JP6125267B2 - 埋込磁石型誘導子リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、電磁力により駆動対象物に対して直線運動を与える埋込磁石型誘導子リニアモータに関する。

永久磁石型リニアモータは、複数のティース間にコイルを有する一次側の電機子と、当該電機子に対峙して設けられ、複数の永久磁石を互いに異磁極が対向するように列配置してなる二次側の界磁レールと、を備える。

永久磁石型リニアモータは、界磁レールの永久磁石が発生する磁束と交差するように電機子のコイルに電流を流し、電磁作用により、電機子もしくは界磁レールを相対的に直線移動させる。永久磁石型リニアモータは、界磁側表面に永久磁石列を配置したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型構造が主流であるが、低コギング力と高耐久性の両立を目的でＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造が創案されている。

ＩＰＭ型リニアモータに関連する技術として、固定子コアの複数の永久磁石が配設される表面に近接して、外枠となる薄い部分を残して明けられた複数の窓状の装着孔を有し、該装着孔内に永久磁石が挿入され固定されているリニアモータが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、埋込磁石型誘導子リニアモータは、複数のティース間にコイルを有する一次側の電機子と、当該電機子に対峙して設けられ、等間隔に配置した複数の歯部を有する二次側の誘導子歯列と、を備える。永久磁石は、誘導子歯列に配置してもいいし、電機子のティース側でもよい。

埋込磁石型誘導子リニアモータは、電機子の各磁極と誘導子歯列の各歯部との間隙に順次磁束を発生させることにより、電機子もしくは界磁レールを相対的に直線移動させる。

埋込磁石型誘導子型リニアモータに関連する技術として、歯部の形成間隔に対応させて特定方向へ複数分割され、両端が歯部と対向する磁極となる分割鉄心群と、各分割鉄心間に、極性が互いに逆方向となるように各々挿入配置された永久磁石と、分割鉄心群の周囲に巻回されたコイルとから、一次側磁束発生部（電機子）を構成したパルスモータが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特許２７５１６８４号公報 特開平２−３２７５０号公報

ところで、特許文献１のような永久磁石型リニアモータは、優れた推力特性を有している。その反面、永久磁石型リニアモータは、全ストロークに亘って永久磁石を配置するため、磁石使用量が多く、高コストになる。

さらに、永久磁石型リニアモータは、界磁側表面の永久磁石による漏洩磁束密度が高いため、様々な安全対策を施してメンテナンス作業を行っている。

埋込磁石型誘導子リニアモータは、ＰＭ型よりも減磁しにくく推力特性が優れ、永久磁石型モータよりも永久磁石使用量が少ない。その反面、埋込磁石型誘導子リニアモータのサイズ当りの推力は、永久磁石型モータより小さく、誘導子型のアプリケーションへの適用範囲が限られる。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、推力特性を向上させ、誘導子型のアプリケーションへの適用範囲を広げるとともに、磁石使用量を少なくして低コスト化にも貢献でき、メンテナンス作業の容易な埋込磁石型誘導子リニアモータの提供を目的とする。

上記目的を達成するための埋込磁石型誘導子リニアモータは、複数のティース間にコイルを有する電機子と、該電機子に対峙して設けられ、等間隔に配置した複数の歯部を有する誘導子歯列と、を備える。

各ティースの先端部は、根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有する。

各ティースの先端部に少なくとも１個の永久磁石が配置される。異なるティースに配置された隣り合う永久磁石同士は異極が向き合うように着磁されている。

本発明に係る埋込磁石型誘導子リニアモータによれば、ティース形状と永久磁石の配置を工夫することにより、従来利用されなかった永久磁石の短絡磁束を推力に寄与させ、対向面積当りの推力を向上させることができる。誘導子リニアモータの推力特性が向上することにより、誘導子型のアプリケーションへの適用範囲を広げることができる。

また、本発明に係る埋込磁石型誘導子リニアモータは、従来の永久磁石型リニアモータに比べて磁石使用量が少なく、低コスト化にも貢献することができる。

さらに、従来の永久磁石型リニアモータを誘導子型に置き換えることで、界磁レール（誘導子歯列）の漏洩磁束がなくなり、メンテナンス作業が容易で安全なものとなる。

実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。 実施形態１において、ヨークとティースを分割構造とした変形例の概略断面図である。 図２において、ヨークとティースを分割構造とし、ティースの先端部までコイルを配置した変形例の概略断面図である。 実施形態１において、巻回用ティースを分割構造とした変形例の概略断面図である。 実施形態１において、巻回用ティースの巻回部を分割構造とした変形例の概略断面図である。 実施形態１において、巻回用ティースの幅を広く設定した変形例の概略断面図である。 実施形態１において、巻回用ティースの直線ストローク方向に直交する幅を小さく設定した変形例の概略図である。 実施形態１において、各ティースにコイルを巻回した変形例の概略断面図である。 実施形態１において、永久磁石の長さを拡大した変形例の概略断面図である。 実施形態１において、電機子コアや誘導子歯列に略Ｔ字状ナットを配置した変形例の概略断面図である。 実施形態１において、コイル励磁状況の説明図である。 実施形態１において、コイル励磁状況の説明図である。 図１１および図１２のコイル励磁の電流−時間曲線図である。 実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。 図１４の要部の概略断面図である。 実施形態２において、隣り合う永久磁石に対する逆方向もしくは順方向のコイル励磁状況の説明図である。 実施形態２において、コイル励磁状況の説明図である。 実施形態２において、コイル励磁状況の説明図である。 図１７および図１８のコイル励磁の電流−時間曲線図である。 実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。 実施形態３において、コイル励磁状況の説明図である。 実施形態３において、コイル励磁状況の説明図である。 図２１および図２２のコイル励磁の電流−時間曲線図である。 実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。 図２４の要部拡大図である。 実施形態４において、巻回用ティースの巻回部を分割構造とした変形例の概略平面図および概略断面図である。 実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。 実施形態６における電機子コアの分割構造の概略断面図である。 実施形態６における電機子コアの分割構造の概略断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態１から実施形態６に係る埋込磁石型誘導子リニアモータについて説明する。

