JP2015012707A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ヨーク内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができるリニアモータを提供すること。
【解決手段】リニアモータにおいて、可動子２は板状をなし、板状部分の各面には、突出端面が凸曲面の磁性体突起部２２、２３が移動方向に沿って略等ピッチで複数設けてあり、一方の磁性体突起部２２（２３）と、他方の磁性体突起部２３（２２）とは、移動方向に沿って千鳥配置としてあり、固定子１は、端面が凹曲面をなし、端面同士が間隙を隔てて対向する２つの歯部を内部に有する磁性体枠１１を複数、厚み方向を移動方向として略等ピッチに配してなり、移動方向に沿って隣り合う各歯部間に、端面が該歯部と略同一形状の永久磁石を配してなり、各磁性体枠１１を隔てる非磁性体部１２を有し、可動子２は、磁性体突起部２２、２３が歯部及び永久磁石と対向するように前記間隙に配してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子及び固定子に対して移動する可動子を備えるリニアモータに関する。

リニアモータは可動子及び固定子を備え、可動子は固定子との磁気的相互作用によって推進する（例えば、特許文献１）。固定子は、例えば長手方向に複数の歯を有する磁性材で構成される。可動子は、長手方向に略等間隔に複数の歯状の磁極部を有するヨークと、複数の磁極部に巻回されたコイルとを備える。磁極部間には永久磁石が埋設されており、可動子の磁極部は、該永久磁石によって磁化されている。
このように構成されたリニアモータにおいては、コイルに交流電圧を印加することによって、固定子の歯部及び可動子の磁極部を貫くループを生成し、歯部を磁化させる。周期的に磁極が反転する歯部は、磁極部と磁気的に相互作用し、可動子に推力が発生する。

特開２０１０−４１８８９号公報

しかしながら、特許文献１に係るリニアモータにおいては、可動子の磁極部間に埋設された永久磁石から発生した磁束の一部が、可動子側のヨーク内でループを形成し、可動子の推力に寄与しないという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヨーク内でループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができるリニアモータを提供することにある。

本発明に係るリニアモータは、固定子及び該固定子に対して移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、前記可動子は板状をなし、該板状部分の各面には、突出端面が凸曲面の磁性体突起部が前記可動子の移動方向に沿って略等ピッチで複数設けてあり、一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、前記移動方向に沿って千鳥配置としてあり、前記固定子は、端面が凹曲面をなし、該端面同士が間隙を隔てて対向する２つの歯部を内部に有する磁性体枠を複数、厚み方向を前記移動方向として略等ピッチに配してなり、前記移動方向に沿って隣り合う各歯部間に、端面が該歯部と略同一形状の永久磁石を配してなり、各磁性体枠を隔てる非磁性体枠を有し、前記可動子は、前記磁性体突起部が前記歯部及び永久磁石と対向するように前記間隙に配してあることを特徴とする。

本発明にあっては、対向する磁性体枠の離隔方向の磁束が磁性体枠に与えられた場合、該磁束は、可動子を介して略対向する歯部を通り、磁性体枠の磁路を介してループを形成し、可動子の磁性体突起部は前記磁束の磁界によって磁化する。
一方、複数組の歯部間の磁路を形成する複数の磁性体枠は、非磁性体枠によって隔てられているため、磁性体枠(ヨークともいう）を介してループする永久磁石の磁束量が低減される。

本発明に係るリニアモータは、各磁性体枠が有する複数の歯部を囲繞するコイルを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、固定子の歯部にコイルを備えるため、移動方向に略等ピッチで設けてある複数の磁性体突起部を有する構成部分が簡素化され、軽量となる。従って、該構成部分を可動子とすることにより、実質的により大きな推力を得ることができる。

本発明に係るリニアモータは、前記固定子を、前記磁性体枠３個、前記非磁性体枠２個から構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、固定子を磁性体枠３個、非磁性体枠２個から構成したので、固定子の設置空間を小さくするとともに、固定子の重量を軽くすることが可能となる。

本発明に係るリニアモータは、前記各磁性体枠は外形が円形状であり、前記非磁性体枠は外形が円形状であることを特徴とする。

本発明にあっては、固定子の外形が円形状となるため、固定子を設置する際には軸の位置決めのみで良いので、設置作業が容易となる。

本発明に係るリニアモータは、前記固定子を３個備えることを特徴とする。

本発明にあっては、固定子を３個備えることにより、固定子が１個の場合よりも大きな推力を得ることが可能となる。

本発明に係るリニアモータは、前記磁性体突起部は、前記移動方向に非直角で交差する２辺を有することを特徴とする。

本発明にあっては、磁性体突起部の移動方向に交差する２辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が低減され、固定子及び可動子の相対位置の違いによる推力むらを低減することが可能となる。

