JP2019187215A - 筒型リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】界磁に対する電機子の偏心を防止して安定した推力を発生できる筒型リニアモータの提供である。【解決手段】本発明の筒型リニアモータ１は、筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と界磁６の内周に配置される非磁性体のインナーチューブ９とを有する固定子Ｓと、インナーチューブ９内に移動自在に挿入されるロッド１１とロッド１１に装着される電機子Ａとロッド１１に設けられてインナーチューブ９の内周に摺接してインナーチューブ９内を伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とに区画するとともに電機子Ａの界磁６に対する移動を案内するスライダ１２，１３とを有する可動子Ｍとを備え、ロッド１１内を通じて伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とを連通する通気通路Ｐを設けている。【選択図】図１

Description

本発明は、筒型リニアモータに関する。

筒型リニアモータは、たとえば、直線方向に伸びるベースと、ベースに対して前記直線方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように取付けられた複数の永久磁石とでなる界磁と、前記界磁に対して前記直線方向に移動可能に設けられた電機子とを備えている。

具体的には、従来の筒型リニアモータは、筒状のセンターヨークとセンターヨークの外周に装着される複数の環状の永久磁石とを備えた界磁と、筒状のコアと前記コアの内周に設けた複数のスロットに収容される巻線とを備えて内周側に前記界磁が挿入される電機子とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９−２１３１９２号公報

従来の筒型リニアモータでは、推力を向上させるために界磁の磁力を大きくすると、コアと永久磁石との間に発生する吸着力によってセンターヨークが撓んで、コアに対して永久磁石が偏心して推力が低下してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、界磁に対する電機子の偏心を防止して安定した推力を発生できる筒型リニアモータの提供を目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータは、筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と界磁の内周に配置される非磁性体のインナーチューブとを有する固定子と、インナーチューブ内に移動自在に挿入されるロッドとロッドに装着される電機子とロッドに設けられてインナーチューブの内周に摺接してインナーチューブ内を伸側室と縮側室とに区画するとともに電機子の界磁に対する移動を案内するスライダとを有する可動子とを備え、ロッド内を通じて伸側室と縮側室とを連通する通気通路を設けている。

このように構成された筒型リニアモータでは、伸側室と縮側室とが通気通路を介して連通されているので、インナーチューブ内の気体は伸側室と縮側室とを自由に行き来でき、可動子の移動が妨げられない。

また、筒型リニアモータは、ロッドが先端から開口するセンサ収容部を有し、センサ収容部内に収容されて界磁に対する電機子の位置をセンシングするストロークセンサを備え、センサ収容部で通気通路の一部を形成してもよい。このようにすると、センサ収容部を利用して通気通路を形成できるとともにストロークセンサの設置も可能となる。

さらに、筒型リニアモータは、伸側室と縮側室の一方または両方が固定子の外方へ連通されていてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、より円滑に可動子を駆動できるようになるとともに、外気を取り入れて固定子内の温度上昇を抑制しうる。

本発明の筒型リニアモータによれば、界磁に対する電機子の偏心を防止して安定した推力を発生できる。

一実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。 一実施の形態の第一変形例における筒型リニアモータの縦断面図である。 一実施の形態の第二変形例における筒型リニアモータの縦断面図であ

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における筒型リニアモータ１は、図１に示すように、筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と界磁６の内周に配置される非磁性体のインナーチューブ９とを有する固定子Ｓと、固定子Ｓ内に挿入される可動子Ｍとを備えて構成されている。また、可動子Ｍは、インナーチューブ９内に移動自在に挿入されるロッド１１と、ロッド１１に装着される電機子Ａと、ロッド１１に設けられるとともにインナーチューブ９の内周に摺接してインナーチューブ９内を伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とに区画するとともに電機子Ａの界磁６に対する移動を案内するスライダ１２，１３とを備えている。

