(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長い形状の固定子と、移動自在となるように該固定子に遊嵌された筒状の移動子と、を備え、かつ、磁石と電機子との間に生じる力を利用して前記移動子を前記固定子に沿って移動せしめるリニアモータにおいて、
前記磁石は、前記固定子の側に複数配置されて、前記移動子の移動方向に沿った磁石列を形成し、
前記電機子は、前記移動子の側に複数配置されて、前記磁石列に対向すると共に前記移動方向に沿った電機子列を形成し、
前記電機子の近傍には、前記移動子の移動に伴って風が流れる空気通路が形成され、
前記移動方向に沿うように背部が配置され、
前記電機子が、前記磁石に近接するように前記背部から延設された鉄心部と、該鉄心部に巻き掛けられたコイルと、からなり、
前記背部は、前記環状部材の外周側に接触させ、
前記コイルは、前記環状部材の内周側に接触させて、前記電機子列が該環状部材により支持され、
該環状部材は、一部が前記空気通路に配置されたことを特徴とする、リニアモータ。
【請求項２】
前記鉄心部の先端部には突起部が形成され、かつ、
前記コイルは、前記突起部によって抜けないように保持されることを特徴とする、請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記背部は、前記環状部材の外周側に形成された外側溝部に嵌め込まれ、
前記コイルは、前記環状部材の内周側に形成された内側溝部に嵌め込まれた、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電機子の冷却が可能なリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のリニアモータとしては、固定子の側に磁石列（移動子の移動方向に配置された永久磁石の列をいう。以下同じ。）が配置され、移動子の側に電機子列（移動子の移動方向に配置された電機子の列をいう。以下同じ。）が配置された片側式或いは両側式のリニアモータが知られている。また、円筒形のリニアモータであって、固定子の側に電機子列が配置され、移動子の側に磁石列の配置されたものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれのタイプのリニアモータにおいても、流れる電流によって電機子が過熱されてしまうこととなり、電機子を冷却するための装置を設けると、構造が複雑となって重くかつ高価になってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑み、簡単で安価な構造ながら電機子の冷却を可能とする、リニアモータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、細長い形状の固定子（２）と、移動自在となるように該固定子（２）に遊嵌された筒状の移動子（３）と、を備え、かつ、磁石（２０）と電機子（３０）との間に生じる力を利用して前記移動子（３）を前記固定子（２）に沿って移動せしめるリニアモータ（１）において、
前記磁石（２０）は、前記固定子（２）の側に複数配置されて、前記移動子（３）の移動方向（ｘ）に沿った磁石列（２０，…）を形成し、
前記電機子（３０）は、前記移動子（３）の側に複数配置されて、前記磁石列（２０，…）に対向すると共に前記移動方向（ｘ）に沿った電機子列（３０，…）を形成し、
前記電機子（３０）の近傍には、前記移動子（３）の移動に伴って風が流れる空気通路（Ｓ）が形成され、
前記移動方向（ｘ）に沿うように背部（３１１）が配置され、
前記電機子（３０）が、前記磁石（２０）に近接するように前記背部（３１１）から延設された鉄心部（３１０）と、該鉄心部（３１０）に巻き掛けられたコイル（３２）と、からなり、
前記背部（３１１）は、前記環状部材（３３）の外周側に接触させ、
前記コイル（３２）は、前記環状部材（３３）の内周側に接触させて、前記電機子列（３０，…）が該環状部材（３３）により支持され、
該環状部材（３３）は、一部が前記空気通路（S）に配置されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、前記鉄心部（３１０）の先端部には突起部（３１０ａ）が形成され、かつ、