本発明に係るリニアモータは、固定子及び該固定子に対して移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、前記固定子は板状をなし、該板状部分の各面には、突出端面が凸曲面の磁性体突起部が前記可動子の移動方向に沿って略等ピッチで複数設けてあり、一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、前記移動方向に沿って千鳥配置としてあり、前記可動子は、端面が凹曲面をなし、該端面同士が間隙を隔てて対向する２つの歯部を内部に有する磁性体枠を複数、厚み方向を前記移動方向として略等ピッチに配してなり、前記移動方向に沿って隣り合う各歯部間に、端面が該歯部と略同一形状の永久磁石を配してなり、各磁性体枠を隔てる非磁性体枠を有し、前記固定子は、前記磁性体突起部が前記歯部及び永久磁石と対向するように前記間隙に配してあることを特徴とする。

本発明にあっては、対向する磁性体枠の離隔方向の磁束が磁性体枠に与えられた場合、該磁束は、固定子を介して略対向する歯部を通り、磁性体枠の磁路を介してループを形成し、固定子の磁性体突起部は前記磁束の磁界によって磁化する。
一方、複数組の歯部間の磁路を形成する複数の磁性体枠は、非磁性体部分によって隔てられているため、磁性体枠を介してループする永久磁石の磁束量が低減される。

本発明にあっては、磁性体枠を介してループする永久磁石の磁束を低減し、可動子の推力を向上させることができる。

実施の形態１に係るリニアモータの一構成例を示す斜視図である。 固定子の一構成例を示す斜視図である。 磁性体枠の斜視図である。 非磁性体枠の斜視図である。 非磁性体枠の斜視図である。 コイルを除く固定子の分解斜視図である。 コイルを除く固定子の斜視図である。 可動子の一構成例を示す側面図及び断面図である。 リニアモータの一構成例を示す横断面図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図である。 図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 リニアモータの推力発生の原理、特にコイルによる励磁を説明するための概念図である。 リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。 リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。 実施の形態２における可動子の一構成例を示す側面図及び断面図である。 実施の形態３における可動子の一構成例を示す側面図及び断面図である。 実施の形態４におけるリニアモータの一構成例を示す横断面図である。 実施の形態４におけるリニアモータの動作原理を説明するための説明図である。 実施の形態５におけるリニアモータの動作を説明するための説明図である。 実施の形態６に係るリニアモータの一構成例を示す横断面図である。 実施の形態６に係るリニアモータの動作原理を説明するための説明図である。 実施の形態７に係るリニアモータを示す斜視図である。 実施の形態７に係るリニアモータの固定子の磁性体枠における平面図である。 実施の形態７に係るリニアモータの固定子の非磁性体枠における平面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
実施の形態１
図１は実施の形態１に係るリニアモータの一構成例を示す斜視図である。本実施の形態に係るリニアモータは、固定子１及び該固定子１に対して直線的に移動する板状の可動子２を含む。

＜固定子の構成＞
図２は固定子１の一構成例を示す斜視図である。図２に示すように、固定子１は矩形枠形をなす複数の磁性体枠１１と非磁性体枠１２とを、厚さ方向に同軸的に交互に積層してなる矩形断面の筒体として構成されている。固定子１は、磁性体枠１１、非磁性体枠１２、２つのコイル１３、１４を含む。

図３は磁性体枠１１の斜視図である。図３に示すように、磁性体枠１１の内周には、相対向する２辺の中央部に、夫々内向きに突設された歯部１１ｂ、１１ｃが設けられている。歯部１１ｂ、１１ｃは、夫々の先端部に円弧形の凹部を有している。これらの凹部は磁性体枠１１の中心に円形の空間を形成する。

磁性体枠１１は軟磁性材料、例えば珪素鋼板を積層して形成しても良いし、磁性金属粉末を固めたＳＭＣ（Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：軟磁性複合部材）により形成しても良い。このような部材を用いることで、歯部１１ｂ、１１ｃの渦電流損やヒステリシス損や偏磁を抑制することが可能となる。

