JP2010098906A - リニアモータ用コイル - Google Patents

Abstract

【課題】導線の巻き数を減少させることなく小型化が可能なリニアモータ用コイルを提供する。
【解決手段】導線７が巻回される筒状の被巻回部４に、一方向回りに導線７が巻回された第１コイル部２１と、これとは反対の他方向回りに導線７が巻回された第２コイル部２２とを仕切壁５２を隔てて備えると共に、第１コイル部２１と第２コイル部２２との間に、導線７を第１コイル部２１から第２コイル部２２に巻回方向を逆転させつつ渡す第１渡部８と、導線７を第２コイル部２２から第１コイル部２１に巻回方向を逆転させつつ渡す第２渡部９とを仕切壁５２に備え、導線７が一本であり、巻回開始点及び巻回終了点が第１コイル部２１のうち仕切壁５２の側とは反対の側の端部に設けられている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、導線が巻回される筒状の被巻回部に、一方向回りに前記導線が巻回された第１コイル部と、これとは反対の他方向周りに前記導線が巻回された第２コイル部とを備えるリニアモータ用コイルに関する。

リニアモータは、コイルとコイル内部に設けられた永久磁石とを備える。そして、コイルに流す電流の向き及び大きさを制御することにより、電流に応じた電磁力を発生させて、コイルと永久磁石との間で引力或いは斥力を生じさせる。
このようなリニアモータは、例えばコイルと永久磁石とを車体側部材と車輪側部材とに各別に配して、車両用のサスペンション装置として用いられる。この場合、コイルと永久磁石との間で引力或いは斥力を生じさせて、車両の垂直方向の変動を打ち消すようにサスペンションの荷重制御を行う。したがって、車両の運転者には、車両の垂直方向の変動を感じさせないように快適な乗り心地を提供することができる。

上述のリニアモータにおいては、隣り合うコイルの巻き方向が異なるコイルを用いる場合がある。このように複数のコイルを設けたものとして、例えば特許文献１には、コイルごとに端子を設け、ターミナルにより端子間を接続したものが記載されている。
また、特許文献２には、以下に示すものが記載されている。つまり、円筒状の導線巻取部に渡線保持部を設けた治具を用い、渡線保持部に導線を引っ掛けて導線をＵ字状に折り返した状態で治具を一方向に回転させる。Ｕ字状に折り返した導線の一方を他方の側に向かって治具に巻回するとともに、Ｕ字状に折り返した導線の他方を一方から離間する側に向かって治具に巻回する。このようにして、導線のうちＵ字の底部の部分を渡線として、一本の導線により隣接するコイルの巻き方向を異ならせたコイルを得ることができる。

実開平６−６２７８７号公報 特開２００６−２２３０９０号公報

上記特許文献１に記載のコイルの場合、端子間を接続するためのターミナルを設ける必要があるため、コイルが大型化するという問題がある。一方、コイルを小型化するためには例えばコイルの巻き数を減少させなければならず、その場合にはコイルの性能が性能することになる。

一方、特許文献２に記載のコイルの場合、一本の導線により隣接するコイルを形成しているために、端子間を接続するターミナルを設ける必要がない。しかしながら、導線を巻回する際に渡線の上から巻回することになるので、コイルのうち渡線の部分が径方向外側に突出することになる。
また、リニアモータを搭載する装置の小型化を考えた場合、コイルの電源との接続箇所となる導線の端部同士は近接している方が好ましい。しかしながら、上述のコイルの場合、導線の端部が二つのコイルに渡ることになる。このため、コイルを電源に接続する際に、例えば一方の端部をコイルの外周に沿わせて他方の端部の近傍まで導線を戻すなどの処理が必要であった。このため、コイルが大型化することとなり、小型化を図るためには導線の巻き数を減少させる必要があった。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導線の巻き数を減少させることなく小型化したリニアモータ用コイルを提供することにある。

