WO2019102761A1 - 筒型リニアモータ - Google Patents

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WO2019102761A1
WO2019102761A1 PCT/JP2018/039159 JP2018039159W WO2019102761A1 WO 2019102761 A1 WO2019102761 A1 WO 2019102761A1 JP 2018039159 W JP2018039159 W JP 2018039159W WO 2019102761 A1 WO2019102761 A1 WO 2019102761A1
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WO
WIPO (PCT)
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teeth
peripheral end
linear motor
core
cylindrical linear
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/039159
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English (en)
French (fr)
Inventor
善明 加納
佐藤　浩介
眞一郎 袴田
大智 芝原
Original Assignee
Ｋｙｂ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Application filed by Ｋｙｂ株式会社 filed Critical Ｋｙｂ株式会社
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Priority to EP18881194.7A priority patent/EP3637600B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • 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 is mounted in a slot between a core and a tooth provided with a plurality of teeth axially arranged on the outer periphery of the cylindrical yoke and the yoke.
  • a mover consisting of a plurality of permanent magnets attached to each of the two (see, for example, Patent Document 1).
  • the teeth are provided on the outer periphery of the yoke, and the axial width of the teeth is equal from the inner periphery to the outer periphery. Since the core has a cylindrical shape, the cross-sectional area of the tooth T is the inner circumference of the tooth T, as shown in FIG. A minimum area Si is obtained at an end (a surface obtained by cutting the boundary between the teeth and the yoke at the outer peripheral edge of the yoke) ti.
  • the cross-sectional area is proportional to the diameter, so the largest area So at the outer peripheral end to becomes the area So gradually going from the outer peripheral end to the inner peripheral side And the smallest area Si at the inner circumferential end ti.
  • the magnetic path cross-sectional area of the tooth T is also maximum at the outer peripheral end to of the tooth T and is minimum at the inner peripheral end ti of the tooth T.
  • the magnetic path cross-sectional area at the inner peripheral end ti of the tooth T is small, so that the magnetic flux is saturated at the inner peripheral end ti. It was difficult to get the thrust.
  • this invention aims at provision of the cylindrical linear motor which can suppress magnetic saturation and can improve thrust.
  • a cylindrical linear motor comprises a core having a cylindrical yoke, a plurality of annular annular teeth axially spaced on the outer periphery of the yoke, and teeth. And a magnetic field in which the core is inserted axially movably in the axial direction and the N pole and the S pole are alternately arranged in the axial direction.
  • the axial width of the inner peripheral end of the teeth on the yoke side is larger than the axial width of the outer peripheral end of the teeth.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a cylindrical linear motor according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the teeth portion of the cylindrical linear motor according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a view for explaining the difference between the area of the inner peripheral end of the teeth of the cylindrical linear motor of the first embodiment and the area of the teeth and the inner peripheral end of the conventional cylindrical linear motor.
  • FIG. 4 is a view showing the relationship between the mass thrust density of the cylindrical linear motor of the first embodiment and the internal angle formed by the inclined surface of the teeth and the orthogonal surface orthogonal to the axis of the core.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a tooth portion of a cylindrical linear motor according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a cylindrical linear motor according to a second embodiment.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the teeth portion of the cylindrical linear motor according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a tooth portion of a cylindrical linear motor according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a view for explaining the volume of the slot of the cylindrical linear motor in the modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a view for explaining the areas of the inner peripheral end and the outer peripheral end of the teeth of the conventional cylindrical linear motor.
  • the cylindrical linear motor M1 has a core 2 having a cylindrical yoke 3 and a plurality of annular teeth 4 provided on the outer periphery of the yoke 3, teeth 4, It comprises a winding 5 mounted between 4 and a magnetic field 7 which is cylindrical and in which the core 2 is inserted movably in the axial direction.
  • the core 2 is configured to include a cylindrical yoke 3 and a plurality of annular annular teeth 4 axially spaced from each other on the outer periphery of the yoke 3. It is done.
  • the yoke 3 is cylindrical as described above, and the cross-sectional area of the yoke 3 is a cylinder centering on the axis A of the core 2 (see FIG. 2) and the teeth 4 can be cut anywhere from the inner circumference to the outer circumference of the teeth 4.
  • the wall thickness is secured so as to be equal to or larger than the area of the cross section which can be obtained by cutting with the above-mentioned cylinder.
  • each tooth 4 is annular and has an inner peripheral end 4 b having an axial width Wi larger than the axial width Wo of the outer peripheral end 4 a of the tooth 4. That is, the axial width Wi of the inner peripheral end 4 b of the tooth 4 is larger than the axial width Wo of the outer peripheral end 4 a of the tooth 4.
  • the side surfaces 4 c and 4 d on both sides in the axial direction of the teeth 4 are provided with inclined surfaces I connected to the outer peripheral end 4 a.
  • inside angle theta which slope I makes with orthogonal plane O which intersects perpendicularly with axis A of core 2 is the range of 6 degrees-12 degrees Is set to the following angle.
  • the cross-sectional shape obtained by cutting the teeth 4 at a plane including the axis A of the core 2 is as shown in FIG.
  • it has a shape of line symmetry with the line L orthogonal to the axis line A of the core 2 as the axis of symmetry.
  • a line connecting the center in the axial direction of the outer peripheral end 4a of the tooth 4 and the center in the axial direction of the inner peripheral end 4b of the tooth 4 coincides with a line L orthogonal to the axis A of the core 2,
  • the outer peripheral end 4a, the inner peripheral end 4b, and the side surfaces 4c, 4d are formed in line symmetry with the line L as an axis of symmetry.
  • a total of nine slots 6 formed of air gaps are provided between the teeth 4 4 adjacent to each other in FIG. 1.
  • the winding 5 is wound and mounted in the slot 6.
  • the winding 5 is equipped with a winding 5 of W phase, W phase, W phase and V phase, V phase, V phase, V phase and U phase, U phase, U phase, U phase and W phase.
  • the core 2 comprised in this way is mounted
  • the core 2 is fixed to the rod 11 by being held by annular stoppers 12 and 13 whose right and left ends are fixed to the rod 11 in FIG.
  • the field 7 is an outer tube 8 formed of a cylindrical nonmagnetic material, and an inner tube 9 formed of a cylindrical nonmagnetic material inserted in the outer tube 8.
  • a plurality of permanent magnets 10 axially stacked and inserted in the entire annular gap between the outer tube 8 and the inner tube 9 are configured.
  • the core 2 is axially movably inserted into the field 7.
  • the permanent magnet 10 is magnetized so that the S pole and the N pole alternately appear in the axial direction with respect to the core 2 inserted on the inner circumferential side. Therefore, in the field 7, the S pole and the N pole are alternately arranged in the axial direction on the inner peripheral side, and the magnetic field is applied to the core 2.