実施形態１から実施形態６に係る埋込磁石型誘導子リニアモータは、ティース形状と永久磁石の配置とを工夫することにより、永久磁石の短絡磁束を推力に寄与させる。また、当該埋込磁石型誘導子リニアモータは、磁石使用量が少なく、誘導子歯列の漏洩磁束がなくなる。

したがって、実施形態１から実施形態６によれば、推力特性を向上させ、誘導子型のアプリケーションへの適用範囲を広げるとともに、低コスト化にも貢献でき、メンテナンス作業の容易な埋込磁石型誘導子リニアモータを実現できるようになる。

〔実施形態１〕
［埋込磁石型誘導子リニアモータの構成］
まず、図１から図１０を参照して、実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータの構成について説明する。図１は実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。

図１は実施形態１の基本形態であり、図２から図１０は当該基本形態の変形例である。実施形態１は、図１の基本形態に基づいて説明し、適宜、図２から図１０を参照して変形例を説明する。

図１に示すように、実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００は、電機子１と、当該電機子１と対峙する誘導子歯列２とを備える。

電機子１は、電機子コア１０、コイル４０および永久磁石５０を有する。電機子コア１０は、ヨーク２０と複数のティース３０から構成される。電機子コア１０は単体ブロックでもよいが、たとえば、コアシートを積層したコアスタックによって構成することが好ましい。

ヨーク２０は、電機子１の磁力線を閉じて、電磁誘導効果を最大にする機能を有する。また、ヨーク２０は、当該リニアモータ１００の周辺機器が電磁誘導による磁界の影響を受けるのを防止する機能も有する。ヨーク２０の誘導子歯列側には、複数のティース３０が設けられる。

ティース３０は、コイル４０を収容するための空間としてのスロット４１を区画形成する部材である。ティース３０は、電機子１のストローク方向（図１において左右方向）に複数並設されている。

図１の基本形態では、ヨーク２０と複数のティース３０が電機子コア１０として一体形成されている。これに限定されず、電機子コア１０は分割構造に形成してもよい。

図２はヨークとティースを分割構造とした変形例の概略断面図である。

図２の電機子コア１０は、ヨーク２０と複数のティース３０が分割構造にされている。分割コアとして形成されたヨーク２０と複数のティース３０は互いに嵌合している。図２に示したヨーク２０と複数のティース３０の嵌合構造は例示であって、図示した嵌合構造に限定されない。

電機子コア１０の構成材料としては、たとえば、珪素鋼板やＳＣ材などの鉄系の磁性体が用いられるが、例示した材料に限定されない。電機子コア１０を複数の分割コアで構成した場合、部分的に異なる構成材料を適用しても構わない。

図１に示すように、各ティース３０の先端部３０ａは、根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有する。具体的には、各ティース３０の先端部３０ａは、誘導子歯列２へ向けて順次拡幅した末広がりの形状を有する。ティース３０の先端部３０ａが根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状であるととともに、後述する永久磁石５０の着磁配置により、永久磁石５０、５０間の短絡磁束を推力に寄与させることができる。

本実施形態のスロット４１の先端部は閉塞され、直線ストローク方向に沿った縦断面形状がＶ字状を呈している。

コイル４０は、一つ置きのティース３０に巻回され、スロット４１内に収容される。本実施形態では、たとえば、交流三相電源のＵ、−Ｖ、Ｗに接続されたコイル４０がストローク方向に順に配置されている。

コイル４０の巻回長Ｍは、スロット４１の鉛直方向長さＳよりも小さく設定されている。したがって、スロット４１の先端部には、空間が形成される。スロット４１の先端部に必ずしも空間が存在する必要はない。

図３は図２において、ティースの先端部近傍までコイルを配置した変形例の概略断面図である。

図３の変形例では、コイル４０がスロット４１内の先端部に及ぶまで、すなわち、ティース３０の先端部近傍まで配置されている。ティース３０の先端部近傍までコイル４０を配置することにより、コイル４０が永久磁石５０に接近するので、永久磁石５０、５０間の短絡磁束がより利用しやすくなる。

本実施形態のティース３０は、図１に示すように、コイル４０を巻回するための巻回用ティース３１と、コイル４０を巻回しないでスロット４１を区画するための区画用ティース３２とからなる。巻回用ティース３１と区画用ティース３２は、一つ置きに設けられている。すなわち、２つのスロット４１、４１間に挟まれた巻回用ティース３１にコイル４０が巻回される。

