(57)【要約】【課題】 推力が大きく、しかも、推力脈動を低減できる円筒リニアモータを提供することを目的とする。【解決手段】 円筒リニアモータは、固定子１と、固定子１に対して隙間を介して配置されるとともに、固定子１に対して直線的に移動可能な移動子１０とから構成される。固定子１は、固定子突極３ｂを有する固定子鉄心３と、固定子鉄心３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２とからなる。移動子１０は、移動子鉄心１２に固定された複数の永久磁石１１を備える。固定子突極３ｂのピッチをτｓとし、永久磁石１１のピッチをτｐとするとき、３／４＜τｐ／τｓ＜３／２とした。【選択図】図１
2008005665.tif 000002
【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、３／４＜τｐ／τｓ＜３／２としたことを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子鉄心の両端に配置された補助突極を備えたことを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項３】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子突極のピッチτｓと、前記永久磁石のピッチτｐが、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±１（ｎが２，３，４，５，…のいずれかの整数）であることを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項４】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子突極のピッチτｓと、前記永久磁石のピッチτｐが、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±２（ｎが３，５，７，９，…のいずれかの整数）であることを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項５】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子突極のピッチτｓと、前記永久磁石のピッチτｐが、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±４（ｎが５，７，９，１１，…のいずれかの整数）であることを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項６】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子突極のピッチτｓと、前記永久磁石のピッチτｐが、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±５（ｎが６，７，８，９，…のいずれかの整数）であることを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項７】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
前記固定子突極のピッチτｓと、前記永久磁石のピッチτｐが、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±７（ｎが８，９，１０，１１，…のいずれかの整数）であることを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項８】
請求項２記載の円筒リニアモータにおいて、
鉄粉を圧縮して前記固定子鉄心を成形したことを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項９】
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、
この固定子鉄心の両端に配置された補助突極と、
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、３／４＜τｐ／τｓ＜３／２としたことを特徴とする円筒リニアモータ。
【請求項１０】
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、
３／４＜τｐ／τｓ＜３／２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、円筒リニアモータ及びそれを用いた車両に係り、特に、３相交流により駆動される、永久磁石式の円筒リニアモータ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、３相同期型円筒リニアモータが知られている。この３相同期型円筒リニアモータは、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）の外周側に永久磁石を取り付けた構成となっており、固定子鉄心を用いないものである。
また、例えば、特開平７−２７６９６３号公報に記載のように、リング状のスペーサからなる固定子鉄心と、コイルからなる固定子を有する３相非同期型（誘導型）円筒リニアモータを用いたものが知られている。
【０００３】
【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】
【０００４】
特開２００４−５３００３号公報に記載のものは、固定子側に固定子鉄心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永久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。
また、特開平７−２７６９６３号公報に記載のものは、移動子側に永久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。
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鉄心を設け、また、内筒側の移動子に永久磁石を設けた３相同期モータについて検討を進めた。しかし、外筒に対して内筒をスライドさせた際に、内筒の永久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、ディテント力（回転型モータにおけるコギングトルクに相当）も大きくなることが分かった。
本発明の第１の目的は、推力が大きく、しかも、推力脈動を低減できる円筒リニアモータ及びそれを用いた車両を提供することにある。
本発明の第２の目的は、推力が大きく、しかも、推力脈動やディテント力を低減できる円筒リニアモータ及びそれを用いた車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、推力が大きく、しかも、トルク脈動を低減できる円筒リニアモータ及びそれを用いた車両を提供することにある。
【０００６】
本発明の最も代表的な特徴は、固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとするとき、３／４＜τｐ／τｓ＜３／２となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成したものである。
【０００７】
また、本発明は、推力が大きく、しかも、トルク脈動やディテント力を低減できる円筒リニアモータ及びそれを用いた車両を提供することにある。
【０００８】
本発明の最も代表的な特徴は、さらに、固定子鉄心の両端に補助突極を配置することにより、推力脈動とディテント力がより低減したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、推力が大きく、しかも、推力脈動を低減できるものとなる。