  • the permanent magnet 10 may not be provided in a range in which it can not face the core 2.
  • the left end of the outer tube 8 and the inner tube 9 in FIG. 1 is closed by the cap 14, and the right end of the outer tube 8 and the inner tube 9 in FIG. 1 moves the rod 11 inserted in the inner periphery in the axial direction. It is closed by a guiding annular rod guide 15. Further, the stoppers 12 and 13 are in sliding contact with the inner periphery of the inner tube 9, and the core 2 can be smoothly moved in the axial direction with the rod 11 without axial displacement with respect to the field 7 by the stoppers 12 and 13. It is supposed to be.
  • the inner tube 9 forms a gap between the outer periphery of the core 2 and the outer periphery of the permanent magnet 10 and plays a role of guiding the axial movement of the core 2 in cooperation with the stoppers 12 and 13.
  • the cap 14 is provided with a connector 14a for connecting the cable C connected to the winding 5 to an external power supply (not shown) so that the coil 5 can be energized from the external power supply. Further, the axial length of the outer tube 8 and the inner tube 9 is longer than the axial length of the core 2, and the core 2 can be stroked to the left and right in FIG. 1 within the axial length range in the field 7.
  • cylindrical linear motor M1 is obtained. And the moving direction of the core 2 can be controlled.
  • the above-mentioned control method is an example, and is not restricted to this.
  • the core 2 is an armature and a mover, and the field 7 behaves as a stator.
  • the cylindrical linear motor M1 of the present invention includes the core 2 having the cylindrical yoke 3 and the plurality of teeth 4 which are annular and are provided on the outer periphery of the yoke 3 at intervals in the axial direction. , And the core 2 is inserted axially movably in the axial direction so that the N pole and the S pole alternate alternately in the axial direction.
  • the magnetic field 7 is disposed, and the axial width Wi of the inner peripheral end 4 b on the yoke side of the tooth 4 is larger than the axial width Wo of the outer peripheral end 4 a of the tooth 4.
  • the area of the end 4b (the portion hatched by solid lines) Ai is larger than the area Si (the portion hatched by broken lines) of the inner peripheral end of the teeth T in the conventional cylindrical linear motor.
  • the cylindrical linear motor M1 of the present invention can secure a large magnetic path cross-sectional area as compared with the conventional cylindrical linear motor, and can suppress magnetic saturation when the winding 5 is energized.
  • the thrust can be improved because As mentioned above, according to the cylindrical linear motor M1 of this invention, magnetic saturation can be suppressed and a thrust can be improved.
  • the side surfaces 4c and 4d in the cross section obtained by cutting the teeth 4 along the plane including the axis A of the core 2 connect the end of the outer peripheral end 4a and the end of the inner peripheral end 4b with a straight line there were.
  • the axial width Wi of the inner peripheral end 4b of the tooth 4 is made larger than the axial width Wo of the outer peripheral end 4a of the tooth 4, the magnetic saturation can be suppressed and the thrust of the cylindrical linear motor M1 can be improved.
  • the shapes of the side surfaces 4c and 4d in the cross section obtained by cutting the teeth 4 along the plane including the axis A of the core 2 may be arc shapes or parabolic shapes.
  • the axial direction width of the teeth 4 may be shaped so as to gradually increase in the middle.
  • the magnetic path cross-sectional area is made the conventional cylindrical linear motor More secure. Since the axial width of the teeth T in the conventional cylindrical linear motor is constant in the radial direction, the area Si of the inner peripheral end of the teeth T is the outer peripheral end 4a of the teeth 4 in the cylindrical linear motor M1 of this embodiment. Is equal to the area obtained by multiplying the axial width Wo of the inner circumferential end 4b of the tooth 4 by the circumferential length .pi..times..phi.i.
  • the cylindrical linear motor M1 has a cylindrical yoke 3 and a core 2 having a plurality of annular teeth 4 axially spaced from each other on the outer periphery of the yoke 3 and the teeth 4 and 5
  • the winding 5 is mounted in the slot 6 of the above, and the field 7 is cylindrical and the core 2 is inserted axially movably in the axial direction and the N pole and the S pole are alternately arranged in the axial direction.
  • the area Ai of the inner peripheral end 4b of the tooth 4 is larger than the area obtained by multiplying the axial length Wo of the outer peripheral end 4a of the tooth 4 by the peripheral length ⁇ ⁇ ⁇ i of the inner peripheral end 4b of the tooth 4 It is also good.
  • the magnetic path cross-sectional area can be secured to be larger than that of the conventional cylindrical linear motor, so that magnetic saturation when the winding 5 is energized can be suppressed and a large magnetic field is generated. Thrust is improved because it can. Therefore, according to the cylindrical linear motor M1 configured as described above, the magnetic saturation can be suppressed and the thrust can be improved.
  • the area Ai of the inner peripheral end 4b of the tooth 4 may be larger than the area obtained by multiplying the axial width Wo of the outer peripheral end 4a of the tooth 4 by the peripheral length ⁇ ⁇ ⁇ i of the inner peripheral end 4b of the tooth 4.
  • the shape of 4 can also be changed arbitrarily.
  • the inclined surfaces I are provided on the side surfaces 4c and 4d on both sides in the axial direction of the teeth 4, and the orthogonal surface O orthogonal to the inclined surface I and the axis A of the core 2 is provided. Is an angle in the range of 6 degrees to 12 degrees.
  • the outer diameter of the outer tube 8 in the cylindrical linear motor M1 of this embodiment is between 60 mm and 100 mm, and the outer diameter of the core 2 is from 50 mm to 83 mm.
  • the mass thrust density when the internal angle ⁇ formed by the inclined surface I and the orthogonal surface O in the side surfaces 4c and 4d in the cross section of the tooth 4 is changed is as shown in FIG.
  • the mass thrust density is a numerical value obtained by dividing the maximum thrust of the cylindrical linear motor M1 having the above-described configuration by the mass. Then, when the internal angle ⁇ formed by the inclined surface I and the orthogonal surface O in the side surfaces 4c and 4d in the cross section of the tooth 4 in the cross section of the tooth 4 is in the range of 6 degrees to 12 degrees, good mass thrust density can be obtained I understand.
  • the internal angle ⁇ formed by the inclined surface I provided on the side surfaces 4c and 4d on both sides in the axial direction of the tooth 4 and the orthogonal plane O orthogonal to the axis A of the core 2 is an angle in the range of 6 degrees to 12 degrees. Since the thrust per mass of the cylindrical linear motor M1 is increased, the cylindrical linear motor M1 can be realized which is compact and can obtain a large thrust. In other words, it is possible to realize the cylindrical linear motor M1 suitable for an aircraft or a vehicle where there is a demand for a lightweight cylindrical linear motor without ample mounting space.