本発明の第１特徴構成は、導線が巻回される筒状の被巻回部に、一方向回りに前記導線が巻回された第１コイル部と、これとは反対の他方向回りに前記導線が巻回された第２コイル部とを仕切壁を隔てて備えると共に、前記第１コイル部と前記第２コイル部との間に、前記導線を前記第１コイル部から前記第２コイル部に巻回方向を逆転させつつ渡す第１渡部と、前記導線を前記第２コイル部から前記第１コイル部に巻回方向を逆転させつつ渡す第２渡部とを前記仕切壁に備え、前記導線が一本であり、巻回開始点及び巻回終了点を前記第１コイル部のうち前記仕切壁の側とは反対の側の端部に設けた点にある。

本構成のように、一本の導線により巻回方向の異なるコイルを隣接配置することで、コイルの端子同士を接続するターミナルが不要となる。
また、第１コイル部のうち仕切壁の側とは反対の側の端部から巻回が開始された導線が、第１渡部を介して第２コイル部に巻回される。その後、導線が第２渡部を介して再び第１コイル部に巻回され、第１コイル部のうち仕切壁の側とは反対の側の端部で巻回が終了する。このため、例えば第２コイル部で導線の巻回を終了するときのように、導線の両側の端部を近接して配置するために導線を第２コイル部から第１コイル部に向けて戻す必要がない。
さらに、コイルの渡線が第１渡部及び第２渡部に位置することになるので、従来のように、渡線の部分でコイルが径方向に突出することがない。
上述の結果、導線の巻き数を減少させることなく小型化したリニアモータ用コイルを提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記第１渡部と前記第２渡部とが前記仕切壁の周方向に隣接して設けられている点にある。

本構成のように、第１渡部と第２渡部とを近接配置することでで、第１渡部を介した導線の渡りと第２渡部を介した導線の渡りの前後で、被巻回における導線が巻回されていない領域を減少させることができる。この結果、導線を効率的に巻回することができ、コイルが小型化される。

本発明の第３特徴構成は、前記第１渡部と前記第２渡部とが、前記仕切壁に形成された単一の切欠部である点にある。

本構成のように、第１渡部及び第２渡部を単一の切欠部で構成することで、第１渡部及び第２渡部がより近接するため、導線の巻回が効率化され、コイルをより小型化することができる。

本発明の第４特徴構成は、前記切欠部に、前記第１渡部と前記第２渡部とを仕切る仕切板が設けられている点にある。

本構成によれば、仕切板により第１コイル部から第２コイル部に渡る導線と第２コイル部から第１コイル部に渡る導線とを仕切ることができる。このため、被巻回部に導線を巻回す際に切欠部内において導線が位置ずれすることを防止して、確実に導線を巻回することができる。

本発明の第５特徴構成は、前記第１コイル部及び前記第２コイル部に前記導線が前記被巻回部の径方向に多層に亘って巻回されるとともに、前記第２コイル部への巻回が終了した後の前記導線が、前記第１コイル部に一層巻回されている点にある。

本構成によれば、第１コイル部に所望の巻回数よりも一層少なく導線が巻回された後に、第２コイル部に所望の巻回数だけ導線が巻回され、その後、第１コイル部に導線が一層巻回されることになる。このため、第２コイル部から第１コイル部に導線を渡す際に、巻回半径を変化させることなく導線を巻回することができる。このため、別途に巻回半径を変化させるための手段等を設けることなく導線をスムーズに渡すことができる。

本発明の第６特徴構成は、前記第１渡部及び前記第２渡部に前記導線が抜け出ることを防止する係止部が設けられている点にある。

導線の巻回の際に、第１渡部及び第２渡部は導線の巻回方向が逆転されるので、導線が脱落しやすくなる。そこで、本構成のように、係止部を設けることにより、第１渡部及び第２渡部から導線の脱落を防止して、導線を確実に保持することができる。このため、確実に導線を巻回することができる。