以下、筒型リニアモータ１の各部について詳細に説明する。可動子Ｍは、非磁性体で形成されたロッド１１と、ロッド１１に装着される電機子Ａと、ロッド１１に設けられるスライダ１２，１３とを備えている。ロッド１１は、本実施の形態では、先端外周にスライダ１３を備えた主軸２０と、先端外周にスライダ１２を備えて外周に電機子Ａが装着されて主軸２０に連結される電機子保持軸２１とを備えている。そして、主軸２０は、筒状であって先端の外周に環状のスライダ１３を一体に備えており、側部に内外を連通する通孔２０ａと図１中左端内周に設けた螺子部２０ｂを備えている。また、電機子保持軸２１は、主軸２０と同様に筒状であって先端の外周に環状のスライダ１２を一体に備えており、外径が主軸２０より小径であって図１中右端外周に形成した螺子部２１ａを備えている。このように構成された電機子保持軸２１は、図１に示すように、外周に筒状の電機子Ａを装着した後、螺子部２１ａを主軸２０の螺子部２０ｂに螺合して主軸２０に連結される。このようにして、主軸２０と電機子保持軸２１とを連結してロッド１１を構成すると、電機子Ａがスライダ１２，１３とで挟持されてロッド１１に固定される。

また、電機子保持軸２１の内周には、界磁６に対する電機子Ａの位置をセンシングするストロークセンサ３０の一端を保持するフランジ部２１ｂが設けられている。このように、本実施の形態では、電機子保持軸２１は、中空な内方にストロークセンサ３０を収容しており、ロッド１１におけるセンサ収容部として機能している。ストロークセンサ３０は、本実施の形態では、線形可変差動変圧器とされており、固定子Ｓにおけるキャップ１５に保持される筒状のコイルアッセンブリ３０ａと、電機子保持軸２１に保持されてコイルアッセンブリ３０ａ内に移動自在に挿入されるコア３０ｂとで構成されている。そして、電機子保持軸２１におけるフランジ部２１ｂは、コア３０ｂを保持している。フランジ部２１ｂには、孔２１ｃが設けられており、電機子保持軸２１内と主軸２０内が連通されている。

なお、ストロークセンサ３０は、前記した線形可変差動変圧器に限られず、界磁６に対する電機子Ａの位置をセンシングできるものであれば利用できる。また、コア３０ｂの電機子保持軸２１への取付については、前述の構造に限られず、主軸２０に取付けるようにしてもよい。

ロッド１１が主軸２０と電機子保持軸２１とに分割されて構成されると、部品点数が少なくなるとともに電機子Ａの組付けが容易となる。これに対して、ロッド１１を分割構造とせずに、ロッド１１の先端にスライダ１２，１３および電機子Ａが装着される小径部を設けて小径部の先端に螺着されるナットでスライダ１２，１３および電機子Ａをロッド１１に固定するようにしてもよい。なお、スライダ１２，１３の外周には、ウェアリング１２ａ，１３ａが装着されている。

つづいて、電機子Ａは、本実施の形態では、二つのコア２Ａ，２Ｂを備えている。コア２Ａ，２Ｂは、ともに同形状とされており、ロッド１１の外周に軸方向に並べて装着されている。つまり、筒型リニアモータ１は、電機子Ａが可動子Ｍとして駆動され、コア２Ａ，２Ｂの軸方向を推力発生方向としている。

各コア２Ａ，２Ｂは、図１に示すように、円筒状であって、その外周には、軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース３ａ，３ｂが設けられている。本実施の形態では、各コア２Ａ，２Ｂは、図１に示すように、外周に軸方向に等間隔に並べて設けられた１０個の環状のティース３ａ，３ｂを備えており、ティース３ａ，３ｂ間およびティース３ｂ，３ｂ間に巻線５が装着される空隙でなるスロット４が形成されている。

また、ティース３ａ，３ｂは、コア２Ａ，２Ｂの両端にそれぞれ配置されて設けられた二つの末端ティース３ａと、末端ティース間に配置されて設けられた８つの中間ティース３ｂとで構成されている。つまり、一つのコア２Ａ（２Ｂ）に対してコア２Ａ（２Ｂ）の移動方向となる軸方向の両端に末端ティース３ａ，３ａが設けられ、末端ティース３ａ，３ａ間に各中間ティース３ｂが設けられている。

