JP7240569B2 - 筒型リニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、筒型リニアモータに関する。

筒型リニアモータは、たとえば、筒状のヨークとヨークの外周に軸方向に並べて配置される複数のティースを備えたコアとティース間のスロットに装着されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線を有する電機子と、電機子の外周に設けられた円筒形のベースと軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶようにベースの内周に取付けられた複数の永久磁石とでなる可動子とを備えるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

このように構成された筒型リニアモータでは、電機子のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線へ適宜通電すると、可動子の永久磁石が吸引されて可動子が電機子に対して軸方向へ駆動される。

特開２００８－２５３１３０号公報

前記筒型リニアモータの電機子では、ティースがヨークの外周に設けられており、ティースの軸方向幅が内周から外周まで等しい。そして、コアが円筒形状となっているため、ティースＴをコアの軸線を中心とする円筒で切断した断面を考えると、ティースＴの断面積は、図１０に示すように、ティースＴの内周端（ティースとヨークとの境をヨークの外周縁で切断した面）ｔｉで最小の面積Ｓｉとなる。ティースＴの軸方向幅が一定であるので、前記断面積は、直径の大きさに比例するから外周端ｔｏにおいて最大の面積Ｓｏとなり、外周端ｔｏから内周側へ行くと徐々に面積が小さくなり、内周端ｔｉで最小の面積Ｓｉとなる。

よって、ティースＴの磁路断面積もティースＴの外周端ｔｏで最大となり、ティースＴの内周端ｔｉで最小となる。このような従来の筒型リニアモータでは、巻線に通電しても、ティースＴの内周端ｔｉにおける磁路断面積が小さいために、この内周端ｔｉで磁束が飽和してしまい、大きな推力を得るのが難しかった。

そこで、本発明は、磁気飽和を抑制して推力を向上できる筒型リニアモータの提供を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータは、筒状のヨークと、環状であってヨークの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、ティース間のスロットに装着される巻線と、筒状であって内方にコアが軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、ティースの外周端の軸方向幅よりティースのヨーク側の内周端の軸方向幅が大きくなっている。このように構成された筒型リニアモータでは従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線を通電した際の磁気飽和を抑制できる。

また、本発明の他の筒型リニアモータは、筒状のヨークと、環状であってヨークの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、ティース間のスロットに装着される巻線と、筒状であって内方にコアが軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、ティースの内周端の面積がティースの外周端の軸方向幅にティースの内周端の周長を乗じた面積よりも大きくなっていてもよい。このように筒型リニアモータが構成されても、磁路断面積が従来の筒型リニアモータよりも大きく確保できるので、巻線を通電した際の磁気飽和を抑制できる。

さらに、ティースの内周端の面積をティースの外周端の面積以上にしてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、ティースの内周端の磁路断面積が一番狭くなってボトルネックとなり磁気飽和を生じさせてしまうのを防止できるので、より効果的に推力を向上させ得る。

そして、ティースをコアの軸線を中心とする任意の直径の円筒で切った際にできる断面積をティースの外周端の面積以上にする場合には、ティースの途中において磁路断面積がボトルネックとなるのを阻止できる。よって、このように構成された筒型リニアモータによれば、磁路断面積がティースの途中で小さくならないので、効果的に推力を向上させ得る。

また、ティースの形状を外周端から内周端に向かう途中の範囲では軸方向幅が一定で、途中から最深部の内周端の範囲では軸方向幅が内周端へ向かうほど大きくなる形状としてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、磁路断面積を確保しつつ界磁の近傍に配置される巻線の電線数を増やせるので、筒型リニアモータの質量推力密度を向上でき、ティースの加工も容易である。

さらに、ティースの軸方向の両側の側面に傾斜面を設けて、傾斜面とコアの軸線に直交する直交面とでなす内角を６度から１２度の範囲の角度としてもよい。この構成された筒型リニアモータによれば、質量当たりの推力が大きくなるので小型で大きな推力が得られる。よって、このように構成された筒型リニアモータは、搭載スペースに余裕がなく、軽量な筒型リニアモータが要望される航空機や車両に好適となる。

