(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に延びるヨーク及び前記ヨークに沿って所定の間隔を開けて配置されて前記ヨークから延びる複数の磁極部から構成される磁極部列を有する電機子コアと、
前記磁極部列を構成する前記複数の磁極部のうち前記ヨークに沿って一つおきに並ぶ複数の磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有するリニアモータ用電機子であって、
前記複数の磁極部のうち、前記巻線部が巻装されない磁極部は前記ヨークと一体に構成されており、前記巻線部が巻装される前記一つおきに並ぶ複数の磁極部は、前記ヨークとは別体に形成された分割磁極部からなることを特徴とするリニアモータ用電機子。
【請求項２】
直線状に延びるヨーク及び前記ヨークの両側に前記ヨークに沿って所定の間隔を開けて配置されて前記ヨークから延びる複数の磁極部から構成された二つの磁極部列を有する電機子コアと、
前記二つの磁極部列をそれぞれ構成する前記複数の磁極部のうち前記ヨークに沿って一つおきに並ぶ複数の磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有するリニアモータ用電機子であって、
前記二つの磁極部列を構成する前記複数の磁極部のうち、前記巻線部が巻装されない磁極部は前記ヨークと一体に構成されており、前記巻線部が巻装される前記一つおきに並ぶ複数の磁極部は、前記ヨークとは別体に形成された分割磁極部からなることを特徴とするリニアモータ用電機子。
【請求項３】
前記ヨークと前記分割磁極部とは、リニアモータが稼動状態にあるときに発生する電磁力によっては分離しない嵌合構造を介して結合されている請求項１または２に記載のリニアモータ用電機子。
【請求項４】
前記嵌合構造は、前記ヨークに形成される被嵌合部と前記分割磁極部に形成される嵌合部とからなり、
前記被嵌合部は、前記分割磁極部が延びる方向に向かうに従って幅寸法が小さくなる溝からなり、前記嵌合部は前記溝にきつく嵌合される凸部からなる請求項３に記載のリニアモータ用電機子。
【請求項５】
前記嵌合部及び前記被嵌合部は、前記分割磁極部の長手方向に延びる前記分割磁極部の中心線を含み且つ前記ヨークの長手方向に延びる前記ヨークの中心線と直交する前記分割磁極部の仮想中心面に対して非対称な形状に形成されている請求項４に記載のリニアモータ用電機子。
【請求項６】
直線状に延びるヨーク及び前記ヨークに沿って所定の間隔を開けて配置されて前記ヨークから延びる複数の磁極部から構成される磁極部列を有する電機子コアと、
前記磁極部列を構成する前記複数の磁極部のうち前記ヨークに沿って一つおきに並ぶ複数の磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有し、
前記電機子コアが分割面において嵌合構造を介して嵌合された複数の分割コアユニットから構成されているリニアモータ用電機子であって、
前記巻線部が巻装されない前記磁極部を前記磁極列が延びる方向に二つに分割する位置に前記分割面が形成されるように前記複数の分割コアユニットが形成されており、
前記分割コアユニットは、前記複数の磁極部のうち前記巻線部が巻装されない磁極部が前記ヨークと一体に構成され、且つ前記巻線部が巻装される前記一つおきに並ぶ複数の磁極部が前記ヨークとは別体に形成された分割磁極部から構成されていることを特徴とするリニアモータ用電機子。
【請求項７】
隣接する二つ前記磁極部間に形成されたスロット内には、水冷配管が配置されている請求項１乃至６のいずれか１つに記載のリニアモータ用電機子。
【請求項８】
請求項２に記載のリニアモータ用電機子を備えた可動子と、
それぞれ列をなすように配置された複数の永久磁石から構成され、前記二つの磁極部列と対向する二つの永久磁石列を有する固定子とを具備するリニアモータであって、