中間ティース３ａは、本実施の形態では、軸方向において内周端の幅より外周端の幅が狭い等脚台形状とされており、軸方向で両側の側面が外周端に対して等角度で傾斜するテーパ面とされている。そして、中間ティース３ｂをコア２Ａ，２Ｂの軸線を含む面で切断した断面において、中間ティース３ｂの側面がコア２Ａ，２Ｂの軸線に直交する直交面とでなす内角θは、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。

また、末端ティース３ａは、図１に示すように、中間ティース側の側面が中間ティース３ｂの側面と同形状とされるとともに反中間ティース側の側面がコア２Ａ，２Ｂに軸線に直交する面を持つ台形状とされている。つまり、末端ティース３ａにおける中間ティース側の側面はテーパ面となっており、この側面がコア２Ａ，２Ｂの軸線に直交する直交面とでなす内角θが中間ティース３ｂの側面が前記直交面とでなす内角θと等しくなっている。また、末端ティース３ａの反中間ティース側の側面は、コア２Ａ，２Ｂの軸線に直交する面とされており、側面と外周端とでなす角度は９０度になっている。

また、本実施の形態では、各コア２Ａ，２Ｂにおける図１中で隣り合うティースの間、つまり、末端ティース３ａと中間ティース３ｂとの間および中間ティース３ｂ，３ｂ間には、空隙でなるスロット４が合計で１８個設けられている。そして、全スロット４には、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされている。各コア２Ａ，２Ｂの１８個のスロット４には、それぞれ、図１中左側から順に、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相よびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相およびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相、Ｗ相、Ｗ相の巻線５が装着されている。

そして、このように構成されたコア２Ａ，２Ｂは、出力軸であるロッド１１の外周に装着されている。具体的には、コア２Ａ，２Ｂは、ロッド１１の外周に取り付けられている環状のスライダ１２，１３とで挟持されてロッド１１に固定されている。また、コア２Ａ，２Ｂ間には、ロッド１１の外周に固定される非磁性体で形成されるスペーサ１４が介装されており、コア２Ａとコア２Ｂは、間隔Ｓを空けてロッド１１に固定されている。本実施の形態の場合、スペーサ１４によってコア２Ａとコア２Ｂとの間に磁気的なギャップが設けられている。

ここで、コア２Ａ，２Ｂの末端ティース３ａの外周端における軸方向長さを変化させると、コア２Ａ，２Ｂが界磁６に対して軸方向へ移動する際のコギング推力の波形も変化する。そして、末端ティース３ａの前記軸方向長さを最適化すると界磁６に対するコア２Ａ，２Ｂの位置（ｄｅｇ）に対するコギング推力の波形を正弦波に近づけられる。このようにコア２Ａ，２Ｂの前記コギング推力の波形を正弦波とすると、コア２Ａのコギング推力でコア２Ｂのコギング推力を打ち消すようにコア２Ａとコア２Ｂを配置すれば電機子Ａのコギング推力を極小さくできる。

末端ティース３ａの外周端における軸方向長さを中間ティース３ｂの外周端における軸方向長さの二分の一の長さから徐々に増やしていくと、周期的に前記コギング推力の波形が正弦波となる。末端ティース３ａの外周端における軸方向長さを中間ティース３ｂの外周端における軸方向長さの二分の一の長さから徐々に増やしていくと、コア２Ａ，２Ｂの位置が０度から３６０度までの範囲でコギング推力の波の数が周期的に二倍となるように変化する。以上のことが、発明者らの研究によって知見されている。よって、コギング推力の波形を正弦波とするように末端ティース３ａの外周端の軸方向長さを設定し、その際のコギング推力の波形がコア２Ａ，２Ｂの位置が０度から３６０度までの範囲でいくつの波があるかを調べて、コア２Ａのコギング推力でコア２Ｂのコギング推力を打ち消すようにコア２Ａとコア２Ｂとの間の間隔を調整すればよい。そのため、本実施の形態では、コア２Ａ，２Ｂ間にギャップを形成するスペーサ１４を設けてコア２Ａ，２Ｂを位置決めしてコギング推力の低減を図っている。

前述したところでは、電機子Ａが二つのコア２Ａ，２Ｂを備えているが、三つ以上のコアを備えていてもよい。電機子Ａが二つ以上のコアを備えている場合、各コアのコギング推力の波形を正弦波となるように設定して、各コアのコギング推力が互いに打ち消しあうように各コアをロッド１１に装着すればよい。なお、電機子Ａは、コギング推力の低減が不要であれば、コアを一つのみを備えていてもよい。