また、本発明によれば、推力が大きく、しかも、推力脈動やディテント力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】
【００１０】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による円筒リニアモータの第１の例の構成について説明する。  
図１は、本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第１の例における磁気回路の構成を示す横断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第１の例において、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【００１１】
図１に示すように、本例による円筒リニアモータは、円筒形状の固定子１と、この固定子１の内周側に隙間を介して配置されるとともに、固定子１の軸方向に直線的に移動可能な移動子１０とから構成される。
【００１２】
固定子１は、固定子鉄心３と、固定子巻線２とから構成される。固定子鉄心３は、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部（固定子突極）３ｂとから構成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとは、いずれも、鉄製である。
【００１３】
固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂは、鉄粉を圧縮して成形した圧粉鉄心を用いることもできる。圧粉鉄心を用いることにより、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂの抵抗値を大きくできるので、固定子鉄心３内に発生する渦電流損が小さくなり、本実施例の円筒リニアモータの効率が向上する。
【００１４】
次に、固定子巻線２の構成について説明する。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによってスロットが形成される。図示の例では、６個のスロットが形成され、６個のスロット内には、６個の固定子巻線２ａ（Ｕ−）、２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｖ−），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｗ＋）が、それぞれ配置される。固定子巻線２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２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋）は、Ｕ相固定子コイルを構成し、固定子巻線２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｖ−）は、Ｖ相固定子コイルを構成し、固定子巻線２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｗ＋）は、Ｗ相固定子コイルを構成する。
【００１５】
Ｕ相コイルについて見ると、固定子巻線２ａ（Ｕ−）は、固定子巻線２ｂ（Ｕ＋）とは逆方向に巻回され、逆方向に電流が流れる。Ｕ相固定子巻線２ａ（Ｕ−）、２ｂ（Ｕ＋）は、隣り合っているので、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、コイルの製作性が向上する。ここでは、Ｕ相固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋）について説明したが、他のＶ相，Ｗ相固定子巻線についても同様である。さらに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相巻線は、スター（Ｙ）結線される。
【００１６】
次に、移動子１０の構成について説明する。移動子１０は、移動子鉄心１２と、９個の永久磁石１１とからなる。９個の永久磁石１１は、リング状であるとともに、移動子鉄心１２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。リング状永久磁石１１は、永久磁石１１の円周方向に複数個に分割して形成したものであってもよい。隣接する永久磁石１１の表面の極性は、Ｎ極，Ｓ極が軸方向に交互に並んだ構成となっている。
【００１７】
なお、本例では、永久磁石１１の数を９個としているが、これは移動子１０が軸方向に所定の長さだけ移動することを配慮してのことである。永久磁石１１の外周側と、固定子鉄心歯部３ｂの内周側の間には、所定の空隙が設けられており、移動子１０は、固定子１の内部を移動子１０の軸方向に非接触で往復動可能となるように支持機構を介して、固定子１と連結されている。
【００１８】
図１の円筒リニアモータでは、隣接する固定子鉄心歯部（固定子突極）３ｂ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１１の中心間の距離（永久磁石のピッチ）をτｐとすると、τｐ：τｓ＝６：５としている。すなわち、５×τｐ＝６×τｓの関係がある。したがって、５極に対して６スロットないし６突極が対応する磁気回路になっている。このことから、本例の円筒リニアモータを５極−６スロット円筒リニアモータと称する。
【００１９】
なお、後述するように、この磁気回路を円筒リニアモータの基本単位として、移動子１０の軸方向に、この磁気回路の基本単位を繰り返して連結することにより、さらに、極数，スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。
【００２０】
次に、図２を用いて、図１で説明した５極−６スロット円筒リニアモータの固定子巻線２に発生する誘起電圧について説明する。図２は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｖ−），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｗ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅ，Ｅ２ｆを示している。図２において、矢印の長さが誘起電圧の大きさ，向きが誘起電圧の位相を表している。
【００２１】
Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂの大きさは同一であるが、電圧位相が３０°だけずれている。Ｕ相固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋）は、連続して巻回されているので、Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂのベクトル和になる。Ｖ相コイル，Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様である。この結果、図２に示すように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相コイルに発生する誘起電圧は、互いに１２０度ずれた位相差を持つことになるので、３相同期モータとして動作することが可能になる。
【００２２】
ここで、図３及び図４を用いて、本発明の円筒リニアモータにおける、誘起電圧の源である鎖交磁束の流れ方について説明する。なお、以下の説明では、固定子巻線２に鎖交する磁束の流れ方をわかりやすく説明するために、単一の永久磁石１１が着磁されている場合を考えることにする（残りの永久磁石１１は全く磁化されていない状況を想定する）。
【００２３】
図３は、本発明による円筒リニアモータにおける鎖交磁束の流れを示す横断面図である。図４は、本発明による円筒リニアモータにおける鎖交磁束の変化の説明図である。
【００２４】
