(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に複数の界磁永久磁石を有する固定子と、電機子巻線を有し、前記固定子上を長手方向に移動自在である可動子とを有するリニアモータの電機子巻線構造において、
前記電機子巻線が、集中巻きにより形成され、且つ略半周に直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成されるとともに他の略半周にも直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成された環状の帯状コイルで構成され、
相数個の前記帯状コイルが前記直線部が重ならないように且つ前記直線部が平行となるように並べて重合され、重合された前記帯状コイルの両端部が前記傾斜部の中央位置を前記直線部に直交する方向で通過する折り返し線で内側へ折り曲げられたことを特徴とするリニアモータの電機子巻線構造。
【請求項２】
前記帯状コイルが、直線部同士が平行であり、傾斜部同士が平行であることを特徴とする請求項１記載のリニアモータの電機子巻線構造。
【請求項３】
前記帯状コイルが、直線部同士が平行であり、前記帯状コイルの右側半周と左側半周の傾斜部同士が左右対称であることを特徴とする請求項１記載のリニアモータの電機子巻線構造。
【請求項４】
長手方向に複数の界磁永久磁石を有する固定子と、電機子巻線を有し、前記固定子上を長手方向に移動自在である可動子とを有するリニアモータの電機子巻線構造において、
前記電機子巻線が、集中巻きにより形成され、且つ略半周に直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成されるとともに他の略半周にも直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成された環状の帯状コイルで構成され、
前記帯状コイルの両端部が、前記傾斜部の中央位置を前記直線部に直交する方向で通過する折り返し線で内側へ折り曲げられ、該折り曲げた帯状コイルが前記直線部が重ならないように且つ前記直線部が平行となるように相数個連結されたことを特徴とするリニアモータの電機子巻線構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータの電機子巻線構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばスロットの無い電機子巻線構造には、電機子巻線のコイルエンドを短くし、磁束密度を大きくすることでトルク発生効率を向上させたものがある。この種の電機子巻線構造で例えば特開平５−９５６４４号公報記載のものを図１１、図１２に基づき説明する。図１１は従来の電機子巻線構造に用いる素線束の作成工程を示す説明図、図１２は従来の電機子巻線構造の説明図である。この例による電機子巻線構造は、複数の素線を並列して形成した素線束Ｕ、Ｖ、Ｗを、一体として素線束１を形成している。この素線束１を形成するには、先ず、直線状に延びる素線束１の両側を挟持する一対の治具Ａ１、Ａ２を、素線束１の長手方向に所定間隔ｙで複数配置する。ここで、治具Ａ１、Ａ２は、ｑの長さを有している。そして、治具Ａ１、Ａ２を、素線束１の長手方向に圧縮するように押さえつける。これにより、素線束１には、各治具Ａ１、Ａ２の一端Ｂ１、Ｂ２を基点として同一方向にずれたずれ部３が形成される。このずれ部３には、素線束１の長さ方向に直交する方向の折り目５が設けられている。
素線束１は、図１２に示すように各折り目５で順次折り返すことにより、一定の寸法ｑ毎にそれぞれ隣合う板状の巻線７となる。この巻線７は、素線束Ｕ、Ｖ、Ｗの並ぶ順番が変わることなく幅方向に延びて形成される。そして、各折り目５を介して折り返されたずれ部３のみで素線束１が重なり、図１２中の斜線で示す範囲の重合部９が形成される。
この巻線７は、素線束１の一方の縁部１ａと他方の縁部１ｂとが隣合うように筒状に形成され、モータの固定子側の電機子のコア内面に、回転子のマグネットに対して間隔を隔てて配置される。また、巻線７の重合部９は、コアの外側に配設される。これによって、巻線構造の、コアに対応する部分には重合部９が位置せず、コアの内面からマグネットの表面までの距離を最小にすることができる。この結果、コアとマグネットとの間隔内に発生する磁束密度を大きくでき、効率よくトルクを発生させることができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の電機子巻線構造では、素線束の重合部９が素線束の重なった分だけ厚くなるため、その部分でのバックヨークを無くし、その厚さ分を外側に逃がすことで、増大する厚みを処理していた。
