JP4537745B2 - リニアモータ - Google Patents

Description

本発明はリニアモータに関し、特に、固定子を構成するヨークをリング状に形成して、このヨーク毎にそれぞれの電機子巻線が配置されると共に、このヨークの中心部に空隙を介して設けられた可動子が往復駆動するリニアモータに関する。

従来のリニアモータは、丸い形状の回転機の中央を切り開いて直線形状に展開した構造のものが主に使用されている。そのリニアモータは、電機子巻線を有する固定子と、この固定子に空隙を介して相対移動可能に支持される可動子とで構成されている。したがって、従来のリニアモータは、固定子と可動子との間に大きな磁気吸引力が働いて、可動子の支持機構に大きな負担が加わるため、装置全体が大型化している。
その中で、固定子と可動子との間に働く磁気吸引力を相殺して、可動子の支持機構への負担を軽くするために、Ｃ型ヨークに電機子巻線を有する固定子が空隙を介して可動子を挟むように構成されたリニアモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１７４４１８号公報（段落番号０００６、図１、図２）

しかしながら、前記特許文献１のリニアモータにおいては、１つの固定子ユニットに複数の電機子巻線が巻回されているため、構造が複雑になっている。
さらに、隣接する固定子磁極には、相違した電機子巻線が巻回される構造になっていることにより、それぞれの固定子の占有スペースおよび磁気ピッチが広くなっているため、リニアモータ全体が大型化するという問題点がある。

そこで、本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、コンパクトな構造で、かつ固定子と可動子との間に働く磁気吸引力が相殺されるリニアモータを提供することにある。
さらに、本発明は、固定子と可動子間の相対移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さくし、推力リップルを低減させることを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るリニアモータは、電機子巻線を有する一次側部材と、永久磁石を有する二次側部材とが相対的に移動可能に構成されるリニアモータであって、前記一次側部材は、四角形のリング状に形成されて電機子歯を有するヨークと、当該ヨークに巻回された前記電機子巻線と、で磁気回路を構成し、前記ヨークの前記永久磁石と対向する面には、空隙を介して前記永久磁石の表裏両面に対向して一対の前記電機子歯を配置し、前記ヨークは、前記二次側部材の長手方向に沿って複数個配置されて、当該ヨークに巻回された電機子巻線の配置位置と、当該ヨークに隣設された他のヨークに巻回された電機子巻線の配置位置とが相違すると共に、当該ヨークに巻回された前記電機子巻線は、当該ヨークの内側の上下中央部からそれぞれ突出して設けられた前記電機子歯から離れた左右の上下端部の一方側に巻回され、前記他のヨークの電機子巻線は、前記他のヨークの左右の上下端部の他方側に巻回されていることを特徴とする。

本発明によれば、リニアモータは、二次側部材の長手方向に沿って配置した例えば奇数番目のヨークの電機子巻線の配置位置と、隣設された偶数番目のヨークの電機子巻線の配置位置とが相違することにより、一次側部材と二次側部材との間に働く磁気吸引力を相殺し、かつ各一次側部材間を狭い間隔で配置できるようにして、リニアモータ全体をコンパクトにすることができる。
また、電機子歯列の間に二次側部材が配列されて、相対移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さくすることができるため、推力リップルを低減することができる。

本発明に係るリニアモータによれば、一次側部材と二次側部材との間に働く磁気吸引力を相殺して、各一次側部材間の磁気ピッチを狭くすると共に、ヨークの高さを低く設定できるようにしてコンパクトな構造にしたことで、リニアモータ全体のコンパクト化を図ることができる。
また、本発明は、一次側部材と二次側部材との間の相対移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さくして、推力リップルを低減させることができる。

以下、図１〜図２０を参照して、本発明の実施の形態に係るリニアモータを説明する。
なお、リニアモータは、設置する方向によって上下左右の向きが変化するため、その方向は任意であるが、以下、図１の図面の左右方向を左右方向とし、その方向から９０度相違する方向を上下方向として説明する。

≪リニアモータ≫
まず、図１を参照してリニアモータＲの構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの基本構成図を示す概略図である。
図１において、リニアモータＲは、左右の両端または外周部を固定体（図示せず）に固定して、電機子歯５が巻回された電機子巻線３を有する固定子（一次側部材）１と、この固定子１に相対的に移動可能に設けられて永久磁石Ｍを有する可動子（二次側部材）２と、を主に構成されている。このリニアモータＲは、前記電機子巻線３に電力供給装置（図示せず）から交流電流が供給されると、可動子２が駆動するように構成されている。このとき、電機子巻線３は、熱を発するため、その熱を冷却するための後記する冷却装置９（図２０参照）が電機子巻線３に当接して配置されている。本実施の形態では、固定子１はベース（図示せず）に固定され、可動子２は移動可能にベースに配置されている。しかし、可動子２をベースに固定し、固定子１を移動可能にベースに配置する構成でも構わない。

