補助磁極１２は根元部１２ａに形成された貫通孔１２ｃ、本体部１２ｂに形成された２つの貫通孔１２ｄそれぞれに挿通しネジＳが、第１固定子１に設けた雌ねじに螺合することにより、固定される。２つの補助磁極１２の間には、磁極歯１１が配される。補助磁極１２が第１固定子１に固定される際、補助磁極１２に形成されている凹部１２ｆが、磁極歯１１の備える張り出し部１１ｂを押さえながら固定されるので、磁極歯１１も第１固定子１に固定される。

図４に示すように、磁極歯１１及び補助磁極１２が交互に第１固定子１の長手方向に沿って、第１固定子１に並設される。磁極歯１１及び補助磁極１２の第１固定子１と接する面の反対側の面は、面一ではなく段差がある。ここで、当該段差の寸法ｈは、補助磁極１２を第１固定子１に固定するための挿通しネジＳの頭の高さ寸法程度とする。磁極歯１１から挿通しネジＳの頭が突出しないようにするためである。
挿通しネジＳは非磁性が望ましい。挿通しネジＳの頭が補助磁極１２の固定子１０１の対向面側に突出しており、挿通しネジＳが磁性体であると、磁極歯１１に流れるべき磁束が挿通しネジＳの頭を経由して補助磁極１２に多く流れる虞がある。
挿通しネジＳを磁性体で形成する場合には補助磁極１２から挿通しネジＳの頭が突出しないように、挿通しネジＳの頭の形状や固定方法を工夫すればよい。また磁極歯１１と補助磁極１２の段差に対して頭の突出量が相対的に小さい場合であって、頭の突出が磁束の流れに影響を及ぼさないかあるいは、影響してもリニアモータの駆動への影響が少ない場合には突出していても良い。

本発明では、１つの磁極歯１１は二つの補助磁極１２で挟み押圧固定したが、二つの補助磁極１２を一体で形成してもよく、又複数の磁極歯１１を一つの補助磁極１２で押圧固定できるように補助磁極１２を形成しても良い。図５は補助磁極１２の他の構成例を示す斜視図である。図５に示す補助磁極１２は複数の磁極歯１１を押圧固定可能な形状としてある。

以上の説明では、第１固定子１について説明したが、第２固定子２においても第１固定子１と同様に磁極歯２１が補助磁極２２の間に配されている。そして、第１固定子１及び第２固定子２は、略平行となるように結合部３に固定してある。図６は固定子１０１の側面図である。図６の紙面左右方向が固定子１０１の長手方向である。紙面の手前側は第１固定子１及び第２固定子２により形成された開口部であり、紙面の奥側は第１固定子１及び第２固定子２を結合する結合部３が位置している。

図６に示すように、第１固定子１の磁極歯１１は第２固定子２の磁極歯２１と互い違いに配置される千鳥配置としてある。千鳥配置とするのは次の理由による。本発明の推力発現機構は図１０に示すように磁石による吸引力のバランスをコイルに電流を流すことで発生する磁場で崩すことで発現させる。この際第１固定子１の磁極歯１１と第２固定子２の磁極歯２１が完全に対向する場合には推力を発生させことはできない。磁極歯同志が互い違いになっていれば良い。完全に互い違いになっている必要は必ずしもなく部分的に対向していても推力は発生する。対向している部分が小さくなるにしたがって発生推力は大きくなる。また、補助磁極１２を固定する挿通しネジＳの頭は、磁極歯１１とほぼ面一となっている。同様に、補助磁極２２を固定する挿通しネジＳの頭は、磁極歯２１とほぼ面一となっている。また、図６に示すように、第２固定子２の磁極歯２１も、第１固定子１の磁極歯１１と同様にスキュー配置としてある。

なお、補助磁極１２を構成する第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２を構成する珪素鋼の薄板の枚数、板厚は、求められる仕様に応じて適宜設計すれば良い。板厚を薄くするほど、すなわち珪素鋼の薄板の枚数を増やすほど渦電流損は低減するが、強度や組み立ての手間を考慮すると板厚を１ｍｍ以下とすることが望ましい。
なお本発明において、補助磁極１２の表面の絶縁処理は必ずしも必須ではない。第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２を積層して補助磁極１２を形成することで、第１補助磁極片１２１及び第２補助磁極片１２２の表面の隙間や、その表面に形成される酸化皮膜などの影響で、電気抵抗が大きくなるため、補助磁極１２を軟磁性体のブロックで構成する場合に比べて渦電流を低減することが可能となる。

