特許 5987038 コギング力を低減するリニアモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5987038

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】コギング力を低減するリニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H02K41/03 A

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-220344(P2014-220344)

(22)【出願日】2014年10月29日

(65)【公開番号】特開2016-92842(P2016-92842A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2015年9月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】390008235

【氏名又は名称】ファナック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100159684

【弁理士】

【氏名又は名称】田原 正宏

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100157211

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 一夫

(72)【発明者】

【氏名】前田 拓也

【審査官】 マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／０４４７４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−１２８４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０３８５００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４６４６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

等間隔で配列される複数の磁石と、前記磁石に対向して配置されていて前記磁石に向かって延在する複数の歯を有する電機子コアを備えた電機子と、を備えていて、前記磁石と前記電機子との対向面に沿った推力発生方向に推力が発生するリニアモータであって、
前記推力発生方向における前記電機子コアの端部構造に起因して発生するコギング力を低減するように、前記推力発生方向における一方の端部に位置する第１の歯、及び反対側の他方の端部に位置する第２の歯の寸法又は形状を互いに異なるようにし、
前記第１の歯及び前記第２の歯にそれぞれ対向する位置に在る磁石から見た前記第１の歯及び前記第２の歯が長方形の形状を有しており、
前記推力発生方向に沿って延在する前記第１の歯の幅及び前記第２の歯の幅を互いに異なるようにした、リニアモータ。

【請求項2】

前記第１の歯及び前記第２の歯が段部を含む形状を有する、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項3】

前記電機子コアが、互いに同一の断面形状を有する複数の電機子コア要素から形成されており、
前記複数の電機子コア要素のうちの１つが、残りの電機子コア要素とは反対方向に向けられており、それにより前記第１の歯及び前記第２の歯に段部が形成されるようになる、請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項4】

前記電機子コアが、複数の電機子コア要素から形成されており、
前記第１の歯及び前記第２の歯が２ｍ個（ｍ：自然数）の段部を含む形状を有するように、前記複数の電機子コア要素のうちの少なくとも１つが、残りの電機子コア要素とは反対方向に向けられている、請求項２に記載のリニアモータ。

【請求項5】

前記第１の歯及び前記第２の歯が、前記推力発生方向に対して垂直な方向において傾斜している、請求項１に記載のリニアモータ。

【請求項6】

前記第１の歯及び前記第２の歯の周りには、巻線が巻回されておらず、
前記第１の歯及び前記第２の歯は、前記第１の歯及び前記第２の歯に隣接する歯の周りに巻回された巻線に対して、絶縁体を介して接触しており、
前記第１の歯及び前記第２の歯以外の残りの歯は、両側面において巻線に対して絶縁体を介してそれぞれ接触している、請求項１から５のいずれか１項に記載のリニアモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はリニアモータに関する。

【背景技術】

【0002】

回転式モータとは異なり、リニアモータにおいては、電機子が推力発生方向において有限長を有する。そのため、推力発生方向における電機子の両端部の構造に起因して、リニアモータの推力において脈動成分、すなわちコギング力が発生することが知られている。コギング力は、リニアモータの位置決め精度を低下させる要因になる。したがって、コギング力を低減するように両端部の歯の形状などを変更する種々の対策が提案されている。

【0003】

特許文献１には、電機子移動方向の両端に位置するティースの先端部において、隣接するティースが形成されていない側の一部が切除されていて、電機子移動方向における長さが、他のティースの先端部よりも短くなるようにした、リニアモータが開示されている。
特許文献２には、コアの両端に位置する２つの端部側極歯の極歯面が、隣接する他の極歯から離れるに従って極歯面と永久磁石列との間の間隙寸法が徐々に大きくなるように傾斜する第１の傾斜面部と、第１の傾斜面部から離れるに従って極歯面と永久磁石列との間の間隙寸法が徐々に小さくなるように傾斜する第２の傾斜面部とを有するように形成されたリニアモータが開示されている。

【0004】

特許文献３には、コアの両端に位置する極歯の磁極面が、隣接する他の極歯から離れるに従って磁極列との間の間隙寸法が大きくなるように湾曲する円弧状の湾曲面を有するように形成されたリニアモータが開示されている。
特許文献４には、互いに平行に配列された複数の主ティースと、それら主ティースの両端に配置される一対の補助ティースとを備える電機子を備えたリニアモータにおいて、補助ティースが主ティースに対して傾斜して配置されることが開示されている。

