(57)【要約】【課題】  推力が大きく、しかも、トルク脈動やコギングトルクを低減できる円筒型リニアモータ，電磁サスペンション及びそれを用いた車両を提供することを目的とする。【解決手段】  円筒型リニアモータ１００は、固定子１１０と、固定子１１０に対して隙間を介して配置されるとともに、固定子１１０に対して直線的に移動可能な移動子１３０とから構成される。固定子１１０は、固定子突極１１４Ｔを有する固定子鉄心１１４と、固定子鉄心１１４に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線１１４Ｃとからなる。移動子１３０は、移動子鉄心１３２に固定された複数の永久磁石１３６を備える。固定子突極１１４Ｔのピッチτｓとし、永久磁石１３６のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータであって、
前記固定子は、
固定子突極を有する固定子鉄心と、
この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、
前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、
前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１としたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子鉄心の両端のさらに両側に配置された補助突極を備えたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子巻線は、各相毎に、連続的に巻回されていることを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項４】
請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子鉄心は、前記移動子と対向する面の側において、前記移動子の移動する方向で、前記スロットの入り口方向に突出した凸部を備えたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項５】
請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子鉄心は、交互に配置された複数の固定子ヨークと、複数の固定子突極とからなることを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項６】
請求項１記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子突極は、圧粉により形成されていることを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項７】
固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータであって、
前記固定子は、
円筒形状の固定子ケースの内周側に、交互に配置された複数の固定子ヨークと複数の固定子突極と、
前記固定子ヨークと２つの前記固定子突極とによって形成されるスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、
前記移動子は、移動子鉄心の外周に、互いに離間して配置された複数の永久磁石からなり、
前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：８若しくは９：１０としたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項８】
請求項７記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子突極の内、両側に配置される固定子突極のさらに両側に配置された補助突極を備えたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項９】
請求項８記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記補助突極は、前記移動子と対向する面が前記固定子の半径方向に対して角度θ１（θ１＜９０°）の角度を持って形成されていることを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項１０】
固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータであって、
前記固定子は、
円筒形状の固定子ケースの内周側に、交互に配置された複数のリング状の固定子ヨークと複数のリング状の固定子突極と、
前記固定子ヨークと２つの前記固定子突極とによって形成されるスロット内に挿入されたリング状の３相の固定子巻線とからなり、
前記移動子は、円筒形状の移動子鉄心の外周に、互いに離間して配置された複数のリング状の永久磁石からなり、
前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、８τｐ＝９τｓ若しくは１０τｐ＝９τｓとしたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項１１】
請求項１０記載の円筒型リニアモータにおいて、
前記固定子突極の内、両側に配置される固定子突極のさらに両側に配置され、円筒型リニアモータから発生するトルクをなめらかにする補助突極を備えたことを特徴とする円筒型リニアモータ。
【請求項１２】
固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータと、
この円筒型リニアモータの前記固定子巻線に通電する電流を制御する制御手段とを有する電磁サスペンションであって、
前記固定子は、
