JPH0423512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の産業上の利用分野］ 本発明は移動子の移動方向に沿つてそれぞれ同
じ軸で且つ隣接して配設された磁極が異極となる
ようにＮ極、Ｓ極の磁極をＰ（ＰはＮ極、Ｓ極の
両磁極を合わせた数で、３以上の整数）個備えて
形成した界磁マグネツトと該界磁マグネツトと対
向して導線をトロイダル状に巻回した推力の発生
に寄与する第一及び第二の導体部とを上記界磁マ
グネツトの一磁極幅の略ｎ（ｎは１以上の整数）
倍の間隔で有する電機子コイル群からなる電機子
とを有し、上記界磁マグネツト又は電機子のいず
れか一方を移動子とし、他方を固定子とした直流
リニアモータに関する。

［従来技術とその問題点］ 直流リニアモータとしては、例えば、先に本件
出願人によつて提示した特願昭56−184225号に示
すものがある。

かかる直流リニアモータは、長手方向にＮ極、
Ｓ極の磁極を交互に有するＰ（Ｐは２以上の整数）
極の界磁マグネツトを有し、該界磁マグネツトと
対向して推力の発生に寄与する導体部の開角幅が
上記開示マグネツトの一磁極幅の2n−１（ｎは１
以上の整数）倍に巻回した枠状の電機子コイル群
からなる電機子とを有し、上記界磁マグネツト又
は電機子の電機子のいずれか一方を移動子とし、
他方を固定子とした構造になつている。

この直流のリニアモータは、従来になく性能の
良いものであるが、電機子コイルは推力の発生に
寄与しない導体部が多く、当該電機子コイルを形
成する銅線は、重量とコストとが密に比例的関係
にあるため、量産に当たつては、電機子コイルを
安価に形成する必要がある。また電機子コイルは
推力の発生に寄与する導体部の開角幅が界磁マグ
ネツトの一磁極幅の略2n−１（ｎ＝１）倍に巻回
形成されたものであるときも同様であるが、これ
がｎ＝２以上の開角幅に巻回形成されたものであ
るときには、更に推力の発生に寄与しない導体部
が多くなつて不経済である。更にまた、大きな推
力と滑らかな推力リツプル特性を得るために第一
の電機子と第二の電機子とを長手方向に位相をず
らせて配設すると、上記推力の発生に寄与しない
導体部があるために、第一の電機子と第二の電機
子とが重畳してしまうので、界磁エアーギヤツプ
が増長して大きい推力及び滑らかな推力が得られ
ない。また電機子コイルを推力の発生に寄与する
導体部の開角幅が界磁マグネツトの一磁極幅の
2n（ｎは１以上の正の整数）倍のものに巻回形成
した場合には、通電しても推力を発生しない電機
子コイルとなつてしまうので、かかる形状の電機
子は不適当なものとなる。何れにしても、従来の
矩形枠状の電機子コイルを用いた場合には、推力
の発生に寄与しない導体部が大きくなるため、大
きな推力と滑らかな推力を得る目的で電機子コイ
ルを重畳型配置した場合は、単位面積当たりに電
機子コイルが数重の厚みに重なるため、多くの電
機子コイルを配設できず、しかも位相をずらせて
多くの電機子コイルを配設することは尚更で、し
かも電機子コイルを重畳すると、各部の界磁エア
ーギヤツプ中の長さが異なるために、滑らかな推
力リツプル特性を得ることは不可能である。