≪固定子≫
前記固定子１は、可動子２に対して固定された状態に配置されるものであり、同一形状のものを可動子２の移動方向に沿って所定間隔（磁気ピッチＰ（図１０参照））で複数個配置して、後記する複数の固定子ユニットＹ（図３参照）を構成してなる。この固定子１は、ヨーク４と、電機子歯５と、電機子巻線３と、後記するガイドレール６（図１４参照）とから構成されている。そして、固定子１は、リング状に形成されたヨーク４と、電機子巻線３が巻回され、対向して配置された電機子歯５とで磁気回路を構成している。
なお、固定子１は、特許請求の範囲に記載の「一次側部材」に相当する。

≪ヨーク≫
前記ヨーク４は、例えば、中央部に空間がある四角形のリング状に形成された鋼板などを積層してなる磁性体であり、その空間の中心部に永久磁石Ｍが移動可能に配置されている。このヨーク４は、永久磁石Ｍの表裏両面に対向して、その永久磁石Ｍに空隙を介して電機子歯５，５が上下に配設されている。このヨーク４には、永久磁石Ｍの左右端部に設けられたスライダ７，７に対向して、左右の内側にガイドレール６，６が設置されている。ヨーク４は、例えば、後記で詳しく説明するように、複数組み立ててなり、各ヨーク４同士を固定するための貫通孔４ａが外周部の近傍に穿設されている。
なお、リング状のヨーク４は、複数に分割したものを互いに組み合わせて形成したものであっても良い。

≪電機子歯≫
前記電機子歯５は、電機子巻線３が巻回される鉄心であり、例えば、前記ヨーク４と同じ厚さの同じ材料によって形成されている。この電機子歯５は、そのヨーク４の上下の内周位置側にそれぞれ固定または一体成形されている。例えば、リング状の電機子歯５は、ヨーク４の上下中央部の内面にそれぞれ形成された固定溝４ｂに、電機子歯５の係止突起５ｃを嵌着することによって固定されている。
前記係止突起５ｃおよび固定溝４ｂは、互いに横方向から挿入して嵌着し、電機子歯５がヨーク４から永久磁石Ｍ側に脱落しないように、例えば、それぞれ台形状に形成されている。

≪電機子歯とヨークとの厚さ関係≫
図２は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯とヨークとの厚さ関係を示す図で、（ａ）はヨークの概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
リング状のヨーク４と電機子歯５の組み合わせを可動子２（図示せず）の長手方向に沿って鋼板を積層する場合は、ヨーク４の積厚Ｗ１を電機子歯５の電機子巻線３が配置された電機子磁極部分の積厚Ｗ２より、厚くすることによって、磁気回路の構成上、ヨーク４の磁気飽和を緩和させることができるようになる。
例えば、ヨーク４を形成する鋼板の積厚をＷ１、電機子歯５の電機子巻線３が配置された電機子磁極部分の鋼板の積厚をＷ２、ヨーク４の横方向に伸びる箇所の高さをｈ１、ヨーク４の縦方向に伸びる箇所の幅をｈ２、ヨーク４の横方向に伸びる箇所の断面積をＳ１、ヨーク４の縦方向に伸びる箇所の断面積をＳ２、電機子歯５の横断面積をＳ３とすると、ヨーク４の横方向に伸びる箇所の断面積Ｓ１は、
Ｓ１＝ｈ１×Ｗ１
であり、
ヨーク４の縦方向に伸びる箇所の断面積Ｓ２は、
Ｓ２＝ｈ２×Ｗ１
であり、
電機子歯５の横断面積Ｓ３は、磁束がヨーク４の左右から電機子歯５に流れるため、
Ｓ３＝Ｓ１×２≒Ｓ２×２
になるように形成されている。
このため、ヨーク４の積厚Ｗ１は、
Ｗ１＞Ｗ２
とすることにより、ヨーク４の積厚Ｗ１に反比例してヨーク４の高さｈ１および幅ｈ２を短くすることができるため、リニアモータＲ全体の高さｈを低くする効果がある。

≪ダミー磁極≫
図３は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯の変形例を示す図で、（ａ）は各固定子ユニットの電機子歯間にダミー磁極を介在させたときの状態を示す概略図、（ｂ）は電機子歯にダミー磁極を設置したときの状態を示す概略図である。
図３（ａ）に示すように、所定の磁気ピッチＰ間隔で配置された固定子ユニットＹ（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）の隣り合う電機子歯５（５１，５２，５３）間には、それぞれ電機子巻線３を巻回していない磁性体からなるダミー磁極５０ａを分割して介在させても良い。
また、図３（ｂ）に示すように、固定子ユニットＹ（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）の電機子歯５（５１，５２，５３）には、それぞれ対向する側の面の前後側の端部に、略羽状のダミー磁極５０ｂをそれぞれ一体に設置しても良い。
このように、電機子歯５にダミー磁極５０ａまたは５０ｂを配置することにより、可動子２を移動するときに、相対移動変位に対する推力リップルを小さくすることができるため、騒音および振動を低減して、可動子２の移動を滑らかにすることができる。
なお、前記ダミー磁極５０ａ，５０ｂの代わりに磁気楔でも良い。

