(57)【要約】  【課題】体積当たりの推力が大きいリニア電磁アクチュエータを提供する。  【解決手段】磁性体からなり、かつほぼＨ形の断面形状を有するコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニット５０４〜５０６を、コイルの軸方向に１個以上配置してなる電機子５５０と、前記コイルの軸方向にＮ，Ｓ磁極を交互に周期的に配置してなる二つのヨーク６５０Ａ，６５０Ｂを、前記Ｎ，Ｓ磁極が前記コアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる界磁子６５０Ａ，６５０Ｂとを備え、電機子５５０及び界磁子６５０Ａ，６５０Ｂを前記コイルの軸方向に相対的に移動可能とする。【選択図】図２
2005210794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる断面ほぼＨ形のコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、前記コイルの軸方向に１個以上配置してなる第１構成要素と、
前記コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた二つの磁性体を、前記の面が前記コアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第２構成要素と、を備え、
第１構成要素及び第２構成要素が前記コイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項２】
磁性体からなり、かつほぼＨ形の断面形状を有するコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、前記コイルの軸方向に１個以上配置してなる第１構成要素と、
前記コイルの軸方向にＮ，Ｓ磁極を交互に周期的に配置してなる二つの磁性体を、前記Ｎ，Ｓ磁極が前記コアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第２構成要素と、を備え、
第１構成要素及び第２構成要素が前記コイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
一相分がｋ個のコアユニットをｎ相分用い（ｋ，ｎは何れも自然数）、かつ、各相のコアユニットを構成するコイルの、第２構成要素の周期的な磁気特性に対する電気角位相の平均値が（３６０／ｎ）°で分布するように第１構成要素を構成して前記コイルにｎ相交流電力を供給することを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項４】
請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第１構成要素は、ｋ個のコアユニットを隣り合わせて配置した一相分のコアユニット群をｎ相分並べて配置してなることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項５】
請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第１構成要素は、各相につき１個ずつ隣り合わせて配置したｎ個のコアユニットをｋ個並べて配置してなることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項６】
請求項５に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で（３６０°−１８０°／ｎ）以下であることを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアを、前記中央幹部で分割された断面ほぼＴ字形のコア部材を２個組み合わせて構成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアを、断面ほぼＴ字形及び断面ほぼＩ字形のコア部材を組み合わせて構成したことを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
前記コアの、前記中央幹部付近のコイルが巻回されない部位に貫通孔を形成し、前記コイルの軸を中心とする両側から第１，第２の保持部材により前記コイルユニットを挟み込んで前記貫通孔を介し両保持部材をボルトにて締結することを特徴とするリニア電磁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機子に鉄心を有するリニア電磁アクチュエータに関し、詳しくは、リニア電磁アクチュエータにおける推力発生効率を向上させるための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、第１の従来技術を示す一般的なコア付リニアモータの構成図である。
