(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に往復移動する直動軸、前記直動軸に固定された磁石取付部及び前記磁石取付部に固定され前記直動軸の軸線方向に並ぶ複数の永久磁石からなる１以上の永久磁石列を備えてなる可動子と、
巻線導体が環状に巻かれて形成され、前記軸線方向に所定の間隔をあけて配置され且つ前記可動子の周囲を囲むように配置された複数の環状巻線並びに前記可動子の前記永久磁石列と所定の間隙を介して対向する複数の磁極部及び前記複数の磁極部を磁気的に連結するヨークを有し且つ隣接する２つの前記磁極部間に対応する前記環状巻線の少なくとも一部を受け入れるスロットを形成するように前記複数の磁極部が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる固定子コアユニットを備えてなる固定子とを具備するシリンダ型リニア同期モータであって、
前記固定子コアユニットは、前記固定子コアユニットの前記スロットに対応する前記ヨークの部分に前記軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部を有する複数の固定子コア分割体が前記軸線方向に組み合わされて構成され、
前記固定子コア分割体は、導磁性材料により一体に成形され、前記直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有し、
前記環状の磁極部は、前記永久磁石列と対向する磁極面を有する環状の磁極面形成部と前記磁極面形成部と前記環状のヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有し、
前記環状の連結部は、前記磁極面形成部から前記ヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなることを特徴とするシリンダ型リニア同期モータ。
【請求項２】
前記環状の連結部は円板状を呈しており、前記環状の連結部の径方向内側部の半径寸法をＲ１とし、前記環状の連結部の前記径方向内側部の厚み寸法をＴ１とし、前記環状の連結部の径方向外側部の半径寸法をＲ２とし、前記環状の連結部の前記径方向外側部の厚み寸法をＴ２としたときに、
Ｔ１×Ｒ１＝Ｔ２×Ｒ２
の条件を満たすように前記環状の連結部の厚みが連続的に薄くなることを特徴とする請求項１に記載のシリンダ型リニア同期モータ。
【請求項３】
前記磁極面形成部の厚み寸法Ｔ３は、コギング推力を減少させるように前記厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項２に記載のシリンダ型リニア同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動子が直線運動をするシリンダ形リニア同期モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、シリンダ形リニアモータとして実際に販売されているものとしては、シリンダ形のリニアステッピングモータ（またはリニアパルスモータ）がある。この市販されているシリンダ形のリニアステッピングモータは、内周面に直動軸の軸線方向に沿って複数の小歯が形成され且つ励磁巻線が巻装された複数の固定子コアからなる固定子と、直動軸に固定され内部に永久磁石を備えて外周面に直動軸の軸線方向に沿って複数の小歯が形成された可動部を備えた可動子とを備えている。そしてこのリニアステッピングモータでは、複数の固定子コアの励磁巻線を順次励磁することにより固定子の小歯と可動子の小歯との間に推力を発生させて直動軸を直線運動させる。リニアステッピングモータは、位置制御性能は高いものの、大きな推力を得ることができない。
【０００３】
そこで出願人は、位置制御性能は劣るが大きな推力を得ることができるシリンダ形リニア同期モータを提案した（特願平１０−１３００５１号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
出願人が提案したシリンダ形リニア同期モータでは、予め複数の環状巻線を用意し、固定子コアの対応する複数のスロットにそれぞれ対応する環状巻線を嵌合させた構造を有している。しかしながらこのような構造では、軸線方向の長さが異なるモータ毎に固定子コアを設計して製造しなければならなかった。また固定子の組み立てが面倒であるとう問題もあった。更に、可動子と対向するスロットの開口部の幅寸法を狭くしてモータ性能を高めることができない問題もあった。本発明の目的は、軸線方向の長さを任意に設定できる構造の固定子を備えたシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、組み立てが容易な構造の固定子を備えたシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、環状巻線を備えてしかもスロットの可動子側の開口部を狭くすることができるシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、磁気飽和が起こらないシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、コギング推力を減少させることができるシリンダ形リニア同期モータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリンダ形リニア同期モータで用いる可動子は、軸線方向に往復移動する直動軸、この直動軸に固定された磁石取付部及び磁石取付部に固定され直動軸の軸線方向に並ぶ複数の永久磁石からなる１以上の永久磁石列を備えている。