JP2005245108A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】直進方向の多層化による高推力化と高効率化との同時実現。
【解決手段】可動子列２は、永久磁石列６を形成している。固定子列１は、突性磁極列３，４，５を形成している。突性磁極列３，４，５に起磁力を与える３相巻線列８，９，１１が配置されている。可動子列２と固定子列１は、永久磁石列６の２対の第１永久磁石要素６−１，６−４と突性磁極列３，４，５の２つの第１突性磁極要素４−１，４−２とを通る閉じた第１相磁束１３を形成し、永久磁石列６の２対の第１永久磁石要素６−３，６−５と突性磁極列３，４，５の２つの第２突性磁極要素３−２，３−１とを通る閉じた第２相磁束（１４）とを形成する。直進方向に推力を生成する２つ又は２つ以上の磁気的推力生成磁束が直進方向に多相化され、回転方向の３相制御の利点が直線方向の３相制御に活用される。同一体格でより大きな推力を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リニアモータに関し、特に、射出成形機のような工作機械の往復運動体の高精度位置決めに用いられるリニアモータに関する。

磁気的誘導モータは、それが発明された初期にはもともとにリニアであった。紡績機械のように同じ位置でアクチュエータを動作させる機械にモータを利用する場合には、無限軌道的にモータを構成する必要があった。このような要請は、モータを非リニアに構成することを最重要課題とした。従って、特殊用途（例示：電車）以外には、主として回転式モータの開発研究が推進されてきた。リニア駆動の要請がなかったわけではなく、紡績機械に限られず往復直線運動の要請は当初から存在していた。そのような直線駆動の要請は、回転出力をボールねじ機構又はクランク機構を介して線形力に変換することにより応えられてきた。

直線運動の位置制御は、現在では、その高精度化と同時に高推力化が求められる。大型射出成形機では、樹脂を金型に充填する射出軸又は金型の開閉を行う開閉軸の大推力と高精度位置決めとが同時に求められる。そのような要請に応じるための技術的解決のためには、３相駆動回転式モータのリニア化が既に示唆されている。３相駆動回転式モータのリニア化は、公知である（後掲特許文献１）。推力増強の技術が直線進行方向の同時的多相駆動（３相巻線の多数組の同時動作）として実現されることは、回転式３相駆動モータのリニア化として当業者には容易に類推され常識的に示唆されている。リニアモータでは、回転式モータでは構造化が困難である進行方向に直交する進行直交方向同時駆動多相化が容易に可能である（後掲特許文献２）。出力効率の向上のためには、磁束通路の閉じ込めの効率化が求められる。１スロット内で磁束の閉じ込め性を確保するために、磁束を案内する磁極に突極性が与えられることは重要である（後掲特許文献３）。直交方向の多相化は、構造的には多層化と呼ばれ得る。

直進方向にも直交方向にも無限相に多相化が可能である今後のリニアモータには、産業機械に用いられるためには、高推力化と高効率化とが同時に求められる。更には、多相化構造の簡素化による低コスト化と小型化とが求められる。

特開平０１−２９８９４６号 特開平１１−２６２２３６号 特公昭６０−３０１９５号

本発明の課題は、直進方向の多層化による高推力化と高効率化とを同時に実現する技術を確立するリニアモータを提供することにある。

本発明によるリニアモータは、単位長さを有する可動子列（２）と、その単位長さに同じである単位長さを有する固定子列（１）とから構成されている。可動子列（２）は、永久磁石列（６）と、永久磁石列（６）に磁気的に接合する可動側磁束誘導体（７−１）とから形成されている。固定子列（１）は、永久磁石列（６）に進行方向に直交する直交方向に対向する突性磁極列（３，４，５）と、突性磁極列（３，４，５）に起磁力を与える３相巻線列（８，９，１１）と、突性磁極列（３，４，５）に磁気的に接合する固定側磁束誘導体（７−２）とから形成されている。可動子列（２）と固定子列（１）は、永久磁石列（６）の２対の第１永久磁石要素（６−１，６−４）と突性磁極列（３，４，５）の２つの第１突性磁極要素（４−１，４−２）とを通る閉じた第１相磁束（１３）を形成し、永久磁石列（６）の２対の第１永久磁石要素（６−３，６−５）と突性磁極列（３，４，５）の２つの第２突性磁極要素（３−２，３−１）とを通る閉じた第２相磁束（１４）とを形成する。