固定子突極を有する固定子鉄心と、
この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、
前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、
前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１としたことを特徴とする電磁サスペンション。
【請求項１３】
固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成されるリニアモータからなり、車体と車輪の間に取り付けられたる電磁サスペンションユニットと、
この電磁サスペンションユニットの前記リニアモータの前記固定子巻線に通電する電流を制御する制御手段と、
前記車体の運動を検出する運動検出手段とを有する車両であって、
前記リニアモータの前記固定子は、
固定子突極を有する固定子鉄心と、
この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、
前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、
前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１とし、
前記制御手段は、前記運動検出手段によって検出された車体の運動を抑制するように、前記固定子巻線に流す電流を制御することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒型リニアモータ，電磁サスペンション及びそれを用いた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００４−５３００３号公報に記載のように、電磁サスペンションのモータとして、３相同期型円筒型リニアモータを用いたものが知られている。３相同期型円筒型リニアモータは、２重筒の外筒（固定子）の内周側にコイルを取り付け、内筒（移動子）の外周側に磁石を取り付けた構成となっており、固定子コアを用いないものである。
【０００３】
また、例えば、特開平７−２７６９６３号公報に記載のように、電磁サスペンションのモータとして、リング状のスペーサからなる固定子コアと、コイルからなる固定子を有する３相非同期型（誘導型）円筒型リニアモータを用いたものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−５３００３号公報
【特許文献２】特開平７−２７６９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特開２００４−５３００３号公報に記載のものは、固定子側に固定子コアを持たない構成であり、外筒と内筒の間の空間にコイルを配置する空隙巻線方式であるため、外筒側の固定子ヨークの内面と、内筒の外周に取り付けられた磁石の外周面との間の距離が長くなり、結果として、推力が小さいという問題があった。
【０００６】
また、特開平７−２７６９６３号公報に記載のものは、移動子側に磁石を用いない構造であるため、起磁力が低く、したがって、推力が小さいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、推力を大きくするため、外筒側の固定子に固定子コアを設け、また、内筒側の移動子に磁石を設けた磁石式３相同期モータについて検討を進めた。しかしながら、外筒に対して内筒をスライドさせた際に、内筒の磁石の位置が変化することにより、発生する推力に大きな脈動が発生することが分かった。また、コギングトルクも大きくなった。磁石式３相同期モータを車両用の電磁サスペンションとして用いる場合、トルク脈動やコギングトルクの脈動は乗り心地を悪化させる要因となる。
【０００８】
本発明の目的は、推力が大きく、しかも、トルク脈動やコギングトルクを低減できる円筒型リニアモータ，電磁サスペンション及びそれを用いた車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、推力が大きく、しかも、トルク脈動やコギングトルクを低減できる円筒型リニアモータ，電磁サスペンション及びそれを用いた車両を提供することにある。
【００１０】
本発明の最も代表的な特徴は、固定子突極のピッチτｓとし、永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、推力が大きく、しかも、トルク脈動やコギングトルクを低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る円筒型リニアモータの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。  
すなわち、固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータであって、前記固定子は、固定子突極を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１としたものである。
【００１３】
また、本発明に係る電磁サスペンションの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。  
すなわち、固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータと、この円筒型リニアモータの前記固定子巻線に通電する電流を制御する制御手段とを有する電磁サスペンションであって、前記固定子は、固定子突極を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１としたものである。
【００１４】
また、本発明に係る車両の最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。  