なお、歯部１１ｂ、１１ｃは磁性金属板、例えば鋼板等により形成し、磁性体枠本体１１ａに溶接等で接合又はねじ止め等により固定しても良い。また、歯部１１ｂ、１１ｃが残るように、磁性体枠本体１１ａを掘り込み加工しても良い。このようにすると、歯部１１ｂ、１１ｃを溶接等で接合又はねじ止め等により固定する場合に比べて、固定子１のコストダウンが可能となる。

図４、図５は、非磁性体枠１２の斜視図である。非磁性体枠１２は、磁性体枠１１と略同形であるが、厚さが異なっている。図４、図５に示すように、歯部１１ｂ、１１ｃと同様、非磁性体枠１２の内周には、相対向する２辺の中央部に永久磁石１２ｂ、１２ｃが固設されている。永久磁石１２ｂ、１２ｃのそれぞれの形状は、それぞれ歯部１１ｂ、１１ｃと略同形であるが、厚さが異なっている。非磁性体枠本体１２ａに対する永久磁石１２ｂ、１２ｃの位置はそれぞれ、磁性体枠１１における歯部１１ｂ、１１ｃと同様な位置となっている。永久磁石１２ｂ、１２ｃは、夫々の先端部に円弧形の凹部を有している。これらの凹部は非磁性体枠１２の中心に円形の空間を形成する。非磁性体枠本体１２ａは、例えばアルミニウム又はステンレスにより形成する。それに限らず、非磁性体枠本体１２ａを樹脂により形成しても良い。永久磁石１２ｂ、１２ｃはネオジム（Ｎｄ）、鉄（Ｆｅ）、ボロン（Ｂ）を主成分とするネオジム磁石であることが望ましい。なお、永久磁石１２ｂ、１２ｃはネオジム磁石に限らず、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石などとしても良い。

図６はコイル１３、１４を除く固定子１の分解斜視図である。図７はコイル１３、１４を除く固定子１の斜視図である。固定子１の本体は、上述の磁性体枠１１、非磁性体枠１２を図６のように重ね、図７のように形成される。永久磁石１２ｂ、１２ｃは歯部１１ｂ、１１ｃと略同一形状としてあるので、永久磁石１２ｂ、１２ｃと歯部１１ｂ、１１ｃとが重なるように磁性体枠１１と非磁性体枠１２とを連結することにより、永久磁石１２ｂ、１２ｃ、歯部１１ｂ、１１ｃの先端は面一となる。固定子１の本体内部には断面横Ｈ字状の空洞が形成されている。永久磁石１２ｂ、１２ｃと歯部１１ｂ、１１ｃとにより、中央には円形の空洞部１ａが形成される。

なお、非磁性体枠１２は、隣り合う磁性体枠１１が磁気結合しないように隔絶する機能と、永久磁石を保持する機能を果たしている。そのため、非磁性体枠１２は省略することが可能である。したがって、固定子１の強度や寸法精度が確保可能であるならば、非磁性体枠本体１２ａと同一形状の間隙を設けても良い。この場合には、永久磁石１２ｂ、１２ｃは歯部１１ｂ、１１ｃに固定される。

図１に示すように、図７に示す固定子１本体にコイル１３、１４を設けたのが、固定子１である。コイル１３、１４は中心線が歯部１１ｂ、１１ｃの対向方向となるように、歯部１１ｂ、１１ｃを囲繞している。

＜可動子の構成＞
図８は可動子２の一構成例を示す側面図及び断面図である。図８Ａは可動子２の側面図、図８Ｂは図８ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。可動子２は長い略矩形板状のベース部２１（板状部分）を有し、固定子１に形成された円柱状空洞部１ａに間隙を有して挿嵌されている。ベース部２１の各面（固定子１の歯部１１ｂ、１１ｃと対向する２つの面）には、複数の断面弓形状の磁性体突起部２２、２３が長手方向に略等ピッチで設けられている。一方の面の磁性体突起部２２と、他方の面の磁性体突起部２３とは、可動子２の長手方向に沿って千鳥配置されている。また、磁性体突起部２２、２３は、ベース部２１の短辺方向に長くしてある。各磁性体突起部２２、２３の長辺は可動子２の長手方向に対して直角である。更に、可動子２のベース部２１及び磁性体突起部２２、２３は一体的に形成され、全体が磁性部材で構成されている。磁性部材は珪素鋼板を加工しても良く、また積層により形成してもよい。ＳＭＣなどの軟磁性複合材料を用いても良い。