次に、固定子１０１と組み合わせて用いる可動子について説明する。図７は可動子１０２の一例を示す斜視図である。可動子１０２は、厚さの薄い電機子ヨーク(電機子コア）５ａを２つ、厚さの厚い電機子ヨーク５ｂを３つ、磁化方向が対向する２つの永久磁石６ａ、６ｂを２組、コイル７、締結部８を含む。電機子ヨーク５ａ、５ｂはそれぞれ、表面に絶縁処理を施した軟磁性の珪素鋼板を積層したものである。永久磁石６ａ、６ｂは直方体状をなしている。永久磁石６ａ、６ｂの長さは、電機子ヨーク５ａ、５ｂと略同一としてある。永久磁石６ａ、６ｂはネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ボロン（Ｂ）を主成分とするネオジム磁石である。永久磁石６ａ、６ｂはネオジム磁石に限らず、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などを用いても良い。

電機子ヨーク５ａ、５ｂ、永久磁石６ａ、６ｂの並びは、図７の奥側から手前側に向かつて、電機子ヨーク５ａ、永久磁石６ａ、電機子ヨーク５ｂ、永久磁石６ｂ、電機子ヨーク５ｂ、永久磁石６ａ、電機子ヨーク５ｂ、永久磁石６ｂ、電機子ヨーク５ａの順に配置している。このように配置した電機子ヨーク５ａ、５ｂ、永久磁石６ａ、６ｂは、締結部８により互いの位置がずれないように締結されている。そして、電機子ヨーク５ａ、５ｂ、永久磁石６ａ、６ｂ、及び締結部８を囲むように、コイル７が配置される。
なお本発明において、電機子ヨーク５ａ、５ｂを構成する珪素鋼板表面の絶縁処理は必ずしも必須ではない。珪素鋼板を積層することで、軟磁性体のブロックで電機子ヨーク５ａ、５ｂを構成する場合に比べて渦電流を低減できるからである。

次に、固定子１０１に可動子１０２を配したリニアモータの動作について説明する。図８、図９及び図１０はリニアモータの縦断面図である。図８、図９及び図１０では説明の都合上、断面ハッチングを一部省略している。また、固定子１０１は簡略化して記載している。図８は可動子１０２のコイルに通電していない状態での可動子１０２の磁石による磁束の流れを示している。図９では、可動子１０２がマイナス方向、すなわち紙面左側方向に進む場合について示している。図１０では、可動子１０２がプラス方向、すなわち紙面右側方向に進む場合について示している。

図８において、永久磁石６ａ、６ｂのそれぞれに記載している矢印は、磁極の磁化の方向（Ｓ極からＮ極に向かう方向）を示している。永久磁石６ａは紙面の左から右方向へ磁化されている。永久磁石６ｂは紙面の右から左方向へ磁化されている。永久磁石６ａ、６ｂによる磁束により、電機子ヨーク５ａ、５ｂ及び固定子１０１を磁路とする磁界が形成される。磁束は磁気抵抗が少なく、路程が短くなるような磁路を形成するので、電機子ヨーク５ａ、５ｂと固定子１０１の磁極歯１１又は磁極歯２１との間で空隙を介して磁束は流れるが、電機子ヨーク５ａ、５ｂと固定子１０１の補助磁極１２又は補助磁極２２との間では磁束は流れない。また、磁極歯１１に流入した磁束は、同一の磁極歯１１、又は補助磁極１２を経て隣接の磁極歯１１より再び、電機子ヨーク５ａ、５ｂに戻る。さらにまた、磁極歯２１に流入した磁束は、同一の磁極歯２１、又は補助磁極２２を経て隣接する磁極歯２１より、電機子ヨーク５ａ、５ｂに戻る。以上のような磁界により、電機子ヨーク５ａ、５ｂは磁化される。図８に示す状態では、２つの電機子ヨーク５ａはＳ極に磁化されている。３つの電機子ヨーク５ｂのうち、中央の電機子ヨーク５ｂはＳ極に磁化され、残りの２つの電機子ヨーク５ｂはＮ極に磁化されている。