図４は巻回用ティースを分割構造とした変形例の概略断面図である。

図４に示すように、電機子コア１０は、コイル４０を巻回するための巻回用ティース３１を分割コアとして形成してもよい。この場合、ヨーク２０と区画用ティース３２は一体形成され、巻回用ティース３１が分割して形成される。巻回用ティース３１を分割コアとして形成することにより、予め巻回用ティース３１にコイル４０を巻回しておくことができる。また、巻回用ティース３１を分割コアとして形成するため、各スロット４１の先端部は開口している。

また、図５は巻回用ティースの巻回部を分割構造とした変形例の概略断面図である。

図５に示すように、コイル４０を巻回する巻回用ティース３１の巻回部３１ａを分割コアとして形成してもよい。この場合、ヨーク２０、区画用ティース３２および巻回用ティース３１の先端部３１ｂが一体形成され、直状の巻回部３１ａが分割して形成される。

巻回部３１ａを分割コアとして形成する場合、巻回部３１ａの構成材料として、磁束の流れる方向に沿うように方向性電磁鋼板を用いることができる。巻回部３１ａを方向性電磁鋼板で形成することにより、当該巻回部３１ａにおける磁気抵抗を減らすことができ、推力およびコイルエリアが増加し、効率の向上が図られる。また、巻回部３１ａを分割コアとして形成することにより、予め巻回部３１ａにコイル４０を巻回しておくことができる。

図１の基本形態では、巻回用ティース３１と区画用ティース３２が同一幅で形成されている。これに限定されず、巻回用ティース３１の幅と区画用ティース３２の幅を異ならせて形成してもよい。

図６は巻回用ティースの幅を広く設定した変形例の概略断面図である。

図６の変形例では、巻回用ティース３１の幅Ｄが、区画用ティース３２の幅ｄよりも広く設定されている。巻回用ティース３１の幅Ｄを区画用ティース３２の幅ｄよりも広く形成することにより、当該巻回用ティース３１における磁気抵抗を減少させ、推力を増大させることができる。

また、図１の基本形態では、巻回用ティース３１と区画用ティース３２の直線ストローク方向に直交する幅が同一幅に設定されている。これに限定されず、巻回用ティース３１と区画用ティース３２の直線ストローク方向に直交する幅を異ならせてもよい。

図７は巻回用ティースの直線ストローク方向に直交する幅を小さく設定した変形例の概略断面図である。

図７の変形例では、巻回用ティース３１のストローク方向に直交する幅が、区画用ティース３２のストローク方向に直交する幅よりも小さく設定されている。本実施形態では、電機子コア１０がコアスタックにより形成されるので、巻回用ティース３１の積厚Ｔは、区画用ティース３２の積厚ｔよりも小さく設定される。巻回用ティース３１の積厚Ｔを区画用ティース３２の積厚ｔよりも小さく形成することにより、当該巻回用ティース３１における磁気抵抗を大きくすることなく、コイルエンド４０ａの突出度合Ｃを抑制することができ、省スペース化および高推力化を図ることができる。

また、図１の基本形態では、一つ置きに配置された巻回用ティース３１にコイル４０が巻回されるが、これに限定されない。

図８は各ティースにコイルを巻回した変形例の概略断面図である。

図８に示すように、コイル４０は、各ティース３０に巻回されていてもよい。この場合、各スロット４１には、コイル４０が２つずつ収容される。

図１に示すように、ストローク方向両端のティース３０には、直線運動時におけるコギングを小さくするためのテーパ部３３が形成されている。

各ティース３０の先端部には、誘導子歯列１に臨んで開口した矩形溝状の磁石収容部５１が形成されている。本実施形態では、各ティース３０の先端部に、磁石収容部５１が１箇所ずつ形成されている。磁石収容部５１は、複数のティース３０に亘って、直線ストローク方向に一定のピッチ間隔で配置されている。各磁石収容部５１内には、永久磁石５０が収容される。

図１において、永久磁石５０の矢印は、当該永久磁石５０の着磁の向きを表している。
本実施形態における全ての永久磁石５０は、着磁方向が同一となるように着磁されている。異なるティース３１、３２に属する隣り合う永久磁石５０、５０は、異極が向き合うように着磁される。

図１の基本形態では、各永久磁石５０は、コイル４０の配置レベルよりも誘導子歯列側に配置されている。これに限定されず、永久磁石５０を電機子１のコア内側へ向けて延出させてもよい。

図９は永久磁石の長さを拡大した変形例の概略断面図である。

図９に示すように、永久磁石５０は、ティースの先端部からコア内側に向けて延出されている。永久磁石５０の長さは、当該永久磁石５０の延出端が隣り合うコイル４０、４０同士の間に位置するまで、拡大されている。

永久磁石５０としては、たとえば、ネオジウム磁石などの希土類磁石が挙げられるが、例示した材料に限定されない。

誘導子歯列２は、図１に示すように、電機子１のティース３０の先端に対峙するように、当該ティース３０の先端と一定の間隔を隔てて設けられる。すなわち、誘導子歯列２の歯先端は、ティース３０の先端と機械ギャップＸｍを隔てて配される。ここで機械ギャップＸｍとは、誘導子歯列２の歯先端とティースの先端との機械的距離をいう。

