JP4574224B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、リニアモータに関するものである。

特開２００１−２８６１２２号公報（特許文献１）には、永久磁石ロッドからなる可動子と電機子からなる固定子とを有するリニアモータが示されている。永久磁石ロッドは、導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石がシャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶようにシャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えている。電機子は、電機子コアと永久磁石ロッドの周方向に環状に巻かれた複数の励磁巻線とを有している。電機子コアは、ヨークを構成する筒状のヨーク構成部と筒状の磁極面形成部と両者を連結する環状の連結部とを有する分割コアが励磁巻線を間に挟むように組み合わされて構成されている。
特開２００１−２８６１２２号公報

しかしながら、従来のリニアモータでは、筒状のヨーク構成部を形成しなければならず、電機子コアの形状が複雑になった。また、分割コアをケイ素鉄材料に削り出し加工を施して形成している。そのため、電機子コアの製造コストが高くなる上、渦電流による鉄損が大きくなる。また、設計の自由度が低いという問題があった。

本発明の目的は、筒状のヨーク構成部を必要としないリニアモータを提供することにある。

本発明の他の目的は、電機子コアの製造コストを低くし、鉄損を少なくして、しかも、設計の自由度を高くできるリニアモータを提供することにある。

本発明のリニアモータは、第１のユニットと第２のユニットとからなり、第１のユニット及び第２のユニットの一方が可動子となり他方が固定子となるように第１のユニット及び第２のユニットが構成されている。第１のユニットは、導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石がシャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶようにシャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた複数本の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ複数本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とから構成されている。第２のユニットは、複数本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する複数個の貫通孔を備えた単位コアと、複数本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の永久磁石ロッドが緩く貫通する複数個の励磁巻線からなる巻線セットとが、軸線方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。そして、複数個の励磁巻線を励磁することにより可動子が固定子に対して軸線方向に移動するように、複数本の永久磁石ロッドのそれぞれの永久磁石列の電気角で見た位置のずれと、複数本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットの複数個の励磁巻線の電気角で見た励磁位相のずれとが定められている。本発明のリニアモータでは、励磁巻線によって発生した磁束は、複数本の永久磁石ロッドと単位コアとを通って環流する。そのため、従来のような筒状のヨーク構成部を設ける必要がないリニアモータを得ることができ、コアの形成が容易になる。

２ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドを備えるリニアモータでは、２ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、２ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとを備えている。この場合、２ｎ本の永久磁石ロッドのうちｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と残りのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列とは、電気角で１８０°位置がずれるように配置し、ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線とが、電気角で１８０°ずれた状態で励磁することができる。このようにすれば、各単位コアに永久磁石を周回するように構成された磁極（一方の貫通孔を囲む内周面）に現れる極性ともう一方の磁極（他方の貫通孔を囲む内周面）に現れる極性を反対にし、永久磁石の軸線方向に並べられた各単位コアの磁極に現れる極性を永久磁石の位置関係に合わせた適切な極性を発生させることによって、軸方向に推力を発生させることができる。そして、巻線セットの励磁巻線によって発生した磁束は、２ｎ本の永久磁石ロッドと励磁巻線の両側に位置する単位コアとを通って環流する。このリニアモータでは、永久磁石ロッドとコアユニットを増減させることによって、推力を増減させることが容易にでき、設計を自由度を高めることができる。

第１のユニットが固定子となり、第２のユニットが可動子となるように第１のユニット及び第２のユニットを構成してもよいし、第１のユニットが可動子となり、第２のユニットが固定子となるように第１のユニット及び第２のユニットを構成してもよい。第１のユニットを可動子とし、第２のユニットを固定子とする場合、シャフトの軸線方向の両側部分を残して複数の永久磁石を配置し、両側部分を基台、ケース等の取付用部材に移動可能に取付ければよい。

３ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドを備えるリニアモータでは、３ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、３ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットと備えている。この場合、３ｎ本の永久磁石ロッドのうち第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列とは互いに電気角で１２０°位置をずらし、第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と、第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と、第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線とは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁する。このようにすれば、巻線セットの励磁巻線から発生した磁束は、３ｎ本の永久磁石ロッド及び励磁巻線の両側に位置する単位コアを通って環流する。このリニアモータでは、少なくとも軸方向に２つの単位コアを配置することによって構成できるため、軸方向の寸法を小さくできる。

