JPS6226263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大出力、高速リニアモータに関するも
のである。

すでに、方形もしくは矩形断面の鉄心を中心と
して磁気ストリツプにより保隔されたやはり方形
もしくは矩形断面のコイルと、こうして形成され
たプリズム格子を取囲むＵ字形もしくはほぼＵ字
形の電機子とを備える特に経済的なリニアモータ
が知られている。その特定形態のリニアモータは
アキシヤル・モータの名称で開発されたものであ
る。

回転モータもしくはリニアモータのいずれを問
わず従来の電動機は通例、その誘導部分として
の、巻線を受容するようにされた磁気回路を備え
ている。このため、そうした電動機には歯を設け
ることも、例えばアキシヤル・モータの場合の如
く、磁性部分間にコイル設置する場所を残す構造
にその電動機を作ることもできる。

当然ながら、導電部分は絶縁を要し、またそれ
ら導電部分は大きな熱を発生する部分となるので
冷却を必要とする。このような２つの必要事項を
考慮して電気部分と磁性部分とを組み合わせる構
造は空間の無駄使いとなる一方では、冷却力を制
限してしまう。しかるに、一般的には、巻線に磁
束を通過させる必要から上記に甘んじている。

大出力、高速モータは特に上記の点が顕著であ
る。というのは、電機子を形成する一方では誘電
子を形成し他方では誘導子を形成する磁気回路部
分の間の大きな間隙が用いられるからである。他
方、それらのモータには、頻々に始動される点に
関連した特に重大な冷却の問題がある。

本発明は上記の必須事項に良く適応した新規構
造に関する。該構造は要するに、誘電子の導電部
分と磁性部分とを完全に切離して前者、すなわち
導電部分で、変圧器の場合のように、後者、すな
わち磁性部分の囲りに円筒状の一種の層を構成す
る点にある。しかしすでに理解されたであろう通
り、変圧器との差異は磁束が導電部分からなる上
記の円筒状層を横切る点である。

従つて本発明の目的は、方形もしくは矩形断面
のコイルが長手方向鉄心を取巻いている誘導子
と、誘導子を取巻いているＵ字形電機子とを備え
たリニアモータにおいて、コイルでそれらの組立
られた状態において、磁束の横切る導電層を鉄心
の囲りに形成し、コイルどうしもしくは連続した
コイルの部分どうしの間で磁性部分が重なること
のないようにしたことを特徴とするリニアモータ
を提供することにある。

大出力、高速リニアモータの別の特殊性で、特
に起動時に大きな力を出す必要がある点に関連し
た特殊性は磁気漏れが少なくなければならないこ
とである。この磁気漏れは電機子と誘導部分が対
面しているとできるだけ少なくされる。アキシヤ
ル・モータの場合、それは不可能である。という
のは誘導子の導電部分の層が円筒状であるのに電
機子の導電層がＵ字形であるためである。この問
題の公知解決方法は、拮杭誘導電流を流す場所で
ありまた誘導子の支持体そのもので構成された導
電系を用いることである。

強力、高速モータの特殊例においては、電機子
に生じる長手方向電流は著しく大きくなり、長手
方向電流および支持体の拮杭電流に対して充分な
場所が確保されなければ損失は極めて大きくな
る。

上記不都合を解決するために本発明の別の特徴
によれば、誘導コイルの高さよりも明らかに大き
い深さをもつたＵ字形に電機子が形成され、誘電
子の導電支持体自身もＵ字形に形成され、更には
コイルおよび誘導子支持体の全高はＵ字形電機子
の深さに実質上等しくされる。

本発明の別途実施例、すなわち、高さを低くし
かつ、線路に沿つて設けられたＵ字形固定電機子
が雪、雹等で塞つた場合の事故の大きさを小さく
なるようにした実施例においては、電機子を構成
するＵ字形の磁性部分の高さがコイルの高さと実
質上等しくされ、また電機子の導電部分の余長部
が磁性部分に沿つて外へ折曲げられ、誘電子の導
電支持体の突縁は同様に折曲げられてほぼ逆Ｕ字
形に形成される。

