WO2023228590A1 - 筒型リニアモータ - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
Definitions
- the present invention relates to a cylindrical linear motor.
- a cylindrical linear motor includes a rod, a cylindrical body that surrounds the rod and is movable relative to the rod in the axial direction, and an annular inner part of the cylindrical body.
- a cylindrical body side coil row consisting of a plurality of coils stacked along the axial direction around the circumference, a magnet row consisting of a plurality of neodymium magnets which are annular and are laminated and attached to the outer periphery of the central part of the rod;
- An upper coil row and a lower coil row are formed of a plurality of coils that are arranged on the outer periphery of a rod and are stacked and attached above and below the magnet row so as to sandwich the magnet row.
- the cylindrical linear motor configured in this way is particularly suitable for being interposed between the vehicle body and wheels to provide thrust that dampens vibrations of the vehicle body, so that it can be used when the vehicle is empty or fully loaded.
- the magnet row attached to the center of the rod faces the coil row on the cylinder side, making it possible to exert a large thrust.
- the upper coil row or the lower coil row is opposed to the cylindrical coil row, so that not only the cylindrical coil row but also the upper coil row or By energizing the lower coil row and using the upper coil row or the lower coil row as an electromagnet, the amount of neodymium magnets used is reduced and costs are reduced.
- a structure in which a magnet array in which neodymium magnets are stacked faces a cylindrical coil array only near the stroke center where a large thrust is desired among the magnets that make up the field.
- the present invention aims to provide a cylindrical linear motor that can reduce manufacturing costs.
- the cylindrical linear motor of the present invention includes a cylindrical yoke and a plurality of annular salient poles arranged along the axial direction on either the inner periphery or the outer periphery of the yoke.
- a core made of a magnetic material, and a plurality of permanent magnets that are annular and are attached so that north poles and south poles appear alternately in the axial direction with respect to the core, and the permanent magnets are installed.
- a core assembly is provided with a magnetized section provided with a permanent magnet and a non-magnetic section provided with a salient pole but without a permanent magnet, and a core assembly that is disposed on the salient pole side of the inner periphery or outer periphery of the core assembly.
- the armature is movable relative to the core assembly in the axial direction and has a plurality of windings arranged in the axial direction of the core assembly and radially opposed to the core assembly.
- a cylindrical linear motor configured in this way, when the armature faces the magnetized section in the core assembly, the magnetic force of the permanent magnet can be used to generate the thrust that drives the armature.
- reluctance thrust can generate thrust to drive the armature.
- the armature can be moved in the axial direction with respect to the core assembly. It can generate thrust for relative movement. Furthermore, in the cylindrical linear motor of the present invention, a thrust force that moves the armature relative to the core assembly in the axial direction is generated without providing windings in the magnet-free section of the core assembly where permanent magnets are not provided. can.
- FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical linear motor in one embodiment.
- FIG. 2 is a sectional view of a core assembly of a cylindrical linear motor in a first modification of the embodiment.
- the cylindrical linear motor 1 in one embodiment includes a cylindrical yoke 7a and a plurality of annular salient poles 7b arranged along the axial direction on the inner circumference of the yoke 7a.
- a core 7 made of a magnetic material, and a plurality of annular permanent magnets 6a and 6b attached to the core 7 so that north and south poles alternately appear in the axial direction.
- the armature 2 is arranged on the inner periphery of the core assembly 5 on the salient pole 7b side and is movable relative to the core assembly 5 in the axial direction. .
- the core assembly 5 includes the core 7 and a plurality of permanent magnets 6a and 6b attached to the core 7.
- the core 7 includes a cylindrical yoke 7a and a plurality of annular salient poles 7b arranged along the axial direction on the inner circumference of the yoke 7a.
- the salient poles 7b in the core 7 are formed of annular protrusions along the circumferential direction of the yoke 7a, and are spaced at equal pitches in the axial direction on the inner circumference of the yoke 7a. They are arranged side by side.
- the salient poles 7b include a plurality of salient poles 7b1 arranged in a predetermined range in the center of the yoke 7a in FIG.
- the axial width of the salient pole 7b2 located outside the predetermined range of the yoke 7a is wider than the axial width of the salient pole 7b1 located in the predetermined range at the center of the yoke 7a.
- the distance (pitch) from the axial center of the salient poles 7b1, 7b2 to the axial center of the adjacent salient poles 7b1, 7b2 is the distance (pitch) between all the salient poles.
- the salient poles 7b1 and 7b2 are arranged at equal pitches in the axial direction with respect to the yoke 7a.
- the permanent magnets 6a and 6b are annular and magnetized in the radial direction, but are magnetized in opposite directions. Therefore, the permanent magnet 6a has an N pole on the inner circumference side and an S pole on the outer circumference side, whereas the permanent magnet 6b has an S pole on the inner circumference side and an N pole on the outer circumference side.
- the axial lengths of the permanent magnets 6a and 6b are equal to each other, approximately equal to the axial distance between the salient poles 7b1 and 7b1 arranged in the center of the yoke 7a, and are housed in the gap between the salient poles 7b1 and 7b1. It is set to the possible length.
- the permanent magnets 6a and 6b are alternately mounted on the inner periphery of the yoke 7a in the gaps between the salient poles 7b1 and 7b1 installed in the predetermined range of the yoke 7a. Therefore, permanent magnets 6a and 6b are installed alternately in the axial direction between the salient poles 7b1 and 7b1 located within a predetermined range in the yoke 7a. A field 6 is formed in which south poles and south poles appear alternately.
