JP3941026B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常の直線移動時における推力よりも大きな推力をある特定の区間において発生することのできるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
リニアモータは、回転形モータの構成を水平に展開したものであり、次のような種類のものが存在する。例えば、リニア直流モータ（単極形・多極形）、リニア同期モータ、リニア誘導モータ、リニアパルスモータなどである。回転形モータのトルクに相当するリニアモータの推力はそのモータの構造に応じてだいたい決まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、リニアモータの応用される機械などには、十分な大きさの推力を必要とするものもあれば、そうでないものもある。また、機械によっては、ある特定の区間についてだけ大きな推力を必要とするものがある。このようにある特定の区間についてだけ大きな推力を必要とする機械については、その必要とされる推力を発生する構造のリニアモータを全範囲に渡って利用していた。なお、リニアモータ自身が必要とされる推力を発生することのできない場合には、その区間についてだけ別の特殊な動力源を用いて必要な推力を発生したりしていた。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、通常の直線移動時における推力よりも大きな推力をある特定の区間において発生することのできるリニアモータを提供することを目的とする。また、本発明は、従来のリニアモータで発生することのできない程度の推力を容易に発生することのできるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載された本発明に係るリニアモータは、移動方向に沿って設けられた磁性体と非磁性体との交互結合体からなり、前記磁性体が移動方向に対してテーパ状の斜面を形成している移動子と、界磁巻線を流れる電流に応じた界磁極の生成した界磁コアの表面が、前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられており、前記界磁極に応じた界磁電極を前記移動子の前記磁性体のテーパ状の斜面に生成させる界磁極生成手段と、電機子巻線を流れる電流に応じた電磁極の生成した電機子コアの表面が前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられている電機子コアを有する電機子手段とを備えたものである。移動子は全体的にテーパ状をしており、磁性体と非磁性体との交互結合体で構成されている。すなわち、移動子を構成する磁性体は非磁性体によって磁気的に分離されている。一方、この磁性体を介して界磁コア及び電機子コアが磁気的に結合している。従って、界磁コアに発生したＮ極及びＳ極の界磁極はそれぞれ移動子の磁性体及び電機子コアを介して結合し、磁気閉回路を形成する。界磁コア及び電機子コアと移動子とは移動方向に対してテーパな斜面を介して磁気的に結合しているので両者の間に発生する吸引力の一部は移動方向に分力し、それが推力として移動子に作用するようになり、従来の推力よりも大きな推力を発生することが可能となった。
【０００６】
本発明の請求項２に記載された本発明に係るリニアモータは、移動方向に対してテーパ状の斜面を有する移動子と、前記移動子に巻き回された界磁巻線によって前記テーパ状の斜面に界磁極を生成させる界磁極生成手段と、電機子巻線を流れる電流に応じた電磁極の生成した電機子コアの表面が前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられている電機子コアを有する電機子手段とを備えたものである。移動子は全体的にテーパ状をしており、移動子に巻き回された界磁巻線によってそのテーパ状の斜面に界磁極が生成されるようになっている。移動子の各斜面に発生したＮ極及びＳ極の界磁極は電機子コア表面の電磁極に対向している。界磁極と電磁極とは移動方向に対してテーパな斜面を介して磁気的に結合しているので両者の間に発生する吸引力の一部は移動方向に分力し、それが推力として移動子に作用するようになり、従来の推力よりも大きな推力を発生することが可能となった。
【０００７】
本発明の請求項３に記載された本発明に係るリニアモータは、前記請求項１または２に記載のリニアモータの一実施態様として、前記移動子を移動方向に対してテーパ状の斜面を有する直角錐台状で構成したものである。直角錐台の各側平面部が移動方向に対してテーパな斜面を形成する。なお、直角錐台の底面はどのような形状の多角形でもよいことはいうまでもない。なお、多角形の大きさが無限になっこ場合が次の請求項７に記載のリニアモータであることはいうまでもない。
