JP3771543B2 - リニアモータ駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータの駆動にかかり，特にリニアモータの駆動における推進と電源供給に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置では，移動子側で電力を必要とする場合には，ケーブルやバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を移動子と固定子の間で接触させ，直接電源を供給していた。また，非接触で電源供給を行う場合，空隙を有する変圧器を別途取り付けることを必要としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前者のようにケーブルやバスバーで接触しつつ電源を供給する構成では，構造が複雑になり，摩擦による故障やメンテナンスの問題があった。
【０００４】
本発明は，従来のリニアモータ駆動装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造をそのまま利用しながら移動子に推進力と非接触電源を供給することが可能な，新規かつ改良されたリニアモータ駆動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，永久磁石を備え，磁場においてスライド方向に移動自在な移動子と，上記移動子をスライド方向に移動するためにスライド方向と直交した磁束を生成する固定子と，上記固定子と空隙をおいて設けられ，上記移動子と連動し，上記固定子に設けられた１次コイルからの変圧により電力を生成する２次コイルを有する電力生成移動子と，を備えることを特徴とするリニアモータ駆動装置が提供される。
【０００６】
かかる構成により，上記移動子は上記固定子より推進力を得ることができ，かつ，上記電力生成移動子は上記固定子より誘導起電力を得ることができる。
【０００７】
また，上記固定子は，上記移動子の推進用の磁束を通す推進用固定子鉄心と，上記電力生成移動子の変圧用の磁束を通す変圧用固定子鉄心と，上記磁束を発生するために電流を流す固定子コイルと，を備え，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心は一体に結合され，上記固定子コイルは上記推進用固定子鉄心及び上記変圧用固定子鉄心の外周に巻かれて形成することができる。
【０００８】
かかる構成により，上記固定子コイルは，上記推進用固定子鉄心に磁束を発生するためのコイルとして，かつ，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心を通じて上記電力生成移動子に電力を送る１次コイルとして使用することが可能となる。
【０００９】
また，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の間には，これらを分離するための非磁性体が一体に結合されていてもよい。
【００１０】
また，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心は，凹字形状に形成することができる。かかる構成により，移動子が受けるスライド方向に直交した磁束を効率的に形成することができる。
【００１１】
また，凹字形状に形成された上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体は，連続に並んで形成されるとしてもよい。かかる構成により，上記移動子は，安定した速度でスライド方向に移動することができる。
【００１２】
また，上記固定子コイルは，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の左右二つの突出部にそれぞれ巻かれた一対のコイルからなるとしてもよい。
【００１３】
かかる構成により，上記左右二つの突出部に効率的に電流を与えることができ，凹字形状の全てにコイルを巻くことに比較して，簡単に形成することができる。
【００１４】
また，上記移動子は，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の内側にあたる凹部に位置することができる。
【００１５】
かかる構成により，上記移動子は，上記固定子の凹部内に発生する磁束密度が高い位置を維持することができ，効率的な推進力を得ることができる。
【００１６】
また，上記移動子は，複数の永久磁石と複数の鉄心が交互に配置され，かつ，一体に結合されているとしてもよい。かかる構成により，上記移動子は，安定した推進力を得ることができる。
【００１７】
また，上記永久磁石と上記鉄心は，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾いているとしてもよい。かかる構成により，上記移動子のスライド方向への速度を定義することができ，安定かつ有効な推進力を得ることができる。
【００１８】
また，上記永久磁石と上記鉄心を重ね合わせた結合体１個のスライド方向の長さは，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体１個のスライド方向の長さと等しく形成されるとしてもよい。
【００１９】
かかる構成により，上記固定子と上記移動子が連動し，総合的に一定方向に向かう推進力を得ることができる。
【００２０】
また，上記電力生成移動子は，上記電力生成移動子からの磁束を受ける変圧器鉄心と，上記受けた磁束により誘導起電力が生成される変圧器２次コイルと，を備え，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の突出部の上に位置することができる。
【００２１】
かかる構成により，上記推進用固定子鉄心，上記変圧用固定子鉄心および上記変圧器鉄心が一体として通常の内鉄形変圧器における鉄心を形成し，上記電力生成移動子に効率的に磁束を伝えることができる。