- the core 7 is not shown in detail, it is divided into a plurality of pieces in the axial direction, and even if the core 7 is provided with salient poles 7b1 and 7b2, permanent magnets 6a and 6b are attached to the inner circumference of the core 7. Can be installed.
- permanent magnets 6a and 6b are not installed between salient poles 7b1 and 7b2 and between salient poles 7b2 and 7b2 located in a range other than the predetermined range of yoke 7a.
- a magnetized section S1 in which the permanent magnets 6a and 6b are installed in the axial direction of the core 7 is provided, and the magnetized section S1 of the core 7 is Two non-magnet sections S2 and S3 in which permanent magnets 6a and 6b are not installed are provided on both sides of the section S1 in the axial direction.
- the core assembly 5 configured in this manner fits into an annular gap formed between a cylindrical non-magnetic barrel 10 and a cylindrical non-magnetic inner tube 9 inserted into the barrel 10. It is accommodated.
- the left ends of the barrel 10, core assembly 5, and inner tube 9 in FIG. 1 are closed by a cap 16, and the right ends of the barrel 10, core assembly 5, and inner tube 9 in FIG. It's blocked.
- the armature 2 includes a cylindrical armature core 3 and a winding 4 attached to the armature core 3, and is inserted into the core assembly 5 so as to be movable in the axial direction. That is, in this embodiment, the armature 2 is disposed on the inner peripheral side of the core assembly 5 and can move relative to the core assembly 5 in the axial direction.
- the armature core 3 is made of a magnetic material, and has an annular shape with a cylindrical portion 3a, and is spaced along the circumferential direction and in the axial direction on the outer periphery of the cylindrical portion 3a on the field side.
- a plurality of teeth 3b having a rectangular cross section in the axial direction are provided at intervals, and a slot 3c is formed by the gap between the teeth 3b and the winding 4 is installed.
- the cylindrical portion 3a has a cylindrical shape as described above, and the wall thickness of the cylindrical portion 3a is ensured such that the cross-sectional area of the cylindrical portion 3a is equal to or larger than the magnetic path cross-sectional area of the teeth 3b.
- teeth 3b are arranged on the outer circumference of the cylindrical portion 3a at equal intervals in the axial direction, and the outer circumferential side of the armature core 3 is the field 6 side.
- a slot 3c which is an annular groove in which the winding 4 is mounted, is formed between the teeth 3b.
- the cross-sectional shape of the teeth 3b is rectangular, but in order to ensure a large magnetic path cross-sectional area on the base end, the width of the base on the inner periphery is wider than the width on the distal end side, which is the outer periphery. It may be a trapezoid with a larger width at the end.
- a total of six slots 3c each having an annular groove are provided between adjacent teeth 3b, 3b in FIG.
- a plurality of slots 3c are provided along the circumferential direction of the armature core 3, and are arranged on the outer periphery of the armature core 3 at equal pitches in the axial direction.
- a winding 4 is wound and installed in this slot 3c.
- the winding 4 is a three-phase winding including a U phase, a V phase, and a W phase.
- the windings 4 of each phase are installed in the six slots 3c so as to be appropriately arranged according to the magnetic pole arrangement of the field 6.
- the armature 2 configured in this manner is attached to the outer periphery of the tip of the rod 11 made of a non-magnetic material, which is an output shaft, and is movably inserted into the field 6 together with the rod 11.
- the rod 11 passes through a head cap 15 attached to the right end of the barrel 10 in FIG. 1 and projects to the outside of the cylindrical linear motor 1. Further, annular sliders 12 and 13 having annular wear rings 12a and 13a on the outer periphery that are in sliding contact with the inner periphery of the inner tube 9 are attached to the left and right sides of the armature 2 of the rod 11 in FIG.
- the armature 2 is held between the sliders 12 and 13 and fixed to the rod 11, and the sliders 12 and 13 are slidably inserted into the inner circumference of the inner tube 9, so that the armature 2 is fixed to the rod 11 with respect to the core assembly 5. Since there is no axial wobbling, it can be moved in the axial direction without interfering with the inner tube 9. The armature 2 is thus guided in axial movement relative to the core assembly 5 by the inner tube 9.
- the inner tube 9 plays the role of guiding the axial movement of the armature 2 in cooperation with the sliders 12 and 13. Further, the outer diameter of the armature core 3 is smaller than the inner diameter of the inner tube 9, so that it does not interfere with the inner tube 9, and the cylindrical linear motor 1 can smoothly expand and contract.
- the rod 11 has a cylindrical shape, and power is supplied to the winding 4 from an external power source installed outside the cylindrical linear motor 1 through an electric wire (not shown) passed through the rod 11. Can be supplied.
- the cylindrical linear motor 1 is configured as described above, and the operation of the cylindrical linear motor 1 will be described below.
- First, the operation when the armature 2 faces the magnetic section S1 of the core 7 in the radial direction will be described.
- the armature 2 is radially opposed to the field 6 made up of the permanent magnets 6a and 6b of the core 7, so it senses the electrical angle of the winding 4 with respect to the field 6, and based on the electrical angle.
- PWM control By switching the energization phase and controlling the amount of current in each winding 4 using PWM control, the thrust in the cylindrical linear motor 1 and the moving direction of the armature 2 can be controlled. Note that the above-described control method is an example and is not limited thereto.
- the cylindrical linear motor 1 can generate a thrust force that moves the armature 2 relative to the core assembly 5 in the axial direction. Therefore, when the armature 2 faces the magnetized section S1 in the core 7, the cylindrical linear motor 1 can generate a large thrust using the magnetic force of the permanent magnets 6a and 6b.