誘導子歯列２は、直線ストローク方向に等間隔で配置した複数の歯部６０を有する。誘導子歯列１は、たとえば、軟磁性体により形成される。

電機子コア１０または／および誘導子歯列２のアプリケーション取付面に、当該アプリケーション取付用の締結部材を埋め込んでもよい。

図１０は電機子コアや誘導子歯列に略Ｔ字状ナットを配置した変形例の概略断面図である。

図１０の変形例では、電機子コア１０や誘導子歯列２のアプリケーション取付面に、縦断面が略Ｔ字状の溝部７１を形成し、当該溝部７１内に縦断面略Ｔ字状のナット７０が配置されている。アプリケーション取付面にナット７０を配置することにより、誘導子型のアプリケーションをボルト固定することができ、製造作業性および取付作業性が改善される。

［埋込磁石型誘導子リニアモータの作用］
次に、図１、図１１から図１３を参照して、実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００の作用について説明する。なお、図２から図１０の変形例の作用効果については、各々の構成とともに既述しているので、説明を省略する。

図１に示す実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００において、電機子１と誘導子歯列２は相対的に直線運動する。たとえば、電機子１は可動子、誘導子歯列２は固定子として機能する。

電機子１は、複数のティース３０で区画されたスロット４１にコイル４０を収容している。各ティース３０の先端部には、永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は、複数のティース３０に亘って、直線ストローク方向に一定のピッチ間隔で配置されている。本実施形態における全ての永久磁石５０は、着磁方向が同一となるように着磁されている。

誘導子歯列２は、直線ストローク方向に沿って等間隔で複数の歯６０を有する。誘導子歯列２は軟磁性体であるので、電機子１の永久磁石５０の磁束はこれと対峙する誘導子歯列２に作用し、ティース３０と誘導子歯列２の各歯６０の吸着を防止する。

すなわち、本実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００は、電機子１の各磁極と誘導子歯列２の各歯部６０との間隙に順次磁束を発生させることにより、電機子１もしくは界磁レールとしての誘導子歯列２を相対的に直線移動させる。

また、各ティース３０の先端部３０ａは、根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状、すなわち、誘導子歯列２へ向けて順次拡幅した末広がりの形状を有する。

スロット４１の先端部は縦断面形状がＶ字形状を呈する。スロット４１に隔てられた異なるティース３１、３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０は、異極が向き合うように着磁されている。

ティース３０の先端部３０ａが根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有し、異なるティース３１、３２に配された隣り合う永久磁石５０、５０を異極が向き合うように着磁することにより、ティース間における永久磁石５０、５０同士の短絡磁束を推力に寄与させることができる。

図１１および図１２はコイル励磁状況をシュミレーションした説明図である。なお、図１１および図１２においては、コイル励磁状況を判りやすくするため、各構成部材の符号を省略する。

図１１および図１２に示すように、（ａ）〜（ｆ）のコイル励磁で交流三相電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のほぼ１サイクルが表されている。（ａ）のコイル励磁と（ｄ）のコイル励磁は電流値が逆転した状態である。

各ティース３０の先端部３０ａが根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有することにより、コイル４０の磁束を誘導子歯列２の歯６０側に回り込ませることができる（図１参照）。かつ、異なるティース３１、３２に配された隣り合う永久磁石５０、５０は異極が向き合っているので、ティース間における永久磁石５０、５０同士の短絡磁束が推力に寄与する（図１参照）。

図１３は図１１および図１２のコイル励磁（ａ）〜（ｆ）をプロットした電流−時間曲線図である。図１３において、Ｕ相は実線、Ｖ相は一点鎖線、Ｗ相は破線で表している。

図１３に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、時間軸において一定の移相を示している。

ここで、ｍを相数（ｍは２以上の整数）、ｎをティースの先端部の永久磁石の数（ｎは１以上の整数）、τｓをティースのピッチ、τｍを磁石収容部のピッチ、τｐを誘導子歯ピッチとすると、以下の（１）式の関係が成立する。

τｍ＝τｓ／ｎ
かつ、１．５＜（τｐ／τｍ）＜２もしくは２＜（τｐ／τｍ）＜２．５・・・（１）
実施形態１では、ｍ＝３、ｎ＝１、τｍ＝τｓであり、（τｐ／τｍ）＝１２／７≒１．７１である。したがって、実施形態１は（１）式の数値範囲内にある。

本実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００のコギング力は、永久磁石５０と誘導子歯列２の歯６０の位置関係に依存して発生する。しかし、個々の永久磁石５０の位置は、誘導子歯６０から観て少しずつ移相がずれており、リニアモータ全体としては打ち消されて小さな値になる。そのため、本実施形態によれば、コギング力が小さく、推力変動が小さい埋込磁石型誘導子リニアモータ１００を提供することができる。

すなわち、第１実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００によれば、ティース３０の形状と永久磁石５０の配置を工夫することにより、従来利用されなかった永久磁石５０、５０同士の短絡磁束を推力に寄与させ、対向面積当りの推力を向上させることができる。誘導子リニアモータの推力特性が向上することにより、誘導子型のアプリケーションへの適用範囲を広げることができる。

また、本実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００は、従来の永久磁石型リニアモータに比べて磁石使用量が少なく、低コスト化にも貢献することができる。