  • the entire side surfaces 4c and 4d on both sides in the axial direction of the teeth 4 are the inclined surfaces I. However, as shown in FIG.
  • the area of the inner peripheral end 4 b of the tooth 4 may be equal to or larger than the area of the outer peripheral end 4 a of the tooth 4.
  • the axial width of the inner circumferential end 4b of the tooth 4 is Wo
  • the axial width of the outer circumferential end 4a of the tooth 4 is Wi
  • the outer diameter of the tooth 4 is ⁇ o
  • the inner diameter of the tooth 4 is It is assumed that ⁇ i.
  • the dimensions of the inner and outer diameters ⁇ i, ⁇ o of the teeth 4 and the axial widths Wi, Wo of the inner peripheral end 4b and the outer peripheral end 4a are set so as to satisfy ⁇ o ⁇ Wo ⁇ ⁇ i ⁇ Wi
  • the area of the inner peripheral end 4 b can be made equal to or larger than the area of the outer peripheral end 4 a of the tooth 4.
  • the magnetic path cross-sectional area of the inner peripheral end 4b of the teeth 4 is the narrowest and can be prevented from becoming a bottleneck and causing magnetic saturation, which is more effective. Improve the thrust.
  • the magnetic path cross-sectional area in the middle of the tooth 4 can be a bottleneck. That is, the cross-sectional area obtained by cutting an arbitrary position from the outer peripheral end 4a to the inner peripheral end 4b of the tooth 4 by a cylinder having an arbitrary diameter centering on the axis A of the core 2 becomes the area Ao of the outer peripheral end 4a or more
  • the magnetic path cross-sectional area does not decrease in the middle of the teeth 4, so that the thrust can be effectively improved.
  • the cross section obtained by cutting the teeth 4 other than the teeth 4 at the end of the core 2 along the plane including the axis A of the core 2 is orthogonal to the axis A of the core 2
  • the line L passing through the center in the axial direction of 4 is axisymmetrically shaped with the axis of symmetry as an axis of symmetry.
  • the core 2 is directed to either the left or the right in FIG. Even if the thrust is exerted, the current amount of the winding 5 becomes equal if the thrust is the same.
  • the cylindrical linear motor M1 configured as described above, a difference in polarity does not occur in the amount of energization to the winding 5 depending on the driving direction of the cylindrical linear motor M1, so that drive control becomes easy.
  • the amount of energization to winding 5 to have a polarity difference depending on the drive direction, such as when the thrust generation direction of cylindrical linear motor M1 is one direction, the shape of teeth 4 The shape does not have to be axially symmetrical about the center of the direction.
  • a cross section obtained by cutting the teeth 4 along a plane including the axis A of the core 2 is formed in line symmetry with the line L orthogonal to the axis A of the core 2 as a symmetry axis, and the side surfaces 4c on both sides in the axial direction of the teeth 4,
  • the inclined surface I is provided in 4d
  • the cross-sectional area produced when cutting the teeth 4 with a cylinder of an arbitrary diameter centered on the axis line A of the core 2 can be made equal to or larger than the area Ao of the outer peripheral end 4 a of the teeth 4. That is, when the inclined surfaces I are provided on the side surfaces 4c and 4d on both axial sides of the teeth 4, the axial width Wo of the outer peripheral end 4a of the teeth 4, the internal angle ⁇ formed by the inclined surfaces I and the orthogonal plane O, the outside of the core 2
  • the core 2 can be formed by simple processing. In particular, when manufacturing the core 2 by cutting, processing becomes easy.
  • the cylindrical linear motor M2 in the second embodiment is provided on the outer periphery of the cylindrical yoke 3 and the yoke 3 in the same manner as the cylindrical linear motor 1 of the first embodiment as shown in FIG.
  • the cylindrical linear motor M2 of the second embodiment differs from the cylindrical linear motor 1 of the first embodiment in the shape of the teeth 41 in the core 21.
  • the teeth 41 in the cylindrical linear motor M2 according to the second embodiment are annular as shown in FIGS. 6 and 7, and have an axial width Wi1 larger than the axial width Wo1 of the outer peripheral end 41a. It has a circumferential end 41b.
  • the axial direction width is constant in the range D of the depth on the way from the outer peripheral end 41a to the inner peripheral end 41b, and the axial direction in the range E of the inner peripheral end 41b of the deepest part from the depth in the middle The width increases toward the inner peripheral end 41b.
  • the range D in the side surfaces 41 c and 41 d on both sides in the axial direction of the teeth 41 is a plane orthogonal to the axis A 1 of the core 21.
  • a range E of the side surfaces 41c and 41d on both sides is an inclined surface I1 that is inclined with respect to a plane orthogonal to the axis of the core 21.
  • the internal angle ⁇ 1 formed by the inclined plane I1 with the orthogonal plane O1 orthogonal to the axis A1 of the core 21 is in the range of 6 to 12 degrees. Is set to the following angle.
  • the radial length in the range D of the teeth 41 is shorter than the radial length in the range E of the teeth 41, and the magnetic path cross sectional area at the inner peripheral end 41 b of the teeth 41 is large. It is considered to be secured.
  • the cross-sectional shape obtained by cutting the teeth 41 at a plane including the axis A1 of the core 21 is as shown in FIG.
  • it has a line symmetrical shape with the line L1 orthogonal to the axis line A1 of the core 21 as the axis of symmetry.
  • a line connecting the center in the axial direction of the outer peripheral end 41a of the tooth 41 and the center in the axial direction of the inner peripheral end 41b of the tooth 41 coincides with the line L1 orthogonal to the axis A1 of the core 21;
  • the outer peripheral end 41a, the inner peripheral end 41b, and the side surfaces 41c and 41d have a line symmetrical shape with the line L1 as an axis of symmetry.
  • the cylindrical linear motor M2 of the second embodiment also has a gap between the teeth 41, 41 adjacent to each other in FIG. A total of nine slots 61 are provided, and the winding 5 is wound and mounted in the slot 61.
  • the cylindrical linear motor M2 of the second embodiment has W slots, 61 W phases, W phases in order from the left in FIG. And V-phase, V-phase, V-phase, V-phase and U-phase, U-phase, U-phase, U-phase and W-phase windings 5 are mounted.
  • the cylindrical linear motor M2 of the present invention includes the core 21 having the cylindrical yoke 3 and a plurality of teeth 41 which are annular and are provided on the outer periphery of the yoke 3 at intervals in the axial direction.
