JP2005176464A

JP2005176464A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2005176464A
Application number: JP2003410867A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Moriyama; 毅森山; Ikuma Nariyoshi; 郁馬成吉; Tomoyuki Hoshikawa; 朋之星川
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd; Toei Electric Co Ltd
Current assignee: Toei Electric Co Ltd; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-30
Also published as: CN1906831B; CN1906831A

Abstract

【課題】電機子が軽量化されるとともに、推力変動のないリニアモータを提供する。
【解決手段】導電線を筒状に巻いた中空の３相コイル３を有する電機子と、磁極が３相コイル３の外周面に対向し、かつ、同じ極性の磁極が対向するように配置された複数の磁石６０と、を有し、対向する磁石間に３相コイル３のみが存在する。
【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータに関する。

コアレスリニアモータは、電機子にコア(鉄心)を持たないタイプのリニアモータであり、コギングがなく推力変動が小さい、精密制御が容易等の特徴をもつ。このコアレスリニアモータは、たとえば、工作機械、射出成形機、半導体製造装置等の各種分野に用いられている。コアレスリニアモータの構造は、たとえば、特許文献１等に開示されている。
たとえば、特許文献１に開示されているようなコアレスリニアモータの可動子では、可動子の剛性を確保するために、ステンレスやＦＲＰ等の非磁性材料からなるプレート状の保持板の両面に扁平に形成された複数のコイルが樹脂で固定される。この保持板を直線状に配列された一対の永久磁石列の間に配置し、一方の永久磁石列から他方の永久磁石列に向かう磁束とコイルに流れる電流との相互作用によって、左手のフレミング則に基づく推力が発生する。
特開２００２−１６５４３４号公報

ところで、上記のような構造のコアレスリニアモータでは、コイルの剛性が低いため、剛性を確保するための保持板が必ず必要である。このため、可動子が重くなり、制御応答性が低下するという不利益が存在した。
また、コイルの保持板をステンレス等の非磁性の金属を用いると、保持板は磁気回路の磁束の通路にあるため、保持板を可動子が直線運動したときに保持板に誘導電流が流れることで推力とは逆方向の力が発生し、推力変動の原因となる。

本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電機子が軽量化されるとともに、推力変動のないリニアモータを提供することにある。

本発明のリニアモータは、導電線を筒状に巻いた中空の３相コイルと、磁極が前記中空の３相コイルの外周面に対向し、かつ、同じ極性の磁極が対向するように配置された複数の磁石とを有する。

好適には、前記中空の３相コイルは、各相のコイルが筒状に整列多層巻きされ、かつ、接着剤で固められており、電気絶縁性の部材を介して端面が互いに結合されている

さらに好適には、前記中空の３相コイルは、互いに逆位相の磁界を発生させる第１および第２の中空の３相コイルとから構成され、前記第１および第２の中空の３相コイルの対応する各相のコイルは隣接して配置されている。

また、本発明のリニアモータは、導電線を筒状に巻いた中空の３相コイルと、磁極が前記中空の３相コイルの外周面に対向し、かつ、同じ極性の磁極が対向するように配置された複数の磁石と、非磁性で、かつ、電機絶縁性の材料で形成され、前記中空の３相コイルの各相のコイルの内周を共通に支持する中空の補強部材とを有する。

