WO2010084940A1 - 可動子及びリニアモータ - Google Patents

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    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • the present invention relates to a mover in which a plurality of flat permanent magnets are provided on the outer surface of a rectangular inner yoke, and a linear motor formed by combining the mover and an armature (stator).
  • linear motors have a faster response than ball screws, but because the mass of the mover is large, sufficient thrust can be secured, but the required response speed cannot be achieved.
  • the structure of the linear motor suitable for high speed is a movable magnet type.
  • the magnetic pole pitch is large, the amount of magnetic flux that wraps around the inner yoke on the back of the magnet increases, and the volume of the inner yoke increases and the mover becomes heavy.
  • the magnetic pole pitch is reduced, the armature side winding structure becomes complicated, and it becomes difficult to realize a smaller and higher output linear motor.
  • weight reduction is further desired, and high rigidity of the mover is also required to realize high-speed operation.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a mover that generates a large amount of magnetic flux, is lightweight, and has high rigidity.
  • Another object of the present invention is to provide a mover that can move smoothly with little thrust ripple.
  • Still another object of the present invention is to provide a linear motor that has a structure in which magnetic saturation is unlikely to occur, can achieve high-speed response, and can increase the conversion efficiency of the motor to achieve high power density.
  • Still another object of the present invention is to provide a linear motor that can reduce thrust ripple and / or detent force, perform smooth movement, and improve position accuracy.
  • Still another object of the present invention is to provide a two-phase drive linear motor capable of moving the mover as smoothly as the three-phase drive.
  • the mover according to the present invention is a mover of a linear motor in which a plurality of plate-like permanent magnets are provided on the outer surface of an inner yoke made of a rectangular cylindrical soft magnetic material.
  • the flat magnets magnetized in the direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke and the flat magnets magnetized in the axial direction of the inner yoke are alternately connected in the axial direction of the inner yoke on the outer surfaces of the inner yokes.
  • the flat magnets magnetized in the perpendicular direction are a first flat magnet magnetized in a direction from the inner side to the outer side of the inner yoke and a second flat plate magnetized in a direction from the outer side to the inner side of the inner yoke.
  • the flat magnets magnetized in the axial direction are adjacent to the first flat magnets adjacent to the second flat magnets. It is magnetized in a direction toward the plate-shaped magnet, wherein the installation position of the plurality of plate-like permanent magnets in between the outer surface of said inner yoke is excursion.
  • a flat magnet magnetized in a direction perpendicular to the outer surface from the inner side to the outer side on each outer surface of the inner yoke made of a rectangular cylindrical soft magnetic material, the axial direction of the inner yoke Are arranged in the axial direction of the inner yoke in this order: a flat magnet magnetized in a direction perpendicular to the outer surface from the outside to the inside, a flat magnet magnetized in the axial direction of the inner yoke, and so on.
  • the installation positions of these flat magnets are deviated between the outer surfaces of the inner yoke.
  • a flat plate magnet magnetized in the axial direction is provided between two flat magnets magnetized in the direction perpendicular to the outer surface, the magnetic flux generated in the inner yoke inside the mover is reduced.
  • the thickness of the inner yoke can be reduced and the weight can be reduced.
  • flat magnets can be divided and installed on each outer surface of the inner yoke, so that the degree of freedom of manufacture is very high compared to cylindrical movers, and high-performance magnets can be used. To improve rigidity.
  • the magnet installation position between the outer surfaces is deviated in the axial direction (movement direction), thrust ripple and / or detent force is reduced, and cogging is suppressed and smooth movement is possible.
  • the mover according to the present invention has a dimension that is 1 ⁇ 4 or less of the total length of one of the first plate magnets, one of the second plate magnets, and two of the plate magnets magnetized in the axial direction. Only the installation positions of the plurality of plate-like permanent magnets between the outer surfaces of the inner yoke are offset in the axial direction.
  • the installation positions of the plurality of flat magnets between the outer surfaces are shifted by a dimension equal to or less than 1/4 of the field period of a set of four flat magnets. Ranked). If it is not deviated, a large thrust ripple is generated and smooth movement becomes difficult, which may hinder accurate positioning. However, if the field period of a set of four flat magnets is deviated more than 1/4, both the S and N poles of the mover magnet face the magnetic poles of the same armature. , S and N may reverse and sufficient thrust may not be obtained. Therefore, the field period is shifted (deviation) by 1 ⁇ 4 or less, the thrust ripple is reduced, and smooth linear movement is realized.
  • the mover of the present invention may have a configuration in which the flat magnet magnetized in the axial direction of the inner yoke is removed from the above configuration. That is, in this modified example, the first flat plate magnet magnetized in the direction perpendicular to the outer surface from the inner side to the outer side and the outer surface from the outer side to the inner side are formed on each outer surface of the inner yoke made of a rectangular cylindrical soft magnetic material. The second flat magnets magnetized in the direction perpendicular to the side surfaces are alternately arranged in the axial direction of the inner yoke, and the installation positions of these flat magnets are deviated between the outer surfaces of the inner yoke.
  • the installation position of these flat magnets between the outer surfaces of the inner yokes in the axial direction is less than 1/4 of the total length of one first flat magnet and one second flat magnet. Deviation. Even in such a modification, the same effect as the above-described configuration example in which a plurality of sets of four flat magnets are provided is achieved.
  • the mover according to the present invention is a mover of a linear motor in which a plurality of plate-like permanent magnets are provided on the outer surface of the four surfaces of a square cylindrical soft magnetic inner yoke.
  • a magnet a flat magnet magnetized in a direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke and a flat magnet magnetized in the axial direction of the inner yoke are arranged in the axial direction of the inner yoke on the outer surfaces of the inner yokes.
  • the plate-like magnets that are alternately arranged and magnetized in the perpendicular direction are magnetized in the direction from the inside to the outside of the inner yoke and the direction from the inside to the inside of the inner yoke.
  • the second flat magnets are alternately arranged in the axial direction of the inner yoke, and the flat magnets magnetized in the axial direction are adjacent to the adjacent second flat magnets.
  • the magnet is magnetized in a direction toward the first flat magnet, and the installation positions of the plurality of flat permanent magnets on the outer surface of one of the two adjacent surfaces of the inner yoke and the other adjacent one of the inner yokes
  • the installation positions of the plurality of plate-like permanent magnets on the two outer surfaces are one of the first plate-like magnets, one of the second plate-like magnets, and two of the plate-like magnets magnetized in the axial direction. It is characterized by being displaced by 1 ⁇ 4 of the total length of.
  • the first flat plate magnet magnetized in the direction perpendicular to the outer surface from the inner side to the outer side is formed on each outer surface of the inner yoke made of the rectangular cylindrical soft magnetic material.
  • the arrangement position of a plurality of flat magnets (magnets facing one winding line of the armature) on the outer surface of one adjacent two surfaces of the inner yoke and the other two adjacent surfaces of the inner yoke Of the plurality of flat magnets (magnets facing the other armature winding of the armature) on the outer surface of the magnet is magnetized in the direction of one first flat magnet, one second flat magnet, and the axial direction.
  • Total of two flat magnets Are excursion only of length 1/4 (90 degrees in electrical angle). Therefore, by applying a driving current whose phase is shifted by 90 degrees to each winding line of the armature, thrust is continuously generated in the mover, and smooth movement in two-phase driving is realized.
  • the mover according to the present invention is characterized in that a linear guide rail that supports itself is provided at a corner portion of the outer surface of the inner yoke so as to extend in the axial direction of the inner yoke.
  • a linear guide rail is provided at the corner of the outer surface of the inner yoke so as to extend in the axial direction, thereby supporting itself. Therefore, since the mover is pressed from the lateral direction by this linear guide rail, flexural vibration, resonance vibration, and the like can be suppressed, and high-speed linear movement without backlash is possible.
  • the linear motor according to the present invention includes a plate-like magnet magnetized in a direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke as a plurality of plate-like permanent magnets on the outer surface of a rectangular tube-shaped inner magnetic yoke.
  • the flat magnets magnetized in the axial direction of the inner yoke are alternately linked in the axial direction of the inner yoke on the outer surfaces of the inner yokes, and the flat magnets magnetized in the perpendicular direction are connected to the inner yoke.
  • the first flat magnets magnetized in the direction from the inside to the outside and the second flat magnets magnetized in the direction from the outside to the inside of the inner yoke are alternately arranged in the axial direction of the inner yoke,
  • the plate magnet magnetized in the axial direction is magnetized in a direction from the adjacent second plate magnet to the adjacent first plate magnet, and the inner yoke
  • a mover in which the installation positions of the plurality of plate-like permanent magnets between the side surfaces are deviated is a square-shaped opening, a yoke disposed outside the opening, and the yoke to the opening.
  • the linear motor according to the present invention is a first flat magnet magnetized in the direction from the inside to the outside of the inner yoke as a plurality of flat permanent magnets on the outer surface of the inner yoke made of a rectangular cylindrical soft magnetic material. And second flat magnets magnetized in the direction from the outside to the inside of the inner yoke are alternately arranged in the axial direction of the inner yoke on the outer surfaces of the inner yoke, and the outer surface of the inner yoke.
  • a mover in which the installation positions of the plurality of plate-like permanent magnets are displaced in the meantime, a square-shaped opening, a yoke disposed outside the opening, and the yoke toward the opening A first single-pole unit made of a soft magnetic body having a core portion extending in the direction, a square-shaped opening, a yoke portion arranged outside the opening, and a core portion of the first single-pole unit. 9 And a second single-pole unit made of soft magnetic material having a core portion extending in a direction from the yoke portion toward the opening, and alternately overlapping the first single unit.
  • the soft magnetic body has a square opening, a yoke disposed outside the opening, and a core extending from the yoke toward the opening.
  • One single-pole unit and a second single-pole unit made of a soft magnetic material having a configuration obtained by rotating the first single-pole unit by 90 degrees are alternately stacked, and rolled together on the core of one single-pole unit.
  • the armature provided with a wire is configured to have the above-described mover penetrated. Since the weight of the mover can be reduced, the response speed of the mover is increased. In addition, the wire structure in the armature is simple and the size can be reduced. In addition, since the magnet installation position between the outer surfaces of the mover is deviated in the axial direction (movement direction), the thrust ripple and / or detent force is reduced, enabling high-speed and stable movement of the mover. It is.
  • the linear motor according to the present invention is a flat plate magnetized in a direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke as a plurality of flat permanent magnets on the outer surface of the four surfaces of the inner yoke made of a rectangular cylindrical soft magnetic material.
  • Magnets and flat magnets magnetized in the axial direction of the inner yoke are alternately linked in the axial direction of the inner yoke on the respective outer surfaces of the inner yokes, and the flat magnets magnetized in the perpendicular direction are: First flat magnets magnetized in a direction from the inner side to the outer side of the inner yoke and second flat magnets magnetized in a direction from the outer side to the inner side of the inner yoke are alternately arranged in the axial direction of the inner yoke.
  • the axially magnetized flat magnet is magnetized in a direction from the adjacent second flat magnet to the adjacent first flat magnet, and the inner magnet Installation positions of the plurality of flat plate-like permanent magnets on the outer surface of one of the two adjacent surfaces of the inner yoke, and installation of the plurality of plate-like permanent magnets on the outer surface of the other two surfaces of the inner yoke adjacent to each other The position is displaced by a quarter of the total length of the first flat magnet, the second flat magnet, and the two flat magnets magnetized in the axial direction.
  • a first single-pole unit made of a soft magnetic body having a rectangular opening, a yoke part disposed outside the opening, and a core part extending from the yoke part toward the opening.
  • Second magnetic pole made of a soft magnetic material having a core portion extended to Knits are alternately stacked, and a first winding line and a second winding line are applied to two locations of the plurality of core portions of the first single-pole unit or the plurality of core portions of the second single-pole unit.
  • the plurality of plate-like permanent magnets on the outer surface of the one of the two surfaces on the opening of the first single-pole unit and the opening of the second single-pole unit of an armature serve as the first winding line.
  • the plurality of plate-like permanent magnets that face each other on the outer surface of the other two surfaces are penetrated so as to face the second winding line, and the first winding line and the second winding line In addition, currents having a phase difference of 90 degrees in electrical angle are applied.
  • the installation position of the plate-like magnet of the mover facing one winding line of the armature and the installation position of the plate-like magnet of the mover facing the other winding line of the armature is deviated by 1/4 of the field period (90 degrees of electrical angle). Therefore, by driving a driving current (for example, sine wave current and cosine wave current) that is 90 degrees out of phase through each winding of the armature, thrust is continuously generated in the mover in one core unit. In addition, smooth movement with two-phase driving can be performed.
  • a driving current for example, sine wave current and cosine wave current
  • the installation positions of the plurality of flat permanent magnets are deviated between the outer surfaces of the one two surfaces, and the plurality of the plurality of plate-shaped permanent magnets are disposed between the outer surfaces of the other two surfaces.
  • the installation position of the flat permanent magnets is deviated.
  • the deviation relationship between the installation position of the flat magnet facing the one winding line and the installation position of the flat magnet opposing the other winding line is maintained,
  • the installation position of the flat magnet is displaced between the outer surfaces of the two surfaces, and the installation position of the flat magnet is displaced between the outer surfaces of the other two surfaces.
  • the linear motor according to the present invention is characterized in that an interval between the adjacent first single pole unit and the second single pole unit is adjusted.
  • the thrust ripple in the two-phase drive system is adjusted by adjusting the distance between the first single-pole unit and the second single-pole unit in the armature (space between the magnetic pole teeth (teeth)). Reduce harmonic order components of detent force.
  • the inner yoke has a rectangular cylindrical shape
  • the opening has a rectangular shape
  • the first single-pole unit and the second single-pole unit have a rectangular shape
  • the first single-pole unit has a rectangular shape.
  • the direction of the side of the polar unit and the second single-pole unit and the direction of the side of the opening form an angle of 45 degrees.
  • the quadrangular cylindrical mover is passed through the quadrangular openings of the quadrangular first single-pole unit and the second single-pole unit of the armature.
  • the directions of the sides of these openings are inclined 45 degrees with respect to the directions of the sides of the single-pole unit and the second single-pole unit. Therefore, the flow of magnetic flux in the armature becomes smooth, and magnetic saturation hardly occurs.
  • the core portion can be configured effectively even if the armature is downsized.
  • the linear motor according to the present invention is soft magnetic so that core portions of the first single-pole unit and the second single-pole unit do not contact each other between the first single-pole unit and the second single-pole unit. It is characterized by sandwiching a body spacer.