また、ティースの形状は、軸方向両側の側面の途中から内周端の範囲に傾斜面を有し、傾斜面とコアの軸線に直交する直交面とでなす内角が前記途中から内周端へ向かうと段階的に大きくなるような形状であってもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、ティースにおける磁路断面積を確保しつつも一スロット当たりの巻線の電線数を増やせるので、質量推力密度をより一層向上できる。

なお、ティースの外周端から途中までの範囲における径方向長さは、ティースの途中から内周端までの範囲における径方向長さよりも短くすれば、磁路断面積を大きく確保しつつも界磁の近傍に配置される巻線の電線数を増やせるので、筒型リニアモータの質量推力密度をより一層向上できる。

また、ティースをコアの軸線を含む面で切った断面を、コアの軸線に直交する線を対称軸として線対称の形状としてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、筒型リニアモータの駆動方向によって巻線への通電量に極性差が生じないので、駆動制御が容易となる。

本発明の筒型リニアモータによれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。

第一の実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。 第一の実施の形態の筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 第一の実施の形態の筒型リニアモータのティースの内周端の面積と従来の筒型リニアモータのティースと内周端の面積との差を説明する図である。 第一の実施の形態の筒型リニアモータの質量推力密度とティースにおける傾斜面とコアの軸線に直交する直交面とがなす内角との関係を示した図である。 第一の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 第二の実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。 第二の実施の形態の筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 第二の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 第二の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのスロットの容積を説明する図である。 従来の筒型リニアモータのティースの内周端と外周端の面積について説明する図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の筒型リニアモータＭ１，Ｍ２において共通する構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるために、一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１の説明において説明した構成については他の実施の形態の筒型リニアモータＭ２における説明では詳細な説明を省略する。

＜第一の実施の形態＞
第一の実施の形態における筒型リニアモータＭ１は、図１に示すように、筒状のヨーク３とヨーク３の外周に設けられる複数の環状のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入される界磁７とを備えて構成されている。

以下、筒型リニアモータＭ１の各部について詳細に説明する。コア２は、円筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを備えて構成されて、本実施の形態では、可動子とされている。

ヨーク３は、前述の通り円筒状であって、その横断面積は、コア２の軸線Ａ（図２参照）を中心として円筒でティース４の内周から外周までのどこを切っても、ティース４を前記円筒で切断した際にできる断面の面積以上となるように肉厚が確保されている。

本実施の形態では、図１および図２に示すように、ヨーク３の外周に１０個のティース４が、軸方向に等間隔に並べて設けられており、ティース４，４間に巻線５が装着される空隙でなるスロット６が形成されている。また、各ティース４は、環状であって、ティース４における外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりも大きな軸方向幅Ｗｉを持つ内周端４ｂを備えている。つまり、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉの方が大きくなっている。

また、本実施の形態では、図２に示すように、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄには、外周端４ａに接続する傾斜面Ｉが設けられている。そして、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面においては、傾斜面Ｉがコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θは、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。

さらに、本実施の形態では、図１中最左方と最右方に配置されたティース４を除き、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面形状は、図２に示すように、コア２の軸線Ａに直交する線Ｌを対称軸とした線対称の形状となっている。つまり、幾何学的に、ティース４の外周端４ａの軸方向における中央とティース４の内周端４ｂの軸方向における中央とを結ぶ線がコア２の軸線Ａに直交する線Ｌに一致し、外周端４ａ、内周端４ｂおよび側面４ｃ，４ｄが線Ｌを対称軸として線対称な形状となっている。

また、本実施の形態では、図１中で隣り合うティース４，４同士の間には、空隙でなるスロット６が合計で９個設けられている。そして、このスロット６には、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相およびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。