本発明では、電機子に用いる３相コイルを導電線を筒状に巻いて形成するため、コイルの断面２次モーメントを大きくとることができ、コイルの剛性、特に、曲げ、せん断剛性が高まる。また、導電線を筒状に整列多層巻きし、かつ、接着剤で固め、電気絶縁性の部材を介して端面を互いに結合することで、コイル自体の剛性が飛躍的に高まる。この結果、コイル内にコイルの剛性を確保するための金属部材が不要となり、電機子が大幅に軽量化される。
また、本発明では、コイルを極性が同じ磁極が対向配置された磁石間に配置するとともに、対向する磁石間に中空のコイルのみを配置し、磁石間にヨーク等の磁性体やコイルを保持する金属板などの導電体が存在しない。このため、対向する磁石の磁束は向きが相反し、かつ、コイル内部にヨークなどの磁性体が存在しないので、磁束は磁石に近い位置にあるコイルには到達するが、３相コイルの内部にはほとんど到達しない。
対向する磁石の一方の磁束とコイルとの間で発生する力の向きと、他方の磁束とコイルとの間で発生する力の向きとは同じ向きとなり、これがリニアモータの推力となる。
また、磁石間にコイル以外の導電体がないため、コイル以外に誘導電流が発生することがない。この結果、磁性体の磁気飽和による推力低下およびコイル以外の導電体に流れる誘導電流に起因する推力とは逆方向の力による推力変動がない。
さらに、本発明では、３相コイルに対して逆相の関係にある３相コイルを各相コイルに隣接して配置する。互いに隣接するコイルの内部では、相反する向きの磁束が発生し、互いに打ち消し合う。この結果、コイルからの磁束が磁石の形成する磁界へ悪影響を与えることがない。
また、本発明では、渦電流損失も回避でき、モータ効率の低下を防ぐことができる。

本発明によれば、電機子コイルの剛性を大幅に向上させることができる。
また、本発明によれば、コイルからの熱を効率良く放出でき、温度上昇が抑制されたリニアモータが得られる。
さらに、本発明によれば、電機子が大幅に軽量化されたリニアモータが得られる。
また、本発明によれば、推力の変動が大幅に抑制されたリニアモータが得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第1の実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係るリニアモータの構造を示す斜視図である。
図１に示すように、リニアモータ１は、可動部２と固定部５０とを有する。なお、本実施形態では、電機子が可動部２となっている。

固定部５０は、ヨーク５１と、ヨークに保持された複数の永久磁石６０とを有する。
ヨーク５１は、互いに対向する平面をもつ所定の間隔で対向する対向部５１Ａ，５１Ｂと、これらに垂直に配置され直動方向Ａ１およびＡ２に沿って対向部５１Ａ，５１Ｂの一端部を連結する連結部５１Ｃとからなる。なお、直動方向Ａ１，Ａ２は可動部２の運動する方向である。
対向部５１Ａ，５１Ｂおよび連結部５１Ｃは、たとえば、鉄などの強磁性体材料で一体に形成されている。対向部５１Ａ，５１Ｂまたは連結部５１Ｃの外側面がベースなどに固定される。なお、対向部５１Ａ，５１Ｂおよび連結部５１Ｃは、別体としてもよい。また、対向部５１Ａ，５１Ｂに強磁性体を用い、連結部５１Ｃに非磁性体を用いる構成としてもよい。また、ヨーク５１は、軽量化の観点から、アルミ二ウム合金等の比強度の高い軽量の金属や強化プラスチックなどの非磁性材料を用いてもよい。

永久磁石６０は、外形が長方形の板状に形成されており、各永久磁石６０は同じ寸法を有する。
これらの永久磁石６０は、対向部５１Ａ，５１Ｂの各対向面に直動方向Ａ１，Ａ２に沿って配列されている。永久磁石６０は、直動方向Ａ１，Ａ２に沿って磁極の極性が交互に反転する、すなわち、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極となるように配列されている。さらに、対向部５１Ａ側と対向部５１Ｂとで対向する永久磁石６０は、同じ極性の磁極が対向するように配置されている。

図２は、可動部２の構造を示す斜視図である。
図２に示すように、可動部２は、コイル結合体３と、保持部材１０とを有する。
保持部材１０は、プレート状の部材からなり、たとえば、ステンレス、アルミ二ウム合金等の金属で形成されている。保持部材１０は、コイル結合体３を保持する役割を果たす。この保持部材１０は、図示しないガイド機構によって直動方向Ａ１およびＡ２に移動自在に支持されている。