- the cylindrical linear motor 1 when the armature 2 is radially opposed to the non-magnetic sections S2 and S3 of the core 7, the cylindrical linear motor 1 has teeth 3b that are axially displaced from the salient poles 7b2 due to the energization of the windings 4. is magnetized to generate a reluctance thrust between the core 7 and the armature 2, thereby generating a thrust that moves the armature 2 in the axial direction with respect to the core assembly 5.
- reluctance thrust can be generated by energizing the winding 4 of the armature 2.
- the cylindrical linear motor 1 When facing the section S1, the cylindrical linear motor 1 generates thrust for driving the armature 2 mainly using the magnetic force of the permanent magnets 6a and 6b, as described above.
- the cylindrical linear motor 1 when the armature 2 faces the non-magnetic sections S2 and S3 of the core 7 in the radial direction, a Thrust for driving the armature 2 is generated by reluctance thrust.
- the cylindrical linear motor 1 of the present embodiment includes the cylindrical yoke 7a and the plurality of annular salient poles 7b1 and 7b2 arranged in the axial direction on the inner circumference of the yoke 7a. It is equipped with a core 7 made of a magnetic material, and a plurality of annular permanent magnets 6a and 6b that are attached to the core 7 so that north poles and south poles appear alternately in the axial direction.
- a core assembly 5 is provided with a magnetized section S1 in which magnets 6a and 6b are installed, and non-magnetic sections S2 and S3 in which salient poles 7b2 and 7b2 are installed and in which permanent magnets 6a and 6b are not installed; They are arranged on the inner periphery on the side of the salient pole 7b and are movable relative to the core assembly 5 in the axial direction, and are arranged in the axial direction of the core assembly 5 and face the core assembly 5 in the radial direction.
- the armature 2 has a plurality of windings 4.
- the core assembly 5 can be electrically connected to the core assembly 5 without providing windings in the magnet-free sections S2 and S3 where the permanent magnets 6a and 6b are not provided. A thrust force can be generated to relatively move the child 2 in the axial direction.
- the number of parts can be reduced compared to the conventional cylindrical linear motor that requires windings to be provided in locations where permanent magnets are not provided. , manufacturing costs can be significantly reduced.
- the axial width of the salient poles 7b1 in the magnetized section S1 is different from the axial width of the salient poles 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3.
- the axial width of the salient poles 7b1 is set so that the armature 2 faces the magnetic section S1.
- the axial width of the salient pole 7b2 is set to a width suitable for maximizing the thrust when the armature 2 faces the non-magnet sections S2 and S3. Can be set to width. Therefore, in the cylindrical linear motor 1 configured in this way, the axial width of the salient poles 7b1 and 7b2 can be optimized to improve thrust.
- the axial width of the salient poles 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3 is wider than the axial width of the salient poles 7b1 in the magnetized section S1.
- the axial width of the salient poles 7b2 is made wide in the non-magnet sections S2 and S3 to be advantageous for generating reluctance thrust. The thrust when the armature 2 faces S3 can be improved.
- the salient pole 7b1 arranged in the magnetized section S1 and the axial width of the salient pole 7b1 arranged in the non-magnetic sections S2 and S3 are different, the salient pole 7b1 and the salient pole 7b2
- the axial widths may be made equal to each other.
- the axial widths of the salient poles 7b2 arranged in the non-magnet section S2 and the salient poles 7b2 arranged in the non-magnet section S3 may be different, or the salient poles arranged in the non-magnet sections S2 and S3 may have different widths in the axial direction. Part or all of the axial widths of the 7b2 may be different from each other.
- the depth of the groove (the part between the salient poles 7b1 and 7b1 of the core 7) for forming the salient pole 7b1 in the magnetized section S1 and the formation of the salient pole 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3 are also known.
- the depths of the grooves (the portion between the salient poles 7b2 and 7b2 of the core 7 and the portion between the salient poles 7b1 and 7b2) may be different from each other. According to the cylindrical linear motor 1 configured in this way, the depth of the groove for forming the salient poles 7b1 in the magnetized section S1 and the depth of the grooves for forming the salient poles 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3.
- the depth of the groove for forming the salient pole 7b1 in the magnetized section S1 is set to a depth suitable for maximizing the thrust when the armature 2 faces the magnetized section S1. While setting the depth of the groove for forming the salient poles 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3, the depth is suitable for maximizing the thrust when the armature 2 faces the non-magnetic sections S2 and S3. Can be set to Therefore, in the cylindrical linear motor 1 configured in this manner, the depth of each of the grooves described above can be optimized to improve the thrust.
- the depth of the groove for forming the salient pole 7b2 in the non-magnetic sections S2 and S3 may be deeper than the depth of the groove for forming the salient pole 7b1 in the magnetized section S1.
- the grooves for forming the salient poles 7b2 are made deep in the magnet-free sections S2 and S3 so as to be advantageous for generating reluctance thrust, and the magnet-free sections S2 and S3 are made deep. The thrust when the armature 2 faces the sections S2 and S3 can be improved.
- the depth of the groove for forming the salient pole 7b1 arranged in the magnetized section S1 and the depth of the groove for forming the salient pole 7b2 arranged in the non-magnetic sections S2 and S3 are Although the thrust of the cylindrical linear motor 1 may be maximized in different ways, the depth of each of the grooves may be set to be the same.
- auxiliary salient poles are provided between the salient poles 7b2 and 7b2 and between the salient poles 7b1 and 7b2, which are arranged at equal pitches in the non-magnet sections S2 and S3, in order to improve the reluctance thrust and reduce the cogging thrust. Good too.
- the core 7 has a structure in which only two salient poles 7b1 are provided at both ends of the magnet section S1, and no salient poles are provided between the permanent magnets 6a and 6b. You can.