【０００８】
本発明の請求項４に記載された本発明に係るリニアモータは、前記請求項１または２に記載のリニアモータの一実施態様として、前記移動子を移動方向に対してテーパ状の斜面を有する直円錐台状で構成したものである。この場合には、電機子手段によって形成される電機子コアの電磁極面側の形状も円錐側面に沿ったものとなる。
【０００９】
本発明の請求項５に記載された本発明に係るリニアモータは、前記請求項１から４までに記載のリニアモータのいずれか１つを複数個接続することによって構成されたものである。上述のようなリニアモータの複数を多段接続することによって、軸方向の推力を大きくしたものである。なお、多段接続する方向は軸方向であっても、軸方向に垂直な方向でもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。図１は本発明のリニアモータの第１の実施の形態の構成を示す一部断面図を含む斜視図である。図２は図１のリニアモータの断面に沿ってそれぞれの構成要素を平面的に示した図である。このリニアモータは、３相交流駆動型の電動機である。このリニアモータは図示していない固定子枠に設けられた電機子コア１Ａ，１Ｂと、界磁コア２Ａ，２Ｂと、磁性体３Ａ１〜３Ａ６と非磁性体３Ｂ１〜３Ｂ７からなる移動子３とから構成される。移動子３は図示していない摺動部材によってＺ軸方向に自由に移動可能になっている。移動子３は電機子コア１Ａ，１Ｂ及び界磁コア２Ａ，２Ｂに磁気的に面する部分がテーパ状である四角錐台で構成されている。このリニアモータは磁性体３Ａ１〜３Ａ６及び非磁性体３Ｂ１〜３Ｂ７からなる四角錐台の部分と、電機子コア１Ａ，１Ｂ及び界磁コア２Ａ，２Ｂとの間に生じる磁気吸引力によってＺ軸方向に強大な推力を発生するようになっている。
【００１１】
電機子コア１Ａ，１Ｂは、移動子３の四角錐台のテーパ状の側面に対して全体的に等しいギャップを形成するように固定子枠に設けられている。電機子コア１Ａ，１Ｂはくし形の薄いけい素鋼板をＹ軸方向に複数枚積み重ねて構成された成層鉄心である。電機子コア１Ａ，１Ｂは移動子３の四角錐台のテーパ状の側面に対して垂直方向に延びたスロットを移動方向（Ｚ軸方向）に沿って１８個有する。なお、図１では説明の便宜上スロットを１４個しか図示していない。このスロットの数は一例であり、モータの仕様に応じて適宜決定されるものである。電機子コア１Ａ，１Ｂの各スロットには３相（Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相）の電機子巻線が巻き回されている。電機子コア１Ａ，１Ｂに巻き回されている３相電機子巻線はそれぞれ電気角で１２０度ずれた位置に巻き回されたＵ相電機子巻線、Ｖ相電機子巻線及びＷ相電機子巻線から構成される。以下、明細書中及び図面中では電機子巻線を大文字英字で、界磁巻線を小文字英字で示す。すなわち、第１のＵ相電機子巻線はスロットＵ１からスロットＵ２に、第２のＵ相電機子巻線はスロットＵ３からスロットＵ４に、第３のＵ相電機子巻線はスロットＵ５からスロットＵ６に向かってそれぞれ巻き回されている。第１のＶ相電機子巻線はスロットＶ１からスロットＶ２に、第２のＶ相電機子巻線はスロットＶ３からスロットＶ４に、第３のＶ相電機子巻線はスロットＶ５からスロットＶ６に向かってそれぞれ巻き回されている。第１のＷ相電機子巻線はスロットＷ１からスロットＷ２に、第２のＷ相電機子巻線はスロットＷ３からスロットＷ４に、第３のＷ相電機子巻線はスロットＷ５からスロットＷ６に向かってそれぞれ巻き回されている。
【００１２】
界磁コア２Ａ，２Ｂは電機子コア１Ａ，１Ｂと同様のくし形をしており、移動子３の四角錐台のテーパ状の側面に対して全体的に等しいギャップを形成するように固定子枠に設けられている。界磁コア２Ａ，２Ｂはくし形の薄いけい素鋼板をＺ軸方向に複数枚積み重ねて構成された成層鉄心である。界磁コア２Ａ，２Ｂは移動方向（Ｚ方向）に沿って１８個のスロットを有する。なお、図１では説明の便宜上スロットを１４個しか図示していない。各スロットには電機子コア１Ａ，１Ｂと同様に３相（ｕ相・ｖ相・ｗ相）の界磁巻線が巻回されている。この３相界磁巻線は３相電機子巻線に対して電気角で９０度ずつずれるように巻回されている。すなわち、図では３相界磁巻線は３相電機子巻線に対してスロットで１．５個分だけＸ方向にずれて巻回されている。第１のｕ相界磁巻線はスロットｕ１からスロットｕ2 に、第２のｕ相界磁巻線はスロットｕ３からスロットｕ４に、第３のｕ相界磁巻線はスロットｕ５からスロットｕ６に向かってそれぞれ巻き回されている。第１のｖ相界磁巻線はスロットｖ１からスロットｖ２に、第２のｖ相界磁巻線はスロットｖ３からスロットｖ４に、第３のｖ相界磁巻線はスロットｖ５からスロットｖ６に向かってそれぞれ巻き回されている。第１のｗ相界磁巻線はスロットｗ１からスロットｗ２に、第２のｗ相界磁巻線はスロットｗ３からスロットｗ４に、第３のｗ相界磁巻線はスロットｗ５からスロットｗ６に向かってそれぞれ巻き回されている。なお、リニアモータの構造によっては正確に電気角９０度でなくても、これに近い角度であればよい。