直進方向に推力を生成する２つ又は２つ以上の磁気的推力生成磁束が直進方向に多相化され、回転方向の３相制御の利点が直線方向の３相制御に活用される。同一体格でより大きな推力を得ることができる。対向面で磁束が完結し、別途に磁束ルート設ける必要がない。各相間で巻線電流が均一であり、可動子位置に起因する推力・インダクタンスの変動が小さい。

永久磁石列は（６ｎ−１）対の永久磁石要素（６−ｊ）から構成され、突性磁極列は６ｎ個の突性磁極要素（３−ｊ，４−ｊ，５−ｊ，）から構成され、２ｎ対の永久磁石要素は第１相磁束（１３）の形成に対応し、他の２ｎ個の永久磁石要素は第２相磁束（１４）の形成に対応し、更に他の２ｎ個の永久磁石要素は第３相磁束の形成に対応する。常に少なくとも２つの磁束が形成される。６ｎ：（６ｎ−１）の数的組合せは、直進方向の多相化による推力増強のために普遍的技術を確立することができる。

３相巻線列は、２ｎ個の第１巻線要素（９−１，９−２）と、２ｎ個の第２巻線要素（８−２，８−１）と、２ｎ個の第３巻線要素（１１−１，１１−２）とから構成されている。この場合に、第１巻線要素が突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれ、第２巻線要素が突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれ、第３巻線要素が突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれていれば、巻線銅損の低減化と小型化を同時に実現することができる。

２ｎ個の第１巻線要素のうちの２つ（８−１，８−２）は、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向であり、２ｎ個の前記第２巻線要素のうちの２つ（９−１，９−２）は、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向であり、２ｎ個の前記第３巻線要素のうちの２つ（１１−１，１１−２）は、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向である。

永久磁石列が（６ｍｎ−ｎ）対の永久磁石要素を構成し、突性磁極列が６ｍｎ個の突性磁極要素を構成し、ｍ対の永久磁石要素が第１相磁束の形成に対応し、ｍ対の他の永久磁石要素が第２相磁束の形成に対応し、ｍ個の突性磁極要素が１個の第１相巻線要素に位置的に対応し、ｍ個の他の突性磁極要素が１個の他の第２相巻線要素に位置的に対応することは、巻線銅損を更に低減化し、小型化を更に促進することができる。

可動子列（２）と固定子列（１）の組は単位組として形成され得るが、その組が第１単位組と第２単位組とから構成されて、第１単位組と第２単位組が直交方向に並列に配列され、第２単位組の可動側磁束誘導体が第１単位組の可動側磁束誘導体に同体に形成され、且つ、第２単位組の固定側磁束誘導体が第１単位組の固定側磁束誘導体に同体に形成されることは、直進方向の多相化ともに直交方向の多層化又は多相化を可能にし、更に推力の増強を促進することができる。直交方向の多相化と直進方向の多相化の同時的多相化は、リニアモータで初めて可能になり、累乗的に推力を増強することができる。

第１単位組の永久磁石列（２−２’）は第２単位組の永久磁石列（２−１）に対して進行方向に第１磁気的位相がずれ、且つ、第１単位組の突性磁極列（１−２’）は、第２単位組の前記突性磁極列（１−２）に対して進行方向に第２磁気的位相がずれている。第１磁気的位相のずれ量は、第２磁気的位相のずれ量に等しい。このような位相ずれは、漏れ磁束を低減することができる。

本発明の初期の動機は、工作機械、射出成形機の強力な推力を要求される往復運動体の位置制御の高精度化にある。回転運動を直線運動に変換する変換機構の廃止は、成形技術の高精度化を実現することができる。

本発明によるリニアモータは、直進方向の多層化による高推力化と高効率化とを同時に実現する技術を確立することができる。更には、その多相化構造の簡素化による低コスト化と小型化を実現する技術を確立することができる。