コイル結合体３は、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃからなる。各相のコイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、たとえば、電気絶縁材料で被覆された導電線にウエット状態の接着剤を塗布し、これを筒状に整列多層巻きし、接着剤を硬化させて固めたものである。コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、断面の輪郭形状が長方形状であり、永久磁石６０に対向する各辺がそれ以外の辺よりも長くなっている。
筒状の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃをそれぞれ形成したのち、非磁性材料からなる電気絶縁性部材９によって端面同士が互いに結合され、コイル結合体３が形成される。電気絶縁性部材９は、たとえば、ガラスエポキシ樹脂や硬質アルマイト処理されたアルミ合金である。コイル結合体３は、長手方向に沿って貫通する輪郭が長方形状の中空部３Ｈをもつ。
なお、３相コイル３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻き方向は、すべて同じである。
また、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを上記構成とすることにより、断面２次モーメントを大きくとることができ、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃコイルの剛性、特に、曲げ、せん断剛性が高まる。また、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃ自体の剛性が高まるとともに、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃは中空部３Ｈをもつので軽量である。

コイル結合体３の保持部材１０への固定は、図３に示すように、まず電気絶縁性の接着剤３５０により保持部材１０に対向する外周面３ｓ１を保持部材１０に固定する。さらに、コイル結合体３の永久磁石６０に対向する外周面３ｆ３,３ｆ４を締付部材１１で締め付けた状態で、締付部材１１をボルト３０で保持部材１０に締結する。これにより、コイル結合体３は保持部材１０に強固に固定される。

３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、断面の輪郭形状が長方形状となっているため、図４に示すように、互いに対向する永久磁石６０の対向面６０ｆは、コイル結合体３の外周面３ｆ３，３ｆ４に対して所定の空隙をもって対向しており、対向面６０ｆと外周面３ｆ３，３ｆ４は略平行である。図４から分かるように、対向する永久磁石６０，６０の間には、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを結合したコイル結合体３のみが配置されている。したがって、コイル結合体３の中空部３Ｈの内部には、磁性体や導電体は存在しない。

次に、上記構成のリニアモータ１の作用について図５を参照して説明する。
図５に示すように、直動方向Ａ１，Ａ２に関して、一対の磁極、すなわち、２個の永久磁石６０の寸法と、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの寸法とが略一致する。
３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを間にして、対向する永久磁石６０，６０の磁束ＢＦは、磁極の極性が同じであることから、対向している永久磁石６０，６０の一方から他方へはほとんど向かわず、主に隣接する永久磁石６０,６０へ向かう。

３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃへそれぞれ位相が１２０度づつ異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を供給すると、ヨーク５１Ａ側の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃに流れる電流の方向と、ヨーク５１Ｂ側の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃに流れる電流の方向は逆向きであり、かつ、ヨーク５１Ａ側の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを貫く磁束ＢＦの向きと、ヨーク５１Ｂ側の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃを貫く磁束ＢＦの向きとは逆になる。このため、ヨーク５１Ａ側とヨーク５１Ｂ側とには、同じ向きの推力が発生する。この推力によって、可動部２が直動方向Ａ１およびＡ２に駆動される。

図５からわかるように、永久磁石６０の磁束ＢＦは、永久磁石６０の表面６０ｆ付近に主に分布し、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの内部へは到達しにくい。したがって、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの芯部まで導電線が存在したとしても、永久磁石６０の磁束を利用することはできない。本実施形態では、磁束の到達しない領域を中空部３Ｈとして、永久磁石６０の磁束の利用効率を高めると同時に、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの軽量化を図っている。この結果、可動部２の大幅に軽量化され、高い制御応答性が実現する。

