JP2013208025A - 筒形リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】芯ずれによる磁気吸引力の影響を小さく、推力が大きく、かつ永久磁石材の使用量を少なくするとともに、平均磁束密度を増大させて推力に貢献する永久磁石の有効利用率を高くすることで、高性能と低コストを両立する筒形リニアモータを実現する。
【解決手段】筒形リニアモータ１００は、コイル３０を有する電機子１と、コイル３０に対峙して設けられ、永久磁石４１を有する励磁部２と、を備える。電機子１は、磁力線を閉じるヨーク１０と、コイル３０を収容するためのスロット２１を区画形成するティース２０と、励磁部２との間の機械ギャップＸｍを確保しながら、スロット２１内から励磁部２へ向けて、ティース２０よりも張り出して配置されたコイル３０と、を有する。励磁部２は、軟磁性体４２を介して複数の永久磁石４１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁力により駆動対象物に対して直線運動を与える筒形リニアモータに関する。

一般に筒形リニアモータは、複数の永久磁石を互いに異磁極が対向するように直列に配置してなる励磁部と、励磁部を囲むように設けられ、励磁部の軸方向にスライド移動可能なコイルを有する電機子と、を備えている。

筒形リニアモータは、励磁部の永久磁石が発生する磁束と交叉するように電機子のコイルに電流を流し、電磁誘導作用により、コイルに軸方向の駆動力を発生させて、電機子を移動させている。

リニアモータの電機子に関連する技術として、軸方向の両端に位置するティース（歯）の磁気ギャップ（歯先端から磁石表面までの距離）を狭く設定して、複数のティースの磁束密度を均一化し、推力リップルとコギング力の低減を図るリニア同期モータおよびリニアアクチュエータが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、リニアモータの励磁部に関連する技術として、永久磁石を筒状とし、これらに非磁性材料によるセンター軸を挿入して両側から締め付けることにより、隣り合う永久磁石の間を密着させるようにしてステータ部を構成したリニアモータが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

国際公開第２００７／０４０００９号 特開平１０−３１３５６６号公報

ところで、特許文献１の技術は、軸方向の両端ティースと中央ティースとの磁束分布が異なっており、狭く設定された磁気ギャップによる端効果が強調される。したがって、中心軸の偏芯が生じると、磁気吸引力の影響を受けて、推力リップルとコギング力は却って大きくなると考えられる。

特許文献２の技術は、隣り合う永久磁石を密着させているので、磁束を遠くまで飛ばせる一方、平均磁束が低く、推力の増加には限界がある。

また、磁石の配置が対抗磁極配置であるので、大きな磁石反発力を克服しながらの励磁部の製造は困難を極める。

さらに、センター軸の周囲に永久磁石同士が密着するように配設され、永久磁石間に軟磁性体は存在しない。したがって、永久磁石材の使用量が多く、リニアモータの製造コストは増大する。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、芯ずれによる磁気吸引力の影響が小さく、かつ永久磁石材の使用量を少なくするとともに、平均磁束密度を増大させて推力に貢献する永久磁石の有効利用率を高くすることで、高性能と低コストを両立する筒形リニアモータの提供を目的とする。

上記目的を達成するための筒形リニアモータは、コイルを有する電機子と、上記コイルに対峙して設けられ、永久磁石を有する励磁部と、を備える。

電機子は、ヨーク、ティースおよびコイルを有する。ヨークは、磁力線を閉じる。ティースは、コイルを収容するためのスロットを区画形成する。コイルは、機械ギャップを確保しながら、スロット内から上記励磁部へ向けて、上記ティースよりも張り出して配置される。

励磁部は、軟磁性体を介して複数の永久磁石を有する。

本発明に係る筒形リニアモータによれば、コイルがスロット内から励磁部へ向けて、ティースよりも張り出しており、コイルはスロット内のみならず、スロット外にも配置される。したがって、コイルの巻数を増大させることができるので、直線運動の推進力が大きくなる。

コイルは、機械ギャップを確保しながら、スロット内から励磁部へ向けて、ティースよりも張り出しており、ティースの径方向長さはコイルの径方向長さよりも小さい。したがって、磁気ギャップが広くなり、芯ずれによる磁気吸引力の影響が小さくなる。

励磁部は、軟磁性体を介して複数の永久磁石を有する。したがって、永久磁石材の使用量を少なくするとともに、平均磁束密度を増大させて推力に貢献する永久磁石の有効利用率を高め、筒形リニアモータの製造コストを低減することができる。