図に対応して、本発明によるリニアモータは、直進方向に延びる可動子列がその直進方向に長く延びる固定子列とともに並列に配置されている。その固定子列１は、図１に示されるように、その可動子列２を案内する案内軌道として形成され得る。可動子列２を案内する案内軌道は、固定子列１と別体に配置され得る。

固定子列１の部分列は、第１部分列と第２部分列とから構成されている。第１部分列は、第１Ｕ相突性磁極３−１と第１Ｖ相突性磁極４−１と第１Ｗ相突性磁極５−１とから構成されている。第１Ｕ相突性磁極３−１と第１Ｖ相突性磁極４−１とは、直進方向に互いに直接に隣りあって配置され、第１Ｕ相突性磁極３−１と第１Ｖ相突性磁極４−１との間には他の突性磁極は介設されていない。第１Ｖ相突性磁極４−１と第１Ｗ相突性磁極５−１とは、直進方向に互いに直接に隣りあって配置され、第１Ｖ相突性磁極４−１と第１Ｗ相突性磁極５−１との間には他の突性磁極は介設されていない。第２部分列は、第２Ｕ相突性磁極３−２と第２Ｖ相突性磁極４−２と第２Ｗ相突性磁極５−２とから構成されている。第２Ｕ相突性磁極３−２と第２Ｖ相突性磁極４−２とは、直進方向に互いに直接に隣りあって配置され、第２Ｕ相突性磁極３−２と第２Ｖ相突性磁極４−２との間には他の突性磁極は介設されていない。第２Ｖ相突性磁極４−２と第２Ｗ相突性磁極５−２とは、直進方向に互いに直接に隣りあって配置され、第２Ｖ相突性磁極４−２と第２Ｗ相突性磁極５−２との間には他の突性磁極は介設されていない。可動子列２が固定子列１に対して相対的に同一直進方向に（図で左側に）運動する過程では、第１Ｕ相突性磁極３−１が時間的に最初に可動子列２の特定点を通過し、第１Ｕ相突性磁極３−１に時間的に次に第１Ｖ相突性磁極４−１がその特定点を通過し、第１Ｖ相突性磁極４−１に時間的に更に次に第１Ｗ相突性磁極５−１がその特定点を通過し、第１Ｗ相突性磁極５−１に時間的に次に第２Ｕ相突性磁極３−２がその特定点を通過し、第２Ｕ相突性磁極３−２に時間的に次に第２Ｖ相突性磁極４−２がその特定点を通過し、第２Ｖ相突性磁極４−２に時間的に次に第２Ｗ相突性磁極５−２がその特定点を通過する。第（ｎ−１）部分列と第ｎ部分列との間のそのような時間的空間的順序列は、第１部分列と第２部分列のそのような関係に同じである。このように実施の本形態は、３突性磁極が１組を形成し、そのような組の２つが基本的配列構造を形成している。固定子列１の基本的配列構造は、一般的には、３ｎ極を１組とする２組の６ｎ極を有している。Ｕ極の個数とＶ極の個数とＷ極の個数は、それぞれに２ｎである。固定子配列は、記号的に３×２で表される。可動子列２の永久磁石の対数は、６ｎ−１である。６ｎ：（６ｎ−１）の数的関係は、普遍的に基本的である。

可動子列２は、固定子配列３×２に対応して、５対の永久磁石要素から形成されている。５対の永久磁石要素は、第１永久磁石要素６−１と第２永久磁石要素６−２と第３永久磁石要素６−３と第４永久磁石要素６−４と第５永久磁石要素６−５とから構成されている。５対の永久磁石要素の極性順序方向は互いに同じである。５対の永久磁石要素は、互いに同じである単位長さを有している。その単位長さは、λで表される。可動子列２しの直進方向長さは、５λである。互いに隣り合う任意の２つの突性磁極の間の距離は、５／６λである。固定子列１の単位長さと固定子列１の長さは、互いに等しく５λである。５対の永久磁石要素６−１〜５は、単一の可動子継鉄７−１に同体化されて結合している。全ての突性磁極は、その幅が１／３λであり互いに同じである。全ての突性磁極は、固定子継鉄７−２に同体化されて結合して一体化されている。