  • a frame-shaped spacer is provided between the first single-pole unit and the second single-pole unit. Therefore, non-contact (avoidance of magnetic short-circuit) between the core portion of the first single pole unit and the core portion of the second single pole unit is realized with a simple configuration. In addition, the distance between the first single pole unit and the second single pole unit can be easily adjusted.
  • the periodic direction is the x direction
  • the periodic direction is the x direction
  • the magnetic flux density of A 1 at the position x is B 1 (x)
  • the magnetic flux density of A 2 is B 2 ( x)
  • B 1 (x) B 1 (x + 2 ⁇ 1 )
  • B 2 (x) B 2 (x + 2 ⁇ 2 )
  • ⁇ 1 ⁇ 2
  • - ⁇ / 4 ⁇ d ⁇ / 4 - ⁇ / 2 ⁇ d ⁇ / 2.
  • the magnetic flux generated in the inner yoke of the mover can be reduced, the thickness of the inner yoke can be reduced, and the weight of the linear motor can be reduced.
  • the magnet can be provided separately on the outer surface of the inner yoke, the selectivity of the usable magnet is increased, and the rigidity of the mover can be improved. Therefore, a high-speed linear motor can be realized.
  • the installation position of the flat magnet between the outer surfaces is offset in the axial direction (movement direction), so thrust ripple and / or detent force can be reduced, and smooth movement of the mover is realized. And a linear motor with improved position accuracy can be realized.
  • the arrangement of the plate-like magnets on the two adjacent outer surfaces of the square cylindrical inner yoke (the two surfaces facing one armature line of the armature) and the other two adjacent inner yokes With the arrangement of the flat magnets on the outer surface (the two surfaces facing the other armature line of the armature), the length of the pair of flat magnets is 1 ⁇ 4 ( ⁇ / when the field period is ⁇ ) (4, the electrical angle is 90 degrees), and the driving current is different by 90 degrees between the one winding line and the other winding line of the armature. Therefore, it is possible to provide a linear motor that is shorter than a three-phase drive type linear motor.
  • two-phase driving is performed by adjusting the arrangement of the respective plate-like magnets between one two outer surfaces and between the other two outer surfaces and / or the spacing between the magnetic pole teeth in the armature.
  • the problems (large thrust ripple and detent force) of the linear motor of the type can be improved, and smooth movement similar to that of the three-phase drive type linear motor can be realized.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the mover according to the first embodiment of the present invention.
  • the mover 1 includes four types of flat-plate magnets 3a, 3b, 3c, and 3d in this order on the outer surface of an inner yoke 2 made of a rectangular cylindrical soft magnetic material in the axial direction of the inner yoke 2 (of the mover 1).
  • white arrows indicate the magnetization directions of the respective flat magnets 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the flat magnet (first flat magnet) 3a is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the inner side toward the outer side.
  • the flat magnet (second flat magnet) 3c is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the outer side to the inner side. Therefore, the magnetization directions of the flat magnet 3 a and the flat magnet 3 c are perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and are opposite to each other.
  • the flat magnets 3b and 3d are flat permanent magnets magnetized in the axial direction of the inner yoke 2 (longitudinal direction of the outer surface) and from the adjacent flat magnet 3c toward the adjacent flat magnet 3a. It is. Therefore, the magnetization directions of the flat magnet 3b and the flat magnet 3d are the axial directions of the inner yoke 2 and opposite to each other.
  • the installation position of these flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d between the outer surfaces of the inner yoke 2 is 1 / of the total length of the four types of flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d. It is displaced by a dimension of 4 or less.
  • the installation positions of these flat magnets 3a, 3b, 3c, and 3d between the two opposing outer surfaces are the same on the four outer surfaces of the square cylindrical inner yoke 2.
  • the installation positions of these flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d between two adjacent outer surfaces are deviated by the length of the flat magnet 3b or 3d.
  • FIGS. 2A to 2C and 3A and 3B are perspective views showing the configuration of the armature used in the linear motor according to the present invention, in which FIGS. 2A to 3C and 3A are partial configuration diagrams, and FIG. It is a block diagram.
  • the armature 4 is a first monopolar unit in which the square plate-like first monopolar units 5 shown in FIG. 2A and the square plate-like second monopolar units 6 shown in FIG. A frame-shaped spacer unit 11 as shown in FIG. 2C is inserted between the fifth and second single-pole units 6 (see FIG. 3A).
  • the first single pole unit 5 is formed of a soft magnetic material, and has a square opening 5a through which the mover 1 passes, and a yoke 5b as a frame disposed outside the opening 5a. And a core portion 5c extending from the yoke portion 5b toward the opening portion 5a.
  • the direction of the side of the square plate-shaped first single-pole unit 5 and the direction of the side of the opening 5a form an angle of 45 degrees.
  • the second single-pole unit 6 is made of a soft magnetic material, and has a square opening 6a through which the mover 1 passes, and a yoke part as a frame disposed outside the opening 6a. 6b and a core portion 6c extending from the yoke portion 6b toward the opening 6a.
  • the direction of the side of the square plate-like second single-pole unit 6 and the direction of the side of the opening 6a form an angle of 45 degrees.
  • the second single-pole unit 6 is configured by rotating the first single-pole unit 5 by 90 degrees
  • the yoke portion 5b and the yoke portion 6b are in contact with each other, but the core portion 5c and the core portion 6c are in contact with each other. However, there is a gap between them to avoid a magnetic short circuit.
  • the core portion 5c in the first single-pole unit 5 (the upper core portion 5c in FIG. 2A) is collectively collected.
  • the winding wire 8a is wound, and the other core portion 5c (see FIG. 2A) in the first monopolar unit 5 passes through the common gap portions 7c and 7d of the first monopolar unit 5 and the second monopolar unit 6.
  • Winding wire 8b is collectively wound around the lower core portion 5c). Then, the two wires 8a and 8b are connected so that the energization directions of the wire 8a and the wire 8b are reversed (see FIG. 3B).
  • FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the linear motor 10 according to the present invention
  • FIG. 5 is a partially broken perspective view showing the configuration of the linear motor 10.
  • the armature 4 functions as a stator. Then, by applying a current in the reverse direction to the winding wires 8a and 8b, the mover 1 penetrating through the hollow portion 9 of the armature 4 performs a reciprocating linear motion with respect to the armature 4 (stator).
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the energized state and magnetomotive force in the armature 4.
  • ⁇ flow from the back of the paper to the front
  • ⁇ flow from the front to the back of the paper
  • the white arrow indicates the direction of the magnetomotive force applied to the core portions 5c and 6c by energization of the coil.
  • each single-pole unit has a uniform thickness by inserting the spacer unit 11 composed of only a frame-shaped yoke between adjacent single-pole units, The core parts of the unit are prevented from contacting each other.
  • there is no need to make the core part thinner than the yoke part in each single pole unit no extra processing is required, and a single pole unit having a uniform thickness as a whole. Since it can be used, the manufacturing process can be simplified.
  • each single-pole unit when the thickness of the core part is made thinner than the thickness of the yoke part and the two single-pole units are overlapped, the core parts of both single-pole units do not contact each other. It may be configured. In this example, the spacer unit 11 as described above is unnecessary.
  • mover 1 is made into the square shape (square in the said example), a magnet can be divided
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d between the adjacent outer surfaces of the inner yoke 2 of the mover 1 are deviated in the axial direction of the inner yoke 2 (moving direction of the mover 1). . Therefore, the effect can be improved in reducing thrust ripple and / or detent force, and the mover 1 can realize smooth linear movement by eliminating cogging.
  • the directions of the sides of the openings 5a and 6a of the single-pole units 5 and 6 are inclined by 45 degrees with respect to the directions of the sides of the main bodies of the first single-pole unit 5 and the second single-pole unit 6. Therefore, the flow of magnetic flux in the armature 4 becomes smooth and magnetic saturation hardly occurs.
  • a total of 20 plate-like magnets 3a, 3b, 3c, and 3d are sequentially connected to each outer surface of the inner yoke 2, but this is only an example.
  • the number may be any number.
  • two sets of the first single pole unit 5 and the second single pole unit 6 are alternately arranged, this is an example, and the number of sets may be any number.
  • the shape of the inner yoke 2 is a quadrangular cylinder, but this is an example, and may be another polygonal cylinder such as an octagonal cylinder.
  • the winding lines 8a and 8b are collectively applied to the core portion 5c of the first single pole unit 5, but the core portions 6c of the second single pole unit 6 are collectively bundled. You may make it give a line.
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the two opposite outer surfaces are the same on the four outer surfaces of the square cylindrical inner yoke 2, and two adjacent two
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d between the outer side surfaces are deviated, the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d between the four outer surfaces of the inner yoke 2 are configured. It may be configured so that all are different by slightly deviating. However, even in such a configuration example, the maximum deviation amount is set to 1 ⁇ 4 or less of the length of a set of four flat magnets 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • FIG. 7 is perspective views showing configurations of the mover 21, the armature 4, and the linear motor 30 according to the second embodiment, respectively.
  • FIGS. 7, 8A-C, and 9 are perspective views showing configurations of the mover 21, the armature 4, and the linear motor 30 according to the second embodiment, respectively.
  • FIGS. 7, 8A-C, and 9 the same parts as those in FIGS. 1, 2A-C, 3A, and B are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • linear guide rails 12 are provided extending in the axial direction at two corners of the outer surface of the inner yoke 2. Further, notches for passing the linear guide rails 12 may be provided in the openings of the first single-pole unit 5 and the second single-pole unit 6 constituting the armature 4.
  • the armature 4 of the single-phase unit is provided by providing the mover support frame 14 shown in FIG. 8B provided with the linear guide slider 13 on the front and back surfaces of the main body shown in FIG. Configure (see FIG. 8C). Then, the mover 1 shown in FIG. 7 is passed through the armature 4 shown in FIG. 8C to form a single-phase drive linear motor (unit for single phase) 30 (see FIG. 9).
  • the linear guide rail 12 supports the mover 21 by pressing it from the lateral direction. Therefore, the rigidity can be further increased. Further, the linear guide rail 12 can suppress vibrations such as flexural vibration and resonance vibration. Therefore, even if it is moved at a high speed, a large vibration does not occur, and a stable high-speed linear movement without rattling can be realized.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the mover according to the third embodiment.
  • the mover 31 according to the third embodiment is configured by excluding the plate-like magnets 3b and 3d magnetized in the axial direction of the mover from the mover 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment. ing. That is, the mover 31 has two types of flat magnets 3a and 3c arranged in this order on the outer surface of the inner yoke 2 made of a rectangular cylindrical soft magnetic body in the axial direction of the inner yoke 2 (the moving direction of the mover 31). ) Are alternately installed.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the mover according to the third embodiment.
  • the mover 31 according to the third embodiment is configured by excluding the plate-like magnets 3b and 3d magnetized in the axial direction of the mover from the mover 1 (see FIG. 1) according to the first embodiment. ing. That is, the mover 31 has two types of flat magnets 3a and 3c arranged
  • the flat magnet (first flat magnet) 3a is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the inner side toward the outer side.
  • the flat magnet (second flat magnet) 3c is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the outer side to the inner side. Therefore, the magnetization directions of the flat magnet 3 a and the flat magnet 3 c are perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and are opposite to each other.
  • the installation position of these flat magnets 3a and 3c between the outer surfaces of the inner yoke 2 is deviated by a dimension of 1/4 or less of the total length of the two types of flat magnets 3a and 3c. ing.
  • the installation positions of these flat magnets 3a and 3c are the same between the two outer surfaces facing each other on the four outer surfaces of the square cylindrical inner yoke 2, but two adjacent surfaces are adjacent to each other.
  • the installation positions of these flat magnets 3a, 3c between the two outer surfaces are deviated.
  • the configuration of the armature according to the third embodiment is the same as the configuration of the armature 4 according to the above-described first embodiment (see FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A and B).
  • the armature 4 functions as a stator and is passed through the hollow portion 9 of the armature 4 by flowing a current in the reverse direction to the winding wires 8a and 8b.
  • the movable element 31 reciprocates linearly with respect to the armature 4 (stator).
  • the installation positions of the flat magnets 3a and 3c between the adjacent outer surfaces of the inner yoke 2 of the mover 31 are deviated in the axial direction of the inner yoke 2 (moving direction of the mover 31). Therefore, it is possible to improve the effect of reducing the thrust ripple and / or the detent force, the cogging is eliminated, and the smooth linear movement of the mover 31 is realized.
  • the structure which connected the total of ten flat magnets 3a and 3c in order of 5 sets each this is an example and the number may be arbitrary numbers.
  • the shape of the inner yoke 2 is a rectangular cylinder, this is an example, and may be another polygonal cylinder such as an octagonal cylinder.
  • the installation positions of the flat magnets 3a and 3c on the two outer surfaces facing each other are the same, and the flat magnets 3a and 3c between the two outer surfaces adjacent to each other are the same.
  • the installation position is deviated, the installation positions of the flat magnets 3a and 3c between the four outer surfaces of the inner yoke 2 may be slightly deviated so that they are all different.
  • the maximum deviation amount is set to 1 ⁇ 4 or less of the length of a set of two flat magnets 3a and 3c.
  • two-phase driving is performed by one core unit.
  • three-phase driving is used, so that three armatures are arranged in a straight line and the mover is passed through them. Therefore, there is a drawback that the total length of the constructed linear motor is long.
  • two-phase driving is performed by a single core unit, and the overall length, which is a problem of the three-phase separation independent type, is greatly improved. .
  • FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the mover according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the mover 41 includes four types of flat-plate magnets 3a, 3b, 3c, 3d in this order on the four outer side surfaces 2a, 2b, 2c, 2d of the inner yoke 2 made of a rectangular cylindrical soft magnetic material. It is configured to be alternately installed in two axial directions (moving direction of the mover 41). In FIG. 11, white arrows indicate the magnetization directions of the respective plate magnets 3a, 3b, 3c, 3d.
  • the flat magnet (first flat magnet) 3a is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the inner side toward the outer side.
  • the flat magnet (second flat magnet) 3c is a flat permanent magnet that is perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and is magnetized in the direction from the outer side to the inner side. Therefore, the magnetization directions of the flat magnet 3 a and the flat magnet 3 c are perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2 and are opposite to each other.
  • the flat magnets 3b and 3d are flat permanent magnets magnetized in the axial direction of the inner yoke 2 (longitudinal direction of the outer surface) and from the adjacent flat magnet 3c toward the adjacent flat magnet 3a. It is. Therefore, the magnetization directions of the flat magnet 3b and the flat magnet 3d are the axial directions of the inner yoke 2 and opposite to each other.