また、本実施形態によれば、コイル結合体３は中空部３Ｈを有するので、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃで発生した熱がこの中空部３Ｈを通じて外部に放出されやすくなる。また、この中空部３Ｈを利用して、空気などの冷却媒体を流せば、さらに効率良く冷却することができる。この結果、リニアモータの温度上昇を抑制でき、熱変形による位置決め精度の低下を防ぐことができる。
さらに、本実施形態によれば、コイル結合体３は中空部３Ｈに導電体が存在しないため、３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃの発生する磁界によって誘導電流が発生することがなく、推力とは逆方向の力が発生しない。この結果、誘導電流に起因するリニアモータ１の推力変動が発生しない。また、誘導電流が発生しないので、モータの効率の低下を防ぐことができる。

第２の実施形態
図６は、本発明の第２の実施形態に係るリニアモータの可動部の構造を示す斜視図である。なお、本実施形態に係るリニアモータの基本的な構成は第１の実施形態のリニアモータ１と同様である。また、図６において、第１の実施形態と同一構成部分は同一の符号を使用している。
図６に示す可動部２Ａは、３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１と、３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２からなるコイル結合体３０を備えている。各相のコイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２は、各相のコイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１にそれぞれ隣接して配置されている。
３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１と３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２は、上述した実施形態の３相コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃと同様の構成である。コイル結合体３０も上述した実施形態と同様に形成される。
３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２は、３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１に対して逆位相、すなわち、位相が１８０度異なる磁界を発生する。

次に、可動部２Ａを備えるリニアモータの作用について説明する。
図７に示すように、２組の３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１および３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２は、２対の磁極、すなわち、４個の隣り合う永久磁石６０に対向する。直動方向Ａ１およびＡ２に関して、４個の永久磁石６０の寸法と、６個のコイルの寸法とが略同じである。

たとえば、３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１と３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２の巻き方向が同じ場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１へ供給し、３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２へは、３相交流と位相が１８０度異なる-Ｕ相、-Ｖ相、-Ｗ相の３相交流を供給する。これにより、図７に示すように、コイル３Ａ１,３Ａ２、コイル３Ｂ１，３Ｂ２およびコイル３Ｃ１，３Ｃ２には、それぞれ逆向きの磁界が発生する。これらは、逆位相の関係にあるため、磁界の磁束は互いに打ち消しあう。
この結果、コイル３Ａ１,３Ａ２、コイル３Ｂ１，３Ｂ２およびコイル３Ｃ１，３Ｃ２内から漏れる磁束が抑制されるため、永久磁石６０の形成する磁場への乱れを少なくできまた、コイルの発生する磁束によるヨーク５１の磁気飽和を防ぐことができる。

なお、３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２と３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１とが発生する磁界を逆位相とするには、３相コイル３Ａ２，３Ｂ２，３Ｃ２と３相コイル３Ａ１，３Ｂ１，３Ｃ１の巻き方向を逆にして同相の３相交流を印加してもよいし、コイルの結線方法を変えることで対応してもよい。

図８は、上記した第２の実施形態の変形例を示す図である。
図８に示すように、コイル３Ａ１,３Ａ２、コイル３Ｂ１，３Ｂ２およびコイル３Ｃ１，３Ｃ２の組の寸法を２個の磁石６０の寸法と略同じとし、各コイルの組を６０度または１２０度の位相分異ならせた配置とする。各コイルの組に上記と同様に磁界を発生させることにより、同様の作用、効果が得られる。

第３の実施形態
図９は、本発明の第３の実施形態に係るリニアモータの可動部の構造を示す斜視図である。
図９に示すリニアモータ１Ａの基本的な構成は、第１の実施形態に係るリニアモータ１と同様であるが、異なる構成は、コイル結合体３の中空部３Ｈに補強部材２０を設けた点である。