なお１つの永久磁石列を構成する複数の永久磁石は、物理的に組合せた複数の永久磁石であってもよいし、物理的に１つの磁性体が長手方向に交互にＮ極とＳ極とに着磁されて構成された複数の永久磁石でもよい。永久磁石列が複数列ある場合には、複数列の永久磁石列は周方向にほぼ等しい間隔をあけて配置するのが好ましい。但し、径方向の外面にＮ極またはＳ極が現れるように着磁された円環状永久磁石を用いて、永久磁石列の集合体を構成してもよい。具体的には、可動子の磁石取付体の外周部に軸線方向に所定の間隔をあけてＮ極とＳ極が交互に並ぶように円環状永久磁石を嵌合させて固定する。このような複数の円環状永久磁石を用いた場合には、複数の円環状永久磁石の固定子コアの複数の磁極部と対向する部分が、それぞれ永久磁石列を構成する複数の永久磁石となる。このような円環状永久磁石を用いると、可動子の構造が簡単になるだけでなく、永久磁石の磁石取付体への取付が容易になる。
【００１０】
また固定子は、巻線導体が環状に巻かれて形成され、軸線方向に所定の間隔をあけて配置され且つ可動子の周囲を囲むように配置された複数の環状巻線を備えている。また固定子は、可動子の永久磁石列と所定の間隙を介して対向する複数の磁極部及びこれら複数の磁極部を磁気的に連結するヨークを有し且つ隣接する２つの磁極部間に対応する環状巻線の少なくとも一部を受け入れるスロットを形成するように複数の磁極部が軸線方向に間隔をあけて配置されてなる固定子コアユニットを備えている。ここでスロットは、可動子に向かって開口する開口部と環状巻線の少なくとも一部を受け入れる巻線受け入れ部とを有している。
【００１１】
シリンダ形リニア同期モータでは、固定子の複数の環状巻線（励磁巻線）に流れる励磁電流の通電方向を変えて複数の磁極部の磁極面に現れる磁極の極性を変えることにより移動磁界を発生して、１以上の永久磁石列と複数の磁極部との間に直動軸を軸線方向に変位させる推力を発生する。励磁電流が交流電流であれば、その周波数に応じて磁極部の磁極面に現れる磁極の極性が変化することになる。多相の交流電流を複数の励磁巻線に通電すれば多相同期モータとなるため、大きな推力を得ることができる。励磁電流の極性及び大きさを固定すれば固定子と可動子との間には吸引力のみが働き、可動子の位置は固定される。
【００１２】
固定子コアユニットの磁極部を励磁する場合、回転電機の発想に従えば、磁極部の外周に巻線導体を巻回することになる。この回転電機の発想をリニア同期モータに持ち込むと、軸線方向の長さが長くなる上、巻線の巻回作業が大変になる。そこで本発明では、固定子の複数の励磁巻線として、それぞれ可動子の周囲を周方向に囲むように巻線導体を環状に巻回してなる環状巻線を用いる。そして固定子コアユニットの軸線方向に隣接する２つの磁極部間に形成されたスロットに対応する１つの環状巻線の少なくとも一部を嵌合させる構造を採用する。このようにすると１つのスロットに嵌合された励磁巻線が発生する磁束が隣接する２つの磁極部を循環するように流れて、隣接する２つの磁極部の磁極面には極性の異なる磁極が現れる。１以上の固定子コアユニットの複数のスロットに嵌合した複数の環状巻線に流す励磁電流を適当に切り替えることにより、固定子側に軸線方向の一方の方向から他方の方向に向かって（または他方の方向から一方の方向に向かって）Ｎ極とＳ極の磁界が所定の速度で移動しているのと同じ状態の移動磁界が得られる。この移動磁界は、多相同期電動機で用いる回転磁界に相当するものである。この移動磁界により、固定子コアユニットの複数の磁極部と可動子の永久磁石列との間に推力が発生して直動軸が軸線方向に移動する。固定子コアの複数の磁極部の磁極面に現れる磁極を一定にすれば、可動子と固定子との間には吸引力のみが発生して可動子は固定される。
【００１３】
本発明においては、固定子コアユニットとして、固定子コアユニットのスロットに対応するヨークの部分に軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部を有する複数の固定子コア分割体が軸線方向に組み合わされて構成される構造のものを用いる。また、本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有している。そして、環状の磁極部は、永久磁石列と対向する磁極面を有する環状の磁極面形成部と磁極面形成部と環状のヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有しており、環状の連結部は、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有している。ここで「スロットに対応するヨークの部分」とは、その部分に設けた組合せ構造部で２つの固定子コア分割体を分割すると、スロットが２つに分かれてしまう（または１つのスロットが形状を維持できなくなる部分）であり、スロットが完全に２分割される部分に限られるものではない。
【００１４】