【００２２】
また，上記固定子は，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心を励磁させるための電源供給手段を備えるとしてもよい。
【００２３】
また，上記固定子，上記移動子，および，上記電力生成移動子の組み合わせが少なくとも２組で構成され，上記移動子と上記電力生成移動子を支持する移動子支持手段と，上記固定子を支持する固定子支持手段と，を備えるとしてもよい。
【００２４】
また，上記移動子支持手段は，線形軸受を介して上記固定子支持手段によって支持されるとしてもよい。かかる構成により，スライド方向への安定した動作が確保される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の全体を示した斜視図である。
【００２７】
図１に示すように，本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置は，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置に設けられた移動子７の片側に電力生成移動子１０を連結したものである。
【００２８】
電力生成移動子１０は，変圧器鉄心８と，この変圧器鉄心８の外周に形成された変圧器２次コイル９を備える。
【００２９】
上記変圧器鉄心８の鉄心は，スライド方向に直交するように設けられる。この変圧器鉄心８の鉄心の長さは，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の結合体を並列に形成する凹字形状の凹字横幅の長さと同等またはそれ以上に長く形成される。このことにより電力生成移動子１０は変圧器の２次側を構成する。
【００３０】
リニアモータの駆動において，固定子コイル１に正弦波の励磁電流を供給すると，推進用固定子鉄心２に磁束が発生し，上記移動子７が推進力を得る。この時，同時に変圧用固定子鉄心３にも正弦波の磁束が発生するので，変圧器鉄心８を通じて変圧器２次コイル９には起電力が誘起される。
【００３１】
図２は，本実施形態による推進力を得るための構成を示す斜視図である。
【００３２】
ここで，推進力は，上記推進用固定子鉄心２から磁束を受けた移動子７によって発生する。移動子７は，移動子永久磁石５と移動子鉄心６とから構成される。
【００３３】
図３は，本実施形態による固定子の構成を示す斜視図である。
【００３４】
本実施形態における固定子においては，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の間に，これらを分離するための非磁性体４が一体に結合され，かつ，凹字形状に形成されている。また，凹字形状に形成された上記結合体は連続に並んで形成され，この凹字形状の左右二つの突出部にはそれぞれ一対の固定子コイル１が巻かれている。
【００３５】
図４は，本実施形態による電力を供給する構成を示す斜視図である。
【００３６】
ここで，上記変圧器鉄心８，上記推進用固定子鉄心２，および，上記変圧用固定子鉄心３は一体として通常の内鉄形変圧器における鉄心を形成し，固定子コイル１を１次コイル，上記変圧器２次コイル９を２次コイルとした空隙を有する変圧器を構成する。
【００３７】
図５は，本実施形態による推進力発生原理を説明するための図である。
【００３８】
ここでは，移動子永久磁石５と移動子鉄心６が交互に配置され，かつ，一体に結合されている。また，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾くように形成される。このことにより，移動子７が一方向に移動する。
【００３９】
図５（ａ）において，固定子コイル１にＩ１方向の電流を流すと，右ねじの法則（アンペールの法則）によって図面上側の推進用固定子鉄心２にＮ極，図面下側の推進用固定子鉄心２にＳ極の磁束が生じる。すなわち，固定子の磁極と移動子の磁極相互作用によって，磁極の方向が同じであれば反発力，磁極の方向が異なると吸引力が生じる。従って，図に示す力Ｆ１ａ，Ｆ２ａ，Ｆ３ａ，Ｆ４ａが発生し，図面右側方向に向かう合成された力Ｆａが生じる。
【００４０】
図５（ｂ）は，図５（ａ）からτｐだけ時間が経過し，移動子７が図面右側に移動している。この時，Ｉ２方向の電流を流すと図面上側の推進用固定子鉄心２にＳ極，図面下側の推進用固定子鉄心２にＮ極の磁束が生じる。従って，力Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂ，Ｆ４ｂが発生し，図面右側方向への合成された力Ｆｂが生じる。このように移動子７は，現在の位置と電流の方向（Ｉ１或いはＩ２）に従って，スライド方向の直線運動をする。
【００４１】
図６は，本実施形態による電源供給の構成を説明するための斜視図である。
【００４２】
図６に示すように，本装置は，固定子と電力生成移動子１０を組み合わせることによって，固定子コイル１を１次コイル，上記変圧器２次コイル９を２次コイルとした空隙を有する変圧器を構成する。
【００４３】
固定子コイル１に電流Ｉ１を流すと，推進用固定子鉄心２から生じた磁束が，移動子７を推進する。それと同時に，この固定子コイル１の電流に応じて推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３から磁束１１であるΦａが生じる。この磁束は変圧器鉄心８を通じて変圧器２次コイル９の誘起起電力ｅａに変わる。このことにより移動子７側への電源供給が可能となる。
【００４４】
また，電力生成移動子１０における変圧器鉄心８の鉄心の長さは，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の結合体を並列に形成する凹字形状の凹字横幅の長さと同等またはそれ以上に長く形成している。このことによって電力生成移動子１０は，その位置に関係なく変圧器の磁気抵抗を一定にできる。従って，電力生成移動子１０の電力を生成する原理を理解する場合に，移動子７の運動を全く考慮しなくてよい。