本件出願人は、かかる欠点を解消した直流リニ
アモータとして、先に特願昭57−112532号にて、
移動子の移動方向に沿つてそれぞれ同じ幅で且つ
隣接して配設された磁極が異極となるようにそれ
ぞれＮ極、Ｓ極の磁極を１極以上備えて３極以上
に形成した界磁マグネツトを備え、磁性体部材に
直接又は間接的に導線をトロイダル状に多数ター
ン巻回して推力の発生に寄与する第一の導体部を
形成し、該第一の導体部から上記界磁マグネツト
の一磁極幅の整数倍の間隔だけ移動子の移動方向
に離れた位置で且つ同方向の推力が得られるよう
に所定方向に導線をトロイダル状に多数ターン巻
回して推力の発生に寄与する第二の導体部を形成
し、該第一及び第二の導体部を同方向の推力が得
られるように電気的に接続して形成したコアレス
構造の電機子コイルを形成し、上記電機子コイル
の上記第一の導体部と第二の導体部とに数重の厚
みに重ならないように上記電機子コイルの上記第
一の導体部及び第二の導体部と位相をずらせて且
つ該第一の導体部及び第二の導体部間位置に他の
相の上記と同様に形成した１以上の電機子コイル
の推力の発生に寄与する第一又は第二の導体部を
配設して電機子コイルが数重の厚みに重ならない
電機子コイル重量型のコアレス構造の電機子を形
成し、上記界磁マグネツトと電機子とを対向させ
て何れか一方を相対的に移動する移動子とし、他
方を固定子とした直流リニアモータを開示した。

かかる直流リニアモータによれば、大きな推力
が得られ、又単位面積当たりにおいて従来に比較
して多数の電機子コイルを極めて容易に配設でき
るため、従来のものに比較して大きな推力の期待
できる効率の良好なもので、しかも電機子コイル
の形成も容易で、単位面積当たりに電機子コイル
が数重の厚みに重ならないように電機子コイルを
重畳したと同じように複数個の電機子コイルを位
相をずらせて重畳型に配置しても、電機子コイル
が数重の厚みに重ならないため、界磁エアーギヤ
ツプを増加することないので、大きな推力が得ら
れ、又単位面積当たりにおいて従来に比較して多
数の電機子コイルを極めて容易に配設できるた
め、従来のものに比較して大きな推力の期待でき
る効率の良好なもので、しかも電機子コイルの形
成も容易で、滑らかな推力リツプル特性のものを
得ることができる。

しかしながら、かかる直流リニアモータによる
と、電機子側に位置検知素子及び駆動回路などの
電気回路を構成するための電気部品を置くための
十分なスペースを形成できず、電機子内に電気回
路を内蔵配設できない欠点がある。

［発明の課題］ 本発明は、かかる欠点を解消するためになされ
たもので、電機子の僅かな部分の導体部を削除す
ることで、電機子に電気回路内蔵部を極めて容易
に形成できるようにして電気回路内蔵型の直流リ
ニアモータを容易且つ安価に形成できるようにす
ることを課題に成されたものであり、他は上記直
流リニアモータ同様に、電機子コイルの推力に寄
与しない導体部分をほとんどなくすようにして、
当該電機子コイル群を有する電機子を安価に量産
できるようにすると共に、更に従来のように第
一、第二の電機子コイルを上下２段に渡つて位相
をずらせて重畳させて滑らかな推力リツプル及び
大きな推力を得るようにしたとしても、実際には
電機子コイルが重畳しないと同じようにすること
ができるようにし、界磁エアーギヤツプを増長さ
せず大きい推力並びに滑らかな推力リツプル特性
を有する直流リニアモータを得ることを課題にな
されたものである。