前記コイル（３２）は、前記突起部（３１０ａ）によって抜けないように保持されることを特徴として構成される。
【０００７】
請求項３の発明は、前記背部（３１１）は、前記環状部材（３３）の外周側に形成された外側溝部（３３０）に嵌め込まれ、
前記コイル（３２）は、前記環状部材（３３）の内周側に形成された内側溝部（３３１）に嵌め込まれた、ことを特徴として構成される。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１及び３の発明によれば、前記電機子（３０）は前記移動子（３）の側に配置され、前記移動子（３）の移動に伴って風が流れる空気通路（Ｓ）が前記電機子（３０）の近傍に形成されているため、電機子（３０）を冷却することができる。また、この電機子列（３０，…）は環状部材（３３）に支持され、該環状部材（３３）は、一部が前記空気通路（Ｓ)に配置されているため、電機子列（３０，…）に発生した熱を、前記環状部材（３３）を通って前記空気通路（Ｓ)に放散させることができ、電機子列（３０，…）の冷却効率を高めることができる。しかも、冷却には、移動子（３）の移動に伴って流れる風を利用するだけであって、電機子冷却のための特別の装置が不要であり、その分、軽量かつ安価なリニアモータを得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、前記コイル（３２）の鉄心部（３１０）への取り付けは、突起部（３１０ａ）を利用して行うようになっているため、接着剤を使用する場合と異なり乾燥等の手間が不要で取り付け作業の簡素化を図ることができ、組み付け誤差を低減することができる。
【００１０】
なお、括弧内の番号等は、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
まず、本発明に係るリニアモータの全体構造について図１及び図２に沿って説明する。ここで、図１は、本発明に係るリニアモータの全体構造を示す縦断面図であり、図２は、本発明に係るリニアモータの構造を示す横断面図である。
【００１３】
本発明に係るリニアモータ１は、図１に示すように、細長い形状（略棒状）の固定子２と、移動自在となるように該固定子２に遊嵌された筒状の移動子３と、を備えている。そして、その固定子２には、その軸方向ｘに沿って永久磁石２０が複数配置され、他方の移動子３には、微小距離を隔てて永久磁石２０に対向するように電機子３０が配置されていて、電機子３０に印加する電圧を切り替えることに基づき移動子３が固定子２に沿って移動するように構成されている。
【００１４】
ここで、固定子２の詳細構造について図３〜図６に沿って説明する。なお、図３は、固定子の外観を示す斜視図であり、図４は、基部の外観を示す斜視図であり、図５は、固定バーの取り付け状態等を説明するための分解斜視図であり、図６は、永久磁石の配置位置を説明するための模式図である。
【００１５】
固定子２は、図３及び図４に示すような細長の円筒形状をした基部２１を備えている。この基部２１は、
・  外周面が６つの平面部２１０ａ，２１０ｂ，…からなって略々六角柱の外観を呈する部分（該部分は、図３に符号Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，…で示すように軸方向ｘに沿って複数配置されるが、それらを特に区別する必要が無い場合には単に“Ａ１”の符号だけを付して説明することとする。なお、該部分は、次に述べるように磁石２０を装着するための部分であるため、以下“磁石装着部”とする）と、
・  略々円筒の外観を呈する部分Ａ２（以下、“環状部Ａ２”とする）と、
が交互に配置された形状をしている。
【００１６】
そして、各平面部２１０ａ，２１０ｂ，…には永久磁石２０（各平面部２１０ａ，２１０ｂ，…に装着される永久磁石を区別する必要がある場合には符号２０ａ，２０ｂ，…を付して区別することとし、区別の必要が無い場合には単に符号２０を付すこととする）がそれぞれ配置されている。その結果、
・  永久磁石２０は、固定子２の軸方向ｘ（つまり、移動子３の移動方向）に一定ピッチで配置されて磁石列（例えば、符号２０ａ，２０ａ，２０ａ，…の磁石列）を形成し（図３参照）、