また、スライダ１２，１３およびスペーサ１４の外径は、コア２Ａ，２Ｂの外径よりも大径に設定されている。そして、このように構成された電機子Ａは、筒状の界磁６内に推力方向である軸方向へ移動自在に挿入される。

他方、固定子Ｓは、本実施の形態では、円筒状の非磁性体で形成されるアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に挿入される円筒状の軟磁性体で形成されるバックヨーク８と、バックヨーク８内に挿入されてバックヨーク８との間に環状隙間を形成するインナーチューブ９と、軸方向に交互に積層されてバックヨーク８とインナーチューブ９との間の環状隙間内に収容される環状の主磁極の永久磁石６ａと環状の副磁極の永久磁石６ｂとでなる界磁６とを備えて構成されている。

なお、図１中で主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂに記載されている三角の印は、着磁方向を示しており、主磁極の永久磁石６ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石６ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂは、ハルバッハ配列で配置されており、界磁６の内周側では、軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように配置されている。

また、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１は、副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２よりも長くなっており、本実施の形態では、０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２が設定されている。主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を長くすればコア２Ａ，２Ｂとの間の主磁極の永久磁石６ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア２Ａ，２Ｂへ作用させる磁界を大きくできるので筒型リニアモータ１の推力を向上できる。

また、本発明の筒型リニアモータ１では、永久磁石６ａ，６ｂの外周にバックヨーク８を設けている。バックヨーク８を設けると副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２を短くしても磁気抵抗の低い磁路を確保できるため、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を長くする際の筒型リニアモータ１の推力を効果的に向上できる。より詳しくは、永久磁石６ａ，６ｂの外周にバックヨーク８を設けると、磁気抵抗の低い磁路を確保できるので副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２の短縮に起因する磁気抵抗の増大が抑制される。よって、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２よりも長くするとともに永久磁石６ａ，６ｂの外周に筒状のバックヨーク８を設けると筒型リニアモータ１の推力を大きく向上させ得る。バックヨーク８の肉厚は、主磁極の永久磁石６ａの外部磁気抵抗の増大を抑制に適する肉厚に設定されればよい。なお、バックヨーク８を設けると磁気抵抗の増大を抑制できるが、バックヨーク８の省略も可能である。

なお、副磁極の永久磁石６ｂは、主磁極の永久磁石６ａより高い保磁力を有する永久磁石とされている。永久磁石における残留磁束密度と保磁力は、互いに密接に関係しており、一般的に残留磁束密度を高めると保磁力は低くなり、保磁力を高めると残留磁束密度が低くなるという、互いに背反する関係にある。ハルバッハ配列では、副磁極の永久磁石６ｂには減磁方向に大きな磁界が印加されるため、副磁極の永久磁石６ｂの保磁力を高くして減磁を抑制し、大きな磁界をコア２Ａ，２Ｂに作用させ得るようにしている。対して、コア２Ａ，２Ｂに対して作用する磁界の強さは、主磁極の永久磁石６ａの磁力線数に左右される。そのため、主磁極の永久磁石６ａに高い残留磁束密度の永久磁石を使用して大きな磁界をコア２Ａ，２Ｂに作用させるようにしている。本実施の形態では、副磁極の永久磁石６ｂを主磁極の永久磁石６ａよりも保磁力を高くするのに際して、副磁極の永久磁石６ｂの材料を主磁極の永久磁石６ａの材料よりも保磁力が高い材料としている。よって、材料の選定によって、主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂの組合せを簡単に実現できる。なお、本実施の形態では、主磁極の永久磁石６ａは、ネオジム、鉄、ボロンを主成分とする残留磁束密度が高い材料で構成され、副磁極の永久磁石６ｂは、前記材料にジスプロシウムやテリビウム等の重希土類元素の添加量を増やした減磁しにくい磁石で構成されている。