≪電機子歯の変形例≫
図４は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯の変形例を示す図で、（ａ）は電機子歯に溝を形成した状態を示す概略図、（ｂ）は電機子歯を曲面状に形成した状態を示す概略図である。
図４（ａ）に示すように、前記電機子歯５は、可動子２と対向する面に凸凹状の溝５ｄを形成している。なお、この溝５ｄは、電機子歯５を形成する磁性体を切削加工して形成しても良いし、異なる大きさの積層鋼板を張り合わせることによって形成しても良い。この場合、小さい積層鋼板を両端に配置して、可動子２が動く方向の電機子歯５の両端側に切欠形状のギャップを形成して、電機子歯５の中心部のギャップと電機子歯５の両端側のギャップとに差を付けて相違させても良い。
また、図４（ｂ）に示すように、電機子歯５は、可動子２の対向面をその可動子２に対して曲面状に形成し、電機子歯５の中心部のギャップＧ１と電機子歯５の両端側のギャップＧ２とに差を付けて相違させても良い。
このように、電機子歯５の可動子２が動く方向側の両端に溝５ｄまたは丸い曲面状のギャップＧ２を形成したことにより、電機子歯５の両端の磁束を減少させることができる。これにより、可動子２が各固定子ユニットＹ間をガクガクと移動することを防止して、可動子２の動きを滑らかにすることができる。

≪板部材≫
図５は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯に板部材を張り合わせた状態を示す概略図である。
図５に示すように、所定の磁気ピッチＰの間隔で配置された電機子歯５は、可動子２との対向面に板部材５ｅを張り合わせても良い。この板部材５ｅは、上下に配置された全部の電機子歯５間に圧入される薄い板状の磁性体からなり、その前後方向の端部には可動子２を挿入し易くするための案内部５ｆが形成されている。
電機子歯５は、板部材５ｅ間に可動子２を配置することで、電機子歯５と可動子２との間の空隙に塵埃などのゴミが侵入することを防止する効果もある。また、板部材５ｅは、可動子２が上下に配置された電機子歯５のどちらかに偏って配置された場合、永久磁石Ｍの表面が電機子歯５の対向面に直接当接しないため、可動子２および電機子歯５を保護する機能も備えている。
なお、前記板部材５ｅは、非磁性体であっても良い。

また、電機子歯５は、前記した図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）および図５に示す形状のものを適宜に組み合わせて使用しても良い。

≪可動子≫
図６は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの可動子を示す平面図である。
図６に示す可動子２は、固定子１（図１参照）に対して磁力によって移動する部材であり、永久磁石Ｍと、この永久磁石Ｍの両端に一体に設けられたスライダ７とから構成されて、ヨーク４（図１参照）の中央部に水平に移動可能に配置されている。この可動子２は、移動方向である長手方向に沿ってスライダ（支持機構）７を備えており、このスライダ（支持機構）７に合わせてヨーク４の対向位置に設けたガイドレール６に案内されて移動する。前記可動子２は、多数の永久磁石Ｍを所定間隔（永久磁石の磁極ピッチＩ）でＮ極とＳ極とを交互に１列に並べた細長い略帯状のものからなる。
なお、可動子２は、特許請求の範囲に記載の「二次側部材」に相当する。

≪永久磁石≫
前記のように、永久磁石Ｍは、Ｎ極とＳ極とを交互にして所定間隔（永久磁石の磁極ピッチＩ）で配置されている。
なお、永久磁石Ｍは、スキューして向きを９０度変えても良い。また、永久磁石Ｍは、Ｎ極とＳ極間の所定間隔Ｉを変化させても良い。さらに永久磁石Ｍは、その形状を四角形以外の形状のものに適宜に変更しても良い。
また、図６に示す可動子２を構成する永久磁石Ｍは、強磁性体であっても良く、あるいは永久磁石Ｍと強磁性体とを組み合わせた構造のものであっても良い。
さらに、永久磁石Ｍは、空心コイルによる電磁石、もしくは強磁性体にコイルを巻いた電磁石をＮ極とＳ極とを交互の順番で配置したものであっても良く、それらを適宜に選択してリニアモータＲに使用することが可能である。

≪電機子巻線≫
図７は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す要部斜視図である。
図７に示すように、電機子巻線３は、ヨーク４から内側に突出したそれぞれの電機子歯５の一箇所に巻回される導電線である。例えば、各固定子ユニットＹ１，Ｙ２において、一方の電機子巻線３１ａ，３１ｂは、電機子歯５１ａ，５１ｂの基端部（ヨーク側）に巻回され、他方の電機子巻線３２ａ，３２ｂは、電機子歯５２ａ，５２ｂの先端部（可動子側）に巻回されている。このように、電機子巻線３は、互いに向き合って配置された電機子歯５の基端部、または先端部の逆の位置にそれぞれ相違させて巻回されている。
また、電機子巻線３は、例えば、可動子２の長手方向に沿って配置した図８に示す第１番目（奇数番目）の固定子ユニットＹ１と図９に示す第２番目（偶数番目）の固定子ユニットＹ２において、第１番目（奇数番目）のヨーク４１の電機子巻線３１ａ，３１ｂの配置位置と、その隣り合う第２番目（偶数番目）のヨーク４２の電機子巻線３２ａ，３２ｂの配置位置とが、基端部と先端部との逆の位置にそれぞれ相違するように配置されている。

