特許 6240310 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】6240310

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   H02K41/03 A

【請求項の数】2

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2016-509650(P2016-509650)

(86)(22)【出願日】2014年3月24日

(86)【国際出願番号】JP2014058122

(87)【国際公開番号】WO2015145550

(87)【国際公開日】20151001

【審査請求日】2017年2月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237271

【氏名又は名称】富士機械製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098420

【弁理士】

【氏名又は名称】加古 宗男

(72)【発明者】

【氏名】白川 佳宏

(72)【発明者】

【氏名】永田 良

(72)【発明者】

【氏名】飼沼 諒

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２１９８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７０２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０７４７３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０７４２６２（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】

複数の磁石を交互に異極となるように直線状に配列した固定子と、前記固定子の磁石の配列に沿って移動する可動子とを備え、前記可動子は、前記固定子側に突出する複数のティースと、前記複数のティースにそれぞれ巻回されたコイルとを有するリニアモータにおいて、
前記可動子の両端のコイルの巻数を内側のコイルの巻数よりも増加させることにより、端効果による推力リップルを低減したリニアモータであって、
前記両端のコイルは、巻数増加分が該コイルの外周の一部分に位置するように巻回され、
前記両端のコイルの隣接する内側のコイルは、巻数減少分が前記両端のコイルの巻数増加分に対応位置するように巻回され、前記両端のコイルの巻数増加分が前記内側のコイルの巻数減少分の凹状スペースに嵌まり込むように構成されていることを特徴とするリニアモータ。

【請求項2】

要求される推力に応じて１コイル当たりの基準巻数が設定され、
前記可動子の全コイルの巻数を合計した値が前記基準巻数に全コイル数を乗算した値と等しくなるように両端のコイルの前記基準巻数からの巻数増加分と内側のコイルの前記基準巻数からの巻数減少分が設定されていることを特徴とする請求項１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、端効果による推力リップルを低減したリニアモータに関する発明である。

【背景技術】

【0002】

特許文献１〜３に記載されているように、リニアモータでは、端効果により推力リップルが生じることが知られている。ここで、端効果とは、リニアモータ特有の現象で、可動子が直線状に延びる有限長であることから、可動子の端部のパーミアンスが中央部と比較して大きく異なり、磁束分布の不均一や乱れが生じて、推力の特性が悪化することである。この端効果はスロット数（ティース数）が少なく、可動子の長さが短いほど、その影響を大きく受けてしまう。従って、リニアモータが小型になるほど、この端効果による推力リップルが大きくなる。

【0003】

このような端効果を低減する技術としては、特許文献１（特開２００４−３６４３７４号公報）に記載されているように、可動子の両端に補助ティースを設けたり、特許文献２（特開２００９−１７１６３８号公報）に記載されているように、可動子のコアを複数のブロックに分割して、各ブロック間に所定寸法の隙間を設けたり、特許文献３（特開２００３−２９９３４２号公報）に記載されているように、可動子の両端のティースの一部を切り落としたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−３６４３７４号公報

【特許文献2】特開２００９−１７１６３８号公報

【特許文献3】特開２００３−２９９３４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記特許文献１の端効果低減技術では、可動子の両端に補助ティースを設けるため、可動子が大型化してリニアモータが大型化する欠点がある。また、上記特許文献２の端効果低減技術では、可動子のコアを複数のブロックに分割して、各ブロック間に所定寸法の隙間を設けるため、上記特許文献１と同様に、可動子が大型化してリニアモータが大型化する欠点がある。また、上記特許文献３の端効果低減技術では、可動子の両端のティースの形状が内側のティースの形状と異なるため、コア作製のための金型を複数用意しなければならず、製造コストが高くなる欠点がある。