そして、このように構成されたコア２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、コア２は、その図１中で右端と左端とがロッド１１に固定される環状のストッパ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。

他方、界磁７は、本実施の形態では、円筒状の非磁性体で形成されるアウターチューブ８と、アウターチューブ８内に挿入される円筒状の非磁性体で形成されるインナーチューブ９と、アウターチューブ８とインナーチューブ９との間の環状隙間の全体に軸方向に積層されて挿入される複数の永久磁石１０とを備えて構成されている。界磁７内にはコア２が軸方向移動自在に挿入されている。永久磁石１０は、内周側に挿入されるコア２に対して軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように着磁されている。よって、界磁７にあっては、内周側で軸方向にＳ極とＮ極が交互に配置されていて、コア２に磁界を作用させている。なお、界磁７は、コア２の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア２の可動範囲に応じて永久磁石１０の設置範囲を決定すればよい。したがって、アウターチューブ８とインナーチューブ９との環状隙間のうち、コア２に対向し得ない範囲には、永久磁石１０を設置しなくともよい。

また、アウターチューブ８とインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１４によって閉塞されており、アウターチューブ８とインナーチューブ９の図１中右端は内周に挿入されるロッド１１の軸方向の移動を案内する環状のロッドガイド１５によって閉塞されている。また、インナーチューブ９の内周には、ストッパ１２，１３が摺接しており、ストッパ１２，１３によってコア２はロッド１１とともに界磁７に対して軸ズレせずに軸方向へスムーズに移動できるようになっている。そして、インナーチューブ９は、コア２の外周と永久磁石１０の外周との間のギャップを形成するとともに、ストッパ１２，１３と協働してコア２の軸方向移動を案内する役割を果たしている。

なお、キャップ１４には、巻線５に接続されるケーブルＣを外部の図示しない電源に接続するコネクタ１４ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。また、アウターチューブ８とインナーチューブ９の軸方向長さは、コア２の軸方向長さよりも長く、コア２は、界磁７内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。

そして、たとえば、巻線５の界磁７に対する電気角をセンシングし、前記電気角に基づいて通電位相切換を行うとともにＰＷＭ制御により、各巻線５の電流量を制御すれば、筒型リニアモータＭ１における推力とコア２の移動方向とを制御できる。なお、前述の制御方法は、一例でありこれに限られない。このように、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、コア２が電機子であり可動子であり、界磁７は固定子として振る舞う。また、コア２と界磁７とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線５への通電、あるいは、巻線５に発生する誘導起電力によって、前記相対変位を抑制する推力を発生させて筒型リニアモータＭ１に前記外力による機器の振動や運動をダンピングさせ得るし、外力から電力を生むエネルギ回生も可能である。

以上のように、本発明の筒型リニアモータＭ１は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間のスロット６に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されてＮ極とＳ極とが軸方向に交互に配置される界磁７とを備え、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりティース４のヨーク側の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉが大きくなっている。

このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりもティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉが大きい。よって、図３に示すように、外周端の軸方向幅を従来のティースＴと等しくする場合（Ｗｏ＝ｔｏ）、軸方向幅が一定の従来のティースＴに比較して、ティース４の内周端４ｂの面積（実線でハッチングした部分）Ａｉは、従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積（破線でハッチングした部分）Ｓｉよりも大きくなる。つまり、本発明の筒型リニアモータＭ１は、従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制できるので、より、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。以上より、本発明の筒型リニアモータＭ１によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。

なお、前述した例では、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面における側面４ｃ，４ｄが外周端４ａの端部と内周端４ｂの端部同士を直線で接続する形状であった。しかしながら、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりもティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉを大きくすれば、磁気飽和を抑制して筒型リニアモータＭ１の推力を向上できるので、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面における側面４ｃ，４ｄの形状を円弧形状や放物線形状としてもよい。また、ティース４の軸方向幅が途中で段階的に大きくなるような形状であってもよい。