  • the core 2 is axially movably inserted in the axial direction so that the N pole and the S pole alternate alternately in the axial direction.
  • the axial direction width Wi1 of the inner peripheral end 41b on the yoke side of the tooth 4 is larger than the axial direction width Wo1 of the outer peripheral end 41a of the tooth 41.
  • the cylindrical linear motor M2 of the present embodiment can secure a large magnetic path cross-sectional area as compared with the conventional cylindrical linear motor, like the cylindrical linear motor 1 of the first embodiment, Since magnetic saturation when the wire 5 is energized can be suppressed, a larger magnetic field can be generated, and thus the thrust is improved. As described above, according to the cylindrical linear motor M2 of the present invention, the magnetic saturation can be suppressed to improve the thrust.
  • the axial width of the teeth 41 of the present embodiment is constant, and the depth of the inner peripheral end 41b of the deepest portion is In the range E, the axial width becomes larger toward the inner peripheral end 41b.
  • interval between the teeth 41 and 41 in the outer peripheral end 41a side of the teeth 41 becomes wide. That is, the width of the slot 61 on the outer peripheral end 41 a side of the tooth 41 is increased, and the number of electric wires of the winding 5 between the range D of the tooth 41 and the range D of the adjacent tooth 41 is increased.
  • the winding 5 disposed on the outer peripheral end 41 a side between the teeth 41 and 41 is opposed to the field 7 at a position closest to the field 7, and the number of electric wires of the winding 5 in this part is
  • the thrust generated by the mold linear motor M2 is greatly affected, and the thrust tends to increase as the number of wires of the winding 5 increases. Therefore, as in the present embodiment, the axial width is constant in the depth range D on the way from the outer peripheral end 41 a to the inner peripheral end 41 b as in the present embodiment, and the depth from the middle to the innermost end is constant.
  • the number of wires of the winding 5 disposed in the vicinity of the field 7 can be increased while securing the magnetic path cross sectional area. Therefore, according to the cylindrical linear motor M2 of the present embodiment, the number of electric wires of the winding 5 disposed in the vicinity of the field 7 can be increased while securing the magnetic path cross sectional area, so the mass of the cylindrical linear motor M2 Thrust density can be improved. Moreover, if it is a shape as mentioned above, processing of the teeth 41 is also easy.
  • the outer diameter of the outer tube 8 in the cylindrical linear motor M2 of this embodiment is between 60 mm and 100 mm, and the outer diameter of the core 21 is from 50 mm to 83 mm. If the internal angle ⁇ 1 formed by the inclined surface I1 of the teeth 41 and the orthogonal surface O is set to about 10 degrees, securing of the magnetic path cross-sectional area of the teeth 41 and the winding disposed in the vicinity of the field 7 It can be compatible with securing the number of wires of the wire 5 in a well-balanced manner, which is advantageous from the viewpoint of improvement of mass thrust density.
  • the magnetic path cross-sectional area can be secured compared to the conventional cylindrical linear motor. If the area of the inner peripheral end 41b of the tooth 41 is larger than the area obtained by multiplying the axial length Wo1 of the outer peripheral end 41a of the tooth 41 by the peripheral length ⁇ ⁇ ⁇ i of the inner peripheral end 41b of the tooth 41, the magnetic path sectional area can be secured. .
  • the area of the inner peripheral end 41 b of the tooth 41 may be larger than the area obtained by multiplying the axial length Wo 1 of the outer peripheral end 41 a of the tooth 41 by the peripheral length ⁇ ⁇ ⁇ i of the inner peripheral end 41 b.
  • the area of the inner peripheral end 41 b of the tooth 41 may be larger than the area obtained by multiplying the axial length Wo 1 of the outer peripheral end 41 a of the tooth 41 by the peripheral length ⁇ ⁇ ⁇ i of the inner peripheral end 41 b of the tooth 41.
  • the axial width is constant in the range D of the depth on the way from the outer peripheral end 41a to the inner peripheral end 41b, and in the range E of the inner peripheral end 41b from the depth in the middle to the inner peripheral end 41b. If the condition that the shape becomes larger toward the inner peripheral end 41b is satisfied, any change is possible.
  • the radial length in the range D of the teeth 41 is shorter than the radial length in the range E of the teeth 41, and the teeth 41 have teeth whose width in the range D is constant.
  • a large magnetic path cross-sectional area at the inner peripheral end 41b of 41 can be secured. Therefore, according to the cylindrical linear motor M2 of the present embodiment, the number of electric wires of the winding 5 arranged in the vicinity of the field 7 can be increased while securing a large magnetic path sectional area, so the cylindrical linear motor M2 Mass thrust density can be further improved.
  • the teeth 41 have an inclined surface I1 in the range E of the inner peripheral end 41b from the middle of the side surfaces 41c and 41d on both axial sides, and the inclined surface I1 and the core
  • the inner angles ⁇ 2 and ⁇ 3 formed by the orthogonal plane O1 orthogonal to the axis line A1 of 21 may be configured to gradually increase in the direction from the middle toward the inner peripheral end 41b.
  • the inclined surface I1 has a shape in which the inclination angle changes midway, and the inner angle ⁇ 3 on the inner peripheral side of the inclined surface I1 is larger than the inner angle ⁇ 2 on the outer peripheral side of the inclined surface I1. ing.
  • the inner angle ⁇ 2 is set to 10 degrees
  • the inner angle ⁇ 3 is set to 30 degrees.
  • the cross-sectional area of the hatched portion in the figure is increased compared to the tooth 41 in which the angle of the inclined surface I1 shown by the broken line in the figure is constant. Can increase the number of wires of the winding 5 per slot.
  • the teeth have an inclined surface I1 in the range E of the inner peripheral end 41b from the middle of the side surfaces 41c and 41d on both axial sides, and the inclined surface I1 and the axis A1 of the core 21
  • the interior angles ⁇ 2 and ⁇ 3 formed by the orthogonal plane O1 orthogonal to the axis gradually increase in the direction from the middle toward the inner peripheral end 41b, the magnetic path cross-sectional area of the teeth 41 is secured. Since the number of wires of the winding 5 per slot 6 can be increased, the mass thrust density of the cylindrical linear motor M2 can be further improved.
  • the cross section obtained by cutting the teeth 41 other than the teeth 41 at the end of the core 21 by the plane including the axis A1 of the core 21 is orthogonal to the axis A1 of the core 21 And the line L1 passing through the axial center of the teeth 41 as a symmetry axis.
  • the core 21 exerts thrust in either the left or right direction with respect to the field 7 Even if this is done, if the thrust is the same, the amount of current in the winding 5 will be equal.