前記永久磁石列に含まれる隣接する２つの前記永久磁石のそれぞれの磁気中心間の寸法τｐと、前記磁極部列に含まれる隣接する２つの前記磁極部のそれぞれの磁気中心間の寸法τｓとが、τｐ：τｓ＝６ｎ：（６ｎ−１）（ｎは自然数）の関係にあることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータ用電機子及びリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーク及びヨークに連結された複数の磁極部を有する電機子コアと、複数の磁極部のうちヨークに沿って一つおきに並ぶ磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有するリニアモータ用電機子が知られている。通常、この種のリニアモータ用電機子では、ヨークと複数の磁極部とが一体に成形されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のリニアモータ用電機子では、磁極部の形状によっては、ボビンに巻線導体を巻回して形成した巻線部を磁極部に挿入することができなかった。また、挿入不可能な場合には、磁極部の周囲に巻線導体を巻回して巻線部を形成している。しかしながら、磁極部間のスロット幅が狭い場合には、巻線ノズルを挿入しづらいために、巻線の巻回数を多くすることができなかった。
【０００４】
本発明の目的は、磁極部に巻線部を容易に形成できるリニアモータ用電機子を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、分割磁極部が誤った向きでヨークに嵌合されるのを防ぐことができるリニアモータ用電機子を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、複数の分割コアユニットにより電機子コアを構成することにより、推力の増減を容易に図れるリニアモータ用電機子を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、電機子コアを複数の分割コアユニットから構成しても、コギングの増大を抑制できるリニアモータ用電機子を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、より大きな推力を得ることができるリニアモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とするリニアモータ用電機子は、直線状に延びるヨーク及びヨークに沿って所定の間隔を開けて配置されてヨークから延びる複数の磁極部から構成される磁極部列を有する電機子コアと、磁極部列を構成する複数の磁極部のうちヨークに沿って一つおきに並ぶ複数の磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有している。本発明では、複数の磁極部のうち、巻線部が巻装されない磁極部をヨークと一体に構成し、巻線部が巻装される一つおきに並ぶ複数の磁極部を、ヨークとは別体に形成された分割磁極部から構成する。本発明のように、巻線部が巻装される磁極部をヨークと別体に形成された分割磁極部から構成すれば、個々の分割磁極部に巻線部を巻装してから、分割磁極部をヨークに結合して電機子を形成することができる。そのため、磁極部の形状及びスロットの大きさにかかわらず、磁極部に容易に巻装することができる。特に高密度磁極部のような巻装が困難な磁極部でも容易に巻装することができる。なお、巻線部は、予めボビンに巻線導体を巻回して形成しておいてもよく、その場合には、分割磁極部に巻線部を挿入する。また、分割磁極部に巻線導体を巻回して巻線部を形成してもよい。
【００１０】
本願の他の発明のリニアモータ用電機子は、ヨークの両側に配置される二つの磁極部列を有しているリニアモータ用電機子を改良の対象としている。このようなリニアモータ用電機子は、直線状に延びるヨーク及びヨークの両側にヨークに沿って所定の間隔を開けて配置されてヨークから延びる複数の磁極部から構成された二つの磁極部列を有する電機子コアと、二つの磁極部列をそれぞれ構成する複数の磁極部のうちヨークに沿って一つおきに並ぶ複数の磁極部にそれぞれ巻装された複数の巻線部とを有している。この場合には、二つの磁極部列を構成する複数の磁極部のうち、巻線部が巻装されない磁極部をヨークと一体に構成し、巻線部が巻装される一つおきに並ぶ複数の磁極部をヨークとは別体に形成された分割磁極部から構成する。
【００１１】
ヨークと分割磁極部との結合構造は任意である。しかしながら、両者をリニアモータが稼動状態にあるときに発生する電磁力によっては分離しない嵌合構造を介して結合すると、嵌め合わせ作業だけで、ヨークと分割磁極部とを結合できるので、組立が容易である。
【００１２】
