(57)【要約】【課題】線占積率を向上できる筒型リニアモータの提供を目的としている。【解決手段】上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、界磁６に対して軸方向へ移動可能であって界磁６に対向する複数のティース３ｂを有する筒状のコア３とコア３におけるティース３ｂ，３ｂ間に設けられたスロット３ｃに装着される巻線５とを有する電機子２とを備え、ティース３ｂの側面に内周から外周にかけて溝３ｆが設けられている。【選択図】図２
2019187218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と、
前記界磁に対して軸方向へ移動可能であって、前記界磁に対向する複数の環状のティースを有する筒状のコアと前記コアにおけるティース間に設けられたスロットに装着される巻線とを有する電機子とを備え、
前記ティースの側面に内周から外周にかけて溝が設けられている
ことを特徴とする筒型リニアモータ。
【請求項２】
前記溝は、前記ティースの径方向に沿って設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
【請求項３】
前記溝は、前記ティースの径方向に対して前記巻線の巻回方向に向けて傾斜して設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
【請求項４】
前記溝の深さは、前記巻線を構成する電線の直径以上である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。
【請求項５】
前記溝の断面形状は、半円形である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒型リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
筒型リニアモータは、たとえば、筒状のヨークとヨークの外周に軸方向に並べて配置される複数のティースを備えたコアとティース間のスロットに装着されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線を有する電機子と、電機子の外周に設けられた円筒形のベースと軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶようにベースの内周に取付けられた複数の永久磁石とでなる可動子とを備えるものがある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように構成された筒型リニアモータでは、電機子のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線へ適宜通電すると、可動子の永久磁石が吸引されて可動子が電機子に対して軸方向へ駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記筒型リニアモータの電機子では、環状のスロットがヨークの外周に設けられており、異なるスロットに装着された同相の複数の巻線は一本の電線で構成されている。よって、或るスロットへ電線を巻き回す場合、他のスロットの巻線から引き出された電線をこれから巻き回そうとするスロットの底部へ導入して電線を該当スロットへ巻き回す作業となる。
【０００６】
すると、どうしても他のスロットから引き出されてくる巻線に寄与しない電線がスロット内に収容されるために、スロット内での巻線の線占積率がその分低下してしまう問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、線占積率を向上できる筒型リニアモータの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータは、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と、界磁に対して軸方向へ移動可能であって界磁に対向する複数の環状のティースを有する筒状のコアとコアにおけるティース間に設けられたスロット３ｃに装着される巻線とを有する電機子とを備え、ティースの側面に内周から外周にかけて溝が設けられている。
【０００９】
このように構成された筒型リニアモータでは、巻線に寄与しない電線を溝に収容できるので、スロットにおける巻線の線占積率を向上でき、筒型リニアモータの推力を向上できる。
【００１０】
また、溝をティースの径方向に沿って設ける場合、溝の長さが最短となり、ティースの磁路断面積を確保しやすく、溝の設置によってティースの厚みを厚くする必要がない。よって、溝をコアの径方向へ向けて設けた筒型リニアモータによれば、電機子の質量増加を招かないので質量当たりの推力の向上に有利となる。
【００１１】