図９はリニアモータの一構成例を示す横断面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図、図１１は図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。図９に示すように、歯部１１ｂ、１１ｃの前記移動方向における厚みは、該移動方向に並ぶ歯部１１ｂ、１１ｃ間の距離よりも短い。また、歯部１１ｂ、１１ｃ及び永久磁石１２ｂ、１２ｃの縦横寸法は略同一であり、永久磁石１２ｂ、１２ｃの上下面及び可動子２側の側面は、歯部１１ｂ、１１ｃと面一になっている。

永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁化方向は可動子２の移動方向であり、各歯部１１ｂ、１１ｃに同じ磁極が対向している。このため、歯部１１ｂ、１１ｃは全体が単極となり、移動方向に沿って、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極というように、交互に異なる磁極が現れる。一方の歯部１１ｂと、他方の歯部１１ｃとは、図３及び図９に示すように、歯部１１ｂ、１１ｃの突出方向において対向している。

可動子２の長手方向における磁性体突起部２２の幅は、歯部１１ｃよりも長く、磁性体突起部２２のピッチは、歯部１１ｃのピッチの略２倍である。同様に、可動子２の長手方向における磁性体突起部２３の幅は、歯部１１ｂよりも長く、磁性体突起部２３のピッチは、歯部１１ｂのピッチの略２倍である。そして、可動子２の長手方向に並ぶ磁性体突起部２２及び磁性体突起部２３のピッチは、歯部１１ｂ、１１ｃのピッチと略同一である。なお歯部１１ｂ、１１ｃ及び磁性体突起部２２、２３間のピッチは一例である。
磁性体突起部２２は、コイル１３、１４に電流が流れた場合、ベース部２１の厚み方向に磁束が貫くため、歯部１１ｂ、１１ｃに対向する方向に磁極が現れる。

＜推力発生原理＞
図１２は、リニアモータの推力発生の原理、特にコイル１３、１４による励磁を説明するための概念図である。図９と同様に横断面を示しているが、説明のため断面を示すハッチングを省略してある。まず、永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁束を考慮せず、図１２を用いてコイル１３、１４による励磁について説明する。コイル１３、１４に記載した、丸の中に黒丸があるマークは紙面の裏から表への通電、丸の中にバツ印があるマークは紙面の表から裏への通電を示す。コイル１３、１４に図１２に示す方向の電流が流れた場合コイル１３、１４によって発生した磁束は、矢印で示しているように、可動子２を介して対向する歯部１１ｂ及び歯部１１ｃを通り、磁性体枠本体１１ａの磁路を介してループする。それにより、可動子２の磁性体突起部２２（図１２中、下側の磁性体突起部）はＳ極、磁性体突起部２３（図１２中、上側の磁性体突起部）はＮ極に磁化し、歯部１１ｂの可動子２側にはＳ極が発生し、歯部１１ｃの可動子２側にはＮ極が発生する。

次に、永久磁石１２ｂ、１２ｃによる磁極の発生と推力の発生を説明する。
図１３及び図１４は、リニアモータの推力発生の原理を説明するための概念図である。図９と同様に横断面を示しているが、説明のため断面を示すハッチングを省略してある。各永久磁石１２ｂ、１２ｃに示された白抜矢印は各永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁化方向を示している。白抜矢印の終点はＮ極、始点はＳ極を示す。上述したように、永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁化方向は可動子２の移動方向であり、各歯部１１ｂ、１１ｃに前記永久磁石１２ｂ、１２ｃの同じ磁極が対向している。そのため、歯部１１ｂ、１１ｃは全体が単極となり、移動方向に沿って、図中左側からＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極というように、交互に異なる磁極が現れる。可動子２を介して対向する複数組の歯部１１ｂ、１１ｃ間の磁路を形成する複数の磁性体枠本体１１ａは、非磁性体枠本体１２ａによって隔てられているため、磁性体枠本体１１ａを介してループする永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁束量を小さくすることが可能となる。このため、磁化した磁性体突起部２２、２３と磁気的相互作用する永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁束は、大きくなる。
仮に非磁性体枠１２が磁性体である場合に比べて、永久磁石の磁束の短絡を小さくすることができる。