  • the cylindrical linear motor M2 configured as described above, no difference in polarity occurs in the amount of energization to the winding 5 depending on the driving direction of the cylindrical linear motor M2, and thus, the drive control becomes easy.
  • the thrust generation direction of the cylindrical linear motor M2 is one direction or the like, if it is acceptable for the amount of energization to the winding 5 to cause a polarity difference depending on the drive direction, the shape of the teeth 41 The shape does not have to be axially symmetrical about the center of the direction.

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Abstract

上記した目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータ（１）は、筒状のヨーク（３）と、環状であってヨーク（３）の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース（４）とを有するコア（２）と、ティース（４），（４）間のスロット（６）に装着される巻線（５）と、筒状であって内方にコア（２）が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁（７）とを備え、ティース（４）の外周端（４ａ）の軸方向幅（Ｗｏ）よりティース（４）のヨーク側の内周端（４ｂ）の軸方向幅Ｗｉを大きくしてある。

Description

筒型リニアモータ
　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、ＪＰ２００８－２５３１３０Ａに開示されているように、筒状のヨークとヨークの外周に軸方向に並べて配置される複数のティースを備えたコアとティース間のスロットに装着されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線を有する電機子と、電機子の外周に設けられた円筒形のベースと軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶようにベースの内周に取付けられた複数の永久磁石とでなる可動子とを備えるものがある（たとえば、特許文献１参照）。
　このように構成された筒型リニアモータでは、電機子のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線へ適宜通電すると、可動子の永久磁石が吸引されて可動子が電機子に対して軸方向へ駆動される。
　前記筒型リニアモータの電機子では、ティースがヨークの外周に設けられており、ティースの軸方向幅が内周から外周まで等しい。そして、コアが円筒形状となっているため、ティースＴをコアの軸線を中心とする円筒で切断した断面を考えると、ティースＴの断面積は、図１０に示すように、ティースＴの内周端（ティースとヨークとの境をヨークの外周縁で切断した面）ｔｉで最小の面積Ｓｉとなる。ティースＴの軸方向幅が一定であるので、前記断面積は、直径の大きさに比例するから外周端ｔｏにおいて最大の面積Ｓｏとなり、外周端ｔｏから内周側へ行くと徐々に面積が小さくなり、内周端ｔｉで最小の面積Ｓｉとなる。
　よって、ティースＴの磁路断面積もティースＴの外周端ｔｏで最大となり、ティースＴの内周端ｔｉで最小となる。このような従来の筒型リニアモータでは、巻線に通電しても、ティースＴの内周端ｔｉにおける磁路断面積が小さいために、この内周端ｔｉで磁束が飽和してしまい、大きな推力を得るのが難しかった。
　そこで、本発明は、磁気飽和を抑制して推力を向上できる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外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、ティース間のスロットに装着される巻線と、筒状であって内方にコアが軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、ティースの外周端の軸方向幅よりティースのヨーク側の内周端の軸方向幅が大きくなっている。このように構成された筒型リニアモータでは従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線を通電した際の磁気飽和を抑制できる。
図１は、第一の実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。 図２は、第一の実施の形態の筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 図３は、第一の実施の形態の筒型リニアモータのティースの内周端の面積と従来の筒型リニアモータのティースと内周端の面積との差を説明する図である。 図４は、第一の実施の形態の筒型リニアモータの質量推力密度とティースにおける傾斜面とコアの軸線に直交する直交面とがなす内角との関係を示した図である。 図５は、第一の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 図６は、第二の実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。 図７は、第二の実施の形態の筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 図８は、第二の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのティース部分の縦断面図である。 図９は、第二の実施の形態の変形例における筒型リニアモータのスロットの容積を説明する図である。 図１０は、従来の筒型リニアモータのティースの内周端と外周端の面積について説明する図である。
　以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の筒型リニアモータＭ１，Ｍ２において共通する構成については同じ符号を付し、説明の重複を避けるために、一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１の説明において説明した構成については他の実施の形態の筒型リニアモータＭ２における説明では詳細な説明を省略する。
　＜第一の実施の形態＞
　第一の実施の形態における筒型リニアモータＭ１は、図１に示すように、筒状のヨーク３とヨーク３の外周に設けられる複数の環状のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入される界磁７とを備えて構成されている。
　以下、筒型リニアモータＭ１の各部について詳細に説明する。コア２は、円筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを備えて構成されて、本実施の形態では、可動子とされている。
　ヨーク３は、前述の通り円筒状であって、その横断面積は、コア２の軸線Ａ（図２参照）を中心として円筒でティース４の内周から外周までのどこを切っても、ティース４を前記円筒で切断した際にできる断面の面積以上となるように肉厚が確保されている。
　本実施の形態では、図１および図２に示すように、ヨーク３の外周に１０個のティース４が、軸方向に等間隔に並べて設けられており、ティース４，４間に巻線５が装着される空隙でなるスロット６が形成されている。また、各ティース４は、環状であって、ティース４における外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりも大きな軸方向幅Ｗｉを持つ内周端４ｂを備えている。つまり、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉの方が大きくなっている。
　また、本実施の形態では、図２に示すように、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄには、外周端４ａに接続する傾斜面Ｉが設けられている。そして、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面においては、傾斜面Ｉがコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θは、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。
　さらに、本実施の形態では、図１中最左方と最右方に配置されたティース４を除き、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面形状は、図２に示すように、コア２の軸線Ａに直交する線Ｌを対称軸とした線対称の形状となっている。つまり、幾何学的に、ティース４の外周端４ａの軸方向における中央とティース４の内周端４ｂの軸方向における中央とを結ぶ線がコア２の軸線Ａに直交する線Ｌに一致し、外周端４ａ、内周端４ｂおよび側面４ｃ，４ｄが線Ｌを対称軸として線対称な形状となっている。
　また、本実施の形態では、図１中で隣り合うティース４，４同士の間には、空隙でなるスロット６が合計で９個設けられている。そして、このスロット６には、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相およびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。
　そして、このように構成されたコア２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、コア２は、その図１中で右端と左端とがロッド１１に固定される環状のストッパ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。