さらに、本実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００は、従来の永久磁石型リニアモータを誘導子型に置き換えることで、界磁レールとしての誘導子歯列２の漏洩磁束がなくなり、メンテナンス作業を容易かつ安全に行うことができる。

〔実施形態２〕
次に、図１４から図１９を参照して、実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００について説明する。図１４は実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。図１５は図１４の要部の概略断面図である。なお、実施形態１の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００は、永久磁石５０の数および着磁配置が、第１実施形態と異なる。

図１４および図１５に示すように、実施形態２では、両端のティース３０を除き、各ティース３０の先端部に２個ずつの永久磁石５０が設けられている。永久磁石５０は、複数のティース３０に亘って、直線ストローク方向に一定のピッチ間隔で配置されている。

異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、異極が向き合うように着磁される。かつ、同一ティース３１もしくは３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、同極が向き合うように着磁される。すなわち、スロット４１を挟まないで隣り合う永久磁石５０、５０同士は異極が向き合っており、スロット４１を挟んで隣り合う永久磁石５０、５０同士は同極が向き合っている。

図１６は隣り合う永久磁石に対する逆方向もしくは順方向のコイル励磁状況の説明図である。

図１６（ａ）は、異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０に対し、逆方向となるコイル励磁の場合を示している。異なるティース３１と３２には、同一方向に着磁された２枚の永久磁石５０、５０が直列に配置される。したがって、コイル励磁により逆方向の磁界が加わっても、減磁されにくく、最大推力を大きくすることができる。

一方、図１６（ｂ）は、異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０に対し、順方向となるコイル励磁の場合を示している。異なるティース３１と３２には、同一方向に着磁された２枚の永久磁石５０、５０が直列に配置される。したがって、コイル励磁により順方向の磁界が加わっても、減磁することはなく、最大推力を大きくすることができる。

次に、図１７から図１９を参照して、実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００のコイル励磁状況について説明する。

図１７および図１８はコイル励磁状況をシュミレーションした説明図である。なお、図１７および図１８においては、コイル励磁状況を判りやすくするため、各構成部材の符号を省略する。

図１７および図１８に示すように、（ａ）〜（ｆ）のコイル励磁で交流三相電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のほぼ１サイクルが表されている。（ａ）のコイル励磁と（ｄ）のコイル励磁は電流値が逆転した状態である。

各ティース３０の先端部３０ａが根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有することにより、コイル４０の磁束を誘導子歯列２の歯６０側に回り込ませることができる（図１４参照）。かつ、異なるティース３１、３２に配された隣り合う永久磁石５０、５０は異極が向き合っているので、ティース間における永久磁石５０、５０同士の短絡磁束が推力に寄与する（図１４参照）。

図１９は図１７および図１８のコイル励磁（ａ）〜（ｆ）をプロットした電流−時間曲線図である。図１９において、Ｕ相は実線、Ｖ相は一点鎖線、Ｗ相は破線で表している。

実施形態２においても、実施形態１と同様に、（１）式の関係が成立する。実施形態２の場合には、ｍ＝３、ｎ＝２、τｍ＝τｓ／２であり、（τｐ／τｍ）＝２４／１３≒１．８５である。したがって、実施形態２は（１）式の範囲内にある。

実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００において、個々の永久磁石５０の位置は、実施形態１と同様に、誘導子歯６０から観て少しずつ移相がずれており、リニアモータ全体としては打ち消されて小さな値になる。そのため、本実施形態によれば、コギング力が小さく、推力変動が小さい埋込磁石型誘導子リニアモータ２００を提供することができる。

実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態２の埋込磁石型誘導子リニアモータ２００は、各ティース３０の先端部に２個ずつ永久磁石５０が配置される。また、異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は異極が向き合っており、同一ティース３１もしくは３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は同極が向き合っている。したがって、コイル励磁により永久磁石に対して逆方向もしくは順方向の磁界を加えても、減磁を極力抑えて、最大推力を大きくできるという特有の効果を奏する。

〔実施形態３〕
次に、図２０から図２３を参照して、実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００について説明する。図２０は実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００と同一の部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２０に示すように、第３実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００は、誘導子歯列２の数および電機子コア１０の構成が、実施形態２と異なっている。

誘導子歯列２は、電機子１の両側（上下）に設けられている。誘導子歯列２、２同士は、上下の誘導子歯６０の位置が直線ストローク方向において互い違いとなるように設けられている。

電機子１の両側（上下）に誘導子歯列２が設けられているので、電機子コア１０の両側（上下）がティースの先端部となる。したがって、本実施形態の電機子コア１０は、ヨークを有しない。

各ティース３０の先端部３０ａは、根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状、すなわち、誘導子歯列２へ向けて順次拡幅した末広がりの形状を有する。

電機子コア１０のスロット４１の両側（上下）は、縦断面Ｖ字形状に形成されている。図２０では、スロット４１の中央部のみにコイル４０が配置されているが、これに限定されず、Ｖ字形状部４１ａにもコイル４０を配置してもよい。

各ティース３０における両側部（上下先端部）には、永久磁石５０が配置されている。具体的には、各ティース３０におけるＶ字形状部４１ａの移動方向両側に永久磁石５０が配置される。永久磁石５０は、両側の複数のティース３０に亘って、直線ストローク方向に一定のピッチ間隔で配置されている。