【００４５】
このように本実施形態では，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造（図２）をそのまま利用し，移動子７に鉄心の長さが長い変圧器鉄心８が設けられた電力生成移動子１０を設置するだけで，非接触の電源供給が可能になる。このことにより，極めて簡単な構成で，コストパフォーマンスに優れたリニアモータ駆動装置を構成できる。
【００４６】
図７は，本実施形態による固定子コイル１を示す斜視図である。図において上記固定子コイル１は長い環形からなり，凹字形状に形成される推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，非磁性体４の結合体の突出部にそれぞれ嵌合される。
【００４７】
図８は，本実施形態による推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，非磁性体４の結合体を示す斜視図である。
【００４８】
図において，上記非磁性体４は，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の間に入れ，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３を分離すると共に，それらが機構的に動かないように配置される。
【００４９】
図９は，本実施形態による移動子７を示す斜視図である。
【００５０】
図において，移動子７は，矩形の移動子鉄心６と移動子永久磁石５を交互に並べて配置し，高い磁束を作るような構造とした。矢印は移動子永久磁石５から発生する磁束の方向を表す。移動子７が一方向に移動するように，移動部鉄心６と移動子永久磁石５は，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾くように形成される。
【００５１】
図１０は本実施形態による電力生成移動子１０を示す斜視図である。図において，電力生成移動子１０は，変圧器鉄心８に環形の変圧器２次コイル９を巻回して構成される。
【００５２】
図１１は，本実施形態による単相の電源供給回路図である。図に示す回路において電源１３から供給された電流を電力変換素子１２により制御する。
【００５３】
この電源供給回路は，リニアモータの推進用固定子鉄心２と電力生成移動子１０の変圧器１次側としての推進用固定子鉄心２および変圧用固定子鉄心３を励磁させるためのものである。電源供給回路では，Ｉ１方向に電流を発生させるためにＳ１，Ｓ４を導通させ，Ｉ２方向に電流を発生させるためにＳ２，Ｓ３を導通させる。
【００５４】
図１２は，本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図である。図１２（ａ）は，単相，例えばａ相に対する励磁電流（Ｉａ）を，図１２（ｂ）は，非接触電源供給装置部分の鎖交磁束（Φａ）を，図１２（ｃ）は，推進力（Ｆａ）を，図１２（ｄ）は，非接触電源供給装置コイルの２次側起電力（ｅａ）を示す。各波形は，時間（ｔ）或いは位置（ｘ）に対する波形である。
【００５５】
図１２（ａ）は，移動子７の位置に従って供給しなければならない単相に対する励磁電流Ｉａの波形である。移動子を一方向にのみ推進させるために０〜τｐ区間では正の励磁電流Ｉａを印加し，τｐ〜２τｐ区間では負の励磁電流Ｉａを印加している。
【００５６】
図１２（ｂ）は，図１２（ａ）の励磁電流Ｉａによって推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，変圧器鉄心８から生じる磁束Φａの波形であって，図１２（ａ）における励磁電流の波形と同一である。
【００５７】
図１２（ｃ）は，移動子の推進力Ｆａであって，一般のリラクタンスモータのように０とτｐの位置では推進力Ｆａが０で，１／２τｐ地点で最も大きい推進力が発生する。０〜τｐ区間では正の励磁電流Ｉａを印加し，τｐ〜２τｐ区間では負の励磁電流Ｉａを印加しているので一方向にのみ続いて推進力が得られる。
【００５８】
図１２（ｄ）は，非接触電源供給装置の変圧器２次コイル９で誘起される起電力ｅａの波形であって，磁束Φａを微分したものである。つまり， 起電力ｅａは，ｅａ＝−Ｎ（ｄΦａ／ｄｔ）の式によって得られる。ここで，Ｎは非接触電源供給装置の２次コイルのコイル巻き数である。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図１３は，本実施形態による２相永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の正面図である。
【００６０】
図において各固定子は２相モータ固定子サポーター１４により支持される。各相のモータ部分の移動子７と変圧器部分の電力生成移動子１０が２相モータ移動子サポーター１６で互いに連結され，線形軸受１５によって往復直線運動をする。２個の相はそれぞれスライド方向に対して移動距離がτｐ／２となるように配置し，図１２（ｃ）に表した移動子の推力リプルを減少させた。
【００６１】
図１４は，本実施形態による固定子コイルへの２相電源供給回路図である。ここで，リニアモータの推進用固定子鉄心と変圧用固定子鉄心は同時に磁化される。本回路図の動作原理は図１１と同一なのでその説明は省略する。
【００６２】
図１５は，本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図である。図１５（ａ）は，２相，例えばａ相およびｂ相に対する励磁電流（Ｉａ，Ｉｂ）を，図１５（ｂ）は，非接触電源供給装置部分の鎖交磁束（Φａ，Φｂ）を，図１５（ｃ）は，推進力（Ｆａ，Ｆｂ，ＦＴ）を，図１５（ｄ）は，非接触電源供給装置コイルの２次側起電力（ｅａ，ｅｂ）を示す。各波形は，時間（ｔ）或いは位置（ｘ）に対する波形である。