さらに、溝をティースの径方向に対して巻線の巻回方向に向けて傾斜して設けてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、巻線に寄与しない電線と巻線部分の電線との境の曲げ度合が小さくて済み、巻線の線占積率が向上するとともに、巻線をスロットに巻き回す作業が容易となるだけでなく巻回方向を誤ってしまう加工ミスも減じられる。
【００１２】
また、溝の深さが巻線を構成する電線の直径以上とした筒型リニアモータによれば、電線が溝内に完全に収容されるので、スロットの巻線の収容容積を減じずに済む。
【００１３】
さらに、溝の断面形状を半円形とした筒型リニアモータでは、溝に収容された電線を傷める恐れもなく、溝の加工も容易となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の筒型リニアモータによれば、線占積率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。
【図２】一実施の形態の筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。
【図３】一実施の形態の筒型リニアモータのコアの斜視図である。
【図４】一実施の形態の第一変形例における筒型リニアモータのコアの一部拡大斜視図である。
【図５】主磁極の永久磁石の軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石の軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータの推力との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における筒型リニアモータ１は、図１に示すように、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、界磁６に対して軸方向へ移動可能であって界磁６に対向する複数の環状のティース３ｂを有する筒状のコア３とコア３におけるティース３ｂ，３ｂ間に設けられたスロット３ｃに装着される巻線５とを有する電機子２とを備えて構成されている。
【００１７】
以下、筒型リニアモータ１の各部について詳細に説明する。電機子２は、筒状のコア３と巻線５とを備えて構成されている。コア３は、本実施の形態では、各部が一体不可分に形成されており、円筒状のヨーク３ａと、環状であってヨーク３ａの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース３ｂと、ティース３ｂ，３ｂ間に設けたスロット３ｃとを備えて構成されて可動子とされている。なお、本実施の形態では、前述のようにコア３の各部が一体不可分に形成されているが、一体不可分ではなく分割構造で形成されていてもよい。
【００１８】
ヨーク３ａは、前述の通り円筒状であって、その横断面積は、コア３の軸線Ｊ（図２参照）を中心として円筒でティース３ｂの内周から外周までのどこを切っても、ティース３ｂを前記円筒で切断した際にできる断面の面積以上となるように肉厚が確保されている。
【００１９】
本実施の形態では、図１および図２に示すように、ヨーク３ａの外周に１０個のティース３ｂが、軸方向に等間隔に並べて設けられており、ティース３ｂ，３ｂ間に巻線５が装着される環状溝でなるスロット３ｃが形成されている。また、各ティース３ｂは、環状であって、コア３の両端に配置されたティース３ｂを除いて、軸方向において内周端の幅より外周端の幅が狭い等脚台形状とされており、軸方向で両側の側面が外周端に対して等角度で傾斜するテーパ面とされている。なお、末端のティース３ｂを除いた他のティース３ｂをコア３の軸線Ｊを含む面で切断した断面において、ティース３ｂの側面とコア３の軸線Ｊに直交する直交面Ｏとでなす内角θは、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。なお、末端のティース３ｂは、図２に示すように、末端のティース３ｂ以外の他のティース３ｂをコア３の軸線Ｊに直交する面で半分に切り落とした断面形状とされている。このように、各ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされている。
【００２０】
また、本実施の形態では、図１中で隣り合うティース３ｂ，３ｂ同士の間には、環状溝でなるスロット３ｃが合計で９個設けられている。スロット３ｃは、コア３の周方向に沿って複数設けられており、コア３の外周に軸方向に等ピッチで並べて設けられている。また、スロット３ｃの断面形状は、底に向かうほど先細りとなる台形となっている。そして、このスロット３ｃには、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされている。９個のスロット３ｃには、図１中左側から順に、Ｗ相とＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相とＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相とＷ相、Ｗ相、Ｗ相の巻線５が装着されている。