異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、異極が向き合うように着磁される。かつ、同一ティース３１もしくは３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、同極が向き合うように着磁される。

次に、図２１から図２３を参照して、実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００のコイル励磁状況について説明する。図２１および図２２はコイル励磁状況をシュミレーションした説明図である。なお、図２１および図２２においては、コイル励磁状況を判りやすくするため、各構成部材の符号を省略する。

図２１および図２２に示すように、（ａ）〜（ｆ）のコイル励磁で交流三相電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のほぼ１サイクルが表されている。（ａ）のコイル励磁と（ｄ）のコイル励磁は電流値が逆転した状態である。

各ティース３０の先端部３０ａが根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有することにより、コイル４０の磁束を誘導子歯列２の歯６０側に回り込ませることができる（図２０参照）。かつ、異なるティース３１、３２に配された隣り合う永久磁石５０、５０は異極が向き合っているので、ティース間における永久磁石５０、５０同士の短絡磁束が推力に寄与する（図２０参照）。

図２３は図２１および図２２のコイル励磁（ａ）〜（ｆ）をプロットした電流−時間曲線図である。図２３において、Ｕ相は実線、Ｖ相は一点鎖線、Ｗ相は破線で表している。

実施形態３においても、第１および実施形態２と同様に、（１）式の関係が成立する。実施形態２の場合には、ｍ＝３、ｎ＝２、τｍ＝τｓ／２であり、（τｐ／τｍ）＝２４／１３≒１．８５である。したがって、実施形態３は（１）式の範囲内にある。

実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００において、個々の永久磁石５０の位置は、第１および実施形態２と同様に、誘導子歯６０から観て少しずつ移相がずれており、リニアモータ全体としては打ち消されて小さな値になる。そのため、本実施形態によれば、コギング力が小さく、推力変動が小さい埋込磁石型誘導子リニアモータ３００を提供することができる。

実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００は、基本的に実施形態２と同様の作用効果を奏する。特に実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００は、電機子１の両側に誘導子歯列２を設け、電機子コア１０の両側のティースの先端部に永久磁石５０を配置している。したがって、実施形態３の埋込磁石型誘導子リニアモータ３００は、より大きな直線推進力を得ることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態４〕
次に、図２４から図２６を参照して、実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータ４００について説明する。図２４は実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。図２５は図２４の要部拡大図である。図２６は巻回用ティースの巻回部を分割構造とした変形例の概略平面図および概略断面図である。なお、第１実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２４および図２５に示すように、第４実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ４００は、永久磁石５０の配置および巻回用ティース３２の幅が、実施形態３と異なっている。実施形態３と同様に、電機子１の両側には誘導子歯列２が設けられ、電機子コア１０の両側のティースの先端部に永久磁石５０が設けられる。

すなわち、実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータ４００では、ティース３０の両側の先端部に傾きを付けて永久磁石５０を配置し、巻回用ティース３２の幅を広く設定している。

各ティース３０の先端部３０ａは、根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状、すなわち、誘導子歯列２へ向けて順次拡幅した末広がりの形状を有する。

電機子コア１０のスロット４１の両側（上下）は、縦断面Ｖ字形状に形成されている。ティースの先端部に片側２個ずつの永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は、スロット４１のＶ字形状部４１ａの傾斜に沿うように傾きを付けて配置される。当該永久磁石５０は、電機子１のコア内側に向かうにつれてティース中央に近づくように傾いている。

スロット４１を隔てて隣り合う永久磁石５０、５０同士は、逆ハの字となるように配置される。一方、スロット４１を隔てないで隣り合う永久磁石５０、５０同士は、ハの字となるように配置される。

異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、異極が向き合うように着磁される。かつ、同一ティース３１もしくは３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、同極が向き合うように着磁される。

片側のティースの先端部の永久磁石５０の数が２以上の整数のとき、永久磁石５０の位置が、電機子１の内側に向かうにつれて、順次ティース中央に近づくように傾けられた構造としてもよい。永久磁石５０を順次ティース中央に近づくように傾斜させて配置することにより、コイル励磁による磁界を各永久磁石５０に対して均一に作用させることができ、推力リップルを小さくし、最大推力を大きくすることができる。

永久磁石５０を収容する磁石収容部５１の奥（内側部）に空隙５１ａがあってもよい。当該磁石収容部５１の奥に空隙５１ａを形成することにより、永久磁石５０の磁束の内部短絡を抑制することができ、ギャップ面に発生する磁束を増加させることにより、推力が増加する。

また、コイル４０の巻回用ティース３１の幅Ｄは、スロット４１の区画用ティース３２の幅ｄよりも広く設定してもよい。巻回用ティース３１の幅Ｄを区画用ティース３２の幅ｄよりも広く形成することにより、当該巻回用ティース３１における磁気抵抗を減少させ、推力を増大させることができる。

さらに、図２６（ａ）に示すように、巻回用ティース３１のストローク方向に直交する幅は、区画用ティース３２のストローク方向に直交する幅よりも小さく設定してもよい。本実施形態では、電機子コア１０がコアスタックにより形成されるので、巻回用ティース３１の積厚Ｔは、区画用ティース３２の積厚ｔよりも小さく設定される（図７参照）。巻回用ティース３１の積厚Ｔを区画用ティース３２の積厚ｔよりも小さく形成することにより、当該巻回用ティース３１における磁気抵抗を大きくすることなく、コイルエンド４０ａの突出度合Ｃを抑制することができ、省スペース化および高推力化を図ることができる。