すなわち、固定子巻線を有する固定子と、この固定子に対して隙間を介して配置されるとともに、前記固定子に対して直線的に移動可能な移動子とから構成される円筒型リニアモータからなり、車体と車輪の間に取り付けられたる電磁サスペンションユニットと、この電磁サスペンションユニットの前記円筒型リニアモータの前記固定子巻線に通電する電流を制御する制御手段と、前記車体の上下振動を検出する複数の上下加速度センサとを有する車両であって、前記円筒型リニアモータの前記固定子は、固定子突極を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心に形成されたスロット内に挿入された３相の固定子巻線とからなり、前記移動子は、移動子鉄心に固定された複数の永久磁石からなり、前記固定子突極のピッチτｓとし、前記永久磁石のピッチをτｐとするとき、τｐ：τｓ＝９：９±１とし、前記制御手段は、前記上下加速度センサによって検出された車体の振動を抑制するように、前記固定子巻線に流す電流を制御するようにしたものである。
【００１５】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の実施例である電磁サスペンションの構成について説明する。  
最初に、図１及び図２を用いて、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成について説明する。  
図１は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成を示す横断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１６】
本実施例による永久磁石式３相円筒型リニアモータ１００は、円筒形状の固定子１１０と、固定子１１０の内部に摺動可能に保持された円筒形状の移動子１３０とから構成される。
【００１７】
固定子１１０は、固定子ケース１１２と、固定子鉄心１１４と、固定子巻線１１４Ｃと、固定子内部ケース１１８から構成される。固定子ケース１１２は有底の円筒形状であり、底部側の外端面には取り付け部１５０Ｗが固定されている。また、固定子ケース１１２の外周には、放熱のため凹凸部（図示せず）が形成されている。固定子ケース１１２の内周側には、固定子鉄心１１４が固定されている。固定子ケース１１２は、有底の円筒形状のものを軸方向に２分割したものを、分割面で合わせて、円筒形状としている。半割にした片方の固定子ケース１１２の中に固定子の各構成部品（後述する固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ，固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ，固定子巻線１１４Ｃ，補助突極１１４Ｐ）が配置された後、残りの半割の固定子ケースをかぶせて固定子が構成される。
【００１８】
固定子鉄心１１４は、９個のリング状の固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ（１１４Ｙ１，１１４Ｙ２，…，１１４Ｙ９）と、１０個のリング状の固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ（１１４Ｔ１，１１４Ｔ２，…，１１４Ｔ１０）と、２個のリング状の補助突極１１４Ｐ（１１４Ｐ１，１１４Ｐ２）とからなる。固定子鉄心ヨーク１１４Ｙと、固定子鉄心歯部１１４Ｔと、補助突極１１４Ｐとは、いずれも、鉄製である。固定子鉄心歯部１１４Ｔは、固定子鉄心ヨーク１１４Ｙとは別体に構成しているため、両者を一体的に形成する場合に比べて、それぞれ、比較的単純なリング構成でよいため、制作性が向上する。なお、固定子鉄心歯部１１４Ｔとしては、鉄粉を圧縮して固めた圧粉を用いることもできる。圧粉を用いることにより、固定子歯部の抵抗値を大きくでき、渦電流損を小さくできるため、発生するトルクを大きくすることができる。
【００１９】
固定子鉄心歯部１１４Ｔ１と固定子鉄心歯部１１４Ｔ２の間に、固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ１が配置されるように、固定子鉄心歯部１１４Ｙは隣接する固定子鉄心歯部１１４Ｔの間に配置される。固定子鉄心歯部１１４Ｔ１が固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ１と接する面の反対側の面には、補助突極１１４Ｐ１が配置される。また、固定子鉄心歯部１１４Ｔ１０が固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ９と接する面の反対側の面には、補助突極１１４Ｐ２が配置される。補助突極１１４Ｐ１，１１４Ｐ２は、固定子鉄心の両側に設けられるものであり、固定子鉄心の両端部における磁束の変化を滑らかにするものである。
【００２０】
固定子鉄心ヨーク１１４Ｙと、その両側に位置する固定子鉄心歯部１１４Ｔとによって形成される９個のスロット内には、９個の固定子巻線１１４Ｃ（１１４Ｃ（Ｕ１＋），１１４Ｃ（Ｕ２−），１１４Ｃ（Ｕ３＋），１１４Ｃ（Ｖ１＋），１１４Ｃ（Ｖ２−），１１４Ｖ（Ｖ３＋），１１４Ｃ（Ｗ１＋），１１４Ｃ（Ｗ２−），１１４Ｃ（Ｗ３＋））がそれぞれ配置される。例えば、固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ１と、その両側に位置する固定子鉄心歯部１１４Ｔ１，１１４Ｔ２とによって形成されるスロット内には、固定子巻線１１４Ｃ１が配置される。固定子巻線１１４Ｃは、表面をエナメル被覆された銅線を、リング状に複数ターン巻回したものが用いられる。