このような嵌合構造は、例えば、ヨークに形成される被嵌合部と分割磁極部に形成される嵌合部とから構成することができる。この場合には、被嵌合部を分割磁極部が延びる方向に向かうに従って幅寸法が小さくなる溝とし、嵌合部を溝にきつく嵌合される凸部とすることができる。このようにすれば、固定子側に配置される永久磁石との間に発生する磁気吸引力が分割磁極部に作用しても、ヨークから分割磁極部が脱落することはない。
【００１３】
分割磁極部の嵌合部及びヨークの被嵌合部は、分割磁極部の長手方向に延びる分割磁極部の中心線を含み且つヨークの長手方向に延びるヨークの中心線と直交する分割磁極部の仮想中心面に対して非対称な形状に形成するのが好ましい。このようにすれば、ヨークに対する分割磁極部の嵌合方向が一方向に限定される。そのため、巻線部の配線等の構成により、ヨークに対する分割磁極部の向きを特定方向に限定する必要がある場合において、分割磁極部が誤った向きでヨークに嵌合されるのを防ぐことができる。
【００１４】
電機子コアは、分割面において嵌合構造を介して嵌合された複数の分割コアユニットから構成することができる。このようにすれば、推力の増減を容易に図ることができる。この場合、巻線部が巻装されない磁極部を磁極列が延びる方向に二つに分割する位置に分割面が形成されるように複数の分割コアユニットを形成するのが好ましい。磁極部以外のヨークの位置で分割面を形成すると、分割面（即ち、分割コアユニットの接合面）の面積が小さくなり、電機子コアに曲がりが生じやすくなり、スロットピッチの累積誤差が増大してコギングが増大するが、磁極部を二つに分割する位置に分割面を形成すれば、分割面（即ち、分割コアユニットの接合面）の面積が大きくなり、このようなコギングの増大を抑制することができる。なお、この場合、巻線部が巻装されない磁極部がヨークと一体に構成されているため、巻線部が巻装されない磁極部に分割面が形成されることになる。
【００１５】
また、このような電機子コアは、熱を発生し易いので、隣接する二つ磁極部間に形成されたスロット内には、水冷配管を配置するのが好ましい。
【００１６】
本発明の電機子を用いるリニアモータは、可動子と、それぞれ列をなすように配置された複数の永久磁石から構成され二つの磁極部列と対向する二つの永久磁石列を有する固定子とを具備している。この場合、永久磁石列に含まれる隣接する２つの永久磁石のそれぞれの磁気中心間の寸法τｐと、磁極部列に含まれる隣接する２つの磁極部のそれぞれの磁気中心間の寸法τｓとは、τｐ：τｓ＝６ｎ：（６ｎ−１）（ｎは自然数）の関係に設定するのが好ましい。このように設定すれば、より大きな推力を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態のリニアモータの正面図であり、図２は、図１に示すリニアモータを平面から見た一部破断図であり、図３は、図１に示すリニアモータに用いる電機子を側面から見た一部破断図である。なお、理解を容易にするため、図２において、右上部分は、第１の側面ブロック部材１３及びカバー部材１７を取り除いた図を示しており、右下部分は、第１の側面ブロック部材１３の下方に位置するリニアモータ用電機子１１の断面を示している。図１に示すように、リニアモータは、固定子１と該固定子１に対して移動可能な可動子３とを具備している。固定子１は、基台１Ａと該基台１Ａ上に平行に並ぶ一対の壁部１Ｂ，１Ｃとを有している。壁部１Ｂ上には、図２に示すように、複数の永久磁石７ａ，７ｂが並ぶ磁極列が配置されており、壁部１Ｃ上には、複数の永久磁石９ａ，９ｂが並ぶ磁極列が配置されている。永久磁石７ａ，７ｂは、可動子３側に位置する磁極がＮ極となる永久磁石７ａと可動子３側に位置する磁極がＳ極となる永久磁石７ｂとが交互に位置するように並んでいる。永久磁石９ａ，９ｂも永久磁石７ａ，７ｂと同様に、可動子３側に位置する磁極がＮ極となる永久磁石９ａと可動子３側に位置する磁極がＳ極となる永久磁石９ｂとが交互に位置するように並んでいる。これらの壁部１Ｂ，１Ｃは、互いの磁極列が対向するように基台１Ａにそれぞれ取り付けられている。
【００１８】