図２６（ｂ）に示すように、巻回部３１ａを分割コアとして形成する場合、巻回部３１ａの構成材料として、磁束の流れる方向に沿うように方向性電磁鋼板を用いることができる。巻回部３１ａを方向性電磁鋼板で形成することにより、当該巻回部３１ａにおける磁気抵抗を減らすことができ、推力およびコイルエリアが増加し、効率の向上が図られる。また、巻回部３１ａを分割コアとして形成することにより、予め巻回部３１ａにコイル４０を巻回しておくことができる。

実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータ４００は、基本的に実施形態３と同様の作用効果を奏する。特に実施形態４の埋込磁石型誘導子リニアモータ４００は、永久磁石５０を順次ティース中央に近づくように傾斜させて配置することにより、コイル励磁による磁界を各永久磁石５０に対して均一に作用させることができ、推力リップルを小さくし、最大推力を大きくすることができる。また、磁石収容部５１の奥に空隙５１ａを形成することにより、永久磁石５０の磁束の内部短絡を抑制することができ、ギャップ面に発生する磁束を増加させることにより、推力が増加するという特有の効果を奏する。

〔実施形態５〕
次に、図２７を参照して、実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００について説明する。図２７は実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータの概略断面図である。なお、第１実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２７に示すように、実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００は、永久磁石５０の数が、実施形態４と異なる。第３および実施形態４と同様に、電機子１の両側には誘導子歯列２が設けられ、電機子コア１０の両側のティースの先端部に永久磁石５０が設けられる。

すなわち、実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００では、直線ストローク方向両端のティース３０を除き、各ティース３０に片側３個ずつの永久磁石５０が配置される。

スロット４１を隔てて隣り合う永久磁石５０、５０同士は、逆ハの字となるように配置される。一方、スロット４１を隔てないで隣り合う永久磁石５０、５０、５０同士は、略小の字となるように配置される。

異なるティース３１と３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０同士は、異極が向き合うように着磁される。かつ、同一ティース３１もしくは３２に配置された隣り合う永久磁石５０、５０、５０同士は、同極が向き合うように着磁される。

各ティース３０に片側３個ずつの永久磁石５０を配置することにより、コイル励磁による磁界を各永久磁石５０に対してより均一に作用させることができ、推力リップルを小さくし、最大推力を大きくすることができる。

また、コイル４０を巻回しない区画ティース３１の略中央に、電機子コア１０の分割面８０を形成してもよい。区画ティース３１の分割面８０、８０同士は嵌合構造に形成されるが、図示する嵌合構造に限定されない。区画ティース３１の略中央に分割面８０を形成することにより、電磁鋼板の抜き型を増やさずに、異なる容量で組立が容易なリニアモータを製作することができる。

実施形態５においても、第１から実施形態３と同様に、（１）式の関係が成立する。実施形態５の場合には、ｍ＝３、ｎ＝３、τｍ＝τｓ／３であり、（τｐ／τｍ）＝（τｐ／τｍ）＝３６／１７≒２．１２である。したがって、実施形態５は（１）式の数値範囲内にある。

実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００において、個々の永久磁石５０の位置は、第１から実施形態４と同様に、誘導子歯６０から観て少しずつ移相がずれており、リニアモータ全体としては打ち消されて小さな値になる。そのため、本実施形態によれば、コギング力が小さく、推力変動が小さい埋込磁石型誘導子リニアモータ５００を提供することができる。

実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００は、基本的に実施形態４と同様の作用効果を奏する。特に実施形態５の埋込磁石型誘導子リニアモータ５００は、各ティース３０に片側３個ずつの永久磁石５０を配置することにより、コイル励磁による磁界を各永久磁石５０に対してより均一に作用させることができ、推力リップルを小さくし、最大推力を大きくすることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態６〕
次に、図２８および図２９を参照して、実施形態６の埋込磁石型誘導子リニアモータについて説明する。図２８および図２９は実施形態６における電機子コアの分割構造の概略断面図である。なお、第１実施形態の埋込磁石型誘導子リニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図２８の電機子コア１０は、図１０の実施形態１における変形例の電機子コア１０を分割構造に形成したものである。

図２８に示すように、コイル４０を巻回しない各区画ティース３１の略中央に、電機子コア１０の分割面８０が形成されている。区画ティース３１の分割面８０、８０同士は嵌合構造に形成されるが、図示する嵌合構造に限定されない。当該区画ティース３１の略中央に分割面８０を形成することにより、電磁鋼板の抜き型を増やさずに、異なる容量で組立が容易なリニアモータを製作することができる。

また、コイル４０を巻回する巻回用ティース３１の巻回部３１ａを分割コアとして形成してもよい。図２８の巻回部３１ａは、当該巻回部３１ａの一端が凸部３１ｂで、他端が凹部３１ｃの嵌合構造に形成されている。電機子コア１０本体側の巻回部３１ａの接続箇所には、当該巻回部３１ａの凸部３１ｂと凹部３１ｃに嵌合しうる凹部１０ｃと凸部１０ｂが形成されている。