固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋），１１４Ｃ（Ｕ２−），１１４Ｃ（Ｕ３＋）は、Ｕ相固定子コイルを構成し、固定子巻線１１４Ｃ（Ｖ１＋），１１４Ｃ（Ｖ２−），１１４Ｖ（Ｖ３＋）は、Ｖ相固定子コイルを構成し、固定子巻線１１４Ｃ（Ｗ１＋），１１４Ｃ（Ｗ２−），１１４Ｃ（Ｗ３＋）は、Ｗ相固定子コイルを構成する。Ｕ相コイルについて見ると、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋）と固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ３＋）とは同一方向に巻回され、同一方向に電流が流れ、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ２−）は、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋）とは逆方向に巻回され、逆方向に電流が流れる。
【００２１】
さらに、固定子鉄心歯部１１４Ｔの最内周側には、矢印Ｘ方向に突出した凸部が設けられており、スロットの入口の幅が、固定子巻線１１４Ｃの幅に比べて短くなっている。
【００２２】
次に、移動子１３０は、移動子ケース１３２と、移動子鉄心１３４と、１１個の永久磁石１３６とからなる。移動子ケース１３２は、有底の円筒形状であり、その内径は、固定子ケース１１２の外径よりも大きくなっている。また、移動子ケース１３２の底部側の外端面には取り付け部１５０Ｂが固定されている。移動子鉄心１３４は、移動子ケース１３２の底部に固定されるとともに、円筒形状である。１１個の永久磁石１３６は、リング状であるとともに、移動子鉄心１３４の外周側に互いに離間して等間隔で取り付けられている。隣接する永久磁石１３６の極性は、Ｎ極，Ｓ極が軸方向に交互に並んだ構成となっている。永久磁石１３６の外周側と、固定子鉄心歯部１１４Ｔの内周側の間には、所定の空隙が設けられており、移動子１３０は、固定子１１０の内部を矢印Ｘ方向に非接触で往復動可能である。
【００２３】
また、移動子１３０の両端側に位置する永久磁石の外周近傍には、それぞれ３個のホール素子からなる磁極位置センサ１７０Ｗ，１７０Ｂが設けられている。３個のホール素子は、それぞれ、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の磁極位置を検出する。また、固定子内部ケース１１８の移動子側の端部には、ストロークセンサ固定子１９２が設けられ、移動子１３０の移動子ケース１３２の底部には棒状のストロークセンサ移動子１９４が設けられている。ストロークセンサ固定子１９２とストロークセンサ移動子１９４とによって、ストロークセンサ１９０が構成される。ストロークセンサ１９０は、固定子１１０に対する移動子１３０のｘ方向の移動量を検出するリニアセンサであり、例えば、ポテンショメータ方式で移動量（ストローク）を検出する。また、ストロークセンサとしては、リラクタンスを利用した非接触センサでもよい。さらに、ストロークセンサは、磁極位置センサの代用にすることもでき、また、加速度センサとしても利用することが可能である。
【００２４】
ここで、本実施例では、隣接する固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔの中心間の距離（固定子突極のピッチ）をτｓとし、隣接する永久磁石１３６の中心間の距離（永久磁石のピッチ）をτｐとすると、τｐ：τｓ＝９：８としている。すなわち、９τｓ＝８τｐの関係となっている。
【００２５】
上述した固定子１１０と移動子１３０とからなる円筒型リニアモータにおいて、さらに、固定子巻線１１４Ｃに流す電流を制御して、発生する推力を制御する制御装置を備えて、電磁サスペンションが構成される。制御装置の構成については、図？を用いて後述する。電磁サスペンションは、自動車や鉄道車両等に用いられ、取り付け部１５０Ｂは車両のボディ側に取り付けられ、取り付け部１５０Ｗは、車輪側に取り付けられる。
【００２６】
ここで、図３を用いて、各部の具体的寸法について説明する。  
図３は、図１の要部拡大図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２７】
以下に説明する各部の寸法は、自動車に用いる電磁サスペンションの場合である。固定子１１０の外径Ｒ１，固定子ケース１１２の厚さＴ１，固定子鉄心歯部１１４Ｔの半径方向厚さＴ２，固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ２の軸方向（図１のＸ方向）の長さＬ１とするとき、固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ３，…，１１４Ｔ９の幅も同じくＬ１である。固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ１の軸方向の長さＬ２は、固定子鉄心歯部１１４Ｔ２の半分である。
【００２８】
固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ２の軸方向の長さＬ３とすると、他の固定子鉄心ヨーク１１４Ｙ１，…，１１４Ｙ９の軸方向の長さも同じくＬ３である。補助突極１１４Ｐ１の軸方向の長さＬ４とすると、補助突極１１４Ｐ２の軸方向の長さも同じくＬ４である。補助突極１１４Ｐ１，１１４Ｐ２は円錐台形状であり、固定子鉄心歯部１１４Ｔ１，１１４Ｔ１０と接する側は、円筒形状であり、円筒部の軸方向の長さＬ６とし、補助突極１１４Ｐ１の内周側の面が、軸方向となす角度θ１は、２０°である。固定子鉄心歯部１１４Ｔの最内周側の隣接する凸部１１４ＴＴ１，１１４ＴＴ２の間隔Ｌ５とすると、他の凸部間の間隔も同じくＬ５である。
【００２９】
隣接する固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔの中心間の距離（固定子突極のピッチ）τｓは、１０ｍｍである。一方、隣接する永久磁石１３６の中心間の距離（永久磁石のピッチ）τｐは、１１．６ｍｍである。したがって、τｐ：τｓ＝９：８，すなわち、９τｓ＝８τｐの関係となっている。