以下、本発明に係るリニアモータ用コイルを有するリニアモータをサスペンション装置に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。図１は、サスペンション装置１００の構成を示す概略図である。サスペンション装置１００は、制御部１０と電源２０と状態検出センサ３０と電磁サスペンション（図示しない）とを備えている。この電磁サスペンションの緩衝機構としてのショックアブソーバ１６０には本発明に係るリニアモータ用コイル２（以下、単にコイル２と称する）を有するリニアモータ１が備えられている。状態検出センサ３０は、サスペンション装置１００を備える車両の車体側部材１８０と車輪側部材１８１との相対移動状態又は車体側部材１８０の絶対移動状態を検出するために各種センサを有している。当該センサは、例えば車両が上下する際に垂直方向に受ける加速度を検知する上下Ｇセンサ、車高を検知する車高センサ、車両の速度を検知する車速センサ、ステアリング（図示しない）の操舵角を検知する舵角センサ等である。勿論、これらのセンサ以外に車両が加速する際に前後又は横方向に受ける加速度を検知する加速度センサ等を備えていても良い。尚、車体側部材１８０の絶対移動状態とは、電磁サスペンションのバネ上にある車体等の移動状態を示すものである。

このサスペンション装置１００が備える電磁サスペンションのショックアブソーバ１６０にはリニアモータ１が備えられる（ショックアブソーバ１６０については、後述する）。リニアモータ１にはコイル２と永久磁石３とが車体側部材１８０と車輪側部材１８１とに各別に配設され相対変位可能に形成されている。コイル２と永久磁石３２との間の荷重の制御は、コイル２に対して、コイル２と永久磁石３とが引力或いは斥力を発生させるように通電する（電流の大きさと向きとを制御して流す）ことにより実現可能である。

上記のように本サスペンション装置１００は、上述の状態検出センサ３０からのセンサ信号に基づいてリニアモータ１が出力する荷重を制御するように電源２０のＰＷＭ制御を行っている。このＰＷＭ制御は制御部１０により行われる。上下Ｇセンサ、車高センサ、車速センサ、舵角センサ等から構成される状態検出センサ３０からのセンサ信号が制御部１０に入力される。制御部１０では、センサ信号に基づいてリニアモータ１の制御量が演算され、リニアモータ１が出力する荷重制御量に応じた電流を流すよう制御する。このような構成により、サスペンション装置１００のリニアモータ１はコイル２と永久磁石３との間に引力或いは斥力を生じさせる。

次に、サスペンション装置１００が備えるショックアブソーバ１６０について説明する。図１に示すように、ショックアブソーバ１６０は、リニアモータ１により車体側部材１８０の制振制御が行われる電磁サスペンションの構成の一つである。ショックアブソーバ１６０は、外筒１６１、ロッド１６２、アッパーマウント１６３及びバルブ１６４や、コイル２や永久磁石３等からなるリニアモータ１やハーネス（図示しない）、ショックアブソーバ１６０を車体側部材１８０に取り付けるための車両取り付け部１６５、車輪側部材１８１に取り付けるための車両取り付け部１６６等からなる。また、永久磁石３は冶具を介して外筒に固定され、この外筒１６１は車両取り付け部１６６により車輪側部材１８１に取り付けられることから、永久磁石３も車輪側部材と連動して動くこととなる。一方、コイル２は冶具を介して車両取り付け部１６５に取り付けられ、車体側部材１８０と連動して動くこととなる。したがって、コイル２と永久磁石３との相対変位により、車体側部材１８０と車輪側部材１８１とが相対変位可能となる。

リニアモータ１のコイル２は、ハーネス（図示しない）により電源２０からの電流が供給される。コイル２には、この電流に応じて電磁力が働くため、コイル２と永久磁石３との間で引力或いは斥力が生じる。したがって、ショックアブソーバ１６０には上下の力が発生するため、電磁サスペンションを荷重制御することが可能となる。この荷重制御は、状態検出センサ３０のセンサ信号に基づいて、車両の垂直方向の変動を打ち消すように行われる。したがって、車両の運転者には、車両の垂直方向の変動を感じさせないように快適な乗り心地を提供することができる。

また、ショックアブソーバ１６０による荷重制御に際し、リニアモータ１の相対動作だけでなく、車体側部材１８０が滑らかに垂直変位を行うことが可能なように又は各輪に非常に大きな荷重が必要な場合には、状況に応じて油圧制御も行われている。外筒１６１とロッド１６２とで作られる空間が第１油室１６８となっており、バルブ１６４を介して第１油室１６８と第２油室１６９とが連通している。ショックアブソーバ１６０の動作が油圧を付加して行われることから車体側部材１８０の垂直方向への変位を滑らかにすることが可能となる。