この場合も第１のユニットが固定子となり、第２のユニットが可動子となるように第１のユニット及び第２のユニットを構成してもよいし、第１のユニットが可動子となり、第２のユニットが固定子となるように第１のユニット及び第２のユニットを構成してもよい。第１のユニットを可動子とし、第２のユニットを固定子とする場合、シャフトの軸線方向の両側部分を残して複数の永久磁石を配置し、両側部分を基台、ケース等の取付用部材に移動可能に取付ければよい。

非磁性材料から形成され、巻線セットを構成する励磁巻線が嵌合される嵌合孔を備えたスぺーサ部材を更に備えるのが好ましい。このようにすれば、単位コアの間に励磁巻線をしっかりと固定できる上、隣接する単位コアの間の磁気抵抗を保持できる。また、組み立てを容易にすることができる。

第２のユニットは、複数の奇数個の単位コアを軸線方向に並ぶように配置し、端から偶数個目の複数の単位コアには複数個の貫通孔が並ぶ方向に磁束が発生するように巻線導体が巻装されて複数相分の励磁巻線をそれぞれ形成して構成することができる。この場合、複数本の永久磁石ロッドのそれぞれの永久磁石列の電気角に対応した適切な極性を磁極に発生するように複数相の励磁巻線を励磁することにより、軸方向の推力を発生させることができる。このようにすれば、複数相の励磁巻線により発生した磁束は、複数本の永久磁石ロッド、偶数個目の単位コアの両側の単位コア及び偶数個目の単位コアを通って環流する。このリニアモータでは、３相の場合、２本の永久磁石ロッドと３個の励磁巻線によって最小のユニットを得ることができる。そのため、最小のユニットを増減させることで、推力の増減を調整し、設計の自由度を高くすることができる。

発明では、筒状のヨーク構成部を設ける必要がないリニアモータを得ることができるので、単位コアは軸線方向の横断面を同一形状に形成できる。そのため、単位コアは複数枚の電磁鋼板が積層されて構成するのが好ましい。このようにすれば、電機子コアの製造コストを低くし、鉄損を少なくできる。また、電磁鋼板の枚数を適宜に選択することにより永久磁石ピッチに対応した適切な磁極の厚みを得ることができるので、設計の自由度を高くできるリニアモータを得ることができる。

励磁巻線に部分的に添うように冷却パイプを配置するのが好ましい。このようにすれば、冷却パイプにより励磁巻線を直接冷却することで、冷却効率を高めることができ、リニアモータの連続定格推力を大きくすることができる。そのため、熱膨張による精度の悪化を抑制することができる。

複数の単位コアの両端に位置する２つの単位コアの永久磁石列と対向する磁極面は、他の単位コアの磁極面よりも永久磁石列から離れているのが好ましい。また、複数の単位コアの両端に位置する２つの単位コアの永久磁石列と対向する磁極面は、軸線方向外側に向かって永久磁石列から徐々に離れる形状を有しているのが好ましい。このようにすれば、複数の単位コアの両端に磁束が集中することによって発生するコギング力を低くすることができる。

永久磁石列の磁極ピッチτｐと単位コアの磁極ピッチτｓとは、τｓ：τｐ＝３ｍ±１：３ｍ（但しｍは自然数）とするのが好ましい。このようにすれば、磁極ピッチτｐの周期をもった各磁極によって発生するコギング力の周期は、それぞれ均一にずれるため、合計されたコギング力は互いに打ち消されて小さくなる利点がある。

本発明のリニアモータでは、従来のような筒状のヨーク構成部を設ける必要がないリニアモータを得ることができ、コアの形成が容易になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のリニアモータの斜視図である。図１に示すように、本例のリニアモータは、固定子を構成する第１のユニット１と可動子を構成する第２のユニット３とユニット支持体５と可動ステージ７と基台９とを有している。第１のユニット１は、２ｎ本（本例では２本）の永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂと、２個のロッド支持体１３とから構成されている。永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂは、導磁性を有する細長い円柱状のシャフト１５と永久磁石列１７とを備えている。永久磁石列１７は、外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石１９がシャフト１５の軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶようにシャフト１５に対して配置されて構成されている。本例では、永久磁石ロッド１１Ａの永久磁石列１７と永久磁石ロッド１１Ｂの永久磁石列１７とは、電気角で１８０°位置がずれている。具体的には、永久磁石ロッド１１Ａの１個の永久磁石１９は、永久磁石ロッド１１Ｂの異極性の１個の永久磁石１９と同じ位置に並んでいる。ロッド支持体１３は、基台９のベース９ａ上に固定されており、２本の永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂの両端をそれぞれ支持している。