【００１３】
移動子３は移動方向（Ｚ方向）に沿って設けられた磁性体３Ａ１〜３Ａ６と、非磁性体３Ｂ１〜３Ｂ７とから構成される。非磁性体３Ｂ２〜３Ｂ６は磁性体３Ａ１〜３Ａ６が移動方向に沿って磁気的に結合しないように磁気分離として機能している。また、磁性体３Ａ１〜３Ａ６が互いに非磁性体３Ｂ２〜３Ｂ６によって磁気的に分離されていることによって、界磁コア２Ａ，２ＢのＮ極から出た磁束は磁性体３Ａ１，３Ａ３，３Ａ６のＳ極から進入し、磁性体３Ａ１，３Ａ３，３Ａ５のＮ極から電機子コア１Ａ，１ＢのＳ極に進入する。一方、電機子コア１Ａ，１ＢのＮ極から出た磁束は磁性体３Ａ２，３Ａ４，３Ａ６のＳ極から進入し、磁性体３Ａ２，３Ａ４，３Ａ６のＮ極から界磁コア２Ａ，２ＢのＳ極に進入する。このようにして、移動子３を介して、電機子コア１Ａ，１Ｂと界磁コア２Ａ，２Ｂは互いに磁気閉回路を形成している。
【００１４】
界磁コア２Ａ，２Ｂの３相界磁巻線には互いに位相角で１２０度ずつずれた次のような交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流される。
ｉｕ＝ｉｍ・ｓｉｎωｔｉｖ＝ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−２π／３）
ｉｗ＝ｉｍ・ｓｉｎ（ωｔ−４π／３）
ここで、ｉｍは電流の最大値である。界磁コア２Ａの３相界磁巻線にこのような電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流されることによって図１に示すような移動子３の磁性体３Ａ１，３Ａ３，３Ａ５に向かう方向に磁束を発生する磁極（Ｎ極）、及び移動子３の磁性体３Ａ２、３Ａ４、３Ａ６、３Ａ８から界磁コア２Ａに向かう磁束を吸収する磁極（Ｓ極）がそれぞれ界磁コア２Ａの移動子３の対向面上に現れ、それが移動方向（Ｚ軸方向）に移動するようになる。界磁コア２Ｂの３相界磁巻線にも同様の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗが流され、界磁コア２Ａと同じような磁極（Ｎ極及びＳ極）が界磁コア２Ａの移動子３の対向面部分に現れ、同じ方向に移動するようになる。
【００１５】
この３相界磁巻線によって移動子３に生じた磁極（Ｎ極及びＳ極）における磁界の磁束分布は移動方向に沿って正弦波状となり、最大磁束をΦｍ、磁極中心をθ＝０とすると磁束は次のように表される。
Φ＝Φｍ・ｃｏｓθ
この３相界磁巻線に流される電流によって移動子３に発生した磁極中心が、直線移動子３の最も磁化容易な面、すなわち磁性体３Ａ１〜３Ａ６の中央付近に位置するように、各相の界磁巻線に流れる電流を制御することによって、移動子３の磁性体３Ａ１〜３Ａ６は所定の方向に磁化され、その磁束密度は近似的に次のようになる。
Ｂ＝Ｂｍ・ｃｏｓθ
すなわち、界磁コア２Ａ，２Ｂに発生したＮ極及びＳ極に応じて直線移動子３の磁性体３Ａ１〜３Ａ６は所定の方向に磁化されるようになる。例えば、電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗによって、図示のように界磁コア２Ａ，２Ｂの磁性体３Ａ１、３Ａ３、３Ａ５に対向する面側にＮ極が発生し、磁性体３Ａ２、３Ａ４、３Ａ６に対向する面側にＳ極が発生すると、これに応じて磁性体３Ａ１、３Ａ３、３Ａ５の界磁コア２Ａ，２Ｂに対向する面側、並びに磁性体３Ａ２、３Ａ４、３Ａ６の電機子コア１Ａ，１Ｂに対向する面側がそれぞれＳ極となる。また、磁性体３Ａ１、３Ａ３、３Ａ５の電機子コア１Ａ，１Ｂに対向する面側、並びに磁性体３Ａ２、３Ａ４、３Ａ６の界磁コア２Ａ，２Ｂに対向する面側がそれぞれＮ極となる。
【００１６】
図１に示すように、界磁コア２ＡのＮ極から出た磁束は、磁性体３Ａ１のＳ極面（側面）から磁性体３Ａ１内に進入する。そして、磁性体３Ａ１内に進入した磁束は、磁性体３Ａ１のＮ極面（上面）から電機子コア１Ａに進入し、電機子コア１Ａ内を移動方向に沿って通過し磁性体３Ａ２のＳ極面（上面）から磁性体３Ａ２内に進入する。そして、磁性体３Ａ２内に進入した磁束は磁性体３Ａ２のＮ極面（側面）から界磁コア２ＡのＳ極に進入する。図では、界磁コア２Ａと電機子コア１Ａとの関係のみを図示しているが、同様のことは界磁コア２Ａと電機子コア１Ｂとの間でも発生し、界磁コア２Ｂと電機子コア１Ａ，１Ｂとの間も発生するが、説明の便宜上図示は省略している。このようにして、このリニアモータでは、界磁コア２Ａ，２Ｂ、直線移動子３及び電機子コア１Ａ，１Ｂによって所定の閉磁気回路が形成されるようになっている。