可動子３は、リニアモータ用電機子１１と、第１及び第２の側面ブロック部材１３，１５と、第１の側面ブロック部材１３上に配置されるカバー部材１７とを有している。カバー部材１７及び壁部１Ｂ，１Ｃは、カバー部材１７を壁部１Ｂ，１Ｃに支持する図示しない支持手段を有しており、この支持手段により、可動子３は、固定子１に対して移動可能に支持されている。このような支持手段は、例えば、カバー部材１７及び壁部１Ｂ，１Ｃの一方に回転体及び該回転体の軸受部を設け、他方に該回転体をガイドするレール部を設けることにより構成することができる。第１及び第２の側面ブロック部材１３，１５は、それぞれ板状のブロック部材であり、リニアモータ用電機子１１を挟むように、リニアモータ用電機子１１の上下に配置されている。この第１及び第２の側面ブロック部材１３，１５は、それぞれリニアモータ用電機子１１と対向する面に後述する巻線部１９及び冷却用配管２１の一部（リニアモータ用電機子１１から突出する部分）が配置される凹部を有しており、該凹部を除く部分は、リニアモータ用電機子１１と接触している。そして、第１及び第２の側面ブロック部材１３，１５は、図２に示す貫通孔２９ａ等を貫通する螺子により、リニアモータ用電機子１１に対して固定されている。
【００１９】
リニアモータ用電機子１１は、電機子コア１８と複数の巻線部１９と水冷配管２１とを有している。電機子コア１８は、複数の分割コアユニット２３…が組み合わされて構成されている。１つの分割コアユニット２３は、図４に示すユニット本体２５と、図５に示すようにユニット本体２５に嵌合可能な分割磁極部２７とを有している。ユニット本体２５は、複数の鋼板が積層されて構成されており、分割ヨーク２９と、分割ヨーク２９に一体成形された複数の一体磁極部３１…及び４つの一体磁極部半部３３Ａ〜３３Ｄとを有している。分割ヨーク２９は、直線状に延びるように形成されており、一体磁極部３１…に対応する部分には、貫通孔２９ａがそれぞれ形成されており、一体磁極部半部３３Ａ〜３３Ｄに対応する部分には、貫通孔半部２９ｂが形成されている。これらの貫通孔２９ａと、貫通孔半部２９ｂにより形成される貫通孔とには、前述したように、第１及び第２の側面ブロック部材１３，１５をリニアモータ用電機子１１に対して固定する螺子が貫通している。
【００２０】
一体磁極部３１は、分割ヨーク２９の両側に該分割ヨーク２９に沿って所定の間隔を開けて配置されており、巻線部１９が巻装されない非巻装磁極部を構成している。一体磁極部半部３３Ａ〜３３Ｄのそれぞれは、分割ヨーク２９の両側及び端部側に配置されており、他のユニット本体２５または端部ブロック３５と嵌合可能な構造を有している。具体的には、一体磁極部半部３３Ａ〜３３Ｄには、それぞれ凸部３３ａ及び凹部３３ｂからなる嵌合構造が形成されている。凸部３３ａは、ユニット本体２５の分割面２５ａから分割ヨーク２９の長手方向に突出しており、分割面２５ａから離れるに従って幅寸法が大きくなる台形形状を有している。凹部３３ｂは、ユニット本体２５の端面２５ａ及び厚み方向に開口しており、凸部３３ａと嵌合可能な形状を有している。凸部３３ａ及び凹部３３ｂが隣接する他のユニット本体２５の凹部３３ｂ及び凸部３３ａまたは端部ブロック３５の凹部３５ｂ及び凸部３５ａ（図２参照）とそれぞれ嵌合することにより、複数のユニット本体２５…と端部ブロック３５とが組み合わされて電機子コア１８が構成される。そして、このように電機子コア１８が構成されることによって、複数のユニット本体２５…の各分割ヨーク２９が組み合わされて電機子コア１８のヨーク１８ａが構成され、嵌合される２つの一体磁極部半部（３３Ａ，３３Ｃ）（３３Ｂ，３３Ｄ）により一体磁極部が構成されることになる。
【００２１】
分割ヨーク２９の隣接する一体磁極部３１，３１の間及び端部側に位置する一体磁極部３１と各一体磁極部半部（３３Ａ〜３３Ｄ）との間には、分割磁極部２７に嵌合される被嵌合部３７が形成されている。被嵌合部３７は、分割ヨーク２９の厚み方向と、後述する分割磁極部２７が延びる方向とに開口する溝により形成されている。この被嵌合部３７を形成する溝は、分割磁極部２７が延びる方向に向かうに従って幅寸法が小さくなる台形形状の第１の被嵌合部分３７ａと、該第１の被嵌合部分に連続して分割磁極部２７が延びる方向に開口する第２の被嵌合部分３７ｂとを有している。第２の被嵌合部分３７ｂの一方の側部には、該第２の被嵌合部分３７ｂ内部に突出する三角形の突起部３７ｃが形成されている。
【００２２】