  • the installation position of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d in 2d is a dimension that is a quarter of the total length of the four types of flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d (the field period is ⁇ ⁇ / 4, and the electrical angle is 90 degrees).
  • the configuration of the armature according to the fourth embodiment is the same as the configuration of the armature 4 according to the first embodiment described above (see FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A and B). Omitted.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of the linear motor 50 according to the fourth embodiment
  • FIG. 13 is a partially broken perspective view showing the configuration of the linear motor 50.
  • These units are alternately arranged in the order of the first single-pole unit 5A, the spacer unit 11A, the second single-pole unit 6A, the spacer unit 11C, the first single-pole unit 5B, the spacer unit 11B, and the second single-pole unit 6B.
  • the armature 4 is configured.
  • the above-described mover 41 shown in FIG. 11 is passed through the hollow portion 9 formed by connecting the openings 5a and 6a of the armature 4 (see FIG. 3B), so that 2 according to the fourth embodiment.
  • a phase-driven linear motor 50 is configured.
  • the outer side surfaces 2a and 2b adjacent to each other on the upper side of the inner yoke 2 in the mover 41 are opposed to the upper core portion 5c (the upper side line 8a as the first side line) in the first single pole unit 5.
  • the adjacent outer surfaces 2c and 2d on the lower side of the inner yoke 2 are opposed to the lower core portion 5c (the lower winding line 8b as the second winding line) in the first single-pole unit 5.
  • the mover 41 is passed through the hollow portion 9 of the armature 4.
  • a sinusoidal current is passed through the winding line 8a and a cosine wave current is passed through the winding line 8b so that the energization phase is 90 degrees different between the winding line 8a and the winding line 8b.
  • the armature 4 functions as a stator. By passing currents that are 90 degrees out of phase in the winding wires 8a and 8b, a thrust can be continuously generated in the mover 41 penetrating through the hollow portion 9 of the armature 4, so that the mover 41 is armature. Reciprocating linear motion is performed with respect to 4 (stator). At this time, since the peak of thrust is alternately obtained by the upper core portion 5c and the lower core portion 5c of the armature 4, continuous thrust is obtained by one core unit, and linearity of two-phase driving is obtained.
  • the motor 50 can be realized.
  • this fourth embodiment also has the same advantages as described above in the first and third embodiments. That is, since the spacer unit 11 is inserted between the adjacent single-pole units, the thickness of the core portion in each single-pole unit does not need to be thinner than the thickness of the yoke portion, and no extra processing is required. Since a single-pole unit having a uniform thickness as a whole can be used, the manufacturing process can be simplified.
  • the inner yoke is large, and the mass of the mover becomes heavy, and high-speed response is difficult.
  • the inner yoke 2 is hollow. Moreover, since the magnetic flux generated inside can be reduced and the thickness of the rectangular inner yoke 2 can be reduced, the weight of the mover 41 can be reduced. Therefore, the response speed of the mover 41 can be increased.
  • the armature 4 according to the fourth embodiment is provided with the winding wires 8a and 8b all together without applying the winding wires for each pole, so even if the magnetic pole pitch is small Since the wire structure is simple without being complicated, it is easy to reduce the size.
  • the cross-sectional shape of the mover 41 is a quadrangle
  • the magnet can be divided into four surfaces and a flat magnet can be used. Therefore, compared to a cylindrical linear motor, the degree of freedom of manufacture including selection of the magnet to be used is extremely high, and the mover 41 having excellent rigidity can be easily manufactured.
  • the directions of the sides of the openings 5a and 6a of the single-pole units 5 and 6 are inclined by 45 degrees with respect to the directions of the sides of the main bodies of the first single-pole unit 5 and the second single-pole unit 6. Therefore, the flow of magnetic flux in the armature 4 becomes smooth and magnetic saturation hardly occurs.
  • a sinusoidal current is passed through the winding line 8a and a cosine wave current is passed through the winding line 8b, but this is an example, and the winding line 8a and the winding line 8b are 90 degrees out of phase different in electrical angle.
  • a current may be passed.
  • the current waveform applied to the winding line 8a and the winding line 8b may be a rectangular wave shape or a trapezoidal wave shape having a 90 ° phase difference in electrical angle.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a standard armature 4.
  • the armature 4 is configured by being alternately arranged and integrated in the order of 6B.
  • the three spacer units 11A, 11B, and 11C have the same thickness, and the first single-pole unit 5A, the second single-pole unit 6A, the first single-pole unit 5B, and the second single-pole unit. 6B are equally arranged.
  • a set of the first single pole unit 5A, the spacer unit 11A, and the second single pole unit 6A is referred to as a first block 51, and a set of the first single pole unit 5B, the spacer unit 11B, and the second single pole unit 6B. Is referred to as a second block 52.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the armature 4 for explaining a method for reducing the second-order and sixth-order harmonic components.
  • the electrical angle is expanded by 90 degrees from the uniform arrangement of the single-pole units as shown in FIG. That is, when the distance between the first block 51 and the second block 52 (the distance between the second single-pole unit 6A and the first single-pole unit 5B) is an electrical angle of 90 degrees (the field period is ⁇ ), the length ⁇ / 4) and widened between the first single-pole unit 5A and the second single-pole unit 6A and between the first single-pole unit 5B and the second single-pole unit 6B.
  • Such a configuration can be easily achieved by increasing the thickness of the spacer unit 11C (by using a thicker spacer unit 11C) as compared to the example shown in FIG.
  • FIG. 16 is a perspective view of the mover 41 for explaining a technique for reducing the fourth-order harmonic component.
  • the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d are deviated from the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d by an electrical angle of 45 degrees (length ⁇ / 8), and the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the lower outer surface 2c are displaced. Similarly to the installation position, the installation position of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the lower outer surface 2d is deviated by an electrical angle of 45 degrees (length ⁇ / 8).
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the armature 4 for explaining a technique for reducing the eighth-order harmonic component.
  • the first single pole unit 5A and the second single pole without changing the positions of the center of gravity of the first block 51 and the second block 52 after adjusting the thickness of the spacer unit 11C as shown in FIG.
  • the space between the units 6A and between the first single-pole unit 5B and the second single-pole unit 6B is increased by an electrical angle of 22.5 degrees (length ⁇ / 16), respectively (see white arrows). .
  • Such a configuration can be easily achieved by increasing the thickness of the spacer units 11A and 11B (by using thicker spacer units 11A and 11B).
  • first reduction method is merely an example, and the method of reducing each harmonic component of thrust ripple and detent force is not limited to this, and other methods may be used. Another method for reducing each harmonic component will be described below.
  • the second and sixth harmonic components of thrust ripple and detent force are reduced by adjusting the magnet arrangement of the mover, and the fourth harmonic component is used to adjust the spacing between both blocks of the armature.
  • the eighth harmonic component is reduced by adjusting the distance between the first single pole unit and the second single pole unit in each block.
  • the second and sixth harmonic components of thrust ripple and detent force are reduced by adjusting the spacing between both blocks of the armature, and the fourth harmonic component is the first single pole in each block. It is reduced by adjusting the distance between the unit and the second single-pole unit, and the eighth-order harmonic component is reduced by adjusting the magnet arrangement of the mover.
  • the flat magnets 3b and 3d magnetized in the axial direction of the mover may not be provided.
  • the mover has two types of flat magnets 3a and 3c in this order in the axial direction of the inner yoke 2 (movement of the mover) on each outer side surface 2a-2d of the inner yoke 2 made of a rectangular cylindrical soft magnetic material.
  • the installation positions of the flat magnets 3a and 3c are 1/4 dimension of the length of the two types of flat magnets 3a and 3c ( ⁇ / 4 when the field period is ⁇ , 90 in electrical angle) Degree).
  • the outer surface 2a on the upper side of the inner yoke 2 is reduced in the same manner as in the fourth embodiment described above. While maintaining the state where the electrical angle between the installation position of the flat magnets 3a and 3c in 2b and the installation position of the flat magnets 3a and 3c in the lower outer surfaces 2c and 2d is shifted by 90 degrees, the upper side The installation position of the flat magnets 3a and 3c on the upper outer surface 2b as well as the installation position of the flat magnets 3a and 3c on the outer side surface 2a is a predetermined electrical angle (90 degrees and 4th order for the second and sixth orders).
  • the installation position of Electrical angle component (secondary and 90 degrees for the 6 th, 45 degrees for 4-order, 22.5 degrees for 8-order) is offset.
  • the linear guide rail 12 (see FIG. 5) is extended to two corners of the outer surface of the inner yoke 2 in the mover 41. 7), and further, a notch for passing the linear guide rail 12 may be provided in the opening of the first single-pole unit 5 and the second single-pole unit 6 constituting the armature 4.
  • a mover 1 used for a linear motor a mover including a square cylindrical inner yoke and a flat permanent magnet as shown in FIG. 1 was produced.
  • the inner yoke 2 to be used is a square tube made of pure iron, the outer shape is 22 mm square, and the inner shape is 18 mm square.
  • the flat magnet 3a is a permanent magnet having a length of 10 mm, a width of 22 mm, and a height of 4 mm, and is magnetized in the height direction from the inner side (moving direction axis center) to the outer side of the mover 1.
  • the magnetization directions of the flat magnet 3a and the flat magnet 3c are in the height direction (the direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2), but the directions are opposite to each other (the white arrow in FIG. 1). reference).
  • the flat magnet 3b is a permanent magnet having a length of 2 mm, a width of 22 mm, and a height of 4 mm, and is magnetized in the length direction from the flat magnet 3c of the mover 1 toward the flat magnet 3a.
  • the magnetization directions of the flat magnet 3b and the flat magnet 3d are in the length direction (moving direction of the mover 1), but the directions are opposite to each other (see white arrows in FIG. 1).
  • the installation positions of these flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d are shifted by the length (2 mm) of the flat magnet 3b or 3d between the outer surfaces of the adjacent inner yokes 2.
  • an armature 4 was produced. Sixteen pieces of armature material having a shape as shown in FIG. 18A are cut out from a 0.5 mm-thick silicon steel plate, and the sixteen pieces thus cut out are stacked and bonded together to form a first single-pole unit 5 having a thickness of 8 mm, 1 single pole unit 6 was produced (refer to Drawing 2A and B). Further, eight armature materials having a shape as shown in FIG. 18B were cut out from a 0.5 mm-thick silicon steel plate, and these eight cut-out pieces were stacked and bonded to produce a spacer unit 11 having a thickness of 4 mm. (See FIG. 2C).
  • Each unit produced in this way is divided into the first single-pole unit 5, the spacer unit 11, the second single-pole unit 6, the spacer unit 11, the first single-pole unit 5, the spacer unit 11, and the second single-pole unit 6.
  • a unit for a single phase was constructed by superimposing in order (see FIG. 3A).
  • a polyimide tape is spread on the gaps at the four corners where the winding lines for the armature core are to be secured, and on that Lead wires were struck 100 times in two places (see FIG. 3B). And it connected in series so that the direction of the current would be reversed when energized.
  • the mover 1 was inserted (see FIG. 4) and fixed to the test bench so that the mover 1 could move in the longitudinal direction without contacting the armature 4.
  • One end of a pair of drive coils wound on three armatures 4 was connected, and the other end was connected to a motor controller using a star connection that connected three-phase power supplies U, V, and W phases. Further, an optical linear scale was bonded to the tip of the mover 1 and a linear encoder was attached to the test bench fixed side so that the position of the mover 1 was read. The position signal detected by the linear encoder is output to the motor controller to control the position of the mover 1.
  • the horizontal axis in FIG. 19 is the effective value of the drive current per one armature phase ⁇ the number of coil turns.
  • the maximum thrust exceeding 700 N is obtained. Since the mass of the mover 1 was 1.1 kg, the thrust / mover mass ratio was 637 N / kg.
  • the mass of the mover In the conventional linear motor (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-359962) in another system that can obtain a thrust of 700 N, the mass of the mover is required to be 3 kg or more, so the thrust / mover mass ratio is 233 N / kg or less. is there.
  • the mass of the mover can be reduced to about 1/3 in order to obtain the same thrust as compared with the conventional linear motor.
  • the present invention can provide a linear motor that is very effective for high-speed processing in a processing machine or the like.
  • 20A, 20B, and 20C are a top view, a side view, and a cross-sectional view, respectively, showing a state in which the armature 41 is passed through the armature 4.
  • FIG. 1 the linear guide rail 12, the linear guide slider 13, and the mover support frame 14 described in the second embodiment are provided.
  • a mover including a square cylindrical inner yoke and a flat permanent magnet as shown in FIG. 11 was produced.
  • the inner yoke 2 to be used is a square tube made of pure iron, the outer shape is 32 mm square, and the inner shape is 26 mm square.
  • Each of the four outer surfaces 2a-2d of the inner yoke 2 has a set of four types of flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d in the axial direction of the inner yoke 2 (moving direction of the mover 1). They were bonded together.
  • the flat magnet 3a is a permanent magnet having a length of 10 mm, a width of 25 mm, and a height of 4 mm, and is magnetized in the height direction from the inner side (moving direction axis center) to the outer side of the mover 41.
  • the permanent magnet is 10 mm long, 25 mm wide and 4 mm high and is magnetized in the height direction from the outside to the inside of the mover 41.
  • the magnetization directions of the flat magnet 3a and the flat magnet 3c are in the height direction (the direction perpendicular to the outer surface of the inner yoke 2), but the directions are opposite to each other (the white arrow in FIG. 11). reference).
  • the flat magnet 3b is a permanent magnet having a length of 2 mm, a width of 25 mm, and a height of 4 mm, and is magnetized in the length direction from the flat magnet 3c of the mover 41 toward the flat magnet 3a.
  • the magnetization directions of the flat magnet 3b and the flat magnet 3d are in the length direction (moving direction of the mover 41), but the directions are opposite to each other (see white arrows in FIG. 11).
  • the installation positions of the magnets 3a, 3b, 3c, and 3d are deviated by 6 mm in the moving direction (axial direction) of the mover 41.
  • the total length of the four types of flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d is 24 mm, and the deviation of 6 mm is 1/4 of the magnet arrangement period 24 mm, which is the field period ( ⁇ ). This corresponds to the deviation of the dimension ( ⁇ / 4: electrical angle of 90 degrees).
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the upper outer surface 2a and the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the upper outer surface 2b are the same as those of the mover 41.
  • the position of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the lower outer surface 2c and the flat magnets 3a, 3b, 3c, similarly on the lower outer surface 2d are shifted by 3 mm in the moving direction.
  • the installation position of 3d is deviated by 3 mm in the moving direction of the mover 41.