かかる本発明の目的は、移動子の移動方向に沿
つてそれぞれ同じ軸で且つ隣接して配設された磁
極が異極となるようにＮ極、Ｓ極の磁極をＰ（Ｐ
はＮ極、Ｓ極の両磁極を合わせた数で、３以上の
整数）個備えて形成した界磁マグネツトを備え、
磁性体部材に直接又は間接的に導線をトロイダル
状に多数ターン巻回して推力の発生に寄与する第
一の導体部を形成し、該第一の導体部から上記界
磁マグネツトの一磁極幅の整数倍の間隔だけ移動
子の移動方向に離れた位置で且つ同方向の推力が
得られるように所定方向に導線をトロイダル状に
多数ターン巻回して推力の発生に寄与する第二の
導体部を形成し、該第一及び第二の導体部を同方
向の推力が得られるように電気的に接続して形成
したコアレス構造の電機子コイルを形成し、上記
電機子コイルの上記第一の導体部と第二の導体部
とに数重の厚みに重ならないように上記電機子コ
イルの上記第一の導体部及び第二の導体部と位相
をずらせて且つ該第一の導体部及び第二の導体部
間位置に他の相の上記と同様に形成した１以上の
電機子コイルの推力の発生に寄与する第一又は第
二の導体部を配設して電機子コイルが数重の厚み
重ならない電機子コイル重量型のコアレス構造の
電機子を形成し、上記電機子コイルのうちの適宜
箇所の１以上の推力の発生に寄与する第一又は第
二の導体部を１以上削除して位置検知素子等の電
気回路を収納配設するための空きスペースを形成
し、該空きスペースに位置検知素子等の電気回路
を収納配設し、上記界磁マグネツトと電機子とを
対向させて何れか一方を相対的に移動する移動子
とし、他方を固定子とした直流リニアモータを提
供することによつて達成される。

［発明の実施例］ 以下図面を参照しつつ本発明の一実施例を説明
することとする。

第１図は本発明の一実施例としての可動コイル
型直流リニアモータの外皮を省いた斜視図、第２
図ａ，ｂはそれぞれ第一の電機子、第二の電機子
の斜視図、第３図は界磁マグネツトと第一、第二
の電機子との展開図を示すものである。

第１図を参照して、１は磁性体からなる円柱
体、２は円柱体１の外周に移動子の移動方向に沿
つてそれぞれ同じ幅で且つ隣接して配設された磁
極が異極となるようにＮ極、Ｓ極の磁極をＰ（Ｐ
はＮ極、Ｓ極の両磁極を合わせた数で、３以上の
整数）個備えて形成した円環状の界磁マグネツト
で、上記円柱体１の外周に固設されて固定子をな
している。３，４はそれぞれ円環状に形成された
第一の電機子、第二の電機子で上記界磁マグネツ
ト２に相対向している。５，６は位置検知素子と
して用いたホール素子、ホールIC等の磁電変換
素子、７は第一及び第二の電機子３，４のための
磁電変換素子５，６等と共に駆動回路（半導体整
流装置）を構成する電気部品のための電気部品を
収納する空きスペースである。上記第一及び第二
の電機子３，４の外周部には図示しないプリント
基板及び円環状の磁性体ヨークが固設され、上記
固定子に相対して直線運動をなす移動子となつて
いる。