分割磁極部２７は、図５に示すように、複数の鋼板が積層されて構成されており、巻線部１９が巻装される巻装磁極部を構成している。前述したように、分割ヨーク２９の隣接する一体磁極部３１，３１の間に被嵌合部３７が形成されているため、分割磁極部２７は、一体磁極部３１，３１の間に配置されることになる。そのため、巻線部が巻装される巻装磁極部（分割磁極部２７）は、複数の磁極部２７，３１のうちヨーク１８ａに沿って一つおきに並ぶことになる。この分割磁極部２７は、ユニット本体２５に嵌合された状態で一体磁極部３１と同形状になるような形状を有しており、ユニット本体２５の被嵌合部３７に嵌合する嵌合部２７ａを端部に有している。嵌合部２７ａは、被嵌合部３７にきつく嵌合される凸部からなり、第１の被嵌合部分３７ａに嵌合する台形形状の第１の嵌合部分２７ｂと、第２の被嵌合部分３７ｂに嵌合する第２の嵌合部分２７ｃとを有している。第２の嵌合部分２７ｃの一方の側部には、被嵌合部３７の突起部３７ｃが嵌合される三角形の凹部２７ｄが形成されている。このように、ユニット本体２５に突起部３７ｃが形成され、分割磁極部２７に凹部２７ｄが形成されているため、図４に示すように、分割磁極部２７の嵌合部２７ａ及びユニット本体２５の被嵌合部３７は、分割磁極部２７の長手方向に延びる分割磁極部２７の中心線を含み且つ分割ヨーク２９の長手方向に延びる分割ヨーク２９の中心線と直交する分割磁極部２７の仮想中心面Ｆに対して非対称な形状に形成されることになる。そのため、巻線部１９の配線等の構成により、分割ヨーク２９に対する分割磁極部２７の向きを特定方向に限定する必要がある場合でも、分割磁極部２７が誤った向きで分割ヨーク２９に嵌合されるのを防ぐことができる。本例では、被嵌合部３７及び嵌合部２７ａによりユニット本体２５及び分割磁極部２７を結合する嵌合構造が構成されている。このような嵌合構造により、ヨーク１８ａと分割磁極部２７とは、リニアモータが稼動状態にあるときに発生する電磁力によっては分離しないように結合される。また、図２に示すように、隣接する２つの永久磁石（７ａ，７ｂ）（９ａ，９ｂ）の各永久磁石の磁気中心線Ｃｐ，Ｃｐの間の寸法τｐと、隣接する２つの磁極部２７，３１の各磁極部の磁気中心線Ｃｓ，Ｃｓの間の寸法τｓとは、τｐ：τｓ＝１２：１１の関係になるように設定されている。これらの寸法τｐ，τｓは、τｐ：τｓ＝６ｎ：（６ｎ−１）（ｎは自然数）の関係になるように設定すればよい。更に、分割磁極部２７…及び一体磁極部３１…のヨーク１８ａ側の付け根に位置する隣接する二つ磁極部２７，３１間に形成されたスロット内には、水冷配管２１がつづら折り状態で配置されている。
【００２３】
本例では、ヨーク１８ａと別体に形成された分割磁極部２７により巻装磁極部を構成しているので、個々の分割磁極部２７に巻線部１９をそれぞれ挿入してから、分割磁極部２７をヨーク１７ａに結合して電機子１１を形成することができる。そのため、磁極部２７の形状及びスロットの大きさにかかわらず、高密度な巻線部１９を磁極部２７に容易に挿入することができる。
【００２４】
なお、本例では、リニアモータ用電機子は、ヨークの両側に配置される二つの磁極部列を有しているが、ヨークの片側に配置される一つの磁極部列を有するリニアモータ用電機子にも本発明を適用できるのは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、巻線部が巻装される磁極部をヨークと別体に形成された分割磁極部から構成するので、個々の分割磁極部に巻線部を巻装してから、分割磁極部をヨークに結合して電機子を形成することができる。そのため、磁極部の形状及びスロットの大きさにかかわらず、磁極部に容易に巻装することができる。特に高密度磁極部のような巻装が困難な磁極部でも容易に巻装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のリニアモータの正面図である。
【図２】図１に示すリニアモータを平面から見た一部破断図である。
【図３】図１に示すリニアモータに用いる電機子を側面から見た一部破断図である。
【図４】図１に示すリニアモータに用いるユニット本体の平面図である。
【図５】図１に示すリニアモータに用いる分割磁極部の平面図である。
【符号の説明】
１  固定子
３  可動子
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ  永久磁石
１１  リニアモータ用電機子
１８  電機子コア
１９  巻線部
２１  冷却用配管
２３  分割コアユニット
２５ａ  分割面
２７  分割磁極部
２７ａ  嵌合部
３３ａ，３３ｂ  嵌合構造
３７  被嵌合部
Ｆ  仮想中心面
Ｃｐ  磁極部中心線
Ｃｓ  永久磁石中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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