図３は、単一の着磁済み永久磁石１１ｘの軸方向中心位置が、図中の線Ｃに一致する位置にある場合の磁束（波線）の流れ方を模式的に描いたものである。図中のφは、灰色に着色した固定子巻線２ｘに鎖交する磁束である。着磁済みの永久磁石１１ｘが、固定子巻線２ｘから離れた位置にあっても、鎖交磁束φが発生している。また、鎖交磁束φは、移動子１０の内部を軸方向に流れる磁束となっている。こうした鎖交磁束φに関する特徴は、回転型の永久磁石式モータや平板型の永久磁石式リニアモータと著しく異なっており、本発明の円筒リニアモータを特徴付けるものである。
【００２５】
図４は、移動子１０が線Ｃから線Ａの方向に移動したときの、鎖交磁束φの変化の様子を、横軸を移動子１０の移動量に取って示したものである。線Ｂの位置で永久磁石１１ｘと固定子巻線２ｘの位置が一致し、鎖交磁束φはゼロになる。線Ｂの位置を過ぎて、線Ａの位置に永久磁石１１ｘが到達すると、図３に示す磁束の流れ方から明らかなように、鎖交磁束φの符号が反転する。こうした鎖交磁束φの変化の仕方も、本発明による円筒リニアモータに特有のものである。
【００２６】
図１に示した例は、磁気回路の基本単位が５極−６スロットの円筒リニアモータ（τｐ：τｓ＝６：５）であるが、これを７極に対して６スロットが対応する７極−６スロット円筒リニアモータ（τｐ：τｓ＝６：７）としてもよいものである。６スロットに対して６±１極が対応する、２種類の円筒リニアモータ（τｐ：τｓ＝６：６±１）は、電気的に双子の関係にあり、これらにおいて、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の固定子巻線２の配置，各固定子巻線２に発生する誘起電圧の位相関係は、同じになる。
【００２７】
以上で説明した円筒リニアモータを、移動子１０の軸方向に繰り返し連結することにより、より極数，スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。
【００２８】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による円筒リニアモータの第２の例の構成について説明する。  
図５は、本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第２の例における磁気回路の構成を示す横断面図である。図６は、本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第２の例において、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【００２９】
図５は、図１に示した５極−６スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）を軸方向に２回繰り返すことにより得られる１０極−１２スロット円筒リニアモータの磁気回路を示している。固定子１Ａは、固定子巻線２Ａと、固定子鉄心３Ａからなる。固定子巻線２Ａに注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｖ−），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｗ＋）が第１の磁気回路の基本単位、固定子巻線２ａ’（Ｕ＋），２ｂ’（Ｕ−），２ｃ’（Ｖ−），２ｄ’（Ｖ＋），２ｅ’（Ｗ＋），２ｆ’（Ｗ−）が第二の磁気回路の基本単位に対応している。これら第１と第二の固定子巻線において、電流の流れる向きが互いに逆方向になっている。こうした巻線上の配慮が必要になる理由は、磁気回路の基本単位における極数が５（奇数）であることによる。すなわち、第１の磁気回路の基本単位において、永久磁石１１の表面の極性が、例えば、Ｓ極から始まりＳ極で終わるとすると、隣の第二の基本単位においては、Ｎ極から始まりＮ極で終わることになる。この結果、同一方向の推力を発生するためには、電流の向きを逆向きにする必要が生じる。
【００３０】
図６は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、上記第１の固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｖ−），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｗ＋）および上記第二の固定子巻線２ａ’（Ｕ＋），２ｂ’（Ｕ−），２ｃ’（Ｖ−），２ｄ’（Ｖ＋），２ｅ’（Ｗ＋），２ｆ’（Ｗ−）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅ，Ｅ２ｆおよび誘起電圧Ｅ２ａ’，Ｅ２ｂ’，Ｅ２ｃ’，Ｅ２ｄ’，Ｅ２ｅ’，Ｅ２ｆ’を示している。第１の固定子巻線および第二の固定子巻線に関する誘起電圧を示すベクトルは、完全に一致している。このことから、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相コイルの３相巻線をスター（Ｙ）結線する際には、それぞれの相において、第１の巻線と第二の巻線を並列接続することも可能になる。
【００３１】
図５に示したように、図１に示した５極−６スロット円筒リニアモータから１０極−１２スロット円筒リニアモータが構成できるが、さらに、５極−６スロット円筒リニアモータを３回，４回，…と移動子１０の軸方向に連結することにより、１５極−１８スロット，２０極−２４スロット，…の円筒リニアモータ（いずれもτｐ：τｓ＝６：５）を構成することができる。ただし、上述したように、磁気回路の基本単位（５極−６スロット）を連結する毎に、各相コイルに流れる電流の向きを反転する必要がある。また、５極−６スロット円筒リニアモータと電気的に双子の関係にある７極−６スロット円筒リニアモータからも、同様の方法により、１４極−１２スロット，２１極−１８スロット，…の円筒リニアモータ（いずれもτｐ：τｓ＝６：７）を構成することができる。
【００３２】
次に、図７を用いて、本実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの推力およびディテント力特性について説明する。
【００３３】
本発明の第１の実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの効果の説明図である。
【００３４】
図７（Ａ）は、本実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの磁場解析の結果（磁束線の分布状況）を示している。図７（Ｂ）は、比較例として、４極−６スロット円筒リニアモータの磁場解析の結果（磁束線の分布状況）を示している。
【００３５】
図７（Ｃ）において、横軸は移動子１０の移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は磁場解析による円筒リニアモータの推力の計算値（Ｎ）を示している。図中、線Ａ１が、本実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの推力波形である。また、線Ｂ１が、比較例としての４極−６スロット円筒リニアモータの推力波形である。図７（Ｃ）の線Ａ１，線Ｂ１を比較すると、線Ｂ１において移動子１０の移動量方向に細かく変動する推力（高次脈動成分）が含まれており、この分だけ、線Ａ１で示した推力の振れ幅が線Ｂ１で示した推力の振れ幅より小さくなる。
【００３６】
さらに、図７（Ｄ）において、横軸は移動子１０の移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は磁場解析による円筒リニアモータのディテント力（回転型モータにおけるコギングトルクに対応）の計算値（Ｎ）を示している。図中、線Ａ２が、本実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータのディテント力波形である。また、線Ｂ２が、比較例としての４極−６スロット円筒リニアモータのディテント力波形である。図７（Ｄ）の線Ａ２，線Ｂ２を比較すると、線Ｂ２において、線Ｂ１と同程度の高次脈動成分が含まれており、この分だけ、線Ａ２で示したディテント力の振れ幅が線Ｂ２で示したディテント力の振れ幅より小さくなる。