このように、永久磁石１２ｂ、１２ｃによって歯部１１ｂ、１１ｃに現れた磁極と、コイル１３、１４への通電によって磁化した磁性体突起部２２、２３の磁極とが磁気的に吸引／反発する事により、可動子２に推力が発生する。
具体的には、磁性体突起部２２はＳ極であり、図１３中、該磁性体突起部２２に対向している歯部１１ｃもＳ極であるため、互いに反発するが、磁性体突起部２２よりも図１３中右寄りに位置しているＮ極の歯部１１ｃと、磁性体突起部２２との間には吸引力が発生する。同様に、磁性体突起部２３はＮ極であり、該磁性体突起部２３に対向している歯部１１ｂもＮ極であるため、互いに反発するが、磁性体突起部２３よりも図１３中右寄りに位置しているＳ極の歯部１１ｂと、磁性体突起部２３との間には吸引力が発生する。このため、図１３において右向きの推力が発生する。

図１４は、図１３に示した状態から可動子２が電気角１８０度に相当する距離を進んだときの状態を示している。この状態で図１４に示すような方向の電流が流れた場合、つまりコイル１３、１４に流れる電流の位相が１８０度変化した場合、磁性体突起部２２の磁極はそれぞれ、歯部１１ｃ側がＮ極となり、磁性体突起部２３の磁極はそれぞれ、歯部１１ｂ側がＳ極になる。そして、図１３で示したのと同様の原理によって、図１４中右側の推力が発生する。コイル１３、１４に流れる電流の向きが周期的に反転した場合、同様にして、磁性体突起部２２、２３の磁極の向きが反転し、図１３及び図１４に示すような推力が発生し、直線的に移動する。

以上のように実施の形態１のリニアモータは次のような効果を奏する。
本実施の形態に係るリニアモータによれば、磁性体枠１１の間に非磁性体枠１２を設けたので、磁性体枠１１を介してループする永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁束を低減し、可動子２の推力を向上させることができる。
また、非磁性体枠１２が各永久磁石１２ｂ、１２ｃのＮ極と、Ｓ極とを隔てているため、磁性体枠１１内でループする永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁束量を低減し、可動子２の推力を向上させることができる。
更に、固定子１側にコイル１３、１４を備えるため、可動子２を軽量化でき、可動子２の応答性を向上させることができる。

更にまた、可動子２の磁性体突起部２２、２３の形状を断面弓形状としている。磁性体突起部２２、２３が、それぞれ歯部１１ｃ及び永久磁石１２ｃ、歯部１１ｂ及び永久磁石１２ｂと対向する領域の面積が同じ場合、直方体状とする場合に比べ、断面弓形状の場合の方が、磁性体突起部２２、２３の体積が少なくなる。そのため、可動子２の軽量化が図れ、剛性が高くなっている。そのため、可動子２が長尺化した場合であっても、自重などによる変形を少なくすることが可能となる。また、歯部１１ｂ、１１ｃと対向する磁性体突起部２３、２２の先端が平面ではなく曲面としたので、表面積が大きくなり、単位長あたりのリニアモータの推力を増加させることが可能となる。

固定子１は、外周面に開口部がない矩形枠状としたので、開口部がある場合と比べて、固定子１の強度を高くすることが可能となる。固定子１の歯部１１ｂ、１１ｃの先端は可動子２の磁性体突起部２２、２３を挟むように曲面としてある。そのため、可動子２と固定子１との間隙は可動子２の周面に沿って略一定であるので、可動子２が振動した場合や、曲がった際に、固定子１の歯部１１ｂ、１１ｃと接触し難い構造となっている。固定子１において、可動子２が通る空洞は円筒状としてあるので、省断面化が図れている。すなわち、可動子２と対向する面の面積と円筒部分の体積との比が最小化されている。また、固定子１を設置する場合の位置合わせは、外径を基準として軸中心を合わせれば良いので、容易に位置合わせが可能となる。

なお、可動子２の磁性体突起部２２間又は磁性体突起部２３間に非磁性材料で形成したスペーサを入れても良い。それにより、さらに可動子２の剛性を高めることが可能となる。

実施の形態２
図１５は、実施の形態２における可動子２の一構成例を示す側面図及び断面図である。図１５Ａは可動子２の側面図、図１５Ｂは図１５ＡのＸＶ−ＸＶ線断面図である。実施の形態２に係る可動子２は、上述の実施の形態１と同様、ベース部２１及び磁性体突起部２２、２３を含む。各磁性体突起部２２、２３は側面視が略平行四辺形状であり、幅方向（可動子２の移動方向に略垂直な面内方向）両端に渡って設けられている。また、各磁性体突起部２２、２３の各長辺は移動方向に対して非直角である。