第１実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。 第１実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の組立構造の概略断面図および正面図である。 ティース径方向長さと磁気吸引力との関係の説明図である。 第２実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。 第３実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。 ティースギャップへのコイルの有無とモータ推進力との関係の説明図である。 第４実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。 第５実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。 第６実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図および正面図である。 第７実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図および正面図である。 第８実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図および正面図である。

以下、図面を参照して、第１から第８実施形態に係る筒形リニアモータを説明する。

第１から第８実施形態に係る筒形リニアモータは、コイルがスロット内のみならず、スロット外にも配置されるので、コイルの巻数が増大する。コイルがスロット内から励磁部へ向けて、ティースよりも張り出しているので、磁気ギャップは広くなる。励磁部は、軟磁性体を介して複数の永久磁石を有する。したがって、第１から第８実施形態によれば、芯ずれによる磁気吸引力の影響が小さく、かつ永久磁石材の使用量を少なくするとともに、平均磁束密度を増大させて推力に貢献する永久磁石の有効利用率を高め、低コストの筒形リニアモータを提供できるようになる。

〔第１実施形態〕
［筒形リニアモータの構成］
まず図１および図２を参照して、第１実施形態の筒形リニアモータの構成について説明する。図１は第１実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。

図１に示すように、第１実施形態の筒形リニアモータ１００は、電機子１と励磁部２からなる。

電機子１は、ヨーク１０、ティース２０およびコイル３０を有する。第１実施形態では、電機子１は可動子として機能する。

ヨーク１０は、円筒体等の筒体状の磁性金属部材である。ヨーク１０は、励磁部２からの磁力線を閉じて、後述する永久磁石４１の電磁誘導効果を最大にする機能を有する。またヨーク１０は、当該筒形リニアモータ１００の周辺機器が電磁誘導による磁界の影響を受けるのを防止する機能も有する。

ヨーク１０の構成材料としては、たとえば、ＳＣ材などの鉄系の磁性体が用いられるが、例示した材料に限定されない。

ティース２０は、コイル３０を収容するための空間としてのスロット２１を区画形成する部材である。本実施形態のティース２０は、ヨーク１０の内面に沿って、概ねリング状に形成される。ヨーク１０の内周面には、軸方向に複数のティース２０が並設される。

ティース２０，２０間には、軸方向に並んで複数のリング凹状のスロット２１が形成される。各スロット２１の径方向外方はヨーク１０で閉塞され、径方向内方は開口されている。スロット２１の数は、コイル３０の数に対応している。本実施形態では、３つのスロット２１が形成され、３つのコイル３０が軸方向に並んで収納されるが、スロット２１およびコイル３０の数は限定されない。

ティース２０の径方向長さＴは、コイル３０の径方向長さＬよりも小さく設定されている。具体的には、ティース径方向長さＴは、コイル径方向長さＬ（スロット２１の閉塞面２１ａと励磁部２の磁石面との間の距離から機械ギャップＸｍを除いた径方向長さＬ）の０．６倍以下に設定される。ティース２０の径方向長さＴ≦Ｌ×０．６に設定する理由については後述する。

ティース２０の構成材料としては、たとえば、ヨーク１０と同様でもよいが、性能とコストを両立するために珪素鋼板が望ましい。ティース２０は磁性体であるので、当該ティース面と励磁部２の磁石面との隙間が磁気ギャップＸｇとなる。

軸方向両端のティース２０には、直線運動時にコギング（励磁部２とティース２０との磁束変化による振動）を小さくするためのテーパ部２２が形成されている。軸方向両端のティース２０にテーパ部２２を形成するため、軸方向両端のティース２０は、Ｓ５０Ｃのブロック材などの加工容易な材料を切削加工して作成することが望ましい。

コイル３０は、ヨーク１０の内周面に沿って円筒体状に巻回されている。本実施形態のコイル３０は、機械ギャップを確保しながら、スロット２１内から励磁部２へ向けて、ティース２０よりも張り出して配置されている。すなわち、コイル３０の一部はスロット２１内に収納され、残部はスロット２１の外部に張り出して配置されている。コイル３０をスロット２１外まで配置しているので、コイル３０の巻数が多くなり、電磁誘導による直線運動の推進力を大きくすることができる。

