特開 2022-12372 筒型リニアモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022012372

(43)【公開日】2022-01-17

(54)【発明の名称】筒型リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20220107BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020114174

(22)【出願日】2020-07-01

(71)【出願人】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391002487

【氏名又は名称】学校法人大同学園

(74)【代理人】

【識別番号】100122323

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 憲

(72)【発明者】

【氏名】加納 善明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩介

(72)【発明者】

【氏名】永溝 喜也

(72)【発明者】

【氏名】袴田 眞一郎

(72)【発明者】

【氏名】芝原 大智

【テーマコード（参考）】

5H641

【Ｆターム（参考）】

5H641BB06

5H641BB18

5H641GG03

5H641GG08

5H641HH02

5H641JA02

(57)【要約】

【課題】コアやサイドピースに寸法誤差や積層誤差が生じてもコギング推力の低減が可能な筒型リニアモータの提供を目的としている。
【解決手段】上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、界磁６の内方に配置されて界磁６に対して軸方向移動可能な電機子Ｅとを備え、電機子Ｅは、筒状であって界磁６に対向する外周に環状のスロット２ｃを有するコア２と、スロット２ｃに装着される巻線３と、環状であってコア２の軸方向の両端に隣接する磁性体でなるサイドピース１０，１０とを有し、サイドピース１０，１０は、反コア側端の界磁６に対向する周囲にコア２の軸線Ａに対して傾斜するスキュー面１０ｂを有している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される筒状の界磁と、
前記界磁の内方或いは外方に配置されて前記界磁に対して軸方向移動可能な電機子とを備え、
前記電機子は、
筒状であって前記界磁に対向する内周或いは外周に環状のスロットを有するコアと、
前記スロットに装着される巻線と、
環状であって前記コアの軸方向の両端に隣接する磁性体でなるサイドピースとを有し、
前記サイドピースは、反コア側端の前記界磁に対向する周囲に前記コアの軸線に対して傾斜するスキュー面を有する
ことを特徴とする筒型リニアモータ。

【請求項2】

前記スキュー面の前記界磁に対向する内周或いは外周における軸方向の始端から終端までの長さをＬとし、前記界磁の磁極ピッチをＰとすると、０．７×Ｐ≦Ｌ≦１．３×Ｐを満たすように前記スキュー面が前記サイドピースに形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。

【請求項3】

前記界磁内に軸方向移動可能に挿入されるとともに外周に前記コアと前記サイドピースが装着されるロッドと、前記ロッドに固定されて前記コアおよび前記各サイドピースを挟持する一対のストッパとを備え、
前記コアは、前記界磁の内方に挿入されており、軸方向両端に前記軸線に対して直交する端面を有し、
前記サイドピースは、前記軸線に直交し前記コアの端面と当接するコア側の端面と、前記スキュー面の内周側であって反コア側に前記軸線に直交する端面を有し、反コア側の前記端面を前記ストッパに当接させている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の筒型リニアモータ。

【請求項4】

前記界磁の内周に嵌合される非磁性体のインナーチューブを備え、
前記ストッパ部材は、それぞれ前記インナーチューブの内周に摺接している
ことを特徴とする請求項３に記載の筒型リニアモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、筒型リニアモータに関する。

【背景技術】

【0002】

筒型リニアモータは、たとえば、筒状の固定子ケースと固定子ケースの内周に装着されて内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相の巻線を有する固定子と、電機子の内周に移動自在に挿入されて複数の永久磁石を外周に設けられた可動子とを備えるものがある。

【0003】

筒型リニアモータでは、端効果と称される可動子端の不均衡な磁気回路によってコギング力が発生するため、筒型リニアモータの推力が変動してしまう推力リップルが発生する。このように筒型リニアモータでは、コギング推力の低減が要望されるため、コアの両端における磁束の変化を滑らかにして、可動子が固定子に対して軸方向へ移動する際に生じるコギング推力を低減するべく、コアの軸方向両端に補助突極と称されるサイドピースを設けた筒型リニアモータが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－１８７０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような筒型リニアモータでは、コギング推力を生じさせる永久磁石からコアが受ける吸引力をコアの両端へのサイドピースの設置によって打ち消すことで端効果によるコギング推力の低減を狙っている。また、サイドピース自体も界磁との間に生じる磁力で吸引され、当該磁力は、界磁に対するサイドピースの位置によって周期的に変化する。よって、コアの軸方向の左右両側に配置された２つのサイドピースをコアに対して適切な位置に配置すると、左側のサイドピースに作用する吸引力と右側のサイドピースに作用する吸引力で打ち消すことができ、コギング推力をより低減できる。