  • This deviation of 3 mm corresponds to the deviation of the electrical angle of 45 degrees (dimension ⁇ / 8 of 1/8 of the field period ( ⁇ ) of 24 mm) described with reference to FIG.
  • the movable element 41 having a length of 141 mm, a width of 25 mm, and a height of 4 mm was produced.
  • an armature 4 was produced.
  • An armature material having a shape as shown in FIG. 21A is cut out from a 0.5 mm-thick silicon steel plate, and these 20 cut-out pieces are stacked and bonded together to form a first single-pole unit 5 (5A, 5B) having a thickness of 10 mm. ),
  • the first single-pole unit 6 (6A, 6B) was produced.
  • an armature material having a shape as shown in FIG. 21B is cut out from a silicon steel plate having a thickness of 0.5 mm, and the seven pieces that are cut out are stacked and bonded together to form two spacer units 11 (spacers having a thickness of 3.5 mm).
  • the units 11A and 11B) were manufactured, and the 13 pieces cut out were stacked and bonded to each other to prepare one spacer unit 11 (spacer unit 11C) having a thickness of 6.5 mm.
  • Each unit produced in this way is divided into the first single-pole unit 5A, the spacer unit 11A, the second single-pole unit 6A, the spacer unit 11C, the first single-pole unit 5B, the spacer unit 11B, and the second single-pole unit 6B.
  • a core unit having a length of 80 mm, a width of 80 mm, and a height of 53.5 mm ( 10 mm ⁇ 4 + 3.5 mm ⁇ 2 + 6.5 mm ⁇ 1) was formed by superposing them in order.
  • the thickness of each of the spacer units 11A, 11B, and 11C has been described with reference to FIGS. 15 and 17 in order to reduce the second, sixth, and eighth harmonic components of thrust ripple and detent force. It is set as appropriate in order to adjust the interval between the magnetic pole teeth.
  • FIG. 22 shows a cross-sectional view of the core unit by this first reduction method.
  • the thickness of the basic spacer unit is set to 2 mm
  • the thickness of the spacer units 11A and 11B is set to 3.5 mm
  • the thickness of the spacer unit 11C is set to 6.5 mm.
  • a winding tape 8a and a winding wire 8b of the drive coil are coated with polyimide tape in the gap portions at the four corners in the portions where the armature core winding wires are to be provided for insulation, and 2 conductors are placed thereon. I hit the spot 100 times.
  • a driving current having a sine waveform and a driving current having a cosine waveform are applied to the winding line 8a and the winding line 8b, respectively.
  • a thrust of about 160 N is obtained in a range where the thrust and the drive current are proportional, and a maximum thrust of 200 N or more is obtained.
  • such excellent characteristics are achieved with an armature having a total length of only 65 mm.
  • the length of the armature having a total length of about 150 mm is necessary, and in the fourth embodiment, the length can be reduced to half or less. Since the linear motor according to the fourth embodiment can be reduced in size and space as described above, it is an optimum linear motor for use in an overlapping manner like the XYZ triaxial drive stage. .
  • the second and sixth harmonic components of thrust ripple and detent force are reduced by adjusting the magnet arrangement of the mover 41, and the fourth harmonic component is reduced in both blocks 51 of the armature 4.
  • 52 is adjusted by adjusting the interval between the first and second single-pole units 5A and 5B in the block 51 and the first single-pole unit 6A in the block 52. , It is reduced by adjusting the interval between the second single-pole units 6B.
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the adjacent outer surfaces 2a, 2b on the upper side of the inner yoke 2, and the flat magnets 3a, 3b on the adjacent outer surfaces 2c, 2d on the lower side of the inner yoke 2 , 3c, and 3d are displaced by 6 mm ( ⁇ / 4: electrical angle of 90 degrees) in the moving direction (axial direction) of the mover 41, and a flat magnet on the upper outer surface 2a
  • the installation position of 3a, 3b, 3c, 3d and the installation position of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the upper outer surface 2b are 6 mm ( ⁇ / 4: electrical angle) in the moving direction of the mover 41.
  • FIG. 24 shows a cross-sectional view of the core unit by the second reduction method.
  • ⁇ / 8 electric angle 45
  • the distance between the first single-pole unit 5A, 6A and the second single-pole unit 5B, 6B in each of the blocks 51, 52 in order to reduce the eighth-order harmonic component by 3 mm corresponding to the degree) (Magnetic tooth spacing) is increased by 1.5 mm corresponding to ⁇ / 16 (electrical angle 22.5 degrees).
  • the interval between the magnetic pole teeth is uniformly increased by 1.5 mm.
  • the thickness of each of the spacer units 11A, 11B, and 11C is 3.5 mm
  • the second and sixth harmonic components of thrust ripple and detent force are reduced by adjusting the distance between the blocks 51 and 52 of the armature 4, and the fourth harmonic component is reduced in the block 51. Reduced by adjusting the distance between the first single-pole unit 5A and the second single-pole unit 5B and the distance between the first single-pole unit 6A and the second single-pole unit 6B in the block 52, and the eighth harmonic component Is reduced by adjusting the magnet arrangement of the mover 41.
  • FIG. 25 shows a cross-sectional view of the core unit by the third reduction method.
  • the interval between the magnetic pole teeth is uniformly increased by 3 mm.
  • the thickness of each spacer unit 11A, 11B, 11C is 5 mm
  • the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the adjacent outer surfaces 2a, 2b on the upper side of the inner yoke 2 and the flat magnets 3a on the adjacent outer surfaces 2c, 2d on the lower side of the inner yoke 2 are set.
  • 3b, 3c, and 3d are displaced by 6 mm ( ⁇ / 4: electrical angle of 90 degrees) in the moving direction (axial direction) of the mover 41, and a flat plate on the upper outer surface 2a.
  • the installation position of the magnets 3a, 3b, 3c, 3d and the installation position of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the upper outer surface 2b are 1.5 mm ( ⁇ / 16: electrical angle 22.5 degrees), and the installation positions of the flat magnets 3a, 3b, 3c, 3d on the lower outer surface 2c, and the flat magnets 3a, 3a on the lower outer surface 2d, 3b, 3c, 3d installation positions Is displaced by 1.5 mm ( ⁇ / 16: electrical angle 22.5 degrees) in the moving direction of the mover 41.
  • Example according to the fifth embodiment Two armature drive coils manufactured in the same manner as in the above-described fourth embodiment are connected to a two-phase drive motor controller, and a position sensor is attached to the tip of the mover to provide a two-phase drive motor. A position signal was input to the controller, and the thrust characteristics of the linear motor were measured. The measurement results are shown in FIG.
  • the horizontal axis of FIG. 26 is the effective value of the drive current ⁇ the number of turns of the coil.
  • a thrust of about 140 N is obtained in a range where the thrust and the drive current are proportional.
  • the numerical value of this thrust is a little lower than the example according to the fourth embodiment (about 160 N) because the flat magnet magnetized in the axial direction of the mover is not provided.
  • the length can be shortened, and the size and the space can be reduced.

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Abstract

　角筒状のインナーヨーク２の各外側面に、外側面に垂直に内側から外側に向けて磁化した平板状磁石３ａ、インナーヨーク２の軸方向に磁化した平板状磁石３ｂ、外側面に垂直に外側から内側に向けて磁化した平板状磁石３ｃ、インナーヨーク２の軸方向に磁化した平板状磁石３ｄ、…の順に交互に設置させた可動子１を、第１単極ユニット５と、これを９０度回転させた第２単極ユニット６とを交互に重ねた電機子４に貫通させて、リニアモータ１０とする。第１単極ユニット５のコア部５ｃに一括して捲き線８ａ，捲き線８ｂが巻回されている。インナーヨーク２の各外側面間において磁石の設置位置が偏位している。

Description

可動子及びリニアモータ
　本発明は、角筒状のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石を設けた可動子、及びこの可動子と電機子（固定子）とを組み合わせてなるリニアモータに関する。
　電子回路基板などの孔あけ機に用いるドリルの垂直移動装置、または、ピックアンドプレース（部品を掴んで所定の位置に置く）型ロボットにおける垂直移動機構などにあっては、高速な移動かつ高精度の位置決めが要求される。したがって、回転型モータの出力をボールねじにて平行運動（垂直運動）に変換するような従来の方法では、移動速度が遅いため、そのような要求を満たせない。
　そこで、このような垂直移動には、平行運動出力を直接に取り出し可能なリニアモータの利用が進められている。多数の板状の永久磁石を配設した角形状の永久磁石構造体を可動子とし、通電コイルを有する電機子を固定子として、固定子に可動子を貫通させた構成を有するリニアモータとして、種々のタイプのものが提案されている（例えば、特許文献１，２など）。
特開２００２－３５９９６２号公報 特開２００８－２２８５４５号公報
  従来のリニアモータは、ボールねじに比べれば応答は速いが、可動子の質量が大きいために十分な推力は確保できるものの要求される水準の応答速度を実現できない。高速化に適したリニアモータの構造は可動磁石型であるが、磁極ピッチが大きいと磁石背面のインナーヨークに回り込む磁束の量が多くなり、インナーヨークの体積が増して可動子が重くなる。一方、磁極ピッチを小さくした場合には、電機子側の捲き線構造が複雑になり、より小型で高出力なリニアモータを実現するのが困難となる。また、垂直移動の用途にあっては自重の影響を受けるため、軽量化がより一層望まれており、高速動作の実現には可動子の高い剛性も要求される。
　本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発生する磁束の量が多くかつ軽量であり、しかも高い剛性を有する可動子を提供することを目的とする。
　本発明の他の目的は、推力リプルが少なくて滑らかな移動が可能である可動子を提供することにある。
　本発明の更に他の目的は、磁気飽和が起こりにくい構造であり、高速な応答性を実現できてモータの変換効率を高めて高パワー密度化を図れるリニアモータを提供することにある。
　本発明の更に他の目的は、推力リプル及び／またはディテント力を少なくすることができて、滑らかな移動を行えて、位置精度の向上も図れるリニアモータを提供することにある。