このリニアモータは電機子１００と界磁子２００とからなり、両者は空隙を介して対向配置されている。電機子１００はコイル１０３を有し、また、界磁子２００は永久磁石によるＮ，Ｓ極が交互に配置された磁極２０２を備えている。なお、電機子１００において、１０１はコア、１０２は歯を示し、界磁子２００において、２０１は界磁子ヨークを示している。
ここで、電機子としては、鉄心（コア）を有するもの（コア付）と有しないもの（コアレス）との２種類があるが、本発明ではコア付の電機子を対象としている。
【０００３】
図１８において、コイル１０３の起磁力と磁極２０２からの磁束との相互作用により、電機子１００と界磁子２００との間に相対的な推力が発生する。
なお、界磁子２００としては、永久磁石による磁極２０２の代わりにコイルによって界磁を形成することも可能である。また、界磁子をはしご形の導体を鉄心で囲んだ構成とすれば誘導モータとして、更に、電機子との対向面に周期的な突起列を有する界磁子構成とすれば、リラクタンスモータとしてそれぞれ機能する。
この種のコア付リニアモータの推力発生原理の詳細については、白木、宮尾著、「図解・リニアサーボモータとシステム設計」、総合電子出版（昭和６１年３月２０日第１版発行）等により広く知られているため、詳述を省略する。
【０００４】
図１９は、第２の従来技術を示す吸引力相殺形のコア付リニアモータの構成図である。
コア付リニアモータでは、電機子のコアと界磁子との間に作用する磁気吸引力が問題となる。一般に、この吸引力は電機子と界磁子との間の相対的な推力の１０倍に達することも珍しくない。このような強力な吸引力のもとで電機子と界磁子との間の空隙長を所定の長さに維持するには、電機子と界磁子とを相対的に移動可能に保持するための機構が極めて頑強であることが要求され、これによって装置が大形化したり高価格化したりする問題がある。
【０００５】
その対策として、対向配置された二つの界磁子の間に電機子を配置することにより、界磁子と電機子との間の吸引力を相殺する方法がある。
図１９の従来技術は上記着想に基づくものであり、対向配置された二つの界磁子２００，２００の間に、それらの磁極２０２と対向するように電機子１０３が配置されている。なお、１０４は電機子１０３のコア、１０５はコイルを示す。
【０００６】
このような構成とすれば、電機子１０３の両側（図では上下）と界磁子２００，２００との間の空隙長を適切に保持することで磁気吸引力を大幅に低減できるため、これらの保持機構も一層簡素なものを用いることができる。この種の構成も、上記公知文献に記載されている。
なお、図１９とは構成が異なるものの、同様に界磁子と電機子との間の吸引力を相殺している例を、特許文献１に示す。
【０００７】
更に、図２０は第３の従来技術を示す直動機構（ラック＆ピニオン）の構成図である。
図２０において、３０１は回転形モータ、３０２はピニオン、４０１はラック、４０２は被操作部であり、モータ３０１の回転運動がピニオン３０２及びラック４０１を介して被操作部４０２の直線運動に変換される。
【０００８】
一般に直動機構としては、回転形モータにより様々な機構（例えばラック＆ピニオン、ベルト、ボールネジ等）を駆動して直線運動を得る構成が用いられることが多い。しかし、この種の直動機構はメンテナンスが必要であり、また、バックラッシやベルトのたるみのために高精度化しづらく、機構部の制約によって直動部の動作を高速化し難いという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−９８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２０の直動機構と比較すると、リニアモータには前述のような欠点がなく、高速かつ高精度の動作が可能であって生産性の向上に大きく寄与できる利点がある。
しかし、リニアモータは、一般に推力発生効率が回転形モータ＋直動機構という構成に比べて低く、必要な推力を得るためにはモータが大形化したり、またはコイル電流の増大によって損失が増大したり、更にはその結果として発熱量が増加する等の問題がある。
そこで本発明は、装置の大形化や損失、発熱量の増加を招くことなく推力発生効率を向上させることができるリニア電磁アクチュエータを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、磁性体からなる断面ほぼＨ形のコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、コイルの軸方向に１個以上配置してなる第１構成要素と、
コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた二つの磁性体を、前記の面がコアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第２構成要素と、を備え、
第１構成要素及び第２構成要素がコイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、磁性体からなり、かつほぼＨ形の断面形状を有するコアと、このコアの中央幹部に巻回されて交流電流が通流されるコイルと、からなるコアユニットを、コイルの軸方向に１個以上配置してなる第１構成要素と、
コイルの軸方向にＮ，Ｓ磁極を交互に周期的に配置してなる二つの磁性体を、Ｎ，Ｓ磁極がコアに空隙を介して対向するようにそれぞれ配置してなる第２構成要素と、を備え、
第１構成要素及び第２構成要素がコイルの軸方向に相対的に移動可能であることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
一相分がｋ個のコアユニットをｎ相分用い（ｋ，ｎは何れも自然数）、かつ、各相のコアユニットを構成するコイルの、第２構成要素の周期的な磁気特性に対する電気角位相の平均値が（３６０／ｎ）°で分布するように第１構成要素を構成してコイルにｎ相交流電力を供給するものであり、これによってｎ相リニアモータを構成するものである。
【００１４】
請求項４に記載した発明は、請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第１構成要素は、ｋ個のコアユニットを隣り合わせて配置した一相分のコアユニット群をｎ相分並べて配置してなることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載した発明は、請求項３に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
第１構成要素は、各相につき１個ずつ隣り合わせて配置したｎ個のコアユニットをｋ個並べて配置してなることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で（３６０°−１８０°／ｎ）以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載した発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアを、中央幹部で分割された断面ほぼＴ字形のコア部材を２個組み合わせて構成したものである。
【００１８】
請求項８に記載した発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアを、断面ほぼＴ字形及び断面ほぼＩ字形のコア部材を組み合わせて構成したものである。
【００１９】
請求項９に記載した発明は、請求項１〜８の何れか１項に記載したリニア電磁アクチュエータにおいて、
コアの、中央幹部付近のコイルが巻回されない部位に貫通孔を形成し、コイルの軸を中心とする両側から第１，第２の保持部材によりコイルユニットを挟み込んで貫通孔を介し両保持部材をボルトにて締結するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、不要なコイル部位を実質的に除去した構造により、銅損や発熱量を減少させ、体積当たりの推力が大きく小形化が可能なリニア電磁アクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。まず、図１は、本発明の各実施形態の概念的な説明図であり、請求項１の発明に相当する。
図１（ａ）は、一般的なコア付リニアモータにおける電機子の２歯分の拡大図であり、５０１は電機子のコア、５０２は歯、５０３は歯５０２に巻回されたコイル、６０２は永久磁石からなる界磁子の磁極を示す。
【００２２】
上記構成において、隣り合う歯５０２の一方から磁極６０２による磁束が入り、他方の歯５０２から磁束が出ている。電機子に対して界磁子が相対的に移動すると、歯５０２を通る磁束が交番する。この交番磁束が、それぞれの歯５０２に集中的に巻回されているコイル５０３と鎖交することにより、コイル５０３に誘起電圧が発生する。
いま、モータを多相モータとし、磁極６０２に対する歯５０２の電気角を相ごとに適切に変えることにより、各相のコイル５０３の誘起電圧に適切な位相差が生じる。よって、各相コイル５０３に電機子と界磁子との相対位置に応じた多相交流電流を通流することにより、連続的な推力を得ることができる。