【0006】

よって、サイドピースの設置によってコギング推力の低減を図る場合、両端のサイドピースと可動子側の磁極の軸方向の位置関係を高精度に管理する必要がある。ところが、従来の筒型リニアモータでは、コアに補助突極を積層する構造を採用しているため、コアとサイドピースに寸法誤差や積層誤差が生じると左右のサイドピースの吸引力の位相にずれが生じて吸引力の打ち消し効果が減殺され、コギング推力のリップル（脈動振幅）が大きくなってコギング推力を十分に低減できなくなってしまうという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、コアやサイドピースに寸法誤差や積層誤差が生じてもコギング推力の低減が可能な筒型リニアモータの提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される筒状の界磁と、界磁の内方或いは外方に配置されて界磁に対して軸方向移動可能な電機子とを備え、電機子は、筒状であって界磁に対向する内周或いは外周に環状のスロットを有するコアと、スロットに装着される巻線と、環状であってコアの軸方向の両端に隣接する磁性体でなるサイドピースとを有し、サイドピースは、反コア側端の界磁に対向する周囲に前記コアの軸線に対して傾斜するスキュー面を有している。このように構成された筒型リニアモータは、サイドピースを設けたので端効果によるコギング推力を低減できるとともに、サイドピースがスキュー面を備えているのでコアとサイドピースとに軸方向の寸法誤差や積層誤差が生じてサイドピースの位置が変化してもコギング推力のリップルを低減できる。

【0009】

また、スキュー面の界磁に対向する内周或いは外周における軸方向の始端から終端までの長さをＬとし、界磁の磁極ピッチをＰとすると、０．８×（Ｐ／２）≦Ｌ≦１．２×（Ｐ／２）を満たすようにスキュー面がサイドピースに形成されてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、コギング推力のリップルを効果的に低減できる。

【0010】

さらに、筒型リニアモータは、界磁内に軸方向移動可能に挿入されるとともに外周にコアとサイドピースが装着されるロッドとロッドに固定されてコアおよび各サイドピースを挟持する一対のストッパとを備え、コアが界磁の内方に挿入されており、軸方向両端に軸線に対して直交する端面を有し、サイドピースがコアの軸線に直交しコアの端面と当接するコア側の端面と、スキュー面の内周側から反コア側に突出するとともに反コア側にコアの軸線に直交する端面を有し、反コア側の端面をストッパに当接させていてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、サイドピースに対してロッドの径方向の荷重が作用するのを防止でき、その分サイドピースを軽量化できコギング推力を低減しつつも筒型リニアモータの質量推力密度（筒型リニアモータの最大推力を質量で割った数値）の悪化を防止できる。

【0011】

また、筒型リニアモータは、界磁の内周に嵌合される非磁性体のインナーチューブを備え、ストッパ部材がそれぞれインナーチューブの内周に摺接してもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、ストッパ部材によって電機子のロッドへの固定と界磁に対する円滑な電機子の軸方向移動を実現できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の筒型リニアモータによれば、コアやサイドピースに寸法誤差や積層誤差が生じてもコギング推力を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一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】一実施の形態の筒型リニアモータの電機子の部分拡大図である。

【図3】界磁に対するサイドピースの位置とサイドピースに作用する界磁の吸引力との関係を示した図である。

【図4】一実施の形態の第一変形例における筒型リニアモータのコギング推力の波高値を示した図である。

【図5】一実施の形態の第一変形例における筒型リニアモータの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における筒型リニアモータ１は、図１に示すように、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される筒状の界磁６と、界磁６の内方に配置されて界磁６に対して軸方向移動可能な電機子Ｅと備え、電機子Ｅは、筒状であって界磁６に対向する外周に環状のスロット２ｃを有するコア２と、スロット２ｃに装着される巻線３と、環状であってコア２の軸方向の両端に隣接する磁性体でなるサイドピース１０，１０とを備えて構成されている。