【００３７】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ，永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝６：６±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成することにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力における高次脈動分を低減して、推力波形の振れ幅を小さくすることができる。
【００３８】
また、上記の円筒リニアモータ（τｐ：τｓ＝６：６±１）においては、同相の固定子巻線２が隣接して配置されるので、同相コイルを連続巻きとすることができる。この結果、コイル接続作業の工数が低減し、モータの製作性を向上することができる。
【００３９】
次に、図８〜図１０を用いて、本発明の第２の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図８は、本発明の第２の実施形態による円筒リニアモータの切り欠き外観図である。図９は、本発明の第２の実施形態による円筒リニアモータの横断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図１０は、本発明の第２の実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの効果の説明図である。
【００４０】
図８及び図９に示すように、固定子１Ｂは、固定子巻線２Ａと、固定子鉄心３Ｂからなる。固定子鉄心３Ｂは、固定子突極ピッチτｓで軸方向に周期的な構造を持つ、固定子鉄心ヨーク３ａおよび固定子鉄心歯部（固定子突極）３ｂよりなる胴部固定子鉄心と、胴部固定子鉄心の軸方向の両端部に設けた、同一形状の補助突極３ｃとから構成される。補助突極３ｃは円錐台形状であり、その軸方向長さはｄ１である。補助突極３ｃが、胴部固定子鉄心と接する側は、円筒形状（軸方向長さｄ２）である。補助突極３ｃの内周側の面は、角度βをなすように円錐台状に成形してある。
【００４１】
推力波形およびディテント力波形を平坦化するためには、軸方向長さｄ２および角度βを調節し、最適値に設定する必要がある。
【００４２】
軸方向長さｄ２および角度βの最適値は、これらをパラメタとして補助突極３ｃの形状を変化させながら磁場解析を繰り返し実施し、推力波形やディテント力波形における脈動成分を最小化することにより求められる。角度βの最適値は、概ね２０°、軸方向長さｄ２については、固定子鉄心歯部（固定子突極）３ｂの軸方向長さの数分の一程度が最適となる。
【００４３】
固定子鉄心３Ｂの軸方向の両端部に設けられた補助突極３ｃは、固定子鉄心３Ｂの両端部における磁束の変化を滑らかにするものであり、補助突極３ｃを設けることで、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）で述べた推力波形およびディテント力波形を滑らかにすることができる。
【００４４】
図１０は、最適形状の補助突極３ｃを設けた場合の比較例としての４極−６スロット円筒リニアモータと、最適形状の補助突極３ｃを設けた場合の本実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの特性比較の結果をまとめて示している。
【００４５】
図１０（Ａ）は、本実施形態による補助突極３ｃ付き５極−６スロット円筒リニアモータの磁場解析の結果（磁束線の分布状況）を示している。図１０（Ｂ）は、比較例としての補助突極３ｃ付き４極−６スロット円筒リニアモータの磁場解析の結果（磁束線の分布状況）を示している。
【００４６】
図１０（Ｃ）において、横軸は移動子１０の移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は磁場解析による円筒リニアモータの推力の計算値（Ｎ）を示している。図中、線Ｃ１が、本実施形態による補助突極３ｃ付き５極−６スロット円筒リニアモータの推力波形である。また、線Ｄ１が、比較例としての補助突極３ｃ付き４極−６スロット円筒リニアモータの推力波形である。
【００４７】
図１０（Ｃ）より、本実施形態による補助突極３ｃ付き５極−６スロット円筒リニアモータでは、平坦な推力波形が得られているのに対して、比較例としての補助突極３ｃ付き４極−６スロット円筒リニアモータでは、図７（Ｃ）で述べた高次脈動成分がそのまま残った波形となり、両者の波形の平坦度に大きな差が生じる。
【００４８】
さらに、図１０（Ｄ）において、横軸は移動子１０の移動量（ｍｍ）を示し、縦軸は磁場解析による円筒リニアモータのディテント力の計算値（Ｎ）を示している。図中、線Ｃ２が、本実施形態による補助突極３ｃ付き５極−６スロット円筒リニアモータのディテント力波形である。また、線Ｄ２が、比較例としての補助突極３ｃ付き４極−６スロット円筒リニアモータのディテント力波形である。
【００４９】
図１０（Ｄ）より、本実施形態による補助突極３ｃ付き５極−６スロット円筒リニアモータでは、平坦なディテント力波形が得られているのに対して、比較例としての補助突極３ｃ付き４極−６スロット円筒リニアモータでは、図７（Ｄ）で述べた高次脈動成分がそのまま残った波形となり、両者の波形の平坦度に大きな差が生じる。
【００５０】
なお、詳細は省略するが、５極−６スロット円筒リニアモータと電気的に双子の関係にある７極−６スロット円筒リニアモータについても、同様のことが言える。さらに、６±１極−６スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）を軸方向に繰り返し連結することにより構成した、より多極の円筒リニアモータにおいても、基本単位毎の推力を重ね合わせたものが全推力となるので、図１０と同様の良好な推力，ディテント力波形を得ることができる。
【００５１】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝６：６±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００５２】
次に、図１１及び図１２を用いて、本発明の第３の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図１１は、本発明の第３の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。図１２は、本発明の第３の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５３】
図７及び図１０に示したモータ性能やモータの製作性に関する良好な特徴を有する円筒リニアモータは、τｐ：τｓ＝６：６±１の関係を満足するものだけではない。３相交流で駆動される同期式の円筒リニアモータの理論的な検討によれば、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±１  （ｎ＝２，３，４，５，…）  …（１）
の関係式を満足するものがすべて該当する。ここで、ｎ＝２の場合が、上で説明した６±１極−６スロット円筒リニアモータに対応している。
【００５４】
式（１）は、３×ｎ±１の極に対して３×ｎのスロットないし固定子突極が対応することを表している。一般に、（３×ｎ±１）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータは磁気回路の基本単位を構成するものであり、これ自体がより極数，スロット数の小さい円筒リニアモータの磁気回路の基本単位を繰り返すことにより構成されることはない。