　他方、界磁７は、本実施の形態では、円筒状の非磁性体で形成されるアウターチューブ８と、アウターチューブ８内に挿入される円筒状の非磁性体で形成されるインナーチューブ９と、アウターチューブ８とインナーチューブ９との間の環状隙間の全体に軸方向に積層されて挿入される複数の永久磁石１０とを備えて構成されている。界磁７内にはコア２が軸方向移動自在に挿入されている。永久磁石１０は、内周側に挿入されるコア２に対して軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように着磁されている。よって、界磁７にあっては、内周側で軸方向にＳ極とＮ極が交互に配置されていて、コア２に磁界を作用させている。なお、界磁７は、コア２の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア２の可動範囲に応じて永久磁石１０の設置範囲を決定すればよい。したがって、アウターチューブ８とインナーチューブ９との環状隙間のうち、コア２に対向し得ない範囲には、永久磁石１０を設置しなくともよい。
　また、アウターチューブ８とインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１４によって閉塞されており、アウターチューブ８とインナーチューブ９の図１中右端は内周に挿入されるロッド１１の軸方向の移動を案内する環状のロッドガイド１５によって閉塞されている。また、インナーチューブ９の内周には、ストッパ１２，１３が摺接しており、ストッパ１２，１３によってコア２はロッド１１とともに界磁７に対して軸ズレせずに軸方向へスムーズに移動できるようになっている。そして、インナーチューブ９は、コア２の外周と永久磁石１０の外周との間のギャップを形成するとともに、ストッパ１２，１３と協働してコア２の軸方向移動を案内する役割を果たしている。
　なお、キャップ１４には、巻線５に接続されるケーブルＣを外部の図示しない電源に接続するコネクタ１４ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。また、アウターチューブ８とインナーチューブ９の軸方向長さは、コア２の軸方向長さよりも長く、コア２は、界磁７内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。
　そして、たとえば、巻線５の界磁７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５の電流量を制御すれば、筒型リニアモータＭ１における推力とコア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。このように、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、コア２が電機子であり可動子であり、界磁７は固定子として振る舞う。また、コア２と界磁７とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線５への通電、あるいは、巻線５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Ｍ１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。
　以上のように、本発明の筒型リニアモータＭ１は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間のスロット６に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されてＮ極とＳ極とが軸方向に交互に配置される界磁７とを備え、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりティース４のヨーク側の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉが大きくなっている。
　このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりもティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉが大きい。よって、図３に示すように、外周端の軸方向幅を従来のティースＴと等しくする場合（Ｗｏ＝ｔｏ）、軸方向幅が一定の従来のティースＴに比較して、ティース４の内周端４ｂの面積（実線でハッチングした部分）Ａｉは、従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積（破線でハッチングした部分）Ｓｉよりも大きくなる。つまり、本発明の筒型リニアモータＭ１は、従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制できるので、より、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。以上より、本発明の筒型リニアモータＭ１によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。
　なお、前述した例では、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面における側面４ｃ，４ｄが外周端４ａの端部と内周端４ｂの端部同士を直線で接続する形状であった。しかしながら、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏよりもティース４の内周端４ｂの軸方向幅Ｗｉを大きくすれば、磁気飽和を抑制して筒型リニアモータＭ１の推力を向上できるので、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切断した断面における側面４ｃ，４ｄの形状を円弧形状や放物線形状としてもよい。また、ティース４の軸方向幅が途中で段階的に大きくなるような形状であってもよい。
　また、前述したように、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉが従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積Ｓｉよりも大きければ、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも確保できる。従来の筒型リニアモータにおけるティースＴでは径方向で軸方向幅が一定であるから、ティースＴの内周端の面積Ｓｉは、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１におけるティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積に等しい。つまり、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければ磁路断面積を確保できる。よって、筒型リニアモータＭ１は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４とを有するコア２と、ティース４，４間のスロット６に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁７とを備え、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きくなっていてもよい。このように筒型リニアモータＭ１が構成されても、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも大きく確保できるので、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制でき、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。なお、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉがティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏにティース４の内周端４ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければよいので、ティース４の形状も任意に変更可能である。
　また、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、ティース４の軸方向の両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを備えており、傾斜面Ｉとコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲の角度となっている。前述の筒型リニアモータＭ１の構造を前提として、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１におけるアウターチューブ８の外径を６０ｍｍから１００ｍｍの間の径とし、コア２の外径を５０ｍｍから８３ｍｍまでの間の径とすると、ティース４の断面における側面４ｃ，４ｄにおける傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θを変化させた場合の質量推力密度は図４に示す通りとなる。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータＭ１の最大推力を質量で割った数値である。すると、ティース４の断面におけるティース４の断面における側面４ｃ，４ｄにおける傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にあると、良好な質量推力密度が得られることが分かった。以上より、ティース４の軸方向の両側の側面４ｃ，４ｄに設けた傾斜面Ｉとコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏとでなす内角θを６度から１２度の範囲の角度とすると、筒型リニアモータＭ１の質量当たりの推力が大きくなるので小型で大きな推力が得られる筒型リニアモータＭ１を実現できる。換言すれば、搭載スペースに余裕がなく、軽量な筒型リニアモータが要望される航空機や車両に好適な筒型リニアモータＭ１を実現できる。なお、本実施の形態では、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄの全体が傾斜面Ｉとされているが、図５に示すように、側面４ｃ，４ｄのうちティース４の内周端４ｂの近傍の一部については傾斜面Ｉとしない場合にも筒型リニアモータＭ１の小型と大推力の発揮が可能という効果は失われない。一部のスロット６には、異なる相の巻線５を巻き回す必要があり、このようなスロット６には、同じ列には偶数本の巻線５を巻き回す必要がある。このため、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合でも、スロット６の最深部、つまり、ティース４のコア２に接続する根元部分において側面４ｃ，４ｄを傾斜面Ｉとできない場合がある。