第２図ａ，ｂを参照して、第一及び第二の電機
子３，４は、導線を円柱体１の外周にトロイダル
状に巻回した推力の発生に寄与する第一の導体部
８ａ，８′ａと推力の発生に寄与する第二の導体
部８ｂ，８′ｂとが上記界磁マグネツト２の一磁
極幅の略2n−１（ｎは１以上の整数）倍の開角幅
に巻回形成された２個の電機子コイル８，８′群
からなる。いまこの実施例では、ｎ＝１、即ち、
電機子コイル８，８′は、推力の発生に寄与する
第一の導体部８ａ，８′ａと推力の発生に寄与す
る第二の導体部８ｂ，８′ｂとが上記界時マグネ
ツト２の一磁極幅と略等しい開角幅に巻回形成さ
れたものとなつている。推力の発生に寄与する第
一の導体部８ａ，８′ａと推力の発生に寄与する
第二の導体部８ｂ，８′ｂとは同方向の推力が得
られるようにするため、逆方向の電流が流されて
いるようにするため、互いに矢印で示すように反
対方向に巻回形成されており、これらは一本の導
線９によつて接続されている。ここに、導線９は
推力の発生に寄与しない導体部で、従来、上記導
体部８ａ，８′ａ，８ｂ，８′ｂと同じ厚みの推力
の発生に寄与しない導体部が、単に一本の導線分
で足りることになる特徴を有する。これとて、電
機子３，４の外周部にプリント基板を配設してお
けば、上記導線９部と対応する上記プリント基板
に透孔を設けたり、あるいは、導線９部の機能を
果すプリント導体部を形成することで、上記導線
９部の厚みを容易になくすことができる。上記第
一の電機子３は、２個の電機子コイル８′−１，
８′−２からなり、電機子コイル８′−１の推力の
発生に寄与する第二の導体部８′ｂが省略された
ものに形成されたものとなつている。かかる電機
子３，４を互いの推力の発生に寄与する第一、第
二の導体部８ａ，８′ａ，８ｂ，８′ｂ同士が互い
に重畳しないように、上記導体部８ａ，８′ａ，
８ｂ，８′ｂの幅だけ（尚、これに限定されるも
のでない）長手方向に位相をずらせ、上記第一、
第二の電機子３，４の上記導体部８ａ，８′ａ，
８ｂ，８′ｂを互いに矢印Ａ，Ｂ方向に移動させ
ることで、第１図に示すような形状の第一及び第
二の電機子３，４からなる電機子が形成される。
このようにして形成された電機子によると、第１
図に示したように当該電機子に電気部品収納のた
めの空きスペース７が形成されるため、この空き
スペースに磁電変換素子５，６以外の図示しない
駆動回路を形成するための電気部品を収納配置し
ている。

第３図を参照して、第２図ａ，ｂの説明の追加
をすると、電機子３と４とは界磁マグネツト２の
一磁極幅の二分の一の角度、即ち磁気角で90度だ
け長手方向に位相をずらせて配置されている。電
機子コイル８−１，８′−１の一方の端子１０，
１０′は図示しない半導体整流装置（駆動回路）
に接続され、電機子コイル８−２，８′−２の端
子は共通接続され、図示しないプラス電源端子に
接続されている。電機子コイル８−１の他方の端
子１２は、電機子コイル８−２の推力の発生に寄
与する第二の導体部８ｂの一方の端子１３に接続
されている。電機子コイル８′−１の推力の発生
に寄与する第一の導体部８’ａの他方の端子１４
は、電機子コイル８′−２の推力の発生に寄与す
る第一の導体部８′ａの一方の端子１５に接続さ
れている。電機子３，４のたの位置検知素子であ
る磁電変換素子５，６は推力の発生に寄与する第
一、第二の導体部８ａ，８′ａ又は８ｂ，８′ｂと
対応する位置におくべきものであるが、上記導体
部８ａ，８′ａ又は８ｂ，８′ｂ外位置の同相（均
等）位置に配設しても良いものである。しかし、
上記（同相）位置に磁電変換素子５，６を配設す
ると各種のデータをとつたところ、滑らかな推力
リツプルが得られない欠点を有する。しかし、上
記第一、第二の導体部８ａ，８′ａ，８ｂ，８′ｂ
位置に上記磁電変換素子５，６を配置すると、当
該素子５，６の厚み分だけ界磁エアーギヤツプが
増長し、その分だけ大きい推力が得られないこと
になる。そこで、第一の電機子３のための磁電変
換素子６は、電機子コイル８−２の省略した、即
ち点線で示す本来的には位置すべき推力の発生に
寄与する第一の導体部８ａと対抗する位置に配設
している。また、第二の電機子４のための磁電変
換素子５は、電機子コイル８′−１の省略した、
即ち、点線で示す本来的に位置すべき推力の発生
に寄与する第二の導体部８′ｂと対向する位置に
配設している。かかる位置に、磁電変換素子５，
６を配設すれば、本来的には、推力の発生に寄与
する導体部８ａ，８′ｂがある位置に配置すべき
ものを、当該位置に配設したとしても上記導体部
８ａ，８′ｂがないため（尚、磁電変換素子５，
６は上記導体部８ａ，８′ｂよりも厚みが薄く収
まるようにすると望ましいが、このようにしなく
ても、本発明の一応の目的は達成されるものであ
る）、上記位置に磁電変換素子５，６を配設して
も、界磁エアーギヤツプを増長して大きい推力が
得られないという欠点を生じないという特徴があ
る。