【００２３】
ここで、ある電機子の歯５０２を通る磁束が最大となるのは、歯５０２が磁極６０２に正対したときであり、ある歯の形状についてはその最大磁束は磁極６０２の厚さと空隙長とで決まる。いま、隣り合う歯５０２のピッチを磁極６０２のピッチとほぼ等しくすることを考えると、この場合、両方の歯５０２を通る二つの磁極６０２の磁束は、逆向きであるが同時に最大値をとる。
【００２４】
この時、図１（ｂ）に示すようにこの二つの歯５０２を他の歯から切り離し、二つの歯５０２で磁束を還流させても磁束の最大値は不変である。一つの歯５０２が、あるコイル電流値に対して発生する最大推力は、一般的な傾向として磁極６０２に起因する鎖交磁束の最大値に比例するので、この二つの歯５０２が生じる最大推力は図１（ａ）の場合も同（ｂ）の場合も等しい。
【００２５】
図１（ｂ）において、両方の歯５０２にはそれぞれコイル５０３が別個に巻回されている。ここでは、コアを二歯分ごとに分離したため、二つの歯５０２の外側を通るコイル部位５０３ａは推力発生に寄与せず、推力発生に寄与しているコイル部位は、二つの歯５０２に挟まれた部分、いわゆるスロット内にある部分だけとなる（逆に、図１（ａ）では、コアが多数の歯にまたがって結合しているため、各スロット内の二つのコイル部位は、全て推力発生に寄与している）。
従って、推力発生の観点からは、上記コイル部位５０３ａは不要と言えるが、それぞれの歯５０２にコイル５０３が巻回されているため、この構成では外側にもコイル部位５０３ａが存在するのは止むを得ず、二つの外側のコイル部位５０３ａを単に除去することはできない。
【００２６】
そこで、図１（ｂ）の構造を上下対象に配置して、同（ｃ）に示すように二つのコアの上辺を重ね合わせる構造を考える。図１（ｃ）において、５０１Ａ，５０１Ｂはコア、６０２Ａ，６０２Ｂは磁極である。
このとき、上下のコア５０１Ａ，５０１Ｂによって同方向の推力を得るためには、磁極６０２Ａ，６０２Ｂによる磁束の方向が上下対象であるため、上下スロット内のコイルにはそれぞれ逆方向の電流を通流する必要がある。従って、上下スロット内のコイル部位５０３ｘ，５０３ｙを一つのコイルによって形成してもよいことになる。
【００２７】
つまり、結果としてできた断面ほぼＨ形のコア（コア５０１Ａ，５０１Ｂからなる）の中央幹部にコイルを集中的に巻回した構成（コアユニット）を、一相の推力発生単位として考えることができる。ここで、Ｈ形コアの前記中央幹部に直交する両辺部の端面は、空隙を介して磁極６０２Ａ，６０２Ｂに対向している。
この構造では電機子の上下両方に界磁子があることから、吸引力相殺形のリニアモータになることが分かる。
なお、単相モータの場合には、図１（ｃ）に示すコアユニットを一つだけ用いて、振動アクチュエータとして用いることが可能である。
【００２８】
図２は、図１（ｃ）の構造を基本とするコアユニットを、コイルの軸方向に複数並べて一体化することにより多相リニアモータを構成した例であり、５５０は電機子、６５０Ａ，６５０Ｂは界磁子、６０１Ａ，６０１Ｂは界磁子ヨークである。
多相モータの場合、コアユニットを各相ごとに割り付けて各相ごとに磁極に対する相対位置を適切に変えてやればよい。例えば、図２は三相モータの一構成例であり、三相各相に割り付けたコアユニット５０４，５０５，５０６は電気角で６０°ずつずれて配置されている。なお、５０４Ｃ，５０５Ｃ，５０６ＣはＨ形コア、５０７，５０８，５０９はコイルである。
【００２９】
図２において、左右のコイル５０７，５０９の極性を中央のコイル５０８の極性に対して反転させれば、三つのコイル５０７〜５０９の磁極６０２Ａ，６０２Ｂに起因する誘起電圧は電気角で１２０°の位相差をもって分布することになり、三相モータとして機能することが分かる。
また、コア５０４Ｃ，５０５Ｃ，５０６Ｃの形状は、図１（ｃ）の概念図と異なって図２に示すように界磁子６５０Ａ，６５０Ｂ（磁極６０２Ａ，６０２Ｂ）との対向面の先端部が側方に反り出した形状でもよい。
【００３０】
図２に示すＨコア形リニアモータの利点は、以下の通りである。
（１）図１（ａ）〜（ｃ）を用いた説明で述べたように、推力発生に不要なコイル部位を除去した構造に相当するため、銅損を低減することができる。これは発熱量の低減を意味しており、従来と同程度の発熱を許容する場合、電流をより多く流すことができ、体積当たりの推力を増加させることができる。
（２）不要なコイル部位が無くなった分、図２に示すようにコア５０４Ｃ，５０５Ｃ，５０６Ｃを近接して配置できるため、電機子の体積当たりの推力を増加させることができる。