図１に方向を示す記号で表されるように、第１Ｕ相突性磁極３−１には、第１Ｕ相巻線８−１が集中的に巻かれて装着され、第１Ｖ相突性磁極４−１には第１Ｖ相巻線９−１が集中的に巻かれて装着され、第１Ｗ相突性磁極５−１には第１Ｗ相巻線１１−１が集中的に巻かれて装着され、第２Ｕ相突性磁極３−２には、第２Ｕ相巻線８−２が集中的に巻かれて装着され、第２Ｖ相突性磁極４−２には第２Ｖ相巻線９−２が集中的に巻かれて装着され、第２Ｗ相突性磁極５−２には第２Ｗ相巻線１１−２が集中的に巻かれて装着されている。 図１に配線が点線で示されるように、第１Ｕ相巻線８−１と第２Ｕ相巻線８−２とは直列に接続し、第１Ｖ相巻線９−１と第２Ｖ相巻線９−２とは直列に接続し、第１Ｗ相巻線１１−１と第２Ｗ相巻線１１−２とは直列に接続している。図１に配線が点線で示されるように、第１Ｕ相巻線８−１の巻線方向と第２Ｕ相巻線８−２の巻線方向は互いに逆方向であり、第１Ｖ相巻線９−１の巻線方向と第２Ｖ相巻線９−２の巻線方向は互いに逆方向であり、第１Ｗ相巻線１１−１の巻線方向と第２Ｗ相巻線１１−２の巻線方向と互いに逆方向である。

図２は、３相２組の巻線の電流動作のうち３相１組の電流動作を示している。１組のＵ相とＶ相とＷ相の動作時間帯は、互いに１２０度の位相差を有している。３相はそれぞれに、図２に示されるように、１周期３６０度の間で、１２０度のアクティブ期間と９０度のアクティブ期間とで交互に反転する。図２に示される電流動作は、図１に示される三相駆動回路１２のスイッチングにより実効される。三相駆動回路１２は、公知の３相回転式モータの１組の駆動回路の２組化に相当している。

図３は、可動子列２の第１推進ステップを示している。第１推進ステップの電気角Ｘは、０度と６０度（１／６λ）の間の角度位置にある。第１Ｖ相巻線９−１には右巻き方向ネガティブ電流が通され、Ｓ極化された第１Ｖ相突性磁極４−１は第１永久磁石６−１のＮ極を吸引し、第２Ｖ相巻線９−２には左巻き方向ネガティブ電流が通され、Ｎ極化された第２Ｖ相突性磁極４−２は第４永久磁石６−４のＳ極を吸引し、第２Ｕ相巻線８−２には右巻き方向ポジティブ電流が通され、Ｎ極化された第２Ｕ相突性磁極３−２は第３永久磁石６−３のＳ極を吸引し、第１Ｕ相巻線８−１には左巻き方向ポジティブ電流が通され、Ｓ極化された第１Ｕ相突性磁極３−１は第５永久磁石６−５のＮ極を吸引し、可動子列２は固定子列１に右側方向Ｒに吸引される。図４は、可動子列２の第２推進ステップを示している。第２推進ステップの電気角Ｘは、６０度と１２０度（２／６λ）の間の角度位置にある。可動子列２は、右方向Ｒに推進される。図５は、可動子列２の第３推進ステップを示している。第３推進ステップの電気角Ｘは、１２０度と１８０度（３／６λ）の間の角度位置にある。可動子列２は、右方向Ｒに推進される。

第１推進ステップでは、第１磁束１３は、可動子継鉄７−１の中で反直進方向に案内され、第１永久磁石６−１のＮ極側を直交方向に貫通し、第１永久磁石６−１のＮ極側から出て第１Ｖ相突性磁極４−１に誘導されて第１Ｖ相突性磁極４−１の中を直交方向に案内され、固定子継鉄７−２の中で直進方向に案内され、第２Ｖ相突性磁極４−２を直交方向に貫通し、第２Ｖ相突性磁極４−２を出て第４永久磁石６−４のＳ極側を直交方向に貫通し、可動子継鉄７−１の中で反直進方向に案内されて、１周して閉じている（完結している。）。そのステップで、第２磁束１４は、可動子継鉄７−１の中で直進方向に案内され、第５永久磁石６−５のＮ極側を直交方向に貫通し、第５永久磁石６−５のＮ極側から出て第１Ｕ相突性磁極３−１に誘導されて第１Ｕ相突性磁極３−１の中を直交方向に案内され、固定子継鉄７−２の中で反直進方向に案内され、第２Ｕ相突性磁極３−２を直交方向に貫通し、第２Ｕ相突性磁極３−２を出て第３永久磁石６−３のＳ極側を直交方向に貫通し、可動子継鉄７−１の中で直進方向に案内されて、１周して閉じている。