　本発明の更に他の目的は、３相駆動と同程度の可動子の滑らかな移動が可能である２相駆動のリニアモータを提供することにある。
　本発明に係る可動子は、角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石を設けたリニアモータの可動子において、前記複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位していることを特徴とする。
　本発明の可動子にあっては、角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの各外側面に、内側から外側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石、インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石、外側から内側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石、インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石、…の順にインナーヨークの軸方向に配されており、インナーヨークの外側面間におけるこれらの平板状磁石の設置位置が偏位している。したがって、外側面に垂直な方向に磁化した２つの平板状磁石の間に、軸方向に磁化した平板状磁石を設けているため、可動子内側のインナーヨーク内に発生する磁束が減少するため、インナーヨークの厚さを薄くすることができ、軽量化を図れる。また、インナーヨークの各外側面に平板状磁石を分割して設置させることができるため、円筒形状の可動子に比べて作製の自由度が非常に高く、高性能の磁石の使用も可能となって剛性の向上を図れる。また、外側面間での磁石の設置位置が軸方向（移動方向）に偏位しているため、推力リプル及び／またはディテント力は低くなり、コギングを抑制して滑らかな移動が可能である。
　本発明に係る可動子は、一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４以下の寸法だけ、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が軸方向に偏位していることを特徴とする。
　本発明の可動子にあっては、外側面間における複数の平板状の磁石の設置位置を、４個一組の平板状磁石の界磁周期を１／４以下の寸法だけずらせている（偏位している）。偏位させていない場合には大きな推力リプルが生じて滑らかな移動が困難となり、正確な位置決めの支障となる場合がある。但し、４個一組の平板状磁石の界磁周期を１／４より大きく偏位させた場合には、同一の電機子の磁極に可動子磁石のＳ極，Ｎ極双方が面することとなり、Ｓ，Ｎが反転して十分な推力が得られなくなることがある。よって、その界磁周期を１／４以下だけずらせ（偏位させ）、推力リプルを低減して滑らかな直線移動を実現する。
　なお、本発明の可動子では、上記のような構成からインナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石を除いた構成であっても良い。即ち、この変形例では、角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの各外側面に、内側から外側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した第１平板状磁石と外側から内側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した第２平板状磁石とが交互にインナーヨークの軸方向に配されており、インナーヨークの外側面間におけるこれらの平板状磁石の設置位置が偏位している。例えば、一つの第１平板状磁石及び一つの第２平板状磁石の合計の長さの１／４以下の寸法だけ、インナーヨークの外側面間におけるこれらの平板状磁石の設置位置が軸方向に偏位している。このような変形例でも、４個一組の平板状磁石を複数組設けた上記のような構成例と同様な作用を果たす。
　本発明に係る可動子は、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの４面の外側面に複数の平板状の永久磁石を設けたリニアモータの可動子において、前記複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの隣り合う一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置と、前記インナーヨークの隣り合う他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置とが、一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４だけ偏位していることを特徴とする。
　本発明の可動子にあっては、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの各外側面に、内側から外側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した第１平板状磁石、インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石、外側から内側に向かう外側面に垂直な方向に磁化した第２平板状磁石、インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石、…の順にインナーヨークの軸方向に配されており、インナーヨークの隣り合う一方の２面の外側面における複数の平板状磁石（電機子の一方の捲き線に対向する磁石）の設置位置と、インナーヨークの隣り合う他方の２面の外側面における複数の平板状磁石（電機子の他方の捲き線に対向する磁石）の設置位置とが、一つの第１平板状磁石、一つの第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの平板状磁石の合計の長さの１／４（電気角の９０度分）だけ偏位している。よって、電機子のそれぞれの捲き線に位相が９０度ずれた駆動電流を流すことにより、可動子には連続的に推力が発生し、２相駆動での滑らかな移動が実現する。
　本発明に係る可動子は、前記インナーヨークの外側面の隅部に、自身を支持するリニアガイドレールを前記インナーヨークの軸方向に延在させて設けてあることを特徴とする。
　本発明の可動子にあっては、インナーヨークの外側面の隅部に軸方向に延在させてリニアガイドレールを設けて、自身を支持している。よって、このリニアガイドレールにて横方向から可動子を押さえるので、たわみ振動、共振振動などを抑制できて、がたつきがない高速な直線移動が可能となる。
　本発明に係るリニアモータは、角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位している可動子を、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部及び／または前記第２単極ユニットの複数のコア部に捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とする。
　本発明に係るリニアモータは、角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位している可動子を、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部及び／または前記第２単極ユニットの複数のコア部に捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、角形状の開口部、開口部の外側に配置したヨーク部、及びヨーク部から開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、第１単極ユニットを９０度回転させた構成をなす軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねて、一方の単極ユニットのコア部に一括して捲き線を施してある電機子に、上述したような可動子を貫通させた構成をなす。可動子の軽量化を図れるため、可動子の応答速度は速くなる。また、電機子における捲き線構造が簡単であって、小型化を図れる。また、可動子の外側面間での磁石の設置位置が軸方向（移動方向）に偏位しているため、推力リプル及び／またはディテント力は低くなり、高速な安定した可動子の移動が可能である。
　本発明に係るリニアモータは、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの４面の外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの隣り合う一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置と、前記インナーヨークの隣り合う他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置とが、一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４だけ偏位している可動子を、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部または前記第２単極ユニットの複数のコア部の２箇所に第１の捲き線及び第２の捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に、前記一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石が前記第１の捲き線に対向し、前記他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石が前記第２の捲き線に対向するように貫通させてあり、前記第１の捲き線と前記第２の捲き線とに電気角で９０度位相が異なる電流を印加すべくなしてあることを特徴とすることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、電機子の一方の捲き線に対向する可動子の平板状磁石の設置位置と電機子の他方の捲き線に対向する可動子の平板状磁石の設置位置とが、界磁周期の１／４（電気角の９０度分）だけ偏位している。よって、電機子のそれぞれの捲き線に位相が９０度ずれた駆動電流（例えば、正弦波電流と余弦波電流）を流すことにより、一つのコアユニットにて可動子には連続的に推力が発生し、２相駆動での滑らかな移動が行える。
　本発明に係るリニアモータは、前記一方の２面の外側面間同士で前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位しており、前記他方の２面の外側面間同士で前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位していることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、一方の捲き線に対向する平板状磁石の設置位置と他方の捲き線に対向する平板状磁石の設置位置との偏位の関係は維持したままで、一方の２面の外側面間同士で平板状磁石の設置位置を偏位させ、また他方の２面の外側面間同士で平板状磁石の設置位置を偏位させることにより、２相駆動方式での推力リプル、ディテント力の高調波次数成分を低減する。
　本発明に係るリニアモータは、隣り合う前記第１単極ユニットと前記第２単極ユニットとの間隔を調整してあることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、電機子における第１単極ユニットと第２単極ユニットとの間隔（磁極歯（ティース）の間隔）を調整することにより、２相駆動方式での推力リプル、ディテント力の高調波次数成分を低減する。
　本発明に係るリニアモータは、前記インナーヨークは四角筒状であって、前記開口部は四角形状であり、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットは四角形状であり、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットの辺の方向と前記開口部の辺の方向とが４５度の角度をなしていることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、電機子の四角形状の第１単極ユニット及び第２単極ユニットの四角形状の開口部に、四角筒状の可動子を貫通させているが、第１単極ユニット及び第２単極ユニットの辺の方向に対して、これらの開口部の辺の方向を４５度傾けている。よって、電機子における磁束の流れが円滑となり、磁気飽和が起こりにくい。また、電機子の形状を小型化させてもコア部を有効に構成できる。
　本発明に係るリニアモータは、重なり合う前記第１単極ユニットと前記第２単極ユニットとの間に、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットのコア部同士が接触しないように軟質磁性体製のスペーサを挟んでいることを特徴とする。
　本発明のリニアモータにあっては、第１単極ユニットと第２単極ユニットとの間に枠状のスペーサを設けている。よって、簡単な構成により、第１単極ユニットのコア部及び第２単極ユニットのコア部との非接触（磁気ショートの回避）を実現する。また、第１単極ユニットと第２単極ユニットとの間隔の調整を容易に行える。
　周期性磁束密度分布をもつ磁石列Ａにおいて、周期方向をｘ方向とし、位置ｘにおける磁束密度をＢ（ｘ）（但し、Ｂ（ｘ）＝（Ｂ（ｘ）ｘ，Ｂ（ｘ）ｙ，Ｂ（ｘ）ｚ ））とすると、Ｂ（ｘ）＝Ｂ（ｘ＋２τ）となる２τ（２τ＝λ）を界磁周期（τを磁極ピッチ）と定義する。
　また、周期性磁束密度分布をもつ磁石列Ａ1 とＡ2 とにおいて、周期方向をｘ方向とし、位置ｘにおけるＡ1 の磁束密度をＢ1 （ｘ）、Ａ2 の磁束密度をＢ2 （ｘ）とすると、Ｂ1 （ｘ）＝Ｂ1 （ｘ＋２τ1 ），Ｂ2 （ｘ）＝Ｂ2 （ｘ＋２τ2 ）で、τ1 ＝τ2 である磁石列の配置において、たとえば磁石列Ａ2 をｘ方向にｄだけ移動させて配置させた場合の磁束密度分布Ｂ2 ′はＢ2 ′＝Ｂ2 （ｘ－ｄ）となり、このｄを偏位と定義する。ここで、－λ／４＜ｄ＜λ／４，－τ／２＜ｄ＜τ／２である。
　本発明では、可動子内側インナーヨーク内に発生する磁束を削減することができるため、インナーヨークの厚さを低減することができ、リニアモータの軽量化を図ることができる。また、インナーヨークの外側面に分割して磁石を設けることができるため、使用可能な磁石の選択性が高くなって、可動子の剛性を向上できる。よって、高速なリニアモータを実現できる。また、外側面間での平板状磁石の設置位置を軸方向（移動方向）に偏位させているため、推力リプル及び／またはディテント力を低減することができ、滑らかな可動子の移動を実現でき、位置精度が向上したリニアモータを実現できる。
　また、本発明では、四角筒状のインナーヨークの隣り合う一方の２外側面（電機子の一方の捲き線に対向する２面）における平板状磁石の配列と、インナーヨークの隣り合う他方の２外側面（電機子の他方の捲き線に対向する２面）における平板状磁石の配列とで、一組の平板状磁石の長さの１／４（界磁周期をλとした場合にλ／４、電気角で９０度）だけ偏位させた可動子の構成とし、電機子の一方の捲き線と他方の捲き線とで位相が９０度異なる駆動電流を流すようにしたので、２相駆動による可動子の移動を実現でき、３相駆動方式のリニアモータと比べて短尺であるリニアモータを提供することができる。
　更に、本発明では、一方の２外側面間及び他方の２外側面間でのそれぞれの平板状磁石の配列、並びに／または、電機子での磁極歯の間隔を調整することにより、２相駆動方式のリニアモータでの問題点（大きな推力リプル、ディテント力）の改善を図ることができ、３相駆動方式のリニアモータと同程度の滑らかな移動を実現することができる。
第１実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。 リニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図である。 リニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図である。 リニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図である。 リニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図である。 リニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図である。 第１実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。 第１実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部破断斜視図である。 電機子における通電状態と起磁力とを示す断面図である。 第２実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。 第２実施の形態に係る電機子の構成を示す斜視図である。 第２実施の形態に係る電機子の構成を示す斜視図である。 第２実施の形態に係る電機子の構成を示す斜視図である。 第２実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。 第３実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。 第４実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。 第４実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。 第４実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部破断斜視図である。 標準的な電機子の断面図である。 ２次及び６次の高調波成分を低減するための手法を説明するための電機子の断面図である。 ４次の高調波成分を低減するための手法を説明するための可動子の斜視図である。 ８次の高調波成分を低減するための手法を説明するための電機子の断面図である。 第１実施の形態に係る電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。 第１実施の形態に係る電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。 第１実施の形態に係るリニアモータにおける推力特性の測定結果を示すグラフである。 第４実施の形態に係る可動子を電機子に貫通させた状態を示す上面図である。 第４実施の形態に係る可動子を電機子に貫通させた状態を示す側面図である。 第４実施の形態に係る可動子を電機子に貫通させた状態を示す断面図である。 第４実施の形態に係る電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。 第４実施の形態に係る電機子の作製に用いる電機子素材を示す平面図である。 高調波次数成分の第１低減手法によるコアユニットを示す断面図である。 第４実施の形態に係るリニアモータにおける推力特性の測定結果を示すグラフである。 高調波次数成分の第２低減手法によるコアユニットを示す断面図である。 高調波次数成分の第３低減手法によるコアユニットを示す断面図である。 第５実施の形態に係るリニアモータにおける推力特性の測定結果を示すグラフである。
　以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（第１実施の形態）
