(57)【要約】【課題】推力の異なる複数の機種の作製を設備費の低減や生産性の向上を図って果たすことができるリニアモータを提供する。【解決手段】外ヨーク部材１２の内周面部２２に、鉄心部材が嵌合される環状溝２３を形成した。環状溝２３を加工することなく、径方向の厚さ寸法が大きい鉄心部材１７Ａを環状溝２３に装着できる。すなわち、外ヨーク部材１２に対する新たな加工設備及び加工工程を追加することなく、外ヨーク部材１２を共通に用いて、推力の異なるリニアモータ１０を構成することが可能となり、この分、汎用性ひいては生産性の向上を図ることができる。さらに、推力の異なる複数種類のリニアモータ１０を得るために、外ヨーク部材１２に対する新たな加工設備が不要とされる分、設備費の低減を図ることができる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる中空部を有する第１の長手状部材と、該第１の長手状部材に出入り可能な第２の長手状部材と、第１の長手状部材の内周面部及び前記第２の長手状部材の外周面部のうち一方に軸方向に並べて設けられる複数のコイルと、第１の長手状部材の内周面部及び前記第２の長手状部材の外周面部のうち他方に軸方向に並べて設けられる複数の磁石と、前記複数のコイルの隣接するコイル間に設けられた鉄心と、を備えたリニアモータにおいて、
前記第１、第２の長手状部材のうち前記コイル及び鉄心が設けられる方の長手状部材の周面部には、軸方向に所定間隔で、前記鉄心を固定するための溝部を形成したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、前記コイル及び鉄心は前記第１の長手状部材に設けられることを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載のリニアモータにおいて、前記コイル及び鉄心は前記第２の長手状部材に設けられることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２記載のリニアモータにおいて、前記第１の長手状部材を縦方向に少なくとも２つに分割したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項４記載のリニアモータにおいて、前記第１の長手状部材の分割体の外周に、各々の分割体を一体とする外郭部材を嵌合したことを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記鉄心は、基端部が前記溝部に嵌合され、該基端部に連接する突出部が隣接するコイル間に配置される鉄心本体と、該鉄心本体の先端側に前記隣接するコイルの周面部に対面するように延設される幅広部と、からなることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータの一例として特許文献１に示されるリニアモータがある。このリニアモータ１は、図９及び図１０に示すように、筒状ステータ２を縦割りに分割された２個の分割体２ａから構成し、当該２個の分割体２ａの内側ひいては筒状ステータ２の内側に形成した複数条の溝部３にそれぞれコイル４を設けるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２７９２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リニアモータでは、設備費の低減や生産性の向上を図るなどのために、リニアモータの汎用化が望まれている。一方、上述したリニアモータ１では、筒状ステータ２の内側部分における隣接するコイル４に挟まれた部分（溝部３に対して相対的に内方に突出した部分）〔以下、鉄心部５という。〕は、電磁力発生に大きく関与し、この鉄心部５の径方向の厚さ寸法ｅを変えると共に、この間に配置されるコイル４の巻数や線径を変えて、コイル４の径方向の厚さ寸法を変えることにより、推力を調整することが可能である。このことを利用して、前記要望（設備費の低減や生産性の向上）に応えるべく、推力の異なる複数種類のリニアモータに対して筒状ステータ２を共通に用いて汎用化を図ることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、上述したリニアモータ１では、例えば大きな推力を得るために前記鉄心部５の径方向の厚さ寸法ｅを大きくする場合には、図１１に示すように溝部の深さ寸法ｆを大きくする必要がある。このため、筒状ステータ２の加工が要求され、加工設備及び加工工程が多く必要とされ、上記要望（設備費の低減や生産性の向上）に適切には応えることができないというのが実情である。
