WO2023140179A1

WO2023140179A1 - ３相コイル構造体及びリニアモータ

Info

Publication number: WO2023140179A1
Application number: PCT/JP2023/000710
Authority: WO
Inventors: 修角谷; 正喜武富; 達也中野; 実吉田
Original assignee: 株式会社プロテリアル; 株式会社新川
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2023-01-13
Publication date: 2023-07-27
Also published as: TW202343938A

Abstract

コンパクト化を図りつつ、良好な性能が得られる３相コイル構造体及びリニアモータを提供する。　隣り合うように同一面内に並設された複数の長方形の空芯コイルを含む２相用コイルセット（３２）を備える３相コイル構造体（３０）において、両端側で曲げられ、２相用コイルセット（３２）の隣り合う長辺部同士を跨ぐように配置された、大きさ及び曲げ角の異なる２つの空芯コイルを含む１相用コイルセット（３１）を備え、１相用コイルセット（３１）の空芯コイルは、２相用コイルセット（３２）の空芯コイルよりも巻数が多い。

Description

３相コイル構造体及びリニアモータ

　本発明は、３相コイル構造体及びリニアモータに関する。

　近年、扁平な空芯コイルを用いるリニアモータが普及している。例えば、特許文献１では、各相に係る空芯コイルが大小の２種類であり、一相に係る空芯コイルの端部を屈曲させ、他相に係る空芯コイルと重畳させることにより、３相コイル構造体の厚みを抑制したリニアモータが開示されている。

特許第５５０８３６２号公報

　特許文献１では、一相に係る空芯コイルと他相に係る空芯コイルとの間に、インピーダンス及び推力の違いが発生することを防ぐべく、全ての相に対して、空芯コイルを大小の２種類にし、かつ、同じ巻数にしている。これにより、特許文献１のリニアモータにおいては、鎖交長の減少による推力の減少等により、空芯コイルの構成面積に対して良好な効率の性能が得られていない。

　本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンパクト化を図りつつ、良好な性能が得られる３相コイル構造体及びリニアモータを提供することにある。

　本発明に係る３相コイル構造体は、隣り合うように同一面内に並設された複数の長方形の空芯コイルを含む２相用コイルセットを備える３相コイル構造体において、両端側で曲げられ、前記２相用コイルセットの隣り合う長辺部同士を跨ぐように配置された、大きさ及び曲げ角の異なる２つの空芯コイルを含む１相用コイルセットを備え、前記１相用コイルセットの空芯コイルは、前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも巻数が多い。

　本発明にあっては、大きさと両端側の曲げ角とが異なる前記１相用コイルセットの２つの空芯コイルを適宜組み合わせて配置することによって３相コイル構造体のコンパクト化を図りながら、前記１相用コイルセットの空芯コイルの巻数を前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも多くすることによって、鎖交長の減少による推力の減少等の性能の低下を防止できる。

　本発明に係る３相コイル構造体は、前記１相用コイルセットは、長さ方向の寸法が前記２相用コイルセットの空芯コイルと等しい大空芯コイルと、長さ方向の寸法が該大空芯コイルよりも小さい小空芯コイルとを含み、前記大空芯コイル及び前記小空芯コイルの少なくとも一方の巻数が前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも多い。

　本発明にあっては、前記小空芯コイルの長さ方向の寸法が前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも小さいので、３相コイル構造体のコンパクト化を図りながら、前記大空芯コイル及び前記小空芯コイルの少なくとも一方の巻数を前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも多くすることによって、鎖交長の減少による推力の減少等の性能の低下を防止できる。

　本発明に係る３相コイル構造体は、前記大空芯コイル及び前記小空芯コイルは、同一軸心上に配置されており、夫々の両端側が軸心方向にて一側へクランク形状に屈曲しており、前記大空芯コイルは、両端部が前記２相用コイルセットの空芯コイルの端部と夫々重畳する。

　本発明にあっては、前記大空芯コイルの両端部がクランク形状に屈曲しており、前記２相用コイルセットの空芯コイルの端部と夫々重畳するので、３相コイル構造体のコンパクト化を図ることができる。

　本発明に係る３相コイル構造体は、前記大空芯コイルは両端部が３０°－４４．５°屈曲しており、前記小空芯コイルは前記両端部が１０°－３１°屈曲している。

　本発明にあっては、前記大空芯コイルの両端部の屈曲角度を３０°－４４．５°にし、前記小空芯コイルの両端部の屈曲角度を１０°－３１°にすることによって、屈曲角度が大きすぎる場合、曲げ加工の際に空芯コイルに傷等の不具合が生じること、及び、屈曲角度が小さすぎる場合、小空芯コイルの鎖交長減少による推力低下を事前に防止することができる。