補強部材２０は、コイル結合体３の中空部３Ｈの断面形状に合致する断面形状を有し、中空部３Ｈの全長に渡って中空部３Ｈの内周に嵌合している。補強部材２０はコイル結合体３と結合されている。
また、補強部材２０は、中空部２０ｈを備える。この中空部２０ｈは、軽量化のために形成されている。
補強部材２０の形成材料としては、非磁性で電気絶縁性の材料が用いられる。たとえば、ガラスエポキシ樹脂、カーボン繊維等の強化繊維を用いたＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等の材料が好ましく、金属よりも軽量で高剛性な材料が好ましい。
このように、非磁性で電気絶縁性の材料の補強部材２０によって、コイル結合体３の中空部３Ｈの内周を支持することにより、コイル結合体３の剛性をさらに向上させることができる。
なお、本実施形態では、補強部材２０の形状を筒状としたが、これに限定されるわけではなく、種々の形状を採用することができる。例えば、平板状ととしても良い。また、コイル内の全周に設けずに、例えば、対向する一対の側面にそれぞれ平板状の補強部材を設ける構成としても良い。また、中実の部材を用いて、中空部３Ｈをすべて補強部材とすることも可能である。

第４の実施形態
図１１は、本発明の第４の実施形態に係るリニアモータの斜視図である。
図１１に示すように、リニアモータ１００は、可動部１５０と固定部１０１とを有する。本実施形態では、固定部１０１が電機子となっている。

固定部１０１は、コイル結合体１０３と、保持部材１１０とを有する。
保持部材１１０は、平板状の部材からなり、たとえば、ステンレス、アルミ二ウム合金等の金属で形成されている。保持部材１１０は、コイル結合体１０３を保持する役割を果たす。この保持部材１１０は、図示しないベース等に固定される。

コイル結合体１０３は、３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃが複数集まったものである。各コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃは、電気絶縁部材１０９を介して結合されている。コイル結合体１０３の形成は、第１の実施形態で説明したコイル結合体３と同様である。ただし、３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃが多数結合され、全長が長い点で異なる。

図１１に示すように、保持部材１１０は、コイル結合体１０３の対向する外周面を全面的に保持している。このため、比較的長い全長をもつ固定部１０１の剛性が飛躍的に高まる。
また、コイル結合体３の中空部１０３Ｈは、直動方向Ａ１およびＡ２に沿って貫通している。

可動部１５０は、ヨーク１５１と、ヨークに保持された複数の永久磁石１０６とを有する。この可動部１５０は、図示しないガイド機構によって直動方向Ａ１およびＡ２に移動自在に支持されている。
ヨーク１５１は、図１２に示すように、互いに対向する平面をもつ所定の間隔で対向する対向部５１Ａ，１５１Ｂと、これらに垂直に配置され直動方向Ａ１およびＡ２に沿って対向部１５１Ａ，１５１Ｂの一端部を連結する連結部１５１Ｃとが一体に形成されている。なお、対向部１５１Ａ，１５１Ｂ、連結部１５１Ｃを別体としてもよい。
ヨーク１５１は、鉄などの磁性材料で形成することができるが、可動部１５０の軽量化の観点から、アルミ二ウム合金等の比強度の高い軽量の材料を用いることができる。
また、対向部１５１Ａ，１５１Ｂに磁性材料を用い、連結部１５１Ｃにアルミ二ウム合金等の非磁性材料を用いても良い。

永久磁石１０６は、たとえば、長方形または正方形の外形をもつ板状に形成されており同じ寸法を有する。永久磁石１０６は、ヨーク１５１の対向部１５１Ａ，１５１Ｂの各対向面に固定されている。各対向面に２個ずつ設けられている。また、同じ対向面に設けられた永久磁石１０６は、磁極の極性が異なるように配置されている。さらに、対向部１５１Ａ側と対向部１５１Ｂとで対向する永久磁石１０６は、同じ極性の磁極が対向するように配置されている。

３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃは、断面の輪郭形状が長方形となっているため、図１３に示すように、互いに対向する永久磁石１０６の対向面１０６ｆは、コイル結合体１０３の外周面１０３ｆに対して所定の空隙をもって対向しており、対向面１０６ｆと外周面１０３ｆは略平行に配置されている。

