(57)【要約】【課題】大形機械の駆動ができ、しかもコギングを相殺し、可動子組み立てが容易で、可動子の熱保護を容易にできる安価な直列配置リニアモータを提供する。【解決手段】多相平衡巻線Ｒｕ〜Ｒｗを有する電機子で構成される複数の可動子１ａ〜１ｃと、永久磁石もしくは２次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、複数の可動子１ａ〜１ｃを前記同一の固定子上に配置し、かつ、該各可動子１ａ〜１ｃの各多相平衡巻線Ｒｕ〜Ｒｗを直列接続させた。【選択図】　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相平衡巻線を有する電機子で構成される複数の可動子と、永久磁石もしくは２次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、
前記複数の可動子を同一の前記固定子上にギャップを介して対向配置し、かつ、該各可動子の各多相平衡巻線を直列接続させたことを特徴とする直列配置リニアモータ。
【請求項２】
前記複数の可動子が全て同一構成であることを特徴とする請求項１記載の直列配置リニアモータ。
【請求項３】
前記可動子の前後端に接続用端子を配備し、最終可動子の後端端子の多層巻線端子を相互に短絡接続（中性点）処理したことを特徴とする請求項１または２記載の直列配置リニアモータ。
【請求項４】
前記複数の可動子の相数を３相とし、可動子数を３の倍数個とした中で、各可動子間の位相差が電気角１２０°もしくは２４０°の位相ズレをもたせ、かつ各可動子の前後端にある接続端子の繋ぎをも１２０°もしくは２４０°位相をもたせる接続にしたことを特徴とする請求項１または２記載の直列配置リニアモータ。
【請求項５】
前記複数の可動子には各々サーミスタが内蔵されており、該各サーミスタも全て直列接続させるように外部端子を前記可動子前後端に接続端子を配備させたことを特徴とする請求項１または２記載の直列配置リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つの移動体を複数のリニアモータ可動子で駆動する直列配置リニアモータの構造および位相配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のリニアモータを示している。
図において、１’は１個の電機子で構成される従来のリニアモータの可動子、６’は複数の永久磁石よりなる界磁で構成される固定子である。なお、電機子は多相平衡巻線を有するものとなっており、リニアモータは可動子１’と固定子６’がギャップを介して対向配置されている。
図６に示すように、従来のリニアモータは一つの移動体に対して一つのリニアモータ可動子１’で駆動する機構になっていた（例えば、本出願人が出願した特許文献１を参照のこと。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０８３２８　号公報
【０００４】
これは電機子コイルの渡り線および中性点の接続処理を容易にし、コアブロックの単位体積当たりの推力を大きくできるリニアモータにするために、界磁用の永久磁石と磁気的空隙を介して対向する電機子を備え、この電機子が、推力方向に複数に分割されたコアブロックで構成してなる電機子コアと電機子コイルを有するもので、各々のコアブロックに巻装される電機子コイルは、コイル導体の巻始め部分と巻終わり部分が配線パターンを有する配線基板に接続されたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、推力を大きくできるこのリニアモータにも限界がある。
大形の工作機械等の駆動にリニアモータが用いられた場合、必要推力が４００００Ｎになるものもあり、この場合、磁石とコア間の磁気吸引力も１２００００Ｎ（１２ｔ）と強大になる。ところが図６のような１個の電機子を備えるリニアモータで上記必要推力を得ようとすると、推力の増大に伴うコギングの問題や、電機子の発熱の問題が生じたりして、このような大形機械の駆動に対処しきれなかった。
仮に１個の電機子で設計すると、可動子（電機子）重量が２５０ｋｇ以上となり、ハンドリング等の問題が大きくなる。また、モータの磁石の吸引力増大により、磁石の組立に時間がかかるという問題があった。