　図１は、本発明の第１実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。可動子１は、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨーク２の各外側面に、４種類の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄをこの順にインナーヨーク２の軸方向（可動子１の移動方向）に交互に設置させた構成をなしている。図１において、白抜矢符は各平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの磁化方向を示している。平板状磁石（第１平板状磁石）３ａは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって内側から外側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。一方、平板状磁石（第２平板状磁石）３ｃは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって外側から内側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。よって、平板状磁石３ａと平板状磁石３ｃとの磁化方向は、インナーヨーク２の外側面に垂直な方向であって逆向きになる。
　また、平板状磁石３ｂ，３ｄは、インナーヨーク２の軸方向（外側面の長手方向）であって隣り合う平板状磁石３ｃから隣り合う平板状磁石３ａに向かう向きに磁化した平板状の永久磁石である。よって、平板状磁石３ｂと平板状磁石３ｄとの磁化方向は、インナーヨーク２の軸方向であって逆向きになる。
　そして、インナーヨーク２の外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置が、４種類一組の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの長さの合計の１／４以下の寸法だけ偏位している。図１に示した例では、四角筒状のインナーヨーク２の４つの外側面において、対向する２つの外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置は同じであるが、隣り合う２つの外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置は平板状磁石３ｂまたは３ｄの長さ分だけ偏位している。
　図２Ａ－Ｃ、図３Ａ，Ｂは、本発明に係るリニアモータに使用する電機子の構成を示す斜視図であって、図２Ａ－Ｃ及び図３Ａはその部分構成図、図３Ｂはその全体構成図である。
　電機子４は、図２Ａに示す四角板状の第１単極ユニット５と、図２Ｂに示す四角板状の第２単極ユニット６とを交互に配列し、隣リ合う第１単極ユニット５及び第２単極ユニット６の間に図２Ｃに示すような枠状のスペーサユニット１１を挿入させた構成を有している（図３Ａ参照）。
　第１単極ユニット５は、軟質磁性体にて形成されており、可動子１が貫通される四角状の開口部５ａと、開口部５ａの外側に配置された枠体としてのヨーク部５ｂと、ヨーク部５ｂから開口部５ａに向けて延在しているコア部５ｃとを有する。四角板状の第１単極ユニット５の辺の方向と、開口部５ａの辺の方向とが４５度の角度をなしている。また、第２単極ユニット６は、軟質磁性体にて形成されており、可動子１が貫通される四角状の開口部６ａと、開口部６ａの外側に配置された枠体としてのヨーク部６ｂと、ヨーク部６ｂから開口部６ａに向けて延在しているコア部６ｃとを有する。四角板状の第２単極ユニット６の辺の方向と、開口部６ａの辺の方向とが４５度の角度をなしている。第２単極ユニット６は、第１単極ユニット５を９０度回転させた構成をなしている。
　隣リ合う第１単極ユニット５と第２単極ユニット６との間にヨークのみからなる軟質磁性体製のスペーサユニット１１を挿入することにより、両単極ユニット５，６のコア部同士が接触しないようにしている。そして、このような第１単極ユニット５と第２単極ユニット６とスペーサユニット１１とを、第１単極ユニット５、スペーサユニット１１、第２単極ユニット６、スペーサユニット１１、…の順に交互に配列して重ね合わせて、図３Ａに示すような単相ユニットを構成する。単相ユニットにおいて、隣り合う第１単極ユニット５及び第２単極ユニット６において、それらのヨーク部５ｂとヨーク部６ｂとは接しているが、それらのコア部５ｃとコア部６ｃとは接しておらず、これらの間に空隙が存在していて磁気ショートを回避している。
　第１単極ユニット５と第２単極ユニット６との共通の隙間部分７ａ，７ｂを貫通して第１単極ユニット５におけるコア部５ｃ（図２Ａの上側のコア部５ｃ）に一括して捲き線８ａを巻回するとともに、第１単極ユニット５と第２単極ユニット６との共通の隙間部分７ｃ，７ｄを貫通して第１単極ユニット５における他方のコア部５ｃ（図２Ａの下側のコア部５ｃ）に一括して捲き線８ｂを巻回する。そして、捲き線８ａと捲き線８ｂとの通電方向が逆になるように、両捲き線８ａ，８ｂを接続する（図３Ｂ参照）。
　そして、上述した図１に示す可動子１を、図３Ｂに示す電機子４の開口部５ａ，６ａが連なって形成される中空部９に貫通させることにより、第１実施の形態に係る単相駆動のリニアモータ（単相分のユニット）１０が構成される。図４は本発明に係るリニアモータ１０の構成を示す斜視図、図５はそのリニアモータ１０の構成を示す一部破断斜視図である。
　このリニアモータの場合には、電機子４が固定子として機能する。そして、捲き線８ａ，８ｂに逆方向に電流を流すことにより、電機子４の中空部９に貫通された可動子１が電機子４（固定子）に対して往復直線運動を行う。
　図６は、電機子４における通電状態と起磁力とを示す断面図である。図６において、「●（紙面の裏から表への通流）」、「×（紙面の表から裏への通流）」は捲き線８ａ，捲き線８ｂへの通流方向を示しており、白抜矢符はコイル通電によってコア部５ｃ，６ｃに印加される起磁力の向きを示している。捲き線８ａ，捲き線８ｂに逆向きの電流を流すことにより、第１単極ユニット５，第２単極ユニット６の全てのコア部５ｃ，６ｃに磁界が生じる。
　なお、上述した例では、隣り合う両単極ユニットの間に、枠状のヨークのみからなるスペーサユニット１１を挿入することにより、各単極ユニット全体を均一の厚さにしても、両単極ユニットのコア部同士が接触しないようにしている。この例では、各単極ユニットにあって、コア部の厚さをヨーク部の厚さより薄くする必要がなくて余分な加工処理が不要であり、全体が均一の厚さである単極ユニットを利用できるため、作製処理の簡素化を図れる。
　これに対して、各単極ユニットにおいて、コア部の厚さをヨーク部の厚さより薄くして、両単極ユニットを重ね合わせた場合に、両単極ユニットのコア部同士が接触しないように構成しても良い。この例では、上記のようなスペーサユニット１１が不要である。
　従来の円筒型リニアモータにあっては、中実のインナーヨークに半径方向に磁化した円筒状磁石を接着させた構成、または中実のインナーヨークに軸方向に磁化した円筒状磁石を接着させた構成などが用いられてきた。このような構成では、インナーヨークが大きくて可動子の質量が重くなり、高速応答性に難があった。これに対して、上述したような可動子１では、インナーヨーク２が中空であって、しかもその内側に発生する磁束を低減することができて角筒状のインナーヨーク２の厚さを薄くできるため、可動子１の軽量化を図ることが可能である。よって、可動子１の応答速度を高めることができる。
　また、可動子のインナーヨークを薄くする方法として、磁石の極ピッチを小さくする手法があるが、極ピッチを小さくした場合に、従来の電機子の構造では捲き線の箇所が多くなって形状が大型化する傾向があった。これに対して電機子４では、極毎に捲き線を施さないで一括して捲き線８ａ，８ｂを施しているので、磁極ピッチが小さくても捲き線構造が複雑にならずに簡単であるため、小型化が容易である。
　また、リニアモータ１０では、可動子１の断面形状を角形（上記例では四角形）としているため、磁石を複数面（上記例では四面）に分割して配置することが可能であり、しかも平板状の磁石を使用できる。よって、円筒型リニアモータと比べて、使用する磁石の選択を含めた作製の自由度が極めて高く、優れた剛性を有する可動子１の作製も容易に行える。
　また、可動子１のインナーヨーク２の隣り合う外側面間における平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置がインナーヨーク２の軸方向（可動子１の移動方向）に偏位している。よって、推力リプル及び／またはディテント力の低減に効果を上げることができ、コギングを解消して滑らかな直線移動を可動子１は実現できる。
　また、第１単極ユニット５及び第２単極ユニット６の本体の辺の方向に対して、各単極ユニット５，６の開口部５ａ，６ａの辺の方向を４５度傾けている。よって、電機子４における磁束の流れが円滑となり、磁気飽和が起こりにくい。
　なお、上述した実施の形態では、インナーヨーク２の各外側面において各５組ずつ計２０個の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを順次連ねる構成としたが、これは一例であって、その個数は任意の数であって良い。また、第１単極ユニット５，第２単極ユニット６を交互に２組配列することとしたが、これは一例であって、その組数は任意の数であって良い。
　また、上述した実施の形態では、インナーヨーク２の形状を四角筒状としたが、これは一例であり、八角筒状などの他の多角筒状であって良い。
　さらに、上述した実施の形態では、第１単極ユニット５のコア部５ｃに一括して捲き線８ａ，８ｂを施すようにしたが、第２単極ユニット６のコア部６ｃに一括して捲き線を施すようにしても良い。
　上述した実施の形態では、四角筒状のインナーヨーク２の４つの外側面において、対向する２つの外側面での平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置を同じとし、隣り合う２つの外側面間における平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置が偏位するように構成したが、インナーヨーク２の４つの外側面間における平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置を少しずつ偏位させて全て異なるように構成しても良い。但し、このような構成例にあっても、最大偏位量を、平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの４個一組分の長さの１／４以下とする。
　単相のリニアモータ（単相分のユニット）について説明したが、例えば３相駆動のリニアモータを構成する場合には、上記の電機子３個を、磁極ピッチ×（ｎ＋１／３）または磁極ピッチ×（ｎ＋２／３）（但し、ｎは整数）だけ間隔をあけて直線状に配置して、それらに可動子を貫通させるようにすれば良い。なお、この場合、捲き線が収まるスペースを考慮して整数ｎを設定すれば良い。
（第２実施の形態）
　図７、図８Ａ－Ｃ、図９はそれぞれ、第２実施の形態に係る可動子２１，電機子４，リニアモータ３０の構成を示す斜視図である。これらの図７、図８Ａ－Ｃ、図９において、図１、図２Ａ－Ｃ、図３Ａ，Ｂと同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。
　図７に示す可動子２１では、インナーヨーク２の外側面の２つの隅部に軸方向に延在させてリニアガイドレール１２を設けている。さらに、電機子４を構成する第１単極ユニット５，第２単極ユニット６の開口部にリニアガイドレール１２を通すための切欠きが設けられていても良い。４枚の単極ユニットを重ね合わせた図８Ａに示す本体の表面と背面とに、リニアガイドスライダ１３を設けた図８Ｂに示す可動子支持フレーム１４を設けて、単相ユニットの電機子４を構成する（図８Ｃ参照）。そして、図７に示す可動子１を、図８Ｃに示す電機子４に貫通させることにより、単相駆動のリニアモータ（単相分のユニット）３０が構成される（図９参照）。
　この第２実施の形態では、リニアガイドレール１２により、可動子２１を横方向から押さえて支持している。よって、剛性をより高めることができる。また、このリニアガイドレール１２によって、たわみ振動、共振振動などの振動を抑えることができる。したがって、高速移動させても大きな振動は生じず、がたつきがない安定した高速直線移動を実現できる。
（第３実施の形態）
　第３実施の形態は、上述した第１実施の形態の変形例である。図１０は、第３実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。この第３実施の形態に係る可動子３１は、第１実施の形態に係る可動子１（図１参照）から可動子の軸方向に磁化された平板状磁石３ｂ，３ｄを除いた構成をなしている。即ち、可動子３１は、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨーク２の各外側面に、２種類の平板状磁石３ａ，３ｃをこの順にインナーヨーク２の軸方向（可動子３１の移動方向）に交互に設置させた構成をなしている。図１０において、白抜矢符は各平板状磁石３ａ，３ｃの磁化方向を示している。平板状磁石（第１平板状磁石）３ａは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって内側から外側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。一方、平板状磁石（第２平板状磁石）３ｃは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって外側から内側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。よって、平板状磁石３ａと平板状磁石３ｃとの磁化方向は、インナーヨーク２の外側面に垂直な方向であって逆向きになる。
　そして、インナーヨーク２の外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置が、２種類一組の平板状磁石３ａ，３ｃの長さの合計の１／４以下の寸法だけ偏位している。図１０に示した例では、四角筒状のインナーヨーク２の４つの外側面において、対向する２つの外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置は同じであるが、隣り合う２つの外側面間におけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置は偏位している。
　第３実施の形態に係る電機子の構成は、上述した第１実施の形態に係る電機子４の構成（図２Ａ－Ｃ、図３Ａ，Ｂ参照）と同じである。
　この第３実施の形態に係るリニアモータの場合にも、電機子４が固定子として機能し、捲き線８ａ，８ｂに逆方向に電流を流すことにより、電機子４の中空部９に貫通された可動子３１が電機子４（固定子）に対して往復直線運動を行う。この際、可動子３１のインナーヨーク２の隣り合う外側面間における平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置がインナーヨーク２の軸方向（可動子３１の移動方向）に偏位している。よって、推力リプル及び／またはディテント力の低減に効果を上げることができ、コギングが解消されて可動子３１の滑らかな直線移動が実現される。
　なお、各５組ずつ計１０個の平板状磁石３ａ，３ｃを順次連ねる構成としたが、これは一例であって、その個数は任意の数であって良い。また、インナーヨーク２の形状を四角筒状としたが、これは一例であり、八角筒状などの他の多角筒状であって良い。四角筒状のインナーヨーク２の４つの外側面において、対向する２つの外側面での平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置を同じとし、隣り合う２つの外側面間における平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置が偏位するように構成したが、インナーヨーク２の４つの外側面間における平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置を少しずつ偏位させて全て異なるように構成しても良い。但し、このような構成例にあっても、最大偏位量を、平板状磁石３ａ，３ｃの２個一組分の長さの１／４以下とする。
（第４実施の形態）
　第４実施の形態は、２相駆動を一つのコアユニットで行うようにしたものである。上述した第１または第３実施の形態では３相駆動であるため、３個の電機子を直線状に配置して、それらに可動子を貫通させるようにした構成となっている。したがって、構成されるリニアモータの全長が長いという難点がある。以下に説明する第４実施の形態は、２相駆動を一つのコアユニットで行うように構成して、３相分離独立型の問題点であった全長が長いことを大幅に改良したものである。
　図１１は、本発明の第４実施の形態に係る可動子の構成を示す斜視図である。可動子４１は、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨーク２の４つの各外側面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに、４種類の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄをこの順にインナーヨーク２の軸方向（可動子４１の移動方向）に交互に設置させた構成をなしている。図１１において、白抜矢符は各平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの磁化方向を示している。平板状磁石（第１平板状磁石）３ａは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって内側から外側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。一方、平板状磁石（第２平板状磁石）３ｃは、インナーヨーク２の外側面に垂直であって外側から内側に向かう方向に磁化した平板状の永久磁石である。よって、平板状磁石３ａと平板状磁石３ｃとの磁化方向は、インナーヨーク２の外側面に垂直な方向であって逆向きになる。
　また、平板状磁石３ｂ，３ｄは、インナーヨーク２の軸方向（外側面の長手方向）であって隣り合う平板状磁石３ｃから隣り合う平板状磁石３ａに向かう向きに磁化した平板状の永久磁石である。よって、平板状磁石３ｂと平板状磁石３ｄとの磁化方向は、インナーヨーク２の軸方向であって逆向きになる。
　そして、インナーヨーク２の上側の隣り合う２つの外側面２ａ，２ｂにおけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、インナーヨーク２の下側の隣り合う２つの外側面２ｃ，２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とは、４種類一組の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの長さの合計の１／４の寸法（界磁周期をλとした場合にλ／４、電気角で９０度）だけ偏位している。
　第４実施の形態に係る電機子の構成は、上述した第１実施の形態に係る電機子４の構成（図２Ａ－Ｃ、図３Ａ，Ｂ参照）と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
　図１２は第４実施の形態に係るリニアモータ５０の構成を示す斜視図、図１３はそのリニアモータ５０の構成を示す一部破断斜視図である。第１単極ユニット５Ａ、スペーサユニット１１Ａ、第２単極ユニット６Ａ、スペーサユニット１１Ｃ、第１単極ユニット５Ｂ、スペーサユニット１１Ｂ、第２単極ユニット６Ｂの順に、これらのユニットが交互に配列して重ね合わされて、電機子４は構成されている。そして、上述した図１１に示す可動子４１を、電機子４の開口部５ａ，６ａが連なって形成される中空部９に貫通させることにより（図３Ｂ参照）、第４実施の形態に係る２相駆動のリニアモータ５０が構成される。
　この際、可動子４１におけるインナーヨーク２の上側の隣り合う外側面２ａ，２ｂが、第１単極ユニット５における上側のコア部５ｃ（第１の捲き線としての上側の捲き線８ａ）に対向し、インナーヨーク２の下側の隣り合う外側面２ｃ，２ｄが、第１単極ユニット５における下側のコア部５ｃ（第２の捲き線としての下側の捲き線８ｂ）に対向するように、可動子４１を電機子４の中空部９に貫通させる。
