JP4800913B2

JP4800913B2 - リニアモータの電機子およびリニアモータ

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Publication number: JP4800913B2
Application number: JP2006322817A
Authority: JP
Inventors: 昭橋本; 諭山代; 真一郎吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008141800A

Description

この発明は、リニアモータの電機子およびその電機子を用いたリニアモータに係るものであり、特に薄型化を図るための電機子構造に関するものである。

従来のリニアモータの電機子は、磁極ティースにインシュレータを介して巻回される駆動コイルと、各駆動コイルの端末と電気的に接続される複数の結線補助板と、結線補助板を電気的に接続させる複数の結線部材を備え、これらを、駆動コイルの端末が引き出される側のインシュレータのフランジ部に突出して形成される係合突起によって、駆動コイルの上（外側）に配置している（例えば、特許文献１参照）。
また、各電機子コアブロックをコアバック部に設けられた穴を利用して、ボルト等により締結部材と締結しており、該締結部材は駆動コイルの上（外側）に突出するように配置している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１８０３８１号公報（段落番号[０００６]〜[００１２]、図１、図２等参照）特開２００５−１６０１４８号公報（段落番号[００１４]〜[００１６]、図６、図７等参照）

上記従来のリニアモータの電機子は、磁極ティースに一様に駆動コイルが巻回され、結線部材や締結部材は、一様に巻回された該駆動コイルの上（駆動コイルの外側）に配置されているため、電機子のコイルエンド方向の寸法が増大してしまい、電機子を薄型化する際の阻害要因となるという問題点があった。
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、薄型化が可能なリニアモータの電機子およびこの電機子を用いた薄型のリニアモータを得ることを目的とする。

この発明に係るリニアモータの電機子は、モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極ティースと、上記磁極ティースの駆動コイル巻回部に巻回された駆動コイルとを備えている。そして、駆動コイル巻回部は、モータ駆動方向の巻回面にモータ駆動方向の段差を設けて、モータ駆動方向の幅が広い巻回部と、モータ駆動方向の幅が狭い巻回部とを備え、上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルの上記モータ駆動方向における幅が略同じになるように形成し、上記モータ駆動方向と直交する方向において磁極ティースの外部に上記駆動コイルが露出したコイルエンド側については、上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルとによって段差を形成していることを特徴としている。

この発明のリニアモータの電機子によれば、駆動コイル巻回部は、モータ駆動方向の巻回面にモータ駆動方向の段差を設けて、モータ駆動方向の幅が広い巻回部と、モータ駆動方向の幅が狭い巻回部とを備え、上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルの上記モータ駆動方向における幅が略同じになるように形成し、上記モータ駆動方向と直交する方向において磁極ティースの外部に上記駆動コイルが露出したコイルエンド側については、上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルとによって段差を形成しているので、この段差により生じるコイルエンド部の凹部に、駆動コイルの端末を電気的に接続する結線部材や、各磁極ティースを締結するための締結部材等を配置することにより、電機子の性能を低下させることなくリニアモータの電機子の薄型化を図ることができる。

図１はこの発明の実施の形態によるリニアモータの構成を示す平面図である。また、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリニアモータの構成を示す側断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うリニアモータの構成を示す平断面図であり固定子を省略したもの、図４は図１におけるリニアモータの構成を示す下面図であり固定子を省略したものである。また、図５はこの発明の実施の形態によるリニアモータの電機子を構成する磁極ティースの形状を示す平面図、図６は図５における磁極ティースに駆動コイルを巻回した状態を示す平断面図である。

図１において、リニアモータの固定子１は、リニアモータの駆動方向（図中の両向き矢印Ａの方向）に沿って２列に延在する板状のヨーク２と、このヨーク２上にモータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石３および４とから構成されている。