サスペンション装置１００には、上記以外に車両を支持する車両支持バネ１６７、第２油室１６９とエアー室１７０とを分離する仕切り１７１、バンプラバー１７２、リバウンドストッパ１７３等を有する。

このようにして車両が路面の状況や走行状況により垂直方向に変位又は加速度を状態検出センサ３０により検出した場合には、リニアモータ１が出力する荷重を制御することにより車体側部材１８０と車輪側部材１８１とを相対移動させて又は相対移動を減少させて緩衝を行う。

次に、リニアモータ１の詳細について説明する。図１及び図１１に示すように、このリニアモータ１は、コイル２及びコイル２の内部に配置される永久磁石３を備える。コイル２は、ヨーク５に外装されたボビン６に導線７を巻回して構成されている。図５に示すように、ヨーク５は、ボビン６が外装される筒状部５１と、筒状部の長手方向の中央部に全集周に亘って形成された仕切壁５２を備える。また、図６に示すように、この仕切壁５２の外周部には切欠部５３が形成されている。

図２、図３及び図４に示すように、ボビン６は、導線７が一方向ａ回り（図８を参照）に巻回される第１ボビン６ａと、導線７が一方向ａ回りとは反対の他方向ｂ回り（図９を参照）に巻回される第２ボビン６ｂとの２つのボビン６が設けられている。第１ボビン６ａは、筒状であり長手方向の両側の端部につば部６１，６２を備える。このつば部６１，６２の間の領域にコイル２が巻回される。この第１ボビン６ａの一方のつば部６１の外周部には、切欠部６３が設けられている。また、切欠部６３の底部及び側壁部に連続して長手方向外側に延在する延在部６４が形成されている。切欠部６３及び延在部６４の底部の幅方向の中央部には、ボビン６の長手方向に沿って延在する仕切板６５が形成されている。他方のつば部６２には、導線７を巻回する際に当該導線７を受け入れる受入部６６ａ及び巻回後の導線７の先端部をボビン６外に送り出す取出部６６ｂが形成されている。本実施形態においては、受入部６６ａ及び取出部６６ｂは単一の切欠部６６として形成されている。

第２ボビン６ｂは、第１ボビン６ａと略対称の形状を有する。但し、受入部６６ａ及び取出部６６ｂつまり切欠部６６を備えていない点で第１ボビン６ａとは異なる。また、第２ボビン６ｂには、延在部６４の底部と連続する傾斜部６７が設けられている。傾斜部６７は、延在部６４の底部を始点として、第２ボビン６ｂの外周部における導線７の巻回開始点を終点とするよう第２ボビン６ｂの周方向に沿って、下り勾配を有しつつ延在している。この傾斜部６７は、つば部６１の厚み部分に収まるよう、例えばつば部６１の一部を切削して形成されている。なお、傾斜部６７は型による成形時に予め形成しておいてもよい。

図３、図４及び図５に示すように、第１ボビン６ａがヨーク５の長手方向の一方側に外装され、第２ボビン６ｂがヨーク５の長手方向の他方の端部に外装されている。この際、図６に示すように、仕切壁５２の切欠部５３と第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂの延在部６４の回転位相を一致させ、第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂの延在部６４が切欠部５３に挿入され、延在部６４の先端同士が当接している。このように、仕切壁５２を挟んで第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂがヨーク５に外装されている。

図３及び図４に示すように、第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂがヨーク５に外装された状態で、切欠部５３には、第１ボビン６ａと第２ボビン６ｂとを連通する経路が仕切板６５を隔てて２つ形成される。切欠部５３のうちの一方の経路が形成された部分が後述する第１渡部８として機能し、他方の経路が形成された部分が第２渡部９として機能する。