そして、界磁永久磁石を素線束ｑの部分にしか対応させることができなかったため、素線束ｑの部分でしか力が発生せず、例えば幅の狭い構造のモータへ適用した場合には、素線束ｐの占める割合が素線束ｑに対して大きくなり、力不足などの問題を引き起こすこととなった。これに対し、電流を大きくすれば、損失が増大した。
また、電機子巻線を重ねて構成すればするほど、折り返し部分であるコイルエンドの膨らみが大きくなり、その処理が困難となった。このような不具合を解消するため、電機子巻線を１段で構成すれば、損失を少なくするのに界磁永久磁石を厚くしなければならなかった。換言すれば、電気装荷を上げられないため、永久磁石の投入量が多くなり、製造コストが増大した。
更に、上述した従来の電機子巻線構造では、上述の理由から電機子巻線を１段とすることが強いられるため、リニアモータに適用した場合、磁気的ギャップが狭く吸引力が極端に大きくなり、可動子を支持するガイドの負担が大きくなり、リニアモータの寿命を低下させることになった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、コイルエンドを無くし、電機子巻線の厚さを一定にすることのできる電機子巻線構造を提供し、損失、製造コスト、吸引力の低減を図ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るリニアモータの電機子巻線構造は、長手方向に複数の界磁永久磁石を有する固定子と、電機子巻線を有し、前記固定子上を長手方向に移動自在である可動子とを有するリニアモータの電機子巻線構造において、前記電機子巻線が、集中巻きにより形成され、且つ略半周に直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成されるとともに他の略半周にも直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成された環状の帯状コイルで構成され、相数個の前記帯状コイルが前記直線部が重ならないように且つ前記直線部が平行となるように並べて重合され、重合された前記帯状コイルの両端部が前記傾斜部の中央位置を前記直線部に直交する方向で通過する折り返し線で内側へ折り曲げられたものである。
そして、前記帯状コイルは、直線部同士が平行であり、傾斜部同士が平行であることを特徴とするものであってもよい。
また、前記帯状コイルは、直線部同士が平行であり、前記帯状コイルの右側半周と左側半周の傾斜部同士が左右対称であることを特徴とするものであってもよい。
更に、リニアモータの電機子巻線構造は、長手方向に複数の界磁永久磁石を有する固定子と、電機子巻線を有し、前記固定子上を長手方向に移動自在である可動子とを有するリニアモータの電機子巻線構造において、前記電機子巻線が、集中巻きにより形成され、且つ略半周に直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成されるとともに他の略半周にも直線部と傾斜部とが交互に連ねて形成された環状の帯状コイルで構成され、前記帯状コイルの両端部が、前記傾斜部の中央位置を前記直線部に直交する方向で通過する折り返し線で内側へ折り曲げられ、該折り曲げた帯状コイルが前記直線部が重ならないように且つ前記直線部が平行となるように相数個連結されることができる。
このように構成したリニアモータの電機子巻線構造では、２つの素線束が表裏で重なり、巻線の厚さが一定となる。傾斜部においても２つの素線束が表裏で重なり、コイルエンドが無くなる。厚さが一定であるので、電機子巻線を何枚重ねて構成しても、部分的に膨らみが生じない。リニアモータに適用した場合、厚さが一定であるので、磁気的ギャップが拡げられるようになる。
また、電機子巻線構造は、直線部同士が平行であり、傾斜部同士が平行である帯状コイル、又は直線部同士が平行であり、帯状コイルの右側半周と左側半周の傾斜部同士が左右対称である帯状コイルを折り曲げることにより容易に形成可能になる。
更に、予め折り曲げた帯状コイルを相数個連結した電機子巻線構造では、重合した複数の帯状コイルを折り曲げるのに比べて、折り曲げ作業が容易なものとなる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るリニアモータの電機子巻線構造の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る電機子巻線構造を有したリニアモータの斜視図、図２は図１に示した電機子巻線の平面図、図３は図２に示した電機子巻線に用いる集中巻帯状コイルの平面図、図４は重ねられた複数の集中巻帯状コイルを示す平面図である。
この実施形態に係る電機子巻線構造を有したリニアモータ１１は、固定子１３と、可動子１５とを備えている。固定子１３は、長尺材の磁石ヨーク１７と、この磁石ヨーク１７の長手方向に等間隔λで配設された複数の界磁永久磁石１９とにより構成してある。