【００５５】
図１１は、式（１）においてｎ＝３とした場合の円筒リニアモータの構成を示している。ｎ＝３の場合には、式（１）より、τｐ：τｓ＝９：９±１となるので、９±１極−９スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）となる。これらは、ｎ＝２の場合の６±１極−６スロット円筒リニアモータと同様に、電気的に双子の関係にある。
【００５６】
図１１は、８極−９スロット円筒リニアモータにおける磁気回路の構成を示している。固定子１Ｃは、固定子巻線２Ｃと、固定子鉄心３Ｃからなる。固定子鉄心３Ｃは、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される９個のスロット内には、固定子巻線２Ｃがそれぞれ配置される。固定子巻線２Ｃは、９個の固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｄ（Ｖ＋），２ｅ（Ｖ−），２ｆ（Ｖ＋），２ｇ（Ｗ＋），２ｈ（Ｗ−），２ｉ（Ｗ＋）から構成される。隣り合う三つの固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋）は、Ｕ相固定子コイルを構成し、隣り合う三つの固定子巻線２ｄ（Ｖ＋），２ｅ（Ｖ−），２ｆ（Ｖ＋）は、Ｖ相固定子コイルを構成し、隣り合う三つの固定子巻線２ｇ（Ｗ＋），２ｈ（Ｗ−），２ｉ（Ｗ＋）は、Ｗ相固定子コイルを構成する。それぞれの相のコイルにおいて、隣り合う巻線の電流の向きが交互に反転するように巻回する必要があるが、同相コイルを連続巻きとすることが可能である。
【００５７】
図１２は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｄ（Ｖ＋），２ｅ（Ｖ−），２ｆ（Ｖ＋），２ｇ（Ｗ＋），２ｈ（Ｗ−），２ｉ（Ｗ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅ，Ｅ２ｆ，Ｅ２ｇ，Ｅ２ｈ，Ｅ２ｉを示す。図１２において、矢印の長さが誘起電圧の大きさ、向きが誘起電圧の位相を表している。Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃの大きさは同一であるが、Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃの順に２０°ずつ電圧位相が異なっている。Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃのベクトル和である。このとき、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃの位相が少しずつ異なっていることから、Ｕ相コイルの誘起電圧波形に含まれる高調波成分が比較的少なくなる。Ｖ相コイル，Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様のことが言える。この結果、図１２に示すように，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相コイルに発生する誘起電圧は、互いに１２０度ずれた位相差を持つことになるので、３相同期モータとして動作する。また、各相コイルの誘起電圧が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００５８】
また、固定子鉄心３Ｃの両端部に、図８，図９にて説明したように、補助突極を設けることで、推力，ディテント力波形を平坦にすることができる。
【００５９】
以上は、８極−９スロット円筒リニアモータについて磁気回路や誘起電圧を説明したが、これと電気的に双子の関係にある１０極−９スロット円筒リニアモータにおいても固定子巻線２の配置，各巻線に発生する誘起電圧に関して同様のことが言える。
【００６０】
また、６±１極−６スロット円筒リニアモータと同様に、９±１極−９スロット円筒リニアモータを、移動子１０の軸方向に繰り返し連結することにより、より極数，スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。ただし、９±１極−９スロット円筒リニアモータを構成する磁気回路の基本単位において、永久磁石１１の数が８ないし１０と偶数になるので、図５で述べた、電流の向きの反転に関する巻線上の配慮は必要がない。すなわち、９±１極−９スロット円筒リニアモータに関しては、図１１に示す磁気回路の基本単位を軸方向に繰り返し連結する際に、電流の流れる向きを一切変更する必要はない。
【００６１】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝９：９±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００６２】
次に、図１３及び図１４を用いて、本発明の第４の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図１３は、本発明の第４の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。図１４は、本発明の第４の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００６３】
図１３は、式（１）においてｎ＝４とした場合の円筒リニアモータの構成を示している。ｎ＝４の場合には、式（１）より、τｐ：τｓ＝１２：１２±１となるので、１２±１極−１２スロット円筒リニアモータが磁気回路の基本単位であり、これらは電気的に双子の関係にある（固定子巻線２の配置、各固定子巻線２に発生する誘起電圧の発生の仕方が同一）。
【００６４】
図１３は、１１極−１２スロット円筒リニアモータにおける磁気回路の構成を示している。固定子１Ｄは、固定子巻線２Ｄと、固定子鉄心３Ｄからなる。固定子鉄心３Ｄは、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される９個のスロット内には、固定子巻線２Ｄがそれぞれ配置される。例えば、Ｕ相固定子コイルの固定子巻線２Ｄは、隣り合う四つの固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｕ−），２ｄ（Ｕ＋）から構成され、連続巻きとすることが可能である。Ｖ相、Ｗ相固定子コイルについても、同様の固定子巻線２の構成になっている。
【００６５】
図１４は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２に発生する誘起電圧を示している。Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｕ−），２ｄ（Ｕ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄの大きさは同一であるが、Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄの順に１５°ずつ電圧位相が異なっている。Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄのベクトル和である。このとき、図１２で述べた理由により、Ｕ相コイルの誘起電圧波形に含まれる高調波成分が減少して、正弦波に近くなる。Ｖ相コイル、Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様のことが言える。各相コイルの誘起電圧は、互いに１２０度ずれた位相差を持つことになるので、３相同期モータとして動作する。また、各相コイルの誘起電圧が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００６６】
また、固定子鉄心３Ｄの両端部に、図８，図９にて説明したように、補助突極を設けることで、推力，ディテント力波形を平坦にすることができる。
【００６７】