　本発明に係る３相コイル構造体は、前記小空芯コイルは、前記大空芯コイルに対して前記軸心方向の前記一側に配置され、一面が前記大空芯コイルの一面と接触しており、前記大空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記２相用コイルセットとの対向面と反対側面の間の間隔は、前記小空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記大空芯コイルとの対向面と反対側面の間の間隔以上である。

　本発明にあっては、前記小空芯コイルの一面が前記大空芯コイルの一面と接触しており、前記大空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記２相用コイルセットとの対向面と反対側面の間の間隔は、前記小空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記大空芯コイルとの対向面と反対側面の間の間隔以上である。よって、前記軸心方向において前記小空芯コイルが前記大空芯コイルよりも前記一側にはみ出ることはなく、３相コイル構造体のコンパクト化を図ることができる。

　本発明に係る３相コイル構造体は、前記２相用コイルセットは、２つであって、一方向に積層されており、前記一方向において、積層された２つの前記２相用コイルセットの両側に、前記１相用コイルセットが同一軸心上に夫々設けられ、２つの前記１相用コイルセットは夫々の両端側が互いに反対向きに屈曲している。

　本発明にあっては、一方向に積層された２つの前記２相用コイルセットの両側に、前記１相用コイルセットが夫々設けられており、２つの前記１相用コイルセットの両端側の屈曲向きは互いに反対向きである。各１相用コイルセットにおいて前記小空芯コイルが前記大空芯コイルよりも前記一方向にはみ出ることはなく、３相コイル構造体のコンパクト化を図ることができる。

　本発明に係るリニアモータは、上述した何れかの３相コイル構造体と、前記１相用コイルセットの軸心方向で対向するよう、前記３相コイル構造体の両側に配置された磁石とを備える。

　本発明にあっては、上述の如く、コンパクトであって、鎖交長の減少による推力の減少等の性能の低下を防止できる３相コイル構造体を用いるので、リニアモータのコンパクト化、及び、良好な性能が得られる。

　本発明によれば、コンパクト化を図りつつ、良好な性能が得られる３相コイル構造体及びリニアモータを提供できる。

本発明の実施形態に係るリニアモータの外観を示す斜視図である。図１のＩＩ－ＩＩ線による模式的断面図である。本実施形態のリニアモータの可動子を示す斜視図である。本実施形態のリニアモータの３相コイル構造体を示す正面図である。図４のＶ－Ｖ線による矢視図である。図４のＶＩ－ＶＩ線による断面図である。本実施形態のリニアモータの２相用コイルセットを示す斜視図である。本実施形態のリニアモータの１相用コイルセットを示す斜視図である。図８のＩＸ－ＩＸ線による矢視図である。大空芯コイルの屈曲角度を説明する説明図である。本実施形態のリニアモータの推力及びコイルインピーダンスを先行技術と比較したグラフである。本実施形態のリニアモータの発熱量を先行技術と比較したグラフである。本実施形態のリニアモータの単位面積あたりの発熱量を先行技術と比較したグラフである。

　以下に、本発明の実施形態に係る３相コイル構造体及びリニアモータを、図面に基づいて詳述する。

　図１は、本発明の実施形態に係るリニアモータ１００の外観を示す斜視図である。リニアモータ１００は、例えば、コイル可動型のリニアモータであり、固定子１０及び可動子２０を備えている。可動子２０は電源装置（図示せず）に接続されている。

　固定子１０は、矩形の平板形状をなす一対のヨーク１１と、該一対のヨーク１１の間に介在し、ヨーク１１同士の両端部を連結する介在部１２とを有している。介在部１２は、ヨーク１１の短辺側に配置されている。介在部１２によって、ヨーク１１同士は所定間隔を隔てて対向配置されており、一対のヨーク１１の間に、可動子２０が介在している。可動子２０は、ヨーク１１の両長辺の対向方向（図１の矢印方向）に移動可能である。即ち、図１の矢印は、可動子２０の移動方向を示している。

　各ヨーク１１は、矩形の平板形状をなしており、例えば、鉄等の磁性体から構成されている。介在部１２は樹脂等の非磁性体又は鉄等の磁性体から構成されている。介在部１２は、例えば、ヨーク１１にネジ止めされている。

　図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線による模式的断面図である。図２においては、便宜上、可動子２０の表示を省略している。
　各ヨーク１１は、内側面に磁石ユニット１３が取り付けられている。磁石ユニット１３は、ヨーク１１と可動子２０との間に配置されている。換言すれば、可動子２０は、一対の磁石ユニット１３の間に介在している。

　磁石ユニット１３は、複数の永久磁石１３１を有している。各永久磁石１３１は、ヨーク１１の長さ方向に延びる角棒形状をなしており、複数の永久磁石１３１は、可動子２０の移動方向へ、等間隔に並設されている。