一方、可動子１５は、バックヨーク２１と、このバックヨーク２１に固設した電機子巻線２３とにより構成してある。可動子１５は、図示しないガイドにより、固定子１３上を、固定子１３の長手方向に移動自在に支持してある。
電機子巻線２３は、３相４極となっており、図２に示すように中央の帯状の直線部２３ａが固定子１３の長手方向に平行に１２個並ぶように形成してある。また、電機子巻線２３の幅は界磁永久磁石１９の幅Ｗｍと等しく形成してあり、一つの直線部２３ａの長さはλ／３となるように形成してある。
次に、電機子巻線２３の作成方法を説明する。
電機子巻線２３は図３に示す１相分の帯状コイル３１を、複数個用いて構成してある。帯状コイル３１は、集中巻きにより形成した環状コイルの略半周に直線部２３ａと傾斜部３１ａとを交互に連ねて形成し、同様に他の略半周にも直線部２３ａと傾斜部３１ａとを交互に連ねることで形成してある。直線部２３ａ同士は全てが平行となるように配置してあり、傾斜部３１ａ同士も全てが平行となるように配置してある。また、直線部２３ａの幅は、λ／３に形成してある。
帯状コイル３１は、同様に形成したものを３個用いて３相とし、この３個のものを図４に示すように両端部を揃え、直線部２３ａが重ならないように順次平行に並べて固定し重合する。そして、この重合帯状コイル３３の両端部３３ａ、３３ｂを、傾斜部３１ａの中央位置を直線部２３ａに直交する方向で通過する折り返し線２５で内側へ折り曲げ、図２に示す電機子巻線２３を形成する。
このようにして構成した電機子巻線構造によれば、２つの素線束が表裏で重なるので、従来のように折り返し部分のみで素線束が重なり、その部分のみが厚くなることがなく、厚さの一定な巻線を形成することができる。この結果、厚みの不揃いな巻線に応じてバックヨークを形成せずにすみ、バックヨーク形状を単純なものにすることができる。
そして、傾斜部３１ａにおいても力を発生するので、コイルエンドを無くすことができる。この結果、例えば幅の狭い構造のモータへ適用した場合でも、全ての部分を有効に使用することができ、効率を向上させることができる。
また、厚さが一定であるので、電機子巻線を何枚重ねて構成しても、従来構造のように部分的に厚い部分のみが重ねるにしたがって膨らむことがない。
更に、リニアモータに適用した場合、電機子巻線を多段で構成することが可能となるので、磁気的ギャップを拡げることができ、吸引力を低減させることができる。この結果、可動子を支持するガイドの負担が小さくなり、リニアモータの耐久性を向上させることができる。
なお、上述の第１実施形態に係る電機子巻線構造では、集中巻きにより形成した環状コイルの略半周に直線部２３ａと傾斜部３１ａとを交互に連ねて形成し、同様に他の略半周にも直線部２３ａと傾斜部３１ａとを交互に連ねることで、１相分の帯状コイル３１を形成したが、帯状コイルは、他の過程により作成されるものであってもよい。図５は帯状コイルの変形例を示す平面図、図６は重ねられた変形例の集中巻帯状コイルを示す平面図、図７は変形例の集中巻帯状コイルによって形成した電機子巻線の平面図である。
即ち、この変形例による電機子巻線４１の帯状コイル４３は、集中巻きにより形成した環状コイルの略半周に直線部４１ａと傾斜部４３ａとを交互に連ねて形成し、同様に他の略半周にも直線部４１ａと傾斜部４３ａとを交互に連ねることで形成してある。但し、上述の帯状コイル３１と異なり、直線部４１ａ同士は全てが平行となるように配置してあるのに対し、傾斜部４３ａは左右で対称となるように形成してある。即ち、帯状コイル４３は、上下の突出した亀甲形状となっている。
帯状コイル４３は、同様に形成したものを３個用いて３相とし、この３個のものを図６に示すように両端部を揃え、直線部４１ａが重ならないように順次平行に並べて固定し重合する。そして、この重合帯状コイル４５の両端部４５ａ、４５ｂを、傾斜部４３ａの中央位置を直線部４１ａに直交する方向で通過する折り返し線４７で内側へ折り曲げることで、図７に示す電機子巻線４１を形成することができる。
この電機子巻線４１によっても、２つの素線束が表裏で重なるので、厚さの一定な巻線を形成することができ、上述同様の効果、即ち、バックヨーク形状の単純化、効率の向上、吸引力の低減を得ることができる。
次に、本発明に係る電機子巻線構造の第２の実施形態を図８乃至図１０に基づき説明する。図８は本発明の第２実施形態に係る電機子巻線構造に用いる集中巻帯状コイルの平面図、図９は図８に示した集中巻帯状コイルを折り曲げた状態の平面図、図１０は図９に示した集中巻帯状コイルを複数用いて構成した電機子巻線の平面図である。