導線７は、例えば銅などの金属製の導電線の周囲に、例えばゴムや樹脂などの絶縁層が被覆されて形成されている。もちろん、導線７は絶縁層を備えず、導電線のみから構成されたものであってもよい。図８に示すように、第１ボビン６ａには、この導線７が一方向ａ回りに複数層に亘って巻回されている。また、図９及び図１０に示すように、第２ボビン６ｂには、導線７が一方向ａとは反対の他方向ｂ回りに複数層に亘って巻回されている。導線７は、一本の導線７で構成され、図１２（ａ）に示すように、第１渡部８を介して第１ボビン６ａから第２ボビン６ｂに渡って、回転方向が一方向ａとは反対の他方向ｂに逆転している。また、図１２（ｂ）に示すように、第２渡部９を介して導線７が第２ボビン６ｂから第１ボビン６ａに渡って、回転方向が他方向ｂから一方向ａに逆転している。第１ボビン６ａに渡った導線７は、一方向ａ回りで第１ボビン６ａに巻回され、取出部６６ｂから取り出されている。このように、導線７の巻回開始位置と巻回終了位置との両方が、第１コイル２のうち仕切壁５２とは反対側の端部に設定されている。

上述のように、第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂを介して、導線７がヨーク５に巻回される。ここで、第１ボビン６ａ、第２ボビン６ｂ、及び、ヨーク５の筒状部５１は本発明の被巻回部４に相当する。また、導線７のうち第１ボビン６ａに巻回された部分は本発明の第１コイル部２１に相当し、第２ボビン６ｂの巻回された部分は本発明の第２コイル部２２に相当する。

次に、導線７の巻回の一例について詳細に説明する。
図７（ａ）及び図８に示すように、受入部６６ａから導線７を第１ボビン６ａに導入し、受入部６６ａが形成されたつば部６２の側から仕切壁５２の側のつば部６１に向かって、一方向ａ回りで第１ボビン６ａに巻回する。導線７を仕切壁５２の側のつば部６１まで巻回すると、受入部６６ａが形成されたつば部６２の側に向かって、一方向ａ回りで導線７を巻回する。これを繰り返して、導線７を複数層に亘って、一方向ａ回りで第１ボビン６ａに巻回する。

図７（ｂ）及び図９に示すように、第１ボビン６ａに所望の層数よりも一層少ない層数まで導線７を巻回する。このとき、導線７が仕切壁５２側のつば部６１の側に位置するように、層数が設定されている。第１渡部８を介して導線７を第２ボビン６ｂに渡す。その際、図１２（ａ）に示すように、第１渡部８により、導線７が仕切壁５２を挟んで折り返し、導線７の巻回方向が一方向ａ回りから一方向ａとは反対の他方向ｂ回りに逆転させる。その後、折り返した導線７を、傾斜部６７により第２ボビン６ｂの外周面に導く。

図７（ｃ）及び図９に示すように、仕切壁５２の側のつば部６２の側からもう一方のつば部６１の側に向かって、他方向ｂ回りで導線７を第２ボビン６ｂに巻回する。導線７をもう一方のつば部６１まで巻回すると、仕切壁５２の側のつば部６２に向かって他方向ｂ回りで導線７を巻回する。これを繰り返して、導線７を複数層に亘って他方向ｂ回りで第２ボビン６ｂに巻回する。

図７（ｃ）及び図１０に示すように、第２ボビン６ｂに所望の層数まで導線７を巻回する。このとき、導線７が仕切壁５２側のつば部６１の側に位置するように層数が設定されている。第２渡部９を介して導線７を第１ボビン６ａに渡す。その際、図１２（ｂ）に示すように、第２渡部９により導線７が仕切壁５２を挟んで折り返し、導線７の巻回方向を他方向ｂ回りから一方向ａ回りに逆転させる。

図７（ｄ）及び図１１に示すように、折り返した導線７を取出部６６ｂが形成されたつば部６２の側へ他方向ｂ回りで一層巻回する。取出部６６ｂが形成されたつば部６２まで導線７を巻回すると導線７を取出部６６ｂから取出す。

このように、一本の導線７が、第１ボビン６ａに一方向ａ回りに巻回され、第２ボビン６ｂにこれとは反対の他方向ｂ回りに巻回される。また、巻回開始点及び巻回終了点が第１ボビン６ａのうち前記仕切壁５２の側とは反対の側の端部に設定される。