【００６３】
図１５（ａ）は，移動子の位置にしたがって供給しなけれればならない２相に対する励磁電流ＩａおよびＩｂの波形である。移動子を一方向にのみ推進させ，推力リプルを減少させるよう，各相の励磁電流は移動子の位置に対してτｐ／２の位相差で形成する。
【００６４】
図１５（ｂ）は，図１５（ａ）のように各相（ａ，ｂ）に電流を印加したとき，推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，変圧器鉄心８において生じる各相の磁束Φａ，Φｂの波形である。
【００６５】
図１５（ｃ）は各相の発生推進力（Ｆａ，Ｆｂ）と合成推進力（ＦＴ）の波形である。２個の相の合成推進力は連続的な力であり，各相の２倍程度の力が発生する。
【００６６】
図１５（ｄ）は，非接触電源供給装置の変圧器２次コイル９で誘起される各相の起電力ｅａ，ｅｂの波形であって，磁束Φａ，Φｂを微分したものである。
【００６７】
以上，説明した本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置は，半導体製造工程の搬送装備，リニアモーターカーなどの磁気浮上列車，エレベータ，港湾における機器，クレーン，および，その他リニアモータ駆動装置に適用することができる。
【００６８】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，接触式電源供給の問題点を全て解決することができ，また，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造をそのまま利用しながら，単に，移動子の一部分に長さの長い鉄心を設置し，そこにコイルを巻回するだけでも非接触による電源供給が可能なため，当該装置の導入が容易で，コストも節減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の斜視図。
【図２】本実施形態による推進力を得るための構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態による固定子の構成を示す斜視図。
【図４】本実施形態による電力を供給する構成を示す斜視図。
【図５】本実施形態による推進力発生原理を説明するための図。
【図６】本実施形態による電源供給の構成を説明するための斜視図。
【図７】本実施形態による固定子コイルを示す斜視図。
【図８】本実施形態による推進用固定子鉄心，変圧用固定子鉄心，および，非磁性体の結合体を示す斜視図。
【図９】本実施形態による移動子を示す斜視図。
【図１０】本実施形態による電力生成移動子を示す斜視図。
【図１１】本実施形態による単相の電源供給回路図。
【図１２】本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図。
【図１３】本実施形態による２相永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の正面図。
【図１４】本実施形態による固定子コイルへの２相電源供給回路図。
【図１５】本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図。
【符号の説明】
１ 固定子コイル
２ 推進用固定子鉄心
３ 変圧用固定子鉄心
４ 非磁性体
５ 移動子永久磁石
６ 移動子鉄心
７ 移動子
８ 変圧器鉄心
９ 変圧器２次コイル
１０ 電力生成移動子
１１ 磁束
１２ 電力変換素子
１３ 電源
１４ ２相モータ固定子サポーター
１５ 線形軸受
１６ ２相モータ移動子サポーター
【発明の属する技術分野】
本発明はリニアモータの駆動にかかり，特にリニアモータの駆動における推進と電源供給に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置では，移動子側で電力を必要とする場合には，ケーブルやバスバー（ｂｕｓ ｂａｒ）を移動子と固定子の間で接触させ，直接電源を供給していた。また，非接触で電源供給を行う場合，空隙を有する変圧器を別途取り付けることを必要としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前者のようにケーブルやバスバーで接触しつつ電源を供給する構成では，構造が複雑になり，摩擦による故障やメンテナンスの問題があった。
【０００４】
本発明は，従来のリニアモータ駆動装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造をそのまま利用しながら移動子に推進力と非接触電源を供給することが可能な，新規かつ改良されたリニアモータ駆動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，永久磁石を備え，磁場においてスライド方向に移動自在な移動子と，上記移動子をスライド方向に移動するためにスライド方向と直交した磁束を生成する固定子と，上記固定子と空隙をおいて設けられ，上記移動子と連動し，上記固定子に設けられた１次コイルからの変圧により電力を生成する２次コイルを有する電力生成移動子と，を備えることを特徴とするリニアモータ駆動装置が提供される。
【０００６】
かかる構成により，上記移動子は上記固定子より推進力を得ることができ，かつ，上記電力生成移動子は上記固定子より誘導起電力を得ることができる。
【０００７】
また，上記固定子は，上記移動子の推進用の磁束を通す推進用固定子鉄心と，上記電力生成移動子の変圧用の磁束を通す変圧用固定子鉄心と，上記磁束を発生するために電流を流す固定子コイルと，を備え，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心は一体に結合され，上記固定子コイルは上記推進用固定子鉄心及び上記変圧用固定子鉄心の外周に巻かれて形成することができる。