ここで軸線方向に組合せ可能な組合せ構造部の構造として、凹凸嵌合構造により組み合される構造や、また２つの固定子コア分割体のヨーク構成部分に対向する凹部またはスリットをそれぞれ形成し、対向する２つの凹部またはスリットの双方に共通の嵌合部材を嵌合させて組み合わされる構造等、公知の組合せ構造を用いることができる。
【００１５】
本発明のように固定子コアユニットを、複数の固定子コア分割体を軸線方向に組み合わせて構成する構造にすると、固定子コアユニットの長さを組み合わされる固定子コア分割体の数や形状によって任意に定めることができる。したがって励磁巻線の相数を増加させたり、永久磁石列の長さを長くして大きな推力を得る場合にも、新規に固定子コアユニットを設計製造する必要がない。また複数の固定子コア分割体を組み合わせる過程で、環状巻線の少なくとも一部をスロット間に配置することができるので、固定子コアユニットと環状巻線の組合せが容易になり、結果として固定子の製造組み立てが容易になる。またこの構造を採用すると、スロット内に巻線の少なくとも一部を押し込む場合と比べて、スロット内に収納できる巻線の占積率を高めることができる。
【００１６】
特に本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有しているので、複数の固定子コア分割体を組み合わせるだけで、簡単に固定子コアユニットを形成でき、固定子の製造組み立てが容易になる。また、環状の磁極部は、磁極面を有する環状の磁極面形成部と、磁極面形成部とヨーク構成部分とを連結する環状の連結部とを有しており、環状の連結部は、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有しているので、磁気飽和が起こらない上、スロットの占有率を高められる。
【００１７】
磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積をほぼ一定にする具体的な方法としては、環状の連結部を円板状に形成し、環状の連結部の径方向内側部の半径寸法をＲ１とし、環状の連結部の径方向内側部の厚み寸法をＴ１とし、環状の連結部の径方向外側部の半径寸法をＲ２とし、環状の連結部の径方向外側部の厚み寸法をＴ２としたときに、Ｔ１×Ｒ１＝Ｔ２×Ｒ２の条件を満たすように環状の連結部の厚みを連続的に薄くすればよい。
【００１８】
磁極面形成部の厚み寸法Ｔ３を、コギング推力を減少させるように厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定すれば、コギング推力を減少できる上、磁極部の磁極面の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。また、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体は、それぞれ同じ形状を有しているので、軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体の形状を変えるだけで、コギングを低減できる。
【００１９】
このように磁極面形成部の厚み寸法Ｔ３を厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定してコギング推力の減少を図るには、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の間に位置する複数の固定子コア分割体の磁極面形成部の厚み寸法を一定にし、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の厚み寸法を、固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の磁極面の軸線方向の内側角部間の寸法Ａと固定子コアユニットの軸線方向両側に位置する一対の固定子コア分割体の磁極面形成部の磁極面の軸線方向の外側角部間の寸法Ｂとの関係が、コギングを低減する関係になるように定めればよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態を説明するために用いる本発明の前提となる出願人が先に提案したシリンダ形リニア三相同期モータ１の一部破断断面図であり、図２は図１の半部横断面図である。このシリンダ形リニア三相同期モータ１のケース３は、非磁性材料（例えばアルミニューム）製のシリンダ形のフレーム５とアルミニューム製の一対のエンドブラケット７及び９とから構成されている。フレーム５は、内部に円筒状の空洞５ａを有しており、またその両端開口部の内側にエンドブラケット７及び９が嵌合される環状の段部５ｂ，５ｂを有している。エンドブラケット７及び９の中央部の開口部７ａ及び９ａには、ボールスプラインからなるリニア軸受１１及び１３が嵌合されている。リニア軸受１１及び１３は、エンドブラケット７及び９に対して４本の捩子１５で固定されている。一対のエンドブラケット７及び９のフレーム５の段部５ｂ，５ｂに嵌合される環状突出部７ｂ及び９ｂの外周部には、径方向外側に向かって開口する環状の溝７ｃ及び９ｃが形成されており、この溝７ｃ及び９ｃ内にはシール用のオーリング１７及び１９が嵌合されている。図２に示されるようにエンドブラケット７及び９には、輪郭形状がほぼ四角形をなすフランジ部７ｄ及び９ｄが一体に設けられており、このフランジ部の四隅には、取付用のボルトを挿入する孔２１及び２３がそれぞれ形成されている。なおエンドブラケット７及び９は、フレーム５に対して捩子２５により固定されている。