【００１７】
このような状態で電機子コア１Ａ，１Ｂの３相電機子巻線に、３相の交流電流（電機子電流）ＩＵ，ＩＶ，ＩＷを流すことによって、フレミングの法則により、駆動推力が発生し、移動子３は所定の方向に移動するようになる。電機子コア１Ａ，１Ｂの３相電機子巻線には、次のような互いに位相角で１２０度ずつずれた３相の交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷが流される。
ＩＵ＝Ｉｍ×ｓｉｎωｔＩＶ＝Ｉｍ×ｓｉｎ（ωｔ−２π／３）
ＩＷ＝Ｉｍ×ｓｉｎ（ωｔ−４π／３）
このとき、３相電機子巻線は界磁巻線に対して電気角で約９０度位相が進んでいるので、フレミングの法則により、トルクＴが発生し、移動子３は所定の方向に移動する。なお、このトルクＴの大きさを制御するには、界磁巻線及び電機子巻線に流す電流の大きさを制御するだけでよくなる。なお、電機子電流によっても磁束を生じるが、移動子の非磁性体３Ｂ１〜３Ｂ７によって、磁化されにくくなっているので、その影響は少ない。
【００１８】
この実施の形態に係るリニアモータが従来のものと最も異なる優れた点は、移動子３がテーパ状の側面を有する四角錐台で構成されており、その側面に沿って全面的に等しいギャップを形成するように電機子コア１Ａ，１Ｂ、界磁コア２Ａ，２Ｂが設けられている点である。このように移動子３Ｃの側面がテーパー構造になっていることによって、移動子３と界磁コア２Ａ，２Ｂとの間、及び移動子３と界磁コア１Ａ，１Ｂとの間の磁気閉回路上において、吸引力Ｆが発生する。この吸引力Ｆによって、通常のフレミングの法則によって発生するトルクＴよりも大きな推力Ｆｚが移動子３に発生するようになっている。なお、単純に磁気回路上において吸引力のみを生じさせるのであれば図４のように移動方向Ｚと垂直な方向に移動子３と電機子コア１Ａ又は界磁コア２Ａとを対向させればよい。しかしながら、このような構成だと移動子３の移動距離が短すぎて実用に供せず、その推力Ｆｚの制御も非常に難しいという欠点を有する。
【００１９】
そこで、この発明に係るリニアモータでは、移動子３をテーパ状の側面を有する四角錐台で構成し、その側面に沿って全面的に等しいギャップを形成するように電機子コア１Ａ，１Ｂ、界磁コア２Ａ，２Ｂを設けている。このような構成にすることによって両者のギャップ長ｄと移動距離ΔＺとの間には、移動距離ΔＺがギャップ長ｄよりも大きいという関係（すなわちΔＺ＞ｄ）があるので、短いギャップ長ｄでそれよりも長い十分な移動距離ΔＺを確保することができると共に励磁電流の低減と推力の特性改善を共に行うことができるという優れた効果を奏する。
【００２０】
図３は、図４に示すように電機子コア１Ａ又は界磁コア２Ａと移動子３とが移動方向Ｚに沿って垂直な面で互いに吸引力のみで引き合う場合と、図１のリニアモータのように移動子３の側面がテーパー構造になっており、このテーパ部分で電機子コア１Ａ，１Ｂ及び界磁コア２Ａ，２Ｂと移動子３との間の吸引力Ｆによってその結果移動方向Ｚに推力Ｆｚで引き合う場合と、従来のリニアモータの場合とにおける移動距離ｚと推力Ｆｚとの関係を示す図である。図３から明らかなように、移動子３と電機子コア１Ａ及び界磁コア２Ａが単純に引き合う図４のような垂直構造の場合には、移動距離ｚが大きくなるに従って推力Ｆｚは激減する。また、従来のリニアモータの場合には、移動距離ｚとは無関係に推力Ｆｚは一定である。これに対して図１のようなテーパ構造のリニアモータの場合には、移動距離ｚが大きくなった場合でも垂直構造のものに比べて推力Ｆｚの減少は少なく、推力Ｆｚは移動距離に対して緩やかに減少するだけであり、推力Ｆｚの大きさも従来のリニアモータよりも十分に大きいという特性を示す。これは、ギャップ距離ｄが同じ場合でも、垂直構造のものに比べてテーパー構造の方が移動距離ΔＺが大きいからであり、また、従来のリニアモータでは利用していなかった電機子コア及び界磁コアと移動子との間に生じる吸引力を移動子３の推力Ｆｚとして利用しているからである。
【００２１】
図５は図１のリニアモータにおける移動子と電機子コア及び界磁コアとの関係を示す図である。図５に示すように移動子３と電機子コア１Ａ又は界磁コア２Ａとの間に働く力、すなわち吸引力Ｆは、移動子３の側面、すなわちテーパー部分の表面に垂直な方向に発生する。この吸引力ＦはＺ軸方向の力（推力）Ｆｚと、＋ｘ軸方向の力Ｆ＋ｘに分力される。同様にして、移動子３と電機子コア１Ｂとの間に働く力（吸引力）Ｆは、Ｚ軸方向の力（推力）Ｆｚと、−ｘ軸方向の力Ｆ−ｘに分力される。移動子３と界磁コア２Ａとの間に働く力（吸引力）Ｆは、Ｚ軸方向の力（推力）Ｆｚと、＋ｙ方向の力Ｆ＋ｙに分力される。移動子３と界磁コア２Ｂとの間に働く力（吸引力）Ｆは、Ｚ軸方向の力（推力）Ｆｚと、−ｙ方向の力Ｆ−ｙに分力される。従って、ｘ軸方向及びら軸方向の力Ｆ＋ｘと力Ｆ−ｘ、力Ｆ＋ｙと力Ｆ−ｙは互いに打ち消し合うが、Ｚ軸方向の力Ｆｚ（推力）は一方向にまとまり、移動子３には従来のリニアモータよりも十分大きな推力を発生する。なお、移動子３を固定すれば、電機子コア及び界磁コア側が直線移動し、逆に電機子コア及び界磁コアを固定すれば、移動子３が移動することはいうまでもない。