・  該磁石列は、前記中心軸ＣＬの回りに放射状に（かつ、中心軸ＣＬに対して対称的に）６本配置される（図２及び図３参照）、
こととなる。なお、本明細書において“中心軸ＣＬに対して対称的に”とは、図２に示すような横断面において磁石列や電機子列が一定の中心角ごと（図の場合は６０°ごと）に配置されている状態をいう。
【００１７】
かかる磁石２０は、平面部２１０ａ，２１０ｂ，…に装着される側は、該平面部２１０ａ，２１０ｂ，…とほぼ同じ大きさの平坦な面（図４の符号２００参照。以下、“被装着面”とする）を呈しており、その反対側（符号２０１参照。以下、“外周面”とする）は円筒外周面の一部を呈するように構成されている。なお、各磁石２０は、被装着面２００と外周面２０１とが互いに異なる磁極となるように磁化されている。そして、１つの磁石装着部Ａ１に配置される６つの永久磁石２０ａ，２０ｂ，…は外周面２０１の磁極が全て同じになるように、しかも、軸方向ｘには外周面２０１の磁極がＳ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎというように交互に切り替わるように設定されている。つまり、図３に示す固定子２においては、
・  符号Ａ１１に示す磁石装着部において外周面２０１の磁極が全てＳ極であり、
・  符号Ａ１２に示す磁石装着部において外周面２０１の磁極が全てＮ極であり、
・  符号Ａ１３に示す磁石装着部において外周面２０１の磁極が全てＳ極であり、
・  符号Ａ１４に示す磁石装着部において外周面２０１の磁極が全てＮ極であり、
・・・・・・・・・となるように構成されている。永久磁石２０をこのように配列することにより、軸方向ｘに隣接される磁石どうしは引き付け合うこととなり、磁石２０を基部２１に取り付けることが容易で、固定子２の組み立て作業が容易になるという効果を奏する。
【００１８】
ところで、１つの磁石装着部Ａ１において周方向に隣接される３つの平面部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃ（及び各平面部２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃにそれぞれ装着される磁石２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）は、図６に詳示するように、軸方向ｘに一定ピッチｐ１ずつずれるように配置されており、残り３つの平面部２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆ（及び各平面部２１０ｄ，２１０ｅ，２１０ｆにそれぞれ装着される磁石２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ）も、軸方向ｘに一定ピッチｐ１ずつずれるように配置されている。さらに、固定子２の中心軸ＣＬを中心として１８０度の角度で配置された２つの平面部（平面部２１０ａと平面部２１０ｄ、平面部２１０ｂと平面部２１０ｅ、平面部２１０ｃと平面部２１０ｆ）は軸方向ｘにずれないように（軸方向ｘの位置が一致するように）配置されている。
【００１９】
ところで、上述した環状部Ａ２には、図３、図５及び図６に示すように、軸方向ｘに配列される磁石２０と磁石２０との間隙を埋めるようにスペーサ２２が配置されている（かかるスペーサは、磁石２０ａと磁石２０ａとの間、磁石２０ｂと磁石２０ｂとの間、磁石２０ｃと磁石２０ｃとの間、磁石２０ｄと磁石２０ｄとの間、磁石２０ｅと磁石２０ｅとの間、磁石２０ｆと磁石２０ｆとの間のいずれにも配置されているが、それらを区別する必要がある場合には符号２２ａ，２２ｂ，…を付すこととし、区別の必要が無い場合には単に符号２２を付すこととする）。
【００２０】