≪電機子巻線の配置≫
図８は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す図で、奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図である。
図８に示すように、例えば、第１番目、第３番目、第５番目、第７番目および第９番目の奇数番目の固定子ユニットＹ１，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７，Ｙ９において、上側の電機子巻線３１ａ，３３ａ，３５ａ，３７ａ，３９ａは、可動子２から離れた各電機子歯５の基端部に巻回されている。
そして、奇数番目の固定子ユニットＹ１，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７，Ｙ９において、下側の電機子巻線３１ｂ，３３ｂ，３５ｂ，３７ｂ，３９ｂは、可動子２の近傍に位置する各電機子歯５の先端部に巻回されている。

図９は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す図で、偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図である。
図９に示すように、例えば、第２番目、第４番目、第６番目および第８番目の偶数番目の固定子ユニットＹ２，Ｙ４，Ｙ６，Ｙ８において、各電機子巻線３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂは、隣に設置されることになる前記奇数番目の固定子ユニットＹ１，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７，Ｙ９の電機子巻線３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３９ａ，３９ｂと逆の位置に配置されている。すなわち、上側の電機子巻線３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａは、可動子２の近傍に位置する各電機子歯５の先端部に巻回されている。そして、偶数番目の固定子ユニットＹ２，Ｙ４，Ｙ６，Ｙ８において、下側の電機子巻線３２ｂ，３４ｂ，３６ｂ，３８ｂは、可動子２から離れた各電機子歯５の基端部に巻回されている。

図１０は、本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置状態を示す概略図である。
奇数および偶数の固定子ユニットＹ１，Ｙ２〜Ｙ８，Ｙ９をその順番に組み付けると、図１０に示すような状態になる。すなわち、図８に示す奇数番目の固定子ユニットＹ１，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７，Ｙ９の各電機子巻線３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂ，３５ａ，３５ｂ，３７ａ，３７ｂ，３９ａ，３９ｂと、図９に示す偶数番目の固定子ユニットＹ２，Ｙ４，Ｙ６，Ｙ８の各電機子巻線３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３８ｂとは、電機子歯５に巻回する位置を、それぞれ交互に基端部と先端部とに入れ替えて配置されている。これらを図１０に示すように固定子ユニットＹ１〜Ｙ９順に並べて設けると、隣り合う固定子ユニットＹ１〜Ｙ９の電機子巻線３の厚さ方向に重なり合って配設される。このため、各固定子ユニットＹ１〜Ｙ９の電機子巻線３が重なり合った分だけ磁気ピッチＰが短くでき、可動子２が移動する方向のリニアモータＲの全体的な長さＬを短縮して、リニアモータＲ全体のコンパクト化を図ることができる。
なお、奇数番目の固定子ユニットＹ１，Ｙ３，Ｙ５，Ｙ７，Ｙ９と、偶数番目の固定子ユニットＹ２，Ｙ４，Ｙ６，Ｙ８は、それぞれ逆の偶数と奇数とを入れ替えて列設しても良い。

≪ヨークと永久磁石の組み合わせ≫
次に、図６および図１０を参照して、ヨーク４と永久磁石Ｍとの組み合わせについて説明する。
図１０に示すような前記電機子巻線３を有する９個のヨーク４に対して、前記可動子２の磁極は、８個が対向する磁極ピッチＩになるように構成する（図６参照）。
または、前記電機子巻線３を有する３個のヨーク４に対して、可動子２の磁極は、２個が対向する磁極ピッチＩになるように構成する。
あるいは、前記電機子巻線３を有する１２個のヨーク４に対して、可動子２の磁極は、１０個が対向する磁極ピッチＩになるように構成する。

≪電機子巻線の変形例≫
図１１は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は電機子巻線を上下の電機子歯のそれぞれ先端部に巻回した状態を示す概略図、（ｂ）は電機子巻線を上下の電機子歯のそれぞれ基端部に巻回した状態を示す概略図である。
図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、前記電機子巻線３は、同じ固定子ユニットＹにおいて、上下の電機子歯５の先端部または基端部のどちらかにそれぞれ巻回しても良い。例えば、この場合、電機子巻線３は、第１番目（奇数番目）の固定子ユニットＹ１の電機子歯５１ａ，５１ｂの先端部に電機子巻線３１ｃ，３１ｄを巻回し、隣り合う第２番目（偶数番目）の固定子ユニットＹ２の電機子歯５２ａ，５２ｂの基端部に電機子巻線３１ｃ，３２ｄを巻回する。このように、電機子巻線３は、列設される固定子ユニットＹの電機子歯５の先端部または基端部にそれぞれ交互に相違するように巻回して、ヨーク４の中心に近い位置と、遠い位置との交互に配置しても良い。