第２のユニット３は、図２の分解斜視図に示すように、７個の単位コア２１Ａ〜２１Ｇと巻線セット２３Ａ〜２３Ｆとが、シャフト１５の軸線方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。単位コア２１Ａ〜２１Ｇは、それぞれほぼ矩形の平板形状を有しており、シャフト１５の軸線方向に複数枚の電磁鋼板が積層されて構成されている。この単位コア２１Ａ〜２１Ｇには、２本の永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ緩く貫通する２つの円形の貫通孔２９Ａ，２９Ｂと、単位コア２１Ａ〜２１Ｇの対向する側壁にそれぞれ２つずつ形成されて側方に開口する横断面がＴ字形の溝３１とが形成されている。貫通孔２９Ａ，２９Ｂを囲む内周面により単位コア２１Ａ〜２１Ｇの磁極面が構成されている。巻線セット２３Ａ〜２３Ｆは、図３の分解斜視図に示すように、２本の永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の永久磁石ロッドが緩く貫通する２個の励磁巻線３３Ａ，３３Ｂから構成されている。本例では、巻線セットの１個の励磁巻線３３Ａと残りの１個の励磁巻線３３Ｂとが、電気角で１８０°ずれた状態で励磁されている。具体的には、励磁巻線３３Ａに流れる電流と励磁巻線３３Ｂに流れる電流は逆方向になっている。また、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆの励磁巻線３３Ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電流がそれぞれ流れ、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆの励磁巻線３３Ｂには、電気角が１８０°ずれた−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相、−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相の三相電流がそれぞれ流れている。このように、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆの励磁巻線３３Ａ，３３Ｂを三相励磁することにより、第２のユニット３が第１のユニット１に対してシャフト１５の軸線方向に移動するように、永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂのそれぞれの永久磁石列１７の電気角で見た位置のずれと、永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂが貫通する巻線セット２３Ａ〜２３Ｆの励磁巻線３３Ａ，３３Ｂの電気角で見た励磁位相のずれとが定められている。そして、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆのそれぞれは、内部空間が貫通孔２９Ａ，２９Ｂと対応するように隣接する２つの単位コアの間に挟持されている。また、本例では、永久磁石列１７の磁極ピッチτｐ（図１）と単位コア２１Ａ〜２１Ｇの磁極ピッチτｓ（図２）とは、τｓ：τｐ＝３ｍ±１：３ｍ（但しｍは自然数）の関係を有している。なお、図４に示すように、７個の単位コア２１の両端に位置する２つの単位コアの永久磁石列１７と対向する磁極面２１ａは、他の単位コアの磁極面２１ｂよりも永久磁石列１７から離すことができる。また、図５に示すように、７個の単位コア２１Ａ〜２１Ｇの両端に位置する２つの単位コアの永久磁石列１７と対向する磁極面２１ｃは、軸線方向外側に向かって永久磁石列１７から徐々に離れる形状を有しているように形成することもできる。このようにすれば、単位コア２１Ａ〜２１Ｇのそれぞれの両端に磁束が集中することにより発生するコギング力を低くすることができる。

以上のようにして巻線セット２３Ａ〜２３Ｆと単位コア２１Ａ〜２１Ｇとから構成される第２のユニット３は、単位コア２１Ａ〜２１Ｇの溝３１に嵌合される細長い取付部材３５を介して２個の支持壁材３７に固定されている。更に２個の支持壁材３７は、図１に示すように、可動ステージ７に固定されており、可動ステージ７は基台９の２つの側壁９ｂの上方にそれぞれ配置されたレール９ｃに摺動自在に支持されている。本例では、取付部材３５及び支持壁材３７によってユニット支持体５が構成されている。このため、第２のユニット３は、基台９に対してシャフト１５の軸線方向に移動可能に支持されることになる。