- the magnetic section S1 is provided in the center of the core assembly 5 facing the center of the stroke when the armature 2 strokes in the axial direction.
- the cylindrical linear motor 1 configured in this way, the cylindrical linear motor 1 is interposed between the body and wheels of an automobile or straddle-type vehicle and used as a shock absorber for suppressing vibrations of the vehicle body.
- the armature 2 vibrates relative to the core assembly 5 in the vicinity of the stroke center when used as a damper that is installed horizontally between the car body and the bogie of a railway vehicle and suppresses lateral vibration of the car body. Since a large thrust force can be generated by the magnetic force of the permanent magnets 6a and 6b, vibrations of the vehicle body can be effectively suppressed.
- the cylindrical linear motor 1 of this embodiment is optimal as a shock absorber for a vehicle or a damper for a railway vehicle.
- the cylindrical linear motor 1 is used as a shock absorber for suppressing vibrations of the vehicle body by interposing it between the body and wheels of an automobile or straddle-type vehicle, the cylindrical linear motor 1 is used as a shock absorber for suppressing vibrations of the vehicle body.
- the position where the armature 2 faces the core assembly 5 is determined in a state where the cylindrical linear motor 1 is interposed between the vehicle body and the wheels of a vehicle loaded with a carrying load.
- Permanent magnets 6a and 6b may be installed in the core 7 with the stroke center set as a magnet section S1 in a range opposite to a range where the armature 2 frequently strokes around the stroke center.
- the magnet section S1 is provided in the center of the core assembly 5, but the position of the magnet section S1 with respect to the core assembly 5 is different from the cylindrical linear motor 1. Since it is preferable to set the core assembly at a position opposite to the stroke range of the armature 2 where a large thrust is expected to be generated, the core assembly What is necessary is to set the position of the magnetized section S1 with respect to 5. Therefore, the magnetic section S1 may be provided not at one location but at a plurality of locations on the core assembly 5, and the location where it is installed on the core assembly 5 is not limited to the central portion. Further, the installation location and number of the non-magnetic sections S2 and S3 can be changed depending on the installation position of the magnetic section S1 with respect to the core assembly 5.
- the cylindrical linear motor 1 of this embodiment has a structure in which the armature 2 is provided on the inner periphery of the core assembly 5, but a structure in which the cylindrical armature 2 is provided on the outer periphery of the core assembly 5
- annular salient poles 7b1 and 7b2 are provided on the outer periphery of the yoke 7a of the core 7, and permanent magnets 6a and 6b are attached to the magnetized section S1 of the core assembly 5 on the outer periphery of the yoke 7a.