【0006】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、可動子の大型化やコストアップを回避しながら端効果による推力リップルを低減できるリニアモータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明は、複数の磁石を交互に異極となるように直線状に配列した固定子と、前記固定子の磁石の配列に沿って移動する可動子とを備え、前記可動子は、前記固定子側に突出する複数のティースと、前記複数のティースにそれぞれ巻回されたコイルとを有するリニアモータにおいて、前記可動子の両端のコイルの巻数を内側のコイルの巻数よりも増加させることにより、端効果による推力リップルを低減したことを第１の特徴とし、更に、前記両端のコイルは、巻数増加分が該コイルの外周の一部分に位置するように巻回され、前記両端のコイルの隣接する内側のコイルは、巻数減少分が前記両端のコイルの巻数増加分に対応する部位に凹状スペースを形成するように巻回され、前記両端のコイルの巻数増加分が前記内側のコイルの巻数減少分の凹状スペースに嵌まり込むように構成されていることを第２の特徴とする。

【0008】

本発明では、可動子の両端のコイルの巻数を内側のコイルの巻数よりも増加させているため、両端のコイルの電流当たりの起磁力を増加させて、可動子の両端の磁束密度を増加させて両端と内側の磁束密度を均一化することが可能となり、端効果による推力リップルを低減することができる。この場合、可動子の両端のコイルの巻数を内側のコイルの巻数よりも増加させるだけであるため、可動子のコアやティースの形状は変更する必要がなく、可動子の大型化やコストアップを回避しながら端効果による推力リップルを低減することができる。

【0009】

この場合、前記両端のコイルは、巻数増加分が該コイルの外周の一部分に位置するように巻回され、前記両端のコイルの隣接する内側のコイルは、巻数減少分が前記両端のコイルの巻数増加分に対応する部位に凹状スペースを形成するように巻回され、前記両端のコイルの巻数増加分が前記内側のコイルの巻数減少分の凹状スペースに嵌まり込むように構成されているため、両端のコイルの外周と内側のコイルの外周に巻数増減分の凹凸ができても、巻数増減分の凹凸を嵌まり込ませることにより、ティース間に２つのコイルをスペース効率良く収容することができて、ティースの間隔（スロット）を広げる必要がない。

【0010】

また、本発明は、要求される推力に応じて１コイル当たりの基準巻数（平均巻数）を設定し、前記可動子の全コイルの巻数を合計した値が基準巻数に全コイル数を乗算した値と等しくなるように両端のコイルの基準巻数からの巻数増加分と内側のコイルの基準巻数からの巻数減少分を設定するようにすれば良い。このようにすれば、リニアモータの推力を要求される推力に一致させながら端効果による推力リップルを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は本発明の一実施例のリニアモータの主要部の構成を示す縦断面図である。

【図2】図２は内側のコイルに対する両端のコイルの巻数増加割合と推力リップルとの関係を磁場解析にて計算したの解析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて本実施例のリニアモータの構成を説明する。

【0013】

直線状（リニア）に延びる固定子１１は、コア１２上に複数の永久磁石１３を交互に異極となるように直線状に等ピッチで配列して構成されている。この固定子１１の永久磁石１３の配列に沿って移動する可動子１４は、固定子１１側に突出する複数のティース１５ａ，１５ｂを有する電機子コア１６と、各ティース１５ａ，１５ｂにそれぞれ巻回されたコイル１７ａ，１７ｂとから構成されている。各ティース１５ａ，１５ｂは、形状が同一で、同一間隔で直線状に配置されている。

【0014】

本実施例では、可動子１４の両端のコイル１７ａの巻数Ｎa を内側のコイル１７ｂの巻数Ｎb よりも増加させることにより、端効果による推力リップルを低減するようにしている。具体的には、要求される推力に応じて１コイル当たりの基準巻数（平均巻数）を設定し、可動子１４の全コイル１７ａ，１７ｂの巻数を合計した値ΣＮa+ΣＮbが基準巻数に全コイル数を乗算した値と等しくなるように両端のコイル１７ａの基準巻数からの巻数増加分と内側のコイル１７ｂの基準巻数からの巻数減少分を設定するようにしている。
ΣＮa+ΣＮb＝基準巻数×全コイル数