本例のリニアモータでは、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆの励磁巻線３３Ａ，３３Ｂに流れる電流の通電方向を変えて、単位コア２１Ａ〜２１Ｇのそれぞれの永久磁石ロッドに対向した磁極に現れる極性を反対にし、また、軸方向に並ぶ巻線セットには、磁極に対向する永久磁石の極性に合わせた電流を流すことによって、永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂの永久磁石列１７と単位コア２１Ａ〜２１Ｇとの間に第２のユニット３をシャフト１５の軸線方向に変位させる推力を発生する。このリニアモータでは、図３に示すように、例えば、巻線セット２３Ａの励磁巻線３３Ａ及び励磁巻線３３Ｂによる磁束は、励磁巻線３３Ａの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド１１Ａ）→単位コア２１Ａの貫通孔２９Ａを囲む内周面（磁極面）→単位コア２１Ａの貫通孔２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線３３Ｂの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド１１Ｂ）→単位コア２１Ｂの貫通孔２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→単位コア２１Ｂの貫通孔２９Ａを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線３３Ａの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド１１Ａ）と還流する。そのため、従来のような筒状のヨーク構成部を設ける必要がない。

なお、上記の第１の実施の形態のリニアモータでは、２ｎ本の永久磁石ロッドとして、２本（ｎ＝１）の永久磁石ロッド１１Ａ，１１Ｂを用いた例を示したが、４本（ｎ＝２）、６本（ｎ＝３）等の２の倍数本の永久磁石ロッドを用いる場合にも本発明を適用できるのは勿論である。その場合、２ｎ本の永久磁石ロッドのうちｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と残りのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列とを電気角で１８０°位置をずらし、ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線とを電気角で１８０°ずれた状態で励磁すればよい。

図６は本発明の第２の実施の形態のリニアモータの斜視図である。本例のリニアモータでは、第１のユニット１０１が可動子を構成し、第２のユニット１０３が固定子を構成しており、基本的には図１に示す第１の実施の形態のリニアモータと同じ作用により作動する。第１のユニット１０１の２本の永久磁石ロッド１１１Ａ，１１１Ｂの永久磁石列１１７は、シャフト１１５の軸線方向の両側部分１１５ａを残して複数の永久磁石１１９が並んで構成されている。そして、永久磁石ロッド１１１Ａ，１１１Ｂのシャフト１１５の両側部分１１５ａは、軸受１４１を介して基台１０９のベース１０９ａに固定されたロッド支持体１４３に移動可能に支持されている。２本の永久磁石ロッド１１１Ａ，１１１Ｂの両端をそれぞれ連結する連結体１１３は、２本の永久磁石ロッド１１１Ａ，１１１Ｂと共に移動する。また、第２のユニット１０３に固定された２個の支持壁材１３７は、基台１０９のベース１０９ａに固定されている。これにより、第２のユニット１０３は基台１０９に固定され、第１のユニット１０１は、基台１０９に対して移動自在に支持される。本例では、図７の分解斜視図に示すように、第２のユニット１０３の単位コア１２１は、貫通孔１２９Ａ，１２９Ｂの間にスリット状の貫通孔１４５を有している。この貫通孔１４５は、単位コアの磁極面の円周方向に流れる渦電流を低減し、磁束を効率よく流す役割を果たしている。また、隣接する２つの単位コア１２１の間には、スぺーサ部材１４７が配置されている。スぺーサ部材１４７は、非磁性材料の合成樹脂から形成され、嵌合孔１４７ａが形成されている。嵌合孔１４７ａには、巻線セット１２３Ａ〜１２３Ｆを構成する励磁巻線１３３Ａ，１３３Ｂが嵌合されている。

図８は本発明の第３の実施の形態のリニアモータの第１のユニット２０１及び第２のユニット２０３の斜視図である。本例のリニアモータでは、第１のユニット２０１は、３ｎ本（本例では３本）の永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃから構成されている。３本の永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃのうち１本の永久磁石ロッド２１１Ａの永久磁石列２１７と他の１本の永久磁石ロッド２１１Ｂの永久磁石列２１７と残りの１本の永久磁石ロッド２１１Ｃの永久磁石列２１７とは互いに電気角で１２０°位置がずれている。具体的には、永久磁石ロッド２１１Ａの１個の永久磁石２１９は、永久磁石ロッド２１１Ｂの同極性の永久磁石２１９の１／３及び異極性の永久磁石２１９の２／３と同じ位置に並んでいる。また、永久磁石ロッド２１１Ｂの１個の永久磁石２１９は、永久磁石ロッド２１１Ｃの同極性の永久磁石２１９の１／３及び異極性の永久磁石２１９の２／３と同じ位置に並んでいる。そして、永久磁石ロッド２１１Ａの１個の永久磁石２１９は、永久磁石ロッド２１１Ｃの同極性の永久磁石２１９の１／３及び異極性の永久磁石２１９の２／３と同じ位置に並んでいる。