実施の形態２によれば、磁性体突起部２２、２３の各長辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が軽減され推力むらを低減することができる。
なお、ディテント力を問題にしないのであれば、磁性体突起部２２、２３の各長辺を移動方向に対して略直角に構成しても良い。

実施の形態３
図１６は、実施の形態３における可動子２の一構成例を示す側面図及び断面図である。図１６Ａは可動子２の側面図、図１６Ｂは図１６ＡのＸＶＩ−ＸＶＩ線断面図である。実施の形態２と同様に各磁性体突起部２２、２３の各長辺は移動方向に対して非直角である。実施の形態２と異なるのは、移動方向に対する磁性体突起部２２の長辺の角度及び移動方向に対する磁性体突起部２３の長辺の角度の符号が逆としてあることである。

実施形態３によれば、磁性体突起部２２、２３の各長辺が移動方向に対して非直角であるため、ディテント力が軽減され推力むらを低減することができる。また、磁性体突起部２２と磁性突起部２３とで長辺の傾く方向を逆にしてある。それにより、可動子２が移動方向に対して左右に傾くことにより生じるこじりを抑えることが可能となる。

実施の形態４
実施の形態１においては、固定子１は磁性体枠１１が５個、非磁性体枠１２が４個の構成としてある。磁性体枠１１、非磁性体枠１２の個数は、これに限られない。固定子１を設置するために確保できる空間の広さ、必要とするリニアモータの推力により、適宜定めることが可能である。実施の形態４では、磁性体枠１１、非磁性体枠１２の個数が最小の場合を示す。

図１７は実施の形態４におけるリニアモータの一構成例を示す横断面図である。実施の形態４において、固定子１は磁性体枠１１が３個、非磁性体枠１２が２個の構成としてある。可動子２の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

図１８は実施の形態４におけるリニアモータの動作原理を説明するための説明図である。図１７と同様に横断面を示しているが、説明のため断面を示すハッチングを省略してある。コイル１３、１４に図１８に示す方向の電流が流れた場合（丸の中に黒丸があるマークは紙面の裏から表への通電、丸の中にバツ印があるマークは紙面の表から裏への通電を示す）、コイル１３、１４によって発生する磁束により、可動子２の磁性体突起部２２はＳ極に、磁性体突起部２３はＮ極に励磁される。一方、磁性体枠１１が備える歯部１１ｂ、１１ｃは、永久磁石１２ｂ、１２ｃにより単極に励磁される。図１８に示した白抜矢印は各永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁化方向を示している。白抜矢印の終点はＮ極、始点はＳ極を示す。したがって、図１８に示すように固定子１両端の歯部１１ｂ、１１ｃはＳ極に、中央の歯部１１ｂ、１１ｃはＮ極に励磁される。したがって、Ｎ極に励磁されている可動子２の磁性体突起部２３とＳ極に励磁された歯部１１ｂとの間に吸引力が発生する。同様に、Ｓ極に励磁されている可動子２の磁性体突起部２２と、Ｎ極に励磁されている歯部１１ｃとの間に吸引力が発生する。このため、図１８において右向きの推力が発生する。

図１８に示したように、実施の形態４における動作原理は図１３に示した実施の形態１の動作原理と同様である。図１８に示した状態から可動子２が電気角１８０度に相当する距離を進んだ場合についても、図１４に示した動作原理と同様であるから説明を省略する。

実施の形態４においては、固定子１を磁性体枠１１が３個、非磁性体枠１２が２個の最小構成としたので、固定子１の設置空間を小さくすることが可能となる。

実施の形態５
実施の形態１から４においては、単相のリニアモータ（単相分のユニット）について説明した。しかし、これに限られるものではない。例えば、３相駆動のリニアモータを構成する場合には、上述の固定子３個を、磁性体突起部のピッチのｎ倍の値に磁性体突起部のピッチ３分の１倍の値を加算した値（磁性体突起部のピッチ×（ｎ＋１／３））、または磁性体突起部のピッチのｎ倍の値に磁性体突起部のピッチの３分の２倍の値を加算した値（磁性体突起部のピッチ×（ｎ＋２／３））（但し、ｎは整数）だけ間隔をあけて直線上に配置すれば良い。この場合、各固定子の長手方向の長さを考慮して整数ｎを設定すれば良い。