【0015】

更に、本実施例では、両端のコイル１７ａは、巻き始め位置の調整により巻数増加分が該コイル１７ａの外周の片側部分に位置するように巻回され、両端のコイル１７ａの隣接する内側のコイル１７ｂは、巻き始め位置の調整により巻数減少分が両端のコイル１７ａの巻数増加分に対応する部位に凹状スペースを形成するように巻回され、両端のコイル１７ａの巻数増加分が内側のコイル１７ｂの巻数減少分の凹状スペースに嵌まり込むように構成されている。これにより、両端のコイル１７ａの外周と内側のコイル１７ｂの外周に巻数増減分の凹凸ができても、巻数増減分の凹凸を嵌まり込ませることにより、ティース１５ａ，１５ｂ間に２つのコイル１７ａ，１７ｂをスペース効率良く収容することができて、ティース１５ａ，１５ｂの間隔（スロット）を広げる必要がなく、可動子１４の大型化を回避できる。

【0016】

以上のように構成した本実施例のリニアモータでは、可動子１４の両端のコイル１７ａの巻数Ｎa を内側のコイル１７ｂの巻数Ｎb よりも増加させているため、両端のコイル１７ａの電流当たりの起磁力を増加させて、可動子１４の両端の磁束密度を増加させて両端と内側の磁束密度を均一化することが可能となり、端効果による推力リップルを低減することができる。

【0017】

本発明者は、推力リップル低減効果を確認するため、１スロットのコイル巻数が３００ターンの３相３スロットのリニアモータを使用して、内側のコイル１７ｂに対する両端のコイル１７ａの巻数増加割合と推力リップルとの関係を磁場解析にて計算したので、その解析結果のグラフを図２に示す。図２に示すように、内側のコイル１７ｂに対する両端のコイル１７ａの巻数増加割合が０［％］の場合（従来のリニアモータに相当）は、推力リップルが３０［％］を越えるが、両端のコイル１７ａの巻数増加割合を増加させるに従って推力リップルが減少する。この推力リップルの減少は、両端のコイル１７ａの巻数増加割合が約２５［％］を越えるまで続き、約２５［％］を越えると、推力リップルがほぼ一定になるか又は僅かに増加する傾向がある。また、両端のコイル１７ａの巻数増加割合があまりにも大きくなり過ぎると、モータ特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、推力リップルがほぼ最小となる巻数増加割合のうちの最小の巻数増加割合（図２の実験例では２５［％］付近）に設定することが望ましい。

【0018】

本実施例では、端効果による推力リップルを低減する手段として、可動子１４の両端のコイル１７ａの巻数Ｎa を内側のコイル１７ｂの巻数Ｎb よりも増加させるだけであるため、可動子１４の電機子コア１６やティース１５ａ，１５ｂの形状は変更する必要がなく、可動子１４の大型化やコストアップを回避しながら端効果による推力リップルを低減することができる。

【0019】

しかも、本実施例では、要求される推力に応じて１コイル当たりの基準巻数（平均巻数）を設定し、可動子１４の全コイル１７ａ，１７ｂの巻数を合計した値ΣＮa+ΣＮbが基準巻数に全コイル数を乗算した値と等しくなるように両端のコイル１７ａの基準巻数からの巻数増加分と内側のコイル１７ｂの基準巻数からの巻数減少分を設定するようにしているため、リニアモータの推力を要求される推力に一致させながら端効果による推力リップルを低減することができる。

【0020】

尚、本発明は、３相３スロットのリニアモータに限定されず、スロット数（ティース数）や相数やコアレスを含むコア形状を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0021】

１１…固定子、１２…コア、１３…永久磁石、１４…可動子、１５ａ…両端のティース、１５ｂ…内側のティース、１６…電機子コア、１７ａ…両端のコイル、１７ｂ…内側のコイル

【図1】

【図2】