第２のユニット２０３は、２個の単位コア２２１Ａ，２２１Ｂと巻線セット２２３とが、シャフト２１５の軸線方向に交互に並ぶように配置されて構成されている。単位コア２２１Ａ，２２１Ｂには、３本の永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃがそれぞれ緩く貫通する３つの円形の貫通孔２２９Ａ〜２２９Ｃがそれぞれ形成されている。貫通孔２２９Ａ〜２２９Ｃを囲む内周面により単位コア２２１Ａ，２２１Ｂの磁極面が構成されている。巻線セット２２３は、図９の分解斜視図に示すように、３本の永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の永久磁石ロッドが緩く貫通する３個の励磁巻線２３３Ａ〜２３３Ｃから構成されている。本例では、永久磁石ロッド２１１Ａが貫通する巻線セット２２３の励磁巻線２３３Ａと、永久磁石ロッド２１１Ｂが貫通する巻線セット２２３の励磁巻線２３３Ｂと、永久磁石ロッド２１１Ｃが貫通する巻線セット２２３の励磁巻線２３３Ｃとは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁されている。具体的には、励磁巻線２３３Ａ〜２３３ＣにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流がそれぞれ流れている。そして、巻線セット２２３は、内部空間が貫通孔２２９Ａ〜２２９Ｃと対応するように隣接する２つの単位コア２２１の間に挟持され、接着されている。

本例のリニアモータにおいて、第１のユニット２０１を固定子として構成し、第２のユニット２０３を可動子として構成する場合は、図１に示す第１の実施の形態のように、第１のユニット２０１を基台に固定し、第２のユニット２０３を基台に移動可能に取付ればよい。また、第１のユニット２０１を可動子として構成し、第２のユニット２０３を固定子として構成する場合は、図６に示す第２の実施の形態のように、第１のユニット２０１を基台に移動可能に取付け、第２のユニット２０３を基台に固定すればよい。

本例のリニアモータでは、巻線セット２２３の励磁巻線２３３Ａ〜２３３Ｃに流れる電流の通電方向を変えて、単位コア２２１Ａ，２２１Ｂに現れる磁極の極性を変えることにより、永久磁石ロッドの極性に適切な磁界を発生させることで、永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃの永久磁石列２１７と単位コア２２１Ａ，２２１Ｂとの間に第２のユニット２０３をシャフト２１５の軸線方向に相対的に変位させる推力を発生する。このリニアモータでは、図９に示すように、例えば、巻線セット２２３の励磁巻線２３３Ａ〜２３３Ｃにより発生する磁束は、励磁巻線２３３Ｂの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド２１１Ｂ）→単位コア２２１Ｂの貫通孔２２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→単位コア２２１Ｂの貫通孔２２９Ａを囲む内周面（磁極面）及び貫通孔２２９Ｃを囲む内周面（磁極面）に分岐して流れる。そして、単位コア２２１Ｂの貫通孔２２９Ａを囲む内周面（磁極面）に流れた磁束は、貫通孔２２９Ａを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線２３３Ａの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド２１１Ａ）→単位コア２２１Ａの貫通孔２２９Ａを囲む内周面（磁極面）→単位コア２２１Ａの貫通孔２２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線２３３Ｂの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド２１１Ｂ）と環流する。また、単位コア２２１Ｂの貫通孔２２９Ｃを囲む内周面（磁極面）に流れた磁束は、貫通孔２２９Ｃを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線２３３Ｃの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド２１１Ｃ）→単位コア２２１Ａの貫通孔２２９Ｃを囲む内周面（磁極面）→単位コア２２１Ａの貫通孔２２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→励磁巻線２３３Ｂの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド２１１Ｂ）と環流する。そのため、従来のような筒状のヨーク構成部を設ける必要がない。