　一対の磁石ユニット１３は交番磁界を形成している。詳しくは、各永久磁石１３１は、一対の磁石ユニット１３の対向方向に、磁極を向けており、前記対向方向において、永久磁石１３１同士の磁極は逆転しており、隣り合う永久磁石１３１同士の磁極も逆転している。

　図３は、本実施形態のリニアモータ１００の可動子２０を示す斜視図である。
　可動子２０は、積層された複数の空芯コイルからなる３相コイル構造体３０と、３相コイル構造体３０を挟持する挟持部材４０とを含む。挟持部材４０は、３相コイル構造体３０の空芯コイルの軸心方向の両側から３相コイル構造体３０を挟持している。

　挟持部材４０は、長方形の平板形状をなしており、対向配置された一対の当て部４１と、一対の当て部４１を連結するマチ部４２とを有している。即ち、一対の当て部４１の隣り合う一方の短辺同士がマチ部４２によって連結されている。マチ部４２は、当て部４１の幅寸法と略同じ長さを有する、細長い長方形板形状をなしている。一対の当て部４１及びマチ部４２は一体形成されており、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から構成されている。

　また、一対の当て部４１の間には、当て部４１の長さ方向の略中間から他方の短辺部に亘って、間隔保持部４３が設けられている。間隔保持部４３は、マチ部４２の幅寸法と略同じ厚みを有する矩形の板形状をなしており、ネジ又は接着剤によって当て部４１に取り付けられ、当て部４１同士間の間隔を保持している。間隔保持部４３は、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）から構成されている。

　以上のような構成により、挟持部材４０では、当て部４１同士の間であって、マチ部４２及び間隔保持部４３の間に、隙間が形成されており、斯かる隙間に３相コイル構造体３０が介在している。マチ部４２は３相コイル構造体３０の抜けを防止し、当て部４１と３相コイル構造体３０との間には、例えば、ＧＦＲＰ等からなる不図示の絶縁シートが介在しても良い。

　図４は、本実施形態のリニアモータ１００の３相コイル構造体３０を示す正面図であり、図５は、図４のＶ－Ｖ線による矢視図であり、図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線による断面図である。

　３相コイル構造体３０は、Ｖ相のための１相用コイルセット３１と、Ｕ相及びＷ相のための２相用コイルセット３２とを備える。即ち、３相コイル構造体３０は１つの１相用コイルセット３１と、２つの２相用コイルセット３２を有する。１相用コイルセット３１及び２相用コイルセット３２は、何れも、略長方形の空芯コイルから構成されている。なお、図５においては、便宜上、１相用コイルセット３１及び２相用コイルセット３２の引き出し線の図示を省略している。

　各２相用コイルセット３２は、同一軸心上に配置された、長さ方向及び幅方向の寸法が同一である２つの空芯コイルを含む。２つの２相用コイルセット３２は、夫々の軸心方向が平行であるように設けられている。即ち、２つの２相用コイルセット３２は、同一面内にて隣り合うように並設されており、一方の２相用コイルセット３２の空芯コイルの長辺部が、他方の２相用コイルセット３２の空芯コイルの長辺部と接している。また、各２相用コイルセット３２には、軸心方向に、別の２相用コイルセット３２が更に積層されている（図５参照）。２つの２相用コイルセット３２は同じ形状であり、以下では、１つの２相用コイルセット３２についてのみ説明する。

　１相用コイルセット３１は、２つの２相用コイルセット３２の長辺部同士を跨ぐように配置されており、大きさの異なる２つの空芯コイルを含む。以下、大きさが小さい方の空芯コイルを小空芯コイル３１Ａと称し、大きさが大きい方の空芯コイルを大空芯コイル３１Ｂと称する。小空芯コイル３１Ａは、大空芯コイル３１Ｂに比べて、長さ方向の寸法が小さく、幅方向の寸法は等しい。小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂは、同一軸心上に配置されている。１相用コイルセット３１の軸心方向は、各２相用コイルセット３２の軸心方向と平行をなしており、１相用コイルセット３１は、２つの２相用コイルセット３２に対して、軸心方向の両側に夫々配置されている（図５参照）。

　各２相用コイルセット３２は、正面視中空の長方形であり、２つの長辺部３２１，３２２と、２つの短辺部３２３，３２４とを備える。２相用コイルセット３２において、２つの長辺部３２１，３２２は、幅方向の寸法が同じであり、長辺部３２１，３２２の幅方向の寸法の和に相当する距離だけ離隔して形成されている。また、一方の２相用コイルセット３２の長辺部３２１は、他方の２相用コイルセット３２の長辺部３２１と長辺側が隣接している。