【０００６】
また、鉄心部５に、図１２に示すように、コイル４の内周面４ａに対向するような幅広部６を設けることにより、発生力の変動（いわゆる、回転形モータにおけるコギングトルクに相当する変動）を低減させたり、コイル４（電機子）の磁束を鉄心部５に無駄なく作用させて推力を増大させたりすることが可能である。しかし、実際には、溝部３の開口部７はコイル４に対して狭くなり、コイル４を溝部３に挿入して組み付けることは困難であり、幅広部６を用いた性能向上を容易には実現できなくなり、不便であった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、推力の異なる複数の機種の作製を設備費の低減や生産性の向上を図って果たすことができるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、軸方向に延びる中空部を有する第１の長手状部材と、該第１の長手状部材に出入り可能な第２の長手状部材と、第１の長手状部材の内周面部及び前記第２の長手状部材の外周面部のうち一方に軸方向に並べて設けられる複数のコイルと、第１の長手状部材の内周面部及び前記第２の長手状部材の外周面部のうち他方に軸方向に並べて設けられる複数の磁石と、前記複数のコイルの隣接するコイル間に設けられた鉄心と、を備えたリニアモータにおいて、前記第１、第２の長手状部材のうち前記コイル及び鉄心が設けられる方の長手状部材の周面部には、軸方向に所定間隔で、前記鉄心を固定するための溝部を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記コイル及び鉄心は前記第１の長手状部材に設けられることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載のリニアモータにおいて、前記コイル及び鉄心は前記第２の長手状部材に設けられることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２記載のリニアモータにおいて、前記第１の長手状部材を縦方向に少なくとも２つに分割したことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４記載のリニアモータにおいて、前記第１の長手状部材の分割体の外周に、各々の分割体を一体とする外郭部材を嵌合したことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載のリニアモータにおいて、前記鉄心は、基端部が前記溝部に嵌合され、該基端部に連接する突出部が隣接するコイル間に配置される鉄心本体と、該鉄心本体の先端側に前記隣接するコイルの周面部に対面するように延設される幅広部と、からなることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施の形態に係るリニアモータを図１〜図６に基づいて説明する。図１及び図２において、リニアモータ１０は、自動車、鉄道車両、構造物及び建造物の振動抑制装置を含め種々の装置に用いられるものであり、軸方向に延びる中空部１１を有する略筒状の磁性材料製の外ヨーク部材１２（第１の長手状部材）と、外ヨーク部材１２に出入り可能な筒状の磁性材料製のセンタヨーク１３（第２の長手状部材）と、を有している。
【００１２】
外ヨーク部材１２は、図１〜図３に示すように、縦方向に２つに分割（それぞれを、第１、第２外ヨーク部材１４，１５という。）されており、この第１、第２外ヨーク部材１４，１５が組み付けられて、上述した略筒状の外ヨーク部材１２が構成されている。第１、第２外ヨーク部材１４，１５が組み付けられた状態で、第１、第２外ヨーク部材１４，１５を一体に結合させる薄肉円筒形の外郭部材１６が嵌合されている。外郭部材１６は、外ヨーク部材１２と同等材質（磁性材料）で構成され、外ヨーク部材１２及び後述する鉄心部材１７と共に磁気回路の一部を構成する。外ヨーク部材１２の両端部は、図５に示すように、リング１８及びボルト１９によって固定され、外ヨーク部材１２及び外郭部材１６が軸方向に確実に結合されている。
【００１３】