≪電機子巻線の配置の変形例≫
図１２は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図、（ｂ）は偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図ある。
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、電機子巻線３はリング状のヨーク４に巻回しても良い。すなわち、電機子巻線３（３１ｅ，３１ｆ，３２ｅ，３２ｆ）は、奇数番目および偶数番目の固定子ユニットＹ（Ｙ１，Ｙ２）のヨーク４（４１，４２）における電機子歯５（５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ）の基端部の片脇にそれぞれ交互に相違するように巻回しても良い。
この場合、図１２（ａ）に示す第１番目（奇数番目）の固定子ユニットＹ１と、第２番目（偶数番目）の固定子ユニットＹ２とは、対称な形をしていることにより、同一の固定子ユニットＹ１を裏返しにすることで、固定子ユニットＹ２として使用できるため、同じ物を組み付けて使用できるようになり、部品点数、組み付け工程および部品管理工数を削減して製造コストを大幅に削減することができる。

図１３は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図、（ｂ）は偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図ある。
図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、電機子巻線３は、電機子歯５から離れたリング状のヨーク４の左右端部に巻回しても良い。すなわち、電機子巻線３（３１ｇ，３１ｈ，３２ｇ，３２ｈ）は、奇数番目および偶数番目の固定子ユニットＹ（Ｙ１，Ｙ２）のヨーク４（４１，４２）に左右の上下端部にそれぞれ交互に相違するように巻回しても良い。
この場合も、前記図１２（ａ）、（ｂ）に示す固定子ユニットＹと同様に、図１３（ａ）に示す第１番目（奇数番目）の固定子ユニットＹ１と、第２番目（偶数番目）の固定子ユニットＹ２とが対称な形で、同一の固定子ユニットＹ（Ｙ１，Ｙ２）を裏返して組み付ければ良い。
なお、図１３（ａ）、（ｂ）に示す第１番目（奇数番目）および第２番目（偶数番目）の固定子ユニットＹ１，Ｙ２の電機子巻線３は、それぞれ２つずつ配置されているが、１つずつであっても良い。

なお、前記した本発明の実施の形態に係るリニアモータＲにおいて、図１〜図１３に例示したヨーク４、電機子歯５または電機子巻線３は、適宜に互いに混合して組み合わせた配置でも構わない。

≪案内機構≫≪支持機構≫
図１４は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の各例を示す図で、（ａ）は両端が三角形に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図、（ｂ）は両端が平面状に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図、（ｃ）は両端が円弧状に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図である。
図１４（ａ）に示すように、可動子２は、永久磁石Ｍの左右両側にスライダ（案内機構）７をそれぞれ一体に配設して、各スライダ７をヨーク４の左右内側に設置したガイドレール（支持機構）６によって摺動自在に支持されている。
スライダ７は、固定子１に対して可動子２がガタ付きなく滑らかに移動できるように、ガイドレール６とで可動子２をガイドしながら支持するものである。例えば、スライダ７は、縦断面視して先端側が三角形に形成された突起状のものでなり、左右のガイドレール６に空隙を介して係合されている。
ガイドレール（支持機構）６は、そのスライダ７の両側に空隙を介して配置されて、前記スライダ７の三角形の形状に合わして三角溝状に形成されている。
これにより、可動子２は、移動したときに、両側のスライダ７がガイドレール６に空隙を介して係合されたことにより、脱落することなく、スムーズに移動できるようになる。
なお、スライダ７は特許請求の範囲に記載の「案内機構」に相当し、ガイドレール６は「支持機構」にそれぞれ相当する。

また、スライダ７およびガイドレール６は、図１４（ｂ）に示すスライダ７ａのように縦断面視して先端部を平面状に形成し、それに合わせてガイドレール６ａを縦断面視して四角形の溝状に形成しても良い。
さらに、スライダ７およびガイドレール６は、図１４（ｃ）に示すスライダ７ｂのように縦断面視して先端部を半円形状に形成し、それに合わせてガイドレール６ｂを縦断面視して円弧状の溝状に形成しても良い。

なお、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す固定子１のガイドレール６，６ａ，６ｂと、可動子２のスライダ７，７ａ，７ｂは、それぞれ左右を互いに入れ替えて混合して組み合わせて、左右が相違する形状のものにしても構わない。

