JP2019187216A - 筒型リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】固定子の全長が製品毎にばらつかない筒型リニアモータの提供である。【解決手段】筒型リニアモータ１は、筒状の固定子Ｓと、筒状のコア３とコア３の外周に設けられたスロット４に装着される巻線５とを有して固定子Ｓの内周に軸方向移動可能に挿入される電機子２とを備え、固定子Ｓがアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に収容されるとともに軸方向に積層される複数の永久磁石１０ａ，１０ｂを有して軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、アウターチューブ７に取付けられて界磁６の軸方向の一端に当接するストッパ２０と、アウターチューブ７に螺着されて界磁６の軸方向の他端に当接するリテーナ２１，３１と、アウターチューブ７に連結されて固定子Ｓの全長を決するヘッドキャップ１５，３２とを備えている。【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、可動軸に固定される複数の環状の永久磁石を軸方向に積層してなる界磁と、内周側に界磁が軸方向移動自在に挿入される筒状の電機子とを備えるものがある。

このように構成された筒型リニアモータでは、電機子のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線へ適宜通電すると、電機子に永久磁石が吸引されて可動軸が軸方向へ駆動される。

このような筒型リニアモータでは、可動軸は、界磁内に挿入される第一軸と、この軸の両端にそれぞれ螺合される一対の第二軸とを備えており、界磁を第二軸で軸方向の両側から挟み込んで界磁を保持している（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８８４１８号公報

このように従来の筒型リニアモータでは、界磁を挟持する必要があるので、界磁の寸法誤差によって、可動軸の全体の長さが製品毎に異なってしまう。界磁は、複数の永久磁石を積層して構成されるが、永久磁石の一つ一つについて寸法誤差がある。そのため、誤差がプラスの永久磁石のみで構成される場合と、誤差がマイナスの永久磁石のみで構成される場合とで、界磁の長さが大きく異なってしまい、可動軸の長さも同様に大きく異なってしまう場合がある。

前述した筒型リニアモータでは、界磁を可動子としているので可動子長が製品毎に変動するが、界磁を固定子としても界磁を挟持する構造を採用するのであれば同様に固定子長が製品毎に変動してしまう。

そこで、本発明は、固定子の全長が製品毎にばらつかない筒型リニアモータの提供を目的としている。

上記の目的を達成するため、筒型リニアモータは、筒状の固定子と、筒状のコアとコアの外周に設けられたスロットに装着される巻線とを有して固定子の内周に軸方向移動可能に挿入される電機子とを備え、固定子がアウターチューブと、アウターチューブ内に収容されるとともに軸方向に積層される複数の永久磁石を有して軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と、アウターチューブに取付けられて界磁６の軸方向の一端に当接するストッパと、アウターチューブに螺着されて界磁６の軸方向の他端に当接するリテーナと、アウターチューブに連結されて固定子Ｓの全長を決するヘッドキャップとを備えている。

このように構成された筒型リニアモータでは、界磁がアウターチューブに取付けられるストッパとリテーナとによって挟持されるが、リテーナの軸方向位置によらず固定子Ｓの全長を決するのはヘッドキャップの軸方向位置となるので、固定子の全長に界磁の長さが影響するのを排除できる。

また、筒型リニアモータは、固定子が界磁の軸方向長さよりも長く界磁の内周と電機子の外周との間に挿入されて電機子の軸方向の移動を案内するインナーチューブを有し、リテーナがアウターチューブの外周に螺着される筒部と筒部から内周側に突出して界磁に当接するフランジ部とを有し、ヘッドキャップがリテーナの筒部の外周に螺着されてストッパとともにインナーチューブを挟持していてもよい。このように構成された筒型リニアモータでは、電機子の移動を案内するインナーチューブを利用してヘッドキャップの固定子に対する軸方向位置を一定にできるので、ヘッドキャップの固定位置の調節作業が不要となる。また、リテーナおよびヘッドキャップは、アウターチューブへの組付の際に、外周から回動操作が可能であるから組付作業も容易である。