【0005】

特許文献５には、互いに平行に配列された複数の主ティースと、それら主ティースの両端に配置される一対の補助ティースとを備える電機子を備えたリニアモータにおいて、界磁極の配列方向における電機子コアの長さ、或いは主ティースの個数に応じて補助ティースの形状を変更することが開示されている。
特許文献６には、巻線が巻回された複数の主ティースと、電機子コアの両端にそれぞれ設けられた補助ティースと、を備えた電機子を備えたリニアモータにおいて、補助ティースが、移動方向に対して直交する方向における寸法を進行方向に沿って変化させることが開示されている。

【0006】

特許文献７には、固定子及び可動子を備えたリニアモータにおいて、可動子に設けられたティースの先端部が、可動子の移動方向に突出した突出部を有しているとともに、可動子の移動方向に対して垂直であって、かつ固定子の永久磁石の磁極面に対して平行な方向において複数の領域に分割されており、隣接するそれら領域の間において、移動方向の少なくとも一方の突出量が異なるようにすることを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−２９９３４２号公報

【特許文献2】特開２００５−２２３９９７号公報

【特許文献3】特開２００５−１０２４８７号公報

【特許文献4】特開２００８−１２５３２２号公報

【特許文献5】特開２００４−３６４３７４号公報

【特許文献6】特開２０１１−１８８７０９号公報

【特許文献7】国際公開第２００９／０４４７４８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前述した公知技術においては、電機子コアの端部に位置する歯を寸法決めする際の自由度が多く、コギング力を低減するのに最適な解を得るのが困難であった。また、それら公知技術によるコギング力の低減効果も限定的であった。したがって、電機子の端部構造に起因して発生するコギング力を効果的に低減できるリニアモータが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願の１番目の発明によれば、等間隔で配列される複数の磁石と、前記磁石に対向して配置されていて前記磁石に向かって延在する複数の歯を有する電機子コアを備えた電機子と、を備えていて、前記磁石と前記電機子との対向面に沿った推力発生方向に推力が発生するリニアモータであって、前記推力発生方向における前記電機子コアの端部構造に起因して発生するコギング力を低減するように、前記推力発生方向における一方の端部に位置する第１の歯、及び反対側の他方の端部に位置する第２の歯の寸法又は形状を互いに異なるようにし、前記第１の歯及び前記第２の歯にそれぞれ対向する位置に在る磁石から見た前記第１の歯及び前記第２の歯が長方形の形状を有しており、前記推力発生方向に沿って延在する前記第１の歯の幅及び前記第２の歯の幅を互いに異なるようにした、リニアモータが提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るリニアモータにおいて、前記第１の歯及び前記第２の歯が段部を含む形状を有する。
本願の３番目の発明によれば、２番目の発明に係るリニアモータにおいて、前記電機子コアが、互いに同一の断面形状を有する複数の電機子コア要素から形成されており、前記複数の電機子コア要素のうちの１つが、残りの電機子コア要素とは反対方向に向けられており、それにより前記第１の歯及び前記第２の歯に段部が形成される。
本願の４番目の発明によれば、２番目の発明に係るリニアモータにおいて、前記電機子コアが、複数の電機子コア要素から形成されており、前記第１の歯及び前記第２の歯が２ｍ個（ｍ：自然数）の段部を含む形状を有するように、前記複数の電機子コア要素のうちの少なくとも１つが、残りの電機子コア要素とは反対方向に向けられている。
本願の５番目の発明によれば、１番目の発明に係るリニアモータにおいて、前記第１の歯及び前記第２の歯が、前記推力発生方向に対して垂直な方向において傾斜している。
本願の６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明に係るリニアモータにおいて、前記第１の歯及び前記第２の歯の周りには、巻線が巻回されておらず、前記第１の歯及び前記第２の歯は、前記第１の歯及び前記第２の歯に隣接する歯の周りに巻回された巻線に対して、絶縁体を介して接触しており、前記第１の歯及び前記第２の歯以外の残りの歯は、両側面において巻線に対して絶縁体を介してそれぞれ接触している。