- Teeth 3b may be provided on the inner periphery of the armature core 3 of the child 2, and the winding 4 may be mounted between the teeth 3b.
- SYMBOLS 1 Cylindrical linear motor, 2... Armature, 4... Winding, 5... Core assembly, 6a, 6b... Permanent magnet, 7... Core, 7a... Yoke, 7b, 7b1, 7b2... Salient pole, S1... Magnetic section, S2, S3... Non-magnetic section
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Abstract
本発明の筒型リニアモータ（１）は、筒状のヨーク（７ａ）と環状であってヨーク（７ａ）の内周或いは外周の一方に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極（７ｂ）とを有して磁性体で形成されるコア（７）と、環状であってコア（７）に対して軸方向に交互にＮ極とＳ極とが現れるように装着される複数の永久磁石（６ａ，６ｂ）とを具備し、永久磁石（６ａ，６ｂ）が設置される有磁石セクション（Ｓ１）と突極（７ｂ，７ｂ）が設けられて永久磁石（６ａ，６ｂ）が設置されない無磁石セクション（Ｓ２，Ｓ３）とが設けられるコア組立体（５）と、コア組立体（５）の内周或いは外周のうち突極（７ｂ）側に配置されてコア組立体（５）に対して軸方向へ相対移動可能であって、コア組立体（５）の軸方向に並べて設けられてコア組立体（５）に径方向で対向する複数の巻線（４）を有する電機子（２）とを備えている。
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、ＪＰ２０２１－５５８２１Ａに開示されているように、ロッドと、ロッドを取り囲むとともにロッドに対して軸方向に相対移動が可能な筒体と、環状であって筒体の内周に軸方向に沿って積層される複数のコイルでなる筒体側コイル列と、環状であってロッドの中央部の外周に積層されて装着される複数のネオジム磁石でなる磁石列と、環状であってロッドの外周であって磁石列を挟むようにして磁石列の上方と下方のそれぞれに積層されて装着される複数のコイルでなる上方側コイル列と下方側コイル列とを備えて構成されるものがある。
このように構成された筒型リニアモータは、特に車両の車体と車輪との間に介装されて車体の振動を減衰させる推力を発揮するのに向くように、車両が空車状態から満積載状態までの範囲でロッドの中央部に装着された磁石列を筒体側コイル列に対向させて、大きな推力の発揮を可能としている。また、従来の筒型リニアモータは、ストローク量が大きくなった場合には上方側コイル列或いは下方側コイル列を筒体側コイル列に対向させ、筒体側コイル列のみならず、上方側コイル列或いは下方側コイル列にも通電して上方側コイル列或いは下方側コイル列を電磁石として利用することで、ネオジム磁石の使用量を少なくしてコストダウンを図っている。
前述したように従来の筒型リニアモータでは、界磁を構成する磁石のうち大きな推力を得たいストローク中心付近でのみネオジム磁石を積層した磁石列を筒体側コイル列に対向させる構造を採用することで、ネオジム磁石の使用量を削減しているが、電機子側となる筒体側コイル列の他にも、界磁側に磁石列の他に多数のコイルを積層した２つのコイル列を設ける必要があるために製造コストが高く、より一層のコストの低減が要望される。
そこで、本発明は、製造コストを低減可能な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内周或いは外周の一方に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極とを有して磁性体で形成されるコアと、環状であってコアに対して軸方向に交互にＮ極とＳ極とが現れるように装着される複数の永久磁石とを具備し、永久磁石が設置される有磁石セクションと突極が設けられて永久磁石が設置されない無磁石セクションとが設けられるコア組立体と、コア組立体の内周或いは外周のうち突極側に配置されてコア組立体に対して軸方向へ相対移動可能であって、コア組立体の軸方向に並べて設けられてコア組立体に径方向で対向する複数の巻線を有する電機子とを備えている。
このように構成された筒型リニアモータでは、電機子がコア組立体における有磁石セクションに対向する場合には、永久磁石の磁力を利用して電機子を駆動する推力を発生でき、電機子がコア組立体の無磁石セクションに径方向で対向している場合、リラクタンス推力によって電機子を駆動する推力を発生できる。
よって、本発明における筒型リニアモータでは、コア組立体の全長に亘って永久磁石を設けなくとも、コア組立体に電機子が対向していればコア組立体に対して電機子を軸方向へ相対移動させる推力を発生できる。また、本発明における筒型リニアモータでは、コア組立体の永久磁石が設けられていない無磁石セクションに巻線を設けなくともコア組立体に対して電機子を軸方向へ相対移動させる推力を発生できる。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における筒型リニアモータ１は、図１に示すように、筒状のヨーク７ａと環状であってヨーク７ａの内周に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極７ｂとを有して磁性体で形成されるコア７と、環状であってコア７に対して軸方向に交互にＮ極とＳ極とが現れるように装着される複数の永久磁石６ａ，６ｂとを備えたコア組立体５と、コア組立体５の内周であって突極７ｂ側に配置されてコア組立体５に対して軸方向へ相対移動可能な電機子２とを備えて構成されている。
以下、筒型リニアモータ１の各部について詳細に説明する。コア組立体５は、前述した通り、コア７と、コア７に装着される複数の永久磁石６ａ，６ｂとを備えている。
コア７は、筒状のヨーク７ａと、環状であってヨーク７ａの内周に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極７ｂとを備えている。本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア７における突極７ｂは、ヨーク７ａの周方向に沿う環状の突条で形成されており、ヨーク７ａの内周に軸方向に等しいピッチの間隔で並べて設けられている。また、突極７ｂは、図１中でヨーク７ａの中央部の所定範囲に配置されている複数の突極７ｂ１と、ヨーク７ａの所定範囲の外、つまり、中央部の前記所定範囲の図１中左右に配置されている複数の突極７ｂ２とを備えている。そして、ヨーク７ａの中央部の前記所定範囲に配置されている突極７ｂ１の軸方向幅よりヨーク７ａの所定範囲外に配置されている突極７ｂ２の軸方向幅の方が広くなっている。なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、突極７ｂ１，７ｂ２の軸方向の中央から隣の突極７ｂ１，７ｂ２の軸方向の中央までの距離（ピッチ）は、全ての突極間で等しくなっており、突極７ｂ１，７ｂ２は、ヨーク７ａに対して軸方向で等ピッチで配置されている。