さらに、筒型リニアモータは、固定子が界磁の軸方向長さよりも長く界磁の内周と電機子の外周との間に挿入されて電機子の軸方向の移動を案内するインナーチューブを有し、ヘッドキャップがアウターチューブの内周に設けた螺子部に螺着されてストッパとともにインナーチューブを挟持し、リテーナがアウターチューブの内周の螺子部に螺着されていてもよい。このように構成された筒型リニアモータでは、電機子の移動を案内するインナーチューブを利用してヘッドキャップの固定子に対する軸方向位置を一定にできるので、ヘッドキャップの固定位置の調節作業が不要となる。また、リテーナおよびヘッドキャップは、アウターチューブの内周の螺子部に螺着されるので、固定子の外径を小型化できる。

本発明の筒型リニアモータによれば、製品毎の固定子の全長のばらつきをなくせる。

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。 主磁極の永久磁石の軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石の軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータの推力との関係を示した図である。

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、筒状の固定子Ｓと、固定子Ｓ内に軸方向移動可能に挿入される電機子２とを備えて構成されている。

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。電機子２は、コア３と巻線５とを備えて構成されている。コア３は、円筒状のヨーク３ａと、環状であってヨーク３ａの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース３ｂとを備えて構成されて可動子とされている。

本実施の形態では、図１に示すように、ヨーク３ａの外周に１０個のティース３ｂが、軸方向に等間隔に並べて設けられており、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、各ティース３ｂは、環状であって、コア３の両端に配置されたティース３ｂを除いて、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。なお、発明者らの研究によって、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。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータ１の最大推力を質量で割った数値であり、質量推力密度が良化すれば、筒型リニアモータ１の質量当たりの推力が大きくなる。よって、ティース３ｂの断面における側面における直交面とでなす内角θが６度から１２度の範囲にある筒型リニアモータ１では、大きな推力が得られる。

なお、末端のティース３ｂは、図１に示すように、末端のティース３ｂ以外の他のティース３ｂをコア３の軸線に直交する面で半分に切り落とした断面形状とされている。このように、各ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされている。

また、本実施の形態では、図１中で隣り合うティース３ｂ，３ｂ同士の間には、空隙でなるスロット４が合計で９個設けられている。そして、このスロット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。９個のスロット４には、図１中左側から順に、Ｗ相とＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相とＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相と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電機子２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、電機子２は、その図１中で左端と右端とがロッド１１に固定される環状のスライダ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。

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内に挿入されてアウターチューブ７との間に環状隙間を形成する円筒状の非磁性体のインナーチューブ９と、アウターチューブ７とインナーチューブ９との間の環状隙間に収容される界磁６と、アウターチューブ７の左端に設けたストッパ２０と、アウターチューブ７に螺着されるリテーナ２１と、アウターチューブ７に連結されるヘッドキャップ１５とを備えている。

また、界磁６は、軸方向に交互に積層されてアウターチューブ７とインナーチューブ９との間の環状隙間に挿入される複数の環状の主磁極の永久磁石１０ａと環状の副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石１０ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａの軸方向長さＬ１は、副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が設定されている。主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くすればコア３との間の主磁極の永久磁石１０ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア３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。

なお、副磁極の永久磁石１０ｂは、主磁極の永久磁石１０ａ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１０ｂ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１０ｂの保磁力を高くして減磁を抑制し、大きな磁界をコア３に作用させ得るようにしている。対して、コア３に対して作用する磁界の強さは、主磁極の永久磁石１０ａの磁力線数に左右される。そのため、主磁極の永久磁石１０ａ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３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１０ｂを主磁極の永久磁石１０ａよりも保磁力を高くするのに際して、副磁極の永久磁石１０ｂの材料を主磁極の永久磁石１０ａ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１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａ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１０ｂ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。