【００２１】
一対のリニア軸受１１及び１３には、直線往復運動可能に鉄製の直動軸２７が支持されている。図１に示した状態は、直動軸２７の負荷が接続される出力軸部２７ａが最も外側に突出した状態である。ケース３の内部に位置する直動軸２７の部分には、磁性材料である鉄製の磁石取付体２９が直動軸２７と同心になるように固定されている。磁石取付体２９は、基本的には円筒形状を成しており、その内部には直動軸２７の外周に嵌合される嵌合孔２９ａと、この嵌合孔２９ａの両側に位置して嵌合孔２９ａよりも径寸法の大きい第１及び第２の大径孔２９ｂ及び２９ｃが形成されている。第１の大径孔２９ｂは、リニア軸受１１の内側端部の外周面と接触しない径寸法を有しており、また第２の大径孔２９ｃもリニア軸受１３の外周面と接触しない径寸法を有している。磁石取付体２９の第１の大径孔２９ｂが形成されている部分（直動軸２７の出力軸部２７ａ側の端部）の外周には、後に説明する位置検出センサの被検出部５１として用いられるリニアスケールが取付けられる段部２９ｄが形成されている。また第２の大径孔２９ｃが形成される部分の外周部が磁石取付部３０を構成している。磁石取付部３０は、直動軸２７の軸線方向に延びるほぼ円筒形状を有してり、その外周には８個の円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈが嵌合されている。隣接する２つの円環状永久磁石の間及び円環状永久磁石３１ｈの軸線方向外側には非磁性材料からなり一部が切断されたほぼ環状またはＣ字状のストッパ部材３３…が嵌合されている。磁石取付部３０の外周部には、ストッパ部材３３…が嵌合される嵌合溝が形成されている。なお円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈは接着剤を介して磁石取付部３０に固定してもよいし、円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈの全体を合成樹脂によりモールドしてもよい。更に円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈが嵌合された磁石取付部３０の外側に熱収縮チューブを被せた後、熱収縮チューブを加熱して熱収縮させて、円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈを全体的に包み込むようにしてもよい。円環状永久磁石３１ａ，３１ｃ，３１ｅ及び３１ｇは、径方向の外面にＮ極が現れるように着磁されており、円環状永久磁石３１ｂ，３１ｄ，３１ｆ及び３１ｈは、径方向の外面にＳ極が現れるように着磁されている。その結果、直動軸２７の軸線方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶ永久磁石の列が形成されることになる。なお後述する６個の固定子コアユニット３５…の７個の磁極部と対向する各円環状永久磁石の部分が、それぞれ本発明における周方向に所定の間隔を明けて配置された複数の永久磁石列を構成する複数の永久磁石を構成する。この例では、直動軸２７と、磁石取付体２９と円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈによって可動子３２が構成されている。
【００２２】
なお磁石取付体２９の直動軸２７への固定の態様は任意であるが、この例では直動軸２７の２か所に周方向に４つずつ設けた嵌合孔にピン３４を嵌合して磁石取付体２９を直動軸２７に対して固定している。
【００２３】
フレーム５の内周部には、固定子コアユニット３５…が固定されている。固定子コアユニット３５…は、フレーム５の内周側に固定された基部すなわちヨーク３５ａ及び直動軸２７の径方向において磁極面３５ｂ…が円環状永久磁石３１ａ〜３１ｈによって形成される永久磁石列と対向し且つ直動軸２７の軸線方向に所定の間隔をあけて配置された７つの磁極部３５ｃ…を有している。
【００２４】
固定子コアユニット３５は、７つの固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇが軸線方向に組み合わされて構成されている。固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇは、固定子コアユニット３５のスロットの中央部に対応するヨーク３５ａの部分に軸線方向に分離可能な組合せ構造部を有している。固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇは、それぞれ１つの磁極部３５ｃとヨーク３５ａの一部を構成するヨーク構成部分とを有している。隣接する２つの固定子コア分割体の組合せ面（当接面）には、組合せ構造部を構成する組合せ可能な凹部と凸部とがそれぞれ形成されており、隣接する２つの固定子コア分割体はその組合せ構造部により相互に連結されている。固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇのうち軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体３６ａ及び３６ｇはそれぞれ同じ形状を有しており、また２つの固定子コア分割体３６ａ及び３６ｇの間に位置する５つの固定子コア分割体３６ｂ〜３６ｅもそれぞれ同じ形状を有している。