ここで機械ギャップＸｍとは、コイル３０と励磁部２との機械的距離をいう。本実施形態では、磁気ギャップ（ティース先端面から励磁部２の磁石面までの距離）Ｘｇは、機械ギャップＸｍよりも大きく設定されている。

前述したように、本実施形態では、軸方向に３つコイル３０が並設されているが、コイル３０の数は限定されない。

励磁部２は、シャフト４０、永久磁石４１および軟磁性体４２を有する。第１実施形態では、励磁部２は固定子として機能する。

励磁部２は、コイル３０に対峙するように設けられている。本実施形態の励磁部２は、円筒体状のコイル３０内に軸方向に沿って設けられ、コイル３０と対峙している。

励磁部２は、非磁性体のシャフト４０の周囲に、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁の永久磁石４１を有する。対抗磁極配置された永久磁石４１，４１間には、軟磁性体４２が介設されている。

励磁部２の磁極ピッチをｔｐ、永久磁石４１の幅をＷｍ、軟磁性体４２の幅をＷｓとした場合、ｔｐ＝Ｗｍ＋Ｗｓの関係が成り立ち、Ｗｍ＝０．８±０．１ｔｐであることが好ましい。対抗磁極配置された永久磁石４１，４１間に、磁極ピッチｔｐの約２、３割程度の軟磁性体４２を介設することにより、永久磁石材の使用量を少なくするとともに、励磁部２の平均磁束密度を増大させることができる。

次に図２を参照して、励磁部２の具体的構成について説明する。図２は第１実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の組立構造の概略断面図および正面図である。

図２（ａ）に示すように、励磁部２は、シャフト４０の周囲に、永久磁石４１と軟磁性体４２とを交互に配置してなる。具体的には、シャフト４０の周囲に、図２（ｂ）に示すような円筒体状の永久磁石４１と、図２（ｃ）に示すような円筒体状の軟磁性体４２と、が配置される。

シャフト４０は、外周面が雄ねじ４０ａで形成された非磁性体のスタッドボルトを採用する。円筒体状の軟磁性体４２の内周面には、ナットのように雌ねじ４２ａが形成されている。したがって、軟磁性体４２，４２間に永久磁石４１を挟むようにして、当該軟磁性体４２をシャフト４０に螺合することにより、励磁部２が形成される。永久磁石４１は、軟磁性体４２，４２間に挟んで螺合する際に、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁の配置とする。

本実施形態の筒形リニアモータ１００には、リニアセンサや磁極検出センサ等のセンサ５０が内蔵される。図１に示すように、センサ５０は、たとえば、ティース２０の軸方向の一方の端部に配置する。

リニアセンサとしては、たとえば、磁束密度の変化に比例した電圧を出力する磁気リニアセンサが挙げられるが、これに限定されない。磁極検出センサとしては、たとえば、ホール効果を利用して磁界を電気信号に変換して出力するホール素子が挙げられるが、これに限定されない。

［筒形リニアモータの動作］
次に、図１から図３を参照して、第１実施形態の筒形リニアモータ１００の動作について説明する。

図１に示したように、第１実施形態の筒形リニアモータ１００の励磁部２は、複数の永久磁石４１を軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁となるように配置しており、永久磁石４１，４１間に軟磁性体４２を介設している。電機子１は、励磁部２を囲むように設けられ、軸方向に並んだ複数のコイル３０を有する。

第１実施形態では、電機子１は可動子、励磁部２は固定子として機能する。すなわち、本実施形態の筒形リニアモータ１００は、励磁部２の永久磁石４１が発生する磁束と交叉するように電機子１のコイル３０に電流が流れる。永久磁石４１の磁束と電機子１のコイル３０に流れる電流が交叉すると、本実施形態の筒形リニアモータ１００は、電磁誘導作用により、コイル３０に軸方向の駆動力を発生させて、電機子１を軸方向に沿って移動させる。

本実施形態の筒形リニアモータ１００では、ティース径方向長さＴは、コイル径方向長さＬ（スロット２１の閉塞面２１ａと励磁部２の磁石面との間の距離から機械ギャップＸｍを除いた径方向長さＬ）の０．６倍以下に設定される。

ここで図３を参照して、ティース径方向長さＴ≦コイル径方向長さＬ×０．６に設定する理由を説明する。図３はティース径方向長さと磁気吸引力との関係の説明図である。

図３に示すように、電機子１と励磁部２とに芯ずれが生じた場合、ティース径方向長さＴがコイル径方向長さＬに近づくほど、磁気吸引力が増大する傾向がある。この磁気吸引力が増大する傾向は、電機子１と励磁部２との芯ずれの割合が大きいほど顕著となる。