永久磁石６ａ，６ｂは、環状であって径方向に着磁されているが、互いに反対向きに着磁されている。よって、永久磁石６ａは、内周側をＮ極として外周側をＳ極としているが、永久磁石６ｂは、内周側をＳ極として外周側をＮ極としている。永久磁石６ａ，６ｂの軸方向長さは、互いに等しく、ヨーク７ａの中央部に配置されている突極７ｂ１，７ｂ１間の軸方向の間隔にほぼ等しく、突極７ｂ１，７ｂ１間の空隙に収容可能な長さに設定されている。永久磁石６ａと永久磁石６ｂは、ヨーク７ａの内周であって、ヨーク７ａにおける前記所定範囲に設置されている突極７ｂ１，７ｂ１間の空隙にそれぞれ１つずつ交互に装着される。よって、ヨーク７ａにおける所定範囲内に位置する突極７ｂ１，７ｂ１間には永久磁石６ａ，６ｂが軸方向で交互に設置されており、永久磁石６ａ，６ｂによってコア７の内周にＮ極とＳ極とが交互に現れる界磁６が形成されている。なお、コア７は、詳しくは図示しないが、軸方向で複数のピースに分割されており、コア７が突極７ｂ１，７ｂ２を備えていても、コア７の内周に永久磁石６ａ，６ｂを装着できる。
他方、ヨーク７ａの所定範囲以外の範囲に位置する突極７ｂ１，７ｂ２間および突極７ｂ２，７ｂ２間には、永久磁石６ａ，６ｂが設置されていない。このように、ヨーク７ａの所定範囲に永久磁石６ａ，６ｂを設置することによって、コア７の軸方向において永久磁石６ａ，６ｂが設置された有磁石セクションＳ１が設けられるとともに、コア７の有磁石セクションＳ１の軸方向の両側に永久磁石６ａ，６ｂが設置されていない２つの無磁石セクションＳ２，Ｓ３が設けられている。
このように構成されたコア組立体５は、円筒状の非磁性体のバレル１０と、バレル１０内に挿入される円筒状の非磁性体のインナーチューブ９との間に形成される環状隙間に収容されている。そして、バレル１０、コア組立体５およびインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１６によって閉塞されており、バレル１０、コア組立体５およびインナーチューブ９の図１中右端は環状のヘッドキャップ１５によって閉塞されている。
電機子２は、筒状の電機子コア３と、電機子コア３に装着される巻線４とを備えて構成されて、コア組立体５内に軸方向へ移動可能に挿入されている。つまり、本実施の形態では、電機子２は、コア組立体５の内周側に配置されており、コア組立体５に対して軸方向に相対移動できる。
電機子コア３は、本実施の形態では、磁性体で形成されており、円筒部３ａと、環状であって円筒部３ａの界磁側となる外周に周方向に沿ってかつ軸方向に間隔を空けて設けられる軸方向の断面が矩形状の複数のティース３ｂと、ティース３ｂ，３ｂ間の空隙で形成されて巻線４が装着されるスロット３ｃとを備えて構成されている。
円筒部３ａは、前述の通り円筒状であって、円筒部３ａの横断面積がティース３ｂにおける磁路断面積以上となるように円筒部３ａの肉厚が確保されている。
本実施の形態では、図１に示すように、円筒部３ａの外周に７個のティース３ｂが軸方向に等間隔に並べて設けられており、電機子コア３の界磁６側となる外周側であって、ティース３ｂ，３ｂ間に巻線４が装着される環状溝でなるスロット３ｃが形成されている。なお、本実施の形態では、ティース３ｂの断面形状は、矩形となっているが、基端側の磁路断面積を大きく確保できるように外周となる先端側の幅よりも内周となる基端側の幅を大きくした台形となっていてもよい。
本実施の形態では、図１中で隣り合うティース３ｂ，３ｂ同士の間には、環状溝でなるスロット３ｃが合計で６個設けられている。スロット３ｃは、電機子コア３の周方向に沿って複数設けられており、電機子コア３の外周に軸方向に等ピッチで並べて設けられている。
そして、このスロット３ｃには、巻線４が巻き回されて装着されている。巻線４は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされている。各相の巻線４は、６個のスロット３ｃに界磁６の磁極配置に応じて適した配置となるように装着される。
このように構成された電機子２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の先端の外周に装着され、ロッド１１とともに界磁６内に移動自在に挿入される。
ロッド１１は、バレル１０の図１中右端に取り付けられたヘッドキャップ１５内を通して筒型リニアモータ１外へ突出している。また、ロッド１１の電機子２の図１中左右にはインナーチューブ９の内周に摺接する環状のウェアリング１２ａ，１３ａを外周に備えた環状のスライダ１２，１３が装着されている。
電機子２は、スライダ１２，１３によって挟持されてロッド１１に固定されるとともに、インナーチューブ９の内周にスライダ１２，１３が摺動自在に挿入されているので、コア組立体５に対して軸ぶれしないので、インナーチューブ９に干渉することなく軸方向に移動できる。このように、電機子２は、インナーチューブ９によって、コア組立体５に対する軸方向への移動が案内される。
このように、インナーチューブ９は、スライダ１２，１３と協働して電機子２の軸方向移動を案内する役割を果たしている。また、電機子コア３の外径は、インナーチューブ９の内径よりも小さく、インナーチューブ９に干渉することはなく、筒型リニアモータ１は円滑に伸縮できる。
なお、ロッド１１は、図示はしないが、筒状とされており、ロッド１１内に通される図外の電線を通じて筒型リニアモータ１の外方に設置される外部電源から巻線４へ電力供給できる。
筒型リニアモータ１は、以上のように構成されており、以下に筒型リニアモータ１の動作について説明する。まず、電機子２がコア７の有磁石セクションＳ１に径方向で対向している場合の動作について説明する。この場合、電機子２は、コア７の永久磁石６ａ，６ｂでなる界磁６に径方向で対向しているので、巻線４の界磁６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４の電流量を制御すれば、筒型リニアモータ１における推力と電機子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。また、電機子２と界磁６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線４への通電、あるいは、巻線４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１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。このように、電機子２がコア７における有磁石セクションＳ１に対向する場合には、電機子２の巻線４への通電によって界磁６における永久磁石６ａ，６ｂと電機子２との間で生じる吸引力乃至反発力を利用して、筒型リニアモータ１は、コア組立体５に対して電機子２を軸方向へ相対移動させる推力を発生できる。よって、筒型リニアモータ１は、電機子２がコア７における有磁石セクションＳ１に対向する場合には、永久磁石６ａ，６ｂの磁力を利用して大きな推力を発生できる。