アウターチューブ７は、界磁６より軸方向長さが短く、筒型リニアモータ１の外殻として機能しており、図１中左端に内周側に突出するストッパ２０を備えており、左端に取付けられたボトムキャップ１４によって左端が閉塞されている。なお、ボトムキャップ１４は、図１に示すように、箱状の本体１４ａと、本体１４ａの右端から軸方向へ突出してアウターチューブ７の内周側に挿入されるソケット１４ｂを備えており、ソケット１４ｂはインナーチューブ９の左端に嵌合される。よって、ボトムキャップ１４をアウターチューブ７の下端に取付けると、ボトムキャップ１４の本体１４ａの肩がアウターチューブ７およびインナーチューブ９の左端に突き当たる。よって、ボトムキャップ１４をストッパ２０として機能させれば、ストッパ２０を省略できる。

そして、アウターチューブ７の内周にアウターチューブ７の図１中で右方から界磁６がインナーチューブ９とともに挿入される。界磁６およびインナーチューブ９は、このように、アウターチューブ７内に挿入されると軸方向の一端である左端がストッパ２０に当接して、それ以上アウターチューブ７に対して相対的に左方への移動が規制される。なお、インナーチューブ９の軸方向長さは、界磁６およびアウターチューブ７の軸方向長さより長い。よって、図１に示すように、アウターチューブ７の右端から界磁６の右端が右方へ突出し、さらに界磁６の右端からインナーチューブ９の右端が右方へ突出している。

また、アウターチューブ７の図１中右端の外周には、螺子部７ａが設けられており、リテーナ２１が螺着されている。リテーナ２１は、内周に螺子部７ａに螺着される螺子部２１ｂと外周に螺子部２１ｃを備えた筒部２１ａと、筒部２１ａの図１中右端内周から内方へ突出する環状のフランジ部２１ｄとを備えている。フランジ部２１ｄの内径は、界磁６の内径よりも大径であって外径よりも小径となっている。そして、アウターチューブ７の外周の螺子部７ａにリテーナ２１の筒部２１ａを螺着して、フランジ部２１ｄを界磁６の軸方向の他端である図１中右端に当接させると、界磁６がストッパ２０とリテーナ２１とで挟持されてアウターチューブ７に固定される。

ヘッドキャップ１５は、キャップ状であって頂部にロッド１１の挿通を許容する孔１５ａと、内周にリテーナ２１の外周の螺子部２１ｃに螺合する螺子部１５ｂを備えている。孔１５ａの内径は、ロッド１１の外径よりも大径であるがインナーチューブ９の内径よりも小径となっている。また、ヘッドキャップ１５は、孔１５ａの内周にロッド１１の外周に摺接するダストシール１５ｃを備えており、ロッド１１の外周をシールして固定子Ｓ内を封止している。

そして、リテーナ２１の筒部２１ａの外周に設けられた螺子部２１ｃにヘッドキャップ１５の螺子部１５ｂを螺着して、ヘッドキャップ１５の頂部をインナーチューブ９の図１中右端に当接させると、インナーチューブ９がストッパ２０とヘッドキャップ１５とで挟持されてアウターチューブ７に固定される。ヘッドキャップ１５は、本実施の形態では、リテーナ２１を介してアウターチューブ７に連結されている。ヘッドキャップ１５は、アウターチューブ７に直接的ではなく他部品を介して間接的に連結されてもよい。

このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、ヘッドキャップ１５とストッパ２０とでインナーチューブ９を挟持しているのでヘッドキャップ１５の軸方向位置は、インナーチューブ９の長さによって決まり、ヘッドキャップ１５は筒型リニアモータ１の固定子Ｓの全長を決している。よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、固定子Ｓの全長が界磁６の長さの影響を受けない。つまり、界磁６は、アウターチューブ７に取付けられるストッパ２０とリテーナ２１とによって挟持されるが、リテーナ２１の軸方向位置によらず固定子Ｓの全長を決するのはヘッドキャップ１５の軸方向位置となるので、固定子Ｓの全長に界磁６の長さが影響するのを排除できる。