また、図１乃至図４に示されるように、リニアモータの電機子５は、リニアモータの固定子１の２列の永久磁石３、４間に所定の間隔を介して配置され、リニアモータの駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極ティース６と、これらの各磁極ティース６の周囲を覆うように装着されたインシュレータ７と、該インシュレータ７を介して各磁極ティース６に巻回される駆動コイル８と、複数の磁極ティース６を両端から挟み込んで各磁極ティース６を一体に締結するための締結部材９および連結棒１０（図２参照）と、各磁極ティース６に巻回された各駆動コイル８の端末を電気的に接続する結線部材１１（図４参照）とから構成されている。

次に、電機子５を構成する磁極ティース６について詳述する。
磁極ティース６は、図２に示すように、電磁鋼板をプレスで打ち抜くとともに抜きカシメなどで鋼板同士を連結して形成されており、２列の永久磁石３、４間中央に位置し隣接する磁極ティース６と当接するコアバック部６１と、このコアバック部６１から永久磁石３、４と対向する両側に突出して形成される駆動コイル巻回部６０とからなる（図５参照）。
そして、駆動コイル巻回部６０のモータ駆動方向の巻回面には駆動方向の段差Ｈを設け、本実施の形態では、コアバック部６１の両端にモータ駆動方向の幅が広い幅広巻回部６０１を、そしてこの幅広巻回部６０１よりも永久磁石３、４側にモータ駆動方向の幅が狭い幅狭巻回部６０２を設けている。
また、コアバック部６１は、上述の締結部材９および連結棒１０に各磁極ティース６を固定するための固定穴６１ａを備えている。

そして、図６に示すように、各磁極ティース６の駆動コイル巻回部６０には、該磁極ティースを覆うように配置されるインシュレータ７を介して駆動コイル８が巻回される。この際、駆動コイル８は、隣り合う磁極ティース間のスロットに無駄な空間が生じないように、各巻回部におけるリニアモータ駆動方向の幅がほぼ同じになるように、幅広巻回部６０１に比べ幅狭巻回部６０２側の巻線層数を増やして巻回される。本実施の形態では、幅広巻回部６０１には駆動コイル８を２層巻回し、幅狭巻回部６０２には６層巻回しており、幅広巻回部６０１側の駆動コイル８１の駆動方向の幅Ｗ１と、幅狭巻回部６０２側の駆動コイル８２の駆動方向の幅Ｗ２がほぼ同じとなっている。

インシュレータ７の形状は詳しくは図示していないが、上述の通り各磁極ティース６を覆うように設けられており、磁極ティース６の積層方向両端側から、磁極ティース６の巻回部６０を覆うように装着されている。本実施の形態では、図６に示すように、駆動コイル巻回部６０の駆動方向側の巻回面に段差Ｈを設けているため、インシュレータ７の駆動方向側の面もこの段差Ｈに沿った形状である。また、図２に示すように、インシュレータ７の磁極ティース６の積層方向側の面には、駆動コイル８がコイル巻回部６０からはみでて巻き崩れが生じないように、駆動コイル巻回部の端部、すなわちコイル巻回部６０のコアバック６１側と永久磁石３、４側の両端にそれぞれフランジ部７０、７１を設けた形状としている。

さらに、インシュレータ７は、駆動コイル巻回部６０の幅が変化する境界部分に、上記駆動コイル巻回部６０の巻回面に垂直な上記駆動コイルを仕切るための仕切り壁７００を設けている。図２および図６に示すように、この仕切り壁７００は、インシュレータ７のモータ駆動方向側の面からモータ駆動方向に延びる仕切り壁７００ａと、インシュレータ７の磁極ティース６の積層方向側の面から磁極ティース６の積層方向に延びる仕切り壁７００ｂとからなり、幅広巻回部６０１側の駆動コイル８１および駆動コイル８１の磁極ティース６の積層方向両端面から外部に露出した部分であるコイルエンド部８１０と、幅狭巻回部６０２側の駆動コイル８２および駆動コイル８２の磁極ティース６の積層方向両端面から外部に露出した部分であるコイルエンド部８２０との間を仕切っている。