図１９は、実施の形態５におけるリニアモータの動作を説明するための説明図である。図１７と同様に横断面を示しているが、説明のため断面を示すハッチングを省略してある。本実施の形態に係るリニアモータは三相モータである。固定子１は実施の形態４における固定子１と同様な３つの単相ユニット１Ｕ、１Ｖ、１Ｗを移動方向に沿って配置したものである。Ｕ相に対応する単相ユニットが１Ｕ、Ｖ相に対応する単相ユニットが１Ｖ、Ｗ相に対応する単相ユニットが１Ｗである。３つの単相ユニット１Ｕ、１Ｖ、１Ｗは共に同じ構成である。各単相ユニットの構成は実施の形態４の固定子１と同様であるので、各々の構成中で実施の形態１と同様なものは、実施の形態４と同じ符号を付している。３つの単相ユニットのコイル１３、１４に流す電流は三相交流（対称三相交流）である。実施の形態５において、可動子２は実施の形態４と同様であるので、説明を省略する。

図１９の示す白抜き矢印は永久磁石１２ｂ、１２ｃの磁化方向を示している。白抜矢印の終点はＮ極、始点はＳ極を示す。図１９に示すように固定子相ピッチＰ２は磁性体突起部２２（２３）のピッチＰ１の１１／３倍の値（ピッチＰ１×（３＋２／３））と等しい値としてある。図１９に示す状態はＵ相とＷ相のコイル１３、１４に電流が流れ、Ｖ相のコイル１３、１４に電流が流れていない状態を示している。このとき、Ｕ相の固定子１Ｕが推力を発生する原理は、図１３の場合と同様である。Ｗ相の固定子１Ｗが推力を発生する原理は、図１４の場合と同様である。

Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１３、１４に流れる交流電流は３相交流であるので、Ｖ相の次に、Ｗ相に流れる電流が０となる。その次に、Ｕ相に流れる電流が０となり、再び図１９に示すＶ相に流れる電流が０となる。これを繰り返すことにより可動子２は移動を継続する。

実施の形態５によれば、固定子１を３つの単相ユニットから構成する３相リニアモータとしたので、単相の場合に比べて、より大きな推力を得ることが可能となる。

実施の形態５では、実施の形態４の固定子１を用いて３相のリニアモータを構成したが、同様に、実施の形態１の固定子１を用いて、３相のリニアモータを構成しても良い。

実施の形態６
図２０は実施の形態６に係るリニアモータの一構成例を示す横断面図である。図２１は実施の形態６に係るリニアモータの動作原理を説明するための説明図である。実施の形態６に係るリニアモータは、実施の形態４に係るリニアモータと同様である。以下では、実施の形態４との相違点を主に説明する。

実施の形態４に係るリニアモータにおいて、固定子１を構成する３枚の磁性体枠１１、１１１は可動子２の移動方向の幅が略同一としていた。実施の形態６に係るリニアモータにおいては、固定子１の中央に位置する磁性体枠１１１は、左右に配置されている磁性体枠１１よりも、可動子２の移動方向の幅を広くしてある。これはコイル電流増加に伴い磁性体枠１１１を流れる磁束が増加した場合において、磁気飽和を起きにくくするためである。左右に位置する磁性体枠１１は接する磁石がそれぞれ一つであり、１つの永久磁石１２ｂ又は１２ｃからの磁束を磁性体突起部２２又は２３とやり取りするのに対して、中央に位置する磁性体枠１１１は両側で磁石と接しており、２つの永久磁石１２ｂ、１２ｂ又は２つの永久磁石１２ｃ、１２ｃからの磁束を磁性体突起部２２又は２３とやり取りをする。そのため、中央に位置する磁性体枠１１１の幅ｄ２は左右に位置する磁性体枠１１の幅ｄ１の２倍とすることが好適である。

また、可動子２の構成も、実施の形態４と相違する点がある。実施の形態４においては、磁性体突起部２２、２３の移動方向の幅は、磁性体突起部２２、２３の並設間隔よりも小さくしていた。実施の形態６では、磁性体突起部２２、２３の移動方向の幅は、磁性体突起部２２、２３の並設間隔よりも大きくなっている。すなわち、図２０に示すように、磁性体突起部２２、２３の移動方向の幅Ｌ１は、隣り合う磁性体突起部２２、２３の並設間隔Ｌ２よりも大きくなっている。Ｌ１対Ｌ２は６対４としてある。