【００３１】
なお、図２の構成において、断面ほぼＨ形のコア及びこのコアに巻回されたコイルからなる電機子５５０を、便宜的に第１構成要素といい、この電機子５５０に空隙を介して磁極６０２Ａ，６０２Ｂ（いわば、コイルの軸方向に周期的な磁気特性を有する面を備えた磁性体）が対向する界磁子６５０Ａ，６５０Ｂを、便宜的に第２構成要素というものとする。
【００３２】
次に、図３は本発明の第２実施形態を示す主要部の構成図であり、請求項２の発明に相当する。
本発明の主たる特徴は電機子にあるが、これに対して、界磁子の構造としては一般のモータと同様に様々なものが考えられる。まず、前述したごとく、界磁子の磁極として永久磁石を用いる構成が考えられ、この場合には永久磁石の磁束を利用していることから高効率で推力が大きいという特徴を有する。
【００３３】
このように永久磁石を用いる場合には、図３に示すように、界磁子ヨーク６０６の表面に、永久磁石からなるＮ，Ｓ極の磁極６０４と突起６０５とを交互に周期的に配置してもよい。更に、図示しないが、永久磁石からなる磁極を鉄心に埋め込んだ、いわゆるＩＰＭ形としてもよいのは勿論である。
【００３４】
図４は、本発明の第３実施形態を示す主要部の構成図である。
この実施形態では、界磁子ヨーク６０６の突起に界磁コイル６０７を巻回することで界磁極６０８が構成されており、図示されていない電機子コア（Ｈ形コア）に対向する界磁極６０８の表面によって周期的な磁気特性を有する磁極面が形成される。
【００３５】
図５は、本発明の第４実施形態を示す構成図である。
この実施形態における界磁子は、界磁子ヨーク６０１Ａ，６０１Ｂの対向面に複数の突起６０９を並設することにより、Ｈ形コア５０４Ｃ，５０５Ｃ，５０６Ｃに対向する突起６０９の表面に周期的な磁気特性を有する磁極面を形成し、電機子５５０及び界磁子６５１Ａ，６５１Ｂによってリラクタンス力を利用したモータを構成したものである。なお、電機子５５０の構成は実質的に図２と同様である。
界磁子としては、その長手方向に周期的な磁気特性を持つものであればよいので、図５のような突起６０９のみならず、界磁子表面付近に所定間隔で周期的な空洞部を設けて磁気抵抗を高めるような構成であってもよい。
【００３６】
図６は、本発明の第５実施形態を示す構成図である。
この実施形態では、界磁子ヨーク６１０Ａ，６１０Ｂの対向面に複数の子歯６１１を形成して界磁子６５２Ａ，６５２Ｂを形成すると共に、電機子５５１のコア５１０Ｃ，５１１Ｃ，５１２Ｃの界磁子６５２Ａ，６５２Ｂとの対向面にもほぼ等ピッチの小歯５１３を設けたものであり、これによってステッピングモータの原理でアクチュエータを動作させることができる。
この際、界磁子あるいは電機子の何れか一方または両方に永久磁石を配置して、ハイブリッド形ステッピングモータを構成することも可能である。
【００３７】
図７は、本発明の第６実施形態を示す界磁子の上面図及び側面図である。
この実施形態は、平板状の鉄心６５４とはしご形の導体６５５とを組み合わせて誘導形の界磁子６５３を構成したものである。このような構成は誘導形リニアモータとして知られており、代表的な用途としては鉄道駆動用のリニアモータがある。
【００３８】
なお、上述した図４〜図７の実施形態は、何れも請求項１の発明に包含されるものである。
【００３９】
図８は、本発明の第７実施形態を示す構成図であり、請求項３の発明に相当する。
本発明に係るリニア電磁アクチュエータによって多相リニアモータを実現する場合、各コアユニットの相対位置及び結線を適切に行う必要がある。ここではその方法を説明する。
【００４０】
図８は三相モータの例であり、各相２個、合計６個のコアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が用いられている。ここで、６個のコアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は全体として一体的に形成されて１個の電機子５５２を構成している。見方を変えれば、図２に示した電機子５５０を２個連結して図８の電機子５５２が構成されている。
【００４１】
図８において、各コアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２（コイル５０７，５０８，５０９，５１４，５１５，５１６）の位置は、それぞれ電気角で６０°，０°，−６０°，−９０°，２１０°，１５０°である。全コイル５０７，５０８，５０９，５１４，５１５，５１６は、図示しない手段によって一体に固定されているため、電機子５５２と界磁子６５０Ａ，６５０Ｂとの相対位置が変化した場合、各コアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２同士の相対位置は不変のまま、全コアユニットの位置が等しく変化する。