つまり、固定子２の軸方向ｘには、図３及び図５に示すように、永久磁石２０とスペーサ２２とが交互に配置されることとなるが、それらの永久磁石２０やスペーサ２２の端面（周方向の端面）は、軸方向ｘに沿った細長い略平面部を構成しており、相対向する端面（例えば、永久磁石２０ａやスペーサ２２ａの周方向端面と、永久磁石２０ｂやスペーサ２２ｂの周方向端面）の間に溝部（図５の符号２３参照）を形成している。この溝部２３は、内周側が狭くて外周側が広い横断面形状をしており、基部２１の外周面に６本、放射状に形成されている。そして、この溝部２３には、内周側が狭くて外周側が広い楔状断面の固定バー２４がネジにて取り付けられている。溝部２３や固定バー２４は上述のような横断面形状であるため、溝部２３に装着された固定バー２４は、永久磁石２０やスペーサ２２の両端面（周方向の両端面）を基部２１に押え付けてそれらを固定する役割を果たす。
【００２１】
なお、スペーサ２２や固定バー２４の外周面は、永久磁石２０の外周面２０１と同じ曲率にて湾曲されていて、１つの円筒外周面を構成するようになっている（図３参照）。
【００２２】
次に、移動子３の構造を図７乃至図１０等に沿って説明する。ここで、図７は、移動子３の構造を示す分解斜視図であり、図８は、移動子３の構造を示す斜視図であり、図９は、電機子の詳細形状を示す斜視図であり、図１０は、電機子の組み付け状態を説明するための分解斜視図である。
【００２３】
移動子３は、図２に示すように６つの鉄心部材３１を有しており、これら６つの鉄心部材３１は固定子側の６つの磁石列２０ａ，…，２０ｂ，…，２０ｃ，…，２０ｄ，…，２０ｅ，…，２０ｆ，…に対向するように配置されている。各鉄心部材３１は、図１及び図７に示すように、軸方向ｘに沿って配置される部分（以下“背部”とする）３１１と、該背部３１１から中心軸ＣＬの方に植設された複数の鉄心部３１０と、によって櫛歯状に形成されている。そして、各鉄心部３１０には、図８等に示すようにコイル３２が巻き掛けられており、これらの鉄心部３１０とコイル３２とによって電機子３０が構成されている。つまり、本実施の形態においては、
・  電機子３０は、磁石列（例えば、符号２０ａ，…の磁石列）に対向するように軸方向ｘ（つまり、移動子３の移動方向）に複数配置されて電機子列を構成し、
・  該電機子列は、前記中心軸ＣＬの回りに放射状に（かつ、中心軸ＣＬに対して対称的に）６列配置される、
こととなる。なお、図７及び図８には、６つの鉄心部材３１の内の１つのみ示している。また、図７には１つのコイル３２のみを示し、図８には２つの電機子３０のみを示す。ところで、本実施の形態によれば、円筒形リニアモータにおいて電機子列や磁石列を放射状に複数（図では６本）配置しているため、それらの間に発生する吸引力や反発力も大きなものとなり、リニアモータの推進力を高めることができる。
【００２４】
ところで、このコイル３２は、図９及び図１０に詳示するように、中空部３２ａを有する箱型形状をしており、鉄心部３１０に嵌めこまれることによって電機子３０を構成するようになっている。なお、鉄心部３１０の先端部には突起部３１０ａが形成されていて、コイル３２が容易に抜けないように構成されている。本実施の形態においては、コイル３２の鉄心部３１０への取り付けは、上述のような突起部３１０ａを利用して行うようになっているため、接着剤を使用する場合と異なり乾燥等の手間が不要で取り付け作業の簡素化を図ることができ、組み付け誤差を低減することができる。
【００２５】
また、本発明における移動子３は、図７に詳示する形状の環状部材（電機子支持部材）３３を図１に示すように複数備えている。この環状部材３３の外周側には６つの溝部（以下、“外側溝部”とする）３３０が等間隔に形成されており、各外側溝部３３０には、図７乃至図１０に示すように鉄心部材３１の背部３１１がその外側から（環状部材３３の外側から）嵌め込まれている。そして、背部３１１の外面と環状部材３３の外面３３ａとは、図８に示すように略々同一曲率の円筒面を呈するようになっている。なお、図１に示すように、鉄心部３１０と鉄心部３１０との間には必ず環状部材３３が配置されているが、図７及び図８には、理解容易のために１つの環状部材３３のみを示す。本実施の形態によれば、鉄心部３１０は、固定子側永久磁石２０の方に延設されて永久磁石２０に大きな力で引き付けられるものの、鉄心部材３１が環状部材３３に上述のように支持される（つまり、上述した電機子列は、電機子支持部材としての環状部材３３によって支持される）ため、鉄心部３１０と永久磁石２０との間のギャップを適正に維持することができる。また、鉄心部材３１は、上述のような外側溝部３３０を利用して環状部材３３に取り付けられているため、周方向（環状部材３３の周方向）への位置ずれを最小限にして、図２に示すような放射状に正確に配置することができる。さらに、鉄心部材３１の環状部材３３への取り付けに接着剤を使用していないため、乾燥等の手間が不要で取り付け作業の簡素化を図ることができ、組み付け誤差を低減することができる。
