JP3368968B2 - リニア同期モータ駆動式電気転てつ機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般の鉄道の分岐装
置に使用される転てつ機、特に分岐装置のトングレール
を駆動するための直線運動を直接発生することのできる
リニア同期モータを採用したリニア同期モータ駆動式電
気転てつ機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はリニア同期モータ駆動式電気転て
つ機が使用された分岐装置の平面図である。分岐装置
は、基本レール11, 12からなる基本レール１に対して可
動のドングレール21, 22からなるトングレール２が配置
されていて、このトングレール２はリニア同期モータ30
によってシャフト63を介して駆動される連結棒４によっ
て図の上下方向に移動可能になっている。この図では上
のトングレール21が基本レール12に接し、下のトングレ
ール22は基本レール11から離れているので、図の左側か
ら基本レール１の上を進入してきた車両は、図の上側の
車輪が基本レール12からトングレール21に移り図の下の
車輪は基本レール12の上をそのまま通過することになる
ので、結果的に車両は図の下側に分岐することになる。
一方、リニア同期モータ30によってトングレール２が下
方に移動して、トングレール22が基本レール11に接触し
トングレール21が基本レール12から離れた状態になる
と、図の左側から進入して来た車両は基本レール11とト
ングレール22とに乗って図の上に向かって分岐する。

【０００３】図５は図４とは別のリニア同期モータ駆動
式電気転てつ機が使用された分岐装置の平面図であり、
図４と異なる点はリニア同期モータ30をトングレール21
と22との間に設け、シャフト63の移動方向を図の左右方
向にしたものである。シャフト63の移動方向がトングレ
ール21, 22の移動方向に対して90°の角度になっている
ので、符号を付さない固定軸を中心に回転運動をするく
の字状のリンク腕42によって移動方向を90°変化させて
連結棒41と接続する構造が採用されている。リニア同期
モータ30の位置を図４の位置にするとリニア同期モータ
30が他の構造物の邪魔になるような場合には図５の位置
の採用が必須となる。そのようなことがない場合には、
図４の方が構成が単純であるという利点がある。

【０００４】図６はリニア同期モータ30の断面図、図７
はそのA-A 断面図であり、図６は図７のB-B 断面図でも
ある。これらの図において、リニア同期モータ30は固定
部５と可動部６とからなっていて、固定部５は継鉄を兼
ねるケース51、ケース51の上下内壁面に図の左右方向に
並べて取付けられた複数個の突極形の鉄心52及びこの鉄
心52のそれぞれに巻装された巻線53からなっている。可
動部６は継鉄61とその両側に取付けられた複数の永久磁
石62及び可動部６の図の左右方向の移動を外部に伝達す
るシャフト63からなっており、継鉄61は永久磁石62を支
持固定する機能も兼用しておりシャフト63はケース51に
設けられた貫通孔55を貫通して外部に引き出されてい
る。

【０００５】固定部５は三相交流電源で励磁されるので
鉄心52と巻線53とは３個が１組になって１つの極を形成
する。可動部６の永久磁石62は界磁極であり、２個が１
組になって互いに反対方向の磁束を発生する。したがっ
て、図６の左右方向の鉄心52の３つの寸法と永久磁石62
の２つの寸法とが一致しておりそれぞれの寸法が極間距
離である。周知のように、リニア同期モータは同期電動
機と同じ原理のものであるから、巻線53に３相交流電流
を流すと図６の左右の方向に移動する移動磁界が発生
し、この移動磁界と界磁極である永久磁石62との間に磁
気力が働き同期すれば移動磁界と同じ速度で永久磁石6
2、すなわち、可動部６が移動する。交流の周波数を変
えて移動磁界の速度を変えれば可動部６の速度も変わり
移動磁界を停止させれば可動部６も停止する。シャフト
63にかかっている力がリニア同期モータ30の最大駆動力
を越えない限りこのような同期が維持される。