【００３０】
固定子鉄心歯部１１４Ｔの内周面と、移動子１３０の永久磁石１３６の外周面との間の距離（空隙長）Ｇは、０．５ｍｍである。
【００３１】
次に、図４を用いて、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの固定子巻線の巻回方法について説明する。  
図４は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの固定子巻線の構成を示す平面図である。ここでは、Ｕ相固定子巻線について説明するが、他のＶ相，Ｗ相固定子巻線も同様である。
【００３２】
Ｕ相固定子巻線は、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋），１１４Ｃ（Ｕ２−），１１４Ｃ（Ｕ３＋）からなる。固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋）と固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ３＋）とは同一方向に巻回され、同一方向に電流が流れ、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ２−）は、固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋）とは逆方向に巻回され、逆方向に電流が流れる。ここで、これらの３つの固定子巻線１１４Ｃ（Ｕ１＋），１１４Ｃ（Ｕ２−），１１４Ｃ（Ｕ３＋）は、連続して巻回されている。このように、同相のコイルを連続巻きとすることにより、コイルの接続作業を少なくできるため、制作性が向上する。さらに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線は、スター（Ｙ）結線される。
【００３３】
次に、図５を用いて、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の効果について説明する。  
図５は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の効果の説明図である。
【００３４】
図５（ａ）は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の理論計算結果である磁力線の分布を示している。一方、図５（Ｂ）は、比較例としてτｐ：τｓ＝１２：８とした場合の理論計算結果である磁力線の分布を示している。
【００３５】
さらに、図５（ｃ）において、横軸は移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は推力（Ｎ）を示している。図中、線ａ１が本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合のトルクの変化を示している。また、線ｂ１が比較例としてτｐ：τｓ＝１２：８とした場合のトルクの変化を示している。図５（ｃ）の線ｂ１の方が最大トルクは大きいものの、トルクの変化（脈動）が大きくなっている。一方、線ａ１に示すように、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の方が、トルク変動を低減できるものである。
【００３６】
また、図５（ｄ）において、横軸は移動量（ｍｍ）を示し、縦軸はディタント力（コギングトルク）（Ｎ）を示している。図中、線ａ２が本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合のコギングトルクを示している。また、線ｂ２が比較例としてτｐ：τｓ＝１２：８とした場合のコギングトルクを示している。図５（ｄ）の線ａ２に示すように、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の方が、コギングトルクを低減できるものである。
【００３７】
なお、以上の例は、円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合であるが、τｐ：τｓ＝９：１０とした場合にも、トルクの変動は、図５（ｃ）の線ａ１と同様に、線ｂ１に比べて小さくでき、また、コギングトルクも、図５（ｄ）の線ａ２と同様に、線ｂ２に比べて小さくできるものである。
【００３８】
次に、図６を用いて、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータを補助突極１１４Ｐ付とした場合の効果について説明する。  
図６は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータを補助突極付とした場合の効果の説明図である。
【００３９】
図６（ａ）は、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とし、さらに、補助突極を固定子の両端に設けた場合の理論計算結果である磁力線の分布を示している。一方、図６（Ｂ）は、図５（ａ）と同じく、τｐ：τｓ＝９：８として、補助突極は設けない場合の理論計算結果である磁力線の分布を示している。
【００４０】
さらに、図６（ｃ）において、横軸は移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は推力（Ｎ）を示している。図中、線ａ１は、図５（ｃ）と同じく、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とし、補助突極は設けない場合のトルクの変化を示している。また、線ｃ１がτｐ：τｓ＝９：８とし、さらに、補助突極を固定子の両端に設けた場合のトルクの変化を示している。図６（ｃ）の線ｃ１に示すように、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８として、さらに、補助突極を固定子の両端に設けた場合の方が、図６（ｃ）の線ａ１で示す補助突極がない場合に比べて、トルク変動を低減できるものである。