【００２２】
図６は電機子巻線と界磁巻線の結線方法を示す図である。図２に示すように、界磁巻線と電機子巻線とが電気角で９０度位相ずれとなるように機械的に巻回されている場合には、このように電機子巻線と界磁巻線を直巻にすることができ、１つのインバータで直巻特性のＡＣモータとして制御することができるようになる。なお、この場合には、界磁巻線に推力制御用の巻線を別途設け、両側の界磁巻線の界磁電流の大きさをそれぞれ制御することによって所望の推力を発生することができる。また、界磁巻線と電機子巻線とが電気角で９０度位相ずれることなく同位相となるように機械的に別々に巻回されている場合には、別々のインバータで界磁電流と電機子電流との位相が９０度ずれるように制御すればよい。
【００２３】
なお、図１のリニアモータでは、移動子３の周囲にそれぞれ２個の電機子コアと界磁コアを設ける場合について説明したが、少なくとも電機子コアと界磁コアが存在すれば、その数はどのようになっていてもよいことはいうまでもない。例えば、界磁コアが２個で電機子コアが１個であったり、界磁コアが１個で電機子コアが２個であったり、界磁コア及び電機子コアが共に３個以上であってもよい。
【００２４】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部断面図を含む斜視図である。この実施の形態に係るリニアモータが図１のものと異なる点は、移動子３６の形状が直円錐台であり、電機子コア１Ａ６，１Ｂ６及び界磁コア２Ａ１，２Ａ２も移動子３６の直円錐台の側面形状に沿って円錐状の内周面を有する円筒帯で構成されている点である。なお、電機子巻線及び界磁巻線の構成は図１のものと同じなので説明は省略する。このように全体の形状を直円錐台にすることによって、図１のものに比べて全体的な容積を小さくできる。また、移動子３が回転軸の場合に、その端部付近をテーパ状（直円錐台状）にするだけで回転軸をスラスト方向に移動することができる。
【００２５】
図８は、本発明の第３の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部断面図を含む斜視図である。図９は図８のリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。図１０は移動子３７の詳細構成を示す斜視図である。この実施の形態に係るリニアモータは、直円錐台の円筒の内周面に沿って巻き回された電機子巻線を有する電機子コア１７と、移動子３７のリング状のスロットに巻き回された界磁巻線２Ｂ１〜２Ｂ７と、直円錐台状の移動子３７とから構成される。電機子巻線は通常のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相電機子巻線で構成されている。すなわち、第１のＵ相電機子巻線はスロット内をＵ１からＵ２に、第２のＵ相電機子巻線はスロット内をＵ３からＵ４に、第３のＵ相電機子巻線はスロット内をＵ５からＵ６に、第４のＵ相電機子巻線はスロット内をＵ７からＵ８に、第５のＵ相電機子巻線はスロット内をＵ９からＵＡに、第６のＵ相電機子巻線はスロット内をＵＢからＵＣに向かってＺ軸方向からみて時計回りにそれぞれ巻き回されている。第１のＶ相電機子巻線はスロット内をＶ１からＶ２に、第２のＶ相電機子巻線はスロット内をＶ３からＶ４に、第３のＶ相電機子巻線はスロット内をＶ５からＶ６に、第４のＶ相電機子巻線はスロット内をＶ７からＶ８に、第５のＶ相電機子巻線はスロット内をＶ９からＶＡに、第６のＶ相電機子巻線はスロット内をＶＢからＶＣに向かってＺ軸方向からみて時計回りにそれぞれ巻き回されている。第１のＷ相電機子巻線はスロット内をＷ１からＷ２に、第２のＷ相電機子巻線はスロット内をＷ３からＷ４に、第３のＷ相電機子巻線はスロット内をＷ５からＷ６に、第４のＷ相電機子巻線はスロット内をＷ７からＷ８に、第５のＷ相電機子巻線はスロット内をＷ９からＷＡに、第６のＷ相電機子巻線はスロット内をＷＢからＷＣに向かってＺ軸方向から見て反時計回りにそれぞれ巻き回されている。
【００２６】
直円錐台の移動子３７の各スロットにはリング状の界磁巻線２Ｂ１〜２Ｂ７が巻き回されており、界磁巻線２Ｂ１〜２Ｂ７の間の移動子３７の側面にＮ極及びＳ極の界磁極が交互に発生するように巻き回されている。このような構成によって、図１のリニアモータの場合と全く同様にして、電機子コア１７と移動子３７との間の吸引力Ｆに基づいた推力Ｆｚが発生し、移動子３７は従来のリニアモータよりも十分大きな推力で移動するようになる。