【0010】

これら及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、添付図面に示される本発明の例示的な実施形態に係る詳細な説明を参照することによって、より明らかになるであろう。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るリニアモータによれば、推力発生方向における電機子の端部構造に起因して発生するコギング力を低減するように、電機子の両端に位置する歯の寸法又は形状が互いに相違するように形成される。それにより、円滑に動作可能であって位置決め精度を向上させたリニアモータが提供されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るリニアモータを示す斜視図である。

【図2】一実施形態に係るリニアモータの電機子の構成例を示す図である。

【図3】図２の電機子を示す正面図である。

【図4】一実施形態に係るリニアモータにおいて発生する磁力線を示す図である。

【図5】一実施形態に係るリニアモータにおいて発生するコギング力を示す図である。

【図6A】別の実施形態に係るリニアモータの電機子の構成例を示す図である。

【図6B】図６Ａの電機子を反対方向から見た図である。

【図7】一実施形態に係るリニアモータにおいて発生するコギング力を示す図である。

【図8】別の実施形態に係るリニアモータの電機子の構成例を示す図である。

【図9】別の実施形態に係るリニアモータの電機子の構成例を示す図である。

【図10】関連技術に係るリニアモータの電機子を示す正面図である。

【図11】図１０に示される関連技術に係るリニアモータにおいて発生する磁力線を示す図である。

【図12】関連技術に係るリニアモータにおいて発生するコギング力を示す図である。

【図13】関連技術に係るリニアモータの電機子を示す正面図である。

【図14】関連技術に係るリニアモータの電機子を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される各々の構成要素は、本発明の理解を助けるために寸法が適宜変更されている。また、同一又は対応する構成要素には、同一の参照符号が使用される。

【0014】

図１は、一実施形態に係るリニアモータを示す斜視図である。リニアモータ１０は、矢印Ｘ１、Ｘ２で示されるリニアモータ１０の移動方向に延在する磁石板２と、磁石板２に対向して設けられた電機子３と、を備えている。電機子３に対向する磁石板２の面には、リニアモータ１０の移動方向に対して垂直な方向（矢印Ｙ１、Ｙ２の方向）に延在する長尺の磁石２１が等間隔で配列されている。磁石２１は、公知の手段、例えば、ねじ留め、接着剤又は追加の係止部品などによって磁石板２に固定されている。

【0015】

磁石２１は、例えばネオジム磁石などの永久磁石であり、リニアモータ１０の界磁磁極を形成する。磁石２１の電機子３に対向する面は、例えば二次曲線、円弧又は双曲線余弦関数に従って湾曲している。各々の磁石２１は、長手方向（矢印Ｙ１、Ｙ２の方向）に沿って同一の断面形状を有している。磁石２１は、隣接する磁石２１の磁極が反対向きになるように配列されている。

【0016】

電機子３は、磁石板２に対して平行に延在する板状の本体と、本体から磁石板２の磁石２１に向かって矢印Ｚ１の方向に突出する複数の歯４と、を有する電機子コア３１を備えている。電機子コア３１は、例えば電磁鋼板を矢印Ｙ１、Ｙ２の方向に積層することによって形成される。

【0017】

歯４は、巻線５が巻回される主歯４１と、巻線５が巻回されていない副歯４２と、を有している。主歯４１及び副歯４２は、所定間隔で矢印Ｘ１、Ｘ２の方向に交互に配列されている。巻線５は、図示されない絶縁紙を介して主歯４１及び副歯４２にそれぞれ接触するように設けられている。巻線５には、三相交流の電流が供給されるようになっており、それにより矢印Ｘ１、Ｘ２の方向に移動する磁界が生成される。

【0018】

図２は、一実施形態に係る電機子３を磁石２１側（図１の矢印Ｚ１の方向）から見た図である。図２に示される電機子３は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相交流の電流が供給される３つの巻線を含む基本的な構成を有している。なお、図２においては簡単のため巻線は示されていない。電機子コア３１には、３つの巻線を受容するように、主歯４１と副歯４２との間、及び主歯４１と、後述する第１の歯４３及び第２の歯４４との間に３つのスロット５１、５２、５３がそれぞれ形成されている。図示されるように、各々の歯４は、歯４の先端側から見た形状が長方形であるように、矢印Ｚ１の方向に延在する直方体の形状を有していて、一定の幅で矢印Ｙ１、Ｙ２の方向に延在している。