本発明のアキシヤル・モータにおいては、鉄心
と電機子の磁性部分との間に磁束を導くために一
般的には連続したコイルの間に設ける磁気ストリ
ツプが削除されている。その磁気ストリツプを削
除すると当然、エアギヤツプにより消耗されるア
ンペア回数が大きくなるが、その一方では巻線用
のスペースが、従つてコイルに供給されるアンペ
ア回数が著しく増大する。要するに、大出力、高
速モータの場合はエアギヤツプにより消費される
追加アンペア回数よりも明らかに大きい割合でコ
イルによるアンペア回数を増すことになる。結
局、これらのモータにおいては、磁気ストリツプ
を削除することにより複数の狭コイルの代りに単
一の大コイルを用いることができ、このようにす
れば、隣接の磁気ストリツプから各コイルを保隔
する２つの絶縁体の幅を何倍もに広げることがで
きる。要するに、銅部に対する場所を２倍にする
ことであり、その理由としては電流密度を同じと
すれば、例え結果的に生じるエアギヤツプの増大
によつてそのエアギヤツプにより消費されるアン
ペア回数が明らかに倍増される程でないにしても
得られるアンペア回数を実際に倍増できる。

全体的には、公知のモータで得られるよりも良
好な力率および効率をもたらす極めて良い結果が
得られる。

更に、コイル間の磁気ストリツプを削除したた
めに冷却気の循環が極めて自由となり、しかも所
定の温度上昇に対してモータの出し得る推力を極
めて増大できる。その結果、推力／重量比が極め
て良好となる。本発明のプロトタイプは、800Kg
ｆの重量に対し3000Kgｆの推力を得ることができ
るが、公知モータの場合同じ推力を得るのに重量
は3000乃至4000Kgｆである。

次に添付図面に従い、本発明を更に詳しく説明
する。

第１図、第２図に示すアキシヤル形リニアモー
タは線路に沿つて移動する可動部に結合された誘
導子１を有し、この誘導子には上方に向つて開い
たＵ字形断面の固定電機子２が取付けられてい
る。しかしこの構成は説明の便宜上示しただけで
あり、本発明は逆形状の構成、すなわち誘導子１
が固定され、電機子２が可動である構成にも適用
できることを付言しておく。Ｕ字形断面の電機子
２は全体的に導電性かつ磁性（鋼製）のもの、あ
るいは鋼製外部２ａと、導電材製内層２ｂ（例え
ばアルミ製のもの）とで構成されたもののいずれ
でもよい。

誘導子１は上開Ｕ字形断面の長手方向形材で作
つた支持体３を備えている。この支持体は、例え
ばアルミ等の導電性材で作られている。支持体３
の下には共通長手方向鉄心５の囲りに配された多
数の連続したコイル４からなる全体を支えてい
る。各コイル４は、方形もしくは矩形断面の、鉄
心５へ装着された長手方向枠７と、この中心アー
バ７の端から外に向つて延びたフランジからなる
横断方向の２つのフランジ８とからなる絶縁材製
巻枠６に巻かれている。各コイル４は要するに変
圧器の巻線の如く取付けられている。このコイル
は積層形（ガラス繊維を詰めた）の層１０により
外部と隔離されている。

中心鉄心５と連続したコイル４とからなる組立
を確実に支持するために、そのコイルのフランジ
８はその上部に延長部８ａを備え、それら延長部
は支持体３の内ウエブ３ａに穿設した水平横断方
向スリツト９に係合されている。延長部８ａは支
持体３内部にその支持体のウエブ３ａ上へ突出し
ており、それら延長部はそれらに穿設された孔に
通されたねじ１１により、支持体３と結合された
横材１２，１３へ取付けられている。