また、界磁６の内周側には、電機子Ａが挿入されており、界磁６は、電機子Ａに磁界を作用させている。なお、界磁６は、電機子Ａの可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、電機子Ａの可動範囲に応じて永久磁石６ａ，６ｂの設置範囲を決定すればよい。したがって、アウターチューブ７とインナーチューブ９との環状隙間のうち、電機子Ａに対向し得ない範囲には、永久磁石６ａ，６ｂを設置しなくともよい。なお、バックヨーク８の長さは、永久磁石６ａ，６ｂを積層した長さと等しい長さとされており、永久磁石６ａ，６ｂがコア２Ａ，２Ｂのストローク範囲外に磁界を作用させて推力低下を招かないように配慮されている。

また、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１５によって閉塞されており、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の図１中右端は環状のヘッドキャップ１６によって閉塞されている。ヘッドキャップ１６は、内径がロッド１１の外径よりも大径であって、内周にダストシール１６ａを備えており、内周にロッド１１が挿通されている。そして、ダストシール１６ａは、ヘッドキャップ１６の内周に移動自在に挿入されるロッド１１の外周に摺接してロッド１１の外周をシールしている。よって、固定子Ｓ内は、密閉されている。

インナーチューブ９の内周には、ロッド１１とロッド１１の外周に装着された電機子Ａ、スライダ１２，１３およびスペーサ１４が軸方向へ移動可能に挿入されている。つまり、固定子Ｓ内に可動子Ｍが軸方向移動自在に挿入されている。

このように電機子Ａが界磁６内に挿入されると各コア２Ａ，２Ｂが界磁６における８つ磁極に対向するので、筒型リニアモータ１は、８極９スロットのリニアモータとされている。また、インナーチューブ９の内周面には、ウェアリング１２ａ，１３ａを装着したスライダ１２，１３が摺接しており、スライダ１２，１３によって電機子Ａはロッド１１とともに界磁６に対して偏心せずに軸方向へスムーズに移動できる。また、スライダ１２，１３がインナーチューブ９の内周に摺接してインナーチューブ９内をスライダ１３よりも図１中右方の伸側室Ｒ１とスライダ１２より図１中左方の縮側室Ｒ２とに区画している。このようにスライダ１２，１３によってインナーチューブ９内に区画された伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２は、ロッド１１の主軸２０に設けた通孔２０ａ、主軸２０内、孔２１ｃおよびセンサ収容部として機能する電機子保持軸２１内を通じて互いに連通されている。よって、本実施の形態では、通孔２０ａ、主軸２０内、孔２１ｃおよび電機子保持軸２１内で通気通路Ｐが構成されており、ロッド１１内に設けた通気通路Ｐを通じて伸側室Ｒ１の気体と縮側室Ｒ２の気体が行き来できる。

インナーチューブ９は、電機子Ａの外周と各永久磁石６ａ，６ｂの内周との間にギャップを形成するとともに、スライダ１２，１３と協働して電機子Ａの軸方向移動を案内する役割を果たしている。このように、界磁６に対して電機子Ａの偏心が防止されるので、電機子Ａの偏心による推力低下も阻止され、筒型リニアモータ１は安定して推力を発生できる。なお、スペーサ１４は、本実施の形態では、インナーチューブ９の内周に摺接してはいないが、ロッド１１に過大な径方向の外力が作用してロッド１１が撓んでもコア２Ａ，２Ｂに先立ってインナーチューブ９に当接する。よって、コア２Ａ，２Ｂのインナーチューブ９への干渉が阻止され、電機子Ａを保護できる。

なお、インナーチューブ９は、非磁性体で形成されればよいが、合成樹脂で形成されると筒型リニアモータ１の推力密度向上効果が高くなる。インナーチューブ９を非磁性体の金属で製造すると、電機子Ａが軸方向へ移動する際にインナーチューブ９の内部に渦電流が生じて、電機子Ａの移動を妨げる力が発生してしまう。これに対して、インナーチューブ９を合成樹脂とすれば渦電流が生じないので筒型リニアモータ１の推力をより効果的に向上できるとともに、筒型リニアモータ１の質量を低減できる。インナーチューブ９を合成樹脂とする場合、フッ素樹脂で製造すればスライダ１２，１３のウェアリング１２ａ，１３ａとの間の摩擦および摩耗を低減できる。また、インナーチューブ９を他の合成樹脂で形成してもよく、また、摩擦および摩耗を低減するべく他の合成樹脂で形成されたインナーチューブ９の内周をフッ素樹脂でコーティングしてもよい。