【0019】

リニアモータ１０は、主歯４１に巻回された巻線５に対して三相交流の電流が供給されることにより生じる移動磁界と、磁石２１との相互作用によって、電機子３と磁石２１との対向面に沿った方向に発生する推力によって移動できるようになっている。磁石板２及び電機子３のいずれか一方のみが移動可能であってもよいし、或いは磁石板２及び電機子３の両方が相対的に移動可能であってもよい。

【0020】

リニアモータ１０においては、電機子３の端部構造に起因して推力が脈動する現象、すなわち「コギング」が発生することが知られている。本明細書では、周期的に脈動する力の成分を「コギング力」と称する。コギング力は、電機子３の端部と、対向する磁石２１との間の位置関係に応じて発生するので、電機子３の端部が磁石２１を通過するたびに発生する。図２に示されるように、３つのみのスロット５１、５２、５３が形成された電機子３は、三相交流の電流によって巻線を励磁する場合の最小構成であり、推力発生方向における全長が短いので、端部構造に起因して発生するコギング力の影響が相対的に大きくなる。

【0021】

本実施形態においては、端部構造に起因して発生するコギング力を低減することを目的として、矢印Ｘ１の方向の端部に位置する電機子３の副歯（以下、便宜上「第１の歯」と称することがある）４３と、矢印Ｘ２の方向の端部に位置する電機子３の副歯（以下、便宜上「第２の歯」と称することがある）４４とが、互いに異なる寸法を有するようにそれぞれ形成されている。

【0022】

図３は、図２の電機子３を示す正面図である。図３には、図２と同様に巻線５が示されていない。本実施形態によれば、第１の歯４３及び第２の歯４４は、第１の歯４３の、矢印Ｘ１、Ｘ２の方向に沿った寸法、すなわち幅Ｗ１が、第２の歯４４の幅Ｗ２よりも小さくなるようにそれぞれ寸法決めされている。このように第１の歯４３の幅Ｗ１と第２の歯４４の幅Ｗ２を異なるようにすることによって、電機子３の端部形状に起因するコギング力が低減されるようになる。

【0023】

図４は、図２及び図３を参照して説明したように、第１の歯４３の幅Ｗ１が、第２の歯４４の幅Ｗ２よりも小さくなるように寸法決めされたリニアモータ１０において発生する磁力線を示す図である。磁石２１を通って延在する線が磁力線を表している。隣接して延在する磁力線の間隔が狭いほど磁界が強いことを意味する。図４に示されるように、第１の歯４３及び第２の歯４４を通る磁力線の間隔は互いに同程度である。したがって、電機子３の両端部において発生する磁界の強さが同等であり、全体としても磁力線の分布が概ね均等であることが推察される。なお、このような磁力線図に基づいて、リニアモータ１０に作用する力を求められることは当業者には自明である。

【0024】

図１０は、比較例に係るリニアモータの電機子１００の構成を有している。電機子１００には、図３に示される電機子３と同様に、３つの主歯１０２の周囲にスロット１０４がそれぞれ形成されている。しかしながら、電機子１００は、電機子コアの両端に位置する第１の歯１１０及び第２の歯１１２が互いに同一の形状及び寸法を有している点で、本実施形態の電機子３とは相違する。

【0025】

図１１は、図１０に示される電機子１００を備えたリニアモータにおいて発生する磁力線を示す図である。この場合、第１の歯１１０を通る磁力線の間隔が、第２の歯１１２を通る磁力線の間隔に比べて大きくなっている。このことは、第１の歯１１０を通る磁界の強さが、第２の歯１１２を通る磁界の強さよりも顕著に小さいことを意味する。また、電機子１００と磁石列１０８との間のギャップ部においても磁力線の間隔が不均一になっている。全体的に見ても、電機子１００及びその周囲において磁力線が偏在していることが分かる。このような電機子１００の端部間における磁界のアンバランスは、コギング力が増大する原因となる。

【0026】

図４に示されるような磁力線図は、電機子３と磁石板２との位置関係に応じて変化する。本実施形態においては、第１の歯４３及び第２の歯４４の先端側から見た歯幅を調整しながら、電機子３と磁石板２との位置関係を変更し、各々の位置関係における磁力線の分布を分析する。そして、いかなる位置関係においても磁界の強さが均等化される適切な歯幅を求める。この際、従来採用されていた電機子の構造に従って、端部形状を互いに対称にした場合、磁界の強さを十分に均等化することはできなかった。それに対し、電機子３の両端に位置する第１の歯４３及び第２の歯４４を互いに異なる形状又は寸法に変更した場合、磁界の強さを均等化できることが分かった。