また、前述したように、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉが従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積Ｓｉよりも大きければ、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも確保できる。従来の筒型リニアモータにおけるティースＴでは径方向で軸方向幅が一定であるから、ティースＴの内周端の面積Ｓｉは、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１におけるティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積に等しい。つまり、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければ磁路断面積を確保できる。よって、筒型リニアモータＭ１は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間のスロット６に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁７とを備え、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きくなっていてもよい。このように筒型リニアモータＭ１が構成されても、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも大きく確保できるので、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制でき、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。なお、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければよいので、ティース４の形状も任意に変更可能である。

また、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、ティース４の軸方向の両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを備えており、傾斜面Ｉとコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲の角度となっている。前述の筒型リニアモータＭ１の構造を前提として、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１におけるアウターチューブ８の外径を６０ｍｍから１００ｍｍの間の径とし、コア２の外径を５０ｍｍから８３ｍｍまでの間の径とすると、ティース４の断面における側面４ｃ，４ｄにおける傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θを変化させた場合の質量推力密度は図４に示す通りとなる。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータＭ１の最大推力を質量で割った数値である。すると、ティース４の断面における側面４ｃ，４ｄにおける傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にあると、良好な質量推力密度が得られることが分かった。以上より、ティース４の軸方向の両側の側面４ｃ，４ｄに設けた傾斜面Ｉとコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θを６度から１２度の範囲の角度とすると、筒型リニアモータＭ１の質量当たりの推力が大きくなるので小型で大きな推力が得られる筒型リニアモータＭ１を実現できる。換言すれば、搭載スペースに余裕がなく、軽量な筒型リニアモータが要望される航空機や車両に好適な筒型リニアモータＭ１を実現できる。なお、本実施の形態では、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄの全体が傾斜面Ｉとされているが、図５に示すように、側面４ｃ，４ｄのうちティース４の内周端４ｂの近傍の一部については傾斜面Ｉとしない場合にも筒型リニアモータＭ１の小型と大推力の発揮が可能という効果は失われない。一部のスロット６には、異なる相の巻線５を巻き回す必要があり、このようなスロット６には、同じ列には偶数本の巻線５を巻き回す必要がある。このため、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合でも、スロット６の最深部、つまり、ティース４のコア２に接続する根元部分において側面４ｃ，４ｄを傾斜面Ｉとできない場合がある。

また、ティース４の内周端４ｂの面積をティース４の外周端４ａの面積以上にしてもよい。図３に示すように、ティース４の内周端４ｂの軸方向幅をＷｉとし、ティース４の外周端４ａの軸方向幅をＷｏとし、ティース４の外径をφｏとし、ティース４の内径をφｉとする。すると、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉは、Ａｉ＝π×φｉ×Ｗｉとなり、ティース４の外周端４ａの面積Ａｏは、Ａｏ＝π×φｏ×Ｗｏとなる。以上より、φｏ×Ｗｏ≦φｉ×Ｗｉを満足するように、ティース４の内外径φｉ，φｏと内周端４ｂと外周端４ａの軸方向幅Ｗｉ，Ｗｏの寸法を設定すれば、ティース４の内周端４ｂの面積をティース４の外周端４ａの面積以上とできる。このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４の内周端４ｂの磁路断面積が一番狭くなってボトルネックとなり磁気飽和を生じさせてしまうのを防止できるので、より効果的に推力を向上させ得る。

また、ティース４をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った際にできる断面積をティース４の外周端４ａの面積Ａｏ以上にすると、ティース４の途中において磁路断面積がボトルネックとなるのを阻止できる。つまり、ティース４の外周端４ａから内周端４ｂまでの任意の位置をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った断面積が外周端４ａの面積Ａｏ以上となっていれば、ティース４の途中において磁路断面積が最小となるのを阻止できる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、磁路断面積がティース４の途中で小さくならないので、効果的に推力を向上させ得る。