【0015】

以下、筒型リニアモータ１の各部について詳細に説明する。本実施の形態では、界磁６は、軸方向に交互に積層されて挿入される環状の主磁極の永久磁石６ａと環状の副磁極の永久磁石６ｂとを備えて構成されて筒状とされている。また、界磁６の外周には筒状のバックヨーク８が装着されている。界磁６とバックヨーク８は、円筒状の非磁性体のアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に挿入される円筒状の非磁性体のインナーチューブ９との間に形成される環状隙間に収容されている。

【0016】

なお、図１中で主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂに記載されている三角の印は、着磁方向を示しており、主磁極の永久磁石６ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石６ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂは、ハルバッハ配列で配置されており、界磁６の内周側では、軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように配置されている。

【0017】

また、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１は、副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２よりも長くなっており、本実施の形態では、０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２が設定されている。主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を長くすればコア２との間の主磁極の永久磁石６ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア２へ作用させる磁界を大きくできるので筒型リニアモータ１の質量推力密度を向上できる。

【0018】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、永久磁石６ａ，６ｂの外周にバックヨーク８を設けている。バックヨーク８を設けない場合、副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２が短くなると主磁極の永久磁石６ａの軸方向中央部分における磁石外部の磁気抵抗が増大し、界磁磁束が小さくなるため、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を長くする際の筒型リニアモータ１の推力向上度合が小さくなる。これに対して、永久磁石６ａ，６ｂの外周にバックヨーク８を設けると、磁気抵抗の低い磁路を確保できるので副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２の短縮に起因する磁気抵抗の増大が抑制される。よって、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さＬ２よりも長くするとともに永久磁石６ａ，６ｂの外周に筒状のバックヨーク８を設けると筒型リニアモータ１の質量推力密度を大きく向上させ得る。バックヨーク８の肉厚は、主磁極の永久磁石６ａの外部磁気抵抗の増大を抑制に適する肉厚に設定されればよい。

【0019】

なお、副磁極の永久磁石６ｂは、主磁極の永久磁石６ａより高い保磁力を有する永久磁石とされている。永久磁石における残留磁束密度と保磁力は、互いに密接に関係しており、一般的に残留磁束密度を高めると保磁力は低くなり、保磁力を高めると残留磁束密度が低くなるという、互いに背反する関係にある。ハルバッハ配列では、副磁極の永久磁石６ｂには減磁方向に大きな磁界が印加されるため、副磁極の永久磁石６ｂの保磁力を高くして減磁を抑制し、大きな磁界をコア２に作用させ得るようにしている。対して、コア２に対して作用する磁界の強さは、主磁極の永久磁石６ａの磁力線数に左右される。そのため、主磁極の永久磁石６ａに高い残留磁束密度の永久磁石を使用して大きな磁界をコア２に作用させるようにしている。本実施の形態では、副磁極の永久磁石６ｂを主磁極の永久磁石６ａよりも保磁力を高くするのに際して、副磁極の永久磁石６ｂの材料を主磁極の永久磁石６ａの材料よりも保磁力が高い材料としている。よって、材料の選定によって、主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂの組合せを簡単に実現できる。なお、本実施の形態では、主磁極の永久磁石６ａは、ネオジム、鉄、ボロンを主成分とする残留磁束密度が高い材料で構成され、副磁極の永久磁石６ｂは、前記材料にジスプロシウムやテリビウム等の重希土類元素の添加量を増やした減磁しにくい磁石で構成されている。

【0020】

また、固定子の内周側には、コア２が挿入されており、界磁６は、コア２に磁界を作用させている。なお、界磁６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６ａ，６ｂ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７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６ａ，６ｂを設置しなくともよい。なお、界磁６は、本実施の形態ではハルバッハ配列で積層される永久磁石６ａ，６ｂで構成されているが、内周にＮ極とＳ極とが交互に現れればよいので、ハルバッハ配列以外の配列で積層される永久磁石で構成されてもよい。

【0021】

また、アウターチューブ７、バックヨーク８およびインナーチューブ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７、バックヨーク８およびインナーチューブ９の図１中右端は環状のヘッドキャップ１５によって閉塞されている。