実施の形態６に係るリニアモータの推力発生原理は実施の形態４に係るリニアモータと同様である。

以上のように構成したことにより、実施の形態６に係るリニアモータは、実施の形態４に係るリニアモータよりも大きな推力を得ることが可能となる。上述したように、磁性体突起部２２、２３の移動方向の幅Ｌ１を広くしたので、固定子１の歯部１１ｂ、１１ｃと可動子２の磁性体突起部２３、２２との吸引力が大きくなるからである。

実施の形態７
実施の形態１から６において、磁性体枠１１（１１１）、非磁性体枠１２は矩形枠であるが、それに限られない。図２２は実施の形態７に係るリニアモータを示す斜視図である。図２３は実施の形態７に係るリニアモータの固定子１の磁性体枠１１における平面図である。図２４は実施の形態７に係るリニアモータの固定子１の非磁性体枠１２における平面図である。実施の形態７においては、磁性体枠１１、非磁性体枠１２は円形枠としてあるので、固定子１全体は円柱状をなしている。図２２から図２４に示したように、その他の構成については、実施の形態１等と同様であるので、説明を省略する。

実施の形態７においては、固定子１の省スペース化が図ることが可能となる。

なお、上述の実施の形態１から７のいずれの実施形態においても、磁性体突起部をベース部２１に形成してなる部分を可動子、磁性体枠１１（１１１）、非磁性体枠１２（永久磁石１２ｂ、１２ｃを含む）及びコイル１３、１４で構成される部分を固定子として説明した。それに限らず、可動子と固定子の役割を逆にしても良い。
また、ベース部２１に保持された磁性体突起部２２、２３を磁化させることができれば、コイル１３、１４を設ける位置は特に限定されることは無く、可動子又は固定子としてのベース部２１にコイル１３、１４を設けても良い。

各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 固定子
１１、１１１ 磁性体枠
１１ａ 磁性体枠本体
１１ｂ、１１ｃ 歯部
１２ 非磁性体枠
１２ａ 非磁性体枠本体
１２ｂ、１２ｃ 永久磁石
１３、１４ コイル
２ 可動子
２１ ベース部
２２、２３ 磁性体突起部

Claims (7)

1. 固定子及び該固定子に対して移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、
   前記可動子は板状をなし、
   該板状部分の各面には、突出端面が凸曲面の磁性体突起部が前記可動子の移動方向に沿って略等ピッチで複数設けてあり、
   一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、前記移動方向に沿って千鳥配置としてあり、
   前記固定子は、
   端面が凹曲面をなし、該端面同士が間隙を隔てて対向する２つの歯部を内部に有する磁性体枠を複数、厚み方向を前記移動方向として略等ピッチに配してなり、
   前記移動方向に沿って隣り合う各歯部間に、端面が該歯部と略同一形状の永久磁石を配してなり、
   各磁性体枠を隔てる非磁性体枠を有し、
   前記可動子は、前記磁性体突起部が前記歯部及び永久磁石と対向するように前記間隙に配してある
   ことを特徴とするリニアモータ。
2. 各磁性体枠が有する複数の歯部を囲繞するコイルを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記固定子を、
   前記磁性体枠３個、前記非磁性体枠２個から構成してある
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記各磁性体枠は外形が円形状であり、
   前記非磁性体枠は外形が円形状である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータ。
5. 前記固定子を３個備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリニアモータ。
6. 前記磁性体突起部は、
   前記移動方向に非直角で交差する２辺を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリニアモータ。
7. 固定子及び該固定子に対して移動する可動子を備えるリニアモータにおいて、
   前記固定子は板状をなし、
   該板状部分の各面には、突出端面が凸曲面の磁性体突起部が前記可動子の移動方向に沿って略等ピッチで複数設けてあり、
   一方の面の磁性体突起部と、他方の面の磁性体突起部とは、前記移動方向に沿って千鳥配置としてあり、
   前記可動子は、
   端面が凹曲面をなし、該端面同士が間隙を隔てて対向する２つの歯部を内部に有する磁性体枠を複数、厚み方向を前記移動方向として略等ピッチに配してなり、
   前記移動方向に沿って隣り合う各歯部間に、端面が該歯部と略同一形状の永久磁石を配してなり、
   各磁性体枠を隔てる非磁性体枠を有し、
   前記固定子は、前記磁性体突起部が前記歯部及び永久磁石と対向するように前記間隙に配してある
   ことを特徴とするリニアモータ。

Images