前述のように電機子Ａの両端に設けられたスライダ１２，１３をインナーチューブ９に摺接させているので、電機子Ａの界磁６に対する偏心の防止と電機子Ａの軸方向（推力方向）の円滑な移動が保証され、筒型リニアモータ１は、安定して推力を発生できる。また、筒型リニアモータ１は、界磁６の内周に非磁性体のインナーチューブ９を備えているので、筒型リニアモータ１の界磁６内に電機子Ａを挿入する際に電機子Ａが永久磁石６ａ，６ｂに吸引されて貼り付いてしまうのを防止できる。よって、インナーチューブ９を設けると、電機子Ａが永久磁石６ａ，６ｂに吸引されて貼り付いてしまって筒型リニアモータ１の組立が不能となってしまう事態が回避され、筒型リニアモータ１の組立作業も容易となる。

本実施の形態では、スライダ１２，１３をインナーチューブ９に摺接させて電機子Ａの界磁６に対する偏心の防止と移動を案内しているが、スペーサ１４をインナーチューブ９に摺接させて、スライダ１２，１３と共に電機子Ａの偏心と移動を案内してもよい。また、ヘッドキャップ１６の内周にロッド１１の外周に摺接する筒状の軸受を設けて、スライダ１２，１３と共に電機子Ａの偏心の防止と移動を案内してもよい。

なお、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の軸方向長さは、電機子Ａの軸方向長さよりも長く、電機子Ａは、界磁６内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。

また、キャップ１５には、巻線５に接続されるコードＣを外部の図示しない電源に接続するカプラ１５ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。具体的には、巻線５は、前述のようにＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされて前述の如くコア２Ａ，２Ｂのスロット４に装着されているので、コードＣと各相の巻線５とが図示しない引出線を介して接続される。

同一のコア２Ａ，２Ｂに設けられたスロット４に装着される同相の巻線５同士は図示しない渡り線によって各相毎に直列に接続されており、コア２Ａの各相の渡り線とコア２Ｂの各相の渡り線は、電機子Ａの図１中右端側でそれぞれ結線されている。このように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線５は、Ｙ結線されており、結線箇所が中立点とされている。つまり、コア２Ａの同相の巻線５同士は図示しない渡り線によって各相毎に直列に接続され、コア２Ｂの同相の巻線５同士は図示しない渡り線によって各相毎に直列に接続され、コア２Ａとコア２Ｂの巻線５は、外部電源に対して並列に接続されている。このようにコア２Ａの巻線５とコア２Ｂの巻線５は、外部電源に対して並列接続されているので、各コア２Ａ，２Ｂの巻線５に効率よく電圧を印加でき大きな電流を供給でき、筒型リニアモータ１の推力を向上できる。なお、コア２Ａ，２Ｂの各相も巻線を同相で直列に接続するようにしてもよい。

そして、たとえば、巻線５の界磁６に対する電気角をストロークセンサ３０でセンシングし、前記電気角に基づいて通電位相切換を行うとともにＰＷＭ制御により、各巻線５の電流量を制御すれば、筒型リニアモータ１における推力と電機子Ａの移動方向とを制御できる。なお、前述の制御方法は、一例でありこれに限られない。また、電機子Ａと界磁６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線５への通電、あるいは、巻線５に発生する誘導起電力によって、前記相対変位を抑制する推力を発生させて筒型リニアモータ１に前記外力による機器の振動や運動をダンピングさせ得るし、外力から電力を生むエネルギ回生も可能である。

以上のように、本発明の筒型リニアモータ１は、筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と界磁６の内周に配置される非磁性体のインナーチューブ９とを有する固定子Ｓと、インナーチューブ９内に移動自在に挿入されるロッド１１とロッド１１に装着される電機子Ａとロッド１１に設けられてインナーチューブ９の内周に摺接してインナーチューブ９内を伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とに区画するとともに電機子Ａの界磁６に対する移動を案内するスライダ１２，１３とを有する可動子Ｍとを備え、ロッド１１内を通じて伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とを連通する通気通路Ｐを設けている。