　１相用コイルセット３１も、２相用コイルセット３２と同様、正面視中空の長方形である。小空芯コイル３１Ａは、大空芯コイル３１Ｂに対して軸心方向の一側に配置されている。小空芯コイル３１Ａは２つの長辺部３１１Ａ，３１２Ａと、２つの短辺部３１３Ａ，３１４Ａとを備える。また、大空芯コイル３１Ｂは、２つの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂと、２つの短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂ（端部）とを備える。

　小空芯コイル３１Ａにおいて、２つの長辺部３１１Ａ，３１２Ａは、幅方向の寸法が同じであり、長辺部３１１Ａ，３１２Ａの幅方向の寸法の和に相当する距離を離隔して形成されている。また、大空芯コイル３１Ｂにおいて、２つの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂは、幅方向の寸法が同じであり、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの幅方向の寸法の和に相当する距離を離隔して形成されている。即ち、軸心方向において、小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａは、夫々大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂと当接している（図６参照）。以下、小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａにおいて大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂと接触する面を接触面３１０Ａ（一面）と称し、大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂにおいて小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａと接触する面を接触面３１０Ｂ（一面）と称する。

　１相用コイルセット３１と、２つの２相用コイルセット３２とは長さ方向が平行になるように配置されており、１相用コイルセット３１は、２つの２相用コイルセット３２と部分的に重畳している。

　即ち、上述の如く、１相用コイルセット３１は、隣り合う２つの２相用コイルセット３２の長辺部３２１を跨ぐように配置されている。詳しくは、小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａ同士の間、及び、大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂ同士の間に、２つの２相用コイルセット３２の２つの長辺部３２１が介在している。

　また、大空芯コイル３１Ｂの短辺部３１３Ｂ、３１４Ｂの一面３１９Ｂ（対向面）は２相用コイルセット３２の短辺部３２３，３２４と当接しており、小空芯コイル３１Ａの短辺部３１３Ａ、３１４Ａの一面３１９Ａ（対向面）は、大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂ及び２相用コイルセット３２の長辺部３２１と対向している（図４及び図６参照）。

　図７は、本実施形態のリニアモータ１００の２相用コイルセット３２を示す斜視図である。２相用コイルセット３２は、上述の如く、同一軸心上に配置された２つの長方形の空芯コイル３００からなり、扁平である。即ち、２相用コイルセット３２は、長辺部３２１，３２２と、短辺部３２３，３２４とは同一平面上に設けられている。

　また、２相用コイルセット３２は、巻き方向が一致するように、前記２つの空芯コイル３００を軸心方向に積層させることによって形成されている。
　各空芯コイル３００は、例えば、帯状１．１×０．５４ｍｍの導体の平角線を軸心方向と直交する方向に例えば１５回巻いて形成されている。平角線同士が（平角線の）厚み方向にて重畳するように巻回されている。即ち、空芯コイル３００は、軸心方向には単層であり、軸心方向と直交する方向に複層であって、軸心方向の両端面が略平らである。斯かる平角線は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の接着剤が外周面に塗布された状態にて巻回される。接着剤は、室温で、又は加熱により硬化する。これによって、空芯コイル３００の形状が維持され、２相用コイルセット３２においては、軸心方向に積層された空芯コイル３００同士が固定される。図３，図４，図７においては、便宜上、空芯コイル３００の軸心方向の端面（複層状のコイル）を略示している。

　なお、空芯コイル３００は、巻き始めになる引き出し線３２５Ｂ及び巻き終わりになる引き出し線３２６Ｂを有している。２相用コイルセット３２は、いわゆるアルファ巻によって形成される。

　図８は、本実施形態のリニアモータ１００の１相用コイルセット３１を示す斜視図であり、図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線による矢視図である。図９Ａ及び図９Ｂは、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの円で囲まれた部分を拡大して示す拡大図である。便宜上、図８では、小空芯コイル３１Ａと、大空芯コイル３１Ｂとを分離して表示しており、図９においては、引き出し線の図示を省略している。

　上述の如く、１相用コイルセット３１は、同一軸心上に配置された、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂからなり、小空芯コイル３１Ａは、大空芯コイル３１Ｂに比べて、長さ方向の寸法が小さく、幅方向の寸法は等しい。小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの厚みは、２相用コイルセット３２の空芯コイル３００の厚みと等しい。

　また、小空芯コイル３１Ａは２つの長辺部３１１Ａ，３１２Ａと、２つの短辺部３１３Ａ，３１４Ａとを備える。また、大空芯コイル３１Ｂは、２つの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂと、２つの短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂ（端部）とを備える。

　大空芯コイル３１Ｂは、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの両端部にプレス加工が施されて、クランク形状に屈曲している。これによって、大空芯コイル３１Ｂでは、２つの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの両端側に屈曲部３１８Ｂが形成されている。斯かるプレス加工後の大空芯コイル３１Ｂは、長さ方向の長さが、２相用コイルセット３２の空芯コイル３００と同じである。