なお、磁路断面積のみに着目すれば、ティース４の外周端４ａから内周端４ｂまでの任意の位置をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った断面積を全て等しくすれば磁路断面積にボトルネックができず、かつ、無駄がなくなるのでコア２の質量も軽量化できる。なお、ヨーク３をコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏで切った断面の面積もティース４の外周端４ａの面積以上にしておくと、ヨーク３によって磁路断面積のボトルネックが生じない。

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、コア２の末端におけるティース４以外のティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切った断面は、コア２の軸線Ａに直交するとともにティース４の軸方向の中央を通る線Ｌを対称軸として線対称の形状とされている。このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４が軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状となるため、コア２を界磁７に対して図１中左右いずれの方向へ推力を発揮させるにしても、推力が同じであれば巻線５の電流量は等しくなる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、筒型リニアモータＭ１の駆動方向によって巻線５への通電量に極性差が生じないので、駆動制御が容易となる。ただし、筒型リニアモータＭ１の推力発生方向が一方向であるような場合など、巻線５への通電量に駆動方向によって極性差が生じても構わないのであれば、ティース４の形状を軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状としなくともよい。

なお、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切った断面をコア２の軸線Ａに直交する線Ｌを対称軸として線対称の形状とし、かつ、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏ、傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θ、コア２の外径とスロット６の深さを適切に設定すれば、ティース４をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った際にできる断面積をティース４の外周端４ａの面積Ａｏ以上にできる。つまり、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏ、傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θ、コア２の外径とスロット６の深さを適切に設定すれば、簡単な加工でコア２を形成できる。特に、切削加工によってコア２を製造する場合には、加工が容易となる。

＜第二の実施の形態＞
第二の実施の形態における筒型リニアモータＭ２は、図６に示すように、第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と同様に、筒状のヨーク３とヨーク３の外周に設けられる複数の環状のティース４１とを有するコア２１と、ティース４１，４１間に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２１が軸方向へ移動自在に挿入される界磁７とを備えて構成されている。

第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２が第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と異なるのは、コア２１におけるティース４１の形状である。以下、このティース４１について詳細に説明する。第二の実施の形態における筒型リニアモータＭ２におけるティース４１は、図６および図７に示すように、環状であって、外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１よりも大きな軸方向幅Ｗｉ１を持つ内周端４１ｂを備えている。また、ティース４１は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状となっている。

また、本実施の形態では、図７に示すように、ティース４１の軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄにおける範囲Ｄは、コア２１の軸線Ａ１に直交する面とされており、ティース４１の軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄにおける範囲Ｅは、コア２１の軸線に直交する面に対して傾斜する傾斜面Ｉ１とされている。そして、ティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切断した断面においては、傾斜面Ｉ１がコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ１は、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。また、本実施の形態では、ティース４１の範囲Ｄにおける径方向長さは、ティース４１の範囲Ｅにおける径方向長さよりも短くなっており、ティース４１の内周端４１ｂにおける磁路断面積が大きく確保されるように配慮されている。

さらに、本実施の形態では、図６中最左方と最右方に配置されたティース４１を除き、ティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切断した断面形状は、図７に示すように、コア２１の軸線Ａ１に直交する線Ｌ１を対称軸とした線対称の形状となっている。つまり、幾何学的に、ティース４１の外周端４１ａの軸方向における中央とティース４１の内周端４１ｂの軸方向における中央とを結ぶ線がコア２１の軸線Ａ１に直交する線Ｌ１に一致し、外周端４１ａ、内周端４１ｂおよび側面４１ｃ，４１ｄが線Ｌ１を対称軸として線対称な形状となっている。

また、第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２も第一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１と同様に、図６中で隣り合うティース４１，４１同士の間には、空隙でなるスロット６１が合計で９個設けられていて、スロット６１には巻線５が巻き回されて装着されている。第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２も第一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１と同様に、９個のスロット６１に図６中左側から順に、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相よびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。