連続したコイル４のフランジ８の対は若干異な
つた態様にて交互に取付けられている。第１図の
左部分に示すように、横材１２はスリツト９に対
して位置をずらされて右側フランジの延長部８ａ
の後方に置かれている。各ねじとは直角に２つの
延長部８ａの間にスペーサ１４が設けられていて
その２つの延長部の間に後述の如く冷却気を通す
ための自由通路を残している。これに対し、第１
図の右部に示すように、その後の延長部８ａの対
の取付け態様は今述べたものとは異なる。すなわ
ち、横材１３は２つの延長部８ａの間に置かれて
その場所において空気の流通を全く妨げるセパレ
ータの役割を果している。この横材１３はスリツ
ト９を貫延している。

本発明の別実施例においては、連続したコイル
４を固定するフランジ８は嵌着金属板でよく、但
し、この場合にはそれらフランジは鉄心の囲りに
短絡巻きを形成しないように分裂させる必要があ
る。

電機子により形成されたＵ字形の底で塞がれ、
従つて実質上垂直方向に鉄心５から発する磁束部
分による極めて大きな損失を回避するために、上
記鉄心５は本発明によれば、多数の狭い素鉄心５
ａに細分される。それら素鉄心５ａは各々狭い磁
気バンドの積層されたもので構成されており、そ
れら素鉄心は絶縁バンドを巻くことにより互いに
他から微かに絶縁されている。素鉄心の保隔平面
は第２図に示す通り垂直である。

巻枠６の枠７の内部に緊締された状態に素鉄心
５ａを保つために、素鉄心５ａとアーバ７との間
に楔１５が圧入されている。

以上の説明から解るように、連続したコイル４
の間の磁気ストリツプがないために、コイル４で
形成される巻線用場所および、従つて得られるア
ンペア回路を著しく増大することができる。この
磁気ストリツプを含まないことにより更には、本
発明のモータにおいてはジユール効果による放熱
の作用を受ける銅量が著しく増すので特に問題と
なる冷却気の循環が極めて自由になる。

第１図に示すところから解るように、連続した
コイル４および詳細にはそれらの前フランジ８は
小エアギヤツプ１６，１７により互いに他から保
隔されている。第１図に示すように左側フランジ
８の対向に設けられたエアギヤツプ１６はその２
つの垂直側と下側をＵ字形断面の覆い１８で閉じ
られており、その覆いは２つのフランジ８の間を
支持体３の下面まで延びている。これに対し、第
１図の右手に示すフランジ８の間に置かれた第２
のエアギヤツプ１７は、横材１３でそのエアギヤ
ツプが閉じられている上部を除く残る全ての側が
開放している。

更には、Ｕ字形支持体３はその上部が、大寸法
の開口を穿設され、ブロワの出力オリフイス（図
示せず）に接続されたフード１９により閉じられ
ている。

支持体３の内部はこうして恒常的に過圧下に置
かれる。

様々なコイル４を確実に冷却するために、それ
らコイルは巻層間に１つもしくは複数のエアギヤ
ツプが設けられており、そのギヤツプは長手方向
導管２１を形成しており、この導管に向き合つて
フランジ８に孔２２が穿設されている。上記の冷
却導管２１はコイルの４面に、もしくはそれら４
面のいずれかにだけ設けてよい。

従つて、支持体３内に含まれる加圧冷却気は、
互いの間で開通路を画成している。左側フランジ
８の延長部８ａを横切つて垂直に出て、次にフラ
ンジ８に設けた孔２２を通過して冷却導管２１の
中へ左右に向つて侵入する。冷却気はエアギヤツ
プ１６が覆１８で閉じられているのでその場所か
ら外部へ逃げ得ない。導管２１を通過した冷却気
はフランジ８の孔２２を通つて近くのエアギヤツ
プへ入り、そこから外部へ逃る。こうして動作時
に放出される熱が極めて効果的に排出される。

本発明のリニアモータは単相もしくは多相の電
流のいずれにても使用できる。片方の極性および
位相に対応した巻線部分は特に多数の同期速度を
得るのに望ましい結合の変化を生じさせるのに２
つもしくは３つの素コイルに分割され得る。