本発明の一実施例としての２相の可動コイル型
直流リニアモータは上記構成からなる。

尚、可動コイル型直流リニアモータは、移動子
のストロークが短い場合には、移動子が軽量であ
るので望ましいが、ストロークが非常に長い場合
には、電源コードの移動を伴つたり、あるいはス
リツプリングレール等を設けたりする必要があ
る。

従つて、移動子のストロークが非常に長い場合
には、電源コードの移動やスリツプリングレール
等の形成を必要としない可動マグネツト型直流リ
ニアモータとするのが望ましい。

かかる可動マグネツト型直流リニアモータは、
上記界磁マグネツト２を短いものにして移動子と
し、電機子を長手方向に長いものにして固定子と
しすれば良い。

又は、上記可動コイル型直流リニアモータ及び
可動マグネツト型直流リニアモータ共に、推力の
発生に寄与する第一の導体部８ａ，８′ａと第二
の導体部８ｂ，８′ｂとの開角幅が、界磁マグネ
ツト２の一磁極幅の略２ｎ（ｎは１以上の整数）
倍に巻回形成されたものであるときには、上記第
一の導体部８ａ，８′ａと第二の導体部８ｂ，
８′ｂは、同方向の推力が得られるようにするた
め、同方向の電流が流されるようにするために、
同方向に巻回形成したものを用い、導線９で接続
すれば良い。

尚、上記電機子は、巻線機によつて連続的に巻
回形成できるものである。

本発明の可動コイル型直流リニアモータによる
と、素子５，６が界磁マグネツト２のＮ極、Ｓ極
の磁極を検出すると、その出力信号が図示しない
半導体整流装置に出力されることで適宜な方向の
電流が上記第一、第二の電機子３，４に通電さ
れ、フレミングの左手の法則に従つて、例えば電
機子が矢印Ｆ方向へ移動する。

上記から明らかなように本発明の直流リニアモ
ータによれば、電機子の僅かな部分の導体部を削
除することで、電機子に電気回路内蔵部を極めて
容易に形成できるようにして電気回路内蔵型の直
流リニアモータを容易且つ安価に形成できしかも
電機子コイルの推力の発生に寄与しない導体部を
ほとんどなくしているので、電機子を安価に量産
できる効果がある。また大きい推力且つ滑らかな
推力リツプル特性を得るために長手方向に位相を
ずらせて配設しても、第一の電機子と、第二の電
機子とが重畳しないので、大きい推力且つ滑らか
な推力リツプル特性の直流リニアモータを得られ
る効果がある。更に又、本発明の電機子によれ
ば、電気部品収納部を合理的に形成できるし、推
力に寄与する導体部位置に位置検知素子を配置し
たとしても当該素子によつて界磁エアーギヤツプ
が増長しないので、大きい推力の直流リニアモー
タが得られる効果があるのみならず、滑らかな推
力リツプル特性を得るために推力の発生に寄与す
る導体部位置に位置検知素子のための磁電変換素
子を配設しても、そこには、導体部が存在せず、
電気部品を配設するための空きスペースとなつて
いる事から、上記したように界磁エアーギヤツプ
が存在しないのみならず、滑らかな推力を得るこ
とができる位置に極めて容易に磁電変換素子を配
設できる利点がある。そして又、種々の設計仕様
に基いて、推力の発生に寄与する導体部の開角幅
を界磁マグネツトの一磁極幅の2n倍、2n−１倍、
1/2倍の種々のものが得られる効果がある。