第１推進ステップと第２推進ステップと第３推進ステップとは、下記物理的共通点を有している。
（１）常態的に３λ分離隔する２極を通る磁束（同相突性磁極間閉曲線磁束１３，１４）が２本分形成されている点
（２）１対の永久磁石要素６−ｊ（例示：図３の第１永久磁石６−１）のＮ極は１つの突性磁極４−ｊ（例示：図３の第１Ｖ相突性磁極４−１）に位置的に（磁束通過的に）対応し、他の１対の永久磁石要素６−ｋ（例示：第４永久磁石６−４）のＳ極は他の１つの突性磁極４−ｋ（例示：第２Ｖ相突性磁極４−２）に位置的に対応し、１つの突性磁極４−ｊとその他の１つの突性磁極４−ｋは同相の巻線で励磁される点（同相突性磁極間閉曲線磁束形成点）
（３）同相突性磁極間閉曲線磁束１３，１４は、それぞれに、隣り合う同相磁極に誘導されている点
（４）単位突性磁極列は連続的に隣り合う６つの突性磁極により形成され、６つの突性磁極は２組の３相磁極を形成している点
（５）単位永久磁石列は連続的に隣り合う５つの永久磁石により形成されている点
（６）単位永久磁石列の単位長さは単位突性磁極列の単位長さに等しい点
（７）同相巻線の巻き方向は互いに逆方向であり、且つ、同相巻線は直列に接続している点
（８）巻線は突性磁極に集中的に巻かれている点
（９）突性磁極の磁気誘導面の直進方向幅は１／３λ又はそれより狭い点

図６は、本発明によるリニアモータの実施の他の形態を示している。実施の本形態では、既述の固定子列１と可動子列２で形成されるモータ構造が、直進方向に直交する直交方向に多層化されている。固定子列１は、第１固定子列１−１と第２固定子列１−２と第３固定子列１−３と第４固定子列１−４とから形成されている。可動子列２は、第１可動子列２−１と第２可動子列２−２と第３可動子列２−３と第４可動子列２−４とから形成されている。第１可動子列２−１と第２可動子列２−２とは、第１固定子列１−１と第２固定子列１−２の間に介設されて、同体に結合している。第３可動子列２−３と第４可動子列２−４とは、第３固定子列１−３と第４固定子列１−４の間に介設されて、同体に結合している。第１可動子列２−１と第２可動子列２−２との間には、共通の第１可動側継鉄７−１−１が介設されている。第３可動子列２−３と第４可動子列２−４との間には、共通の第２可動側継鉄７−１−２が介設されている。第１固定子列１−１は、個別的に第１固定側継鉄７−２−１を有している。第２固定子列１−２と第３固定子列１−３とは、共通的に第２固定側継鉄７−２−２を有している。第２固定側継鉄７−２−２は、第２固定子列１−２と第３固定子列１−３の間に同体に介設されている。第４固定子列１−４は、個別的に第３固定側継鉄７−２−３を有している。４相の固定子列１−１，２，３，４のそれぞれの単位突性磁極列は、実施の既述の形態の固定子列１の単位突性磁極列に同じである。４相の可動子列２−１，２，３，４のそれぞれの単位永久磁石列は、実施の既述の形態の可動子列２の単位永久磁石列に同じである。