【００４２】
モータでは一般に、コイルの極性を反転することによって電気角位相が１８０°変化するので、この実施形態でも、１個おきのコイル５０７，５０９，５１５の極性を他のコイル５０８，５１４，５１６の極性に対して反転させることにより、各コイル５０７，５０８，５０９，５１４，５１５，５１６の位相を、それぞれ、
−１２０°，０°，１２０°，−９０°，３０°，１５０°とすることができる。
【００４３】
よって、図９に示す如く、コイル５０８と５１５、５０９と５１６、５０７と５１４をそれぞれ直列に接続し、更に各直列回路をＹ結線または△結線すれば、各相の平均位相はそれぞれ−１０５°，１５°，１３５°というように１２０°間隔の分布になるので、三相モータを構成することができる。
以上の説明から、帰納的に次のことが言える。すなわち、相数をｎとし、各相当たりのコイル個数（コアユニットの個数）をｋとした場合（ｎ，ｋは自然数）、各相におけるｋ個のコイルの電気角位相の平均値が、（３６０／ｎ）°で分布するように構成すれば、ｎ相リニアモータを構成することができる。
【００４４】
次に、図１０は本発明の第８実施形態を示す主要部の構成図であり、前後するが請求項７の発明に相当する。
この実施形態はＨ形コアの構造に関するものであり、図１０に示す如くＨ形コアを中央幹部で分割し、同一構造の断面ほぼＴ字形のコア部材５１７Ａ，５１７Ｂを接合することによりコア５１７が構成される。なお、５２０はコイルを示す。
【００４５】
上記構成により、コイルの占積率を向上することができる。すなわち、Ｈ形コアが非分割構造でスロット開口部が狭い場合には、中央幹部へのコイルの巻回はスロット内部にノズルを挿入して行うことになるため、コイルを整列させられず、隙間が生じるため占積率を高めることができない。これに対して、図１０のようにＨ形コアを分割構造にすると、占積率の高いボビンコイル、または自己融着線による空芯コイルを用いることができる。
こうしてコイルの占積率を高めることにより、推力発生に必要な電流を通流した場合の発生損失を低減できるため、モータの推力発生効率を高めることができる。また、同一構造のコア部材を２個用いれば良いため、部品の種類も少なくて済む。
【００４６】
図１１、図１２は本発明の第９実施形態を示す主要部の構成図であり、請求項８の発明に相当する。
この実施形態は、Ｈ形コア５１８を、基本的に図１１のように断面ほぼＴ字形のコア部材５１８Ａと断面ほぼＩ字形のコア部材５１８Ｂとの結合構造により実現したものである。この実施形態では、図１１の変形例として示す図１２のように、二つのコア部材５１９Ａ，５１９Ｂを嵌合構造で結合してコア５１９を構成することにより、機械的強度を高めることができる。
【００４７】
図１３は本発明の第１０実施形態を示す主要部の上面図及び側面図であり、請求項６の発明に相当する。この実施形態は、Ｈ形コアの固定手段に関するものである。
図１３に示すように、コアユニット５２１を構成するＨ形コア５２２の中央幹部の近傍でコイル５２０が巻回されない部位に、Ｈ形状断面を表裏に貫通する貫通孔５２３が設けられている。なお、コア５２２を積層鋼板により形成する場合、鋼板を打ち抜く際に貫通孔５２３を設けておけばよいため、追加工の必要はない。
上記の貫通孔５２３の位置は、中央幹部の中心の延長線上で、できるだけ外側とすることが望ましい。なぜならば、中央幹部の延長線からずれても内側に寄っても、磁束の流れの妨げになって局部的な磁気飽和を引き起こすためである。
【００４８】
一方、５２４，５２５は、複数のコアユニット５２１を挟み込んで一体的に固定するための第１，第２の保持部材であり、第２の保持部材５２５にはボルト５２６が挿通されていると共に、第１の保持部材５２４とあいまってコアユニット５２１を挟み込んだ状態で第１の保持部材５２４に締結可能である。なお、各保持部材５２４，５２５の内面には、コイル５２０を受容するための凹部５２７がそれぞれ形成されている。
【００４９】
この実施形態によれば、二つの保持部材５２４，５２５を用い、コイルの軸を中心とした両側から複数のコアユニット５２１を挟み込んだ状態でボルト５２６により締結し、その全体を一体化することで、機械剛性の高い電機子を形成することができる。
なお、ボルト５２６を用いて締結した後で、電機子の隙間を埋めるモールドを施すこともできる。この場合、機械強度が更に高まると共に、熱伝導率の高いモールド材を用いることによってコイル５２０を効率よく放熱することが可能となる。
図１３に示したＨ形コアの固定手段は、先に述べた各実施形態にも適用可能である。