【００４１】
また、図６（ｄ）において、横軸は移動量（ｍｍ）を示し、縦軸はディタント力（コギングトルク）（Ｎ）を示している。図中、線ａ２は、図５（ｄ）と同じく、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とし、補助突極は設けない場合のコギングトルクを示している。また、線ｃ２がτｐ：τｓ＝９：８とし、さらに、補助突極を固定子の両端に設けた場合のコギングトルクを示している。図６（ｃ）の線ｃ２に示すように、本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８として、さらに、補助突極を固定子の両端に設けた場合の方が、図６（ｃ）の線ａ２で示す補助突極がない場合に比べて、コギングトルクを低減できるものである。
【００４２】
なお、以上の例は、円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合であるが、τｐ：τｓ＝９：１０とした場合にも、トルクの変動は、図６（ｃ）の線ｃ１と同様に、線ａ１に比べて小さくでき、また、コギングトルクも、図６（ｄ）の線ｃ２と同様に、線ａ２に比べて小さくできるものである。
【００４３】
したがって、τｐ：τｓ＝９：９±１とすることにより、トルク変動を低減し、コギングトルクを低減できるものとなる。
【００４４】
次に、図７を用いて、本実施例の他の構成による電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成について説明する。  
図７は、本実施例の他の構成による電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成を示す横断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４５】
本実施例による永久磁石式３相円筒型リニアモータ１００’は、円筒形状の固定子１１０’と、固定子１１０’の内部に摺動可能に保持された円筒形状の移動子１３０とから構成される。図１に示した例と相違するのは、固定子１１０’を構成する１０個のリング状の固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ’（１１４Ｔ１’，１１４Ｔ２’，…，１１４Ｔ１０’）の構成であり、他の固定子ヨーク１１４Ｙ，固定子巻線１１４Ｃ，補助突極１１４Ｐの構成は同じである。
【００４６】
図１に示した例では、固定子鉄心歯部１１４Ｔの最内周側には、矢印Ｘ方向に突出した凸部が設けられており、スロットの入口の幅が、固定子巻線１１４Ｃの幅に比べて短くなってしていた。それに対して、本例の固定子鉄心歯部（固定子突極）１１４Ｔ’は、図１の凸部は設けずに、固定子巻線１１４Ｃを配置するスロットがオープンスロットの形状としている点である。かかる構成により、固定子の製造がし易くなる。
【００４７】
次に、図８〜図１０を用いて、本実施例の電磁サスペンションの構成について説明する。なお、以下の例では、自動車用の電磁サスペンションを例にして説明する。  
図８は、本実施例の電磁サスペンションの構成を示すシステムブロック図である。図９は、本実施例の電磁サスペンションの要部構成を示すブロック図である。図１０は、本実施例の電磁サスペンションに用いるドライバ回路の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００４８】
図８において、電磁サスペンションは、円筒型リニアモータを含むサスペンションユニット１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲと、円筒型リニアモータを駆動するドライバ３００（３００ＦＬ，３００ＦＲ，３００ＲＬ，３００ＲＲ）とから構成される。サスペンションユニット１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの中の円筒型リニアモータの構成は、図１に示したとおりである。
【００４９】
サスペンションユニット１００ＦＬは、左前輪側部材と車体の間に介装され、サスペンションユニット１００ＦＲは、右前輪側部材と車体の間に介装される。サスペンションユニット１００ＲＬは、左後輪側部材と車体の間に介装され、サスペンションユニット１００ＲＲは、右後輪側部材と車体の間に介装される。
【００５０】
ドライバ３００ＦＬ，３００ＦＲ，３００ＲＬ，３００ＲＲは、各車輪に対応するサスペンションタワー部に設けられている。ドライバ３００（３００ＦＬ，３００ＦＲ，３００ＲＬ，３００ＲＲ）には、ＤＣ３６Ｖの高圧電源（バッテリ）ＢＨが接続されている。
【００５１】
ドライバ３００は、ＣＡＮバスを介して、サスペンションコントロールユニット（ＳＣＵ）２００に接続されている。ＳＣＵ２００は、車両の振動の抑制や、車両の姿勢の制御すべく、ドライバ３００に駆動指令を出力して、サスペンションユニット１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲの中の円筒型リニアモータが発生する推進力を制御するとともに、円筒型リニアモータの起電力を用いて車体の減衰力を制御する。
【００５２】
ＳＣＵ２００には、車体の上下振動を検出する第１，第２、第３上下加速度センサ２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃと、車輪の速度を検出する車輪速センサ２２０と、ハンドルの回転角を検出するハンドル角センサ２３０と、ブレーキが踏み込まれたか否かを検出するブレーキセンサ２４０とが接続されている。第１上下加速度センサ２１０Ａは、右前輪のサスペンションタワー部に設けられ、第２上下加速度センサ２１０Ｂは、左前輪のサスペンションタワー部に設けられ、第３上下加速度２１０Ｃは、車体後部のトランク内に設けられている。