以上のように、本発明の筒型リニアモータＭ２は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４１とを有するコア２１と、ティース４１，４１間のスロット６１に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されてＮ極とＳ極とが軸方向に交互に配置される界磁７とを備え、ティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１よりティース４のヨーク側の内周端４１ｂの軸方向幅Ｗｉ１が大きくなっている。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２は、第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と同様に、従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制できるので、より、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。以上より、本発明の筒型リニアモータＭ２によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。

さらに、本実施の形態のティース４１は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状となっている。このようにティース４１を構成すると、ティース４１の外周端４１ａ側におけるティース４１，４１間の間隔が広くなる。つまり、ティース４１の外周端４１ａ側のスロット６１の幅が広くなり、ティース４１の範囲Ｄと隣のティース４１の範囲Ｄまでの間の巻線５の電線数が多くなる。ティース４１，４１間の外周端４１ａ側の部分に配置される巻線５は、界磁７に最も近い位置で界磁７に対向しており、この部分の巻線５の電線数は、筒型リニアモータＭ２が発生する推力に大きな影響を与え、巻線５の電線数が増えれば前記推力が大きくなる傾向を示す。したがって、本実施の形態のように、ティース４１の形状を外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状とすると、磁路断面積を確保しつつ界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２によれば、磁路断面積を確保しつつ界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度を向上できる。また、前述のような形状であれば、ティース４１の加工も容易である。

前述の筒型リニアモータＭ２の構造を前提として、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２におけるアウターチューブ８の外径を６０ｍｍから１００ｍｍの間の径とし、コア２１の外径を５０ｍｍから８３ｍｍまでの間の径とすると、ティース４１の傾斜面Ｉ１と直交面Ｏとでなす内角θ１を１０度程度に設定すると、ティース４１における磁路断面積の確保と界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数の確保とをバランスよく両立でき、質量推力密度の向上の観点から有利となる。

なお、ティース４１の内周端４１ｂの面積が従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積Ｓｉよりも大きければ、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも確保できるので、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければ磁路断面積を確保できる。よって、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きくなっていてもよい。なお、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければよいので、ティース４１の形状は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状という条件を満たせば、任意に変更可能である。

また、本実施の形態では、ティース４１の範囲Ｄにおける径方向長さは、ティース４１の範囲Ｅにおける径方向長さよりも短くなっており、ティース４１の範囲Ｄにおける軸方向幅を一定としてもティース４１の内周端４１ｂにおける磁路断面積を大きく確保できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２によれば、磁路断面積を大きく確保しつつも界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度をより一層向上できる。

なお、ティース４１の形状は、図８に示した変形例のように、軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄの途中から内周端４１ｂの範囲Ｅに傾斜面Ｉ１を有し、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ２、θ３は途中から内周端４１ｂへ向かうと段階的に大きくなる形状としてもよい。

本実施の形態では、傾斜面Ｉ１は、途中で傾斜角度が変化する形状とされており、傾斜面Ｉ１の外周側の内角θ２よりも傾斜面Ｉ１の内周側の内角θ３の方が大きくなっている。

本実施の形態では、内角θ２は、１０度に設定してあり、内角θ３は、３０度に設定してある。このように、傾斜面Ｉ１の直交面Ｏ１とがなす内角が外周端４１ａ側から内周端４１ｂ側へ向かうほど段階的に大きくなる形状となっていると、図９に示すように、スロット６１の最深部の幅を同じにした場合、図中で破線で示した傾斜面Ｉ１の角度が一定のティース４１と比較して、図中での網掛け部分の断面積が増えるのでスロット６１の容積が大きくなり、一スロット当たりの巻線５の電線数を増やせる。

よって、この変形例におけるティース４１のように、ティース形状が軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄの途中から内周端４１ｂの範囲Ｅに傾斜面Ｉ１を有し、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ２，θ３は前記途中から内周端４１ｂへ向かうと段階的に大きくなるような形状とされる場合、ティース４１における磁路断面積を確保しつつも一スロット６当たりの巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度をより一層向上できる。