【００２５】
各固定子コアユニット３５の隣接する２つの磁極部３５ｃ間に形成される６個のスロットには、巻線導体を環状に巻回してなる励磁巻線を構成する環状巻線３９ａ〜３９ｆの一部がそれぞれ嵌合されている。なお図１の例では、各環状巻線３９ａ〜３９ｆは、合成樹脂製のボビン４１に巻線導体が巻回されて構成されており、ボビン４１の一部と一緒に環状巻線が各スロットに嵌合されている。
【００２６】
環状巻線３９ａ〜３９ｆは、固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇを組み合わせて６個の固定子コアユニット３５…を一緒に組み立てる際に、２つの固定子コア分割体の間に順次挟み込まれる。具体的には、６個の固定子コアユニット３５…を構成するための７個の固定子コア分割体３６ａを組立治具の上に所定の間隔をあけて環状に並べ、その上に環状巻線３９ａを配置する。次に、環状巻線３９ａを間に挟むようにして６個の固定子コア分割体３６ｂを６個の固定子コア分割体３６ａの上に組み合わせる。以後、環状巻線３９ｂ〜３９ｆと各６個の固定子コア分割体３６ｃ〜３６ｇを同様にして順次重ねて同時に６個の固定子コアユニット３５…を組み立ててる。そして最後に各固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇの結合部にレーザを照射して各固定子コア分割体３６ａ〜３６ｇを一体化する。
【００２７】
この例では固定子コアユニット３５…、環状巻線３９ａ〜３９ｆ及びストッパ部材３７を絶縁モールド材料によりモールドしてモールド部４５を形成する。なお図１においては、モールド部４５を破線で示してある。ストッパ面５ｄとストッパ部材３７は、固定子コアユニット３５…に働く軸線方向への反力を受けて、固定子コアユニット３５…が軸線方向に変位するのを阻止する機能を果たす。この機能があるために、モールド部４５に力が加わってモールド部４５にクラック等が入るのを防止できる。なおこの例では、固定子コアユニット３５…と環状巻線３９ａ〜３９ｆとにより固定子４７が構成されている。
【００２８】
リニアステッピングモータと異なって、リニア同期モータは、環状巻線３９ａ〜３９ｆに流れる励磁電流を切り替えるために、可動子３２と固定子４７との軸線方向における位置関係を検出する位置検出センサを必要とする。ケースの外部に突出する直動軸２７の変位を検出するように位置検出センサを設けることも考えられるが、このようにすると既存のモータと同様の感覚で取扱うことができず不便である。またこのようにすると温度変化による各部材の熱膨脹による検出誤差が大きくなって位置制御精度が悪くなる問題も生じる。そこでこの例では、図１に示すように可動子３２と固定子４７との軸線方向における位置関係を検出する位置検出センサ４９をフレーム５の内部に配置している。位置検出センサ４９は、可動子３２に取付けられた光学的にまたは磁気的に検出可能な被検出部５１と、フレーム５の内周部に固定されて被検出部５１の位置または移動量を光学的にまたは磁気的に検出する検出部５３とから構成できる。光学的に位置を検出する位置検出センサでは、被検出部５１として所定の反射パターンを備えたリニアスケールを用いる。そして発光部と受光部とを備えた検出部５３から被検出部５１に光を照射して反射してきた光に含まれる情報に基づいて位置を検出する。この例では、可動子３２の磁石取付体２９とフレーム５は熱膨脹係数が異なる材料によって形成されている。そこで被検出部５１を直動軸２７の負荷が接続される出力軸部２７ａに近い位置に配置し、検出部５３も出力軸部２７ａに近い位置に配置してある。直動軸２７の出力軸部２７ａを通して負荷側から伝達される熱が直動軸２７を通して、モータ１のケース３の内部に伝わると、直動軸２７、磁石取付体２９及びフレーム５がそれぞれ熱膨脹を起こす。もし直動軸２７の出力軸部２７ａと反対側の非出力軸部２７ｂ側に位置検出センサを配置すると、出力軸部２７ａ側から非出力軸部側２７ｂに位置する各部の膨脹が累積して被検出部及び検出部の取付位置の変化として現れる。これに対してこの例のように位置検出センサ４９の被検出部５１及び検出部５３を直動軸２７の出力軸部側に近い位置に配置すると、被検出部５１及び検出部５３の取付位置を変化させる熱膨脹の累積値がわずかであるため、位置検出センサ４９の検出精度が高くなり、その分リニア同期モータの位置決め精度が高くなる。
【００２９】
図１の例では、直動軸２７の負荷が接続されない非出力軸部２７ｂ側の端部を支持するリニア軸受１３が取付けられる側のエンドブラケット９には、エンドブラケット９から突出する直動軸２７の非出力軸部２７ｂ側の端部を覆う金属製または合成樹脂製のカバー部材５５が取付けられている。カバー部材５５を設けると、直動軸２７の非出力軸部２７ｂとリニア軸受部１３を保護できる。特にこの例ではカバー部材５５として防水性を有する構造のものを用いている。具体的には、カバー部材５５のフランジ部５５ａに、エンドブラケット９の外面に向かう方向に開口する環状の嵌合溝が形成してあり、この嵌合溝にシール用のオーリング５７が圧縮状態で嵌合されている。なおカバー部材５５は、フランジ部５５ａに設けた図示しない複数の貫通孔に捩子を挿入してエンドブラケット９に対して捩子止めされている。このような構造にすると、直動軸２７の非出力軸部２７ｂ側からモータの内部に水分が入り込むのを阻止できる。このような機能は、特に直動軸２７の非出力軸部側２７ｂが上側に位置するようにして直動軸２７を上下方向に変位させる姿勢でこのリニア三相同期モータ１を用いる場合に効果を発揮する。