【００５３】
ＳＣＵ２００は、第１，第２、第３上下加速度センサ２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃと、車輪速センサ２２０と、ハンドル角センサ２３０と、ブレーキセンサ２４０と、図１にて説明したストロークセンサ１９０からの信号に基づいて、車両の振動，姿勢の変化や車両の不安定な挙動を抑制するように、また、車速や運転者のハンドル操作やブレーキ操作に対して車両がより安定するように各輪のサスペンションユニット１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲに対する制御量を決定し、ドライバ３００に対して円筒型リニアモータの駆動信号を出力する。
【００５４】
次に、図９,図１０を用いて、ドライバ３００の構成について説明する。  
図９に示すように、円筒型リニアモータのＵ相コイル（固定子巻線）１１４Ｃ（Ｕ），Ｖ相コイル（固定子巻線）１１４Ｃ（Ｖ），Ｗ相コイル（固定子巻線）１１４Ｃ（Ｗ）は、Ｙ結線されている。ドライバ２００は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の駆動電流を、各相コイルに供給する。磁極位置センサ１７０Ａ，１７０Ｂによって検出された磁極位置信号は、ドライバ３００に入力する。ストロークセンサ１９０によって検出されたストローク量信号は、ドライバ３００を介してＣＡＮバスにより、ＳＣＵ２００に入力する。
【００５５】
図１０に示すように、ドライバ３００は、ドライバＣＰＵ３１０と、ＰＭＷ信号生成器３２０と、半導体スイッチング素子３３０とから構成されている。半導体スイッチング素子３３０は、Ｕ相上アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＵＵと、Ｕ相下アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＬＵと、Ｖ相上アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＵＶと、Ｖ相下アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＬＶと、Ｗ相上アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＵＷと、Ｗ相下アームＭＯＳ−ＦＥＴ３３２ＬＷとから構成されている。ドライバＣＰＵ３１０は、ＣＡＮバスＣＡＮを介してＳＣＵ２００からのサスペンション駆動指令に基づいて、半導体スイッチング素子３３０をＰＷＭ駆動するための制御信号を出力する。ＰＷＭ信号生成器３２０は、ドライバＣＰＵ３１０からの制御信号に基づいて、半導体スイッチング素子３３０を構成する各ＭＯＳーＦＥＴのゲートにオンオフ駆動信号を供給する。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、固定子突極のピッチτｓと、永久磁石のピッチをτｐとを、τｐ：τｓ＝９：８若しくは９：１０とするとにより、推力が大きく、しかも、トルク脈動やコギングトルクを低減できるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成を示す横断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの固定子巻線の構成を示す平面図である。
【図５】本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータをτｐ：τｓ＝９：８とした場合の効果の説明図である。
【図６】本実施例の電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータを補助突極付とした場合の効果の説明図である。
【図７】本実施例の他の構成による電磁サスペンションに用いる円筒型リニアモータの構成を示す横断面図である。
【図８】本実施例の電磁サスペンションの構成を示すシステムブロック図である。
【図９】本実施例の電磁サスペンションの要部構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施例の電磁サスペンションに用いるドライバ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１００…永久磁石式３相円筒型リニアモータ１００
１００ＦＬ，１００ＦＲ，１００ＲＬ，１００ＲＲ…サスペンションユニット
１１０…固定子
１１２…固定子ケース
１１４…固定子鉄心
１１４Ｃ…固定子巻線
１１８…固定子内部ケース
１１４Ｙ…固定子鉄心ヨーク
１１４Ｔ…固定子鉄心歯部（固定子突極）
１１４Ｃ…固定子巻線
１１４Ｐ…補助突極
１３０…移動子
１３２…移動子ケース
１３４…移動子鉄心
１３６…永久磁石
１７０Ｗ，１７０Ｂ…磁極位置センサ
１９０…ストロークセンサ
２００…サスペンションコントロールユニット（ＳＣＵ）
２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ…上下加速度センサ
２２０…車輪速センサ
２３０…ハンドル角センサ
２４０…ブレーキセンサ
３００…ドライバ
３１０…ドライバＣＰＵ
３２０…ＰＭＷ信号生成器
３３０…半導体スイッチング素子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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