さらに、１２±１極−１２スロット円筒リニアモータを、移動子１０の軸方向に繰り返し連結することにより、より極数、スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。ただし、この場合の磁気回路の基本単位において、永久磁石１１の数が１１ないし１３と奇数になるので、図５で述べた、電流の向きの反転に関する巻線上の配慮が必要である。
【００６８】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝１２：１２±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００６９】
次に、図１５及び図１６を用いて、本発明の第５の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図１５は、本発明の第５の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。図１６は、本発明の第５の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００７０】
図１５は、式（１）においてｎ＝５の場合の円筒リニアモータ（τｐ：τｓ＝１５：１５±１）を示している。この場合には、１５±１極−１５スロット円筒リニアモータが磁気回路の基本単位であり、これらは電気的に双子の関係にある（固定子巻線２の配置、各固定子巻線２に発生する誘起電圧の発生の仕方が同一）。
【００７１】
図１５は、１４極−１５スロット円筒リニアモータにおける磁気回路の構成を示している。固定子１Ｅは、固定子巻線２Ｅと、固定子鉄心３Ｅからなる。固定子鉄心３Ｅは、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される９個のスロット内には、固定子巻線２Ｅがそれぞれ配置される。例えば、Ｕ相固定子コイルの固定子巻線２Ｅは、隣り合う五つの固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｄ（Ｕ−），２ｅ（Ｕ＋）から構成され、連続巻きとすることが可能である。Ｖ相、Ｗ相固定子コイルについても、同様の固定子巻線の構成になっている。
【００７２】
図１６は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２に発生する誘起電圧を示している。Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｄ（Ｕ−），２ｅ（Ｕ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅの大きさは同一であるが、Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅの順に１２°ずつ電圧位相が異なっている。Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅのベクトル和である。このとき、図１２で述べた理由により、Ｕ相コイルの誘起電圧波形に含まれる高調波成分が減少して、正弦波に近くなる。Ｖ相コイル、Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様のことが言える。各相コイルの誘起電圧は、互いに１２０度ずれた位相差を持つことになるので、３相同期モータとして動作する。また、各相コイルの誘起電圧が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００７３】
また、固定子鉄心３Ｅの両端部に、図８，図９にて説明したように、補助突極を設けることで、推力，ディテント力波形を平坦にすることができる。
【００７４】
さらに、１５±１極−１５スロット円筒リニアモータを、移動子１０の軸方向に繰り返し連結することにより、より極数，スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。ただし、この場合の磁気回路の基本単位において、永久磁石１１の数が１４ないし１６と偶数になるので、図５で述べた、電流の向きの反転に関する巻線上の配慮は必要がない。すなわち、１５±１極−１５スロット円筒リニアモータに関しては、図１５に示す磁気回路の基本単位を軸方向に繰り返し連結する際に、電流の流れる向きを一切変更する必要はない。
【００７５】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝１５：１５±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００７６】
なお、ｎが６以上の円筒リニアモータについては説明を省略するが、式（１）に該当するすべての円筒リニアモータにおいては、各相コイルを構成する固定子巻線２が隣接して配置されるので、連続巻線が可能である。この結果、コイル接続作業の工数が低減し、モータの製作性を向上することができる。さらに、推力およびディテント力の脈動についても、式（１）のｎが大きいほど、脈動成分を小さくすることができる。
【００７７】
次に、図１７及び図１８を用いて、本発明の第６の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図１７は、本発明の第６の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。図１８は、本発明の第６の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００７８】
図１〜図１６までの説明では、円筒リニアモータの磁気回路の基本単位において、極数とスロット数の差が１の場合の円筒リニアモータについて述べている。しかしながら、３相交流で駆動される同期式円筒リニアモータの理論的な検討によれば、式（１）を満足する円筒リニアモータ以外にも、
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±２  （ｎ＝３，５，７，９，…）  …（２）
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±４  （ｎ＝５，７，９，１１，…）  …（３）
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±５  （ｎ＝６，７，８，９，…）  …（４）
τｐ：τｓ＝３×ｎ：３×ｎ±７  （ｎ＝８，９，１０，１１，…）  …（５）
等の関係式を満足する円筒リニアモータを構成することができる。式（２）は（３×ｎ±２）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータ，式（３）は（３×ｎ±４）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータ，式（４）は（３×ｎ±５）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータ，式（５）は（３×ｎ±７）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータが磁気回路の基本単位であることを表している。
【００７９】
これらの中で、式（２）を満足する円筒リニアモータの系列が、式（１）を満足する円筒リニアモータの系列に次いで実用上の価値が大きい。以下、図１７，１８を用いて、この点を詳しく説明する。
【００８０】
図１７は、式（２）においてｎ＝３の場合の円筒リニアモータを示している。この場合には、式（２）より、τｐ：τｓ＝９：９±２となるので、９±２極−９スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）となる。これら２種類の円筒リニアモータは、固定子巻線２の配置、各固定子巻線２に発生する誘起電圧の発生の仕方に関して、電気的に双子の関係にある。