【０００６】リニア同期モータ30の最大駆動力は、概略
永久磁石62の鉄心52に対向する面の面積の総和に比例す
るとしてよい。したがって、図６の上下８個の永久磁石
62の左右方向の長さの和と図２の永久磁石62の左右方向
の長さとの積として得られる面積を所要の力が発生する
だけの値に設定すればよい。前述の極間距離は、可動部
６を位置制御する場合に、その値が大きいと制御の精度
が悪くなり、小さいと鉄心52と巻線53や永久磁石62の数
が多くなってコストが高くなるので、適切な値に設定す
る必要がある。

【０００７】図７の右下に位置検出器７を図示してあ
る。ケース51に取付け台73を介してコの字形の光センサ
71を、紙面に対して垂直方向に移動する可動部６の継鉄
61に取付け具74を介して位置センサ７の光遮断板72をそ
れぞれ取付けてある。光センサ71は市販品であり、コの
字状の一方の辺から発光して他方の辺で受光し光信号の
強度に応じた電気信号に変換して出力するもので、発光
部と受光部との間に光を遮断するものがあると受光され
ないのでこれを検出するものであり、光遮断板72はくし
の歯状のもので光を透過する部分と遮断する部分とが一
定間隔で設けられていて、光遮断板72が移動することに
よって光センサ71が断続する光を受光するのでその出力
信号を図示しない制御装置に入力し光の断続によって生
じたパルスの数を数えることによって可動部６が移動し
た距離を求めることができ、その時間変化によって速度
が求められる。

【０００８】直線運動を得るためのリニアモータとして
は種々のものがあるが、精度のよい位置制御が行なえし
かも速度には余り関係せずに大きな力を発生するのに適
したリニアモータとしてはリニア同期モータが最適であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述の図
６，図７に示すリニア同期モータ30の可動部６はケース
51がシャフト63を貫通する部分を除いて支持されるとこ
ろがない図となっている。実際には可動部６には自重、
上部と下部とで固定部５と可動部６との間の空隙寸法が
不平衡になることによって生ずる上下方向の力などがか
かるので、これらの力に充分に耐えしかも可動部６の滑
らかな移動に支障を来さないような支持構造が必要であ
る。

【００１０】これらの可動部６の移動方向の移動が円滑
であるとともに他の方向の移動を規制する構成の採用に
よって、可動部６の移動方向以外の移動が規制され、そ
の結果、固定部５と可動部６とが接近する鉄心52と永久
磁石62とが対向する部分の間隙長を小さく設定すること
ができる。この間隙長には永久磁石62によって発生する
磁束と巻線52に電流が流れて励磁されて鉄心52に発生す
る磁束とが通り、この磁束によって可動部６に駆動力が
発生するのであるが、間隙長が小さいと同じ起磁力でも
磁束量が大きくなりより大きい駆動力を得ることがで
き、所定の駆動力を得るのによりコンパクトなリニア同
期モータ30でよいことになる。間隙長を小さくするため
には可動部６の移動方向以外の位置が固定部６に対する
移動量、特に上下方向の移動量が小さいことが必要であ
る。

【００１１】このようなことから可動部６と固定部５と
の移動方向以外の位置関係を一定に保つことはリニア同
期モータ30の性能上非常に重要なことである。この発明
の目的はリニア同期モータの可動部が移動方向に円滑に
移動することができるとともに固定部に適切に支持され
る支持構造を持ったリニア同期モータ駆動式電気転てつ
機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にこの発明によれば、列車軌道の分岐装置の、固定の基
本レールに対して可動のトングレールを駆動する電気転
てつ機が、固定部と可動部を備えたリニア同期モータか
らなるリニア同期モータ駆動式電気転てつ機において、
可動部の移動方向に直角方向の両端部に、移動方向に平
行に配置し固定部に固定した軌道と、この軌道に接触し
て移動方向だけに可動の可動部に固定した可動体とが設
けられてなるものとする。また、可動部の移動方向に平
行な中心線に対して可動部と固定部が対称構造に構成さ
れ、この中心線に合わせて可動部の上と下の面にそれぞ
れ車体が固定して取付けられ、上の車体が上の固定部
に、下の車体が下の固定部にそれぞれ回転体を介して接
するものとする。