【００５０】
さて、図８に示したような三相構成のリニアモータでは、コアユニットの並べ方として様々な方式が考えられ、それぞれ得失がある。以下では、コアユニットの並べ方に特徴を有する各実施形態について説明する。
【００５１】
まず、図１４は本発明の第１１実施形態を示す構成図であり、前後するが請求項４の発明に相当する。
図１４は三相でコアユニットの総数が６個、すなわちｎ＝３，ｋ＝２の例であり、前記同様にＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２はコアユニット、５０７，５０８，５０９，５１４，５１５，５１６はコイルを示す。
【００５２】
各相に属するそれぞれ２個のコアユニットは隣り合うように（Ｕ１とＵ２、Ｖ１とＶ２、Ｗ１とＷ２）配置されており、かつ、各相のコアユニット群Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０が順次配置されて電機子（第一構成要素）５５３が構成されている。図１４では、各相のコアユニット群Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０に属するコイル５０８と５１５，５０９と５１６，５０７と５１４の電気角はそれぞれ等しくなっており、また、三相で互いに１２０°ずつずれている（Ｖ相のコイル５０９，５１６の極性をＵ，Ｗ相に対して反転させることによる）。
この構成によれば、各相のコイル同士が近接しているため、前述した図９のように結線する上で配線が容易になるという利点がある。
【００５３】
図１５は本発明の第１２実施形態を示す構成図であり、第１１実施形態と同様に請求項４の発明に相当する。
この実施形態では、電機子５５４の各相のコアユニット群Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０に属するコイル５０８と５１５，５０９と５１６，５０７と５１４の電気角が、それぞれ３０°の位相差を有している。このような構成は、誘起電圧に含まれる高調波やコギング力を低減して推力の平滑化を図りたい場合に有効である。
【００５４】
また、図１６は本発明の第１３実施形態を示す構成図であり、請求項５の発明に相当する。
この実施形態は、図１４，図１５と同様にｎ＝３，ｋ＝２の例である。また、図８と同様に、各相に属するコアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が一つずつ隣り合うように配置されて三相のコアユニット群Ｇ１，Ｇ２が二つ形成され、個々のコアユニット群Ｇ１，Ｇ２では、各コイルの電気角が互いに１２０°ずつずれている。（Ｕ相のコイルの極性をＷ，Ｖ相に対して反転させることによる）。このコアユニット群Ｇ１，Ｇ２を並べることにより電機子５５５が構成されている。なお、図１６の例では、二つのコアユニット群Ｇ１，Ｇ２の電気角は等しくなっている。
【００５５】
この実施形態では、単一のコアユニット群だけで三相のリニアモータとして機能するので、これを最小構成単位とすることができ、発生推力を増大させたい場合には所要数のコアユニット群を連結すればよいため、安価に製品を系列化することができる。
なお、図８に示した構成も請求項８に包含される。図８の例では、二つのコアユニット群で電気角が３０°ずれており、誘起電圧に含まれる高調波とコギング力の抑制に有効である。
【００５６】
図１７は本発明の第１４実施形態を示す構成図であり、請求項６の発明に相当する。
図１６の構成によれば、一つのコアユニット群でｎ相（例えば三相）リニアモータを構成しているため、これに属する各相のコアユニット（コイル）の電気角を相数に応じて分布させる必要がある。
【００５７】
具体的には、相数が奇数の場合には３６０°を相数で割った角度（３６０°／ｎ）で、また、相数が偶数の場合には１８０°を相数で割った角度（１８０°／ｎ）で、それぞれ分布させる必要がある。ただし、前述のようにこれらの電気角はコイル極性を反転することによって１８０°変化させることができるため、ｎが奇数の場合でもやはり（１８０°／ｎ）で分布させればよい。
【００５８】
例えば、ｎが奇数であり、各相のコアユニットのコイルの電気角が、それぞれ、
180°／ｎ，２×180°／ｎ，３×180°／ｎ，……，（ｎ−１）×80°／ｎ，180°
ならば、奇数番目のコアユニットのコイルの極性を反転させて１８０°変化させることにより、
｛(ｎ＋１)／２｝×360°／ｎ，360°／ｎ，｛(ｎ＋３)／２｝×360°／ｎ，……，｛(２ｎ−１)／２｝×360°／ｎ，180°
となり、これを並び替えると、