【００８１】
図１７は、７極−９スロット円筒リニアモータにおける磁気回路の構成を示している。固定子１Ｆは、固定子巻線２Ｆと、固定子鉄心３Ｆからなる。固定子鉄心３Ｆは、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される９個のスロット内には、固定子巻線２Ｆがそれぞれ配置される。固定子巻線２Ｆは、９個の固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｗ＋），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｕ−），２ｇ（Ｖ−），２ｈ（Ｖ＋），２ｉ（Ｗ＋）より構成される。固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｆ（Ｕ−）は、Ｕ相固定子コイルを構成し、固定子巻線２ｃ（Ｖ＋），２ｇ（Ｖ−），２ｈ（Ｖ＋）は、Ｖ相固定子コイルを構成し、固定子巻線２ｄ（Ｗ＋），２ｅ（Ｗ−），２ｉ（Ｗ＋）は、Ｗ相固定子コイルを構成する。式（１）を満足する円筒リニアモータのように、それぞれの相のコイルを構成する固定子巻線２が隣り合って配置されることはなく、同一相のコイル間を接続するために渡り線が必要になる。
【００８２】
図１８は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｃ（Ｖ＋），２ｄ（Ｗ＋），２ｅ（Ｗ−），２ｆ（Ｕ−），２ｇ（Ｖ−），２ｈ（Ｖ＋），２ｉ（Ｗ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅ，Ｅ２ｆ，Ｅ２ｇ，Ｅ２ｈ，Ｅ２ｉを示す。Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ−），２ｂ（Ｕ＋），２ｆ（Ｕ−）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｆの大きさは同一であるが、Ｅ２ａ，Ｅ２ｆ，Ｅ２ｂの順に２０°ずつ電圧位相が異なっている。Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｆのベクトル和である。Ｖ相コイル，Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様のことが言える。この誘起電圧の発生の仕方は、図１１で説明した８極−９スロット円筒リニアモータと全く同じである。したがって、各相コイルの誘起電圧に含まれる高調波成分が比較的少なくなることから、誘起電圧の波形が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００８３】
また、固定子鉄心３Ｆの両端部に、図８，図９にて説明したように、補助突極を設けることで、推力，ディテント力波形をさらに平坦にすることができる。
【００８４】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝１５：１５±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００８５】
次に、図１９及び図２０を用いて、本発明の第７の実施形態による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図１９は、本発明の第７の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。図２０は、本発明の第７の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００８６】
図１９は、式（２）においてｎ＝５の場合の円筒リニアモータを示している。この場合には、式（２）より、τｐ：τｓ＝１５：１５±２となるので、１５±２極−１５スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）となる。これら２種類の円筒リニアモータは、電気的に双子の関係にある。
【００８７】
図１９は、１３極−１５スロット円筒リニアモータにおける磁気回路の構成を示している。固定子１Ｇは、固定子巻線２Ｇと、固定子鉄心３Ｇからなる。固定子鉄心３Ｇは、固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される。固定子鉄心ヨーク３ａと、固定子鉄心歯部３ｂとによって形成される９個のスロット内には、固定子巻線２Ｇがそれぞれ配置される。例えば、Ｕ相固定子コイルは、固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｉ（Ｕ−），２ｊ（Ｕ＋）から構成され、式（１）を満足する円筒リニアモータのように、それぞれの相のコイルを構成する固定子巻線２Ｇが隣り合って配置されることはなく、同一相のコイル間を接続するために渡り線が必要になる。Ｖ相、Ｗ相固定子コイルについても、同様の固定子巻線の構成になっている。
【００８８】
図１９は、移動子１０が一定速度で移動している場合のある瞬時における、固定子巻線２に発生する誘起電圧を示している。Ｕ相に注目すると、固定子巻線２ａ（Ｕ＋），２ｂ（Ｕ−），２ｃ（Ｕ＋），２ｉ（Ｕ−），２ｊ（Ｕ＋）に発生する誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｉ，Ｅ２ｊの大きさは同一であるが、Ｅ２ａ，Ｅ２ｉ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｊ，Ｅ２ｃの順に１２°ずつ電圧位相が異なっている。Ｕ相コイルに発生する誘起電圧は、誘起電圧Ｅ２ａ，Ｅ２ｂ，Ｅ２ｃ，Ｅ２ｄ，Ｅ２ｅのベクトル和である。Ｖ相コイル，Ｗ相コイルにおける誘起電圧についても同様のことが言える。この誘起電圧の発生の仕方は、図１５で説明した１４極−１５スロット円筒リニアモータと全く同じである。したがって、各相コイルの誘起電圧に含まれる高調波成分が比較的少なくなることから、誘起電圧の波形が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００８９】
また、固定子鉄心３Ｇの両端部に、図８，図９にて説明したように、補助突極を設けることで、推力，ディテント力波形をさらに平坦にすることができる。
【００９０】
以上で説明したように、本実施形態によれば、円筒リニアモータにおける固定子突極のピッチをτｓ、永久磁石のピッチをτｐとしたとき、τｐ：τｓ＝１５：１５±１となるように円筒リニアモータの磁気回路を構成し、固定子鉄心の両端部に補助突極を設けることにより、永久磁石による磁束の利用率が良好で、かつ推力およびディテント力波形が平坦な円筒リニアモータを提供することができる。
【００９１】
なお、以上においては、式（２）においてｎ＝３，５の場合の円筒リニアモータについて説明したが、ｎが７以上の場合の円筒リニアモータについても、各相のコイルを構成する固定子巻線２がすべて隣り合って配置されることはなく、同一相のコイル間を接続するために渡り線が必要になる。しかし、誘起電圧の波形が正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００９２】
なお、式（１）を満足する円筒リニアモータと同様に、式（２）を満足する円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）を、移動子１０の軸方向に繰り返し連結することにより、より極数，スロット数の大きな円筒リニアモータを構成することができる。この場合の磁気回路の基本単位において、永久磁石１１の数が、ｎに依らず常に奇数になるので、磁気回路の基本単位を軸方向に繰り返し連結する毎に、電流の流れる向きが反転するように巻線の仕方を配慮する必要である。
【００９３】