電機子ヨーク５ａ、５ｂのそれぞれが磁化されることにより、それぞれの電機子ヨーク５ａ、５ｂは最寄りの磁極歯１１または２１への吸引力が発生する。定常状態では、マイナス方向の吸引力とプラス方向の吸引力が釣り合い、可動子１０２は停止状態となる。停止状態から、コイル７に電流を流し、マイナス方向（紙面左側）の吸引力を強め、プラス方向(紙面右側）の吸引力を弱めるようにした場合、（図９において紙面左側のコイル部分においては紙面奥側から手前側に電流が流れ、紙面右側のコイル部分においては紙面手前側から奥側に電流が流れるようにする）吸引力は図９に示す矢印のように表すことができる。図９に示すように、Ｎ極に磁化された電機子ヨーク５ｂの吸引力が強まり、Ｓ極に磁化された電機子ヨーク５ａ、５ｂの吸引力は弱まる。それにより、可動子１０２はマイナス方向（紙面左側）に進む。すなわち、図９に矢印で示す右下から左上に向かう吸引力は強められ、左下から右上に向かう吸引力は弱められるから、可動子１０２はマイナス方向（紙面の左方向）に進む。

図１０は図９と逆の場合を示している。マイナス方向の吸引力を弱め、プラス方向の吸引力を強めた場合である。(電流の流れる向きは図９と逆方向となる）すなわち、図１０に矢印で示す右下から左上に向かう吸引力は弱められ、左下から右上に向かう吸引力は強められるから、可動子１０２はプラス方向（紙面の右方向）に進む。

以上のように、実施の形態１に係るリニアモータは、可動子を構成する磁石によって発生するベース磁場（バイアス磁場）により発生している吸引力のバランスをコイル７に発生させた磁場によって崩すことにより、動作させるものである。

次に渦電流の低減について説明する。図１１はリニアモータの部分側面図である。図１１において、磁束の流れを点線の矢印で、渦電流を実線矢印で示している。図１１に示すように、磁極歯１１において、磁束は紙面上下方向に流れる。すなわち、磁極歯１１を構成する磁極片１１１の板面に平行な方向に流れる。渦電流は磁束の流れる方向と垂直な平面上で磁束の変化を妨げる方向に流れようとする。すなわち、図１１に示すように、磁束の流れる方向を軸として時計回りに流れようとする。この渦電流の方向は、磁極歯１１を構成する磁極片１１１の板面を貫こうとする方向である。しかし、磁極歯１１は複数の磁極片１１１を積層し、磁極片１１１間の電気抵抗は大きくなっているため、渦電流を低減することが可能となる。さらに、板面に絶縁被膜が施した場合には、磁極片１１１間で流れる渦電流をさらに低減することが可能となる。磁極歯２１についても、磁極歯１１と同様に渦電流を低減することが可能となる。

補助磁極１２及び補助磁極２２も磁極歯１１及び磁極歯２１と同様な作用により、渦電流を低減することが可能となる。すなわち、補助磁極１２において、磁束は隣接する磁極歯１１間を流れる。この磁束の流れは、補助磁極１２を構成する第１補助磁極片１２１の板面方向である。磁束の流れにより発生する渦電流は、第１補助磁極片１２１の板面を貫く方向である。当該方向は、第１補助磁極片１２１の積層方向であるから、第１補助磁極片１２１間の電気抵抗により、渦電流の低減が可能となる。

上述したように、実施の形態１に係るリニアモータ用固定子は、次のような効果を奏する。磁極歯１１、磁極歯２１、補助磁極１２及び補助磁極２２は珪素鋼板を積層して構成してある。各板の板面に平行な方向に磁束が流れるように珪素鋼板を積層しているため、磁束の流れにより発生する渦電流の方向は板面を貫こうとする方向となる。しかしながら、珪素鋼板を積層しているため、渦電流を低減することができる。さらに板面に絶縁処理を施した場合には、さらに各珪素鋼板間で渦電流を低減することが可能になる。
なお、ここで珪素鋼板の絶縁処理は必ずしも必須ではなく鋼板を積層することで渦電流を低減することは可能である。
ここで磁極歯１１、磁極歯２１、補助磁極１２及び補助磁極２２をブロックではなく積層鋼板で構成した場合に渦電流を低減できる理由は以下の様に考えられる。
珪素鋼板等の板を積層すると板面同士で接触抵抗のような電気抵抗を有する。これは板面の凹凸や軽微な酸化あるいは防錆のための油分又はかしめやリベット固定の際のわずかな歪みを起因としている。
よってブロックで形成する場合に比べて鋼板を積層する場合には渦電流は鋼板間を貫通して流れることが少なくなり、渦電流を低減することが可能となる。
さらに積極的に板面を絶縁処理することで渦電流低減効果は高まるが、これはリニアモータに要求される仕様やコストを考慮して設定すればよい。
絶縁処理は珪素鋼板の積層面の一部のみに施しても良い。また、すべての珪素鋼板に絶縁処理を施すのではなく、絶縁処理を施した珪素鋼板と絶縁処理を施していない珪素鋼板とを積層しても良い。