なお、上記の第３の実施の形態のリニアモータでは、３ｎ本の永久磁石ロッドとして、３本（ｎ＝１）の永久磁石ロッド２１１Ａ〜２１１Ｃを用いた例を示したが、６本（ｎ＝２）、９本（ｎ＝３）等の３の倍数本の永久磁石ロッドを用いる場合にも本発明を適用できるのは勿論である。その場合、３ｎ本の永久磁石ロッドのうち第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列と第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドは第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドの永久磁石列とを互いに電気角で１２０°位置をずらす。また、第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と、第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線と、第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する巻線セットのｎ個の励磁巻線とは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁すればよい。

図１０は本発明の第４の実施の形態のリニアモータの第１のユニット３０１及び第２のユニット３０３の斜視図である。本例のリニアモータでは、第１のユニット３０１は、２本の永久磁石ロッド３１１Ａ，３１１Ｂから構成されている。永久磁石ロッド３１１Ａの永久磁石列３１７と永久磁石ロッド３１１Ｂの永久磁石列３１７とは、電気角で１８０°位置がずれている。具体的には、永久磁石ロッド３１１Ａの１個の永久磁石３１９は、永久磁石ロッド３１１Ｂの異極性の１個の永久磁石３１９と同じ位置に並んでいる。

第２のユニット３０３は、７個の単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇと３個の励磁巻線３３３Ａ〜３３３Ｃとを有している。７個の単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇは、シャフト３１５の軸線方向に並ぶように配置され、２本の永久磁石ロッド３１１Ａ，３１１Ｂがそれぞれ緩く貫通する２つの円形の貫通孔３２９Ａ，３２９Ｂと２つの凹部３３２とがそれぞれ形成されている。貫通孔３２９Ａ，３２９Ｂを囲む内周面により単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇの磁極面が構成されている。２つの凹部３３２は、貫通孔３２９Ａ，３２９Ｂが並ぶ方向に延びる一対の側面にそれぞれ形成されており、単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇの厚み方向と側方とに開口している。図１１に示すように、励磁巻線３３３Ａ〜３３３Ｃは、端から偶数個目の単位コア３２１Ｂ，３２１Ｄ，３２１Ｆの中央に、２つの凹部３３２に一部が嵌合して、２個の貫通孔３２９Ａ，３２９Ｂが並ぶ方向に磁束が発生するように巻装されている。本例では、単位コア３２１Ｂに巻装された励磁巻線３３３Ａと単位コア３２１Ｄに巻装された励磁巻線３３３Ｂとが電気角で６０°ずれた状態で励磁されており、単位コア３２１Ｄに巻装された励磁巻線３３３Ｂと単位コア３２１Ｆに巻装された励磁巻線３３３Ｃとが電気角で６０°ずれた状態で励磁されている。具体的には、励磁巻線３３３Ａ〜３３３ＣにＵ相、−Ｖ相（Ｖ相を逆方向に結線した相）、Ｗ相の電流がそれぞれ流れている。そして、励磁巻線３３３Ａ〜３３３Ｃのそれぞれ一部は、巻装する単位コアと該単位コアの両側の単位コアとの間に挟持されている。

本例のリニアモータにおいて、第１のユニット３０１を固定子として構成し、第２のユニット３０３を可動子として構成する場合は、図１に示す第１の実施の形態のように、第１のユニット３０１を基台に固定し、第２のユニット３０３を基台に移動可能に取付ればよい。また、第１のユニット３０１を可動子として構成し、第２のユニット３０３を固定子として構成する場合は、図６に示す第２の実施の形態のように、第１のユニット３０１を基台に移動可能に取付け、第２のユニット３０３を基台に固定すればよい。