磁束１３，１４が直進方向に案内されず直交方向に案内されて貫通する第１可動側継鉄７−１−１は、薄く形成され得る。磁束１３，１４が直進方向に案内されず第２可動側継鉄７−１−２に直交方向に案内されて貫通する第２可動側継鉄７−１−２は、薄く形成され得る。多層数に比例してその継鉄の合計厚みは増加しない有利性が存在している。第１磁束１３と第２磁束１４はともに、４極の突性磁極と４つの永久磁石を貫通し、両側の２つの継鉄７−２−１，３に直進方向に案内されて閉じている。直交方向に隣り合う可動子列の個々の永久磁石の極性は互いに反対である。空間的に同位相で直交方向に並ぶ４つの突性磁極は、第１磁束１３と第２磁束１４とを同一直交方向に誘導して案内する。実施の本形態の推力は、同じ容量の機械要素が用いられて、実施の既述の形態の推力に比べて４倍である。このような推力増強は、直交方向多層化（多相化）によりもたらされる利点であり、推力増強に比例して多層方向の厚みは増加せず、且つ、推力増強に比例してコストは増加しない。

図７は、共通固定体１５と共通可動体１６との配置関係を示している。継鉄７−２−１と継鉄７−２−２と継鉄７−２−３は、直交向きに延びて共通固定体１５に結合している。継鉄７−１−１と継鉄７−１−２は、直交向きに延びて共通可動体１６に結合している。このような配置関係と結合関係は、単一のリニアモータを構成している。

図８は、第１磁束１３と第２磁束１４の磁路形態の改変を示している。実施の本形態では、実施の図６の形態の第２可動子列２−２に代えられて第２可動子列２−２’が形成され、実施の図６の形態の第３可動子列２−３に代えられて第３可動子列２−３’が形成され、実施の図６の形態の第２固定子列１−２に代えられて第２固定子列１−２’が形成され、実施の図６の形態の第３固定子列１−３に代えられて第３固定子列１−３’が形成されている。第２可動子列２−２’の磁気的配列は、第２可動子列２−２の磁気的配列に対して進行方向に位相が適正にずらされている。第２可動子列２−２’の磁気的配列は、第２可動子列２−２の磁気的配列に対して進行方向に位相が適正にずらされている。第２可動子列２−２’と第３可動子列２−３’の磁気的配列は、進行方向に同一位相に形成されている。第２固定子列１−２’の磁気的配列は、第２固定子列１−２の磁気的配列に対して進行方向に位相が適正にずらされている。第３固定子列１−３’の磁気的配列は、第３固定子列１−３の磁気的配列に対して進行方向に位相が適正にずらされている。第２固定子列１−２’と第３固定子列１−３’の磁気的配列は、進行方向に同一位相に形成されている。実施の本形態では、突極どうしが真正面に対向しないので、漏れ磁束が小さい。

図９は、本発明によるリニアモータの実施の更に他の形態を示している。実施の本形態は、実施の図１の形態が改良されている。固定子列１と可動子列２の既述の数的関係６ｎ：（６ｎ−１）が６ｍ：（６ｍ−１）として保持される点では、実施の本形態は実施の図１の形態に同じである。実施の図１の形態の１対の永久磁石要素は、ｍ分割されている。実施の本形態の互いに隣り合う３対（例示：ｍ＝３）の永久磁石は、実施の図１の形態の１個の磁石に対応し、１対３の対応関係が存在する。第１Ｕ相突性磁極３−１と第１Ｖ相突性磁極４−１と第１Ｗ相突性磁極５−１は、磁石分割に対応して、進行方向に３分割される。第１Ｕ相突性磁極３−１は、後方第１Ｕ相突性磁極３−１−１と中間第１Ｕ相突性磁極３−１−２と前方第１Ｕ相突性磁極３−１−３とに３分割されている。第１Ｖ相突性磁極４−１は、後方第１Ｖ相突性磁極４−１−１と中間第１Ｖ相突性磁極４−１−２と前方第１Ｖ相突性磁極４−１−３とに３分割されている。第１Ｗ相突性磁極５−１は、後方第１Ｗ相突性磁極５−１−１と中間第１Ｗ相突性磁極５−１−２と前方第１Ｗ相突性磁極５−１−３とに３分割されている。他の磁極も同じ形式で３分割される。