【００２１】
各スロット３ｃの断面形状が台形となっているので、断面矩形のスロットに比して効率よく巻線５をスロット３ｃへ装着でき、筒型リニアモータ１の推力も向上できる。
【００２２】
また、ティース３ｂの外周面には、図１から図３に示すように、それぞれ切欠３ｅが三つ設けられている。前述したように、各スロット３ｃには、各相の巻線５が前述の順で装着されている。よって、異なるスロット３ｃに装着されている同相の巻線５同士を接続する渡り線５ａが必要となる。また、後述する巻線５を外部電源に接続するコードＣへ接続するために引出線５ｂも必要である。巻線５、渡り線５ａおよび引出線５ｂは、一本の電線Ｅで構成されており、スロット３ｃに巻回されてコイルとなる部分が巻線５となり、異なるスロット３ｃの巻線５同士を接続する部分が渡り線５ａとなり、巻線５をコードＣとを接続する部分が引出線５ｂとなる。なお、本実施の形態では、巻線５、渡り線５ａおよび引出線５ｂは一本の電線Ｅで構成されているが、各部をはんだ付けで接続して二本以上の電線で構成されていてもよい。渡り線５ａは、ティース３ｂの外周面に設けた切欠３ｅ内に収容されて異なるスロット３ｃに装着されている同相の巻線５同士を接続する。
【００２３】
そして、本実施の形態では、同じ切欠３ｅに異なる相の巻線５を接続する渡り線５ａが混在して収容されないように、切欠３ｅを三つ設けている。よって、三相の渡り線５ａは、それぞれ別々に切欠３ｅに収容されるので、異相の巻線５の渡り線５ａ同士を確実に絶縁できる。なお、切欠３ｅを各ティース３ｂに一つのみを設けて各相の巻線５の渡り線５ａを一緒に収容する場合には、渡り線５ａ間に絶縁膜を設置すればよい。
【００２４】
このように、渡り線５ａが切欠３ｅ内に収容されるので、渡り線５ａの界磁６への干渉が防止される。よって、渡り線５ａの断線を防止でき、筒型リニアモータ１の信頼性および実用性が向上する。
【００２５】
そして、本実施の形態では、切欠３ｅに渡り線５ａを収容した後に、接着剤を塗布して渡り線５ａの切欠３ｅからの脱落を防止している。なお、接着剤は、渡り線５ａを切欠３ｅ内に定着できるものを使用すればよく、この接着剤を本実施の形態では渡り線５ａを切欠３ｅからの脱落を抑制する止め部として機能する。
【００２６】
なお、ティース３ｂに切欠３ｅ内へ突出する図示しない爪を設けて、爪を止め部として渡り線５ａの切欠３ｅからの脱落を抑制してもよい。また、切欠３ｅの形状であるが、ティース３ｂの外周端における切欠３ｅの開口の幅を切欠３ｅの内部の幅よりも狭くして、切欠３ｅから渡り線５ａを出難くしてもよい。このようにすると、渡り線５ａの切欠３ｅからの脱落を抑制できる。
【００２７】
また、ティース３ｂに設けられる溝を切欠３ｅとしているので、コア３に複雑な加工を施す必要がなく、筒型リニアモータ１のコストを低減できるとともに、巻線５のコア３への装着作業も容易となる。このように、ティース３ｂに設ける切欠は、ティース３ｂの界磁６に対向する対向面に設けた溝とされているが、ティース３ｂを貫く孔とされてよく、この場合には、渡り線５ａを挿通させると渡り線５ａが切欠から脱落するのを阻止できる。
【００２８】
Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線５は、渡り線５ａによって直列に接続されて、一方の末端の巻線５から延びる渡り線５ａがコア３の図１中右端側で結線されている。よって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線５は、Ｙ結線されており前記渡り線５ａの結線箇所が中立点とされている。また、各相の巻線５の他方の末端の巻線５からは引出線５ｂがコア３外へ延びている。
【００２９】
さらに、本実施の形態では、図２に示すように、渡り線５ａの存在によってスロット３ｃへの巻線５の線占積率を損なわないように各ティース３ｂの側面両面に切欠３ｅからティース３ｂの径方向へ向けて設けられてスロット３ｃの底まで延びる溝３ｆを設けている。このように溝３ｆを設けると、電線Ｅをスロット３ｃへ巻き回して巻線５を形作る工程の際に電線Ｅが溝３ｆ内に収容されるので、スロット３ｃの巻線５が装着される容積を巻線５に寄与しない電線Ｅで減じてしまうことがない。よって、スロット３ｃの巻線５の収容容積が確保されるので、巻線５に寄与しない電線Ｅの影響を排除して線占積率を向上できる。このように、各スロット３ｃの巻線５の線占積率を向上できるので、筒型リニアモータ１の推力を向上できる。
【００３０】