磁極歯１１は張り出し部１１ｂを設けてあり、第１固定子１に固定される際には、補助磁極１２に設けた凹部１２ｆにより張り出し部１１ｂが押さえつけられて固定される。これにより、磁極歯１１の第１固定子１への固定強度を確保しているので、リニアモータ動作時に発生する磁力により、磁極歯１１は第２固定子２の方向に引っ張られても、第１固定子１から磁極歯１１が脱落することを防ぐことが可能となる。磁極歯２１についても、磁極歯１１と同様である。

磁極歯１１、磁極歯２１は所謂、スキュー配置としてあるので、ディテント力の１２次以上の高調波成分を低減することが可能となる。図１２は第１固定子１の平面図である。
磁極歯１１は補助磁極１２とは別体にて形成することとしている。それにより、磁極歯１１が直方体状であっても、図１２に示すように、隣接する補助磁極１２の短冊部１２１ｂを本体部１２ｂに対して傾斜させることにより、磁極歯１１をスキュー配置することが可能である。磁極歯２１、補助磁極２２についても、同様である。

なお、磁極歯１１、磁極歯２１をスキューさせるのではなく、可動子１０２の電機子ヨーク５ａ、５ｂ、永久磁石６ａ、６ｂをスキューさせることとしても良い。また、リニアモータ用固定子１０１は、図１に示す向きで設置されることが必須の要件ではない。設置可能な如何なる向きで使用することも可能である。第１固定子１が上側や左右側となるように設置しても良い。

補助磁極１２、補助磁極２２を構成する各珪素鋼板の板厚は、均一でなくても良い。固定子１０１の内側の方は渦電流を効果的に防止可能な１ｍｍ以下程度とし、外側の方は剛性が必要な場合には板厚１ｍｍ程度としても良い。

磁極片１１１の所定位置に貫通孔を設けても良い。磁極歯１１の製造時に積層する磁極片１１１の当該貫通孔に治具を通すことにより、磁極片１１１を正確に位置決めして積層することが可能となる。また、貫通孔を設けることにより、磁極歯１１の軽量化を図ることが可能となる。磁極歯２１についても、磁極歯１１と同様である。磁極歯１１及び磁極歯２１が軽量化することにより、さらに、固定子１０１全体の軽量化を図ることが可能となる。なお、貫通孔の位置や大きさは、磁束の流れを妨げないようシミュレーションにより決定すれば良い。

変形例１
図１３は変形例１のリニアモータ用固定子１０１を示す部分破断斜視図である。磁極歯１１及び補助磁極１２の第２固定子２の対向面は面一としても良い。その場合には、磁極歯１１及び補助磁極１２の材料を、磁気抵抗が明らかに変わるぐらいに、異なる飽和磁化を持つものとする。例えば、磁極歯１１は珪素鋼板、補助磁極１２はソフトフェライト又はＳＭＣ（軟磁性複合部材：Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）で構成する。実施の形態１のリニアモータでは、電機子ヨーク５ａ（５ｂ）及び磁極歯１１（２１）の間の磁気抵抗、並びに電機子ヨーク５ａ（５ｂ）及び補助磁極１２（２２）の間の磁気抵抗が異なることにより、磁束の流れに勾配が生じる。生じた勾配により、リニアモータの可動子１０２の進行方向が定まる。したがって、磁気抵抗の差による磁束の流れに勾配がなければ、リニアモータは動作しない。

さらに、補助磁極１２を第１固定子１に固定するための挿通しネジＳの頭が補助磁極１２から突出しないようにするか、補助磁極１２を挿通しネジＳ以外の方法で第１固定子１に固定する。

実施の形態２
実施の形態２に係るリニアモータ用固定子１０１は、磁極歯１１及び磁極歯２１の形状が実施の形態１と異なる。それ以外の点については、実施の形態１と同様であるので、以下の説明においては、実施の形態１と異なる点を主に説明する。図１４は実施の形態２に係る固定子１０１を構成する磁極歯１１の構成例を示す斜視図である。図１４では第１固定子１に並設される磁極歯１１のみを示しているが、第２固定子２に並設される磁極歯２１についても同様である。