【００１３】

【作用】この発明の構成において、移動方向に直角な方
向の両端部に、移動方向に平行に配置した軌道を固定部
に固定して、軌道に接触して移動方向だけに可動の可動
体を可動部に固定してそれぞれ設けることによって、可
動部は２つの移動体と可動部に連結したシャフトがケー
スを貫通する貫通部との３点で支持されて固定部に対し
て移動方向以外の位置が固定されることから、可動部の
永久磁石と固定部の鉄心との間の間隙長が一定に保持さ
れる。また、可動部の移動方向に平行な中心線に対して
可動部と固定部を対称構造に構成し、この中心線に合わ
せて可動部の上と下の面にそれぞれ車体を固定して取付
け、上の車体が上の固定部に、下の車体が下の固定部に
それぞれ回転体を介して接するよう構成することによっ
て、可動部の中心部がこれらの車体によって支持される
ので可動部のたわみが規制される。

【００１４】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施例を示すリニア同期モータの平面
図であり、可動部を図示するのに邪魔になる固定部５の
上部を除いて図示し、また可動部６の上左隅の一部を切
欠いて図示してある。また、この図の図６、図７と機能
が共通な部材には共通の符号を付けて詳しい説明を省
く。この図において、可動部６のシャフト63の軸を対称
軸にして固定部５、可動部６はともに対称構造となって
いる。これは後述するように中央部を支持するための車
体９が設けられたリニア同期モータを実施例として図示
してあるからである。

【００１５】可動部６の移動方向は図の左右方向であ
り、その移動はケース51を貫通するシャフト63によって
外部に伝達される。図の上下端となる可動部６の移動方
向に直角の方向の両端部に、移動方向に平行に軌道81設
けられている。この軌道81はケース51の下部の上面に固
定されている。この軌道81に接触して軌道に沿って可動
の移動体82が上下に1 つずつ設けられており、これらの
移動体82は可動部６の継鉄61に固定されている。継鉄61
の中央部には２つの車体９が取付けられている。実際に
後述するように継鉄61の上面と下面の両面に取付けてあ
る。したがって図示されているのは上面に取付けられて
いる車体９である。

【００１６】可動部６は２つの移動体82と貫通部55との
３点支持になっている。したがって、可動部６の全面に
わたって図の紙面に垂直の方向の位置が安定するととも
に、これら３つの支持部での摩擦抵抗だけが働く円滑な
移動方向の移動が可能である。ケース51の図の左側端に
はゴムのような弾性体からなるストッパ54が設けられて
いて可動部６が何らかの理由で左の方向に高速で移動し
てもこのストッパ54にぶつかって適当に運動エネルギー
が吸収されながら停止する構造になっている。

【００１７】図２は図１のA-A 断面図、図３は図１のBC
DE断面図であり、図１と同じ部材には共通の符号を付け
て重複する説明は省く。図２に示すように軌道81の断面
は長方形、移動体82はコの字状をしていて移動体82の中
央の凹部に軌道81がはまり込んで組み合わされている。
この軌道81と移動体82は、例えば日本トムソン社製の商
品名リニアウエイとして市販されているものを使用する
ことができる。このような構成を採用することによって
移動体82は軌道81に対して左右方向と下方向の移動が規
制される。実際には軌道81と移動体82との側面の対面部
が互いにはめ合う凹凸が設けられていて下方向だけでな
く上方向の動きも規制される構造になっており、双方の
間の摩擦抵抗を低減して円滑な移動が可能なように種々
の工夫がこらされた構成が採用されている。

【００１８】車体９は本体部91と無限軌道92とからなっ
ていて、これも日本トムソン社製の商品名ローラウェイ
として市販されているものを採用することができる。車
体９は継鉄61のたわみを規制するためのもので、上に凸
のたわみは上の車体９によって、下に凸のたわみは下の
車体９によっそれぞれ規制される。図２の左右方向の動
きに対して車体９は比較的自由である。それは２組の軌
道81と移動体82とによって移動方向に直角な方向の可動
部６の移動が規制されているので車体９による規制は必
要ないばかりでなく、車体９が同じ方向の移動を規制す
るような構成だと互いの寸法のばらつきによって組み立
てが困難になったり局部的な応力集中が生じたりするか
らである。したがって車体９は可動部６の移動の規制を
上下方向だけに限定したものでなければならない。