なお、溝３ｆの深さは、渡り線５ａの電線Ｅの径以上に設定されると電線Ｅが溝３ｆ内に完全に収容されるので、スロット３ｃの巻線５の収容容積を減じずに済む。また、溝３ｆは、図３に示すように、切欠３ｅからスロット３ｃの底へ向けてコア３の径方向へ向けて設置してもよいが、図４に示すようにコア３の径方向に対して当該スロット３ｃの巻線５の巻回方向へ向けて傾斜するように設けてもよい。
【００３１】
溝３ｆがコア３の径方向に対して巻線５の巻線方向に傾斜して設けられると、溝３ｆがコア３の径方向に向けて設けられる場合と比較して、巻線５に寄与しない電線Ｅと巻線５部分の電線Ｅとの境の曲げ度合が小さくて済み、巻線５の線占積率がより効果的に向上する。また、溝３ｆがコア３の径方向に対して巻線５の巻線方向に傾斜して設けられると、巻線５をスロット３ｃに巻き回す作業が容易となるだけでなく巻線５の巻回方向を誤認しにくくなるので、巻回方向を誤ってしまう組立ミスも減じられる。
【００３２】
なお、溝３ｆをコア３の径方向へ向けて設ける場合、溝３ｆの長さが最短となるので、ティース３ｂの磁路断面積を確保しやすいので、溝３ｆの設置によってティース３ｂの厚みを厚くする必要がない。よって、溝３ｆをコア３の径方向へ向けて設ける場合、電機子２の質量増加を招かないので筒型リニアモータ１の質量当たりの推力向上の点で有利となる。
【００３３】
また、溝３ｆの断面形状は、図４に示すように、半円形とされているので、収容された電線Ｅを傷める恐れもなく、溝３ｆの加工も容易となる。なお、このことは、溝３ｆの断面形状を半円形以外の形状とするのを妨げない。
【００３４】
そして、このように構成された電機子２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、電機子２は、その図１中で左端と右端とがロッド１１に固定される環状のスライダ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。
【００３５】
他方、界磁６は、本実施の形態では、円筒状の非磁性体で形成されるアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に挿入される円筒状の軟磁性体で形成されるバックヨーク８と、バックヨーク８内に挿入されてバックヨーク８との間に環状隙間を形成する円筒状の非磁性体のインナーチューブ９と、バックヨーク８とインナーチューブ９との間の環状隙間に軸方向に交互に積層されて挿入される環状の主磁極の永久磁石１０ａと環状の副磁極の永久磁石１０ｂとを備えて構成されている。なお、図１中で主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂに記載されている三角の印は、着磁方向を示しており、主磁極の永久磁石１０ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石１０ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂは、ハルバッハ配列で配置されており、界磁６の内周側では、軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように配置されている。
【００３６】
また、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１は、副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長くなっており、本実施の形態では、０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が設定されている。主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くすればコア３との間の主磁極の永久磁石１０ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア３へ作用させる磁界を大きくできるので筒型リニアモータ１の推力を向上できる。
【００３７】
また、本発明の筒型リニアモータ１では、永久磁石１０ａ，１０ｂの外周にバックヨーク８を設けている。バックヨーク８を設けない場合、副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が短くなると主磁極の永久磁石１０ａの軸方向中央部分における磁石外部の磁気抵抗が増大し、界磁磁束が小さくなるため、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くする際の筒型リニアモータ１の推力向上度合が小さくなる。これに対して、永久磁石１０ａ，１０ｂの外周にバックヨーク８を設けると、磁気抵抗の低い磁路を確保できるので副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２の短縮に起因する磁気抵抗の増大が抑制される。よって、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長くするとともに永久磁石１０ａ，１０ｂの外周に筒状のバックヨーク８を設けると筒型リニアモータ１の推力を大きく向上させ得る。バックヨーク８の肉厚は、主磁極の永久磁石１０ａの外部磁気抵抗の増大を抑制に適する肉厚に設定されればよい。