【００３０】
シリンダ形リニア同期モータでは、固定子４７の環状巻線３９ａ〜３９ｆに流れる励磁電流の通電方向を変えて各固定子コアユニット３５の磁極部３５ｃ…の磁極面３５ｂ…に現れる磁極の極性を変えることにより移動磁界を発生し、可動子３２の永久磁石列と固定子４７の磁極部３５ｃ…との間に直動軸２７を軸線方向に変位させる推力を発生する。この例では励磁電流として正弦波の三相交流を用いる。三相交流の周波数に応じて磁極部３５ｃ…の磁極面３５ｂ…に現れる磁極の極性が変化する。多相の交流電流を環状巻線に通電すれば多相同期モータとなるため、大きな推力を得ることができるのである。励磁電流を変化させなければ（極性及び大きさを固定すれば）固定子４７と可動子３２との間には吸引力のみが働き、可動子３２の位置は固定されることになる。
【００３１】
この例の環状巻線３９ａ〜３９ｆの励磁態様について、図３を及び図４を用いて簡単に説明する。まずこの例では、電気角で１２０度ずつ位相がずれた３相の励磁電流Ｕ，Ｖ及びＷを用いる。そこで６個の固定子コアユニット３５…の隣接する２個のスロットに嵌合される２個の環状巻線３９ａ及び３９ｂにはＵ相の励磁電流を流し、その次に隣接する２個のスロットに嵌合される２個の環状巻線３９ｃ及び３９ｄにはＶ相の励磁電流を流し、その次に隣接する２個のスロットに嵌合される２個の環状巻線３９ｅ及び３９ｆにはＷ相の励磁電流を流す。そして６個の固定子コアユニット３５…のそれぞれの軸線方向に隣接する２つの磁極部３５ｃ…に現れる極性が異極性になるように６個の環状巻線３９ａ〜３９ｆを結線する。この例では、図３に示した磁束の流れを生じさせるために、Ｕ相の励磁電流を流す環状巻線３９ａ及び３９ｂにはそれぞれ逆方向にＵ相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にＵ相の給電線を接続する。なお図３に示した記号は電流の流れる方向を示している。Ｖ相の励磁電流を流す環状巻線３９ｃ及び３９ｄも，それぞれ逆方向にＶ相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にＶ相の給電線を接続する。同様にして、Ｗ相の励磁電流を流す環状巻線３９ｅ及び３９ｆも，それぞれ逆方向にＷ相の励磁電流が流れるように引出し線を結線して、結線した引出し線にＷ相の給電線を接続する。
【００３２】
このように結線して、位置検出センサ４９の出力に基づいて、各環状巻線に流れる励磁電流を切り替えることにより、見掛け上軸線方向に移動する移動磁界を発生させると、同期電動機の原理と同様の動作原理で、可動子３２が軸線方向に移動する。励磁電流の切り替えを停止すれば、可動子３２と固定子４７との間には吸引力のみが働き可動子３２は停止する。
【００３３】
この例で用いた励磁態様を一般的に説明すると次のようになる。まず複数の環状巻線に位相の異なるｐ相（但しｐは２以上の正の整数）の励磁電流を流して移動磁界を得る場合には、ｍ個（但しｍは２以上の正の整数）の固定子コアユニットを用いるときには、ｍ個の固定子コアユニットを周方向にほぼ等しい間隔をあけて配置する。また複数の環状巻線として、ｐ×ｑ個（但しｑは１以上の正の整数）の環状巻線を用意する。１つの固定子コアユニットにｎ個の磁極部を設けるとすると、この場合ｎはｎ＝ｐ×ｑ＋１の関係になる。そしてｍ個の固定子コアユニットの軸線方向に隣接する２つの磁極部間にそれぞれ形成されるｎ−１個のスロットに、それぞれ対応する１つの環状巻線の一部を嵌合させる。このようにするとｍ個の固定子コアユニットのｎ個の磁極部から、完全に同期した移動磁界を発生せることができる。スロットに環状巻線を嵌合させるだけでよいため、スロットの軸線方向の寸法（隣接する２つの磁極部間の間隔）が狭くなっても、固定子を簡単に構成することができる。そして多相の励磁電流を用いて推力を高める場合には、ｍ個の固定子コアユニットの軸線方向に連続して並ぶｑ個のスロットに嵌合されたｑ個の環状巻線に同じ相の励磁電流を流す。そしてこのときでもｍ個の固定子コアユニットのそれぞれの軸線方向に隣接する２つの磁極部に現れる極性が異極性になるようにｐ×ｑ個の環状巻線を結線する。このようにすると、多相化した場合でも配線が複雑にならない。推力を増減する場合には、同じ相の励磁電流が流れる環状巻線の数を増減すればよい。
【００３４】
図５は、本発明の実施の形態のシリンダ型リニア同期モータに用いる固定子コアユニット１３５の半部断面図である。この固定子コアユニット１３５は、１０個の固定子コア分割体１３６ａ〜１３６ｊが直動軸２７の軸線方向に組み合わされて構成されている。固定子コア分割体１３６ａ〜１３６ｊは、固定子コアユニット１３５のスロットの中央部に対応するヨーク１３５ａの部分に軸線方向に分離可能な組合せ構造部を有している。具体的には、この組合せ構造部は、後述するヨーク構成部分１３６ｂ1の突出部１３６ｂ4，１３６ｂ5の凹部と凸部とにより構成されており、隣接する２つの固定子コア分割体はその組合せ構造部により相互に連結されている。