第３図に示す本発明のまた別の実施例におい
て、巻枠６のフランジ８はモータの長手軸線に対
して垂直ではなくて、例えば10゜程度でよい角度
ａだけ横断面に対して斜傾されている。この特別
の構成によれば追加の場所を得、またコイルを、
得られるアンペア回路総数の増分だけ更に近接さ
せることができる。フランジ８どうしの間のエア
ギヤツプの最大幅の位置は冷却気入口に対しては
支持体３の側に、また空気出口に対しては反対
側、すなわち電機子２のウエブに向けられた側に
される。

第４図に示す本発明の更に別の実施例におい
て、電機子２はその高さ寸法が第１図、第２図に
示すモータの高さよりも小さくなつている。この
構成は電機子が固定されまた線路に沿つて設けら
れる場合には全く特別な利益をもたらす。すなわ
ち、電機子が雪や雹等でつまつた場合の事故の危
険が著しく縮減される。これはその電機子の高さ
を縮小したためである。

この実施例においては、導電性材（例えばアル
ミ）の内層２ｂは電機子２の側腹に沿つて下へあ
る距離に亘つて延びる外延余長部２ｃで延長され
ている。

導電材（アルミ）で作つた誘電子支持体２３は
逆Ｕ字形断面を呈するもので、その２つの突縁２
３ａは電機子２の材料と同じ導電材で作つた外延
余長部２ｃに向つて下方へ延びている。第４図か
ら解るように、フード１９の組立はモータを冷却
するブロワ２４へ前記のように取付けられてい
る。

下記に非限定例で説明の便宜上の例として、特
に顕著な結果を示した本発明のリニアモータの特
徴を述べておく。

このモータは総重量800Kgｆの誘導子を備えて
おり、この誘導子は断面積100×100mm、長さ4.5
ｍの磁心と、長さ18cm、断面積160×160mmの24個
のコイルとからなつており、各コイルは各々100
mm²の銅断面を有する24の巻きからなつている。上
記誘導子は670V、50Hzの交流電圧で用いられ
る。電機子は厚み５mmのアルミ層で内面を覆われ
た厚み12mmの外板で形成されている。この電機子
の高さは30cm、幅20cmである。