[別実施形態]
（１）導線７の巻回の際に、第１渡部８及び第２渡部９は導線７の巻回方向が逆転されるので、導線７が飛出し脱落しやすくなる。そこで、上述の実施形態において、第１渡部８や第２渡部９に導線７が抜け出ることを防止する係止部６８を設けると好適である。図１３に示す例では、第１ボビン６ａ及び第２ボビン６ｂの延在部６４に係止部６８を形成している。この係止部６８は、延在部６４の壁面の上端部から周方向に延在して設けられている。また、仕切板６５の上端と係止部６８の下端部とが高さ方向でオーバーラップしており、係止部６８と仕切板６５とにより、第１渡部８又は第２渡部９に連通する開口が形成されている。この開口の幅を導線７の直径よりやや小さめに設定し、導線７の絶縁被膜の弾性変形を利用して導線７を通過させると好適である。上述の構成により、係止部６８が第１渡部８及び第２渡部９から導線７が抜け出るのを防止して、確実に保持することができる。このため、確実に導線７を巻回することができる。
なお、係止部６８は、ボビン６の側ではなく仕切壁５２の側に形成してもよい。

（２）上述の実施形態において、仕切壁５２に形成した単一の切欠部５３を第１渡部８及び第２渡部９とする場合を例に説明したがこれに限られるものではない。例えば、第１渡部８となる切欠部５３と第２渡部９となる切欠部５３とを別途に設けてもよい。また、仕切壁５２の径方向に３つ以上の切欠部５３を設けて、導線７の巻回状態に応じて適した切欠部５３を第１渡部８又は第２渡部９として用いてもよい。

（３）上述の実施形態において、被巻回部４をヨーク５とボビンで構成する場合を例に説明したが、被巻回部４の構成は上述の例に限られるものではない。例えば、被巻回部４をヨーク５のみで構成し、直接ヨーク５に導線７を巻回してもよい。また、この形態において、仕切板６５や係止部６８を設ける場合は、ヨークに直接形成すると良い。

本発明のリニアモータ用コイルを備えたサスペンション装置を示す図 被巻回部の分解斜視図 被巻回部の斜視図 被巻回部の平面図 被巻回部の断面図 被巻回部のＶ−Ｖ断面図 導線の巻回手順を示す断面図 導線の巻回手順を示す図 導線の巻回手順を示す図 導線の巻回手順を示す図 導線の巻回手順を示す図 第１渡部及び第２渡部近傍の詳細を示す図 第１渡部及び第２渡部の別実施形態を示す図 第１渡部及び第２渡部の別実施形態を示す図

符号の説明

１ リニアモータ
２ コイル
２１ 第１コイル部
２２ 第２コイル部
４ 被巻回部
５２ 仕切壁
５３ 切欠部
６５ 仕切板
６８ 係止部
７ 導線
８ 第１渡部
９ 第２渡部

Claims (6)

1. 導線が巻回される筒状の被巻回部に、一方向回りに前記導線が巻回された第１コイル部と、これとは反対の他方向回りに前記導線が巻回された第２コイル部とを仕切壁を隔てて備えると共に、
   前記第１コイル部と前記第２コイル部との間に、前記導線を前記第１コイル部から前記第２コイル部に巻回方向を逆転させつつ渡す第１渡部と、前記導線を前記第２コイル部から前記第１コイル部に巻回方向を逆転させつつ渡す第２渡部とを前記仕切壁に備え、
   前記導線が一本であり、巻回開始点及び巻回終了点が前記第１コイル部のうち前記仕切壁の側とは反対の側の端部に設けられているリニアモータ用コイル。
2. 前記第１渡部と前記第２渡部とが前記仕切壁の周方向に隣接して設けられている請求項１に記載のリニアモータ用コイル。
3. 前記第１渡部と前記第２渡部とが、前記仕切壁に形成された単一の切欠部である請求項１又は２に記載のリニアモータ用コイル。
4. 前記切欠部に、前記第１渡部と前記第２渡部とを仕切る仕切板が設けられている請求項３に記載のリニアモータ用コイル。
5. 前記第１コイル部及び前記第２コイル部に前記導線が前記被巻回部の径方向に多層に亘って巻回されるとともに、前記第２コイル部への巻回が終了した後の前記導線が、前記第１コイル部に一層巻回されている請求項１〜４の何れか一項に記載のリニアモータ用コイル。
6. 前記第１渡部及び前記第２渡部に前記導線が抜け出ることを防止する係止部が設けられている請求項１〜５の何れか一項に記載のリニアモータ用コイル。

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