したがって、ティース径方向長さＴをコイル径方向長さＬよりも小さく設定することにより、磁気ギャップＸｇが広くなり、当該磁気ギャップＸｇに働く磁気吸引力が低減される。

本実施形態のコイル３０は、機械ギャップを確保しながら、スロット２１内から励磁部２へ向けて、ティース２０よりも張り出している。したがって、コイル３０はスロット２１内のみならず、スロット２１外にも存在するので、コイル３０の巻数が多くなり、電磁誘導による直線運動の推進力を大きくすることができる。

また、励磁部２の永久磁石４１は、シャフト４０の周囲において、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁で配置されている。永久磁石４１,４１間には軟磁性体４２が介設されているので、磁石反発力を克服しながら対抗磁極配置を採ることができる。

さらに、磁極ピッチｔｐは、ｔｐ＝永久磁石の幅Ｗｍ＋軟磁性体の幅Ｗｓの関係が成立する。そして、本実施形態の永久磁石の幅Ｗｍは、０．８±０．１ｔｐに設定される。したがって、対抗磁極配置された永久磁石４１，４１間に磁極ピッチｔｐの約２、３割程度の軟磁性体４２が介設されることになり、永久磁石材の使用量が少なくなるとともに、励磁部２の平均磁束密度が増大され、推力に貢献する永久磁石の有効利用率が高くなる。

内周面に雌ねじ４２ａを有する軟磁性体４２，４２間に永久磁石４１を挟むようにして、当該軟磁性体４２をシャフト４０に螺合することにより、励磁部２が形成される。したがって、シャフト４０に永久磁石４１および軟磁性体４２を取り付けるだけであるので、励磁部２の製造が容易である。

すなわち、第１実施形態の筒形リニアモータ１００によれば、コイル３０がスロット２１内のみならず、スロット２１外にも配置される。したがって、本実施形態の筒形リニアモータ１００は、コイル３０の巻数を増大させて、直線運動の推進力を大きくすることができる。

またコイル３０は、機械ギャップＸｍを確保しながら、スロット２１内から励磁部２へ向けて、ティース２０よりも張り出しているので、ティース２０の径方向長さＴはコイル３０の径方向長さＬよりも小さい。したがって、本実施形態の筒形リニアモータ１００は、磁気ギャップＸｇが広くなり、励磁部２の芯ずれによる磁気吸引力の影響を小さくすることができる。

さらに励磁部２は、軟磁性体４２を介して複数の永久磁石４１を対抗磁極配置で有する。したがって、本実施形態の筒形リニアモータ１００は、永久磁石材の使用量を少なくするとともに、平均磁束密度を増大させて推力に貢献する永久磁石の有効利用率を高め、筒形リニアモータ１００の製造コストを低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、図４を参照して、第２実施形態の筒形リニアモータ２００について説明する。図４は第２実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の筒形リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態の筒形リニアモータ２００は、電機子１のティース２２０およびコイル２３０の形状が異なっている以外は、第１実施形態と同様に構成されている。

第２実施形態におけるコイル２３０は、ティース２２０の開口端から励磁部２へ向けて、ティース２２０よりも張り出した部分のコイル幅ｄ１がスロット２１内に収納された部分のコイル幅Ｄよりも小さく形成されている。すなわち、コイル２３０の断面は、段部２３１を有する段付き形状に形成されている。

ティース２２０の先端には、スロット２１内へ向けて突出した係合部（顎部）２２１が形成されている。顎部２２１は、コイル２３０の段部２３１を確実に保持している。

第２実施形態の筒形リニアモータ２００は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第２実施形態の筒形リニアモータ２００は、ティース２２０にコイル２３０の段部２３１を保持する顎部２２１があるので、直線運動の推進力を大きくするとともに、コイル２３０の固定を容易にすることができるという特有の効果を奏する。

〔第３実施形態〕
次に、図５および図６を参照して、第３実施形態の筒形リニアモータ３００について説明する。図５は第３実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の筒形リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、第３実施形態の筒形リニアモータ３００は、電機子１のコイル３３０の形状が異なっている以外は、第１実施形態と同様に構成されている。