【０００８】
かかる構成により，上記固定子コイルは，上記推進用固定子鉄心に磁束を発生するためのコイルとして，かつ，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心を通じて上記電力生成移動子に電力を送る１次コイルとして使用することが可能となる。
【０００９】
また，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の間には，これらを分離するための非磁性体が一体に結合されていてもよい。
【００１０】
また，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心は，凹字形状に形成することができる。かかる構成により，移動子が受けるスライド方向に直交した磁束を効率的に形成することができる。
【００１１】
また，凹字形状に形成された上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体は，連続に並んで形成されるとしてもよい。かかる構成により，上記移動子は，安定した速度でスライド方向に移動することができる。
【００１２】
また，上記固定子コイルは，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の左右二つの突出部にそれぞれ巻かれた一対のコイルからなるとしてもよい。
【００１３】
かかる構成により，上記左右二つの突出部に効率的に電流を与えることができ，凹字形状の全てにコイルを巻くことに比較して，簡単に形成することができる。
【００１４】
また，上記移動子は，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の内側にあたる凹部に位置することができる。
【００１５】
かかる構成により，上記移動子は，上記固定子の凹部内に発生する磁束密度が高い位置を維持することができ，効率的な推進力を得ることができる。
【００１６】
また，上記移動子は，複数の永久磁石と複数の鉄心が交互に配置され，かつ，一体に結合されているとしてもよい。かかる構成により，上記移動子は，安定した推進力を得ることができる。
【００１７】
また，上記永久磁石と上記鉄心は，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾いているとしてもよい。かかる構成により，上記移動子のスライド方向への速度を定義することができ，安定かつ有効な推進力を得ることができる。
【００１８】
また，上記永久磁石と上記鉄心を重ね合わせた結合体１個のスライド方向の長さは，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体１個のスライド方向の長さと等しく形成されるとしてもよい。
【００１９】
かかる構成により，上記固定子と上記移動子が連動し，総合的に一定方向に向かう推進力を得ることができる。
【００２０】
また，上記電力生成移動子は，上記電力生成移動子からの磁束を受ける変圧器鉄心と，上記受けた磁束により誘導起電力が生成される変圧器２次コイルと，を備え，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の突出部の上に位置することができる。
【００２１】
かかる構成により，上記推進用固定子鉄心，上記変圧用固定子鉄心および上記変圧器鉄心が一体として通常の内鉄形変圧器における鉄心を形成し，上記電力生成移動子に効率的に磁束を伝えることができる。
【００２２】
また，上記固定子は，上記推進用固定子鉄心と上記変圧用固定子鉄心を励磁させるための電源供給手段を備えるとしてもよい。
【００２３】
また，上記固定子，上記移動子，および，上記電力生成移動子の組み合わせが少なくとも２組で構成され，上記移動子と上記電力生成移動子を支持する移動子支持手段と，上記固定子を支持する固定子支持手段と，を備えるとしてもよい。
【００２４】
また，上記移動子支持手段は，線形軸受を介して上記固定子支持手段によって支持されるとしてもよい。かかる構成により，スライド方向への安定した動作が確保される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の全体を示した斜視図である。
【００２７】
図１に示すように，本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置は，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置に設けられた移動子７の片側に電力生成移動子１０を連結したものである。
【００２８】
電力生成移動子１０は，変圧器鉄心８と，この変圧器鉄心８の外周に形成された変圧器２次コイル９を備える。
【００２９】
上記変圧器鉄心８の鉄心は，スライド方向に直交するように設けられる。この変圧器鉄心８の鉄心の長さは，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の結合体を並列に形成する凹字形状の凹字横幅の長さと同等またはそれ以上に長く形成される。このことにより電力生成移動子１０は変圧器の２次側を構成する。
【００３０】
リニアモータの駆動において，固定子コイル１に正弦波の励磁電流を供給すると，推進用固定子鉄心２に磁束が発生し，上記移動子７が推進力を得る。この時，同時に変圧用固定子鉄心３にも正弦波の磁束が発生するので，変圧器鉄心８を通じて変圧器２次コイル９には起電力が誘起される。
【００３１】
図２は，本実施形態による推進力を得るための構成を示す斜視図である。
【００３２】
ここで，推進力は，上記推進用固定子鉄心２から磁束を受けた移動子７によって発生する。移動子７は，移動子永久磁石５と移動子鉄心６とから構成される。