なお、本実施の形態では、インナーチューブ９を設けており、インナーチューブ９の長さによってヘッドキャップ１５の固定位置が変化するようになっているが、インナーチューブ９を廃止する場合、リテーナ２１に対してヘッドキャップ１５の相対位置を調節すれば、固定子Ｓの全長を一定にできる。その場合、リテーナ２１の螺子部２１ｃに図示しないナットを螺着してダブルナットの要領でヘッドキャップ１５をリテーナ２１に弛み止めしつつ固定すればよい。

また、図２に示した一実施の形態の第一変形例の筒型リニアモータ３０のように、アウターチューブ７の右端の外周ではなく内周に螺子部７ｂを設けておき、リテーナ３１を外周に螺子部を持つ外周ナットとして、界磁６をリテーナ３１とストッパ２０とで挟持し、螺子部７ｂにヘッドキャップ３２を螺着するようにしてもよい。ヘッドキャップ３２は、キャップ状であって頂部にロッド１１の挿通を許容する孔３２ａを備える他、左端にアウターチューブ７内に挿入されて螺子部７ｂに螺合する筒状の螺子部３２ｂを備えている。孔３２ａの内径は、ロッド１１の外径よりも大径であるがインナーチューブ９の内径よりも小径となっている。また、ヘッドキャップ３２は、孔３２ａの内周にロッド１１の外周に摺接するダストシール３２ｃを備えており、ロッド１１の外周をシールして固定子Ｓ内を封止している。

なお、界磁６の軸方向長さは、アウターチューブ７の軸方向長さよりも短く、インナーチューブ９の軸方向長さは、界磁６の軸方向長さより長い。図２に示すように、本実施の形態では、界磁６およびインナーチューブ９はアウターチューブ７内に完全に収容されている。

そして、ヘッドキャップ３２をリテーナ３１が螺着される螺子部７ｂに螺着して、ヘッドキャップ３２の頂部をインナーチューブ９の図２中右端に当接させると、インナーチューブ９がストッパ２０とヘッドキャップ３２とで挟持されてアウターチューブ７に固定される。このように、第一変形例の筒型リニアモータ３０では、ヘッドキャップ３２とストッパ２０とでインナーチューブ９を挟持しているのでヘッドキャップ３２の軸方向位置は、インナーチューブ９の長さによって決まる。

よって、本実施の形態の筒型リニアモータ３０では、界磁６がアウターチューブ７に取付けられるストッパ２０とリテーナ３１とによって挟持されるが、リテーナ３１の軸方向位置によらず固定子Ｓの全長を決するのはヘッドキャップ３２の軸方向位置となるので、固定子Ｓの全長に界磁６の長さが影響するのを排除できる。このように、固定子Ｓの全長は、インナーチューブ９を基準として決定され、界磁６の長さの影響を受けない。インナーチューブ９にヘッドキャップ３２を突き当てられるようになっていればよいので、インナーチューブ９の右端がアウターチューブ７の右端から外方へ突出するようになっていてもよい。

なお、この第一変形例の筒型リニアモータ３０においても、インナーチューブ９を設けており、インナーチューブ９の長さによってヘッドキャップ３２の固定位置が変化するようになっているが、インナーチューブ９を廃止する場合、ヘッドキャップ３２の外周であって螺子部３２ｂより図２中左方側に段部を設けてアウターチューブ７の左端に段部を突き当ててヘッドキャップ３２の軸方向位置を位置決めしてもよい。この場合、ヘッドキャップ３２の軸方向位置はアウターチューブ７を基準として決定され、界磁６の長さの影響を受けないので、固定子Ｓの全長に界磁６の長さが影響するのを排除できる。

また、界磁６の内周側には、コア３が挿入されており、界磁６は、コア３に磁界を作用させている。なお、界磁６は、コア３の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア３の可動範囲に応じて永久磁石１０ａ，１０ｂ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、コア３に対向し得ない範囲には、永久磁石１０ａ，１０ｂを設置しなくともよい。