　また、大空芯コイル３１Ｂにおいて、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの小空芯コイル３１Ａとの接触面３１０Ｂと反対側面から、短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂの一面３１９Ｂまでの間隔は、大空芯コイル３１Ｂ又は小空芯コイル３１Ａの厚みｔの２倍である（図９Ｂ参照）。

　図１０は、大空芯コイル３１Ｂの屈曲角度を説明する説明図である。図１０において、一点鎖線は、大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの端部に屈曲部３１８Ｂを形成する成形丸棒を示している。

　製造実績上、Ｒ（旋回最小半径）＞３ｔの条件を満たせば、平角線にクラックが発生することを防げる。図１０は、Ｒ＝３ｔである場合を示しており、２つの成形丸棒の中心間距離は７ｔになる。一方の成形棒は固定し、他方の成形棒を一方の成形棒の中心を基準に、θだけ回転させ、段差２ｔとなるように大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの端部を屈曲させる。

　図１０中、実線で描いた大小の２つの三角形は互いに相似形で、比率は１：４となる。また、成形丸棒の中心間距離が７ｔであって、大空芯コイル３１Ｂの段差は２ｔであり、小三角形の斜辺の長さをｘとすると、以下の関係が成立する。
　　sinθ＝ｔ／ｘ
　ここで、大小三角形の相似比は１：４なので、中心間距離（７ｔ）は５ｘ（ｘ＋４ｘ）であり、ｘは以下のように定義される。
　ｘ＝（７／５）ｔ
したがって、sinθ＝５／７であり、θは４５．５°である。法線と接線は直交するので、大空芯コイル３１Ｂの屈曲部３１８Ｂの屈曲角は４４．５°（９０°－４５．５°）となる。

　以上の計算結果に鑑みると、屈曲部３１８Ｂは、軸心方向の前記一側へ３０°～４４．５°の屈曲角度で屈曲していれば良い（図９参照）。即ち、各屈曲部３１８Ｂは、大空芯コイル３１Ｂの軸心方向と直交する方向に対して３０°～４４．５°の範囲で斜めに形成されている。屈曲部３１８Ｂの屈曲角度が前記範囲の下限未満になる場合、推力が低下する。

　屈曲部３１８Ｂの屈曲角度が４４．５°を超える場合は、プレス加工の際、大空芯コイル３１Ｂに傷等の不具合が生じるおそれがあるうえに、大空芯コイル３１Ｂの短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂと、２相用コイルセット３２の短辺部３２３，３２４との間の間隔が大きくなって３相コイル構造体３０の厚みが厚くなるおそれがある。また、屈曲部３１８Ｂの屈曲角度が３０°未満の場合は、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂにおいて屈曲部３１８Ｂが占める割合が大きくなり、平坦部が狭くなるので、推力の低下を招くおそれがある。

　小空芯コイル３１Ａは、長辺部３１１Ａ，３１２Ａの両端部にプレス加工が施されて、クランク形状に屈曲している。これによって、小空芯コイル３１Ａでは、２つの長辺部３１１Ａ，３１２Ａの両端側に屈曲部３１８Ａが形成されている。小空芯コイル３１Ａにおいて、長辺部３１１Ａ，３１２Ａの接触面３１０Ａから、短辺部３１３Ａ，３１４Ａの一面３１９Ａまでの間隔は、小空芯コイル３１Ａ又は大空芯コイル３１Ｂの厚みｔと同じである（図９Ａ参照）。

　屈曲部３１８Ａも、上述の計算に基づき、軸心方向の前記一側へ１０°～３１°の屈曲角度で屈曲していれば良い（図９参照）。即ち、各屈曲部３１８Ａは、小空芯コイル３１Ａの軸心方向と直交する方向に対して１０°～３１°の範囲で斜めに形成されている。換言すれば、屈曲部３１８Ａは、大空芯コイル３１Ｂの接触面３１０Ｂと１０°～３１°の角度をなしている。屈曲部３１８Ａの屈曲角度が前記範囲の下限未満になる場合、推力が低下する。

　屈曲部３１８Ａの屈曲角度が３１°を超える場合は、プレス加工の際、小空芯コイル３１Ａに傷等の不具合が生じるおそれがある。また、屈曲部３１８Ａの屈曲角度が１０°未満の場合は、長辺部３１１Ａ，３１２Ａにおいて屈曲部３１８Ａが占める割合が大きくなり、平坦部が狭くなるので、推力の低下を招くおそれがある。

　小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂは、２相用コイルセット３２の空芯コイル３００と同様、導体の平角線を軸心方向と直交する方向に複数回巻いて形成されている。平角線同士が（平角線の）厚み方向にて重畳するように巻回されている。即ち、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂは、軸心方向には単層であり、軸心方向と直交する方向に複層であって、軸心方向の両端面が略平らである。図３－図８においては、便宜上、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの軸心方向の端面（複層状のコイル）を略示している。