【0022】

電機子Ｅは、コア２と、コア２に装着される巻線３と、コア２の軸方向両端に隣接するサイドピース１０，１０とを備えて構成されて、インナーチューブ９内に軸方向移動自在に挿入されている。つまり、本実施の形態では、電機子Ｅは、界磁６の内周側に配置されており、界磁６に対して軸方向に相対移動できる。

【0023】

コア２は、本実施の形態では、パーメンジュールで形成されており、円筒状のヨーク２ａと、環状であってヨーク２ａ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２ｂと、ティース２ｂ，２ｂ間に設けたスロット２ｃとを備えて構成されて可動子とされている。そして、コア２は、軸方向の両端にコア２の軸線Ａに対して直交する端面２ｄ，２ｅを備えている。

【0024】

ヨーク２ａ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を中心とした円筒でティース２ｂの内周から外周までのどこを切っても、ティース２ｂを前記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。

【0025】

本実施の形態では、図１および図２に示すように、ヨーク２ａの外周に１３個のティース２ｂが、軸方向に等間隔に並べて設けられており、コア２の界磁６側となる外周側であって、ティース２ｂ，２ｂ間に巻線３が装着される環状溝でなるスロット２ｃが形成されている。なお、本実施の形態では、スロット２ｃの断面形状が矩形となるようにティース２ｂの軸方向幅が一定となっているが、ティース２ｂの先端側の軸方向幅を狭くしてスロット２ｃの断面形状を等脚台形状となるようにしてもよい。ティース２ｂの形状は、前述した形状以外の他の形状とされてもよい。

【0026】

本実施の形態では、図１中で隣り合うティース２ｂ，２ｂ同士の間には、環状溝でなるスロット２ｃが合計で１２個設けられている。スロット２ｃは、コア２の周方向に沿って複数設けられており、コア２の外周に軸方向に等ピッチで並べて設けられている。

【0027】

そして、このスロット２ｃには、巻線３が巻き回されて装着されている。巻線３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされている。各相の巻線３は、１２個のスロット２ｃに界磁６の磁極配置に応じて適した配置となるように装着される。

【0028】

また、図１および図２において、電機子Ｅは、コア２の軸方向両端にそれぞれ隣接する磁性体で形成されたサイドピース１０，１０を備えている。サイドピース１０は、ともに環状であって、コア２の軸方向の端面２ｄ，２ｅに当接している。

【0029】

サイドピース１０について詳細に説明すると、サイドピース１０は、本実施の形態では、ＳＵＳ４３０製で、反コア側端の界磁６に対向する周囲にコア２の軸線Ａに対して傾斜する環状のスキュー面１０ｂを備えるとともにコア側端に前記軸線Ａに直交する端面１０ｃを備えて外径がコア２の外径と等しいか或いは略等しい環状の本体部１０ａと、本体部１０ａのスキュー面１０ｂの内周側から反コア側に突出するとともに反コア側にコア２の軸線Ａに直交する端面１０ｅを有する円筒部１０ｄとをそなえて構成されている。そして、各サイドピース１０は、コア側面となる本体部１０ａの端面１０ｃをコア２の軸方向の端面２ｄ，２ｅに当接させてコア２に積層される。

【0030】

また、サイドピース１０におけるスキュー面１０ｂの界磁６に対向する外周における軸方向の始端ｘから終端ｙまでの長さをＬとし、界磁６の磁極ピッチをＰとすると、Ｌ＝Ｐを満たすようにスキュー面１０ｂがサイドピース１０に形成されている。なお、本体部１０ａの軸方向長さは、長さＬ+αとされる。αは、０ｍｍ以上であればよいが、０ｍｍとすると本体部１０ａのスキュー面１０ｂの始端ｘでの厚さがなくなってしまい強度面で不利となるので、たとえば、αを１ｍｍ以上とするなど前記始端ｘでの強度を確保できるようにするとよい。

【0031】

このように構成されたサイドピース１０，１０をコア２の軸方向の両端に積層するとサイドピース１０の外周が界磁６の内周に対向する。サイドピース１０の反コア側端の界磁６側に対向する周囲にスキュー面１０ｂを設けているので、界磁６に対向するサイドピース１０の外周における軸方向の長さ（肉厚）が周方向で変化する。