≪案内機構および支持機構の変形例≫
図１５は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子を空気静圧軸受で支持したときの状態を示す概略図である。
また、図１５に示すように、可動子２を支持する支持機構は、ポンプ８からエアホースなどの空気路Ｈを介して、可動子２の周囲の４方向から空気を吹き付け、その可動子２を固定子１から浮力で浮かすようにしても良い。この場合、空気路Ｈの吐出口Ｈ１〜Ｈ４は、上下の電機子歯５の可動子２との対向面、およびヨーク４の可動子２との対向面にそれぞれ設置される。そして、ヨーク４の内側の隅には、吐出口Ｈ１〜Ｈ４から噴出された空気を吸入して固定子１内を流れる空気の流れを良くするための引込口Ｈ５が設置される。

図１６は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子をコロで支持したときの状態を示す概略図である。
図１６に示すように、可動子２を支持する支持機構は、上下の電機子歯５と可動子２との間の空隙にコロ６ｃを介在させて接触させ、摺動自在に支持したものであって良い。この場合、コロ６ｃは、オイルレスの非磁性体によって形成される。

図１７は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子を油静圧軸受で支持したときの状態を示す概略図である。
図１７に示すように、可動子２を支持する支持機構は、可動子２の上下にある電機子歯５と、可動子２の左右にあるヨーク４と、その可動子２との間に油静圧軸受６ｄを設置して、可動子２がその油静圧軸受６ｄ内を移動するように支持したものであって良い。この場合、油静圧軸受６ｄは、オイルＯが注入された管状のものからなる。可動子２は、オイルＯと共に油静圧軸受６ｄ内に密閉されて一体化された状態に設けられて、オイルＯ内を移動する。

≪支持機構の種々の変形例≫
図１８は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける支持機構の種々の変形例を示す概略図である。
さらに、可動子２を支持する支持機構は、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、可動子２の左右端部を三角形に形成し、その三角形の上下斜面と、固定子１の対向面との間にそれぞれ可動子２を支持する断面が四角形のローラゲージ６ｅ（図１８（ａ）参照）、または断面が略太鼓形状のローラフォロア６ｆ（図１８（ｂ）参照）を介在させて、斜め上下方向から可動子２を支持するようにしても良い。
また、図１８（ｃ）に示すように、支持機構は、固定子１と、可動子２の左右両端との間にベアリング６ｇを設置して、その可動子２を上下方向から支持しても良い。
図１８（ｄ）に示すように、支持機構は、固定子１のガイドレール６と、可動子２の左右両端を分離して設けたスライダ７との間にクロスローラガイド６ｈを設置して、その可動子２を上下方向から支持しても良い。
図１８（ｅ）に示すように、支持機構は、固定子１のガイドレール６と、可動子２の左右両端との間にリニアモータパック６ｉを設置して、その可動子２を上下方向から支持しても良い。
図１８（ｆ）に示すように、支持機構は、固定子１のガイドレール６と、可動子２の左右両端のガイドレール６との間にボールからなるスライドパック６ｊを設置して、その可動子２を上下方向から支持しても良い。

図１９は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける支持機構の変形例を示す図で、（ａ）は可動子の左右の上側のみを支持する支持機構を示す概略図、（ｂ）は可動子の左右の上下片側の対象位置を支持する支持機構を示す概略図である。
さらにまた、図１９（ａ）に示すように、支持機構は、可動子２の左右の上側、または下側の片側にのみスライダ７ｃを設けて、そのスライダ７ｃをガイドレール６ｋで摺動自在に支持するようにしても良い。
図１９（ｂ）に示すように、支持機構は、可動子２の左右の対称な上下の片側にスライダ７ｄを設けて、そのスライダ７ｄをガイドレール６ｍで摺動自在に支持するようにしても良い。

以上説明した可動子２を支持する支持機構は、列設される各固定子ユニットＹのヨーク４毎に、または複数の固定子ユニットＹ毎に、ヨーク４の内側に設置しても良い。
また、支持機構は、リング状のヨーク４の前後方向の外側からそのヨーク４の空隙に分割して入れても良いし、ヨーク４の前後方向の外側だけ、またはヨーク４の前後方向の内側だけ、もしくはヨーク４の前後方向の内外両方に適宜に設けても良い。

≪冷却装置≫
図２０は、本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける冷却装置を示す図で、（ａ）は冷媒が元の位置の方向に戻るようにした配管を示す概略図、（ｂ）は冷媒が一方方向に流れるようにした配管を示す概略図である。
前記冷却装置９は、各電機子巻線３（図１参照）を冷却するためのもので、例えば、図２０（ａ）に示すように、蛇行するように配管９ａを形成して、電機子巻線３の周囲に接触させて熱を吸収するように設置されている。配管９ａは、その中を流れる空気、水または油からなる冷媒が元の位置の方向に戻るように形成して循環するように設置されている。なお、この配管９ａは、磁化されない樹脂などの材料によって形成されている。
また、図２０（ｂ）に示すように、配管９ｂは、冷媒が一方方向に流れるように配置しても良い。

≪エンコーダ≫
本発明のリニアモータの実施の形態において、従来のリニアモータと同じく、可動子２の長手方向に沿ってエンコーダ（図示せず）が配置されると共に、このエンコーダに対向する場所には、エンコーダ検出器（図示せず）を設け、直線駆動装置として使う。