【００２６】
またさらに、本発明における移動子３は、図１及び図２に示すようなケース３４を備えており、上述した鉄心部材３１や環状部材３３等はそのケース３４内に収納されているが、それらの部材３１，３３の外形はどの横断面でも同じになるように構成されているため、鉄心部材３１や環状部材３３等を組み立てた後、ケース３４に挿入することによって組み付けが終了し、組み付け作業が簡単であるという効果を奏する。
【００２７】
さらに、この環状部材３３の内周側には、図７に示すように、外側溝部３３０に対応する位置にそれぞれ溝部（以下、“内側溝部”とする）３３１が形成されると共に、この内側溝部３３１には、図９及び図１０に詳示するように、コイル３２が嵌め込まれるようになっており、これによりコイル３２の位置決めをすることができる。また、コイル３２と環状部材３３との間に接着剤を使用していないため、乾燥等の手間が不要で取り付け作業の簡素化を図ることができ、組み付け誤差を低減することができる。さらに、コイル３２は、環状部材３３に当接されると共に、突起部３１０ａによって鉄心部３１０に嵌められているため、鉄心部材３１からの環状部材３３の抜けを防ぐことができる。したがって、移動子３の組み立て作業が容易になるという効果を奏する。
【００２８】
ところで、本実施の形態においては、互いに併設されてなる２列の電機子列（つまり、中心軸ＣＬに沿うように、かつ軸方向ｘにずれないように配置される２列の電機子列）と環状部材３３との間には、図２に符号Ｓで示すような空気通路が軸方向ｘに沿って形成されることとなる。なお、それら２列の電機子列は、前記磁石列に近接する側の間隙が狭く、前記磁石列から離れるに従って間隙が広くなるように配置されている（空気通路Ｓは、前記磁石列に近接する側が狭く、前記磁石列から離れるに従って広くなる形状である）。そして、この空気通路Ｓの両端部には図１に示すように開口部ＤＬ，ＤＲがそれぞれ形成されており、移動子３の＋ｘ方向及び−ｘ方向への移動に伴って空気通路内に風が流れて電機子３０が冷却されるようになっている。
【００２９】
本実施の形態によれば、電機子冷却のための特別の装置が不要で、その分、軽量かつ安価なリニアモータを得ることができる。また、空気通路Ｓは磁石列に近接する側が狭くなるように形成されているため、一方の電機子列が対向する磁石列（例えば、図３に符号２０ａ，２０ａ，…で示す磁石列）と、他方の電機子列が対向する磁石列（例えば、図３に符号２０ｂ，２０ｂ，…で示す磁石列）とを互いに近接させて配置することができ、その分、磁石の配置スペースを小さくしてリニアモータの小型化を図ることができる。さらに、空気通路Ｓは、磁石列から離れるに従って広くなるような断面形状であるため、（磁石列に近接する側が狭いにもかかわらず）断面積を大きく取ることができ、該通路Ｓを流れる風の量が多くなり、電機子３０を十分に冷却することができる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、固定子２の横断面に関しては６つの磁石２０を配置したが、偶数個であれば良く、８個でも１０個でも良い。このような磁石の個数にかかわらず、１８０度離れた２つの磁石（本実施の形態の場合は永久磁石２０ａと永久磁石２０ｄ、永久磁石２０ｂと永久磁石２０ｅ、永久磁石２０ｃと永久磁石２０ｆ）についての軸方向ｘの位置を一致させ、かつ周方向に隣り合う磁石（本実施の形態の場合は、永久磁石２０ａと永久磁石２０ｂ、永久磁石２０ｂと永久磁石２０ｃ）についての軸方向ｘの位置を一定ピッチｐ１ずつずらしておくと良い。
【００３１】
本実施の形態によれば、各磁石列は複数の永久磁石２０から構成されるので、各永久磁石２０の磁束の方向を装着面に直角な方向に整列させることが容易であり、磁束の方向に乱れのない均一な磁石列を形成することが出来る。
【００３２】