【0032】

コア２の図１中左側に配置されたサイドピース１０が界磁６から受ける吸引力は、図３の線Ａ１で示すように、界磁６に対して軸方向にストロークして位置が変わると周期的に変化する。ところが、スキュー面１０ｂを備えたサイドピース１０が受ける吸引力の振幅は、図３中で破線Ａ２で示したスキュー面１０ｂを備えない平板環状のサイドピースが界磁６から受ける吸引力の振幅よりも小さくなる。

【0033】

同様に、コア２の図１中右側に配置されたサイドピース１０が界磁６から受ける吸引力は、図３の線Ｂ１で示すように、界磁６に対して軸方向にストロークして位置が変わると周期的に変化する。ところが、スキュー面１０ｂを備えたサイドピース１０が受ける吸引力の振幅は、図３中で破線Ｂ２で示したスキュー面１０ｂを備えない平板環状のサイドピースが界磁６から受ける吸引力の振幅よりも小さくなる。

【0034】

このように、スキュー面１０ｂを備えたサイドピース１０，１０が界磁６に対して軸方向へ変位した際に界磁６から吸引力は、周期的に変化するもののスキュー面１０ｂを備えていないサイドピースに比較して振幅が小さくなる。

【0035】

ここで、左右のサイドピース１０，１０の一方が界磁６から受ける吸引力の波形と他方が界磁６から受ける吸引力の波形は、完全な正弦波ではないため、コア２の軸方向両端に当接させて各サイドピース１０，１０を配置したときに両者の波形の位相差が１８０度となっても互いの吸引力を完全には打ち消すことができないものの、筒型リニアモータ１のコギング推力のストロークに応じて振動的に変化するリップル（脈動振幅）を最小とできる。ところが、コア２やサイドピース１０に寸法誤差や積層誤差があると、サイドピース１０，１０がコギング推力の低減に理想的な位置に配置されない場合がある。

【0036】

このような状況となっても、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、サイドピース１０がスキュー面１０ｂを備えているので、スキュー面１０ｂを備えていないサイドピースに比較して吸引力の振幅が小さくなるから、サイドピース１０，１０の吸引力を合成した波形の振幅は、スキュー面１０ｂを備えていない各サイドピースの吸引力を合成した波形の振幅よりも小さくなる。

【0037】

よって、図７中の実線で示すように、本実施の形態の筒型リニアモータ１のコギング推力のリップル（脈動振幅）は、図７の破線で示したスキュー面１０ｂを備えていない筒型リニアモータのコギング推力のリップルに比較して極小さくなる。図７は、コアと左右のサイドピースの合計の軸方向長さの誤差に対する筒型リニアモータのコギング推力の波形の波高値を示しており、誤差は寸法誤差および積層誤差を含んだ誤差の総量を示しており、誤差が０となるコア２およびサイドピースの理想配置でコギング推力のリップル（脈動振幅）が最小となることが分かる。

【0038】

以上から理解できるように、サイドピース１０，１０にスキュー面１０ｂを設けると、コア２やサイドピース１０，１０の寸法誤差や積層誤差によって、コギング推力のリップルを最小とする理想的な位置にサイドピース１０，１０を配置できなくとも、従来の筒型リニアモータに比較してコギング推力のリップル（脈動振幅）を極小さくできるのである。

【0039】

なお、コギング推力のリップルを低減する効果は、サイドピース１０にスキュー面１０ｂを設けると得られるが、スキュー面１０ｂの界磁６に対向する外周における軸方向の始端ｘから終端ｙまでの長さＬを０．７×Ｐ≦Ｌ≦１．３×Ｐを満たすように設定すると、コギング推力のリップルを低減効果が高くなることが発明者らの研究によって判明している。

【0040】

このように構成された電機子Ｅは、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の先端の外周に装着され、ロッド１１とともに界磁６内に移動自在に挿入される。ロッド１１は、アウターチューブ７の図１中右端に取り付けられたヘッドキャップ１５内を通して筒型リニアモータ１外へ突出している。また、ロッド１１の電機子Ｅの図１中左右にはインナーチューブ９の内周に摺接するストッパ部材としてのスライダ１２，１３が装着されている。電機子Ｅは、スライダ１２，１３によって挟持されてコア２とサイドピース１０，１０とが密着した状態でロッド１１に固定される。また、スライダ１２，１３がインナーチューブ９の内周に摺接しているので、電機子Ｅは、界磁６に対して軸ぶれしないので、インナーチューブ９に干渉することなく軸方向に移動できる。