本例のリニアモータでは、励磁巻線３３３Ａ〜３３３Ｃに流れる電流の通電方向を変えて、単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇに現れる磁極の極性を変えることにより、磁極に対向する永久磁石ロッドの極性に対応した適切な磁界を発生させ、永久磁石ロッド３１１Ａ，３１１Ｂの永久磁石列３１７と単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇとの間に第２のユニット３０３をシャフト３１５の軸線方向に相対的に変位させる推力を発生する。このリニアモータでは、図１１に示すように、例えば、励磁巻線３３３Ａから発生した磁束は、２つのルートで還流する。１つのルートは、単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）→貫通孔３２９Ａの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド３１１Ａ）→単位コア３２１Ａの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）→単位コア３２１Ａの貫通孔３２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→貫通孔３２９Ｂの内側の
永久磁石ロッド（永久磁石ロッド３１１Ｂ）→単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）と還流する。もう１つのルートは、単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）→貫通孔３２９Ａの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド３１１Ａ）→単位コア３２１Ｃの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）→単位コア３２１Ｃの貫通孔３２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→貫通孔３２９Ｂの内側の永久磁石ロッド（永久磁石ロッド３１１Ｂ）→単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ｂを囲む内周面（磁極面）→単位コア３２１Ｂの貫通孔３２９Ａを囲む内周面（磁極面）と還流する。そのため、従来のような筒状のヨーク構成部を設ける必要がない。

上記、第１〜第４の実施の形態のリニアモータの第１のユニットには、励磁巻線に部分的に添うように冷却パイプを配置することができる。例えば、図１２は、図１に示す第１の実施の形態のリニアモータの第１のユニット３に冷却パイプ５１を配置した図を示している。冷却パイプ５１は、巻線セット２３Ａ〜２３Ｆと接触するように、７個の単位コア２１の隣り合う２個の単位コア２１の間の空隙内を蛇行する形状を有している。また、図１３は、図１０に示す第４の実施の形態のリニアモータの第１のユニット３０３に冷却パイプ３５１を配置した図を示している。冷却パイプ３５１は、励磁巻線３３３Ａ〜３３３Ｃと接触するように、７個の単位コア３２１Ａ〜３２１Ｇの側面上を蛇行する形状を有している。

本発明の第１の実施の形態のリニアモータの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態のリニアモータの一部の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態のリニアモータの第２のユニットの一部の分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態のリニアモータの第１のユニット及び第２のユニットとの一部の断面図である。 本発明の第１の実施の形態のリニアモータの変形例の第１のユニット及び第２のユニットとの一部の断面図である。 本発明の第２の実施の形態のリニアモータの斜視図である。 本発明の第２の実施の形態のリニアモータの第２のユニットの一部の分解斜視図である。 本発明の第３の実施の形態のリニアモータの第１のユニット及び第２のユニットの斜視図である。 本発明の第３の実施の形態のリニアモータの第２のユニットの一部の分解斜視図である。 本発明の第４の実施の形態のリニアモータの第１のユニット及び第２のユニットの斜視図である。 本発明の第４の実施の形態のリニアモータの第２のユニットの一部の分解斜視図である。 第１の実施の形態のリニアモータの第１のユニットに冷却パイプを配置した斜視図である。 第４の実施の形態のリニアモータの第１のユニットに冷却パイプを配置した斜視図である。

１ 第１のユニット
３ 第２のユニット
１１Ａ，１１Ｂ 永久磁石ロッド
１３ ロッド支持体
１５ シャフト
１７ 永久磁石列
１９ 永久磁石
２１Ａ〜２１Ｇ 単位コア
２３Ａ〜２３Ｆ 巻線セット
２９Ａ，２９Ｂ 貫通孔
３３Ａ，３３Ｂ 励磁巻線

Claims (13)

1. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた２ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記２ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する２ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記２ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する２ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニット及び第２のユニットの一方が可動子となり他方が固定となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドのうちｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と残りのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは、電気角で１８０°位置がずれるように配置されており、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とが、電気角で１８０°ずれた状態で励磁され、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線及び前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線が、それぞれ三相励磁されることを特徴とするリニアモータ。
2. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた２ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記２ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する２ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記２ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する２ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニットが固定子となり、前記第２のユニットが可動子となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドのうちｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と残りのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは、電気角で１８０°位置がずれており、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とが、電気角で１８０°ずれた状態で励磁され、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線及び前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線が、それぞれ三相励磁されることを特徴とするリニアモータ。
3. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向の両側部分を残して前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた２ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記２ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する２ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記２ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する２ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニットが可動子となり、前記第２のユニットが固定子となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記２ｎ本の永久磁石ロッドのうちｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と残りのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは、電気角で１８０°位置がずれており、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とが、電気角で１８０°ずれた状態で励磁され、
   前記ｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線及び前記残りのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する複数の前記励磁巻線が、それぞれ三相励磁されることを特徴とするリニアモータ。
4. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた３ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記３ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する３ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記３ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する３ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニット及び第２のユニットの一方が可動子となり他方が固定となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドのうち第１のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第２のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第３のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは互いに電気角で１２０°位置がずれており、
   前記第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁されることを特徴とするリニアモータ。
5. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた３ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記３ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する３ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記３ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する３ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニットが固定子となり、前記第２のユニットが可動子とな前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドのうち第１のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第２のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第３のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは互いに電気角で１２０°位置がずれており、
   前記第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁されることを特徴とするリニアモータ。
6. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向の両側部分を残して前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた３ｎ本（ｎは自然数）の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記３ ｎ本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する３ｎ個の貫通孔を備えた単位コアと、前記３ｎ本の永久磁石ロッドに対応して設けられ且つ巻線導体が環状に巻かれて形成されて内部空間を１本の前記永久磁石ロッドが緩く貫通する３ｎ個の励磁巻線からなる巻線セットとが、前記軸線方向に交互に並ぶように配置されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニットが可動子となり、前記第２のユニットが固定子となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記３ｎ本の永久磁石ロッドのうち第１のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第２のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列と第３のグループのｎ本の前記永久磁石ロッドの前記永久磁石列とは互いに電気角で１２０°位置がずれており、
   前記第１のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第２のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線と、前記第３のグループのｎ本の永久磁石ロッドが貫通する前記巻線セットのｎ個の前記励磁巻線とは、互いに電気角で１２０°ずれた状態で励磁されることを特徴とするリニアモータ。
7. 非磁性材料から形成され、前記巻線セットを構成する励磁巻線が嵌合される嵌合孔を備えたスぺーサ部材を更に備えている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 導磁性を有するシャフトと外周面全体に同じ極性の磁極が現れるように着磁された複数の永久磁石が前記シャフトの軸線方向に交互に異なる極性の磁極が並ぶように前記シャフトに対して配置されてなる永久磁石列とを備えた複数本の永久磁石ロッドと、所定の間隔を開けて平行に並んだ前記複数本の永久磁石ロッドを支持するロッド支持体とからなる第１のユニットと、
   前記複数本の永久磁石ロッドがそれぞれ緩く貫通する複数個の貫通孔を備えた複数の奇数個の単位コアが前記軸線方向に並ぶように配置され、端から偶数個目の複数の単位コアには前記複数個の貫通孔が並ぶ方向に磁束が発生するように巻線導体が巻装されて複数相分の励磁巻線がそれぞれ形成されてなる第２のユニットとからなり、
   前記第１のユニット及び第２のユニットの一方が可動子となり他方が固定子となるように前記第１のユニット及び第２のユニットが構成され、
   前記複数相の励磁巻線を励磁することにより前記可動子が前記固定子に対して前記軸線方向に移動するように、前記複数本の永久磁石ロッドのそれぞれの前記永久磁石列の電気角で見た位置のずれと、前記複数相の励磁巻線の電気角で見た励磁位相のずれとが定められていることを特徴とするリニアモータ。
9. 前記単位コアは前記軸線方向に複数枚の電磁鋼板が積層されて構成されている請求項１乃至８のいずれか一つに記載のリニアモータ。
10. 前記励磁巻線に部分的に添うように冷却パイプが配置されている請求項１乃至８のいずれか一つに記載のリニアモータ。
11. 複数の前記単位コアの両端に位置する２つの単位コアの前記永久磁石列と対向する磁極面は、他の単位コアの磁極面よりも前記永久磁石列から離れている請求項１乃至８のいずれか一つに記載のリニアモータ。
12. 複数の前記単位コアの両端に位置する２つの単位コアの前記永久磁石列と対向する磁極面は、軸線方向外側に向かって前記永久磁石列から徐々に離れる形状を有している請求項１乃至８のいずれか一つに記載のリニアモータ。
13. 前記永久磁石列の磁極ピッチτｐと前記単位コアの磁極ピッチτｓとが、
    τｓ：τｐ＝３ｍ±１：３ｍ（但しｍは自然数）となる請求項１乃至８のいずれか一つに記載のリニアモータ。

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