【0027】

図１２は、比較例に係るリニアモータにおいて発生するコギング力を示すグラフである。図１２の実線は、第１の比較例において発生するコギング力を示しており、破線は、第２の比較例において発生するコギング力を示している。第１の比較例において、電機子１００は、図１３に示されるように、矢印Ｘ１の方向の端部において副歯１０６が形成されているのに対し、矢印Ｘ２の方向の端部には副歯１０６が形成されていない。すなわち、電機子１００の、矢印Ｘ２の方向における端部において、主歯１０２の周囲に形成されるスロット１０４に挿入される巻線が配置されるようになる。

【0028】

他方、第２の比較例に係る電機子１００は、図１４に示されるように、副歯１０６が両端に設けられていない。すなわち、スロット１０４に挿入される図示されない巻線が電機子１００の両端にそれぞれ配置されるようになる。

【0029】

図１２を再び参照すれば、第１の比較例は、約３０Ｎの振幅を有するコギング力が、磁石列のピッチに相当する移動距離１５ｍｍごとに発生する。すなわち、電機子が１つの磁石を通過する度にコギング力が発生することになる。第２の比較例においては、移動距離１５ｍｍごとに約４０Ｎの振幅を有するコギング力が発生する。なお、第１の比較例及び第２の比較例において、磁石の長手方向の幅及び電機子の全体の幅（矢印Ｙ１、Ｙ２の方向の寸法に相当）は、５０ｍｍである。

【0030】

図５は、図２及び図３を参照して説明した電機子３を備えるリニアモータにおいて発生するコギング力を示すグラフである。隣接する磁石２１の間隔は、前述した比較例と同様に１５ｍｍである。同様に、矢印Ｙ１、Ｙ２の方向における磁石２１の長手方向の幅及び電機子３の全体の幅は５０ｍｍである。しかしながら、本実施形態におけるリニアモータにおいては、互いに異なる幅を有する第の１歯４３及び第２の歯４４と、対向する磁石２１との間の相互作用に起因して、移動距離１５ｍｍごとに互いに位相がずれた２つのコギング力が発生する。それら２つのコギング力は互いに打ち消し合って小さくなり、図５に示されるように振幅が１０Ｎ未満まで低下する。

【0031】

本発明によれば、図１１で示されるような磁力線のアンバランスを解消するように、電機子３の両端の歯、すなわち第１の歯４３及び第２の歯４４の寸法又は形状を変更する。磁力線が最小の長さを有するように変形する方向に力が作用する性質、及び磁力線どうしは互いに反発しようとする性質を利用して、第１の歯４３及び第２の歯４４の寸法又は形状を調整する。第１の歯４３及び第２の歯４４にそれぞれ対向する位置に在る磁石２１から見た第１の歯４３及び第２の歯４４の寸法又は形状を調整することが有効であるものの、磁石２１から見える部位以外の部位において、第１の歯４３及び第２の歯４４の寸法又は形状が互いに異なるようにしてもよい。

【0032】

図４及び図１１に示されるようなリニアモータにおいて発生する磁力線の解析は、例えば有限要素法を利用して実行可能である。本実施形態において例示されるように、推力発生方向における第１の歯及び第２の歯の幅をそれぞれ調整しながら、磁力線のアンバランスが解消される適切な寸法を決定する。このような歯幅の変更によるコギング力の低減効果は、直方体の形状以外の任意の形状を有する歯に対しても有効である。第１の歯及び第２の歯のいずれか一方の形状を変更する場合も同様に、形状を変更しながら磁力線の解析を行い、必要に応じて寸法の微調整を通じて、コギング力を低減するのに適切な形状を決定できる。このように、本発明によれば、リニアモータにおける二次元ないし三次元における磁気的作用の解析結果を利用することによって、効果的なコギング力を効果的に低減できるようになる。