【００３３】
図３は，本実施形態による固定子の構成を示す斜視図である。
【００３４】
本実施形態における固定子においては，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の間に，これらを分離するための非磁性体４が一体に結合され，かつ，凹字形状に形成されている。また，凹字形状に形成された上記結合体は連続に並んで形成され，この凹字形状の左右二つの突出部にはそれぞれ一対の固定子コイル１が巻かれている。
【００３５】
図４は，本実施形態による電力を供給する構成を示す斜視図である。
【００３６】
ここで，上記変圧器鉄心８，上記推進用固定子鉄心２，および，上記変圧用固定子鉄心３は一体として通常の内鉄形変圧器における鉄心を形成し，固定子コイル１を１次コイル，上記変圧器２次コイル９を２次コイルとした空隙を有する変圧器を構成する。
【００３７】
図５は，本実施形態による推進力発生原理を説明するための図である。
【００３８】
ここでは，移動子永久磁石５と移動子鉄心６が交互に配置され，かつ，一体に結合されている。また，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾くように形成される。このことにより，移動子７が一方向に移動する。
【００３９】
図５（ａ）において，固定子コイル１にＩ１方向の電流を流すと，右ねじの法則（アンペールの法則）によって図面上側の推進用固定子鉄心２にＮ極，図面下側の推進用固定子鉄心２にＳ極の磁束が生じる。すなわち，固定子の磁極と移動子の磁極相互作用によって，磁極の方向が同じであれば反発力，磁極の方向が異なると吸引力が生じる。従って，図に示す力Ｆ１ａ，Ｆ２ａ，Ｆ３ａ，Ｆ４ａが発生し，図面右側方向に向かう合成された力Ｆａが生じる。
【００４０】
図５（ｂ）は，図５（ａ）からτｐだけ時間が経過し，移動子７が図面右側に移動している。この時，Ｉ２方向の電流を流すと図面上側の推進用固定子鉄心２にＳ極，図面下側の推進用固定子鉄心２にＮ極の磁束が生じる。従って，力Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ｂ，Ｆ４ｂが発生し，図面右側方向への合成された力Ｆｂが生じる。このように移動子７は，現在の位置と電流の方向（Ｉ１或いはＩ２）に従って，スライド方向の直線運動をする。
【００４１】
図６は，本実施形態による電源供給の構成を説明するための斜視図である。
【００４２】
図６に示すように，本装置は，固定子と電力生成移動子１０を組み合わせることによって，固定子コイル１を１次コイル，上記変圧器２次コイル９を２次コイルとした空隙を有する変圧器を構成する。
【００４３】
固定子コイル１に電流Ｉ１を流すと，推進用固定子鉄心２から生じた磁束が，移動子７を推進する。それと同時に，この固定子コイル１の電流に応じて推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３から磁束１１であるΦａが生じる。この磁束は変圧器鉄心８を通じて変圧器２次コイル９の誘起起電力ｅａに変わる。このことにより移動子７側への電源供給が可能となる。
【００４４】
また，電力生成移動子１０における変圧器鉄心８の鉄心の長さは，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の結合体を並列に形成する凹字形状の凹字横幅の長さと同等またはそれ以上に長く形成している。このことによって電力生成移動子１０は，その位置に関係なく変圧器の磁気抵抗を一定にできる。従って，電力生成移動子１０の電力を生成する原理を理解する場合に，移動子７の運動を全く考慮しなくてよい。
【００４５】
このように本実施形態では，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造（図２）をそのまま利用し，移動子７に鉄心の長さが長い変圧器鉄心８が設けられた電力生成移動子１０を設置するだけで，非接触の電源供給が可能になる。このことにより，極めて簡単な構成で，コストパフォーマンスに優れたリニアモータ駆動装置を構成できる。
【００４６】
図７は，本実施形態による固定子コイル１を示す斜視図である。図において上記固定子コイル１は長い環形からなり，凹字形状に形成される推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，非磁性体４の結合体の突出部にそれぞれ嵌合される。
【００４７】
図８は，本実施形態による推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，非磁性体４の結合体を示す斜視図である。
【００４８】
図において，上記非磁性体４は，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３の間に入れ，推進用固定子鉄心２と変圧用固定子鉄心３を分離すると共に，それらが機構的に動かないように配置される。
【００４９】
図９は，本実施形態による移動子７を示す斜視図である。
【００５０】
図において，移動子７は，矩形の移動子鉄心６と移動子永久磁石５を交互に並べて配置し，高い磁束を作るような構造とした。矢印は移動子永久磁石５から発生する磁束の方向を表す。移動子７が一方向に移動するように，移動部鉄心６と移動子永久磁石５は，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾くように形成される。
【００５１】
図１０は本実施形態による電力生成移動子１０を示す斜視図である。図において，電力生成移動子１０は，変圧器鉄心８に環形の変圧器２次コイル９を巻回して構成される。
【００５２】
図１１は，本実施形態による単相の電源供給回路図である。図に示す回路において電源１３から供給された電流を電力変換素子１２により制御する。
【００５３】