そして、上述のように、磁極ティース６の幅広巻回部６０１、幅狭巻回部６０２の幅に応じて駆動コイル８が巻線層数を変えて巻回されることにより、磁極ティース６の積層方向両側には段差を有するコイルエンド部８１０、８２０が形成される。例えば、本実施の形態のように、幅広巻回部６０１側を２層巻き（駆動コイル８１）とし、幅狭巻回部６０２側を６層巻き（駆動コイル８２）とすると、駆動コイル８１のコイルエンド部８１０と駆動コイル８２のコイルエンド部８２０の間には、巻線層数の差、本実施の形態では４層分の段差が生じ、この段差によりコイルエンド部に凹部１３を形成する。そして、このコイルエンド部に生じた凹部１３に、上述の磁極ティース６を一体に締結するための締結部材９、および各駆動コイル８を電気的に接続する結線部材１１を配置している。

本実施の形態では、磁極ティース６の積層方向上端側のコイルエンド部８１０ａ側に形成される凹部１３ａに締結部材９を配置し、磁極ティース６の積層方向下端側のコアバック部６１に接するように連結棒１０が配置される。そして、締結部材９に設けられた固定穴９ａ、各磁極ティース６のコアバック部６１に設けられた固定穴６１ａ、そして連結棒１０に設けられた固定穴１０ａ、を介して、固定ネジ１２により各磁極ティース６が一体に締結されている。また、結線部材１１は磁極ティース６の積層方向下端側のコイルエンド部８１０ｂ側に形成される凹部１３ｂに配置され、駆動コイル８の端末を結線している。
また、締結部材９は、電機子５を被駆動部材（図示せず）に取り付けるためのネジ穴９０を有しており、締結部材９は各磁極ティース６を一体締結すると共に、電機子５を被駆動部材（装置）に取り付けるための取付部材としての役割も兼ねている。
なお、本実施の形態では、巻線層数を２層、６層としているが、もちろん巻線層数はこれに限られるものではなく、駆動コイル巻回部６０の駆動方向の段差に応じて適宜設定すればよい。

ところで、電機子の性能は、駆動コイルの巻回部に巻回された駆動コイルの巻線ターン数により大きく影響を受ける。そこで、例えば、従来の駆動コイル巻回部に段差がなく磁極ティースに駆動コイルを一様に巻回した電機子の巻線ターン数と、本実施の形態の電機子の幅広巻回部側と幅狭巻回部側の巻線ターン数を合わせた全巻線ターン数とが同数となるように電機子に駆動コイルを巻回した場合を考えると、本実施の形態の電機子は、駆動コイル巻回部に段差を設け、段差により生じる各巻回部に駆動コイルの巻線層数を変えて巻回することで、コイルエンド部に巻線層数差分の段差を形成し、この段差により生じる空間に締結部材等を配置することができるため、従来の電機子の性能に劣ることのない性能を確保しつつ、締結部材等を含む電機子全体の高さ寸法（磁極ティース積層方向の寸法）を従来の電機子に比べて減少させることができる。

次に電機子５の組み立ての一例を説明する。
まず、各磁極ティース６にインシュレータ７を取り付ける。そして、図６に示すように、インシュレータ７を介して、各磁極ティース６の駆動コイル巻回部６０に駆動コイル８を巻回する。この時、駆動コイル８は、隣り合う磁極ティース間のスロットに無駄な空間が生じないように、すなわち、各駆動コイル巻回部６０（幅広巻回部６０１、幅狭巻回部６０２）におけるリニアモータ駆動方向の幅がほぼ同じになるように、幅広巻回部６０１に比べ幅狭巻回部６０２側の巻線層数を増やして巻回する。駆動コイル８の巻回の順はどのようなものであってもよいが、例えば、本実施の形態では幅狭巻回部６０２の幅広巻回部６０１側から駆動コイル８を巻き始め、６層目まで巻き終えた後に、例えばインシュレータ７の仕切り壁７００に設けられたスリット等（図示せず）を介して、幅狭巻回部６０２側から幅広巻回部６０１側に駆動コイル８を渡し、幅広巻回部６０１側に２層を巻回する。そして、駆動コイル８を巻回した各磁極ティース６を、図１、図３に示すように、リニアモータの駆動方向に順次配列し、図２に示すように、磁極ティース６の積層方向上側のコイルエンド部８１０ａ側の凹部１３ａに締結部材９を配置し、磁極ティース６の積層方向下側には連結棒１０を配置して、締結部材９と連結棒１０で複数の磁極ティース６を磁極ティース６の積層方向両端から挟みこんで、固定ネジ１２によりこれらの磁極ティース６を一体に締結する。そして、コイルエンド部８１０ｂ側の凹部１３ｂに結線部材１１を配置し、結線部材１１に駆動コイル８の端末を接続する。