図２９の電機子コア１０は、電機子の両側に誘導子歯列を有し、永久磁石が１個の場合の電機子コア１０を分割構造に形成したものである。

図２９に示すように、コイル４０を巻回しない各区画ティース３１の略中央に、電機子コア１０の分割面が形成されている。区画ティース３１の分割面同士は嵌合構造に形成されるが、図示する嵌合構造に限定されない。当該区画ティース３１の略中央に分割面を形成することにより、電磁鋼板の抜き型を増やさずに、異なる容量で組立が容易なリニアモータを製作することができる。

また、コイル４０を巻回する巻回用ティース３１の巻回部３１ａを分割コアとして形成してもよい。図２９では、巻回部３１ａの両端が凹部３２ｂの嵌合構造に形成されている。電機子コア１０本体側の巻回部３１ａの接続箇所には、当該巻回部３１ａの両端凹部３１ｃに嵌合しうる凸部１０ｂが形成されている。

巻回部３１ａを分割コアとして形成する場合、巻回部３１ａの構成材料として、磁束の流れる方向に沿うように方向性電磁鋼板を用いることができる。巻回部３１ａを方向性電磁鋼板で形成することにより、当該巻回部３１ａにおける磁気抵抗を減らすことができ、推力およびコイルエリアが増加し、効率の向上が図られる。また、巻回部３１ａを分割コアとして形成することにより、予め巻回部３１ａにコイル４０を巻回しておくことができる。

実施形態６における分割構造の電機子コア１０は、基本的に実施形態１から実施形態５における分割コア１０と同様の作用効果を奏する。特に実施形態６における分割構造の電機子コア１０は、コイル４０を巻回しない区画ティース３１の略中央に分割面を形成することにより、電磁鋼板の抜き型を増やさずに、異なる容量で組立が容易なリニアモータを製作することができるという特有の効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１ 電機子、
２ 誘導子歯列、
１０ 電機子コア、
２０ ヨーク、
３０ ティース、
３０ａ ティースの先端部、
３１ 巻回用ティース、
３１ａ 巻回部、
３２ 区画用ティース、
４０ コイル、
４１ スロット、
５０ 永久磁石、
１００、２００、３００、４００、５００ 埋込磁石型誘導子リニアモータ。

Claims (11)

1. 複数のティース間にコイルを有する電機子と、該電機子に対峙して設けられ、直線ストローク方向に沿って等間隔に配置した複数の歯部を有する誘導子歯列と、を備え、
   各ティースの先端部は根元側へ向けて磁気抵抗が増大する形状を有し、
   各ティースの先端部に少なくとも１個の永久磁石が配置され、異なるティースに配置された隣り合う永久磁石同士は異極が向き合うように着磁されており、
   各ティースの先端部に配置された前記永久磁石が２個以上のとき、同一ティースに配置された隣り合う永久磁石同士は同極が向き合うように着磁されており、
   相数をｍ（ｍは２以上の整数）、ティースのピッチをτｓ、ティースの先端部の永久磁石の数をｎ（ｎは１以上の整数）、磁石収容部のピッチをτｍ、誘導子歯ピッチをτｐとしたときに、
   τｍ＝τｓ／ｎ、かつ、
   １．５≦（τｐ／τｍ）＜２もしくは２＜（τｐ／τｍ）≦２．５
   の式の関係が成り立つ
   ことを特徴とする埋込磁石型誘導子リニアモータ。
2. 前記永久磁石が、複数のティースに亘って、直線ストローク方向に一定のピッチ間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
3. 前記永久磁石が、前記ティースの先端部から前記電機子のコア内側に向けて延出され、該延出端が前記コイル同士の間に位置することを特徴とする請求項１または２記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
4. 前記ティースの先端部に配置された前記永久磁石が２個以上のとき、前記永久磁石は前記ティースの先端部形状に沿って傾斜配置され、該永久磁石は前記電機子のコア内側に向かうにつれて前記ティース中央に近づくように傾いていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
5. 前記電機子のコアが複数の分割コアを組み合わせた分割構造で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
6. 前記電機子のコアは、少なくとも、コイルを巻回するためのティースの巻回部が分割構造に形成され、
   前記巻回部は方向性電磁鋼板で形成され、前記コイルの軸方向と前記方向性電磁鋼板の磁化容易軸が平行となっていることを特徴とする請求項５に記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
7. 前記複数のティースのうち、一つ置きのティースにコイルが巻回されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
8. 前記コイルを巻回するためのティースの幅は、前記コイルを巻回しないティースの幅よりも広く設定されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
9. 前記コイルを巻回するためのティースの直線ストローク方向に直交する幅は、前記コイルを巻回しないティースの直線ストローク方向に直交する幅よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。
10. 前記電機子の両側に誘導子歯列が設けられ、
    前記誘導子歯列に対峙するように、前記電機子の両側に前記ティースの先端部を有し、該両側のティースの先端部に前記永久磁石が配置されてい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埋込磁石型誘導子リニアモータ。
11. 前記電機子のコアまたは／および誘導子歯列のアプリケーション取付面に、前記アプリケーション取付用の締結部材を埋め込んだことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の埋込磁石型誘導子リニアモータ。