第３実施形態におけるコイル３３０は、ティース２０の開口端から励磁部２へ向けて張り出した部分のコイル幅ｄ２がスロット２１内に収納された部分のコイル幅Ｄよりも大きく形成されている。すなわち、コイル３３０は、ティース２０の開口端から励磁部２へ向けて張り出すのみならず、磁気ギャップ（ティースギャップ）Ｘｇ側へと拡大してティース２０の内面を覆うように形成されている。

図６はティースギャップへのコイルの有無とモータ推進力との関係の説明図である。図６に示すように、ティースギャップにコイルがある場合は、ティースギャップにコイルがない場合と比較して、モータ推進力が大きくなることが判る。

すなわち、コイル３３０を励磁部２へ向けて張り出させ、さらに磁気ギャップＸｇ側へと拡大して設けているので、当該コイル３３０の巻数を増大させて、電磁誘導作用による直線運動の推進力をさらに大きくすることができる。

第３実施形態の筒形リニアモータ３００は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第３実施形態の筒形リニアモータ３００は、磁気ギャップＸｇのスペースの有効利用により、直線運動の推進力の増大と低損失を図ることができるという特有の効果を奏する。

〔第４実施形態〕
次に、図７を参照して、第４実施形態の筒形リニアモータ４００について説明する。図７は第４実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の筒形リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、第４実施形態の筒形リニアモータ４００は、電機子１のティース４２０およびコイル４３０の形状が異なっている以外は、第１実施形態と同様に構成されている。

第４実施形態におけるコイル４３０は、ティース４２０の開口端から励磁部２へ向けて張り出した部分のコイル幅ｄ３がスロット２１内に収納された部分のコイル幅Ｄよりも大きく形成されている。すなわち、コイル４３０は、ティース４２０の開口端から励磁部２へ向けて張り出すのみならず、磁気ギャップ（ティースギャップ）Ｘｇ側へと拡大してティース４２０の内面を覆うように形成されている。

ティースギャップにコイルがある場合は、ティースギャップにコイルがない場合と比較して、モータ推進力が大きくなる（図６参照）。コイル４３０を励磁部２へ向けて張り出させ、さらに磁気ギャップＸｇ側へ拡大して設けているので、当該コイル４３０の巻数を増大させて、電磁誘導作用による直線運動の推進力を大きくすることができる。

また、コイル４３０の段部には、当該コイル４３０の幅方向内方へ向けて凹部４３１が形成されている。一方、ティース４２０の先端には、スロット２１内へ向けて突出した係合部（顎部）４２１が形成されている。顎部４２１は、コイル４３０の凹部４３１を確実に保持している。

第４実施形態の筒形リニアモータ４００は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第４実施形態の筒形リニアモータ４００は、第３実施形態と同様に、磁気ギャップＸｇのスペースの有効利用により、直線運動の推進力の増大と低損失を図ることができる。

さらに第４実施形態の筒形リニアモータ４００は、ティース４２０にコイル４３０の凹部４３１を保持する顎部４２１があるので、直線運動の推進力を大きくするとともに、コイル４３０の固定を容易にすることができるという特有の効果を奏する。

すなわち、第４実施形態の筒形リニアモータ４００は、第２実施形態と第３実施形態との相乗効果を奏するものである。

〔第５実施形態〕
次に、図８を参照して、第５実施形態の筒形リニアモータ５００について説明する。図８は第５実施形態の筒形リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の筒形リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、第５実施形態の筒形リニアモータ５００は、ヨーク１０に励磁部５０２が設けられ、シャフト５４０に電機子５０１が設けられている点が、第１から第４実施形態と異なっている。

励磁部５０２は、電機子５０１のコイル５３０に対峙するように設けられている。本実施形態の電機子５０１は、円筒体状の励磁部５０２内に軸方向に沿って設けられている。

励磁部５０２は、円筒体状のヨーク１０の内周面に設けられる。本実施形態におけるヨーク１０は、非磁性体であることが要求される。第５実施形態では、励磁部５０２は可動子として機能する。

励磁部５０２は、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁された複数のリング状の永久磁石５４１を有する。対抗磁極配置された永久磁石５４１，５４１間には、リング状の軟磁性体５４２が介設される。

励磁部５０２の磁極ピッチをｔｐ、永久磁石５４１の幅をＷｍ、軟磁性体５４２の幅をＷｓとした場合、ｔｐ＝Ｗｍ＋Ｗｓの関係が成り立ち、Ｗｍ＝０．８±０．１ｔｐであることが好ましい。対抗磁極配置された永久磁石５４１，５４１間に、磁極ピッチｔｐの約半分程度の軟磁性体５４２を介設することにより、永久磁石材の使用量を少なくするとともに、励磁部５０２の平均磁束密度を増大させることができる。