【００２７】
図１１は本発明の第４の実施の形態に係るリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。この実施の形態に係るリニアモータの基本的構成は図８のものと同じであるが、移動子３１０の各界磁極をリング状の磁石で構成した点が図８のものと異なる点である。すなわち、図８の移動子３７の各磁極はリング状のスロットに巻き回された界磁巻線２Ｂ１〜２Ｂ７に流される界磁電流によって生成されるようになっているが、図１１のリニアモータにおける界磁極は、法線方向に磁化されたリング状の磁石３８１〜３８６を移動子３１０の所定位置に設けることによって構成されている。図１２はこの移動子３１０の外観形状を示す斜視図である。電機子コア１１０には図８のリニアモータと同様のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相電機子巻線が巻き回されている。
【００２８】
図１３は本発明の第５の実施の形態に係るリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。この実施の形態に係るリニアモータの基本的構成は図８のものと同じであるが、移動子１２１の各界磁極を直円錐台上の非磁性体１２０の外周側面に沿って設けられたリング状の磁性体１２Ａ〜１２Ｆとリング状の磁石１２３〜１２９によって生成するようになっている点が図８のものと異なる。図１３から明らかなように移動子１２１は、リング状の磁性体１２Ａ〜１２Ｆと、リング状の永久磁石１２３〜１２９が交互に設けられたものであり、このリング状の磁性体１２Ａ〜１２Ｆ及び永久磁石１２３〜１２９の内側は非磁性体になっている。このリング状の永久磁石１２３〜１２９は、移動子１２１のテーパの方向又は移動方向Ｚに沿って磁化されているものであり、互いに同じ極同士が対向するように設けられている。これによって、移動子１２１の各テーパ状の側面となるリング状の磁性体１２Ａ〜１２Ｆの表面にはＮ極及びＳ極の界磁極が生成される。図１３の場合、リング状の磁性体１２Ａ，１２Ｃ，１２Ｅの表面がＮ極であり、リング状の磁性体１２Ｂ，１２Ｄ，１２Ｆの表面がＳ極となる。電機子コア１２２には図８のリニアモータと同様にしてＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相電機子巻線が巻き回されている。
【００２９】
図１４は本発明の第６の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。この実施の形態に係るリニアモータは、図１のリニアモータから界磁コア２Ａ，２Ｂを省略し、それに代えて薄板直方体の永久磁石１４４〜１４Ｆを楔形の移動子１４１に規則正しく設けたものである。なお、図では上下方向に電機子コア１４２，１４３を設ける場合を示しているが、永久磁石を図１５のように上下左右に設け、それに合わせて電機子コアも上下左右に設けるようにしてもよい。なお、図１５の場合は移動子１４１は底辺を正方形とする直角錐台であり、移動子及び電機子コアの横幅が徐々に大きくなっているが、図１４の場合は移動子１４１及び電機子コア１４２，１４３の横幅は一定である。なお、移動子１４１の底辺形状（移動方向に垂直な断面形状）は正方形以外の多角形でもよいし、長方形でもよいことはいうまでもない。電機子巻線は図１の電機子コアと同様のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相電機子巻線が巻き回されている。
【００３０】
図１６は本発明の第７の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。この実施の形態に係るリニアモータは、図１５のリニアモータの永久磁石に代えて矩形状の界磁巻線を移動子１６１の上下方向に設けられたスロットに巻き回すことによって界磁極を形成するようにしたものである。なお、図では上下方向に電機子コア１６２，１６３を設ける場合を示しているが、移動子１６１の形状を図１５のようにして、それぞれのスロットに界磁巻線を巻き回すようにしてもよい。そのときに、移動子１６１の底辺形状は正方形以外の多角形でもよいし、長方形でもよい。なお、図１６のリニアモータのように界磁巻線で界磁極を形成する他にも、図１３のようにして移動子１６１の各スロットに直方体の永久磁石を設けることによって界磁極を形成するようにしてもよい。電機子巻線は図１の電機子コアと同様のＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線からなる３相電機子巻線が巻き回されている。
【００３１】