　そして、捲き線８ａと捲き線８ｂとにおいて通電の位相が９０度異なるように、捲き線８ａには正弦波状の電流を流し、捲き線８ｂには余弦波状の電流を流す。このリニアモータ５０の場合にも、電機子４が固定子として機能する。捲き線８ａ，８ｂに位相が９０度異なる電流を流すことにより、電機子４の中空部９に貫通された可動子４１に連続的に推力を発生させることができて、可動子４１が電機子４（固定子）に対して往復直線運動を行う。この際、電機子４の上側のコア部５ｃと下側のコア部５ｃとで交互に推力のピークが得られるため、１つのコアユニットにて連続した推力が得られて、２相駆動のリニアモータ５０を実現できる。
　前述したような第１，第３実施の形態に係る３相独立型のリニアモータにあっては、３個の電機子が必要であり、また隣り合う電機子間に位相を調整するための相間スペースを設ける必要があるため、その全長が長くなるという難点がある。これに対して上述したような第４実施の形態に係るリニアモータでは、１個の電機子にて可動子の移動を行えるため、その全長の大幅な短尺化を図ることができる。よって、狭い領域であってもその利用が可能となり、リニアモータの利用範囲が拡大する。
　勿論、この第４実施の形態でも、第１，第３実施の形態において前述したと同様な利点を有する。つまり、隣り合う両単極ユニットの間にスペーサユニット１１を挿入するようにしたので、各単極ユニットにおけるコア部の厚さをヨーク部の厚さより薄くする必要がなくて余分な加工処理が不要であり、全体が均一の厚さである単極ユニットを利用できるため、作製処理の簡素化を図れる。また、中実のインナーヨークに半径方向に磁化した円筒状磁石を接着させた構成、または中実のインナーヨークに軸方向に磁化した円筒状磁石を接着させた構成などを用いた従来の円筒型リニアモータにあっては、インナーヨークが大きくて可動子の質量が重くなり、高速応答性に難があったが、第４実施の形態に係る可動子４１では、インナーヨーク２が中空であって、しかもその内側に発生する磁束を低減することができて角筒状のインナーヨーク２の厚さを薄くできるため、可動子４１の軽量化を図ることが可能である。よって、可動子４１の応答速度を高めることができる。
　また、可動子のインナーヨークを薄くする方法として、磁石の極ピッチを小さくする手法があるが、極ピッチを小さくした場合に、従来の電機子の構造では捲き線の箇所が多くなって形状が大型化する傾向があったが、第４実施の形態に係る電機子４では、極毎に捲き線を施さないで一括して捲き線８ａ，８ｂを施しているので、磁極ピッチが小さくても捲き線構造が複雑にならずに簡単であるため、小型化が容易である。
　また、第４実施の形態に係るリニアモータ５０では、可動子４１の断面形状を四角形としているため、磁石を四面に分割して配置することが可能であり、しかも平板状の磁石を使用できる。よって、円筒型リニアモータと比べて、使用する磁石の選択を含めた作製の自由度が極めて高く、優れた剛性を有する可動子４１の作製も容易に行える。また、第１単極ユニット５及び第２単極ユニット６の本体の辺の方向に対して、各単極ユニット５，６の開口部５ａ，６ａの辺の方向を４５度傾けている。よって、電機子４における磁束の流れが円滑となり、磁気飽和が起こりにくい。
　なお、各５組ずつ計２０個の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを順次連ねる構成としたが、これは一例であって、その個数は任意の数であって良い。また、第１単極ユニット５，第２単極ユニット６を交互に２組配列することとしたが、これは一例であって、その組数も任意の数であって良い。また、捲き線８ａに正弦波状の電流、捲き線８ｂに余弦波状の電流をそれぞれ流すようにしたが、これは例示であり、捲き線８ａと捲き線８ｂとに電気角で９０度位相が異なるような電流を流せば良い。例えば、捲き線８ａ、捲き線８ｂに通電する電流波形は、互いに電気角で９０度位相が異なる矩形波状または台形波状であっても良い。
　ところで、２相駆動のリニアモータにあっては、推力リプル、ディテント力が大きくなるという問題が従来から存在しており、第４実施の形態においても、この問題が懸念される。以下、この第４実施の形態における推力リプル及びディテント力を低減する手法について説明する。第４実施の形態では、可動子４１における平板状磁石の配列、及び、電機子４の磁極歯（ティース）の間隔を調整することにより、２相駆動方式のリニアモータで問題となる推力リプル、ディテント力の低減化を図る。
　２相駆動方式のリニアモータでは、２次、４次、６次、８次の各高調波次数において推力リプル、ディテント力の高調波成分が大きくなる。そこで、各次数での高調波成分を低減する工夫についてそれぞれ説明する。下記に示す例では、１８０度位相がずれた２つの正弦波を加算すると互いに相殺され、１８０度位相がずれた２つの余弦波を加算すると互いに相殺されるという原理に基づいている。
〈２次及び６次の高調波成分の低減〉
　図１４は、標準的な電機子４の断面図である。上述したように（図１２，１３参照）、第１単極ユニット５Ａ、スペーサユニット１１Ａ、第２単極ユニット６Ａ、スペーサユニット１１Ｃ、第１単極ユニット５Ｂ、スペーサユニット１１Ｂ、第２単極ユニット６Ｂの順に交互に配列して一体化して電機子４は構成されている。図１４の例では、３枚のスペーサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは同一の厚さであり、第１単極ユニット５Ａ、第２単極ユニット６Ａ、第１単極ユニット５Ｂ、第２単極ユニット６Ｂは均等に配置されている。なお、第１単極ユニット５Ａ、スペーサユニット１１Ａ及び第２単極ユニット６Ａの一組を第１ブロック５１と称し、第１単極ユニット５Ｂ、スペーサユニット１１Ｂ及び第２単極ユニット６Ｂの一組を第２ブロック５２と称する。
　図１５は、２次及び６次の高調波成分を低減するための手法を説明するための電機子４の断面図である。図１５では、図１４に示すような各単極ユニットの均等配置から電気角９０度分だけ広げている。つまり、第１ブロック５１と第２ブロック５２との間隔（第２単極ユニット６Ａと第１単極ユニット５Ｂとの間隔）を電気角９０度（界磁周期をλとした場合に長さλ／４）分だけ広げて、第１単極ユニット５Ａと第２単極ユニット６Ａとの間、及び第１単極ユニット５Ｂと第２単極ユニット６Ｂとの間より広くしている。このような構成は、図１４に示す例に比べて、スペーサユニット１１Ｃの厚さを厚くすることにより（より厚いスペーサユニット１１Ｃを用いることにより）容易に達成できる。
　第１ブロック５１と第２ブロック５２との間で電気角９０度分だけ広げることにより、２次の高調波では１８０度（＝９０度×２）のずれが生じ、第１ブロック５１及び第２ブロック５２間の加算で相殺されるため、２次の高調波成分は低減する。また、６次の高調波では５４０度（＝９０度×６）のずれが生じてブロック間で相殺されるため、６次の高調波成分も低減する。このように第１ブロック５１と第２ブロック５２との間隔（磁極歯の間隔）を調整することにより、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の各高調波成分を低減させている。
〈４次の高調波成分の低減〉
　図１６は、４次の高調波成分を低減するための手法を説明するための可動子４１の斜視図である。インナーヨーク２の上側の外側面２ａ，２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と下側の外側面２ｃ，２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置との電気角９０度（長さλ／４）分偏位させた状態を維持したままで、上側の外側面２ａにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と同じく上側の外側面２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを電気角４５度（長さλ／８）分偏位させると共に、下側の外側面２ｃにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と同じく下側の外側面２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを電気角４５度（長さλ／８）分偏位させる。
　隣り合う外側面間で平板状磁石の設置位置を電気角４５度分だけ偏位させることにより、４次の高調波では１８０度（＝４５度×４）のずれが生じ、隣り合う外側面間の加算で相殺されるため、４次の高調波成分は低減する。このようにインナーヨーク２の各外側面での平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置を調整することにより、推力リプル、ディテント力の４次の各高調波成分を低減させている。
〈８次の高調波成分の低減〉
　図１７は、８次の高調波成分を低減するための手法を説明するための電機子４の断面図である。上述した図１５に示したようなスペーサユニット１１Ｃの厚さの調整を行った後の第１ブロック５１及び第２ブロック５２の重心位置を変えずに、第１単極ユニット５Ａと第２単極ユニット６Ａとの間、及び第１単極ユニット５Ｂと第２単極ユニット６Ｂとの間をそれぞれ電気角２２．５度（長さλ／１６）分だけ広げている（白抜矢符参照）。このような構成は、スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂの厚さを厚くすることにより（より厚いスペーサユニット１１Ａ，１１Ｂを用いることにより）容易に達成できる。
　第１単極ユニットと第２単極ユニットとの間を電気角２２．５度分だけ広げることにより、８次の高調波では１８０度（＝２２．５度×８）のずれが生じ、隣り合う単極ユニット間の加算で相殺されるため、８次の高調波成分は低減する。このように両ブロック内における第１単極ユニット、第２単極ユニット間の間隔（磁極歯の間隔）を調整することにより、推力リプル、ディテント力の８次の各高調波成分を低減させている。
　なお、上述した手法（第１低減手法）は一例であり、推力リプル、ディテント力の各次の高調波成分を低減する手法はこれに限らず、他の手法を用いても良い。各次の高調波成分の他の低減手法について下記に説明する。
（第２低減手法）
　この手法では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を可動子の磁石配列の調整にて低減させ、４次の高調波成分を電機子の両ブロック間の間隔の調整にて低減させ、８次の高調波成分を各ブロック内における第１単極ユニット、第２単極ユニット間の間隔の調整にて低減させるようにする。
（第３低減手法）
　この手法では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を電機子の両ブロック間の間隔の調整にて低減させ、４次の高調波成分を各ブロック内における第１単極ユニット、第２単極ユニット間の間隔の調整にて低減させ、８次の高調波成分を可動子の磁石配列の調整にて低減させるようにする。
（第５実施の形態）
　第４実施の形態において、第３実施の形態と同様に、可動子の軸方向に磁化された平板状磁石３ｂ，３ｄを設けない構成としても良い。
　即ち、可動子は、四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨーク２の各外側面２ａ－２ｄに、２種類の平板状磁石３ａ，３ｃをこの順にインナーヨーク２の軸方向（可動子の移動方向）に交互に設置させた構成をなし、インナーヨーク２の上側の外側面２ａ，２ｂでの平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置と、インナーヨーク２の下側の外側面２ｃ，２ｄでの平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置とは、２種類一組の平板状磁石３ａ，３ｃの長さの１／４の寸法（界磁周期をλとした場合にλ／４、電気角で９０度）だけ偏位している。
　また、推力リプル、ディテント力の２次、４次、６次、８次の高調波成分を低減するために、前述した第４実施の形態と同様に、インナーヨーク２の上側の外側面２ａ，２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置と下側の外側面２ｃ，２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置との電気角９０度分偏位させた状態を維持したままで、上側の外側面２ａにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置と同じく上側の外側面２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置とを所定の電気角度分（２次及び６次については９０度、４次については４５度、８次については２２．５度）偏位させると共に、下側の外側面２ｃにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置と同じく下側の外側面２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｃの設置位置とを所定の電気角度分（２次及び６次については９０度、４次については４５度、８次については２２．５度）偏位させる。
　なお、上述した第４，第５実施の形態においても、第２実施の形態と同様に、可動子４１におけるインナーヨーク２の外側面の２つの隅部に延在させてリニアガイドレール１２（図７参照）を設け、さらに電機子４を構成する第１単極ユニット５，第２単極ユニット６の開口部にリニアガイドレール１２を通すための切欠きを設けるように構成しても良い。
　以下、本発明者が作製したリニアモータの具体的な構成と、作製したリニアモータの特性とについて説明する。
（第１実施の形態による実施例）
  まず、リニアモータに用いる可動子１として、図１に示すような四角筒状のインナーヨークと平板状の永久磁石とを含んだ可動子を作製した。使用するインナーヨーク２は、純鉄製の四角筒状であり、その外側形状は２２ｍｍ角、内側形状は１８ｍｍ角である。
　このようなインナーヨーク２の４つの外側面それぞれに、４種類１組の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを１０組だけインナーヨーク２の軸方向（可動子１の移動方向）に連ねて接着させた。平板状磁石３ａは、長さ１０ｍｍ，幅２２ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子１の内側（移動方向軸中心）から外側に向かう高さ方向に磁化させた永久磁石であり、平板状磁石３ｃは、長さ１０ｍｍ，幅２２ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子１の外側から内側に向かう高さ方向に磁化させた永久磁石である。平板状磁石３ａ、平板状磁石３ｃの磁化方向は高さ方向（インナーヨーク２の外側面に垂直な方向）に向いているが、その方向は互いに逆方向である（図１の白抜矢符参照）。
　また、平板状磁石３ｂは、長さ２ｍｍ，幅２２ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子１の平板状磁石３ｃから平板状磁石３ａへ向かう長さ方向に磁化させた永久磁石であり、平板状磁石３ｄは、長さ２ｍｍ，幅２２ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子１の平板状磁石３ｃから平板状磁石３ａへ向かう長さ方向に磁化させた永久磁石である。平板状磁石３ｂ、平板状磁石３ｄの磁化方向は長さ方向（可動子１の移動方向）に向いているが、その方向は互いに逆方向である（図１の白抜矢符参照）。
　よって、これらの１０組４０個の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを連ねた長さは２４０ｍｍ（＝（１０ｍｍ＋２ｍｍ＋１０ｍｍ＋２ｍｍ）×１０）となる。これらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置を、隣り合うインナーヨーク２の外側面間において、平板状磁石３ｂまたは３ｄの長さ分（２ｍｍ）だけ偏位させている。
　次に、電機子４を作製した。図１８Ａに示すような形状をなす電機子素材を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板から１６枚切り出し、切り出したこれらの１６枚を重ねて接着し、厚さ８ｍｍの第１単極ユニット５、第１単極ユニット６を作製した（図２Ａ，Ｂ参照）。また、図１８Ｂに示すような形状をなす電機子素材を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板から８枚切り出し、切り出したこれらの８枚を重ねて接着し、厚さ４ｍｍのスペーサユニット１１を作製した（図２Ｃ参照）。
　このようにして作製した各ユニットを、第１単極ユニット５、スペーサユニット１１、第２単極ユニット６、スペーサユニット１１、第１単極ユニット５、スペーサユニット１１、第２単極ユニット６の順に重ね合わせて、単相分のユニットを構成した（図３Ａ参照）。この単相分のユニットの厚さは４４ｍｍ（＝８ｍｍ×４＋４ｍｍ×３）である。また、磁極ピッチは１２ｍｍ（＝８ｍｍ＋４ｍｍ）である。
　この単相分のユニットに対して、駆動コイルの捲き線８ａ，捲き線８ｂとして、四隅の隙間部分に、絶縁確保のため電機子コアの捲き線を施す部分にポリイミドテープを捲き、その上に導線を２箇所に１００回づつ捲きつけた（図３Ｂ参照）。そして、通電した場合に電流の向きが逆になるように直列に結線を行った。
　このようにして作製した電機子４を３個準備し、その３個の電機子４をそれぞれ２０ｍｍ（＝１２ｍｍ×（１＋２／３））だけ間隔をあけて直線状に並べ、中央の中空部に可動子１を挿入し（図４参照）、可動子１が電機子４に接触することなく長手方向に移動できるように、テストベンチに固定した。
　３個の電機子４に捲かれている一対の駆動コイルの一端をつなぎ合わせ、他端に３相電源Ｕ，Ｖ，Ｗ相を接続するスター結線にして、モータコントローラに接続した。また、可動子１先端部分に光学式リニアスケールを接着し、テストベンチ固定側にリニアエンコーダを取り付けて、可動子１の位置を読み取るようにした。また、リニアエンコーダで検出したこの位置信号を上記モータコントローラに出力して可動子１の位置を制御する構成とした。
　このように接続した後、駆動コイルに印加する駆動電流を変えて可動子１の推力を測定した。この際、フォースゲージを可動子１に押し付ける方法で推力を測定した。その測定結果を図１９に示す。図１９の横軸は、電機子１相当たりの駆動電流の実効値×コイルの捲き数である。
　図１９に示すように、７００Ｎを超える最大推力が得られている。可動子１の質量が１．１ｋｇであったため、推力／可動子質量比は６３７Ｎ／ｋｇとなる。７００Ｎの推力が得られる他の方式における従来のリニアモータ（特開２００２－３５９９６２号公報）では、可動子の質量が３ｋｇ以上必要であるため、その推力／可動子質量比は２３３Ｎ／ｋｇ以下である。本発明のリニアモータでは、従来のリニアモータに比べて、同一の推力を得るために可動子の質量を１／３程度まで低減することができる。このように、本発明では、加工機などでの高速処理に非常に効果があるリニアモータを提供することができる。
（第４実施の形態による実施例）
  一つのコアユニットにて２相駆動を行う第４実施の形態の実施例について説明する。図２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃはそれぞれ、可動子４１を電機子４に貫通させた状態を示す上面図、側面図、断面図である。この実施例では、第２実施の形態で説明したリニアガイドレール１２、リニアガイドスライダ１３及び可動子支持フレーム１４を備えている。
　まず、リニアモータに用いる可動子４１として、図１１に示すような四角筒状のインナーヨークと平板状の永久磁石とを含んだ可動子を作製した。使用するインナーヨーク２は、純鉄製の四角筒状であり、その外側形状は３２ｍｍ角、内側形状は２６ｍｍ角である。