【００３８】
なお、副磁極の永久磁石１０ｂは、主磁極の永久磁石１０ａより高い保磁力を有する永久磁石とされている。永久磁石における残留磁束密度と保磁力は、互いに密接に関係しており、一般的に残留磁束密度を高めると保磁力は低くなり、保磁力を高めると残留磁束密度が低くなるという、互いに背反する関係にある。ハルバッハ配列では、副磁極の永久磁石１０ｂには減磁方向に大きな磁界が印加されるため、副磁極の永久磁石１０ｂの保磁力を高くして減磁を抑制し、大きな磁界をコア３に作用させ得るようにしている。対して、コア３に対して作用する磁界の強さは、主磁極の永久磁石１０ａの磁力線数に左右される。そのため、主磁極の永久磁石１０ａに高い残留磁束密度の永久磁石を使用して大きな磁界をコア３に作用させるようにしている。本実施の形態では、副磁極の永久磁石１０ｂを主磁極の永久磁石１０ａよりも保磁力を高くするのに際して、副磁極の永久磁石１０ｂの材料を主磁極の永久磁石１０ａの材料よりも保磁力が高い材料としている。よって、材料の選定によって、主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂの組合せを簡単に実現できる。なお、本実施の形態では、主磁極の永久磁石１０ａは、ネオジム、鉄、ボロンを主成分とする残留磁束密度が高い材料で構成され、副磁極の永久磁石１０ｂは、前記材料にジスプロシウムやテリビウム等の重希土類元素の添加量を増やした減磁しにくい磁石で構成されている。
【００３９】
また、界磁６の内周側には、電機子２が挿入されており、界磁６は、コア３に磁界を作用させている。なお、界磁６は、コア３の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア３の可動範囲に応じて永久磁石１０ａ，１０ｂの設置範囲を決定すればよい。したがって、アウターチューブ７とインナーチューブ９との環状隙間のうち、コア３に対向し得ない範囲には、永久磁石１０ａ，１０ｂを設置しなくともよい。なお、バックヨーク８の長さは、永久磁石１０ａ，１０ｂを積層した長さと等しい長さとされており、永久磁石１０ａ，１０ｂがコア３のストローク範囲外に磁界を作用させて推力低下を招かないように配慮されている。
【００４０】
また、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１４によって閉塞されており、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の図１中右端は環状のヘッドキャップ１５によって閉塞されている。また、インナーチューブ９の内周には、スライダ１２，１３が摺接しており、スライダ１２，１３によって電機子２はロッド１１とともに界磁６に対して偏心せずに軸方向へスムーズに移動できる。
【００４１】
このように電機子２が界磁６内に挿入されると各コア３が界磁６における８つ磁極に対向するので、筒型リニアモータ１は、８極９スロットのリニアモータとされている。よって、本実施の形態では、界磁６における磁極ピッチを９で割り切れる値とすれば、コア３における巻線ピッチの値において小数点以下が循環小数とならないので設計が容易となる。巻線ピッチが循環小数を持つ値とならないためには、コア３が対向する磁極数とコア３のスロット数によって決定され、磁極ピッチが磁極数とスロット数の最大公約数でスロット数を割った値の倍数となっていればよい。
【００４２】
戻って、インナーチューブ９は、コア３の外周と各永久磁石１０ａ，１０ｂの内周との間のギャップを形成するとともに、スライダ１２，１３と協働してコア３の軸方向移動を案内する役割を果たしている。なお、インナーチューブ９は、非磁性体で形成されればよいが、合成樹脂で形成されると筒型リニアモータ１の推力密度向上効果が高くなる。インナーチューブ９を非磁性体の金属で製造すると、電機子２が軸方向へ移動する際にインナーチューブ９の内部に渦電流が生じて、電機子２の移動を妨げる力が発生してしまう。これに対して、インナーチューブ９を合成樹脂とすれば渦電流が生じないので筒型リニアモータ１の推力をより効果的に向上できるとともに、筒型リニアモータ１の質量を低減できる。なお、インナーチューブ９を合成樹脂とする場合、フッ素樹脂で製造すればスライダ１２，１３との間の摩擦および摩耗を低減できる。また、インナーチューブ９を他の合成樹脂で形成してもよく、また、摩擦および摩耗を低減するべく他の合成樹脂で形成されたインナーチューブ９の内周をフッ素樹脂でコーティングしてもよい。
【００４３】