図１７は、前述の各リニアモータを移動方向Ｚに沿ってシリーズに複数個接続した場合における実施の形態を示す図である。上述の説明では、移動子が１個の場合のみについて説明したが、図１７のように移動子１７１にテーパ状の界磁極を複数個形成して、各テーパ状の界磁極の周囲に電機子コア１７２〜１７４を設けるようにすればよい。なお、図１及び図７のようなリニアモータの場合には界磁コアが各テーパ状の界磁極の周囲に設けられることはいうまでもない。このようにリニアモータを複数個シリーズに接続したものにおける推力制御も１個の場合と同様に行われる。なお、シリーズに接続されるリニアモータの数は必要とされる推力に応じて適宜設ければよいことはいうまでもない。また、リニアモータをパラレルに複数個接続して、それらの推力を合成して、１つの移動軸に推力を供給するようにしてもよいし、シリーズに接続したものをパラレルに接続してもよい。
【００３２】
図１８は、前述のテーパ形状のリニアモータと従来のリニアモータとの構造を複合化した場合の実施の形態を示す図である。すなわち、上述のようなテーパ形状のリニアモータは移動子のテーパ部表面と電機子コア及び／又は界磁コアとのギャップが近接している場合にのみ大きな推力を発生するものであって、図１８の点線で示すような位置に移動子１８１が移動した場合には、テーパ部表面と電機子コア及び／又は界磁コアとの間では推力が発生しなくなる。そこで、図１８のように従来のリニアモータ１８２とテーパ形状のリニアモータ１８３とを結合することによって、移動距離を十分確保でき、Ｚ軸方向に大きな推力を発生することのできるリニアモータを実現する。この場合、テーパ形状のリニアモータ１８３によって生じる大きな推力は、移動子の移動距離の中の僅かな区間にすぎないが、通常の直線移動時における推力よりも大きな推力をある特定の区間で発生することのできるリニアモータを構成することができるので、そのような需要のある機械にとってはその効果は大きい。
【００３３】
図１９は、テーパ形状のリニアモータ１８３Ａ，１８３Ｂと従来のリニアモータ１８２Ａ，１８２Ｂとの複合化された複合化リニアモータを移動方向に沿ってシリーズに接続した場合の実施の形態を示す図である。なお、シリーズに接続される複合化リニアモータの数は３個以上でもよい。また、図１７に示すリニアモータの少なくても一つを複合化リニアモータで構成してもよいし、複合化リニアモータとテーパ形状のリニアモータを適宜シリーズ及び／又はパラレルに複数個接続して、それらの推力を合成して、１つの移動軸に推力を供給するようにしてもよい。
【００３４】
図２０は、図１７の実施の形態の変形例を示す図である。図１７では、単純に上述のリニアモータをシリーズに接続する場合について説明したが、ここでは、前述の各リニアモータを移動方向に沿ってできるだけ沢山シリーズに接続し、大きな推力を得られるようにしたものである。すなわち、電機子コア１９１〜１９４の一部を移動子１９５のテーパ部の内側に進入可能な構成にしている。これによって、移動方向に沿って多数のリニアモータを設けることができる。なお、リニアモータを多数接続することによって、移動可能な距離は小さくなる。
【００３５】
また、上述のリニアモータでは、移動子が直角錐台や直円錐台やくさび形などの場合について説明したが、これに限らず、テーパ部を有するものであれば円柱体、円筒体、楕円体などのあらゆる形状のもので移動子を形成してもよい。この場合、これらの外周面に沿った形状となるように界磁コア及び電機子コアの対向面の形状を構成する必要がある。例えば、直線移動子３が円柱体で構成されている場合には、界磁コア及び電機子コアの対向面をこの円柱体の外周曲面に一致するような曲面にすればよい。
【００３６】
磁性体は、鉄系材料（純鉄・軟鉄・炭素鋼、鋳鋼、磁性鋼帯、無方向性けい素鋼帯、方向性けい素鋼帯など）、鉄−ニッケル合金（パーマロイ、イソパーム、パーミンバーなど）、圧粉磁心（カーボニル圧粉磁心、パーマロイ圧粉磁心、センダスト圧粉磁心など）、フェライト（スピネル系フェライト、複合フェライト（Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｇフェライト）など）で構成される。
【００３７】
上述の実施の形態で説明した極数とスロット数との関係はこれに限定されるものではなく、任意の組み合わせを適宜採用することができることはいうまでもない。また、界磁巻線を単層重巻を例に説明したが、これに限らず、２層重巻にしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の直線移動時における推力よりも大きな推力をある特定の区間において発生することができ、従来のリニアモータで発生することのできない程度の推力を容易に発生することのできるリニアモータを提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のリニアモータの第１の実施の形態の構成を示す一部断面図を含む斜視図である。