【0041】

このように、インナーチューブ９は、コア２の外周と界磁６の内周との間の磁気ギャップを形成するとともに、スライダ１２，１３と協働して電機子Ｅの軸方向移動を案内する役割を果たしている。コア２およびサイドピース１０の外径は、インナーチューブ９の内径よりも小さく、インナーチューブ９に干渉することはなく、筒型リニアモータ１は円滑に伸縮できるが、インナーチューブ９の内周に摺接してもよい。なお、インナーチューブ９は、非磁性体で形成されればよいが、合成樹脂で形成されると筒型リニアモータ１の推力密度向上効果が高くなる。インナーチューブ９を非磁性体の金属で製造すると、電機子Ｅが軸方向へ移動する際にインナーチューブ９の内部に渦電流が生じて、電機子Ｅの移動を妨げる力が発生してしまう。これに対して、インナーチューブ９を合成樹脂とすれば渦電流が生じないので筒型リニアモータ１の推力をより効果的に向上できるとともに、筒型リニアモータ１の質量を低減できる。なお、インナーチューブ９を合成樹脂とする場合、フッ素樹脂で製造すればスライダ１２，１３との間の摩擦および摩耗を低減できる。また、インナーチューブ９を他の合成樹脂で形成してもよく、また、摩擦および摩耗を低減するべく他の合成樹脂で形成されたインナーチューブ９の内周をフッ素樹脂でコーティングしてもよい。

【0042】

なお、ロッド１１は、図示はしないが、筒状とされており、ロッド１１内に通される図外の電線を通じて筒型リニアモータ１の外方に設置される外部電源から巻線３へ電力供給できる。

【0043】

そして、たとえば、巻線３の界磁６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３の電流量を制御すれば、筒型リニアモータ１における推力と電機子Ｅ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。また、電機子Ｅと界磁６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線３への通電、あるいは、巻線３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１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。

【0044】

以上のように、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、界磁６の内方に配置されて界磁６に対して軸方向移動可能な電機子Ｅとを備え、電機子Ｅは、筒状であって界磁６に対向する外周に環状のスロット２ｃを有するコア２と、スロット２ｃに装着される巻線３と、環状であってコア２の軸方向の両端に隣接する磁性体でなるサイドピース１０，１０とを有し、サイドピース１０，１０は、反コア側端の界磁６に対向する周囲にコア２の軸線Ａに対して傾斜するスキュー面１０ｂを有している。このように構成された筒型リニアモータ１は、サイドピース１０，１０を設けたので電機子Ｅの軸方向の両端部における磁束の変化を滑らかにできるとともに、サイドピース１０，１０がスキュー面１０ｂを備えているのでコア２とサイドピース１０とに軸方向の寸法誤差や積層誤差が生じてサイドピース１０の位置が変化しても、コギング推力のリップルを低減して、界磁６に対して電機子Ｅが軸方向に相対移動する際に発生するコギング推力を充分に低減できる。

【0045】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、サイドピース１０のスキュー面１０ｂの界磁６に対向する外周における軸方向の始端ｘから終端ｙまでの長さＬを０．７×Ｐ≦Ｌ≦１．３×Ｐを満たすように設定しているので、コギング推力のリップルを効果的に低減できる。

【0046】

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、界磁６内に軸方向移動可能に挿入されるとともに外周にコア２とサイドピース１０，１０が装着されるロッド１１とロッド１１に固定されてコア２および各サイドピース１０，１０を挟持する一対のスライダ（ストッパ部材）１２，１３とを備え、コア２が界磁６の内方に挿入されて軸方向両端に軸線Ａに対して直交する端面２ｄ，２ｅを有し、サイドピース１０，１０が軸線Ａに直交しコア２の端面２ｄ，２ｅと当接するコア２側の端面１０ｃとスキュー面１０ｂの内周側であってから反コア側に突出するとともに反コア側に軸線Ａに直交する端面１０ｅを有する円筒部１０ｄとを有し、反コア側の端面１０ｅがスライダ（ストッパ部材）１２，１３に当接するように構成されている。