電機子５０１は、シャフト５４０、ティース５２０およびコイル５３０を有する。第５実施形態では、電機子５０１は固定子として機能する。

本実施形態のティース５２０は、シャフト５４０の外内面に沿って、概ねリング状に形成される。シャフト５４０の外周面には、軸方向に複数のティース５２０が並設される。

ティース５２０，５２０間には、軸方向に並んで複数のリング凹状のスロット５２１が形成される。各スロット５２１の径方向内方はシャフト５４０で閉塞され、径方向外方は開口されている。スロット５２１の数は、コイル５３０の数に対応している。本実施形態では、６つのスロット５２１が形成され、６つのコイル５３０が軸方向に並んで収納されるが、スロット５２１およびコイル５３０の数は限定されない。

ティース５２０の径方向長さＴは、コイル５３０の径方向長さＬよりも小さく設定されている。具体的には、ティース径方向長さＴは、コイル径方向長さＬ（スロット２１の閉塞面５２１ａと励磁部５０２との間の距離から機械ギャップＸｍを除いた径方向長さＬ）の０．６倍以下に設定される。

ティース５２０は磁性体であるので、当該ティース面と励磁部５０２の磁石面との隙間が磁気ギャップＸｇとなる。

コイル５３０は、シャフト５４０の外周面に沿って円筒体状に巻回されている。コイル５３０は、ティース５２０の開口端から励磁部５０２へ向けて張り出した部分のコイル幅ｄ４がスロット２１内に収納された部分のコイル幅Ｄよりも大きく形成されている。すなわち、コイル５３０は、ティース５２０の開口端から励磁部５０２へ向けて張り出すのみならず、磁気ギャップ（ティースギャップ）Ｘｇ側へと拡大してティース５２０の外面を覆うように形成されている。

ティースギャップにコイルがある場合は、ティースギャップにコイルがない場合と比較して、モータ推進力が大きくなる（図６参照）。

すなわち、コイル５３０を励磁部５０２へ向けて張り出させ、さらに磁気ギャップＸｇ側へと拡大して設けているので、当該コイル５３０の巻数を増大させて、電磁誘導作用による直線運動の推進力をさらに大きくすることができる。

前述したように、本実施形態では、軸方向に６つコイル５３０が並設されているが、コイル５３０の数は限定されない。

第５実施形態の筒形リニアモータ５００は、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第５実施形態の筒形リニアモータ５００は、シャフト５４０に設けた電機子５０１を固定子、ヨーク１０に設けた励磁部５０２を可動子としている。

また第５実施形態の筒形リニアモータ５００は、第３および第４実施形態と同様に、磁気ギャップＸｇのスペースの有効利用により、直線運動の推進力の増大と低損失を図ることができるという特有の効果を奏する。

〔第６実施形態〕
次に、図９を参照して、第６実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部６０２について説明する。図９は第６実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図である。なお、第１実施形態の筒形リニアモータ１００の励磁部２と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明する。

図６に示すように、第６実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部６０２は、永久磁石６４１および軟磁性体６４２の形状が異なっている以外は、第１実施形態と同様に構成されている。

第６実施形態では、外径に段差部６４１ａを有する永久磁石６４１と、内径に段差部６４２ａを有する軟磁性体６４２とを交互に組み合わせて、励磁部６０２が形成される。

シャフト４０は、第１実施形態と同様に、外周面が雄ねじ４０ａで形成された非磁性体のスタッドボルトを採用する。円筒体状の軟磁性体６４２の内周面には、ナットのように雌ねじ６４２ｂが形成されている。したがって、軟磁性体６４２，６４２間に永久磁石６４１を挟むようにして、当該軟磁性体６４２をシャフト４０に螺合することにより、励磁部６０２が形成される。永久磁石６４１は、軟磁性体６４２，６４２間に挟んで螺合する際に、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁の配置とする。

なお、永久磁石６４１が内径段差部を有し、軟磁性体６４２が外径段差部を有するように逆に構成してもよく、永久磁石６４１と軟磁性体６４２とが係合する構造であればよい。

第６実施形態における励磁部６０２を備えた筒形リニアモータは、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第６実施形態における励磁部６０２は、外径段差部６４１ａを有する永久磁石６４１と内径段差部６４２ａを有する軟磁性体６４２とを組み合わせているので、永久磁石６４１と軟磁性体６４２の位置決めを確実に行うことができるという特有の効果を奏する。