さらに故障の場合、その被害金額も大きくなった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、大形機械の駆動ができしかもコギング力を相殺し、可動子組み立てが容易で、可動子の熱保護を容易にできる安価な直列配置リニアモータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の直列配置リニアモータの発明は、多相平衡巻線を有する電機子で構成される複数の可動子と、永久磁石もしくは２次導体を有する固定子からなるリニアモータであって、前記複数の可動子を同一の前記固定子上にギャップを介して対向配置し、かつ、該各可動子の各多相平衡巻線を直列接続させたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の直列配置リニアモータにおいて、前記複数の可動子が全て同一構成であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の直列配置リニアモータにおいて、前記可動子の前後端に接続用端子を配備し、最終可動子の後端端子の多層巻線端子を相互に短絡接続（中性点）処理したことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の直列配置リニアモータにおいて、前記複数の可動子の相数を３相とし、可動子数を３の倍数個とした中で、各可動子間の位相差が電気角１２０°もしくは２４０°の位相ズレをもたせ、かつ各可動子の前後端にある接続端子の繋ぎをも１２０°もしくは２４０°位相をもたせる接続にしたことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の直列配置リニアモータにおいて、前記複数の可動子には各々サーミスタが内蔵されており、該各サーミスタも全て直列接続させるように外部端子を前記可動子前後端に接続端子を配備させたことを特徴とする。
このように本発明は、同一固定子上に複数の可動子を配置させ、これらの可動子の多相平衡巻線を直列接続させたことで、一つの移動体を駆動できる直列配置リニアモータとなっている。
そして直列接続をすることにより、並列接続の場合に起こる各可動子の、若干の位相ズレによる循環電流の発生を防止することができ、また推力容量に異なるリニア可動子を組み合わせた配列が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係るリニアモータの概念斜視図である。
図において、１ａ〜１ｃは電機子で構成される第１のリニアモータ可動子群、１ｄ〜１ｆは電機子で構成される第２のリニアモータ可動子群、２Ａおよび２Ｂはそれぞれ第１および第２の前記リニアモータ可動子群を駆動するパワーアンプ、６Ａおよび６Ｂはそれぞれ第１および第２の前記リニアモータ可動子群を載置する固定子である。
図に示すように、このリニアモータは図で左右の固定子６Ａおよび６Ｂ上に２つの可動子群１ａ〜１ｃ、１ｄ〜１ｆをドライバである２つのパワーアンプ２Ａおよび２Ｂで駆動する例である。
【０００８】
図２は図１のリニアモータ可動子群の各リニア可動子単体に施される平衡３相巻線の例である。
図において、リニア可動子単体には前端（図で左側）に端子Ｕ，Ｖ，Ｗと後端（図で右側）の端子Ｘ，Ｙ，Ｚがあり、端子ＵとＸ間に三相巻線のうちの１相のコイルが２個（ＲＵ１、ＲＵ２）、同じく端子ＶとＹ間に三相巻線のうちの他の１相のコイルが２個（ＲＶ１、ＲＶ２）、そして端子ＷとＺ間に三相巻線の残りの１相のコイルが２個（ＲＷ１、ＲＷ２）がそれぞれ並列に接続されている。
また、リニア可動子単体の前端の端子Ａと後端の端子ａとの間に、２個のサーミスタ４１（ＴＨａ）、４２（ＴＨｂ）が直列接続されており、一方のサーミスタ４１は端子Ｕ−Ｖ間に、他方のサーミスタ４２はＶ−Ｗ間に配置され、それぞれの温度を検知している。
そして、サーミスタ線のバイパス線も前端の端子Ｂと後端の端子ｂ間に接続されている。
さらに、前端の端子Ｅと後端の端子ｅ間には、電機子コア（図示せず）に接続されたアース線が接続されている。
【０００９】
図３は、図２のリニア可動子の上視外観を示す。
図において、１はリニア可動子単体で、５１は前端端子（図で左側）、５２は後端端子（図で右側）である。
内部には図２で説明したように、端子ＵとＸ間に２個のＵ相コイル、端子ＶとＹ間に２個のＶ相コイル、そして端子ＷとＺ間に２個のＷ相コイルががそれぞれ並列に接続されている。また、端子Ａと端子ａとの間に２個のサーミスタが直列接続されており、端子Ｂと端子ｂ間にこのサーミスタ線のバイパス線が接続されている。前端の端子Ｅと後端の端子ｅ間には電機子コア（図示せず）に接続されたアース線が接続されている。
【００１０】
図４は、図２の可動子を３個直列に接続した場合の各可動子間の接続関係を示す。
各可動子１ａ〜１ｃ間は、２４０°の整数倍ｎの電気角位相で配置されている。
先端の可動子１ａの前端端子５１ａの端子Ｕ、端子Ｖ、端子Ｗに外部から給電される。
可動子１ａ内では、図２で説明したように、端子Ｕは２個並列に接続された相コイルＲｕ１、Ｒｕ２を経て後端端子５２ａの端子Ｘに接続され、端子Ｖは２個並列に接続された相コイルＲｖ１、Ｒｖ２を経て後端端子５２ａの端子Ｙに接続され、端子Ｗは２個並列に接続された相コイルＲｗ１、Ｒｗ２を経て後端端子５２ａの端子Ｚに接続されている。