　また、小空芯コイル３１Ａは、巻き始めになる引き出し線３１５Ａ及び巻き終わりになる引き出し線３１６Ａを有している。大空芯コイル３１Ｂは、巻き始めになる引き出し線３１５Ｂ及び巻き終わりになる引き出し線３１６Ｂを有している。なお、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの屈曲角によって、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの長さ方向の寸法が定まる。

　以上の如く、大空芯コイル３１Ｂは、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの両端部がクランク形状に屈曲しており、短辺部３１３Ｂ、３１４Ｂが２相用コイルセット３２の短辺部３２３，３２４と当接し、長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂが小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａと当接している（図６参照）。また、２相用コイルセット３２は厚みがｔである２つの空芯コイル３００からなり、大空芯コイル３１Ｂの短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂが長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの接触面３１０Ｂと反対側面との間で２ｔの間隔を有するので（図９Ｂ参照）、軸心方向において、大空芯コイル３１Ｂ及び２相用コイルセット３２は３ｔの厚みを有する（図６参照）。

　更に、大空芯コイル３１Ｂの短辺部３１３Ｂ，３１４Ｂが長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂの接触面３１０Ｂと反対側面との間で２ｔの間隔を有するので、短辺部３１３Ｂ、３１４Ｂの一面３１９Ｂと反対側の他面３１７Ｂ（反対側面）及び接触面３１０Ｂの間隔Ｌ２は、２ｔである。また、小空芯コイル３１Ａにおいて、短辺部３１３Ａ，３１４Ａが、上述の如く、長辺部３１１Ａ，３１２Ａの接触面３１０Ａとｔの間隔を有するので、短辺部３１３Ａ，３１４Ａの一面３１９Ａと反対側の他面３１７Ａ（反対側面）及び接触面３１０Ａの間隔Ｌ１も、２ｔである。そして、小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａは、夫々大空芯コイル３１Ｂの長辺部３１１Ｂ，３１２Ｂと当接している。

　このように、他面３１７Ａ及び接触面３１０Ａの間隔Ｌ１が、他面３１７Ｂ及び接触面３１０Ｂの間隔Ｌ２と等しいので、軸心方向において、小空芯コイル３１Ａが大空芯コイル３１Ｂよりも前記一側にはみ出ることはない（図６参照）。この際、小空芯コイル３１Ａの長辺部３１１Ａ，３１２Ａの接触面３１０Ａと反対側の面は、２相用コイルセット３２の長辺部３２１と面一をなしている。更に、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂに加え、２相用コイルセット３２の２つの空芯コイル３００が軸心方向に積層しているにも関わらず、厚みを３ｔに抑制することができる（図６参照）。

　以上では、他面３１７Ａ及び接触面３１０Ａの間隔Ｌ１が、他面３１７Ｂ及び接触面３１０Ｂの間隔Ｌ２と等しい場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。間隔Ｌ２が間隔Ｌ１以上であれば良い。

　上述の如く、軸心方向に、２つの２相用コイルセット３２が積層しており、２相用コイルセット３２に対して軸心方向の他側にも１相用コイルセット３１が設けられている。軸心方向の他側に設けられた１相用コイルセット３１も、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂからなり、大空芯コイル３１Ｂに対して、軸心方向の前記他側に、小空芯コイル３１Ａが配置され、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの両端部が、軸心方向の他側へクランク形状に屈曲している（図５及び図６参照）。他、軸心方向の他側に設けられた１相用コイルセット３１は、既に説明した１相用コイルセット３１と同じ形状であり、詳しい説明を省略する。

　即ち、本実施形態の３相コイル構造体３０は、隣り合う一対の２相用コイルセット３２が軸心方向に積層されており、積層された２相用コイルセット３２に対して、軸心方向の両側に夫々１相用コイルセット３１が設けられており、一方の１相用コイルセット３１（小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂ）の両端部が、他方の１相用コイルセット３１の両端部と反対側に屈曲している。

　上述したように、１つの１相用コイルセット３１及び一対の２相用コイルセット３２が軸心方向にて、３ｔの厚みを有するので、２つの１相用コイルセット３１及び一対の２相用コイルセット３２が２層に積層された３相コイル構造体３０の全体においては、軸心方向において６ｔの厚みを有する。１相用コイルセット３１が小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂからなり、２相用コイルセット３２が２つの空芯コイル３００からなるので、３相コイル構造体３０全体としては、８つの空芯コイルが積層しているにも関わらず、厚みを６ｔに抑制しており、３相コイル構造体３０がコンパクト化されている。