他方、電機子２がコア７の無磁石セクションＳ２，Ｓ３に径方向で対向している場合、筒型リニアモータ１は、巻線４への通電によって突極７ｂ２と軸方向にずれたティース３ｂを磁化して、コア７と電機子２との間にリラクタンス推力を発生させて、コア組立体５に対して電機子２を軸方向へ移動させる推力を発生できる。
本実施の形態の場合、有磁石セクションＳ１にも突極７ｂ１が設けられているので、電機子２の巻線４への通電によってリラクタンス推力を発生できるが、電機子２がコア７における有磁石セクションＳ１に対向する場合には、前述したように、筒型リニアモータ１は、主として永久磁石６ａ，６ｂの磁力を利用して電機子２を駆動する推力を発生する。これに対して、筒型リニアモータ１は、電機子２がコア７の無磁石セクションＳ２，Ｓ３に径方向で対向している場合、電機子２におけるティース３ｂと突極７ｂ１との間に生じるリラクタンス推力によって電機子２を駆動する推力を発生する。
以上、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、筒状のヨーク７ａと環状であってヨーク７ａの内周に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極７ｂ１，７ｂ２とを有して磁性体で形成されるコア７と、環状であってコア７に対して軸方向に交互にＮ極とＳ極とが現れるように装着される複数の永久磁石６ａ，６ｂとを具備し、永久磁石６ａ，６ｂが設置される有磁石セクションＳ１と突極７ｂ２，７ｂ２が設けられ永久磁石６ａ，６ｂが設置されない無磁石セクションＳ２，Ｓ３とが設けられるコア組立体５と、コア組立体５の突極７ｂ側である内周に配置されてコア組立体５に対して軸方向へ相対移動可能であり、コア組立体５の軸方向に並べて設けられてコア組立体５に径方向で対向する複数の巻線４を有する電機子２とを備えている。
このように構成された筒型リニアモータ１では、電機子２がコア組立体５における有磁石セクションＳ１に対向する場合には、永久磁石６ａ，６ｂの磁力を利用して電機子２を駆動する推力を発生でき、電機子２がコア組立体５の無磁石セクションＳ２，Ｓ３に径方向で対向している場合、リラクタンス推力によって電機子２を駆動する推力を発生できる。
よって、筒型リニアモータ１では、コア組立体５の全長に亘って永久磁石６ａ，６ｂを設けなくとも、コア組立体５に電機子２が対向していればコア組立体５に対して電機子２を軸方向へ相対移動させる推力を発生できる。また、本実施の形態における筒型リニアモータ１では、コア組立体５の永久磁石６ａ，６ｂが設けられていない無磁石セクションＳ２，Ｓ３に巻線を設けなくともコア組立体５に対して電機子２を軸方向へ相対移動させる推力を発生できる。
以上より、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、永久磁石が設けられない箇所に巻線を設けなくてはならない従来の筒型リニアモータと比較して、部品点数を削減できるので、製造コストを大幅に低減できる。
また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１の軸方向幅と、無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２の軸方向幅とは互いに異なっている。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、突極７ｂ１および突極７ｂ２の軸方向幅が異なっているので、突極７ｂ１の軸方向幅を有磁石セクションＳ１に電機子２が対向する際に推力を最大化するのに適した幅に設定しつつ、突極７ｂ２の軸方向幅を無磁石セクションＳ２，Ｓ３に電機子２が対向する際の推力を最大化するのに適した幅に設定できる。よって、このように構成された筒型リニアモータ１では、突極７ｂ１，７ｂ２の軸方向幅を最適化して推力の向上を図れる。
さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２の軸方向幅が有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１の軸方向幅よりも広くなっている。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、無磁石セクションＳ２，Ｓ３ではリラクタンス推力の発生に有利なように突極７ｂ２の軸方向幅を広くしているので、無磁石セクションＳ２，Ｓ３に電機子２が対向する際の推力を向上できる。
なお、前述したところでは、有磁石セクションＳ１に配置される突極７ｂ１の軸方向幅と無磁石セクションＳ２，Ｓ３に配置される軸方向幅とが異なっているが、突極７ｂ１と突極７ｂ２との軸方向幅を等しくしてもよい。
また、無磁石セクションＳ２に配置される突極７ｂ２と無磁石セクションＳ３に配置される突極７ｂ２との軸方向幅が異なっていてもよいし、無磁石セクションＳ２，Ｓ３に配置される突極７ｂ２の軸方向幅の一部または全部がそれぞれ異なっていてもよい。
また、図示はしないが、有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１を形成するための溝（コア７の突極７ｂ１，７ｂ１間の部分）の深さと、無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２を形成するための溝（コア７の突極７ｂ２，７ｂ２間および突極７ｂ１，７ｂ２間の部分）の深さとは互いに異なっていてもよい。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１を形成するための溝の深さと無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２を形成するための溝の深さが異なっているので、有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１を形成するための溝の深さを有磁石セクションＳ１に電機子２が対向する際に推力を最大化するのに適した深さに設定しつつ、無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２を形成するための溝の深さを無磁石セクションＳ２，Ｓ３に電機子２が対向する際の推力を最大化するのに適した深さに設定できる。よって、このように構成された筒型リニアモータ１では、前記した各溝の深さを最適化して推力の向上を図れる。
さらに、無磁石セクションＳ２，Ｓ３における突極７ｂ２を形成するための溝の深さを有磁石セクションＳ１における突極７ｂ１を形成するための溝の深さよりも深くしてもよい。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、無磁石セクションＳ２，Ｓ３ではリラクタンス推力の発生に有利なように突極７ｂ２を形成するための溝の深さを深くして、無磁石セクションＳ２，Ｓ３に電機子２が対向する際の推力を向上できる。