【0033】

図１〜図５を参照して説明したように、本実施形態に係るリニアモータ１０では、電機子３の両端に位置する第１の歯４３及び第２の歯４４の寸法を互いに異ならしめることによって、電機子３の端部形状に起因して発生するコギング力を低減できる。さらに、図示される実施形態によれば、第１の歯４３の幅Ｗ１及び第２の歯４４の幅Ｗ２を調整する比較的単純な方法によって、コギング力を低減できる利点がある。また、主歯４１、副歯４２、第１の歯４３及び第２の歯４４がそれぞれ直方体の形状を有する場合、コイル状に形成された巻線５をスロット５１、５２、５３に容易に挿入できるので、作業効率が向上する。さらに、巻線５が、第１の歯４３及び第２の歯４４を含むすべての歯４に対して絶縁紙を介して接触するように構成した場合、巻線５から発生する熱を均等に散逸できるようになり、熱が電機子の特定の箇所に滞留するのを防止できる。

【0034】

図６Ａ及び図６Ｂは、別の実施形態に係る電機子３を示す図である。図６Ａは、電機子３を、歯４が形成された側とは反対側から見た斜視図であり、図６Ｂは、電機子３を歯４の先端側から見た斜視図である。本実施形態において、電機子コア３１は、第１の電機子コア要素３Ａ、第２の電機子コア要素３Ｂ及び第３の電機子コア要素３Ｃから形成されている。第１の電機子コア要素３Ａ、第２の電機子コア要素３Ｂ及び第３の電機子コア要素３Ｃは、同一の形状及び寸法を有する複数の電磁鋼板を積層することにより、それぞれ形成される。第１の電機子コア要素３Ａ、第２の電機子コア要素３Ｂ、第３の電機子コア要素３Ｃは、推力発生方向に対して直角な矢印Ｙ１、Ｙ２の方向において並置されている。第３の電機子コア要素３Ｃは、第１の電機子コア要素３Ａと第２の電機子コア要素３Ｂとの間に設けられている。

【0035】

第１の電機子コア要素３Ａ及び第２の電機子コア要素３Ｂは、互いに同一の形状及び寸法を有している。第３の電機子コア要素３Ｃは、矢印Ｙ１、Ｙ２の方向において、第１の電機子コア要素３Ａの幅及び第２の電機子コア要素３Ｂの幅の合計に等しい幅を有している。すなわち、第３の電機子コア要素３Ｃは、第１の電機子コア要素３Ａ又は第２の電機子コア要素３Ｂの２倍の幅を有している。各々の電機子コア要素３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、図２及び図３を参照して説明した実施形態と同様に、矢印Ｘ１、Ｘ２の方向における両端において、互いに寸法が異なる第１の歯４３及び第２の歯４４をそれぞれ有している。具体的には、第１の歯４３の幅が、第２の歯４４の幅よりも小さくなるように寸法決めされている。

【0036】

第３の電機子コア要素３Ｃは、第１の電機子コア要素３Ａ及び第２の電機子コア要素３Ｂとは反対側を向くように１８０度回転されている。また、各々の電機子コア要素３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、それらの主歯４１及び副歯４２が矢印Ｙ１、Ｙ２の方向において整列するように互いに位置合わせされている。それにより、主歯４１の周囲に形成される巻線が挿入されるスロットも、矢印Ｙ１、Ｙ２の方向において整列している。

【0037】

また、電機子３の矢印Ｘ１の方向における端部には、第１の電機子コア要素３Ａ及び第２の電機子コア要素３Ｂの第１の歯４３と、第３の電機子コア要素３Ｃの第２の歯４４との間に段部、すなわち凸部４６が形成されている。また、電機子３の矢印Ｘ２の方向における端部には、第１の電機子コア要素３Ａ及び第２の電機子コア要素３Ｂの第２の歯４４と、第３の電機子コア要素３Ｃの第１の歯４３との間に段部、すなわち凹部４８が形成されている。凸部４６及び凹部４８は、矢印Ｙ１、Ｙ２の方向における電機子３の全体の幅の半分にわたって形成される。

【0038】

図７は、本実施形態、第１の例及び第２の例に従って形成される電機子を備えたリニアモータにおいて発生するコギング力を示すグラフである。図７の実線は、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明した本実施形態に係る電機子３を備えたリニアモータにおいて発生するコギング力を示している。図７の破線は、第１の例、すなわち電機子コアが、両端において段部が形成されないように第１の電機子コア要素３Ａのみを用いて形成される場合を示している。図７の点線は、第２の例、すなわち電機子コアが、両端において段部が形成されないように第３の電機子コア要素３Ｃのみを用いて形成される場合を示している。なお、第１の電機子コア要素３Ａ及び第３の電機子コア要素３Ｃは、前述したように、同一の電磁鋼板を積層して形成される部材であって、１８０度向きを変えて配置される。