　このような構成を有するリニアモータ１００は、３相コイル構造体３０に通電が行われた場合、フレミングの左手則に基づいて一対の磁石ユニット１３の間で形成された交番磁界を横切る方向（以下、移動方向）への推力が発生し、３相コイル構造体３０を前記移動方向に押す。これにより、可動子２０が移動する（図１の矢印参照）。

　一方、３相コイル構造体３０において、小空芯コイル３１Ａが大空芯コイル３１Ｂに比べて長さ方向の寸法が小さいので、鎖交長が減少している。斯かる鎖交長の減少は、コイルインピーダンスの低下及び推力の減少を招くおそれがある。

　これに対して、本実施形態のリニアモータ１００は、１相用コイルセット３１の巻数を増やして、上述のコイルインピーダンスの低下及び推力の減少の問題に対応している。即ち、本実施形態のリニアモータ１００において、１相用コイルセット３１は２相用コイルセット３２よりも巻数が多い。

　詳しくは、１相用コイルセット３１は小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂを有するので、小空芯コイル３１Ａの巻数、又は、大空芯コイル３１Ｂの巻数が２相用コイルセット３２の各空芯コイル３００の巻数よりも多くても良く、小空芯コイル３１Ａの巻数及び大空芯コイル３１Ｂの巻数が共に空芯コイル３００の巻数よりも多くても良い。小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂにおいては、コイルインピーダンスへの効果を勘案して、内径を空芯コイル３００と同じにして、軸心から遠い外周側の巻数を増やしている。

　例えば、２相用コイルセット３２の各空芯コイル３００の巻数が１５回であるとした場合、小空芯コイル３１Ａ又は大空芯コイル３１Ｂの巻数は１６－１７回である。より詳しくは、小空芯コイル３１Ａの巻数は１６回であり、大空芯コイル３１Ｂの巻数は１７回であることが望ましい。
　また、これに限定されるものではない。コイルインピーダンスの変化を考慮した場合は、小空芯コイル３１Ａ及び大空芯コイル３１Ｂの何れも巻数を１６回にすることも効果的である。

　以上のように、本実施形態のリニアモータ１００においては、１相用コイルセット３１の巻数が２相用コイルセット３２の巻数よりも多いので、コイルインピーダンスの低下及び推力の減少を補うことができる。

　図１１は、本実施形態のリニアモータ１００の推力及びコイルインピーダンスを先行技術と比較したグラフであり、図１２は、本実施形態のリニアモータ１００の銅損を先行技術と比較したグラフである。

　図１１において、横軸は３相コイル構造体３０の全長[ｍｍ]（２相用コイルセット３２及び大空芯コイル３１Ｂの全長と同じであり、コイル全長と呼称）を示し、左側縦軸は推力定数[Ｎ／Ａｒｍｓ]を示し、右側縦軸は相抵抗（インピーダンス）[Ω]を示している。また、図１１において、上方の直線（円）がリニアモータ１００の推力定数を示しており、下方の直線（円）はリニアモータ１００の相抵抗を示している。更に、図１１において、上方の三角形は先行技術の推力定数を示しており、下方の三角形は先行技術の相抵抗を示している。

　また、図１２において、横軸は３相コイル構造体３０の全長[ｍｍ] （２相用コイルセット３２及び大空芯コイル３１Ｂの全長と同じであり、コイル全長と呼称）を示し、縦軸は発熱量[Ｗ]を示している。なお、図１１及び図１２においては、先行技術として、前記特許文献１の特許第５５０８３６２号に係るリニアモータを例として挙げている。

　図１１に示すように、本実施形態のリニアモータ１００においては、コイル全長の増加が、推力定数の増加及び相抵抗の増加と比例している。先行技術の場合、コイル全長が１８０ｍｍであるときに達成した推力定数値及び相抵抗値が、本実施形態のリニアモータ１００の場合は、コイル全長が１６５ｍｍであるときに達成できている。また、本実施形態のリニアモータ１００では、コイル全長が先行技術と同じく１８０ｍｍである場合、推力定数値及び相抵抗値が先行技術の推力定数値及び相抵抗値を大きく上回っている。

　そして、本実施形態のリニアモータ１００においては、コイル全長が増加するにつれて、導体（平角線）の抵抗による発熱量（いわゆる銅損）が低減している。先行技術の場合、コイル全長が１８０ｍｍであるときの発熱量が、本実施形態のリニアモータ１００の場合は、コイル全長が１６５ｍｍであるときの発熱量に相当する。また、本実施形態のリニアモータ１００では、コイル全長が先行技術と同じく１８０ｍｍである場合、発熱量が先行技術の発熱量を大きく下回っている。

　図１１及び図１２から分かるように、本実施形態のリニアモータ１００においては、上述のような構成によって３相コイル構造体３０のコンパクト化を図りつつ、これに伴うコイルインピーダンスの低下及び推力の減少を補い、更に性能が改善されている。