第１、第２外ヨーク部材１４，１５の凹面部２０には、複数条の半円状溝２１が軸方向に所定間隔を空けて形成されており、ひいては第１、第２外ヨーク部材１４，１５の組合せにより構成される外ヨーク部材１２の内周面部２２には、複数条の環状溝２３（溝部）が軸方向に所定間隔を空けて形成されている。外ヨーク部材１２の内周面部２２に、前記環状溝２３の形成により残され、環状溝２３に対して相対的に内方に突出された環状の部分を、以下、便宜上、内周基準面部２４という。外ヨーク部材１２の複数条の環状溝２３には、環状で径方向の厚さが所定の大きさの前記鉄心部材１７（鉄心）が嵌合されている。外ヨーク部材１２の複数条の内周基準面部２４には、それぞれコイル２５が配置されており、鉄心部材１７が隣接するコイル２５間に設けられている。
【００１４】
一方、センタヨーク１３の外周面部２６には、図１、図２及び図４に示すように、複数の磁石３０が軸方向に並べて設けられている。複数の磁石３０の内周側は、軸方向にＮ極、Ｓ極が交互に配置されるように、磁化されている。複数の磁石３０及び複数のコイル２５は、ギャップを空けて相対向して配置され、コイル２５への通電により、電磁力を発生し、複数の磁石３０及び複数のコイル２５相互、ひいてはセンタヨーク１３及び外ヨーク部材１２の軸方向の相対移動を行えるようにしている。この場合、センタヨーク１３及び外ヨーク部材１２の相対移動は、図示しない案内部材を介して行われる。
【００１５】
上述したリニアモータ１０は、次のように組付けられる。すなわち、第１外ヨーク部材１２の凹面部２０（内周基準面部２４）に、コイル２５を配置し（ステップＳ１）、次に、第１外ヨーク部材１２の半円状溝２１に複数の鉄心部材１７が嵌合される（ステップＳ２）。前記ステップＳ１、Ｓ２の工程は、反対の手順（鉄心部材１７を嵌合した後、コイル２５を配置する。）で行うようにしてもよい。また、鉄心部材１７及びコイル２５を１個ずつ交互に装着するようにしてもよい。
【００１６】
続いて、複数の鉄心部材１７及び複数のコイル２５を装着した第１外ヨーク部材１２に、第２外ヨーク部材１２を組付け（ステップＳ３）、複数の鉄心部材１７及び複数のコイル２５を収納した略筒状の外ヨーク部材１２を得る（ステップＳ４）。この外ヨーク部材１２に外郭部材１６を嵌合し（ステップＳ５）、リング１８及びボルト１９を用いて、外ヨーク部材１２及び外郭部材１６を結合する（ステップＳ６）。次に、磁石３０を装着したセンタヨーク１３を外ヨーク部材１２（コイル２５及び鉄心部材１７）内に収納し、リニアモータ１０を構成させる（ステップＳ７）。
【００１７】
上述したように構成されたリニアモータ１０では、図６に示すように、仮に推力を大きくするために径方向の厚さ寸法ｅが大きい鉄心部材１７Ａを用いる場合にも、環状溝２３を加工することなく、当該鉄心部材１７Ａを環状溝２３に装着し、これに対応した大きさ（この場合、径方向の厚さ寸法ｇが前記厚さ寸法ｅより環状溝の２３の深さ寸法ｈだけ小さくされている。）のコイル２５を用いて対処することができる。すなわち、外ヨーク部材１２に対する新たな加工設備及び加工工程を追加することなく、外ヨーク部材１２を共通に用いて、推力の異なるリニアモータ１０を構成することが可能となり、この分、汎用性ひいては生産性の向上を図ることができる。さらに、上述したように推力の異なる複数種類のリニアモータ１０を得るために、外ヨーク部材１２に対する新たな加工設備が不要とされる分、設備費の低減を図ることができる。
【００１８】
また、この第１実施の形態のリニアモータ１０では、リニアモータ１０の軸方向の発生力を複数条の環状溝２３で受けることができる。このため、リニアモータ１０の軸方向の発生力を外ヨーク部材１２の軸方向全体に分散させることができ、発生力の伝達部位の応力、負荷を軽減することができる。
【００１９】
また、上述したように外郭部材１６によって、第１、第２外ヨーク部材１４，１５からなる外ヨーク部材１２を円筒形に結合して固定しているため、外ヨーク部材１２の強度が向上し、リニアモータ１０に対し曲げ、捻りなどの外力が作用した場合でも、リニアモータ１０は所定の性能を確実かつ容易に発揮することができる。また、外ヨーク部材１２を円筒形の外郭部材１６が覆うので、リニアモータ１０は、その外周部に、隙間、溝が無くなり、その分、耐環境性を向上することができる。
【００２０】