360°／ｎ，２×360°／ｎ，……，180°，……，｛(２ｎ−１)／２｝×360°／ｎ
となって、（360°／ｎ）で分布するようになる。
【００５９】
従って、隣り合うコイルの位相ずれが１８０°／ｎであれば、全てのコイルの位相角が順次所定の電気角だけずれることになり、都合がよい。これを実現するためには、隣り合うコアユニットを密接して並べた場合の電気角位相差が１８０°／ｎ未満になってはならないことになる。これはすなわち、コアユニットの移動方向に沿った長さが、電気角で（３６０°−１８０°／ｎ）以下でなければならないことを意味する。
【００６０】
逆に、コアユニットの移動方向の長さがこれ以上の場合には、各コイルの電気角位相を所定の関係とするためにはコアユニットを密接して並べることができなくなり、無駄な空間をコアユニット間に設ける必要に迫られる結果、装置の大型化を招くことになる。
ここで、図１７の例は三相であるため、図に記載するごとく、コアユニットＵ１，Ｖ１，Ｗ１の移動方向長さの上限は３６０°−１８０°／３＝３００°ということになる。この条件を満足するようにすれば、各コアユニットＷ１，Ｕ１，Ｖ１をコイル５０７，５０８，５０９の電気角が所定の関係になるように無駄なく配置することができる。
【００６１】
なお、図１４〜図１７の実施形態についても、図１０〜図１２に示したＨ形コアの構造や図１３に示したＨ形コアの固定手段を適用することができる。
更に、図１４〜図１７に示したコアユニットの並べ方は、ｎ＝３，ｋ＝２以外の場合にも勿論、適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態の概念的な説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態による多相リニアモータの構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す主要部の構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す主要部の構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明の第６実施形態を示す界磁子の上面図及び側面図である。
【図８】本発明の第７実施形態を示す構成図である。
【図９】図８における各相のコイルの結線図である。
【図１０】本発明の第８実施形態を示す主要部の構成図である。
【図１１】本発明の第９実施形態を示す主要部の構成図である。
【図１２】本発明の第９実施形態を示す主要部の構成図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態を示す主要部の上面図及び側面図である。
【図１４】本発明の第１１実施形態を示す構成図である。
【図１５】本発明の第１２実施形態を示す構成図である。
【図１６】本発明の第１３実施形態を示す構成図である。
【図１７】本発明の第１４実施形態を示す構成図である。
【図１８】第１の従来技術を示す構成図である。
【図１９】第２の従来技術を示す構成図である。
【図２０】第３の従来技術を示す構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
５０１，５０１Ａ，５０１Ｂ：コア
５０２：歯
５０３，５０７，５０８，５０９，５１４，５１５，５１６，５２０：コイル
５０３ａ，５０３ｘ，５０３ｙ：コイル部位
５０４，５０５，５０６，５１０，５１１，５１２，５２１，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２：コアユニット
Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０，Ｇ１，Ｇ２：コアユニット群
５０４Ｃ，５０５Ｃ，５０６Ｃ，５１０Ｃ，５１１Ｃ，５１２Ｃ，５１７，５１８，５１９，５２２：コア
５０９：小歯
５１７Ａ，５１７Ｂ，５１８Ａ，５１８Ｂ，５１９Ａ，５１９Ｂ：コア部材
５２３：貫通孔
５２４，５２５：保持部材
５２６：ボルト
５２７：凹部
５５０〜５５６：電機子
６０１Ａ，６０１Ｂ，６０６，６１０Ａ，６１０Ｂ：界磁子ヨーク
６０２，６０２Ａ，６０２Ｂ：磁極
６０７：界磁コイル
６０８：界磁極
６０５，６０９：突起
６１１：小歯
６５０Ａ，６５０Ｂ，６５１Ａ，６５１Ｂ，６５２Ａ，６５２Ｂ，６５３：界磁子
６５４：導体
６５５：はしご形導体
【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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