≪動作≫
次に、本発明の実施の形態に係るリニアモータの動作を説明する。
前記のような構成にすれば、図１に示すように、電機子の各対向面の上側の電機子歯５と、下側の電機子歯５の間のギャップには、磁束が上側と下側の電機子歯５，５間を交番して上下に流れる電機子を形成し、ギャップを通して可動子２が相対移動するようになる。

このとき、可動子２の長手方向に沿って配置した奇数番目のヨーク４の電機子巻線３の配置位置と、偶数番目のヨーク４の電機子巻線３の配置位置とが相違することにより、固定子１と可動子２との間に働く磁気吸引力を相殺して、相対移動変位に対するインダクタンスの変化量を小さくすることができるため、推力リップルを低減させることができる。これにより、移動する可動子２の振動および騒音を低減させて、可動子２の動きを滑らかにすることができる（図１０参照）。
また、図１０に示すように、リニアモータＲは、隣り合う電機子巻線３の位置を交互に相違させて側面視して重なり合うように配置し、各固定子ユニットＹ間の磁気ピッチＰをそれぞれ狭くすることにより、リニアモータＲの移動方向の全体の長さＬを短くすることができる。
さらに、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ヨーク４の積厚Ｗ１を電機子歯５の電機子巻線３が配置された電機子磁極部分の積厚Ｗ２より厚くすることによって、ヨーク４の高さｈ１および幅ｈ２を短くすることができるため、リニアモータＲ全体の高さｈを低くすることができる。これにより、本発明は、リニアモータＲ全体のコンパクト化を図ることができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。

また、前記した各組み合わせの実施の形態以外でも、一部だけを採用する組み合わせによるものでも良い。各図で示すリニアモータＲのそれぞれの構成要素は、図番に関係なく、跨った組み合わせにしても良いし、それらの組み合わせをモールドすることも可能である。

例えば、前記本発明の実施の形態では、リニアモータＲにおいて、可動子２が永久磁石側にあってヨーク４に移動可能に配置され、固定子１が電機子巻線３のあるヨーク４側に固定した構造の組み合わせを例にして説明したが、それとは逆に、可動子が電機子巻線のあるヨーク側に固定され、固定子がヨークに移動可能な永久磁石側に配置した組み合わせの構造にしてもよい。

本発明の実施の形態に係るリニアモータの基本構成図を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯とヨークとの厚さ関係を示す図で、（ａ）はヨークの概略正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯の変形例を示す図で、（ａ）は各固定子ユニットの電機子歯間にダミー磁極を介在させたときの状態を示す概略図、（ｂ）は電機子歯にダミー磁極を設置したときの状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯の変形例を示す図で、（ａ）は電機子歯に溝を形成した状態を示す概略図、（ｂ）は電機子歯を曲面状に形成した状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子歯に板部材を張り合わせた状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータの可動子を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す要部斜視図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す図で、奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置を示す図で、偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータの電機子巻線の配置状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は電機子巻線を上下の電機子歯のそれぞれ先端部に巻回した状態を示す概略図、（ｂ）は電機子巻線を上下の電機子歯のそれぞれ基端部に巻回した状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図、（ｂ）は偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図ある。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける電機子巻線の配置の変形例を示す図で、（ａ）は奇数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図、（ｂ）は偶数番目の固定子ユニットにおける電機子巻線の配置状態を示す概略図ある。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の各例を示す図で、（ａ）は両端が三角形に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図、（ｂ）は両端が平面状に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図、（ｃ）は両端が円弧状に形成された可動子を支持する支持機構を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子を空気静圧軸受で支持したときの状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子をコロで支持したときの状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける案内機構および支持機構の変形例を示す図で、可動子を油静圧軸受で支持したときの状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける支持機構の種々の変形例を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける支持機構の変形例を示す図で、（ａ）は可動子の左右の上側のみを支持する支持機構を示す概略図、（ｂ）は可動子の左右の上下片側の対象位置を支持する支持機構を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係るリニアモータにおける冷却装置を示す図で、（ａ）は冷媒が元の位置の方向に戻るようにした配管を示す概略図、（ｂ）は冷媒が一方方向に流れるようにした配管を示す概略図である。

符号の説明

１ 固定子（一次側部材）
２ 可動子（二次側部材）
３，３１ａ〜３９ａ，３１ｂ〜３９ｂ 電機子巻線
４，４１〜４９ ヨーク
５，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ 電機子歯
５ｄ 溝
５ｅ 板部材
６，６ａ，６ｂ，６ｋ ガイドレール（支持機構）
６ｃ コロ（支持機構）
６ｄ 油静圧軸受（支持機構）
６ｅ ローラゲージ（支持機構）
６ｆ ローラフォロア（支持機構）
６ｇ ベアリング（支持機構）
６ｈ クロスローラ−ガイド（支持機構）
６ｉ リニアモータパック（支持機構）
６ｊ スライドパック（支持機構）
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ライダ（案内機構）
５０ａ，５０ｂ ダミー磁極
Ｇ１ 電機子歯の中心部のギャップ
Ｇ２ 電機子歯の両側のギャップ
Ｍ 永久磁石
Ｐ 磁気ピッチ
Ｒ リニアモータ
Ｗ２ 電機子磁極部分の積厚
Ｗ１ ヨークの積厚