〔第７実施形態〕
次に、図１０を参照して、第７実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部７０２について説明する。図１０は第７実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図である。

図１０に示すように、第７実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部７０２は、シャフト７４０の両端部に、それぞれエンドキャップ７４３，７４３が設けられている点が、第１実施形態と異なる。

エンドキャップ７４３は、文字通り、円筒体の一端が閉塞されたキャップ形状の部材である。エンドキャップ７４３内には、シャフト７４０の両端部の雄ねじ７４０ａに螺合するための雌ねじ７４３ａが形成されている。エンドキャップ７４３は、非磁性体のシャフト７４０と違い、磁性体、非磁性体の限定は必要としない。特に磁性体の場合は後述のように励磁部両端に軟磁性体７４２の省略も可能である。

第７実施形態では、シャフト７４０の両端部にエンドキャップ７４３，７４３を設けるため、永久磁石７４１および軟磁性体７４２は双方ともリング形状に形成されている。永久磁石７４１および軟磁性体７４２の内周面には、雌ねじは形成されていない。

したがって、シャフト７４０の両端外周面に雄ねじ７４０ａが形成されていればよく、永久磁石７４１および軟磁性体７４２を設ける部分の外周面には雄ねじは必要ない。

すなわち、シャフト７４０の両端部にエンドキャップ７４３，７４３を取り付けることにより、永久磁石７４１および軟磁性体７４２は、当該エンドキャップ７４３，７４３間に強固に挟持される。

永久磁石７４１は、軟磁性体７４２を介して、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁の配置とする。

なお、エンドキャップ７４３は、シャフト７４０の少なくとも一端に設けるように構成してもよい。
第７実施形態における励磁部７０２を備えた円筒形リニアモータは、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第７実施形態における励磁部７０２として、磁性体によるエンドキャップ７４３は、軟磁性体７４２の役割も兼用できるので、シャフトの両端に７４３を取り付けるだけで励磁部の構成ができる。

また第７実施形態における励磁部７０２は、必要に応じてエンドキャップ７４３を取り付けることができるので、顧客の選択肢が増え、汎用性に富むという特有の効果を奏する。

〔第８実施形態〕
次に、図１１を参照して、第８実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部８０２について説明する。図１１は第８実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部の概略断面図である。

図１１に示すように、第８実施形態の筒形リニアモータにおける励磁部８０２は、非磁性体のシャフト８４０の両端部に、それぞれリニアガイド８４３，８４３が設けられている点が、第１実施形態と異なる。

本実施形態におけるリニアガイド８４３は、たとえば、軸方向に沿ったガイド溝８４４を有するガイドシャフトによって形成される。ガイドシャフト８４３は、一端に開口した取付凹部を有する丸棒状の非磁性体である。ガイドシャフト８４３の取付凹部の内周面には、シャフト８４０の両端部の雄ねじ８４０ａに螺合するための雌ねじ８４３ａが形成されている。ガイドシャフト８４３の外周の両側面には、断面形状が半円状のガイド溝８４４が形成されている。

ガイドシャフト８４３は、リング状の円筒キャップ８４５を介して、シャフト８４０の両端部に取り付けられる。円筒キャップ８４５の内周面には、シャフト８４０の両端部の雄ねじ８４０ａに螺合するための雌ねじ８４５ａが形成されている。

第８実施形態では、シャフト８４０の両端部に、円筒キャップ８４５，８４５を介してガイドシャフト８４３，８４３を設けるため、永久磁石８４１および軟磁性体８４２は、第７実施形態と同様に、双方ともリング形状に形成されている。したがって、シャフト８４０は、当該シャフト８４０の両端外周面に円筒キャップ８４５の雌ねじ８４５ａおよびガイドシャフト８４３の雌ねじ８４３ａに取り付けるための雄ねじ８４０ａが形成されていればよく、永久磁石８４１および軟磁性体８４２を設ける部分の外周面には雄ねじは必要ない。

すなわち、シャフト８４０の両端部に円筒キャップ８４５，８４５とガイドシャフト８４３，８４３とを二重に取り付けることにより、永久磁石８４１および軟磁性体８４２は、当該円筒キャップ８４５，８４５およびガイドシャフト８４３，８４３間に強固に挟持される。