このモータは166Km／時で2000Kgｆの圧力を得
ることができるが、公知モータで同じ結果を得る
には、その圧力は3000乃至4000Kgｆとなる筈であ
る。試験した本発明のモータは効率0.71、力率
0.76であつた、２つの量の積に反比例する消費電
流は従つて、本発明のモータの場合、約0.5の効
率、力率の公知モータに比べ1/2以下である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大出力、高速リニアモータの
部分縦断面立面図、第２図は第１図の線−に
よる横断面図、第３図は本発明のリニアモータの
別実施例の部分縦断面立面図、第４図は本発明の
リニアモータの更に別の実施例の横断面図であ
る。 １……誘導子、２……電機子、４……コイル、
５……鉄心、６……巻枠。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コイルが長手方向鉄心を取巻いている誘導子
   と、この誘導子を取巻いているＵ字形電機子とを
   備えたリニアモータにおいてコイル４がそれらの
   組立てられた状態において、コアのまわりに連続
   したコイル４の間に磁気ストリツプなしの独立し
   た連続のコイル４を有し、各コイル４は磁束の横
   切る導電層を鉄心５の周りに形成し、前記各コイ
   ル４は、長手方向枠７とこの枠の両端に設けた２
   つの平行フランジ８とを有する絶縁巻枠６に巻か
   れており、上記フランジはモータの長手方向軸線
   に対し垂直もしくは傾けられており、前記誘導子
   １が導電性材で作つたＵ字形断面の支持体３を有
   しており、この支持体３はＵ字形断面の電機子２
   の垂直突縁の端部に平行な垂直突縁を備え、連続
   したコイル４のフランジ８の間の第１のエアギヤ
   ツプ１６、および第２のエアギヤツプ１７はそれ
   らの周部が交互に開閉されており、それらエアギ
   ヤツプ１６，１７は、コイル４に設けられていて
   冷却導管となり、しかもフランジ８に穿設された
   孔２２に向き合つて配置された長手方向通路２１
   によつて互いに連通しており、フランジ８の間の
   第１エアギヤツプ１６は第１の覆１８によりフラ
   ンジの周辺部で閉じられていて上部が、フランジ
   ８の延長部８ａが貫通している支持体中のスロツ
   ト９を通じて支持体内部と連通しており、その支
   持体３，２３の内部は第２の覆１９で覆われてお
   りブロワ２４により過圧下に置かれ、またフラン
   ジ８の間の第２エアギヤツプ１７は外部と自由連
   通しておりまた上部が支持体３に形成されている
   スロツト９の部分で塞がれていることを特徴とす
   るリニアモータ。 ２ 誘導子１がＵ字形断面の電機子２の上部を覆
   う、導電性材製の逆Ｕ字形断面の支持体２３を有
   しており、上記電機子２はその内面上に導電層２
   ｂを備え、この導電層の外延余長部２ｃは、支持
   体２３の、下方へ延びた突縁２３ａに向き合つた
   位置にある電機子２の突縁の上部に延びているこ
   とを特徴とする、上記特許請求の範囲第１項に記
   載のリニアモータ。 ３ 巻線の、片方の極性および位相に対応する部
   分が単一のコイル４を形成していることを特徴と
   する、上記特許請求の範囲第１項〜第２項のいず
   れかに記載のリニアモータ。 ４ それぞれの極性および位相のコイルが更に２
   つもしくは３つの基コイルに分割されて幾通りか
   の結合が可能にされかつ特に幾段かの同期速度が
   得られるようにしたことを特徴とする、上記特許
   請求の範囲第３項に記載のリニアモータ。 ５ 鉄心５が、コイル４どうしの間に設けられた
   板により誘導子１のＵ字形支持体３，２３に機械
   的に結合されており、上記板は鉄心５を囲んでお
   り、延長部はＵ字形支持体３，２３に設けられた
   横断方向スリツト９に貫通されかつその支持体に
   結合された部材１２，２３に取付けられているこ
   とを特徴とする、上記特許請求の範囲第１項〜第
   ４項のいずれかに記載のリニアモータ。 ６ 鉄心５と誘導子１の支持体３，２３とを接続
   する板はコイル４が巻かれている巻枠６の一部を
   なしているフランジ８で構成されていることを特
   徴とする、上記特許請求の範囲第５項に記載のリ
   ニアモータ。 ７ 冷却気を経入するスリツト９に直角に、隣接
   した２つのフランジ８の延長部８ａがスペーサ１
   ４により互いに他から保隔されていてかつ、支持
   体３に結合されまたスリツト９の側に設けられた
   横材１２に取付けられており、更には、エアギヤ
   ツプ１７に対応した各スリツト９に直角に、隣接
   した２つのフランジ８の延長部８ａが、支持体に
   結合されかつスリツト９に貫設された横材１３に
   取付けられていることを特徴とする、上記特許請
   求の範囲第１項に記載のリニアモータ。 ８ コイル４のフランジ８がモータの長手方向軸
   線に対して斜めにされており、その傾きは連続し
   たコイルについては側毎に向きが異なり、フラン
   ジ８の間の間隙の最大幅が冷却気入口について
   は、すなわち第１エアギヤツプ１６の場合には支
   持体３，２３の側に位置し、また空気出口につい
   ては、すなわち第２エアギヤツプ１７の場合には
   反対側、すなわち電機子２のウエブに向けられた
   側に位置するようになされていることを特徴とす
   る、上記特許請求の範囲第１項に記載のリニアモ
   ータ。 ９ 鉄心５が更に、狭い矩形断面の素鉄心５ａに
   分割されており、それら素鉄心は狭い磁気バンド
   の積層で構成されて互いに他から絶縁されている
   ので、それら素鉄心を並置するＵ字形断面の電機
   子２の突縁に平行な平面に沿つて第２層に等しい
   ものが形成され、また鉄心５が楔１５によりコイ
   ル４の巻枠６の中に緊締されていることを特徴と
   する、上記特許請求の範囲第１項〜第８項のいず
   れかに記載のリニアモータ。