また、インナーチューブ９の内周には、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２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。インナーチューブ９は、コア３の外周と各永久磁石１０ａ，１０ｂの内周との間のギャップを形成するとともに、スライダ１２，１３と協働してコア３の軸方向移動を案内する役割を果たしている。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２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２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。なお、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。

さらに、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２を挿入する際に電機子２が永久磁石１０ａ，１０ｂ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２が永久磁石１０ａ，１０ｂ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。

なお、ボトムキャップ１４には、巻線５に接続されるケーブルＣを外部の図示しない電源に接続するコネクタ１４ｃ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。また、アウターチューブ７およびインナーチューブ９の軸方向長さは、コア３の軸方向長さよりも長く、コア３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。

そして、たとえば、巻線５の界磁６に対する電気角をセンシングし、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２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。このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子２が可動子であり、界磁６は固定子として振る舞う。また、電機子２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。

そして、筒型リニアモータ１は、筒状の固定子Ｓと、筒状のコア３とコア３の外周に設けられたスロット４に装着される巻線５とを有して固定子Ｓの内周に軸方向移動可能に挿入される電機子２とを備え、固定子Ｓがアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に収容されるとともに軸方向に積層される複数の永久磁石１０ａ，１０ｂを有して軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、アウターチューブ７に取付けられて界磁６の軸方向の一端に当接するストッパ２０と、アウターチューブ７に螺着されて界磁６の軸方向の他端に当接するリテーナ２１，３１と、アウターチューブ７に連結されて固定子Ｓの全長を決するヘッドキャップ１５，３２とを備えている。

このように構成された筒型リニアモータ１，３０では、界磁６がアウターチューブ７に取付けられるストッパ２０とリテーナ２１，３１とによって挟持されるが、リテーナ２１，３１の軸方向位置によらず固定子Ｓの全長を決するのはヘッドキャップ１５，３２の軸方向位置となるので、固定子Ｓの全長に界磁６の長さが影響するのを排除できる。以上より、本発明の筒型リニアモータ１，３０によれば、固定子Ｓの全長が製品毎にばらつかずに済むのである。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、固定子Ｓが界磁６の内周と電機子２の外周との間に挿入されて電機子２の軸方向の移動を案内するインナーチューブ９を有し、リテーナ２１がアウターチューブ７の外周に螺着される筒部２１ａと筒部２１ａから内周側に突出して界磁６に当接するフランジ部２１ｄとを有し、ヘッドキャップ１５がリテーナ２１の筒部２１ａの外周に螺着されてストッパ２０とともにインナーチューブ９を挟持している。このように構成された筒型リニアモータ１では、電機子２の移動を案内するインナーチューブ９を利用してヘッドキャップ１５の固定子Ｓに対する軸方向位置を一定にできるので、ヘッドキャップ１５の固定位置の調節作業が不要となる。また、リテーナ２１およびヘッドキャップ１５は、アウターチューブ７への組付の際に、外周から回動操作が可能であるから組付作業も容易である。

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ３０では、固定子Ｓが界磁６の内周と電機子２の外周との間に挿入されて電機子２の軸方向の移動を案内するインナーチューブ９を有し、ヘッドキャップ３２がアウターチューブ７の内周に設けた螺子部７ｂに螺着されてストッパ２０とともにインナーチューブ９を挟持し、リテーナ３１がアウターチューブ７の内周の螺子部７ｂに螺着されている。このように構成された筒型リニアモータ３０では、電機子２の移動を案内するインナーチューブ９を利用してヘッドキャップ３２の固定子Ｓに対する軸方向位置を一定にできるので、ヘッドキャップ３２の固定位置の調節作業が不要となる。また、リテーナ３１およびヘッドキャップ３２は、アウターチューブ７の内周の螺子部７ｂに螺着されるので、固定子Ｓの外径を小型化できる。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、界磁６がハルバッハ配列にて軸方向に交互に並べられる径方向に着磁された主磁極の永久磁石１０ａと軸方向に着磁された副磁極の永久磁石１０ｂとを有し、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１は副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長い。