なお、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の軸方向長さは、コア３の軸方向長さよりも長く、コア３は、界磁６内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。
【００４４】
また、キャップ１４には、巻線５に接続されるコードＣを外部の図示しない電源に接続するカプラ１４ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。具体的には、コードＣは、三相の巻線５にそれぞれ通電可能なように、三つのコードを収容しており、各コードの終端がそれぞれ対応する巻線５における引出線５ｂにコネクタ２０を介して接続されている。コネクタ２０はロッド１１に装着されており、電機子２が駆動しても巻線５の引出線５ｂには負荷がかからないように配慮されている。
【００４５】
そして、たとえば、電機子２の界磁６に対する位置をセンサでセンシングし、前記電気角に基づいて通電位相切換を行うとともにＰＷＭ制御により、各巻線５の電流量を制御すれば、筒型リニアモータ１における推力と電機子２の移動方向とを制御できる。なお、電機子２の界磁６に対する位置をセンシングするセンサは、たとえば、界磁６に取付けられて電機子２との相対変位をセンシングする変位センサや線形可変差動変圧器、さらには、ホールセンサ等を利用すればよい。
【００４６】
なお、前述の制御方法は、一例でありこれに限られない。このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子２が可動子であり、固定子は界磁６を備えている。また、電機子２と界磁６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線５への通電、あるいは、巻線５に発生する誘導起電力によって、前記相対変位を抑制する推力を発生させて筒型リニアモータ１に前記外力による機器の振動や運動をダンピングさせ得るし、外力から電力を生むエネルギ回生も可能である。
【００４７】
以上のように、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、界磁６に対して軸方向へ移動可能であって界磁６に対向する複数のティース３ｂを有する筒状のコア３とコア３におけるティース３ｂ，３ｂ間に設けられたスロット３ｃに装着される巻線５とを有する電機子２とを備え、ティース３ｂの側面に内周から外周にかけて溝３ｆが設けられている。
【００４８】
このように構成された筒型リニアモータ１では、巻線５に寄与しない電線Ｅを溝３ｆに収容できるので、スロット３ｃにおける巻線５の線占積率を向上でき、筒型リニアモータ１の推力を向上できる。
【００４９】
また、本実施の形態の筒型リニアモータ１にあっては、図１に示すように、界磁６および電機子２がともに筒状であって、界磁６の内周に電機子２が軸方向に移動可能に挿入されている。このように電機子２が界磁６に対してストロークするようにすると、ストローク全長に亘って電機子２を設ける必要がなく筒型リニアモータ１を軽量化できる。これに対して、逆に、電機子におけるコアの内周にスロットを設けて界磁を電機子内に移動自在に挿入して電機子を固定子として界磁を可動子とするようにしてもよい。この場合、電機子におけるコアの内周にティースとスロットが設けられるので、ティースの内周から外周へかけて電線Ｅを収容する溝を設ければよい。
【００５０】
そして、本実施の形態の筒型リニアモータ１にあっては、溝３ｆがティース３ｂの径方向に沿って設けられているので、溝３ｆの長さが最短となり、ティース３ｂの磁路断面積を確保しやすく、溝３ｆの設置によってティース３ｂの厚みを厚くする必要がない。よって、溝３ｆをコア３の径方向へ向けて設ける場合、電機子２の質量増加を招かないので筒型リニアモータ１の質量当たりの推力向上の点で有利となる。
【００５１】
なお、溝３ｆをティース３ｂの径方向に対して巻線５の巻回方向に向けて傾斜して設けてもよい。この場合には、巻線５に寄与しない電線Ｅと巻線５部分の電線Ｅとの境の曲げ度合が小さくて済み、巻線５の線占積率が向上する。また、溝３ｆがコア３の径方向に対して巻線５の巻線方向に傾斜して設けられると、巻線５をスロット３ｃに巻き回す作業が容易となるだけでなく巻線５の巻回方向を誤認しにくくなるので、巻回方向を誤ってしまう組立ミスも減じられる。
【００５２】
また、溝３ｆの深さが巻線５を構成する電線Ｅの直径以上とされる場合、電線Ｅが溝３ｆ内に完全に収容されるので、スロット３ｃの巻線５の収容容積を減じずに済む。
【００５３】
さらに、溝３ｆの断面形状を半円形とした筒型リニアモータ１では、溝３ｆに収容された電線Ｅを傷める恐れもなく、溝３ｆの加工も容易となる。
【００５４】
なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、界磁６がハルバッハ配列にて軸方向に交互に並べられる径方向に着磁された主磁極の永久磁石１０ａと軸方向に着磁された副磁極の永久磁石１０ｂと、永久磁石１０ａ，１０ｂの外周に配置される筒状のバックヨーク８とを有し、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１は副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長い。
【００５５】
このように筒型リニアモータ１が構成されると、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くして、主磁極の永久磁石１０ａとコア３との間の磁気抵抗を小さくできるとともに、副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を短くしてもバックヨーク８を設けているので磁気抵抗の増大を抑制でき、コア３へ作用させる磁界を大きくできる。
【００５６】
よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、副磁極の永久磁石１０ｂの減磁を抑制しつつも主磁極の永久磁石１０ａとコア３との間の磁気抵抗を小さくでき効果的に推力を向上できる。
【００５７】
なお、副磁極の永久磁石１０ｂが主磁極の永久磁石１０ａよりも高い保磁力を有していれば、大きな磁界が印加される副磁極の永久磁石１０ｂの減磁を抑制しつつも主磁極の永久磁石１０ａに高い残留磁束密度の永久磁石を利用できる。
【００５８】
また、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長くすれば、界磁６はコア３に大きな磁界を作用させ得るが、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２に最適な関係がある。図５に主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータ１の推力との関係を示す。発明者らは、鋭意研究した結果、図５に示すように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９５％以上の推力を確保できることを知見した。
【００５９】
よって、筒型リニアモータ１における主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定すれば、推力を一層向上できる。さらに、図５から理解できるように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９８％以上の推力を確保できるので筒型リニアモータ１の推力をより効果的に向上できる。
【００６０】
さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１にあっては、ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされているので、ティース３ｂの断面形状を矩形とする場合に比較して、内周端における磁路断面積が広くなる。よって、このように構成された筒型リニアモータ１では、大きな磁路断面積を確保しやすくなり、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制でき、より大きな磁場を発生できるからより大きな推力を発生できる。なお、推力の向上のためには、ティース３ｂの断面形状を台形とするとよいが、断面形状を矩形としてもよいし、他の形状としてもよい。
【００６１】
なお、発明者らの研究によって、ティース３ｂの断面における側面と直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にあると、良好な質量推力密度が得られることが分かった。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータ１の最大推力を質量で割った数値であり、質量推力密度が良化すれば、筒型リニアモータ１の質量当たりの推力が大きくなる。よって、ティース３ｂの断面における側面と直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にある筒型リニアモータ１では、大きな質量推力密度が得られる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・筒型リニアモータ、２・・・電機子２・・・コア、３ｂ・・・ティース３ｂ・・・スロット、３ｅ・・・溝（切欠）、３ｇ・・・爪（止め部）、５・・・巻線、５ａ・・・渡り線、６・・・界磁
【図１】
2019187218.tif 000003
【図２】
2019187218.tif 000004
【図３】
2019187218.tif 000005
【図４】
2019187218.tif 000006
【図５】
2019187218.tif 000007