固定子コア分割体１３６ａ〜１３６ｊのうち軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体１３６ａ及び１３６ｊの間に位置する８つの固定子コア分割体１３６ｂ〜１３６ｉは、それぞれ同じ形状を有している。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、これらの８つの固定子コア分割体１３６ｂ〜１３６ｉの一つ（１３６ｂ）の平面図及び一部切り欠き側面図である。固定子コア分割体１３６ｂは、導磁性材料により一体に成形され、直動軸２７と同心的に配置される環状のヨーク構成部分１３６ｂ1と環状の磁極部１３６ｂ2とを有している。ヨーク構成部分１３６ｂ1は、環状の構成部分本体１３６ｂ3と、構成部分本体１３６ｂ3から直動軸２７の軸方向両側に突出する２つの環状の突出部１３６ｂ4，１３６ｂ5とを有している。突出部１３６ｂ4，１３６ｂ5は、隣接する固定子コア分割体の向かい合う突出部と分離可能な凹凸の組合せ構造部を構成している。磁極部１３６ｂ2は、可動子３２の永久磁石列と対向する磁極面１３６ｂ6を有する環状の磁極面形成部１３６ｂ7と、磁極面形成部１３６ｂ7とヨーク構成部分１３６ｂ1とを連結する円板状をなす環状の連結部１３６ｂ8とを有している。ヨーク構成部分１３６ｂ1及び連結部１３６ｂ8には、環状巻線のリード線を引き出すための切り欠き凹部ＬＨが形成され、連結部１３６ｂ8及び磁極面形成部１３６ｂ7には、切り欠き凹部ＬＨと連通して環状巻線のリード線を入れる溝ＬＲが形成されている。連結部１３６ｂ8は、磁極面形成部１３６ｂ7からヨーク構成部分１３６ｂ1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有している。具体的には、連結部１３６ｂ8の径方向内側部の半径寸法をＲ１とし、連結部１３６ｂ8の径方向内側部の厚み寸法をＴ１とし、連結部１３６ｂ8の径方向外側部の半径寸法をＲ２とし、連結部１３６ｂ8の径方向外側部の厚み寸法をＴ２としたときに、Ｔ１×Ｒ１＝Ｔ２×Ｒ２の条件を満たすように連結部１３６ｂ8の厚みは、連続的に薄くなっている。本例のように、磁極面形成部１３６ｂ7からヨーク構成部分１３６ｂ1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連結部１３６ｂ8の厚みを連続的に薄くすると磁気飽和が起こらない。また、磁極面形成部１３６ｂ7の厚み寸法Ｔ３は、連結部１３６ｂ8の径方向内側端部の厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定されている。即ち、磁極面形成部１３６ｂ7は、環状の形成部本体１３６ｂ9と、形成部本体１３６ｂ9から直動軸２７の軸方向に突出する２つの環状の肩部１３６ｂ10，１３６ｂ11とを有することになる。本��のように、磁極面形成部１３６ｂ7の厚み寸法Ｔ３を連結部１３６ｂ8の径方向内側端部の厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定すると、コギング推力を減少できる上、磁極面１３６ｂ6の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。
【００３５】
固定子コア分割体１３６ａ〜１３６ｊのうち直動軸２７の軸線方向の両端に位置する固定子コア分割体１３６ａ及び１３６ｊも、固定子コア分割体１３６ｂと同様に導磁性材料により一体に成形され、図５に示すように、直動軸２７と同心的に配置される環状のヨーク構成部分１３６ａ1，１３６ｊ1と環状の磁極部１３６ａ2，１３６ｊ2とをそれぞれ有している。図面に向かって左端部の固定子コア分割体１３６ａのヨーク構成部分１３６ａ1は、環状の構成部分本体１３６ａ3と、構成部分本体１３６ａ3から隣接する固定子コア分割体１３６ｂ側に突出する１つの環状の突出部１３６ａ5とを有している。図面に向かって右端部の固定子コア分割体１３６ｊのヨーク構成部分１３６ｊ1は、環状の構成部分本体１３６ｊ3と、構成部分本体１３６ｊ3から隣接する固定子コア分割体１３６ｉ側に突出する１つの環状の突出部１３６ｊ4とを有している。磁極部１３６ａ2，１３６ｊ2は、可動子３２の永久磁石列と対向する磁極面１３６ａ6，１３６ｊ6を有する環状の磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7と、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7とヨーク構成部分１３６ａ1，１３６ｊ1とを連結する円板状をなす環状の連結部１３６ａ8，１３６ｊ8とをそれぞれ有している。なお、固定子コア分割体１３６ａ〜１３６ｊは、環状巻線のリード線を引き出すために径方向に延びる図示しない貫通溝が形成されているため、完全な環状にはなっていない。しかしながらこのような場合も本出願においては、環状に含まれるものとする。連結部１３６ａ8，１３６ｊ8は、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7からヨーク構成部分１３６ａ1，１３６ｊ1に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるようにそれぞれ連続的に厚みが薄くなる構造を有している。図面に向かって左端部の固定子コア分割体１３６ａの磁極面形成部１３６ａ7は、環状の形成部本体１３６ａ9と、形成部本体１３６ａ9から隣接する固定子コア分割体１３６ｂ側に突出する１つの環状の肩部１３６ａ11を有している。