【0039】

第１の例は、図５に示される結果と同じであり、約１０Ｎの振幅を有するコギング力が磁石２１のピッチに相当する移動距離１５ｍｍごとに２回発生する。第２の例は、第１の例における電機子の向きを１８０度変えただけであるので、同様に約１０Ｎの振幅を有するコギング力が移動距離１５ｍｍごとに２回発生する。

【0040】

それに対し、本実施形態の場合、約５Ｎの振幅を有するコギング力が、移動距離１５ｍｍごとに４回発生する。すなわち、本実施形態に係る電機子３の端部に位置する歯には、凸部４６又は凹部４８を含む段部が形成されている。それにより、電機子３の両端において、位相が異なる２つのコギング力がそれぞれ発生し、４つのコギング力が互いに打ち消し合うように作用する。その結果として、図７に示されるように、電機子３が１つの磁石２１を通過するごとに発生するコギング力が低減されるようになる。

【0041】

図示される実施形態のように、同一の電磁鋼板からそれぞれ形成される電機子コア要素３Ａ、３Ｂ、３Ｃを用いて、両端において段部を有する歯を備えた電機子コア３１を形成すれば、共通の型を用いて電機子コア３１を形成できる。したがって、電機子３、ひいてはリニアモータ１０の製造コスト及び保守コストを削減できる。しかしながら、本発明はそのような特定の実施形態に限定されず、互いに異なる複数の電磁鋼板を積層することにより、両端の歯に段部が形成された電機子を形成してもよい。また、電機子コア３１の両端の歯がそれぞれ２段以上の段部を有するように、電機子を４つ以上の電機子コア要素から形成してもよい。例えば、端部形状（第１の歯及び第２の歯の寸法又は形状）が異なる追加の複数の電機子コア要素を用いるとともに、それら追加の電機子コア要素のうちの少なくとも１つが反対方向に向けられるように配置することによって、両端の歯が４段、６段、・・・の段部を有する電機子コアを形成してもよい。

【0042】

図８は、別の実施形態に係るリニアモータの電機子３の構成を示している。図８は、電機子３を歯４の先端側（図１の矢印Ｚ１の方向）から見た図に相当する。すなわち、本実施形態によれば、電機子コア３１から延在する歯４のうち、リニアモータの移動方向の両端に位置する第１の歯４３及び第２の歯４４が、それぞれリニアモータの移動方向に対して直交する矢印Ｙ１、Ｙ２の方向に対して傾斜するように形成されている。その他の構成は、図２及び図３を参照して説明した実施形態に係る電機子と同様である。このようなスキュー構造を有するリニアモータであっても、電機子３の両端に位置する第１の歯４３及び第２の歯４４を互いに異なる寸法に形成することによって、電機子３の端部構造に起因して発生するコギング力が互いに打消し合うようになり、コギング力を低減する効果が得られる。

【0043】

図９は、別の実施形態に係るリニアモータの電機子３の構成を示している。本実施形態において、第１の歯４３及び第２の歯４４は、互いに異なる形状を有している。具体的には、第１の歯４３は、直方体の形状を有するのに対し、第２の歯４４は、隣接する主歯４１に対向する側面（矢印Ｘ１の方向から見た端面）が平面であるのに対し、端部に向けられた側面（矢印Ｘ２の方向から見た端面）が、歯先の幅が徐々に小さくなるように円弧状の輪郭を有する曲面である。このような非対称の形状を有する電機子３においても、前述した他の実施形態と同様に、電機子３の端部形状に起因して発生するコギング力が互いに打消し合うようになり、結果的にコギング力を低減できるようになる。

【0044】

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、当業者であれば、他の実施形態によっても本発明の意図する作用効果を実現できることを認識するであろう。特に、本発明の範囲を逸脱することなく、前述した実施形態の構成要素を削除又は置換することができるし、或いは公知の手段をさらに付加することができる。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

【符号の説明】

【0045】

１０ リニアモータ
２ 磁石板
２１ 磁石
３ 電機子
３１ 電機子コア
４ 歯
４１ 主歯
４２ 副歯
４３ 第１の歯
４４ 第２の歯
４６ 凸部
４８ 凹部
５ 巻線
５１ スロット
５２ スロット
５３ スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】