円筒キャップ８４５，８４５は、軟磁性体８４２の役割を兼用することができる。シャフト８４０の両端部に円筒キャップ８４５，８４５を取り付けた後、ガイドシャフト８４３，８４３は必要に応じて当該シャフト８４０の両端部に取り付けられる。

永久磁石８４１は、軟磁性体８４２を介して、軸方向に磁極対抗（Ｎ−Ｎ，Ｓ−Ｓ）着磁の配置とする。

リニアガイド８４３としては、ガイドシャフト８４３の他に、たとえば、軸方向にボール摺動機構を備えたボールスプラインが挙げられるが、これらに限定されない。なお、リニアガイド８４３は、シャフト８４０の少なくとも一端に設けるように構成してもよい。

第８実施形態における励磁部８０２を備えた筒形リニアモータは、基本的に第１実施形態と同様の作用効果を奏する。特に第８実施形態における励磁部８０２は、円筒キャップ８４５，８４５間に挟み込んで永久磁石８４１および軟磁性体８４２を固定するので、永久磁石８４１および軟磁性体８４２を統一した簡単な構造に形成することができる。

また第８実施形態における励磁部８０２は、必要に応じてリニアガイド８４３を取り付けることができるので、顧客の選択肢が増え、汎用性に富むという特有の効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１、５０１ 電機子、
２、５０２、６０２、７０２、８０２ 励磁部、
１０ ヨーク、
２０、２２０、４２０、５２０ ティース、
２１、２２１ スロット、
３０、２３０、３３０、４３０、５３０ コイル、
４０、５４０、７４０、８４０ シャフト、
４１、５４１、６４１、７４１、８４１ 永久磁石、
４２、５４２、６４２、７４２、８４２ 軟磁性体、
１００、２００、３００、４００、５００ 筒形リニアモータ、
２２１、４２１ 係合部、
７４３ エンドキャップ、
８４３ リニアガイド、
Ｘｍ 機械ギャップ、
Ｘｇ 磁気ギャップ。

Claims (14)

1. コイルを有する電機子と、前記コイルに対峙して設けられ、永久磁石を有する励磁部と、を備え、
   前記電機子は、
   磁力線を閉じるヨークと、
   コイルを収容するためのスロットを区画形成するティースと、
   前記励磁部との間の機械ギャップを確保しながら、前記スロット内から前記励磁部へ向けて、前記ティースよりも張り出して配置されたコイルと、
   を有し、
   前記励磁部は、軟磁性体を介して複数の永久磁石を有することを特徴とする筒形リニアモータ。
2. 前記コイルは、前記ティースの磁気ギャップ側へと拡大して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の筒形リニアモータ。
3. 前記ティースの先端には、前記スロット内へ臨んで突出され、前記コイルを保持するための係合部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の筒形リニアモータ。
4. 前記ティースの径方向長さは、前記スロットの閉塞面と前記励磁部の磁石面との距離から機械ギャップを除いた径方向長さの０．６倍以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。
5. 前記励磁部は、軸方向に対抗磁極着磁された磁石間に、軟磁性体が介設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。
6. 前記励磁部の磁極ピッチをｔｐ、前記永久磁石の幅をＷｍ、前記軟磁性体の幅をＷｓとしたときに、ｔｐ＝Ｗｍ＋Ｗｓの関係が成り立ち、永久磁石の幅Ｗｍの幅は０．８±０．１ｔｐに設定されていることを特徴とする請求項５に記載の筒形リニアモータ。
7. 前記励磁部は、非磁性体からなるシャフトの周囲に、永久磁石と内周面に雌ねじを有する軟磁性体とが交互に配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の筒形リニアモータ。
8. 前記励磁部は、非磁性体からなるシャフトの周囲に、永久磁石と内周面に雌ねじを有する軟磁性体とが段差部で係合するように交互に配置されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の筒形リニアモータ。
9. 前記シャフトの少なくとも一端に、エンドキャップが設けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の筒形リニアモータ。
10. 前記シャフトの少なくとも一端に、リニアガイドが設けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の筒形リニアモータ。
11. リニアセンサが内蔵されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。
12. 磁極検出センサが内蔵されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。
13. 前記励磁部が固定子で、前記コイルを含む電機子が可動子であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。
14. 前記コイルを含む電機子が固定子で、前記励磁部が可動子であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の筒形リニアモータ。

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