【００１９】車体９を設けるのは前述のように可動部６
のたわみを規制するためである。したがって、継鉄61が
充分の強度を持っている、あるいは移動方向に直角の方
向の寸法が小さいために可動部６のたわみ量が実質的に
無視できる場合には車体６を省略することができる。こ
のときには永久磁石62、鉄心52及び巻線53を中心線を挟
んで図１の上下に２分割した構成を止めて図７のように
一体化した構成を採用することができる。なお、車体９
の無限軌道92の代わりに車輪などであっても差し支えな
い。ただ、接触する対称がケース１なので回転体を介す
ることによって摩擦抵抗を小さくした構成が必要であ
る。車体９とともに軌道81と移動体82もこの発明の目的
に合う範囲内であればどのようなものを採用してもよ
い。

【００２０】

【発明の効果】この発明は前述のように、可動部の移動
方向に直角の両端部に、移動方向に平行な軌道と、この
軌道に接触して移動し他の方向に移動することのない移
動体を設け、軌道を固定部に移動体を可動部にそれぞれ
固定することによって、これら２つの移動体とシャフト
がケースを貫通する貫通部との三点によって可動部が支
持されるので、可動部は円滑に移動することができると
ともに、固定部に対する移動方向以外の位置が固定され
ることから、可動部の永久磁石と固定部の鉄心との間の
間隙長が一定に保もたれ安定した駆動力が得られるとい
う効果が得られる。更に、更に間隙長を小さく設定でき
ることから所定の駆動力を得るのによりコンパクトなリ
ニア同期モータとすることができるという効果が得られ
る。

【００２１】また、可動部の移動方向に平行な中心線に
対して可動部と固定部を対称構造にし、この中心線に合
わせて可動部の上と下の面にそれぞれ車体を固定し、こ
れらの車体が上と下の固定部にそれぞれ回転体を介して
接する構成を採用することによって、可動部がたわむ力
が発生したときに、車体が固定部と可動部との間の寸法
を保ってたわみを規制して前述の間隙長を一定に保つ。
したがって、このような車体を設ける構成を採用するこ
とによって、可動部の移動方向に直角の方向の寸法を大
きくとることができて大きな駆動力を得るのに効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すリニア同期モータの平
面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】図１のＢＣＤＥ断面図

【図４】リニア同期モータ駆動式電気転てつ機を使用し
た分岐装置の平面図

【図５】図４とは異なるリニア同期モータ駆動式電気転
てつ機を使用した分岐装置の平面図

【図６】図４、図５のリニア同期モータの垂直断面図
（図７のＢ−Ｂ断面図）

【図７】図６のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

30 リニア同期モータ（電気転てつ機） 5 固定部 51 ケース 52 鉄心 53 巻線 55 貫通部 6 可動部 61 継鉄 62 永久磁石（界磁極） 63
シャフト 81 軌道 82 移動体 9 車体 91 本体 92 無限軌道
（回転体)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61L 5/06 H02K 41/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】列車軌道の分岐装置の、固定の基本レール
   に対して可動のトングレールを駆動する電気転てつ機
   が、固定部と可動部を備えたリニア同期モータからなる
   リニア同期モータ駆動式電気転てつ機において、可動部
   の移動方向に直角方向の両端部に、移動方向に平行に配
   置し固定部に固定した軌道と、この軌道に接触して移動
   方向だけに可動の可動部に固定した可動体とが設けられ
   てなることを特徴とするリニア同期モータ駆動式電気転
   てつ機。
2. 【請求項２】可動部の移動方向に平行な中心線に対して
   可動部と固定部が対称構造に構成され、この中心線に合
   わせて可動部の上と下の面にそれぞれ車体が固定して取
   付けられ、上の車体が上の固定部に、下の車体が下の固
   定部にそれぞれ回転体を介して接することを特徴とする
   請求項１記載のリニア同期モータ駆動式電気転てつ機。