筒型リニアモータ１の各相の巻線５に適宜通電して可動子Ｍを固定子Ｓに対して軸方向に駆動すると、インナーチューブ９内にスライダ１２，１３で区画された伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の一方が圧縮されるとともに伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の他方が拡大される。ここで、伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とが通気通路Ｐによって連通されていない場合、インナーチューブ９にスライダ１２，１３が摺接するために伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２との連通が絶たれてしまう。伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２との連通が絶たれると、筒型リニアモータ１の伸長作動時には伸側室Ｒ１の圧力が上昇するとともに縮側室Ｒ２の圧力が減少して可動子Ｍの移動が妨げられ、収縮作動時には縮側室Ｒ２の圧力が上昇するとともに伸側室Ｒ１の圧力が減少して可動子Ｍの移動が妨げられる。つまり、インナーチューブ９にロッド１１に設けたスライダ１２，１３を摺接させる場合、通気通路Ｐがないと、筒型リニアモータの円滑な伸縮が妨げられる。

これに対して、本発明の筒型リニアモータ１では、伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とが通気通路Ｐを介して連通されているので、インナーチューブ９内の気体は伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とを自由に行き来できる。可動子Ｍが固定子Ｓに対して軸方向に駆動しても、伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とが連通されているので、伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の圧力は等しくなり、可動子Ｍの移動が妨げられない。

このように固定子Ｓにインナーチューブ９を設けてスライダ１２，１３を摺接させて可動子Ｍの移動を案内させて電機子Ａの界磁６に対する偏心を抑制するようにしても、伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２とが互いに連通されるので、可動子Ｍの移動が妨げられないのである。

よって、本発明の筒型リニアモータ１によれば、界磁６に対する電機子Ａの偏心を防止できるので推力低下を抑制できるとともに、インナーチューブ９内にスライダ１２，１３で区画された伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の圧力変動によって可動子Ｍの移動が妨げられる心配もないので安定した推力を発生できる。

また、この筒型リニアモータ１では、界磁６が永久磁石６ａ，６ｂの内周に設けた非磁性体のインナーチューブ９を備えているので、筒型リニアモータ１の界磁６内に電機子Ａを挿入する際に電機子Ａが永久磁石６ａ，６ｂに吸引されて貼り付いてしまうのを防止できる。よって、インナーチューブ９を設けると、電機子Ａが永久磁石６ａ，６ｂに吸引されて貼り付いてしまって筒型リニアモータ１の組立が不能となってしまう事態が回避され、筒型リニアモータ１の組立作業も容易となる。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子Ａの軸方向の両側にそれぞれスライダ１２，１３を備えているので、ロッド１１の撓みも抑制できるから電機子Ａの界磁６に対する偏心を効果的に抑制できる。スライダ１２，１３は、電機子Ａと隣接させるとより偏心抑制効果が高くなる。なお、スライダ１２或いはスライダ１３の一方を省略して、ヘッドキャップ１６にロッド１１の外周に摺接する軸受を設けて前記偏心を防止してもよい。

また、図２に示した第一変形例の筒型リニアモータ１Ａのように、ロッド１１の先端から開口して縮側室Ｒ２に連通する通路２５と、スライダ１３に設けられて通路２５を伸側室Ｒ１に連通する通路２６とで通気通路Ｐ１を設けてもよい。このようにすると、通気通路Ｐ１の伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２に臨む開口は共にスライダ１２，１３に設けられる。ロッド１１の側部に通孔２０ａ（図１参照）を設ける場合、ヘッドキャップ１６に設けたダストシール１６ａを保護するために、ダストシール１６ａに前記通孔２０ａが干渉しないようにロッド１１のストロークを規制する必要がある。これに対して、通気通路Ｐ１の伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２に臨む開口はともにスライダ１２，１３に設けられる場合には、このようなロッド１１のストローク規制が不要となるので、ストローク長確保の点で有利となる。なお、この図２に示した第一変形例の筒型リニアモータ１Ａでは、ロッド１１が分割構成ではなく先端に設けられる小径部１１ａの外周に電機子Ａ、スライダ１２，１３およびスペーサ１４が装着されてナットＮによって固定されている。このようにロッド１１の構成およびスライダ１２，１３のロッド１１への取付け態様は任意に設計変更できる。