また、外ヨーク部材１２を第１、第２外ヨーク部材１４，１５に分割しているので、コイル２５及び鉄心部材１７の組付け及びその固定を容易に行えると共に、信頼性の向上を図ることができる。また、外郭部材１６が磁性材料製とされ、外ヨーク部材１２などと共に、磁気回路の一部を構成するので、その分、外ヨーク部材１２の肉厚を薄くすることが可能となる。
【００２１】
上記第１実施の形態では、外ヨーク部材１２を円筒の軸方向に２分割（分割角度１８０°）した場合を例にしたが、外ヨーク部材１２について、２分割に限らず、３分割（分割角度１２０°）、４分割（分割角度９０°）など任意の角度で任意の分割数にしてもよい。
【００２２】
次に、本発明の第２実施の形態のリニアモータを図７に基づいて説明する。なお、図１〜図６に示す部材と同等の部材については、同一の符号を用いその説明は、適宜省略する。
【００２３】
この実施の形態のリニアモータ１０Ａは、第１実施の形態のリニアモータ１０（図１〜図６）に比して、鉄心部材１７（図１、図４、図６）に代えて、図７に示す鉄心部材１７Ａを設けたことが主に異なっている。図７の鉄心部材１７Ａは、隣接するコイル２５間に配置される鉄心本体３１と、該鉄心本体３１の先端側に前記隣接するコイル２５の内周面部２５ａ（周面部）に対面するように形成される幅広部３２と、から大略構成されている。鉄心本体３１は、前記環状溝２３に嵌合される基端部３４と、該基端部３４に連接し隣接するコイル２５間に配置される突出部３５と、から構成されている。
【００２４】
上述したリニアモータ１０Ａは、次のように組付けられる。すなわち、第１外ヨーク部材１２の凹面部２０に複数のコイル２５を配置し（ステップＳ１Ａ）、その後、第１外ヨーク部材１２の半円状溝２１に複数の鉄心部材１７Ａを嵌合する（ステップＳ２Ａ）。以下、前記第１実施の形態と同様に、ステップＳ４〜Ｓ７の組付け工程を実施し、当該リニアモータ１０Ａを得る。
【００２５】
ステップＳ１Ａ及びステップＳ２Ａに代えて、複数のコイル２５及び複数の鉄心部材１７Ａを軸方向に予め組付け（ステップＳ１Ｂ）、この後、ステップＳ１Ｂで組み付けられた複数のコイル２５及び複数の鉄心部材１７Ａを第１外ヨーク部材１２に、固定、位置決めする（ステップＳ２Ｂ）ようにしてもよい。また、第１外ヨーク部材１２の凹面部２０に、２個のコイル２５を配置し、その２個のコイル２５の間になるように第１外ヨーク部材１２の半円状溝２１に１個の鉄心部材１７Ａを嵌合し（ステップＳ１Ｃ）、以下、１個のコイル２５が先行する状態で、コイル２５及び鉄心部材１７Ａを交互に、第１外ヨーク部材１２に装着する（ステップＳ２Ｃ）ようにしてもよい。
【００２６】
上述したように構成されたリニアモータ１０Ａでは、鉄心部材１７Ａが隣接するコイル２５の内周面部２５ａに対面するように形成される幅広部３２を有しているので、発生力の変動（いわゆる、回転形モータにおけるコギングトルクに相当する変動）を低減させたり、コイル２５（電機子）の磁束を鉄心部材１７Ａに無駄なく作用させて推力を増大させたりすることを容易に行えるようになる。このリニアモータ１０Ａでは、鉄心部材１７Ａが外ヨーク部材１２に組み付けられるので、幅広部３２を有しているものの、コイル２５の装着を容易にかつ確実に実現することができ、幅広部３２を用いた性能向上を確実に果たすことができる。
【００２７】
上記第１実施の形態では、第１、第２外ヨーク部材１４，１５からなる外ヨーク部材１２の固定を外郭部材１６で行うリニアモータ１０を例にしたが、これに代えて、図８に示すように、固定バンド４０、ボルト４１及びナット４２で行うリニアモータ１０Ｂを構成（第３実施の形態）してもよい。固定バンド４０は、図８に示すように、外ヨーク部材１２に巻回されるバンド本体４３と、バンド本体４３の両端に連接されたフランジ部４４とからなっている。フランジ部４４がボルト４１及びナット４２により締結されることにより、固定バンド４０は、縮径されて、第１、第２外ヨーク部材１４，１５からなる外ヨーク部材１２の締め付け、ひいてはその固定を行うようにしている。この第３実施の形態では、３本の固定バンド４０を用いている。なお、固定バンド４０を４本以上としてもよいし、２本または１本としてもよい。
【００２８】
上記各実施の形態では、コイル２５及び鉄心部材１７（１７Ａ）を外ヨーク部材１２の内周面部２２に設け、磁石３０をセンタヨーク１３の外周面部２６に装着する場合を例にしたが、これに代えて、コイル及び鉄心部材をセンタヨーク１３の外周面部２６に設け、磁石を外ヨーク部材１２の内周面部２２に設けるように構成してもよい。この場合、外ヨーク部材１２の内周面部２２に代えて、センタヨーク１３の外周面部２６に鉄心部材を嵌合する環状の溝部（図示省略）を形成する一方、鉄心部材については分割タイプとする。この分割タイプの鉄心部材としては、例えば複数個の円弧状鉄心を、組付けにより結合して環状をなすように構成される。この場合、隣接する円弧状鉄心が離れないように確実に接合するように構成する。