以上のように、本実施の形態によれば、駆動コイル巻回部６０が、モータ駆動方向の巻回面にモータ駆動方向の段差Ｈを設けて、モータ駆動方向の幅が広い幅広巻回部６０１と、モータ駆動方向の幅が狭い幅狭巻回部６０２とを備えていることにより、隣り合う磁極ティース６との間のスロットに無駄な空間を生じさせることなく、各巻回部６０１、６０２におけるモータ駆動方向の幅がほぼ同じになるように、駆動コイル８の巻線層数を変えて駆動コイル８を巻回することが可能になる。

また、隣り合う各磁極ティース６間のスロットに無駄な空間が生じないように、各駆動コイル巻回部６０におけるリニアモータ駆動方向の幅がほぼ同じになるように、幅広巻回部６０１と幅狭巻回部６０２とで巻線層数を変えて、駆動コイル８を巻回したことにより、スロットに空間ができることによるリニアモータの推力低下を防止するとともに、駆動コイル８のコイルエンド部８１０、８２０に駆動コイル８の巻線層数の差による段差を設けることができる。

また、コイルエンド部８１０、８２０が、駆動コイル８の巻線層数の差による段差を有し、この段差によりコイルエンド部８１０、８２０に凹部１３を形成することにより、この凹部１３に駆動コイル８の端末を電気的に接続する結線部材１１や、各磁極ティース６を一体に締結するための締結部材９等を配置することができる。

また、コイルエンド部８１０、８２０の凹部１３に駆動コイル８の端末を電気的に接続する結線部材１１や、各磁極ティース６を一体に締結するための締結部材９等を配置することにより、電機子５の性能を低下させることなく薄型化を図ることができる。

また、インシュレータ７が、駆動コイル巻回部６０の幅が変化する境界部分に、駆動コイル巻回部６０の巻回面に垂直な仕切り壁７００を設けていることにより、幅広巻回部６０１側の駆動コイル８１と幅狭巻回部６０２側の駆動コイル８２とを仕切ることができる。従って、例えば、幅狭巻回部６０２側の駆動コイル８２が幅広巻回部６０１側にずれて巻回されたり、巻線層数が異なる境界部分で駆動コイル８が不安定になり崩れてしまうことがなく、駆動コイル８を整列良く巻回部６０に巻回することができる。これにより、駆動コイル８の占積率を向上し、リニアモータの電機子５の駆動特性の向上を図ることができる。