なお、前述したように、有磁石セクションＳ１に配置される突極７ｂ１を形成するための溝の深さと無磁石セクションＳ２，Ｓ３に配置される突極７ｂ２を形成するための溝の深さとを異なるようにして筒型リニアモータ１の推力の最大化を図ってもよいが、前記した各溝の深さを同じに設定してもよい。
さらに、無磁石セクションＳ２，Ｓ３に配置されて等ピッチで設置される突極７ｂ２，７ｂ２間および突極７ｂ１，７ｂ２間にリラクタンス推力の向上やコギング推力の低減のために補助突極を設けてもよい。
また、筒型リニアモータ１が有磁石セクションＳ１に電機子２が対向する際にリラクタンス推力に起因した推力を発生させる必要がない場合、図２に示すように、コア７の有磁石セクションＳ１に属する突極７ｂ１を廃止してもよい。この場合、有磁石セクションＳ１における永久磁石を径方向に着磁された永久磁石と軸方向に着磁された永久磁石とハルバッハ配列で交互に積層して、電機子２へより強い磁界を作用させることができ、有磁石セクションＳ１に電機子２が径方向で対向している際の筒型リニアモータ１の推力を一層向上させ得る。また、図示はしないが、コア７に有磁石セクションＳ１の両端に配置される２つの突極７ｂ１のみを設けて、永久磁石６ａ，６ｂ間には突極を設けない構造のコア７を採用してもよい。
なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子２が軸方向へストロークする際のストローク中心に対向するコア組立体５における中央部に有磁石セクションＳ１を設けている。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、筒型リニアモータ１を自動車や鞍乗型車両の車体と車輪との間に介装して車体の振動を抑制する緩衝器として利用する場合や、鉄道車両の車体と台車との間に水平に介装して車体の左右振動を抑制するダンパとして利用する場合に電機子２がストローク中心の近傍でコア組立体５に対して振動する際に永久磁石６ａ，６ｂの磁力によって大きな推力を発生できるので、効率的に車体の振動を抑制できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、車両用の緩衝器或いは鉄道車両用のダンパとして最適となる。なお、筒型リニアモータ１を自動車や鞍乗型車両の車体と車輪との間に介装して車体の振動を抑制する緩衝器として利用する場合、車両に乗車する搭乗者や車両に積載される荷物の積載荷重を考慮して、積載荷重を積載された車両における車体と車輪との間に筒型リニアモータ１を介装した状態において、電機子２がコア組立体５と対向する位置をストローク中心として、当該ストローク中心を中心として電機子２が頻繁にストロークする範囲に対向する範囲を有磁石セクションＳ１として永久磁石６ａ，６ｂをコア７に設置すればよい。
また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア組立体５の中央部に有磁石セクションＳ１を設けているが、コア組立体５に対する有磁石セクションＳ１の位置は筒型リニアモータ１が大きな推力を発生することが見込まれる電機子２のストローク範囲に対向する位置に設定すること好ましいので、筒型リニアモータ１が設置される機械、機器や構造物の特質に応じて、コア組立体５に対する有磁石セクションＳ１の位置を設定すればよい。よって、有磁石セクションＳ１は、コア組立体５に対して１箇所ではなく複数個所に設けられてもよく、コア組立体５への設置位置も中央部に限られない。また、無磁石セクションＳ２，Ｓ３の設置箇所と設置数は、有磁石セクションＳ１のコア組立体５に対する設置位置に応じて設計変更できる。
なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、コア組立体５の内周に電機子２を設ける構造となっているが、コア組立体５の外周に筒状の電機子２を設ける構造を採用することも可能である。その場合、コア７のヨーク７ａの外周に環状の突極７ｂ１，７ｂ２を設けて、ヨーク７ａの外周であってコア組立体５の有磁石セクションＳ１に永久磁石６ａ，６ｂを装着して、電機子２の電機子コア３の内周にティース３ｂを設けて、ティース３ｂ間に巻線４を装着すればよい。このように筒型リニアモータが構成されても、筒型リニアモータは、電機子２がコア組立体５の有磁石セクションＳ１に対向する際には永久磁石６ａ，６ｂの磁力を利用して大きな推力を発生でき、電機子２がコア組立体５の無磁石セクションＳ２，Ｓ３に対向する際にはリラクタンス推力を利用して推力を発生できる。よって、このようにコア組立体５の外周に電機子２を設けた構造を採用した筒型リニアモータによれば、永久磁石が設けられない箇所に巻線を設けなくてはならない従来の筒型リニアモータに比較して、部品点数を削減できるので、製造コストを大幅に低減できる。
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。
１・・・筒型リニアモータ、２・・・電機子、４・・・巻線、５・・・コア組立体、６ａ，６ｂ・・・永久磁石、７・・・コア、７ａ・・・ヨーク、７ｂ，７ｂ１，７ｂ２・・・突極、Ｓ１・・・有磁石セクション、Ｓ２，Ｓ３・・・無磁石セクション
Claims (5)
- 筒型リニアモータであって、
筒状のヨークと環状であって前記ヨークの内周或いは外周の一方に軸方向に沿って並べて設けられる複数の突極とを有して磁性体で形成されるコアと、環状であって前記コアに対して軸方向に交互にＮ極とＳ極とが現れるように装着される複数の永久磁石とを具備し、前記永久磁石が設置される有磁石セクションと前記突極が設けられて前記永久磁石が設置されない無磁石セクションとが設けられるコア組立体と、
前記コア組立体の内周或いは外周のうち前記突極側に配置されて前記コア組立体に対して軸方向へ相対移動可能であって、前記コア組立体の軸方向に並べて設けられて前記コア組立体に径方向で対向する複数の巻線を有する電機子とを備えた
筒型リニアモータ。 - 請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
前記コア組立体は、前記有磁石セクションに前記突極を有し、
前記有磁石セクションにおける前記突極の軸方向幅または前記突極を形成するための溝の深さと、前記無磁石セクションにおける前記突極の軸方向幅または前記突極を形成するための溝の深さとは、互いに異なっている
筒型リニアモータ。 - 請求項２に記載の筒型リニアモータであって、
前記無磁石セクションにおける前記突極の軸方向幅は、前記有磁石セクションにおける前記突極の軸方向幅よりも広い
筒型リニアモータ。 - 請求項２に記載の筒型リニアモータであって、
前記無磁石セクションにおける前記突極を形成するための溝の深さは、前記有磁石セクションにおける前記突極を形成するための溝の深さよりも深い
筒型リニアモータ。 - 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であって、
前記有磁石セクションは、前記電機子のストローク中心に対向する前記コア組立体の中央部に設置されている
筒型リニアモータ。
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