尚、上記実施例は本発明の最も好ましい一例を
示したもので、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で
の改良も当然本発明の範囲に含まれることは言う
までもない。例えば、界磁マグネツトと電機子の
位置を逆にしたり、それらの形状を変更したり、
あるいは、界磁マグネツトをスキユー着磁したり
又は電機子コイルの推力の発生に寄与する導体部
をスキユー状に巻回形成したりした場合がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての可動コイル
型直流リニアモータの外皮を省いた斜視図、第２
図ａ，ｂはそれぞれ第一の電機子、第二の電機子
の斜視図、第３図は界磁マグネツトと第一、第二
の電機子との展開図である。 １……円柱体、２……界磁マグネツト、３……
第一の電機子、４……第二の電機子、５，６……
磁電変換素子（位置検知素子）、７……空きスペ
ース、８，８′……電機子コイル、８ａ，８′ａ…
…推力に寄与する第一の導体部、８ｂ，８′ｂ…
…推力に寄与する第二の導体部、９……導線、１
０，１０′，１１，１１′……端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記構成要素〜を備えて形成した直流リ
   ニアモータ。 移動子の移動方向に沿つてそれぞれ同じ軸で
   且つ隣接して配設された磁極が異極となるよう
   にＮ極、Ｓ極の磁極をＰ（ＰはＮ極、Ｓ極の両
   磁極を合わせた数で、３以上の整数）個備えて
   形成した界磁マグネツトを備えていること。 磁性体部材に直接又は間接的に導線をトロイ
   ダル状に多数ターン巻回して推力の発生に寄与
   する第一の導体部を形成し、該第一の導体部か
   ら上記界磁マグネツトの一磁極幅の整数倍の間
   隔だけ移動子の移動方向に離れた位置で且つ同
   方向の推力が得られるように所定方向に導線を
   トロイダル状に多数ターン巻回して推力の発生
   に寄与する第二の導体部を形成し、該第一及び
   第二の導体部を同方向の推力が得られるように
   電気的に接続して形成したコアレス構造の電機
   子コイルを形成していること。 上記電機子コイルの上記第一の導体部と第二
   の導体部とに数重の厚みに重ならないように上
   記電機子コイルの上記第一の導体部及び第二の
   導体部と位相をずらせて且つ該第一の導体部及
   び第二の導体部間位置に他の相の上記と同様に
   形成した１以上の電機子コイルの推力の発生に
   寄与する第一又は第二の導体部を配設して電機
   子コイルが数重の厚みに重ならない電機子コイ
   ル重量型のコアレス構造の電機子を形成してい
   ること。 上記電機子コイルのうちの適宜箇所の１以上
   の推力の発生に寄与する第一又は第二の導体部
   を１以上削除して位置検知素子等の電気回路を
   収納配設するための空きスペースを形成し、該
   空きスペースに位置検知素子等の電気回路を収
   納配設していること。 上記界磁マグネツトと電機子とを対向させて
   何れか一方を相対的に移動する移動子とし、他
   方を固定子としていること。 ２ 上記電機子コイルは、推力の発生に寄与する
   第一の導体部と第二の導体部とが上記界磁マグネ
   ツトの一磁極幅の略2n−１（ｎは１以上の整数）
   倍に巻回形成したものであるときには、上記第一
   の導体部と第二の導体部とは互いに逆方向の電流
   が流れるように電気的に接続されて巻回形成した
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の直流リニアモータ。 ３ 上記電機子コイルは、推力の発生に寄与する
   第一の導体部と第二の導体部とが上記界磁マグネ
   ツトの一磁極幅の略2n（ｎは１以上の整数）倍に
   巻回形成したものであるときには、上記第一の導
   体部と第二の導体部とは互いに同方向の電流が流
   れるように電気的に接続されて巻回形成したもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の直流リニアモータ。