図１４Ａに示す磁極歯１１は、先端部の角がＣ面取りしたように、側面視台形状となっている。図１４Ｂに示す磁極歯１１は、先端部の角がＲ面取りしたように、丸くなっている。図１４Ｃに示す磁極歯１１は、先端部分が円弧状に丸くなっている。

実施の形態２においては、磁極歯１１（２１）の先端部の角が直角となっていない。そのため、各磁極歯１１（２１）に可動子１０２が接近する場合、可動子１０２の電機子ヨーク５ａ、５ｂの端面は、磁極歯１１（２１）の端面とは、徐々に対向することとなる。磁極歯１１（２１）の先端部が直角の場合は、電機子ヨーク５ａ、５ｂの端面は磁極歯１１（２１）の端面と対向していない状態から、所定の距離で対向している状態へ急激に変化する。しかし、磁極歯１１（２１）の先端部の角が直角としていない場合、電機子ヨーク５ａ、５ｂの端面は磁極歯１１（２１）の端面と対向していない状態から、所定の距離よりも長い距離で対向している状態になり、その後、その距離が徐々に短くなり、所定距離となる。それにより、コギングを低下することが可能となる。

以上のように、実施の形態２においては、磁極歯１１（２１）の先端部を面取りした形状又は先端面を曲面としたことにより、コギングを低下することが可能となる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２において、可動子１０２の電機子ヨーク５ａ、５ｂ、永久磁石６ａ及び６ｂをスキュー配置すれば、磁極歯１１及び２１をスキュー配置しなくても良い。
また、磁極歯１１（２１）、及び補助磁極１２（２２）は、固定子１０１として組立を行う前に防錆処理（塗装や樹脂モールド）を行っても良く、更に固定子１０１として組み立てたのちに防錆処理を行っても良い。また組立前と後において防錆処理を行っても良い。

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第１固定子
１１ 磁極歯
１１ａ 本体部
１１ｂ 張り出し部（被係合部）
１１１ 磁極片
１１１ａ 本体部
１１１ｂ 張り出し部
１２ 補助磁極
１２ａ 根元部
１２ｂ 本体部
１２ｆ 凹部（係合部）
１２１ 第１補助磁極片
１２１ａ 根元部
１２１ｂ 短冊部
１２１ｃ、１２１ｄ 貫通孔
１２２ 第２補助磁極片
１２２ａ 根元部
１２２ｂ 短冊部
１２２ｃ、１２２ｄ 貫通孔
２ 第２固定子
２１ 磁極歯
２２ 補助磁極
３ 結合部
１０１ 固定子
１０２ 可動子
５ａ、５ｂ 電機子ヨーク(電機子コア）
６ａ、６ｂ 永久磁石
７ コイル
８ 締結部

Claims (9)

1. 複数の磁極歯が並設してあるリニアモータ用の固定子一対を対向配置してなるリニアモータ用固定子において、
   前記磁極歯は並設方向及び対向方向に交差する方向に複数の磁性金属板を積層してなり、
   隣り合う磁極歯の間には、前記対向方向に複数の磁性金属板を積層してなる補助磁極を配してあること
   を特徴とするリニアモータ用固定子。
2. 前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、同一の材質からなり、
   前記磁極歯は前記対向方向に前記補助磁極よりも突出していること
   を特徴とする請求項１に記載のリニアモータ用固定子。
3. 前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、異なる材質からなり、
   前記磁極歯及び前記補助磁極の前記対向方向の端面は面一であること
   を特徴とする請求項１に記載のリニアモータ用固定子。
4. 前記磁極歯を構成する磁性金属板及び前記補助磁極を構成する磁性金属板は、積層面に絶縁処理を施してあること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。
5. 前記磁極歯は並設方向に張り出す被係合部を有し、
   前記補助磁極の前記被係合部に対応する前記対向方向の位置には、前記並設方向に窪んだ係合部が形成してあり、
   該係合部及び前記被係合部を係合して、前記補助磁極及び磁極歯は固定してあること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。
6. 一方の固定子の磁極歯及び他方の固定子の磁極歯は並設方向に千鳥配置としてあること
   を特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。
7. 前記磁極歯の先端面は、該並設方向に傾斜している２辺を含む四辺形状をなしていること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。
8. 前記磁極歯の先端部は、面取りされた形状としてあること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。
9. 前記磁極歯の先端面は、曲面としてあること
   を特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のリニアモータ用固定子。

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