　また、ティース４の内周端４ｂの面積をティース４の外周端４ａの面積以上にしてもよい。図３に示すように、ティース４の内周端４ｂの軸方向幅をＷｏとし、ティース４の外周端４ａの軸方向幅をＷｉとし、ティース４の外径をφｏとし、ティース４の内径をφｉとする。すると、ティース４の内周端４ｂの面積Ａｉは、Ａｉ＝π×φｉ×Ｗｉとなり、ティース４の外周端４ａの面積Ａｏは、Ａｏ＝π×φｏ×Ｗｏとなる。以上より、φｏ×Ｗｏ≦φｉ×Ｗｉを満足するように、ティース４の内外径φｉ，φｏと内周端４ｂと外周端４ａの軸方向幅Ｗｉ，Ｗｏの寸法を設定すれば、ティース４の内周端４ｂの面積をティース４の外周端４ａの面積以上とできる。このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４の内周端４ｂの磁路断面積が一番狭くなってボトルネックとなり磁気飽和を生じさせてしまうのを防止できるので、より効果的に推力を向上させ得る。
　また、ティース４をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った際にできる断面積をティース４の外周端４ａの面積Ａｏ以上にすると、ティース４の途中において磁路断面積がボトルネックとなるのを阻止できる。つまり、ティース４の外周端４ａから内周端４ｂまでの任意の位置をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った断面積が外周端４ａの面積Ａｏ以上となっていれば、ティース４の途中において磁路断面積が最小となるのを阻止できる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、磁路断面積がティース４の途中で小さくならないので、効果的に推力を向上させ得る。
　なお、磁路断面積のみに着目すれば、ティース４の外周端４ａから内周端４ｂまでの任意の位置をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った断面積を全て等しくすれば磁路断面積にボトルネックができず、かつ、無駄がなくなるのでコア２の質量も軽量化できる。なお、ヨーク３をコア２の軸線Ａに直交する直交面Ｏで切った断面の面積もティース４の外周端４ａの面積以上にしておくと、ヨーク３によって磁路断面積のボトルネックが生じない。
　さらに、本実施の形態の筒型リニアモータＭ１では、コア２の末端におけるティース４以外のティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切った断面は、コア２の軸線Ａに直交するとともにティース４の軸方向の中央を通る線Ｌを対称軸として線対称の形状とされている。このように構成された筒型リニアモータＭ１では、ティース４が軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状となるため、コア２を界磁７に対して図１中左右いずれの方向へ推力を発揮させるにしても、推力が同じであれば巻線５の電流量は等しくなる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ１によれば、筒型リニアモータＭ１の駆動方向によって巻線５への通電量に極性差が生じないので、駆動制御が容易となる。ただし、筒型リニアモータＭ１の推力発生方向が一方向であるような場合など、巻線５への通電量に駆動方向によって極性差が生じても構わないのであれば、ティース４の形状を軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状としなくともよい。
　なお、ティース４をコア２の軸線Ａを含む面で切った断面をコア２の軸線Ａに直交する線Ｌを対称軸として線対称の形状とし、かつ、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏ、傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θ、コア２の外径とスロット６の深さを適切に設定すれば、ティース４をコア２の軸線Ａを中心とする任意の直径の円筒で切った際にできる断面積をティース４の外周端４ａの面積Ａｏ以上にできる。つまり、ティース４の軸方向両側の側面４ｃ，４ｄに傾斜面Ｉを設ける場合、ティース４の外周端４ａの軸方向幅Ｗｏ、傾斜面Ｉと直交面Ｏとでなす内角θ、コア２の外径とスロット６の深さを適切に設定すれば、簡単な加工でコア２を形成できる。特に、切削加工によってコア２を製造する場合には、加工が容易となる。
　＜第二の実施の形態＞
　第二の実施の形態における筒型リニアモータＭ２は、図６に示すように、第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と同様に、筒状のヨーク３とヨーク３の外周に設けられる複数の環状のティース４１とを有するコア２１と、ティース４１，４１間に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２１が軸方向へ移動自在に挿入される界磁７とを備えて構成されている。
　第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２が第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と異なるのは、コア２１におけるティース４１の形状である。以下、このティース４１について詳細に説明する。第二の実施の形態における筒型リニアモータＭ２におけるティース４１は、図６および図７に示すように、環状であって、外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１よりも大きな軸方向幅Ｗｉ１を持つ内周端４１ｂを備えている。また、ティース４１は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状となっている。
　また、本実施の形態では、図７に示すように、ティース４１の軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄにおける範囲Ｄは、コア２１の軸線Ａ１に直交する面とされており、ティース４１の軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄにおける範囲Ｅは、コア２１の軸線に直交する面に対して傾斜する傾斜面Ｉ１とされている。そして、ティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切断した断面においては、傾斜面Ｉ１がコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ１は、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。また、本実施の形態では、ティース４１の範囲Ｄにおける径方向長さは、ティース４１の範囲Ｅにおける径方向長さよりも短くなっており、ティース４１の内周端４１ｂにおける磁路断面積が大きく確保されるように配慮されている。
　さらに、本実施の形態では、図６中最左方と最右方に配置されたティース４１を除き、ティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切断した断面形状は、図７に示すように、コア２１の軸線Ａ１に直交する線Ｌ１を対称軸とした線対称の形状となっている。つまり、幾何学的に、ティース４１の外周端４１ａの軸方向における中央とティース４１の内周端４１ｂの軸方向における中央とを結ぶ線がコア２１の軸線Ａ１に直交する線Ｌ１に一致し、外周端４１ａ、内周端４１ｂおよび側面４１ｃ，４１ｄが線Ｌ１を対称軸として線対称な形状となっている。
　また、第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２も第一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１と同様に、図６中で隣り合うティース４１，４１同士の間には、空隙でなるスロット６１が合計で９個設けられていて、スロット６１には巻線５が巻き回されて装着されている。第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２も第一の実施の形態の筒型リニアモータＭ１と同様に、９個のスロット６１に図６中左側から順に、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相よびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。
　以上のように、本発明の筒型リニアモータＭ２は、筒状のヨーク３と、環状であってヨーク３の外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース４１とを有するコア２１と、ティース４１，４１間のスロット６１に装着される巻線５と、筒状であって内方にコア２が軸方向へ移動自在に挿入されてＮ極とＳ極とが軸方向に交互に配置される界磁７とを備え、ティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１よりティース４のヨーク側の内周端４１ｂの軸方向幅Ｗｉ１が大きくなっている。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２は、第一の実施の形態の筒型リニアモータ１と同様に、従来の筒型リニアモータと比較して大きな磁路断面積を確保でき、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制できるので、より、大きな磁場を発生できるから推力が向上する。以上より、本発明の筒型リニアモータＭ２によれば、磁気飽和を抑制して推力を向上できるのである。