また、駆動コイル巻回部６０が、モータ駆動方向の巻回面にモータ駆動方向の段差Ｈを設けて、モータ駆動方向の幅が広い幅広巻回部６０１と、モータ駆動方向の幅が狭い幅狭巻回部６０２とを有するような、電機子５を備えたリニアモータにより、隣り合う磁極ティース６との間のスロットに無駄な空間を生じさせることなく、各巻回部６０１、６０２におけるモータ駆動方向の幅がほぼ同じになるように、駆動コイル８の巻線層数を変えて駆動コイル８を巻回することが可能になり、これにより駆動コイル８のコイルエンド部８１０、８２０に巻線層数の差による段差を設けることができる。そしてこの段差により生じた凹部１３に、駆動コイル８の端末を電気的に接続する結線部材１１や、各磁極ティースを締結するための締結部材９等を配置することにより、リニアモータの性能を低下させることなく、リニアモータの電機子５の薄型化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、駆動コイル巻回部６０は、磁極ティース６のコアバック部６１の両端にモータ駆動方向の幅が広い幅広巻回部６０１を設け、この幅広巻回部６０１よりも永久磁石３、４側にモータ駆動方向の幅が狭い幅狭巻回部６０２を設けているが、このような形状だけに限らず、例えば、磁極ティース６のコアバック部６１の両端にモータ駆動方向の幅が狭い幅狭巻回部設け、幅狭巻回部よりも永久磁石３、４側にモータ駆動方向の幅が広い幅広巻回部６０２を設ける構成として、磁極ティースを一体に締結するためのの締結部材や、駆動コイルの結線部材等の配置を変えてもよく、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態では、電機子の両側に固定子を設けた両側式リニアモータについて説明しているが、本実施の形態の電機子は、電機子の片側にのみ固定子を設ける片側式リニアモータであっても適用することができ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態によるリニアモータの構成を示す平面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿うリニアモータの構成を示す側断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿うリニアモータの構成を示す平断面図であり、固定子を省略したものである。図４は図１におけるリニアモータの構成を示す下面図であり固定子を省略したものである。この発明の実施の形態によるリニアモータを構成する磁極ティースの形状を示す平面図である。図５における磁極ティースに駆動コイルを巻回した状態を示す平断面図である。

符号の説明

１固定子、２固定子ヨーク、３，４永久磁石、５電機子、６ティース、
７インシュレータ、７００仕切り壁、８駆動コイル、
８１０，８２０コイルエンド部、１１結線部材。

Claims

モータ駆動方向に沿って順次配置された複数の磁極ティースと、上記磁極ティースの駆動コイル巻回部に巻回された駆動コイルとを備えたリニアモータの電機子であって、
上記駆動コイル巻回部は、上記モータ駆動方向の巻回面に上記モータ駆動方向の段差を設けて、上記モータ駆動方向の幅が広い巻回部と、上記モータ駆動方向の幅が狭い巻回部とを備え、
上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルの上記モータ駆動方向における幅が略同じになるように形成し、上記モータ駆動方向と直交する方向において磁極ティースの外部に上記駆動コイルが露出したコイルエンド側については、上記幅が広い巻回部に巻回された上記駆動コイルと上記幅が狭い巻回部に巻回された上記駆動コイルとによって段差を形成していることを特徴とするリニアモータの電機子。
上記駆動コイルは、上記モータ駆動方向の幅が広い巻回部と上記モータ駆動方向の幅が狭い巻回部とでは、上記駆動コイルの巻線層数を変えて巻回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の電機子。
上記磁極ティースの外部に露出した上記駆動コイルのコイルエンド部は、上記駆動コイルの巻線層数の差による段差を有し、該段差により上記コイルエンド部に凹部を有することを特徴とする請求項２に記載のリニアモータの電機子。
上記コイルエンド部の凹部には、上記複数の磁極ティースに巻回された上記各駆動コイルを接続する結線部材を配置したことを特徴とする請求項３に記載のリニアモータの電機子。
上記駆動コイルは、上記駆動コイルと上記磁極ティースとを絶縁するインシュレータを介して上記磁極ティースに巻回され、
上記インシュレータは、上記モータ駆動方向の幅が広い巻回部と上記モータ駆動方向の幅が狭い巻回部との境界部分に、上記駆動コイル巻回部の巻回面に垂直な上記駆動コイルを仕切るための壁を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリニアモータの電機子。
モータ駆動方向に延在する固定子ヨークと、該固定子ヨーク上に上記モータ駆動方向に沿って所定の間隔で配置され交互に極性が異なる複数の永久磁石とを備えた固定子と、上記固定子の上記永久磁石と所定の間隔を介して配置された請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリニアモータの電機子とを備えたリニアモータ。