次に、上記リニアモータ１００の作用について図１３を参照して説明する。
図１３に示すように、直動方向Ａ１，Ａ２に関して、一対の磁極、すなわち、２個の永久磁石１０６の寸法と、３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃの寸法とが略一致する。
３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃを間にして、対向する永久磁石１０６，１０６の磁束ＢＦは、磁極の極性が同じであることから、対向している永久磁石１０６，１０６の一方から他方へはほとんど向かわず、主に隣接する永久磁石１０６へ向かう。
したがって、図１３からわかるように、永久磁石１０６の磁束ＢＦは、永久磁石１０６の表面付近に主に分布し、対向する３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃの内部へは到達しにくい。

３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃへそれぞれ位相が１２０度づつ異なるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を供給すると、電流は、すべてのコイルに流れる。ヨーク１５１Ａ側の３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃに流れる電流の方向と、ヨーク１５１Ｂ側の３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃに流れる電流の方向は逆向きであり、かつ、ヨーク１５１Ａ側の３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃを貫く磁束ＢＦの向きと、ヨーク５１Ｂ側の３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃを貫く磁束ＢＦの向きとは逆になる。このため、ヨーク１５１Ａ側とヨーク１５１Ｂ側とには、同じ向きの推力が発生する。この推力によって、可動部１５０が直動方向Ａ１およびＡ２に駆動される。

次に、リニアモータ１００の冷却方法の一例を図１４を参照して説明する。
図１４に示すように、コイル結合体１０３の中空部１０３Ｈの一端からファン３００を用いて空気を供給する。中空部１０３Ｈの一端から供給された空気は、中空部Ｈ内を通過し、熱を効率よく吸収して、中空部１０３Ｈの他端から排出される。
本実施形態では、コイル結合体１０３が固定されているので、空気等の冷却媒体を中空部１０３Ｈへ常時供給して強制冷却を容易に行うことができる。この結果、リニアモータの温度管理が容易にできる。
なお、冷却媒体として空気を用いたが、コイル結合体１０３をシールするなどして液体の冷却媒体を用いて冷却することも可能である。

第５の実施形態
図１５は、本発明の第５の実施形態に係るリニアモータの構成を示す図である。
なお、本実施形態に係るリニアモータの基本的な構成は第３の実施形態のリニアモータ１００と同様である。また、図１５において、第３の実施形態と同一構成部分は同一の符号を使用している。
図１５に示すリニアモータ１００Ａは、第３の実施形態と同様に、固定部が電機子であり、可動部に永久磁石が設けられている。リニアモータ１００Ａは、複数の３相コイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１と、３相コイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２からなるコイル結合体１０３−Ａを備えている。また、各相のコイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２は、各相のコイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１にそれぞれ隣接して配置されている。
３相コイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１と３相コイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２は、上述した実施形態の３相コイル１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃと同様の構成である。
３相コイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２は、３相コイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１に対して位相が１８０度異なる磁界を発生する。

また、ヨーク１５１Ａ，１５１Ｂには、それぞれ４個の永久磁石１６０が磁極の極性が直動方向Ａ１およびＡ２に沿って交互に反転するように配列され、かつ、対向する永久磁石１６０の磁極の極性が同じになるように固定されている。

図１５に示すように、２組の３相コイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１および３相コイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２は、２対の磁極、すなわち、４個の隣り合う永久磁石６０に対向する。直動方向Ａ１およびＡ２に関して、４個の永久磁石６０の寸法と、６個のコイルの寸法とが略同じである。