このように筒型リニアモータ１が構成されると、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くして、主磁極の永久磁石１０ａとコア３との間の磁気抵抗を小さくでき推力を向上できる。

なお、副磁極の永久磁石１０ｂが主磁極の永久磁石１０ａよりも高い保磁力を有していれば、大きな磁界が印加される副磁極の永久磁石１０ｂの減磁を抑制しつつも主磁極の永久磁石１０ａに高い残留磁束密度の永久磁石を利用できる。

また、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長くすれば、界磁６はコア３に大きな磁界を作用させ得るが、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２に最適な関係がある。図３に主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータ１の推力との関係を示す。発明者らは、鋭意研究した結果、図３に示すように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９５％以上の推力を確保できることを知見した。

よって、筒型リニアモータ１における主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定すれば、推力を一層向上できる。さらに、図３から理解できるように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９８％以上の推力を確保できる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。

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１にあっては、ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされているので、ティース３ｂの断面形状を矩形とする場合に比較して、内周端における磁路断面積が広くなる。よって、このように構成された筒型リニアモータ１では、大きな磁路断面積を確保しやすくなり、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制でき、より大きな磁場を発生できるからより大きな推力を発生できる。なお、推力の向上のためには、ティース３ｂの断面形状を台形とするとよいが、断面形状を矩形としてもよいし、他の形状としてもよい。

なお、発明者らの研究によって、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。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータ１の最大推力を質量で割った数値であり、質量推力密度が良化すれば、筒型リニアモータ１の質量当たりの推力が大きくなる。よって、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度の範囲にある筒型リニアモータ１では、大きな質量推力密度が得られる。

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。

１，３０・・・筒型リニアモータ、２・・・電機子、３・・・コア、４・・・スロット、５・・・巻線、６・・・界磁、７・・・アウターチューブ、７ｂ・・・螺子部、９・・・インナーチューブ、１０ａ，１０ｂ・・・永久磁石、１５，３２・・・ヘッドキャップ、２０・・・ストッパ、２１，３１・・・リテーナ、２１ａ・・・筒部、２１ｄ・・・フランジ部、Ｓ・・・固定子

Claims (3)

1. 筒状の固定子と、
   筒状のコアと前記コアの外周に設けられたスロットに装着される巻線とを有して、前記固定子の内周に軸方向移動可能に挿入される電機子とを備え、
   前記固定子は、
   アウターチューブと、
   前記アウターチューブ内に収容されるとともに軸方向に積層される複数の永久磁石を有して軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁と、
   前記アウターチューブに取付けられて前記界磁の軸方向の一端に当接するストッパと、
   前記アウターチューブに螺着されて前記界磁の軸方向の他端に当接するリテーナと、
   前記アウターチューブに連結されて前記固定子の全長を決するヘッドキャップとを備えた
   ことを特徴とする筒型リニアモータ。
2. 前記固定子は、軸方向長さが前記界磁の軸方向長さよりも長く、前記界磁の内周と前記電機子の外周との間に挿入されて前記電機子の軸方向の移動を案内するインナーチューブを有し、
   前記リテーナは、前記アウターチューブの外周に螺着される筒部と、前記筒部から内周側に突出して前記界磁に当接するフランジ部とを有し、
   前記ヘッドキャップは、前記リテーナの前記筒部の外周に螺着されて、前記ストッパとともに前記インナーチューブを挟持している
   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. 前記固定子は、軸方向長さが前記界磁の軸方向長さよりも長く、前記界磁の内周と前記電機子の外周との間に挿入されて前記電機子の軸方向の移動を案内するインナーチューブを有し、
   前記ヘッドキャップは、前記アウターチューブの内周に設けた螺子部に螺着されて前記ストッパとともに前記インナーチューブを挟持し、
   前記リテーナは、前記アウターチューブの内周の前記螺子部に螺着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。

Images