　このようなインナーヨーク２の４つの外側面２ａ－２ｄそれぞれに、４種類１組の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを複数組インナーヨーク２の軸方向（可動子１の移動方向）に連ねて接着させた。平板状磁石３ａは、長さ１０ｍｍ，幅２５ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子４１の内側（移動方向軸中心）から外側に向かう高さ方向に磁化させた永久磁石であり、平板状磁石３ｃは、長さ１０ｍｍ，幅２５ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子４１の外側から内側に向かう高さ方向に磁化させた永久磁石である。平板状磁石３ａ、平板状磁石３ｃの磁化方向は高さ方向（インナーヨーク２の外側面に垂直な方向）に向いているが、その方向は互いに逆方向である（図１１の白抜矢符参照）。
　また、平板状磁石３ｂは、長さ２ｍｍ，幅２５ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子４１の平板状磁石３ｃから平板状磁石３ａへ向かう長さ方向に磁化させた永久磁石であり、平板状磁石３ｄは、長さ２ｍｍ，幅２５ｍｍ，高さ４ｍｍで可動子４１の平板状磁石３ｃから平板状磁石３ａへ向かう長さ方向に磁化させた永久磁石である。平板状磁石３ｂ、平板状磁石３ｄの磁化方向は長さ方向（可動子４１の移動方向）に向いているが、その方向は互いに逆方向である（図１１の白抜矢符参照）。
　インナーヨーク２の上側の隣り合う外側面２ａ，２ｂにおけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、インナーヨーク２の下側の隣り合う外側面２ｃ，２ｄにおけるこれらの平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とは、可動子４１の移動方向（軸方向）に６ｍｍだけ偏位している。４種類一組の平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの長さの合計は２４ｍｍであり、この６ｍｍ分の偏位は、界磁周期（λ）である磁石配列周期２４ｍｍの１／４の寸法（λ／４：電気角９０度分）の偏位に該当する。
　また、上側の外側面２ａにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく上側の外側面２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とは、可動子４１の移動方向に３ｍｍだけ偏位しており、下側の外側面２ｃにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく下側の外側面２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とは、可動子４１の移動方向に３ｍｍだけ偏位している。この３ｍｍ分の偏位は、図１６により説明した電気角４５度分（界磁周期（λ）２４ｍｍの１／８の寸法λ／８）の偏位に該当する。以上のようにして、長さ１４１ｍｍ，幅２５ｍｍ，高さ４ｍｍの可動子４１を作製した。
　次に、電機子４を作製した。図２１Ａに示すような形状をなす電機子素材を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板から切り出し、切り出したこれらの２０枚を重ねて接着し、厚さ１０ｍｍの第１単極ユニット５（５Ａ，５Ｂ）、第１単極ユニット６（６Ａ，６Ｂ）を作製した。また、図２１Ｂに示すような形状をなす電機子素材を０．５ｍｍ厚さの珪素鋼板から切り出し、切り出した７枚を重ねて接着して厚さ３．５ｍｍの２個のスペーサユニット１１（スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂ）を作製すると共に、切り出した１３枚を重ねて接着して厚さ６．５ｍｍの１個のスペーサユニット１１（スペーサユニット１１Ｃ）を作製した。
　このようにして作製した各ユニットを、第１単極ユニット５Ａ、スペーサユニット１１Ａ、第２単極ユニット６Ａ、スペーサユニット１１Ｃ、第１単極ユニット５Ｂ、スペーサユニット１１Ｂ、第２単極ユニット６Ｂの順に重ね合わせて、長さ８０ｍｍ，幅８０ｍｍ，高さ５３．５ｍｍ（＝１０ｍｍ×４＋３．５ｍｍ×２＋６．５ｍｍ×１）のコアユニットを構成した。なお、このような各スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの厚さは、推力リプル、ディテント力の２次及び６次、８次の各高調波成分を低減すべく、図１５，図１７により説明した磁極歯の間隔を調整するために適宜設定される。
　図２２に、この第１低減手法によるコアユニットの断面図を示す。この例では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を低減すべく、両ブロック５１，５２間の間隔を、界磁周期λ（＝２４ｍｍ）とした場合のλ／４（電気角９０度）に相当する６ｍｍだけ広げ、また、８次の高調波成分を低減すべく、各ブロック５１，５２内における、第１単極ユニット５Ａ，６Ａと第２単極ユニット５Ｂ，６Ｂとの間隔（磁極歯の間隔）を、λ／１６（電気角２２．５度）に相当する１．５ｍｍだけ広げる。この結果、基本のスペーサユニットの厚さを２ｍｍとして、スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂの厚さは３．５ｍｍ、スペーサユニット１１Ｃの厚さは６．５ｍｍに設定される。
　このコアユニットに対して、駆動コイルの捲き線８ａ、捲き線８ｂとして、四隅の隙間部分に、絶縁確保のため電機子コアの捲き線を施す部分にポリイミドテープを捲き、その上に導線を２箇所に１００回づつ捲きつけた。そして、これらの捲き線８ａ、捲き線８ｂにはそれぞれ、正弦波形の駆動電流、余弦波形の駆動電流を印加する。
　このような電機子の２個の駆動コイルを２相駆動用モータコントローラに接続し、可動子の先端に位置センサを取り付けて、２相駆動用モータコントローラに位置信号を入力させ、リニアモータの推力特性を測定した。その測定結果を図２３に示す。図２３の横軸は、駆動電流の実効値×コイルの捲き数である。
　図２３に示すように、推力と駆動電流とが比例する範囲で１６０Ｎ程度の推力が得られており、また、２００Ｎ以上の最大推力が得られている。このような優れた特性を、第４実施の形態では、全長わずか６５ｍｍ程度の電機子にて達成している。
　従来例である相独立型のリニアモータ（特開２００８－２２８５４５号公報）、または前述した３相駆動型のリニアモータにて、この第４実施の形態と同程度の推力特性を得るためには、全長１５０ｍｍ程度の電機子の長さが必要であり、第４実施の形態では半分以下の短尺化を実現できている。第４実施の形態に係るリニアモータは、以上のように小型化及び省スペース化を図れるので、Ｘ－Ｙ－Ｚ軸３軸駆動ステージのように重ねて使用する用途に最適なリニアモータである。
（第２低減手法での実施例）
　この第２低減手法では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を可動子４１の磁石配列の調整にて低減させ、４次の高調波成分を電機子４の両ブロック５１，５２間の間隔の調整にて低減させ、８次の高調波成分をブロック５１内における第１単極ユニット５Ａ，第２単極ユニット５Ｂ間の間隔及びブロック５２内における第１単極ユニット６Ａ，第２単極ユニット６Ｂ間の間隔の調整にて低減させる。
　インナーヨーク２の上側の隣り合う外側面２ａ，２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、インナーヨーク２の下側の隣り合う外側面２ｃ，２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向（軸方向）に６ｍｍ（λ／４：電気角９０度分）だけ偏位させた上に、上側の外側面２ａにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく上側の外側面２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向に６ｍｍ（λ／４：電気角９０度分）だけ偏位させ、下側の外側面２ｃにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく下側の外側面２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向に６ｍｍ（λ／４：電気角９０度分）だけ偏位させている。
　図２４は、第２低減手法によるコアユニットの断面図を示す。この例では、推力リプル、ディテント力の４次の高調波成分を低減すべく、両ブロック５１，５２間の間隔を、界磁周期λ（＝２４ｍｍ）とした場合のλ／８（電気角４５度）に相当する３ｍｍだけ広げ、また、８次の高調波成分を低減すべく、各ブロック５１，５２内における、第１単極ユニット５Ａ，６Ａと第２単極ユニット５Ｂ，６Ｂとの間隔（磁極歯の間隔）を、λ／１６（電気角２２．５度）に相当する１．５ｍｍだけ広げる。この結果、磁極歯の間隔を均等に１．５ｍｍだけ広げたことになる。このコアユニットでは、各スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの厚さが何れも３．５ｍｍであり、コアユニット全体の高さは５０．５ｍｍ（＝１０ｍｍ×４＋３．５ｍｍ×３）になる。
（第３低減手法での実施例）
　この手法では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を電機子４の両ブロック５１，５２間の間隔の調整にて低減させ、４次の高調波成分をブロック５１内における第１単極ユニット５Ａ，第２単極ユニット５Ｂ間の間隔及びブロック５２内における第１単極ユニット６Ａ，第２単極ユニット６Ｂ間の間隔の調整にて低減させ、８次の高調波成分を可動子４１の磁石配列の調整にて低減させる。
　図２５は、第３低減手法によるコアユニットの断面図を示す。この例では、推力リプル、ディテント力の２次及び６次の高調波成分を低減すべく、両ブロック５１，５２間の間隔を、界磁周期λ（＝２４ｍｍ）とした場合のλ／４（電気角９０度）に相当する６ｍｍだけ広げ、また、４次の高調波成分を低減すべく、各ブロック５１，５２内における、第１単極ユニット５Ａ，６Ａと第２単極ユニット５Ｂ，６Ｂとの間隔（磁極歯の間隔）を、λ／８（電気角４５度）に相当する３ｍｍだけ広げる。この結果、磁極歯の間隔を均等に３ｍｍだけ広げたことになる。このコアユニットでは、各スペーサユニット１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの厚さが何れも５ｍｍであり、コアユニット全体の高さは５５ｍｍ（＝１０ｍｍ×４＋５ｍｍ×３）になる。
　また、インナーヨーク２の上側の隣り合う外側面２ａ，２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、インナーヨーク２の下側の隣り合う外側面２ｃ，２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向（軸方向）に６ｍｍ（λ／４：電気角９０度分）だけ偏位させた上に、上側の外側面２ａにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく上側の外側面２ｂにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向に１．５ｍｍ（λ／１６：電気角２２．５度分）だけ偏位させ、下側の外側面２ｃにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置と、同じく下側の外側面２ｄにおける平板状磁石３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの設置位置とを、可動子４１の移動方向に１．５ｍｍ（λ／１６：電気角２２．５度分）だけ偏位させている。
（第５実施の形態による実施例）
　前述した第４実施の形態による実施例と同様に作製した電機子の２個の駆動コイルを２相駆動用モータコントローラに接続し、可動子の先端に位置センサを取り付けて、２相駆動用モータコントローラに位置信号を入力させ、リニアモータの推力特性を測定した。その測定結果を図２６に示す。図２６の横軸は、駆動電流の実効値×コイルの捲き数である。
　図２６に示すように、推力と駆動電流とが比例する範囲で１４０Ｎ程度の推力が得られている。この推力の数値は、第４実施の形態による実施例（１６０Ｎ程度）と比較すると、可動子の軸方向に磁化された平板状磁石を設けていない分だけ少し低くなっている。但し、相独立型のリニアモータまたは３相駆動型のリニアモータと比べて、短尺化を実現できており、小型化及び省スペース化を図れる。
　１，２１，３１，４１　可動子
　２　インナーヨーク
　２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ　外側面
　３ａ　平板状磁石（インナーヨークの外側面に垂直に内側から外側へ磁化した磁石：第１平板状磁石）
　３ｂ　平板状磁石（インナーヨークの軸方向に磁化した磁石）
　３ｃ　平板状磁石（インナーヨークの外側面に垂直に外側から内側へ磁化した磁石：第２平板状磁石）
　３ｄ　平板状磁石（インナーヨークの軸方向に磁化した磁石）
　４　電機子
　５，５Ａ，５Ｂ　第１単極ユニット
　６，６Ａ，６Ｂ　第２単極ユニット
　５ａ，６ａ　開口部
　５ｂ，６ｂ　ヨーク部
　５ｃ，６ｃ　コア部
　７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ　隙間部分
　８ａ，８ｂ　捲き線
　９　中空部
　１０，３０，５０　リニアモータ
　１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ　スペーサユニット
　１２　リニアガイドレール
　１３　リニアガイドスライダ
　１４　可動子支持フレーム
 

Claims (11)

  1. 　角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石を設けたリニアモータの可動子において、
    　前記複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位していることを特徴とする可動子。
  2. 　一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４以下の寸法だけ、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が軸方向に偏位していることを特徴とする請求項１記載の可動子。
  3. 　四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの４面の外側面に複数の平板状の永久磁石を設けたリニアモータの可動子において、
    　前記複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの隣り合う一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置と、前記インナーヨークの隣り合う他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置とが、一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４だけ偏位していることを特徴とする可動子。
  4. 　前記インナーヨークの外側面の隅部に、自身を支持するリニアガイドレールを前記インナーヨークの軸方向に延在させて設けてあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の可動子。
  5. 　角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位している可動子を、
    　角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部及び／または前記第２単極ユニットの複数のコア部に捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とするリニアモータ。
  6. 　角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記インナーヨークの外側面間における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位している可動子を、
    　角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部及び／または前記第２単極ユニットの複数のコア部に捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に貫通させてあることを特徴とするリニアモータ。
  7. 　四角筒状の軟質磁性体製のインナーヨークの４面の外側面に複数の平板状の永久磁石として、前記インナーヨークの外側面に垂直な方向に磁化した平板状磁石と前記インナーヨークの軸方向に磁化した平板状磁石とを前記インナーヨークのそれぞれの外側面で前記インナーヨークの軸方向に交互に連ねており、前記垂直な方向に磁化した平板状磁石は、前記インナーヨークの内側から外側に向かう向きに磁化した第１平板状磁石と前記インナーヨークの外側から内側に向かう向きに磁化した第２平板状磁石とが前記インナーヨークの軸方向に交互に配されており、前記軸方向に磁化した平板状磁石は、隣り合う前記第２平板状磁石から隣り合う前記第１平板状磁石に向かう向きに磁化しており、前記インナーヨークの隣り合う一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置と、前記インナーヨークの隣り合う他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石の設置位置とが、一つの前記第１平板状磁石、一つの前記第２平板状磁石、及び軸方向に磁化した二つの前記平板状磁石の合計の長さの１／４だけ偏位している可動子を、
    　角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第１単極ユニットと、角形状の開口部、該開口部の外側に配置したヨーク部、及び前記第１単極ユニットのコア部を９０度回転させた位置に設けられ、該ヨーク部から前記開口部に向かう方向に延設させたコア部を有する軟質磁性体製の第２単極ユニットとを交互に重ねてなり、前記第１単極ユニットの複数のコア部または前記第２単極ユニットの複数のコア部の２箇所に第１の捲き線及び第２の捲き線を施してある電機子の前記第１単極ユニットの開口部及び前記第２単極ユニットの開口部に、前記一方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石が前記第１の捲き線に対向し、前記他方の２面の外側面における前記複数の平板状の永久磁石が前記第２の捲き線に対向するように貫通させてあり、
    　前記第１の捲き線と前記第２の捲き線とに電気角で９０度位相が異なる電流を印加すべくなしてあることを特徴とするリニアモータ。
  8. 　前記一方の２面の外側面間同士で前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位しており、前記他方の２面の外側面間同士で前記複数の平板状の永久磁石の設置位置が偏位していることを特徴とする請求項７記載のリニアモータ。
  9. 　隣り合う前記第１単極ユニットと前記第２単極ユニットとの間隔を調整してあることを特徴とする請求項７記載のリニアモータ。
  10. 　前記インナーヨークは四角筒状であって、前記開口部は四角形状であり、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットは四角形状であり、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットの辺の方向と前記開口部の辺の方向とが４５度の角度をなしていることを特徴とする請求項５乃至９の何れかに記載のリニアモータ。
  11. 　重なり合う前記第１単極ユニットと前記第２単極ユニットとの間に、前記第１単極ユニット及び第２単極ユニットのコア部同士が接触しないように軟質磁性体製のスペーサを挟んでいることを特徴とする請求項５乃至１０の何れかに記載のリニアモータ。
     
     
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