固定子列１と突性磁極４−ｊの数的関係は、Ｎ＝ｍｎで表され、６ｍｎ：（６ｍｎ−ｎ）で表される。このような分割構造では、実施の図１の形態との比較で、１／ｍの移動幅同等の磁束変化を得るためには、磁石厚さは約１／ｍになり、個々の分割小突極の発生推力は１／ｍになるが、４ｍ個の分割小突極の発生推力はこれに対応する大突極の発生推力に同等であり、永住磁石は非磁性体（磁気的絶縁体）であるから永久磁石は固定子巻線から見ればエアギャップに同等である物性を有し、個々の磁石の厚さは１／ｍに小さくなっていて、実施の図１の形態に同等である磁束を得るためには、巻線起磁力（＝電流×ターン数）は１／ｍの程度で小さくなり、電力ロスが少なくなる。

図１０（ａ），（ｂ）と図１１（ａ），（ｂ）とは、このような巻線起磁力低減効果を示している。磁石厚さに概ね等しいエアギャップ厚さがＬｇで表され、突極発生推力Ｆは次式で表される。
Ｆ＝２ＢｐＨｃＬｇＬ
Ｂｐ：磁束密度分布（同図（ｂ）参照）
Ｈｃ：磁束保磁力
Ｌ：リニアモータ幅
電流起磁力ＡＴ（電流×ターン数）と磁束密度Ｂｐとの関係は次式で表される。
Ｂｐ＝ＡＴ’μ０／Ｌｇ’，ＡＴ’＝ＡＴ／ｍ
μ０：真空の透磁率
突極発生推力Ｆは、次式で表される。
Ｆ＝２ＡＴμ０Ｌ

図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、磁束密度振幅Ｂｐを図１０のそれに同等にするためには、磁石厚さＬｇ’は、Ｌｇ／ｍである。この場合の小突極発生推力Ｆｓは次式で表される。
Ｆｓ＝２ＢｐＨｃＬｇ’Ｌ＝Ｆ／ｍ
電流起磁力ＡＴ’（電流×ターン数）と磁束密度Ｂｐとの関係は次式で表される。
Ｂｐ＝ＡＴ’μ０／Ｌｇ’，ＡＴ’＝ＡＴ／ｍ
突極発生推力Ｆ’は、次式で表される。
Ｆ’＝ｍＦｓ＝Ｆ＝２ＡＴ’μ０Ｌ

これらの式の比較によれば、同一推力を得る電流起磁力は１／ｍである。その結果として、同一推力を得る条件では、電流又はターン数を小さくすることができる。この結果、銅損を低減することができる。但し、通電周波数に対する移動量は１／ｍになる。

図１２は、本発明によるリニアモータの実施の更に他の形態を示している。実施の本形態の固定子列１と可動子列２の磁極配列構造は実施の図１の形態に同じであるが、３相のそれぞれについて巻線が突極に対して集中的に巻かれず、ピッチが３倍に拡大されている点で、実施の図１の形態と異なっている。実施の本形態では、巻線ピッチは３である。図１３は、３相通電波形と突極起磁力を６０度電気角単位で示している。実施の本形態の推力は実施の図１の形態の推力に同等であるが、１相ごとの巻線のスペースが大きくなり、巻線断面積が大きく抵抗を減殺することができ、巻線銅損の低減と小型化が可能である。

図１は、本発明によるリニアモータの実施の形態を示す断面図である。 図２は、３相電流を示すグラフである。 図３は、動作のステップを示す断面図である。 図４は、動作の次のステップを示す断面図である。 図５は、動作の更に次のステップを示す断面図である。 図６は、本発明によるリニアモータの実施の他の形態を示す断面図である。 図７は、図６の側面断面図である。 図８は、本発明によるリニアモータの実施の更に他の形態を示す断面図である。 図９は、本発明によるリニアモータの実施の更に他の形態を示す断面図である。 図１０は、推進力を示す物理的解析図である。 図１１は、他の推進力を示す物理的解析図である。 図１２は、本発明によるリニアモータの実施の更に他の形態を示す断面図である。 図１３は、３相電流と突極起磁力を示す波形図である。

符号の説明

１…固定子列
１−２’…突性磁極列
２…可動子列
２−２’…永久磁石列
３−１，３−２…第２突性磁極要素
４−１，４−２…第１突性磁極要素
６…永久磁石列
６−１，６−４…第１永久磁石要素
６−３，６−５…第１永久磁石要素
７−１…可動側磁束誘導体
８，９，１１…３相巻線列
８−１，８−２…第２巻線要素
９−１，９−２…第１巻線要素
１１−１，１１−２…第３巻線要素
１３…第１相磁束
１４…第２相磁束