なお、上記各実施の形態では、第１の長手状部材としての外側ヨークが円筒形状であるものを示したが、本発明は別段これに限らず、中空の四角形状等、多角形状の第１の長手状部材であっても構わない。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１から３までのいずれかに記載の発明によれば、第１、第２の長手状部材のうちコイル及び鉄心が設けられる方の長手状部材の周面部には、軸方向に所定間隔で、前記鉄心を固定するための溝部を形成したので、溝部の深さ寸法を変更することなく、径方向の厚さ寸法が異なる鉄心部材を溝部に嵌合することが可能である。このため、コイル及び鉄心が設けられる長手状部材を、共通に用いて、推力の異なる複数種類のリニアモータを構成することが可能となり、汎用性ひいては生産性の向上を図ることができる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、第１の長手状部材を縦方向に少なくとも２つに分割したので、コイル及び鉄心の組付けを容易に行える。
請求項５に記載の発明によれば、第１の長手状部材の分割体の外周に、各々の分割体を一体とする外郭部材を嵌合したので、第１の長手状部材の結合強度を向上させ、曲げ、捻りなどの外力を受けた際にも第１の長手状部材を円筒形に維持し、良好な性能を確保できる。
【００３１】
請求項６に記載の発明によれば、鉄心は、基端部が溝部に嵌合され、該基端部に連接する突出部が隣接するコイル間に配置される鉄心本体と、該鉄心本体の先端側に前記隣接するコイルの周面部に対面するように形成される幅広部と、からなるので、発生力の変動（いわゆる、回転形モータにおけるコギングトルクに相当する変動）を低減させたり、コイルの磁束を鉄心部に無駄なく作用させて推力を増大させたりすることを容易に行えるようになる。さらに、鉄心部材が外ヨーク部材に装着して組立てられるので、幅広部を有しているものの、コイルの装着を容易にかつ確実に行え、幅広部を用いた性能向上を確実に果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るリニアモータを示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１の第１外ヨーク部材を示す斜視図である。
【図４】図３の第１外ヨーク部材へのコイル及び鉄心部材の装着状態を示す断面図である。
【図５】図１の第１外ヨーク部材の端部側を示す断面図である。
【図６】図１の第１外ヨーク部材に、図１の鉄心部材と径方向の厚さが異なる鉄心部材を装着する状態を示す断面図である。
【図７】幅広部を有する鉄心部材を用いたリニアモータ（第２実施の形態）を示す断面図である。
【図８】固定バンドを用いるリニアモータ（第３実施の形態）を示す正面図である。
【図９】従来のリニアモータの一例に用いられる分割タイプの筒状ステータの一方の分割体を示す斜視図である。
【図１０】図９の筒状ステータの一方の分割体を用いた従来のリニアモータの一例を示す断面図である。
【図１１】図９の筒状ステータに、径方向の厚さ寸法が大きい鉄心を用いる際の問題点を説明するための断面図である。
【図１２】図９の筒状ステータの鉄心部に幅広部を設ける場合に生じる問題点を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０    リニアモータ
１２    外ヨーク部材（第１の長手状部材）
１３    センタヨーク（第２の長手状部材）
１６    外郭部材
１７、１７Ａ    鉄心部材（鉄心）
２３    環状溝（溝部）
２５    コイル
３２    幅広部
【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】
2004357466.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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