　また、本実施形態のリニアモータ１００においては、上述のような構成によって、放熱性を改善できる。例えば、放熱性を単位面積あたりの発熱量[Ｗ／Ｓ]と定義した場合、発熱量が小さいほど、コイルの温度上昇幅が小さいことを意味するので、放熱性が良いと言える。

　図１３は、本実施形態のリニアモータ１００の単位面積当たりの発熱量を先行技術と比較したグラフである。図１３において、横軸は３相コイル構造体３０の全長[ｍｍ] （２相用コイルセット３２及び大空芯コイル３１Ｂの全長と同じであり、コイル全長と呼称）を示し、縦軸は単位面積当たりの発熱量[Ｗ／Ｓ]を示している。なお、図１３においても、先行技術として、前記特許文献１の特許第５５０８３６２号に係るリニアモータを例として挙げている。

　本実施形態のリニアモータ１００においては、コイル全長が増加するにつれて、単位面積当たりの発熱量が低減している。先行技術の場合、コイル全長が１８０ｍｍであるときの単位面積当たりの発熱量が、本実施形態のリニアモータ１００の場合は、コイル全長が１７３ｍｍであるときの単位面積当たりの発熱量に相当する。また、本実施形態のリニアモータ１００では、コイル全長が先行技術と同じく１８０ｍｍである場合、単位面積当たりの発熱量が先行技術の単位面積当たりの発熱量を大きく下回っている。本実施形態のリニアモータ１００においては、３相コイル構造体３０のコンパクト化を図りつつ、放熱性が改善されている。

　開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　１３　磁石ユニット
　３０　３相コイル構造体
　３１　１相用コイルセット
　３１Ａ　小空芯コイル
　３１Ｂ　大空芯コイル
　３２　２相用コイルセット
　１００　リニアモータ　
　３００　空芯コイル
　３１０Ａ　接触面（一面）
　３１０Ｂ　接触面（一面）
　３１１Ａ，３１２Ａ，３１１Ｂ，３１２Ｂ，３２１，３２２　長辺部
　３１３Ａ，３１４Ａ，３１３Ｂ，３１４Ｂ，３２３，３２４　短辺部
　３１７Ａ　他面（反対側面）
　３１７Ｂ　他面（反対側面）
　３１９Ａ　一面（対向面）
　３１９Ｂ　一面（対向面）

Claims

　隣り合うように同一面内に並設された複数の長方形の空芯コイルを含む２相用コイルセットを備える３相コイル構造体において、
　両端側で曲げられ、前記２相用コイルセットの隣り合う長辺部同士を跨ぐように配置された、大きさ及び曲げ角の異なる２つの空芯コイルを含む１相用コイルセットを備え、
　前記１相用コイルセットの空芯コイルは、前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも巻数が多い３相コイル構造体。
　前記１相用コイルセットは、長さ方向の寸法が前記２相用コイルセットの空芯コイルと等しい大空芯コイルと、長さ方向の寸法が該大空芯コイルよりも小さい小空芯コイルとを含み、
　前記大空芯コイル及び前記小空芯コイルの少なくとも一方の巻数が前記２相用コイルセットの空芯コイルよりも多い請求項１に記載の３相コイル構造体。
　前記大空芯コイル及び前記小空芯コイルは、同一軸心上に配置されており、夫々の両端側が軸心方向にて一側へクランク形状に屈曲しており、
　前記大空芯コイルは、両端部が前記２相用コイルセットの空芯コイルの端部と夫々重畳する請求項２に記載の３相コイル構造体。
　前記大空芯コイルは両端部が３０°－４４．５°屈曲しており、
　前記小空芯コイルは前記両端部が１０°－３１°屈曲している請求項３に記載の３相コイル構造体。
　前記小空芯コイルは、前記大空芯コイルに対して前記軸心方向の前記一側に配置され、一面が前記大空芯コイルの一面と接触しており、
　前記大空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記２相用コイルセットとの対向面と反対側面の間の間隔は、前記小空芯コイルにて、前記一面及び前記両端部の前記大空芯コイルとの対向面と反対側面の間の間隔以上である請求項４に記載の３相コイル構造体。
　前記２相用コイルセットは、２つであって、一方向に積層されており、
　前記一方向において、積層された２つの前記２相用コイルセットの両側に、前記１相用コイルセットが同一軸心上に夫々設けられ、
　２つの前記１相用コイルセットは夫々の両端側が互いに反対向きに屈曲している請求項３から５のいずれか一項に記載の３相コイル構造体。
　請求項１から６のいずれか一項に記載の３相コイル構造体と、
　前記１相用コイルセットの軸心方向で対向するよう、前記３相コイル構造体の両側に配置された磁石と
　を備えるリニアモータ。