Claims (12)

1. 単位長さを有する可動子列と、
   前記単位長さに同じである単位長さを有する固定子列とを具え、
   前記可動子列は、
   永久磁石列と、
   前記永久磁石列に磁気的に接合する可動側磁束誘導体とを備え、
   前記固定子列は、
   前記永久磁石列に進行方向に直交する直交方向に対向する突性磁極列と、
   前記突性磁極列に起磁力を与える３相巻線列と、
   前記突性磁極列に磁気的に接合する固定側磁束誘導体とを備え、
   前記可動子列と前記固定子列は、
   前記永久磁石列の２つの第１永久磁石要素と前記突性磁極列の２つの第１突性磁極要素とを通る閉じた第１相磁束と、
   前記永久磁石列の２つの第１永久磁石要素と前記突性磁極列の２つの第２突性磁極要素とを通る閉じた第２相磁束とを備える
   リニアモータ。
2. 前記永久磁石列は（６ｎ−１）対の永久磁石要素を備え、ここで、ｎは自然数であり、前記突性磁極列は６ｎ個の突性磁極要素を具える
   請求項１のリニアモータ。
3. ２ｎ個の永久磁石要素は前記第１相磁束の形成に対応し、他の２ｎ個の永久磁石要素は前記第２相磁束の形成に対応し、更に他の２ｎ個の永久磁石要素は第３相磁束の形成に対応する
   請求項２のリニアモータ。
4. 前記３相巻線列は、
   ２ｎ個の第１巻線要素と、
   ２ｎ個の第２巻線要素と、
   ２ｎ個の第３巻線要素とを具える
   請求項３のリニアモータ。
5. 前記第１巻線要素は前記突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれ、前記第２巻線要素は前記突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれ、前記第３巻線要素は前記突性磁極要素に関して３ピッチで巻かれている
   請求項４のリニアモータ。
6. ２ｎ個の前記第１巻線要素のうちの２つは、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向であり、２ｎ個の前記第２巻線要素のうちの２つは、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向であり、２ｎ個の前記第３巻線要素のうちの２つは、直列に、且つ、巻き方向は互いに逆方向である
   請求項４のリニアモータ。
7. 前記永久磁石列は（６ｍｎ−ｎ）対の永久磁石要素を備え、
   前記突性磁極列は６ｍｎ個の突性磁極要素を備え、
   ｍ個の前記永久磁石要素は前記第１相磁束の形成に対応し、ｍ個の他の永久磁石要素は前記第２相磁束の形成に対応し、ｍ個の突性磁極要素は１個の前記第１相巻線要素に位置的に対応し、ｍ個の他の突性磁極要素は１個の他の前記第２相巻線要素に位置的に対応する
   請求項４のリニアモータ。
8. 前記可動子列と前記固定子列の組は単位組を形成し、
   前記組は、
   第１単位組と、
   第２単位組を具え、前記第１単位組と前記第２単位組は前記直交方向に並列に配列され、前記第２単位組の前記可動側磁束誘導体は、前記第１単位組の前記可動側磁束誘導体に同体に形成され、且つ、前記第２単位組の前記固定側磁束誘導体は、前記第１単位組の前記固定側磁束誘導体に同体に形成されている
   請求項１のリニアモータ。
9. 前記第１単位組の永久磁石列は前記第２単位組の永久磁石列に対して進行方向に第１磁気的位相がずれ、且つ、前記第１単位組の前記突性磁極列は、前記第２単位組の前記突性磁極列に対して進行方向に第２磁気的位相がずれている
   請求項８のリニアモータ。
10. 前記第１磁気的位相のずれ量は、前記第２磁気的位相のずれ量に等しい
    請求項９のリニアモータ。
11. 前記可動子列は、工作機械の直線往復型運動体に結合している
    請求項１〜１０から選択される１請求項のリニアモータ。
12. 前記工作機械は射出成形機である
    請求項１１のリニアモータ。

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