【0047】

このように構成された筒型リニアモータ１では、通電によって電機子Ｅに対して界磁６側から軸方向の荷重が作用する。サイドピース１０，１０がスキュー面１０ｂの内周から突出する円筒部１０ｄ，１０ｄを備えているので、この軸方向の荷重のパスは、円筒部１０ｄを通過するパスとなってスキュー面１０ｂを通過せず、サイドピース１０，１０とコア２の端面同士が軸線Ａに直交するため、サイドピース１０，１０に対してロッド１１の径方向の荷重が作用するのを防止できる。このようにスキュー面１０ｂを備えたサイドピース１０，１０に横方向の荷重がかかるのを防止できるので、サイドピース１０，１０を横荷重に耐えうるように本体部１０ａの肉厚を必要以上に厚くして強度を確保する必要がなくなり、その分サイドピース１０，１０を軽量化できコギング推力を低減しつつも筒型リニアモータ１の質量推力密度（筒型リニアモータの最大推力を質量で割った数値）の悪化を防止できる。なお、本体部１０ａの端面全体をスキュー面とする構造を採用した場合、スライダ１２，１３とサイドピース１０との間に、サイドピース１０と同形状の非磁性体の追加部品を介装してスライダ１２，１３で電機子Ｅを軸方向で固定する構造を採用しうるが、この場合、サイドピース１０と追加部品とがスキュー面同士を突き合わせて積層される構造となるため、電機子Ｅに軸力が作用した際にサイドピース１０と追加部品に横荷重が作用することになる。この場合、サイドピース１０と追加部品の軸方向の肉厚を厚くして横荷重に耐えうる強度を確保する必要があり、追加部品の追加と、軸方向長さが長くなる追加部品とサイドピース１０によって筒型リニアモータ１の質量推力密度（筒型リニアモータの最大推力を質量で割った数値）が本実施の形態の筒型リニアモータ１よりも減少することになる。

【0048】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、界磁６の内周に嵌合される非磁性体のインナーチューブ９を備え、スライダ（ストッパ部材）１２，１３がそれぞれインナーチューブ９の内周に摺接している。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、スライダ（ストッパ部材）１２，１３によって電機子Ｅのロッド１１への固定と界磁６に対する円滑な電機子Ｅの軸方向移動を実現できる。

【0049】

なお、界磁６の外周側に電機子Ｅが設けられる場合には、図５に示すように、サイドピース１０の反コア側端の界磁６に対向する内周側にコア２の軸線Ａに対して傾斜する環状のスキュー面１０ｂを有していればよい。この場合、サイドピース１０のスキュー面１０ｂの始端ｘと終端ｙとの長さをＬとして、長さＬを０．７×Ｐ≦Ｌ≦１．３×Ｐを満たすように設定すれば、前述したようにコギング推力のリップルを効果的に低減できる。また、この場合、スキュー面１０ｂの外周に円筒部１０ｆを設けて、電機子Ｅを収容するアウターチューブ２０の内周に電機子Ｅを軸方向の両側から挟持する一対のストッパ部材２１（一方のみを図５中に示す）を設けて固定すればよい。

【0050】

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。

【符号の説明】

【0051】

１・・・筒型リニアモータ、２・・・コア、２ｃ・・・スロット、２ｄ，２ｅ・・・コアの端面、３・・・巻線、６・・・界磁、９・・・インナーチューブ、１０・・・サイドピース、１０ｂ・・・スキュー面、１０ｃ・・・サイドピースの端面、１０ｄ・・・円筒部、１０ｅ・・・円筒部の端面、１１・・・ロッド、１２，１３・・・スライダ（ストッパ部材）、Ａ・・・軸線、Ｅ・・・電機子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2020-07-02

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0009】

また、スキュー面の界磁に対向する内周或いは外周における軸方向の始端から終端までの長さをＬとし、界磁の磁極ピッチをＰとすると、０．７×Ｐ≦Ｌ≦１．３×Ｐを満たすようにスキュー面がサイドピースに形成されてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、コギング推力のリップルを効果的に低減できる。