次に、可動子１ａの後端端子５２ａの端子Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ次の可動子１ｂの前端端子５１ｂの端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。ところが可動子１ｂ内では、端子Ｕは可動子１ａの場合の相コイルＲｕ１、Ｒｕ２ではなくて、電気角で１２０°隣の相コイルＲｖ１、Ｒｖ２を経て後端端子５２ｂの端子Ｘに接続されている。以下同様に、端子Ｖは１２０°隣の相コイルＲｗ１、Ｒｗ２を経て後端端子５２ｂの端子Ｙに接続され、端子Ｗは１２０°隣の相コイルＲｕ１、Ｒｕ２を経て後端端子５２ｂの端子Ｚに接続されている。
そして、可動子１ｂの後端端子５２ｂの端子Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ次の可動子１ｃの前端端子５１ｃの端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続される。ところが可動子１ｃ内では、端子Ｕは可動子１ｂの場合の相コイルＲｖ１、Ｒｖ２ではなくて、それより電気角で１２０°隣の相コイルＲｗ１、Ｒｗ２を経て後端端子５２ｃの端子Ｘに接続されている。以下同様に、端子Ｖは１２０°隣の相コイルＲｕ１、Ｒｕ２を経て後端端子５２ｃの端子Ｙに接続され、端子Ｗは１２０°隣の相コイルＲｖ１、Ｒｖ２を経て後端端子５２ｃの端子Ｚに接続されている。
このように、各可動子１ａ〜１ｃの各相巻線の相Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの各順番は、第１可動子１ａがＲｕ−Ｒｖ−Ｒｗとなれば、第２可動子１ｂはＲｗ−Ｒｕ−Ｒｖ、第３可動子１ｃはＲｖ−Ｒｗ−Ｒｕとなるように接続線で接続されている。　そして最終可動子となる第３可動子１ｃの後端ターミナル５２ｃのＸ、Ｙ、Ｚ端子はそれぞれ短絡されることで中性点処理されている。
【００１１】
また、各可動子１ａ〜１ｃの各サーミスタ４の前後の端子もそれぞれ接続され、最終可動子となる第３可動子１ｃのａ−ｂ端子を短絡することで、全てのサーミスタ素子が直列接続される。
これにより、いずれかの可動子の、いずれかの相巻線温度が異常になっても、正しく検知し、温度保護をかけることが可能になる。
このように、各可動子１ａ〜１ｃ間は２４０°（または１２０°）の整数倍ｎの電気角位相で配置接続することによって、コギング力を相殺することが可能になる。
【００１２】
図５は、コギング相殺の関係を示した図である。
図において、縦軸はコギング推力（Ｎ）、横軸は移動距離を表している。
例えば図１に示した各可動子１ａ〜１ｃのコギング推力は、前後端部の磁気回路の不平衡により、図のようなそれぞれ位相および横軸のシフトしたサイン波形のコギング推力が生じている。
ところがこれを図４で述べたように、各可動子１ａ〜１ｃ間の位相を２４０°ずらすことにより、各コギング推力は相殺しあうため、結果的に図５の総合相殺データのように僅かな変動に抑えることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、大推力を必要とするアプリケーションであっても、複数個のリニア可動子での駆動構造にすることで、一つの可動子重量は、軽くなり、組み立て時のハンドリングは容易になる。
また、不慮の事故により可動子が焼損、破損した場合でも、交換、補修費用は、安価になる利点がでる。
さらには、実施の形態のように複数個の可動子に、それぞれ１２０°もしくは２４０°の位相差を持たせる配置、接続させることでコギング力を相殺することが可能になる。
サーミスタ等の温度保護素子も、全体で直列接続されることにより、どれか一つの（可動子）電機子の温度が異常になった場合でも保護がかかるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るリニアモータの概念斜視図である。
【図２】図１のリニアモータ可動子群の各リニア可動子単体に施される平衡３相巻線の接続例である。
【図３】図２のリニア可動子の上視外観図である。
【図４】図２の可動子を３個直列に接続した場合の各可動子間の接続関係図である。
【図５】可動子のコギング推力とコギング相殺の関係を示した図である。
【図６】従来のリニアモータの外観斜視図である。
【符号の説明】
１、１ａ〜１ｆ：可動子
２、２Ａ、２Ｂ：ドライバ
３、３Ａ、３Ｂ：各相巻線
４、４１、４２：サーミスタ
５：５１ａ〜５１ｃ：前端端子
５２ａ〜５２ｃ：後端端子
６、６Ａ、６Ｂ：固定子
【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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