この実施形態による電機子巻線５１は、図８に示す１相分の帯状コイル５３を、複数個用いて構成してある。帯状コイル５３は、集中巻きにより形成した環状コイルの略半周に直線部５１ａと傾斜部５３ａとを交互に連ねて形成し、同様に他の略半周にも直線部５１ａと傾斜部５３ａとを交互に連ねることで形成してある。直線部５１ａ同士は全てが平行となるように配置してあり、傾斜部５３ａ同士も全てが平行となるように配置してある。
帯状コイル５３は、第１の実施形態と同様に、その幅が界磁永久磁石の幅と同じになるように予め傾斜部５３ａの中央位置を直線部５１ａに直交する方向で通過する折り返し線５５で内側へ折り曲げ、図９に示す形状で一相のものを形成しておく。他の相の帯状コイル５３も同様に折り曲げておく。その後、形成した帯状コイル５３を、図１０に示すように両側の一重の直線部５１ａ同士を重ね合わせて、直線部５１ａが平行となるように連結する。このとき折り曲げピッチは、極ピッチλとすれば、８／９×λピッチ毎である。つまり、空心部分のピッチが８／９×λピッチであるため、毎極毎相のコイル数が３／８に相当している。
このようにして構成した電機子巻線構造によれば、複数の素線束が表裏で重なるので、上述した第１実施形態による電機子巻線２３と同様、厚さの一定な巻線を形成することができ、これにより、バックヨーク形状の単純化、効率の向上、吸引力の低減の効果を得ることができる。またこれに加え、この実施形態による電機子巻線構造によれば、個々に折り曲げた帯状コイル５３を各相ごとに連結するので、重合した複数の帯状コイルを折り曲げるのに比べて、折り曲げ作業を容易にすることができる。
なお、上述した２つの実施形態では、電機子巻線を４極または８極で構成する場合を例に説明したが、本発明に係る電機子巻線構造は、帯状コイルの階段数（直線部と傾斜部とで構成される段部の数）を多くすることにより、多極にすることも可能である。また、４極の電機子巻線をつなぎ合わせて多極にすることも可能である。また、上述した実施形態では、可動子に電機子巻線、固定子に界磁永久磁石を配置したが、その逆の構成を採っても良い。
【０００６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るリニアモータの電機子巻線構造によれば、２つの素線束が表裏で重なるので、厚さの一定な巻線を形成することができる。傾斜部においても力を発生するので、コイルエンドを無くすことができ、効率を向上させることができる。厚さが一定であるので、電機子巻線を何枚重ねて構成しても、部分的に厚い部分のみが膨らむことがない。リニアモータに適用した場合、磁気的ギャップを拡げることができ、吸引力を低減させることができる。
また、電機子巻線構造は、直線部同士が平行であり、傾斜部同士が平行である帯状コイル、又は直線部同士が平行であり、帯状コイルの右側半周と左側半周の傾斜部同士が左右対称である帯状コイルを折り曲げることにより容易に形成することができる。
更に、予め折り曲げた帯状コイルを相数個連結した電機子巻線構造によれば、上述の効率の向上、吸引力の低減の効果を得ることができるのに加え、折り曲げ作業を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電機子巻線構造を有したリニアモータの斜視図である。
【図２】図１に示した電機子巻線の平面図である。
【図３】図２に示した電機子巻線に用いる集中巻帯状コイルの平面図である。
【図４】重ねられた複数の集中巻帯状コイルを示す平面図である。
【図５】帯状コイルの変形例を示す平面図である。
【図６】重ねられた変形例の集中巻帯状コイルを示す平面図である。
【図７】変形例の集中巻帯状コイルによって形成した電機子巻線の平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る電機子巻線構造に用いる集中巻帯状コイルの平面図である。
【図９】図８に示した集中巻帯状コイルを折り曲げた状態の平面図である。
【図１０】図９に示した集中巻帯状コイルを複数用いて構成した電機子巻線の平面図である。
【図１１】従来の電機子巻線構造に用いる素線束の作成工程を示す説明図である。
【図１２】従来の電機子巻線構造の説明図である。
【符号の説明】
２３、４１、５１  電機子巻線
２３ａ、４１ａ、５１ａ  直線部
２５、４７、５５  折り返し線
３１、４３、５３  帯状コイル
３１ａ、４３ａ、５３ａ  傾斜部
３３、４５  重合帯状コイル
３３ａ、３３ｂ、４５ａ、４５ｂ  両端部
【図１】
0003870991.tif 000002
【図２】
0003870991.tif 000003
【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】
0003870991.tif 000011
【図１１】
0003870991.tif 000012
【図１２】
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