Claims (13)

1. 電機子巻線を有する一次側部材と、永久磁石を有する二次側部材とが相対的に移動可能に構成されるリニアモータであって、
   前記一次側部材は、リング状に形成されて電機子歯を有するヨークと、当該ヨークに巻回された前記電機子巻線と、で磁気回路を構成し、
   前記ヨークの前記永久磁石と対向する面には、空隙を介して前記永久磁石の表裏両面に対向して一対の前記電機子歯を配置し、
   前記ヨークは、前記二次側部材の長手方向に沿って複数個配置されて、当該ヨークに巻回された電機子巻線の配置位置と、当該ヨークに隣設された他のヨークに巻回された電機子巻線の配置位置とが相違すると共に、
   当該ヨークに巻回された前記電機子巻線は、前記電機子歯の基端部の一方側の片脇に巻回され、
   前記他のヨークの電機子巻線は、前記電機子歯の基端部の他方側の片脇に巻回されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 電機子巻線を有する一次側部材と、永久磁石を有する二次側部材とが相対的に移動可能に構成されるリニアモータであって、
   前記一次側部材は、四角形のリング状に形成されて電機子歯を有するヨークと、当該ヨークに巻回された前記電機子巻線と、で磁気回路を構成し、
   前記ヨークの前記永久磁石と対向する面には、空隙を介して前記永久磁石の表裏両面に対向して一対の前記電機子歯を配置し、
   前記ヨークは、前記二次側部材の長手方向に沿って複数個配置されて、当該ヨークに巻回された電機子巻線の配置位置と、当該ヨークに隣設された他のヨークに巻回された電機子巻線の配置位置とが相違すると共に、
   当該ヨークに巻回された前記電機子巻線は、当該ヨークの内側の上下中央部からそれぞれ突出して設けられた前記電機子歯から離れた左右の上下端部の一方側に巻回され、
   前記他のヨークの電機子巻線は、前記他のヨークの左右の上下端部の他方側に巻回されていることを特徴とするリニアモータ。
3. 前記一対の電機子歯と、前記二次側部材との間の前記隙間には、ポンプから空気路を介して送られる空気を吹き付けることによって、前記二次側部材を前記ヨークから浮かしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記一対の電機子歯と、前記二次側部材との間の前記隙間には、コロが介在されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
5. 前記二次側部材の両端部が対向する前記ヨークの内側壁面と、前記二次側部材との間には、前記二次側部材をオイルと共に密閉した油静圧軸受が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
6. 前記ヨークの内部に接する前記二次側部材の両端部は、長手方向に沿って断面視して三角形に形成され、
   前記三角形の上下斜面と、前記ヨークの対向面との間には、それぞれ前記二次側部材を支持する断面視して四角形のローラゲージが介在されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
7. 前記ヨークの内部に接する前記二次側部材の両端部は、長手方向に沿って断面視して三角形に形成され、
   前記三角形の上下斜面と、前記ヨークの対向面との間には、それぞれ前記二次側部材を支持する断面視して略太鼓形状のローラフォロアが介在されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
8. 前記ヨークの内部に対向する前記二次側部材の両端部と、当該両端部が対向する前記ヨークの側壁面には、前記二次側部材を上下方向から支持するベアリングが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
9. 前記ヨークの内部に対向する前記二次側部材の両端部にそれぞれ設けたスライダと、
   当該スライダが対向する前記ヨークの内壁面に設けられたガイドレールとの間には、前記二次側部材を上下方向から支持するクロスローラガイドが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
10. 前記ヨークの内側壁面に対向する前記二次側部材の両端部と、
    当該両端部が対向する前記ヨークの内側壁面に設けられたガイドレールとの間には、前記二次側部材を上下方向から支持するリニアモータパックが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
11. 前記ヨークの内側壁面に対向する前記二次側部材の両端部にそれぞれ設けたスライダと、
    当該スライダが対向する前記ヨークの内側壁面に設けられたガイドレールとの間には、前記二次側部材を上下方向から支持するスライドパックが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
12. 前記ヨークの内側壁面に対向する前記二次側部材の両端部の上側または下側の片側には、それぞれスライダが設けられ、
    前記二次側部材が対向する前記ヨークの内側壁面には、前記スライダを上方向または下方向から支持するガイドレールがそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。
13. 前記ヨークの内側壁面に対向する前記二次側部材の両端部の左右対称な上下の片側には、それぞれスライダが設けられ、
    前記二次側部材が対向する前記ヨークの内側壁面には、前記スライダを上方向または下方向から支持するガイドレールがそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリニアモータ。

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