この電源供給回路は，リニアモータの推進用固定子鉄心２と電力生成移動子１０の変圧器１次側としての推進用固定子鉄心２および変圧用固定子鉄心３を励磁させるためのものである。電源供給回路では，Ｉ１方向に電流を発生させるためにＳ１，Ｓ４を導通させ，Ｉ２方向に電流を発生させるためにＳ２，Ｓ３を導通させる。
【００５４】
図１２は，本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図である。図１２（ａ）は，単相，例えばａ相に対する励磁電流（Ｉａ）を，図１２（ｂ）は，非接触電源供給装置部分の鎖交磁束（Φａ）を，図１２（ｃ）は，推進力（Ｆａ）を，図１２（ｄ）は，非接触電源供給装置コイルの２次側起電力（ｅａ）を示す。各波形は，時間（ｔ）或いは位置（ｘ）に対する波形である。
【００５５】
図１２（ａ）は，移動子７の位置に従って供給しなければならない単相に対する励磁電流Ｉａの波形である。移動子を一方向にのみ推進させるために０〜τｐ区間では正の励磁電流Ｉａを印加し，τｐ〜２τｐ区間では負の励磁電流Ｉａを印加している。
【００５６】
図１２（ｂ）は，図１２（ａ）の励磁電流Ｉａによって推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，変圧器鉄心８から生じる磁束Φａの波形であって，図１２（ａ）における励磁電流の波形と同一である。
【００５７】
図１２（ｃ）は，移動子の推進力Ｆａであって，一般のリラクタンスモータのように０とτｐの位置では推進力Ｆａが０で，１／２τｐ地点で最も大きい推進力が発生する。０〜τｐ区間では正の励磁電流Ｉａを印加し，τｐ〜２τｐ区間では負の励磁電流Ｉａを印加しているので一方向にのみ続いて推進力が得られる。
【００５８】
図１２（ｄ）は，非接触電源供給装置の変圧器２次コイル９で誘起される起電力ｅａの波形であって，磁束Φａを微分したものである。つまり， 起電力ｅａは，ｅａ＝−Ｎ（ｄΦａ／ｄｔ）の式によって得られる。ここで，Ｎは非接触電源供給装置の２次コイルのコイル巻き数である。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図１３は，本実施形態による２相永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の正面図である。
【００６０】
図において各固定子は２相モータ固定子サポーター１４により支持される。各相のモータ部分の移動子７と変圧器部分の電力生成移動子１０が２相モータ移動子サポーター１６で互いに連結され，線形軸受１５によって往復直線運動をする。２個の相はそれぞれスライド方向に対して移動距離がτｐ／２となるように配置し，図１２（ｃ）に表した移動子の推力リプルを減少させた。
【００６１】
図１４は，本実施形態による固定子コイルへの２相電源供給回路図である。ここで，リニアモータの推進用固定子鉄心と変圧用固定子鉄心は同時に磁化される。本回路図の動作原理は図１１と同一なのでその説明は省略する。
【００６２】
図１５は，本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図である。図１５（ａ）は，２相，例えばａ相およびｂ相に対する励磁電流（Ｉａ，Ｉｂ）を，図１５（ｂ）は，非接触電源供給装置部分の鎖交磁束（Φａ，Φｂ）を，図１５（ｃ）は，推進力（Ｆａ，Ｆｂ，ＦＴ）を，図１５（ｄ）は，非接触電源供給装置コイルの２次側起電力（ｅａ，ｅｂ）を示す。各波形は，時間（ｔ）或いは位置（ｘ）に対する波形である。
【００６３】
図１５（ａ）は，移動子の位置にしたがって供給しなけれればならない２相に対する励磁電流ＩａおよびＩｂの波形である。移動子を一方向にのみ推進させ，推力リプルを減少させるよう，各相の励磁電流は移動子の位置に対してτｐ／２の位相差で形成する。
【００６４】
図１５（ｂ）は，図１５（ａ）のように各相（ａ，ｂ）に電流を印加したとき，推進用固定子鉄心２，変圧用固定子鉄心３，および，変圧器鉄心８において生じる各相の磁束Φａ，Φｂの波形である。
【００６５】
図１５（ｃ）は各相の発生推進力（Ｆａ，Ｆｂ）と合成推進力（ＦＴ）の波形である。２個の相の合成推進力は連続的な力であり，各相の２倍程度の力が発生する。
【００６６】
図１５（ｄ）は，非接触電源供給装置の変圧器２次コイル９で誘起される各相の起電力ｅａ，ｅｂの波形であって，磁束Φａ，Φｂを微分したものである。
【００６７】
以上，説明した本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置は，半導体製造工程の搬送装備，リニアモーターカーなどの磁気浮上列車，エレベータ，港湾における機器，クレーン，および，その他リニアモータ駆動装置に適用することができる。
【００６８】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，接触式電源供給の問題点を全て解決することができ，また，既存の永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の構造をそのまま利用しながら，単に，移動子の一部分に長さの長い鉄心を設置し，そこにコイルを巻回するだけでも非接触による電源供給が可能なため，当該装置の導入が容易で，コストも節減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態による永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の斜視図。
【図２】本実施形態による推進力を得るための構成を示す斜視図。
【図３】本実施形態による固定子の構成を示す斜視図。
【図４】本実施形態による電力を供給する構成を示す斜視図。
【図５】本実施形態による推進力発生原理を説明するための図。
【図６】本実施形態による電源供給の構成を説明するための斜視図。