また、本実施の形態における筒型リニアモータ１では、ロッド１１が先端から開口するセンサ収容部を有し、センサ収容部内に収容されて界磁６に対する電機子Ａの位置をセンシングするストロークセンサ３０を備え、センサ収容部で通気通路Ｐの一部を形成している。このようにすると、センサ収容部を利用して通気通路Ｐを形成できるとともにストロークセンサ３０の設置も可能となる。

なお、図３に示す第二変形例の筒型リニアモータ１Ｂのように、キャップ１５に固定子Ｓ内を筒型リニアモータ１外へ連通する通気口１５ｂを設けて、縮側室Ｒ２を固定子Ｓの外方へ連通してもよい。この場合は、固定子Ｓ内は、大気開放されるので、固定子Ｓ内にロッド１１が出入りしても伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の圧力は大気圧となり、可動子Ｍの移動を妨げる力を限りなく０にでき、より円滑に可動子Ｍを駆動できるようになる。また、筒型リニアモータ１の伸縮によって外気が固定子Ｓ内に導入されるので、巻線５への通電による熱を逃がして固定子Ｓ内の温度上昇を抑制しうる。なお、通気口は、キャップ１５の通気口１５ｂに代えて、或いは、追加してヘッドキャップ１６に設けられてもよいし、ロッド１１の固定子Ｓ外に臨む箇所から開口してロッド１１内を通じて伸側室Ｒ１と縮側室Ｒ２の一方または両方に連通するように設けられてもよい。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子Ａの軸方向の両側にスライダ１２，１３を設ける他、コア２Ａ，２Ｂ間にスペーサ１４を設けている。このように電機子Ａが複数のコア２Ａ，２Ｂを備えている場合には、コア２Ａ，２Ｂ間にスペーサ１４を設けるようにすると、ロッド１１に過大な径方向の外力が作用してロッド１１が撓んでもコア２Ａ，２Ｂに先立ってインナーチューブ９に当接する。よって、このように構成された筒型リニアモータ１によれば、コア２Ａ，２Ｂのインナーチューブ９への干渉が阻止されて電機子Ａを保護できる。

なお、発明者らの研究によって、末端ティース３ａおよび中間ティース３ｂの断面における側面と直交面とでなす内角θが６度から１２度の範囲にあると、良好な質量推力密度が得られることが分かった。以上より、末端ティース３ａおよび中間ティース３ｂの断面を台形状とする場合、前記内角θを６度から１２度の範囲の角度とすると、筒型リニアモータ１の質量当たりの推力が大きくなるので小型で大きな推力が得られる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

１，１Ａ，１Ｂ・・・筒型リニアモータ、２Ａ，２Ｂ・・・コア、６・・・界磁、９・・・インナーチューブ、１１・・・ロッド、１２，１３・・・スライダ、３０・・・ストロークセンサ、Ａ・・・電機子、Ｍ・・・可動子、Ｐ，Ｐ１・・・通気通路、Ｓ・・・固定子、Ｒ１・・・伸側室、Ｒ２・・・縮側室

Claims (3)

1. 筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と、前記界磁の内周に配置される非磁性体のインナーチューブとを有する固定子と
   前記インナーチューブ内に移動自在に挿入されるロッドと、前記ロッドに装着される電機子と、前記ロッドに設けられて前記インナーチューブの内周に摺接して前記インナーチューブ内を伸側室と縮側室とに区画するとともに前記電機子の前記界磁に対する移動を案内するスライダとを有する可動子とを備え、
   前記ロッド内を通じて前記伸側室と前記縮側室とを連通する通気通路を設けた
   ことを特徴とする筒型リニアモータ。
2. 前記ロッドは、先端から開口する中空のセンサ収容部を有し、
   前記センサ収容部内に収容されて前記界磁に対する前記電機子の位置をセンシングするストロークセンサを備え、
   前記センサ収容部で前記通気通路の一部を形成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。
3. 前記伸側室と前記縮側室の一方または両方は、固定子の外方へ連通されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の筒型リニアモータ。

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