ところで、上述した実施の形態では基部２１は１つの部材で一体的に形成されていたが、軸方向や周方向に分割形成されていても良い。また、基部２１を用いずに、永久磁石だけを円筒状に配列しても良い。
【００３３】
また、上述した実施の形態においては固定子２や基部２１や磁石２０を円筒形にしたが、もちろんこれに限られるものではなく、多角形形状としても良い。さらに、固定子２（具体的には基部２１）を中空の筒状としたが、中実棒状に形成しても良い。
【００３４】
またさらに、上述した実施の形態では、磁石列や電機子列は、固定子２の中心軸ＣＬに対して対称的に（つまり、図２に示されるように、横断面において一定の中心角ごとに）配置されていたが、電機子３０の冷却のみを達成させる点だけを考えれば、中心軸ＣＬに対して対称的に配置されていなくても良い。
【００３５】
また、上述した実施の形態では、空気通路Ｓには２つの開口部ＤＬ，ＤＲが形成されていて、中心線ＣＬに対する該開口部ＤＬ，ＤＲの傾き角（図１の符号θ参照）はいずれも９０°であって、移動子３が＋ｘ方向及び−ｘ方向のいずれの方向へ移動する場合にも風が流れるように構成されていたが、もちろんこれに限られるものではない。例えば、
・  開口部の数は３つ以上であっても良く、
・  少なくとも１つの開口部の傾き角θが、
０°＜θ≦９０°
であれば、残りの開口部の傾き角θが０°（つまり、開口部が中心軸ＣＬに沿って配置された状態）であっても良い。この場合、前者の開口部から空気が侵入し、後者の開口部から空気が排出されることとなる。
【００３６】
さらに、上述した実施の形態では、移動子３は、筒状で固定子３に遊嵌されていたが、電機子の冷却だけを考えた場合には、そのような構造（すなわち、移動子が筒状である点や、移動子が固定子に遊嵌されている点）に限定されるものでは無く、
・  固定子及び移動子が相対向するように配置されていて、
・  電機子が移動子の側に配置されていて、
・  該電機子の近傍に、移動子の移動に伴って風が流れる空気通路が形成されて
いれば足りる。
【００３７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３８】
いま、所定のタイミングでコイル３２に順次電圧を印加し電機子３０を励磁していくと、各電機子３０と各永久磁石２０との間には吸引力や反発力が作用し、移動子３は固定子２の軸方向ｘに移動される。つまり、磁石２０と電機子３０との間に生じる力を利用して移動子３が固定子２に沿って移動されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    図１は、本発明に係るリニアモータの全体構造を示す縦断面図である。
【図２】    図２は、本発明に係るリニアモータの構造を示す横断面図である。
【図３】    図３は、固定子の外観を示す斜視図である。
【図４】    図４は、基部の外観を示す斜視図である。
【図５】    図５は、固定バーの取り付け状態等を説明するための分解斜視図である。
【図６】    図６は、永久磁石の配置位置を説明するための模式図である。
【図７】    図７は、移動子３の構造を示す分解斜視図である。
【図８】    図８は、移動子３の構造を示す斜視図である。
【図９】    図９は、電機子の詳細形状を示す斜視図である。
【図１０】    図１０は、電機子の組み付け状態を説明するための分解斜視図である。
【符号の説明】
１………リニアモータ
２………固定子
３………移動子
２０……永久磁石
２１……基部
３３……環状部材（電機子支持部材）
ＣＬ……中心軸
ｐ１……ずれ（ピッチ）
Ｓ………空気通路
【図１】
0003646095.tif 000002
【図２】
0003646095.tif 000003
【図３】
0003646095.tif 000004
【図４】
0003646095.tif 000005
【図５】
0003646095.tif 000006
【図６】
0003646095.tif 000007
【図７】
0003646095.tif 000008
【図８】
0003646095.tif 000009
【図９】
0003646095.tif 000010
【図１０】
0003646095.tif 000011