式（３），（４），（５）に対応する円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位），すなわち、（３×ｎ±４）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータ，（３×ｎ±５）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータ，（３×ｎ±７）極−（３×ｎ）スロット円筒リニアモータについては、詳しい説明を省略するが、誘起電圧の波形も従来の円筒リニアモータと比較して正弦波に近くなるので、滑らかな推力波形を実現しやすい。
【００９４】
次に、図２１を用いて、本発明による円筒リニアモータの構成について説明する。  
図２１は、本発明による円筒リニアモータの構成の説明図である。
【００９５】
図２１において、横方向がスロット数Ｍ，縦方向が極数Ｐに対応し、それぞれ、３０スロット，２１極までの円筒リニアモータを記号により分類してまとめている。
【００９６】
記号Ｃが、本発明による円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）を表している。アンダーライン付きのＣは、磁気回路の基本単位を繰り返して連結する際に、コイルを流れる電流を反転させる必要があることを表している。ＣないしＣの上付き添字、下付き添字は、それぞれ、極数とスロット数の差、上述の関係式におけるｎである。また、ＣないしＣの直前の数字は、基本単位の繰り返し数である。例えば、４ＣはＣを４回繰り返すことを意味する。記号■と◆が、比較例の円筒リニアモータである。■は２極−３スロット、◆は４極−３スロット円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）を表している。■ないし◆の直前の数値は、この基本単位の繰り返し数である。“３相モータ不成立”は、３相モータとして成立しない極数−スロット数の組み合わせであることを表している。
【００９７】
図２１には、これまで図面などを用いて説明してきた円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位）の実施形態はすべて記載されている。例えば、記号Ｃ２−１は、図１で述べた５極−６スロット円筒リニアモータ、記号Ｃ２＋１は、Ｃ２−１と電気的に双子の関係にある７極−６スロット円筒リニアモータである。また、Ｃ２−１，Ｃ２＋１などの磁気回路の基本単位を軸方向に繰り返して構成した円筒リニアモータについても漏れなく記載されている。
【００９８】
図２１から明らかなように、本発明による円筒リニアモータ（磁気回路の基本単位ないしこれを複数回繰り返したもの）において、スロット数Ｍと極数Ｐの比Ｍ／Ｐは、３／４より大きく、３／２より小さい。つまり、
３／４＜Ｍ／Ｐ＜３／２  …（６）
の関係を満足する。一方、固定子突極３ｂのピッチτｓ、永久磁石１１のピッチτｐとの間に、Ｐ×τｐ＝Ｍ×τｓの関係があるので、本発明による円筒リニアモータにおいて、永久磁石１１のピッチτｐと固定子突極３ｂのピッチτｓの比τｐ／τｓは、
３／４＜τｐ／τｓ＜３／２  …（７）
の関係を満足する。
【００９９】
式（７）は、本発明による円筒リニアモータを特徴付ける重要な関係式である。これまで、式（１）〜式（５）と関連付けて、本発明による円筒リニアモータの構成、効果を述べてきたが、他方、本発明による円筒リニアモータは、式（７）を満足するように磁気回路を構成したものと言い換えることができる。すなわち、式（７）を満足する円筒リニアモータによれば、従来の円筒リニアモータと比較して、良好な推力を実現することができる。また、固定子鉄心の両端に補助突極を設けることで、さらに、良好なディテント力波形を実現することができる。
【０１００】
次に、図２２〜図２４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２２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２３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２４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。
【０１０１】
図２２において、電磁サスペンションは、円筒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の中の円筒リニアモータの構成は、図１に示したとおりである。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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に対して円筒リニアモータの駆動信号を出力する。
【０１０７】
次に、図２３，図２４を用いて、ドライバ３００の構成について説明する。  
図２３に示すように、円筒リニアモータのＵ相コイル（固定子巻線）２（Ｕ），Ｖ相コイル（固定子巻線）２（Ｖ），Ｗ相コイル（固定子巻線）２（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。
【０１０８】
図２４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。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第１の例における磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第１の例において、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図３】本発明による円筒リニアモータにおける鎖交磁束の流れを示す横断面図である。
【図４】図４は、本発明による円筒リニアモータにおける鎖交磁束の変化の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第２の例における磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態による円筒リニアモータの第２の例において、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの効果の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による円筒リニアモータの切り欠き外観図である。
【図９】本発明の第２の実施形態による円筒リニアモータの横断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態による５極−６スロット円筒リニアモータの効果の説明図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態による円筒リニアモータの磁気回路の構成を示す横断面図である。
【図２０】本発明の第７の実施形態による円筒リニアモータにおいて、移動子が一定速度で移動している場合のある瞬時における固定子巻線に発生する誘起電圧の説明図である。
【図２１】本発明による円筒リニアモータの構成の説明図である。
【図２２】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２３】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２４】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】
【０１１０】
１…固定子
２…固定子巻線
３…固定子鉄心
３ａ…固定子鉄心ヨーク
３ｂ…固定子鉄心歯部（固定子突極）
３ｃ…補助突極
１０…移動子
１１…永久磁石
１２…移動子鉄心
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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