図面に向かって右端部の固定子コア分割体１３６ｊの磁極面形成部１３６ｊ7は、環状の形成部本体１３６ｊ9と、形成部本体１３６ｊ9から隣接する固定子コア分割体１３６ｉ側に突出する１つの環状の肩部１３６ｊ10を有している。また、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7の厚み寸法は、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7の磁極面１３６ａ6，１３６ｊ6の軸線方向の内側角部間の寸法（肩部１３６ａ11と肩部１３６ｊ10との間の寸法）Ａと、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7の磁極面１３６ａ6，１３６ｊ6の軸線方向の外側角部間の寸法Ｂとの関係が、コギングを低減する関係になるように定められている。本例では、内側角部間の寸法Ａは９３．４ｍｍに設定されており、外側角部間の寸法Ｂは１０１．４ｍｍに設定されている。また、磁極面形成部１３６ａ7，１３６ｊ7の軸線方向の両端部外側の部分には、磁極面１３６ａ6，１３６ｊ6から４５°の角度で傾斜するテーパ部が形成されている。
【００３６】
なお上記の例で説明した環状巻線の励磁態様または方法は一例であって、本発明を実施する場合の環状巻線の励磁方法は移動磁界を発生できるものであれば任意である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子コアユニットを複数の固定子コア分割体を軸線方向に組み合わせて構成するため、固定子コアユニットの長さを組み合わされる固定子コア分割体の数や形状によって任意に定めることができる利点がある。そのため、励磁巻線の相数を増加させたり、永久磁石列の長さを長くして大きな推力を得る場合にも、設計が容易である。また複数の固定子コア分割体を組み合わせる過程で、環状巻線の少なくとも一部をスロット間に嵌合するように配置することができるので、固定子コアユニットと環状巻線の組合せが容易になり、結果として固定子の製造組み立てが容易になる利点がある。またこの構造を採用すると、スロット内に巻線の少なくとも一部を押し込む場合と比べて、スロット内に収納できる巻線の占積率を高めることができる利点がある。
【００３８】
特に本発明では、固定子コア分割体は導磁性材料により一体に成形されており、直動軸と同心的に配置される環状のヨーク構成部分と環状の磁極部とを有する構造を有しているので、複数の固定子コア分割体を組み合わせるだけで、簡単に固定子コアユニットを形成でき、固定子の製造組み立てが容易になる。また、環状の連結部が、磁極面形成部からヨーク構成部分に向かうに従って、磁路断面積がほぼ一定になるように連続的に厚みが薄くなる構造を有しているので、磁気飽和が起こらない上、スロットの占有率を高められる。また、磁極面形成部の厚み寸法Ｔ３を、コギング推力を減少させるように厚み寸法Ｔ１よりも大きく設定するので、コギング推力を減少できる上、磁極部の磁極面の面積を大きくして、より大きな推力を有するシリンダ形リニア同期モータを得ることができる。また、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体は、それぞれ同じ形状を有しているので、軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体の形状を変えるだけで、コギングを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するために用いる本発明の前提となるシリンダ形リニア三相同期モータ１の一部破断断面図である。
【図２】図１の半部横断面図である。
【図３】図１のシリンダ形リニア三相同期モータの固定子側の環状巻線の配置状態を説明するために用いる図である。
【図４】図１のシリンダ形リニア三相同期モータの固定子と可動子の関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態のシリンダ型リニア同期モータに用いる固定子コアユニットの半部断面図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、固定子コア分割体のうち軸線方向の両端に位置する２つの固定子コア分割体の間に位置する固定子コア分割体の平面図及び一部切り欠き側面図である。
【符号の説明】
１  シリンダ形リニア三相同期モータ
２７  直動軸
２９  磁石取付体
３１ａ〜３１ｈ  円環状永久磁石
３２  可動子
３５，１３５  固定子コアユニット
１３６ｂ1  ヨーク構成部分
１３６ｂ2  磁極部
１３６ｂ6  磁極面
１３６ｂ7  磁極面形成部
１３６ｂ8  連結部
Ｒ１  連結部の径方向内側端部の半径寸法
Ｒ２  連結部の径方向外側部の半径寸法
Ｔ１  連結部の径方向内側部の厚み寸法
Ｔ２  連結部の径方向外側端部の厚み寸法
【図１】
0003862927.tif 000002
【図２】
0003862927.tif 000003
【図３】
0003862927.tif 000004
【図４】
0003862927.tif 000005
【図５】
0003862927.tif 000006
【図６】
0003862927.tif 000007