なお、前述したところでは、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角は、二段階に変化しているが、三段階以上に変化してもよい。

また、第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２では、コア２１の末端におけるティース４１以外のティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切った断面は、コア２１の軸線Ａ１に直交するとともにティース４１の軸方向の中央を通る線Ｌ１を対称軸として線対称の形状とされている。このように構成された筒型リニアモータＭ２では、ティース４１が軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状となるため、コア２１を界磁７に対して左右いずれの方向へ推力を発揮させるにしても、推力が同じであれば巻線５の電流量は等しくなる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ２によれば、筒型リニアモータＭ２の駆動方向によって巻線５への通電量に極性差が生じないので、駆動制御が容易となる。ただし、筒型リニアモータＭ２の推力発生方向が一方向であるような場合など、巻線５への通電量に駆動方向によって極性差が生じても構わないのであれば、ティース４１の形状を軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状としなくともよい。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

Ｍ１，Ｍ２・・・筒型リニアモータ、２，２１・・・コア、３，３１・・・ヨーク、４，４１・・・ティース、４ａ，４１ａ・・・ティースの外周端、４ｂ，４１ｂ・・・ティースの内周端、４ｃ，４１ｃ，４ｄ，４１ｄ・・・ティースの側面、５・・・巻線、６，６１・・・スロット、７・・・界磁、Ａ・・・軸線、Ｄ・・・ティースの外周端から途中までの範囲、Ｅ・・・ティースの途中から内周端までの範囲、Ｉ，Ｉ１・・・傾斜面、Ｌ，Ｌ１・・・線、Ｏ，Ｏ１・・・直交面、θ，θ１，θ２，θ３・・・内角

Claims (9)

1. 筒状のヨークと、環状であって前記ヨークの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、
   前記ティース間のスロットに装着される巻線と、
   筒状であって内方に前記コアが軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、
   前記ティースの外周端の軸方向幅より前記ティースのヨーク側の内周端の軸方向幅が大きい
   ことを特徴とする筒型リニアモータ。
2. 筒状のヨークと、環状であって前記ヨークの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、
   前記ティース間のスロットに装着される巻線と、
   筒状であって内方に前記コアが軸方向へ移動自在に挿入されて、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、
   前記ティースの内周端の面積は、前記ティースの外周端の軸方向幅と前記ティースの内周端の周長とを乗じた面積よりも大きい
   ことを特徴とする筒型リニアモータ。
3. 前記ティースの前記内周端の面積は、前記ティースの前記外周端の面積以上である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の筒型リニアモータ。
4. 前記ティースを前記コアの軸線を中心とする円筒で切った際にできる断面積は、前記ティースの前記外周端の面積以上である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。
5. 前記ティースは、前記外周端から前記内周端に向かう途中までの範囲では軸方向幅が一定で、前記途中から前記内周端の範囲では軸方向幅が前記内周端へ向かうほど大きくなる形状である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。
6. 前記ティースは、軸方向両側の側面に傾斜面を有し、前記傾斜面と前記コアの軸線に直交する直交面とでなす内角は、６度から１２度の範囲の角度である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。
7. 前記ティースは、軸方向両側の側面の前記途中から前記内周端の範囲に傾斜面を有し、前記傾斜面と前記コアの軸線に直交する直交面とでなす角度は前記途中から前記内周端へ向かうと段階的に大きくなる
   ことを特徴とする請求項５に記載の筒型リニアモータ。
8. 前記ティースの前記外周端から前記途中までの範囲における径方向長さは、前記ティースの前記内周端から前記途中までの範囲における径方向長さよりも短い
   ことを特徴とする請求項５または７に記載の筒型リニアモータ。
9. 前記ティースを前記コアの軸線を含む面で切った断面は、前記コアの軸線に直交する線を対称軸として線対称の形状である
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の筒型リニアモータ。

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