　さらに、本実施の形態のティース４１は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状となっている。このようにティース４１を構成すると、ティース４１の外周端４１ａ側におけるティース４１，４１間の間隔が広くなる。つまり、ティース４１の外周端４１ａ側のスロット６１の幅が広くなり、ティース４１の範囲Ｄと隣のティース４１の範囲Ｄまでの間の巻線５の電線数が多くなる。ティース４１，４１間の外周端４１ａ側の部分に配置される巻線５は、界磁７に最も近い位置で界磁７に対向しており、この部分の巻線５の電線数は、筒型リニアモータＭ２が発生する推力に大きな影響を与え、巻線５の電線数が増えれば前記推力が大きくなる傾向を示す。したがって、本実施の形態のように、ティース４１の形状を外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状とすると、磁路断面積を確保しつつ界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２によれば、磁路断面積を確保しつつ界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度を向上できる。また、前述のような形状であれば、ティース４１の加工も容易である。
　前述の筒型リニアモータＭ２の構造を前提として、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２におけるアウターチューブ８の外径を６０ｍｍから１００ｍｍの間の径とし、コア２１の外径を５０ｍｍから８３ｍｍまでの間の径とすると、ティース４１の傾斜面Ｉ１と直交面Ｏとでなす内角θ１を１０度程度に設定すると、ティース４１における磁路断面積の確保と界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数の確保とをバランスよく両立でき、質量推力密度の向上の観点から有利となる。
　なお、ティース４１の内周端４１ｂの面積が従来の筒型リニアモータにおけるティースＴの内周端の面積Ｓｉよりも大きければ、磁路断面積を従来の筒型リニアモータよりも確保できるので、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければ磁路断面積を確保できる。よって、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きくなっていてもよい。なお、ティース４１の内周端４１ｂの面積がティース４１の外周端４１ａの軸方向幅Ｗｏ１にティース４１の内周端４１ｂの周長π×φｉを乗じた面積よりも大きければよいので、ティース４１の形状は、外周端４１ａから内周端４１ｂに向かう途中の深さの範囲Ｄでは軸方向幅が一定で、途中の前記深さから最深部の内周端４１ｂの範囲Ｅでは軸方向幅が内周端４１ｂへ向かうほど大きくなる形状という条件を満たせば、任意に変更可能である。
　また、本実施の形態では、ティース４１の範囲Ｄにおける径方向長さは、ティース４１の範囲Ｅにおける径方向長さよりも短くなっており、ティース４１の範囲Ｄにおける軸方向幅を一定としてもティース４１の内周端４１ｂにおける磁路断面積を大きく確保できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータＭ２によれば、磁路断面積を大きく確保しつつも界磁７の近傍に配置される巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度をより一層向上できる。
　なお、ティース４１の形状は、図８に示した変形例のように、軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄの途中から内周端４１ｂの範囲Ｅに傾斜面Ｉ１を有し、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ２、θ３は途中から内周端４１ｂへ向かうと段階的に大きくなる形状としてもよい。
　本実施の形態では、傾斜面Ｉ１は、途中で傾斜角度が変化する形状とされており、傾斜面Ｉ１の外周側の内角θ２よりも傾斜面Ｉ１の内周側の内角θ３の方が大きくなっている。
　本実施の形態では、内角θ２は、１０度に設定してあり、内角θ３は、３０度に設定してある。このように、傾斜面Ｉ１の直交面Ｏ１とがなす内角が外周端４１ａ側から内周端４１ｂ側へ向かうほど段階的に大きくなる形状となっていると、図９に示すように、スロット６１の最深部の幅を同じにした場合、図中で破線で示した傾斜面Ｉ１の角度が一定のティース４１と比較して、図中での網掛け部分の断面積が増えるのでスロット６１の容積が大きくなり、一スロット当たりの巻線５の電線数を増やせる。
　よって、この変形例におけるティース４１のように、ティース形状が軸方向両側の側面４１ｃ，４１ｄの途中から内周端４１ｂの範囲Ｅに傾斜面Ｉ１を有し、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角θ２，θ３は前記途中から内周端４１ｂへ向かうと段階的に大きくなるような形状とされる場合、ティース４１における磁路断面積を確保しつつも一スロット６当たりの巻線５の電線数を増やせるので、筒型リニアモータＭ２の質量推力密度をより一層向上できる。
　なお、前述したところでは、傾斜面Ｉ１とコア２１の軸線Ａ１に直交する直交面Ｏ１とでなす内角は、二段階に変化しているが、三段階以上に変化してもよい。
　また、第二の実施の形態の筒型リニアモータＭ２では、コア２１の末端におけるティース４１以外のティース４１をコア２１の軸線Ａ１を含む面で切った断面は、コア２１の軸線Ａ１に直交するとともにティース４１の軸方向の中央を通る線Ｌ１を対称軸として線対称の形状とされている。このように構成された筒型リニアモータＭ２では、ティース４１が軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状となるため、コア２１を界磁７に対して左右いずれの方向へ推力を発揮させるにしても、推力が同じであれば巻線５の電流量は等しくなる。よって、このように構成された筒型リニアモータＭ２によれば、筒型リニアモータＭ２の駆動方向によって巻線５への通電量に極性差が生じないので、駆動制御が容易となる。ただし、筒型リニアモータＭ２の推力発生方向が一方向であるような場合など、巻線５への通電量に駆動方向によって極性差が生じても構わないのであれば、ティース４１の形状を軸方向の中央を中心として軸方向に対称な形状としなくともよい。
　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。
　本願は、２０１７年１１月２４日に日本国特許庁に出願された特願２０１７－２２５４０５および２０１８年１０月１９日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－１９７２５９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (9)

  1. 　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外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、
    　前記ティース間のスロットに装着される巻線と、
    　筒状であって内方に前記コアが軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、
    　前記ティースの外周端の軸方向幅より前記ティースのヨーク側の内周端の軸方向幅が大きい
    　筒型リニアモータ。
  2. 　請求項１に記載の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外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティースとを有するコアと、
    　前記ティース間のスロットに装着される巻線と、
    　筒状であって内方に前記コアが軸方向へ移動自在に挿入されて、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、
    　前記ティースの内周端の面積は、前記ティースの外周端の軸方向幅と前記ティースの内周端の周長とを乗じた面積よりも大きい
    　筒型リニアモータ。
  3. 　請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースの前記内周端の面積は、前記ティースの前記外周端の面積以上である
    　筒型リニアモータ。
  4. 　請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースを前記コアの軸線を中心とする円筒で切った際にできる断面積は、前記ティースの前記外周端の面積以上である
    　筒型リニアモータ。
  5. 　請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースは、前記外周端から前記内周端に向かう途中までの範囲では軸方向幅が一定で、前記途中から前記内周端の範囲では軸方向幅が前記内周端へ向かうほど大きくなる形状である
    　筒型リニアモータ。
  6. 　請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースは、軸方向両側の側面に傾斜面を有し、前記傾斜面と前記コアの軸線に直交する直交面とでなす内角は、６度から１２度の範囲の角度である
    　筒型リニアモータ。
  7. 　請求項５に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースは、軸方向両側の側面の前記途中から前記内周端の範囲に傾斜面を有し、前記傾斜面と前記コアの軸線に直交する直交面とでなす角度は前記途中から前記内周端へ向かうと段階的に大きくなる
    　筒型リニアモータ。
  8. 　請求項５に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースの前記外周端から前記途中までの範囲における径方向長さは、前記ティースの前記内周端から前記途中までの範囲における径方向長さよりも短い
    　筒型リニアモータ。
  9. 　請求項１に記載の筒型リニアモータであって、
    　前記ティースを前記コアの軸線を含む面で切った断面は、前記コアの軸線に直交する線を対称軸として線対称の形状である
    　筒型リニアモータ。
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