上記構成のリニアモータ１００Ａにおいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流を３相コイル１０３Ａ１，１０３Ｂ１，１０３Ｃ１へ供給し、３相コイル１０３Ａ２，１０３Ｂ２，１０３Ｃ２へは、３相交流と位相が１８０度異なる-Ｕ相、-Ｖ相、-Ｗ相の３相交流を供給する。コイル１０３Ａ１,１０３Ａ２、コイル１０３Ｂ１，１０３Ｂ２およびコイル１０３Ｃ１，１０３Ｃ２には、それぞれ逆向きの磁界が発生する。この結果、第２の実施形態と同様の作用、効果が得られる。

第６の実施形態
図１６は、本発明の第６の実施形態に係るリニアモータの構成を示す図である。
図１７は、図１６に示すリニアモータの可動部および固定部の構造を示す断面図である。
本実施形態に係るリニアモータは、電機子が固定部であり、可動部に永久磁石が設けられている。また、本実施形態に係るリニアモータの基本的な構成は、第４の実施形態または第５の実施形態と同様である。
本実施形態では、ヨーク１５１−Ａを外形が四角の筒状に形成している。ヨーク１５１−Ａの内面には、２組の対向する永久磁石１０６が設けられている。これらの永久磁石１０６がコイル結合体１０３の４つの外周面にそれぞれ対向している。
このように構成することにより、コイルが利用する永久磁石の利用効率が高まり、推力等を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、コイルの断面形状を長方形状とし、永久磁石を平板状に形成したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、コイルの断面形状は、正方形、円形、楕円形状などの他の形状でもよく、永久磁石はこれらの形状に応じて湾曲した形状とすることができる。
また、第３の実施形態で説明した補強部材２０は、第２、第４〜第６の実施形態のコイルにも適用することができる。
また、本発明の補強部財は、コイル内にセンターヨークが挿入されるタイプのリニアモータのコイルにも適用することができる。

本発明の一実施形態に係るリニアモータの構造を示す斜視図である。可動部の構造を示す斜視図である。可動部の側面図である。可動部および固定部の直動方向に直交する平面に沿った断面図である。リニアモータの作用を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係るリニアモータの可動部の構造を示す斜視図である。図６に示した可動部をもつリニアモータの作用を説明するための図である。第２の実施形態の変形例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係るリニアモータの構造を示す断面図である。本発明の第４の実施形態に係るリニアモータの斜視図である。本発明の第４の実施形態に係るリニアモータの正面図である。図１０に示すリニアモータの可動部および固定部の直動方向に直交する平面に沿った断面図である。図１０に示すリニアモータの可動部および固定部の水平面方向の断面図である。図１０に示すリニアモータにおける冷却方法の一例を示す断面図である。本発明の第５の実施形態に係るリニアモータの構成を示す図である。本発明の第６の実施形態に係るリニアモータの構成を示す図である。図１６に示すリニアモータの可動部および固定部の構造を示す断面図である。

符号の説明

１，１００，４００…リニアモータ
２…可動部
３…コイル結合体
１０…保持部材
２０…補強部材
５０…固定部
５１…ヨーク
６０…永久磁石

Claims

導電線を筒状に巻いた中空の３相コイルと、
磁極が前記中空の３相コイルの外周面に対向し、かつ、同じ極性の磁極が対向するように配置された複数の磁石と
を有するリニアモータ。
前記中空の３相コイルは、各コイルが筒状に整列多層巻きされ、かつ、接着剤で固められており、電気絶縁性の部材を介して端面が互いに結合されている
請求項１に記載のリニアモータ。
前記中空の３相コイルは、互いに逆位相の磁界を発生させる第１および第２の中空の３相コイルとから構成され、
前記第１および第２の中空の３相コイルの対応する各コイルは隣接して配置されている
請求項１に記載のリニアモータ。
導電線を筒状に巻いた中空の３相コイルと、
磁極が前記中空の３相コイルの外周面に対向し、かつ、同じ極性の磁極が対向するように配置された複数の磁石と、
非磁性で、かつ、電機絶縁性の材料で形成され、前記中空の３相コイルの各コイルの内周を共通に支持する補強部材と
を有するリニアモータ。