【図７】本実施形態による固定子コイルを示す斜視図。
【図８】本実施形態による推進用固定子鉄心，変圧用固定子鉄心，および，非磁性体の結合体を示す斜視図。
【図９】本実施形態による移動子を示す斜視図。
【図１０】本実施形態による電力生成移動子を示す斜視図。
【図１１】本実施形態による単相の電源供給回路図。
【図１２】本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図。
【図１３】本実施形態による２相永久磁石を使用した横方向磁束型リニアモータ駆動装置の正面図。
【図１４】本実施形態による固定子コイルへの２相電源供給回路図。
【図１５】本実施形態による各パラメータの推移を示した波形図。
【符号の説明】
１ 固定子コイル
２ 推進用固定子鉄心
３ 変圧用固定子鉄心
４ 非磁性体
５ 移動子永久磁石
６ 移動子鉄心
７ 移動子
８ 変圧器鉄心
９ 変圧器２次コイル
１０ 電力生成移動子
１１ 磁束
１２ 電力変換素子
１３ 電源
１４ ２相モータ固定子サポーター
１５ 線形軸受
１６ ２相モータ移動子サポーター
Claims (12)
- 永久磁石を備え，磁場においてスライド方向に移動自在な移動子と，
前記移動子をスライド方向に移動するためにスライド方向と直交した磁束を生成する固定子と，
前記固定子と空隙をおいて設けられ，前記移動子と連動し，前記固定子に設けられた１次コイルからの変圧により電力を生成する２次コイルを有する電力生成移動子と，
を備え，
前記固定子は，前記移動子の推進用の磁束を通す推進用固定子鉄心と，前記電力生成移動子の変圧用の磁束を通す変圧用固定子鉄心と，前記磁束を発生するために電流を流す固定子コイルと，を備え，前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心は一体に結合され，前記固定子コイルは，前記推進用固定子鉄心および前記変圧用固定子鉄心の外周に巻かれて形成されることを特徴とするリニアモータ駆動装置。 - 前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の間には，これらを分離するための非磁性体が一体に結合されていることを特徴とする，請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心は，凹字形状に形成され，かつ，凹字形状に形成された前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の結合体は，連続に並んで形成されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記固定子コイルは，前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の左右二つの突出部にそれぞれ巻かれた一対のコイルからなることを特徴とする，請求項３に記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記移動子は，前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の内側にあたる凹部に位置することを特徴とする，請求項３または４のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記移動子は，複数の永久磁石（以下，移動子永久磁石）と複数の鉄心（以下，移動子鉄心）が交互に配置され，かつ，一体に結合されていることを特徴とする，請求項５記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記移動子永久磁石と前記移動子鉄心は，各々間隔（τｐ）をおいて，一定に傾いていることを特徴とする，請求項６記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記移動子永久磁石と前記移動子鉄心を重ね合わせた結合体１個のスライド方向の長さは，前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の結合体１個のスライド方向の長さと等しく形成されることを特徴とする，請求項７に記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記電力生成移動子は，
前記電力生成移動子からの磁束を受ける変圧器鉄心と，
前記受けた磁束により誘導起電力が生成される変圧器２次コイルと，
を備え，
前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心の結合体を並列に形成する凹字形状の突出部の上に位置することを特徴とする，請求項３から８のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。 - 前記固定子は，前記推進用固定子鉄心と前記変圧用固定子鉄心を励磁させるための電源供給手段を備えることを特徴とする，請求項１から９のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。
- 前記固定子，前記移動子，および，前記電力生成移動子の組み合わせが少なくとも２組で構成され，
前記移動子と前記電力生成移動子を支持する移動子支持手段と，
前記固定子を支持する固定子支持手段と，
を備えることを特徴とする，請求項１から１０のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。 - 前記移動子支持手段は，線形軸受を介して前記固定子支持手段によって支持されていることを特徴とする，請求項１２記載のリニアモータ駆動装置。
を備えることを特徴とする，請求項１から１１のいずれかに記載のリニアモータ駆動装置。
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