【図２】 図２は図１のリニアモータの断面に沿ってそれぞれの構成要素を平面的に示した図である。
【図３】 図３は、３種類の異なる構成のリニアモータにおける移動距離ｚと推力Ｆｚとの関係を示す図である。
【図４】 電機子コア又は界磁コアと移動子とが移動方向に沿って垂直な面で互いに吸引力のみで引き合う場合を示す模式図である。
【図５】 電機子コア又は界磁コアと移動子とが移動方向に沿ってテーパ状の斜面で接する場合の吸引力と移動距離との関係を示す模式図である。
【図６】 電機子巻線と界磁巻線の結線方法を示す図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部断面図を含む斜視図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す一部断面図を含む斜視図である。
【図９】 図８のリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。
【図１０】 図８の移動子の詳細構成を示す斜視図である。
【図１１】 本発明の第４の実施の形態に係るリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。
【図１２】 図１１の移動子の外観形状を示す斜視図である。
【図１３】 本発明の第５の実施の形態に係るリニアモータのＸＺ平面における断面構造をＹ方向から見た図である。
【図１４】 本発明の第６の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。
【図１５】 図１４の永久磁石の変形例を示す図である。
【図１６】 本発明の第７の実施の形態に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。
【図１７】 各リニアモータを移動方向に沿ってシリーズに複数個接続した場合における実施の形態を示す図である。
【図１８】 テーパ形状のリニアモータと従来のリニアモータとの構造を複合化した場合の実施の形態を示す図である。
【図１９】 テーパ形状のリニアモータと従来のリニアモータとの複合化された複合化リニアモータを移動方向に沿ってシリーズに接続した場合の実施の形態を示す図である。
【図２０】 図１７の実施の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ａ６，１Ｂ６，１７、１１０、１２２，１４２，１４３，１６２，１６３，１７２〜１７４Ｐ１９１〜１９４…電機子コア、２Ａ，２Ｂ，２Ａ１，２Ａ２…界磁コア、３，３６，３７，３１０、１２１，１４１，１６１，１７１，１８１，１９５…移動子、３Ａ１〜３Ａ６…磁性体、３Ｂ１〜３Ｂ７…非磁性体、２Ｂ１〜２Ｂ７…界磁巻線、３８１〜３８６，１２３〜１２９，１４４〜１４Ｆ…磁石、１８２…従来のリニアモータ、１８３…テーパ形状のリニアモータ

Claims (5)

1. 移動方向に沿って設けられた磁性体と非磁性体との交互結合体からなり、前記磁性体が移動方向に対してテーパ状の斜面を形成している移動子と、界磁巻線を流れる電流に応じた界磁極の生成した界磁コアの表面が、前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられており、前記界磁極に応じた界磁電極を前記移動子の前記磁性体のテーパ状の斜面に生成させる界磁極生成手段と、電機子巻線を流れる電流に応じた電磁極の生成した電機子コアの表面が前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられている電機子コアを有する電機子手段とを備えたことを特徴とするリニアモータ。
2. 移動方向に対してテーパ状の斜面を有する移動子と、前記移動子に巻き回された界磁巻線によって前記テーパ状の斜面に界磁極を生成させる界磁極生成手段と、電機子巻線を流れる電流に応じた電磁極の生成した電機子コアの表面が前記移動子のテーパ状の斜面に対して等間隔となるように設けられている電機子コアを有する電機子手段とを備えたことを特徴とするリニアモータ。
3. 前記移動子は移動方向に対してテーパ状の斜面を有する直角錐台状からなることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
4. 前記移動子は移動方向に対してテーパ状の斜面を有する直円錐台状からなることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータ。
5. 請求項１から４までに記載のリニアモータのいずれか１つを複数個接続することによって構成されたリニアモータ。

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