特開 2023-104143 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】P2023104143

(43)【公開日】2023-07-28

(54)【発明の名称】筒型リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20230721BHJP

【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 2022004961

(22)【出願日】2022-01-17

(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】永溝 喜也

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 浩介

(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

5H641BB14

5H641GG03

5H641GG04

5H641GG06

5H641HH02

5H641HH05

5H641HH08

5H641HH09

5H641HH17

5H641JA02

(57)【要約】

【課題】コギング推力のより一層の低減を可能とする筒型リニアモータの提供する。
【解決手段】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に対して軸方向へ移動可能な電機子Ｅとを備え、電機子Ｅは、磁性体であって筒状のコア２と、コア２に装着される巻線３とを有し、コア２は、軸方向の断面が台形状の複数のティース２ｂと、巻線３が装着されるスロット２ｃと、軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２の端側に設けた補助突極２ｅ１，２ｅ２と、補助突極２ｅ１，２ｅ２の端側の界磁側の周囲に設けられた面取り部２ｄ１，２ｄ２とを有し、両端のティース２ｂ１，２ｂ２および補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁６に対向する端面２ｂ１１，２ｂ２１，２ｅ１１，２ｅ２１の軸方向長さＸは、コア２によるコギング推力をコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力で低減するように設定される。
【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界磁と、
前記界磁に対して軸方向へ移動可能な電機子とを備え、
前記電機子は、
磁性体であって筒状のコアと、
前記コアに装着される巻線とを有し、
前記コアは、
円筒状のヨークと、
前記ヨークの内周或いは外周のうち界磁側に周方向に沿って環状に設けられて軸方向の断面が台形状の複数のティースと、
前記ティース間の空隙で形成された前記巻線が装着されるスロットと、
軸方向の両端のティースの端側に設けられた補助突極と、
前記補助突極の端側であって界磁側の周囲に亘って設けられ、端側に向かうほど界磁から離間する面取り部とを有し、
前記両端のティースおよび前記補助突極の前記界磁に一定の間隔で対向する端面の軸方向長さは、前記コアによるコギング推力を前記コアの補助突極によるコギング推力で低減するように設定される
ことを特徴とする筒型リニアモータ。

【請求項2】

前記コアは、
前記軸方向の両端のティースを含む中央コア分割体と、
環状であって、前記中央コア分割体の軸方向の両端にそれぞれ積層される一対のスペーサと、
環状であって、前記スペーサの軸方向で反中央コア分割体側にそれぞれ積層されて前記面取り部を具備する一対の端部側コア分割体とを有し、
前記スペーサと前記端部側コア分割体とは前記補助突極として機能する
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】

前記コアは、
前記軸方向の両端のティースを含む中央コア分割体と、
環状であって、前記中央コア分割体の軸方向の両端にそれぞれ積層されて前記面取り部を具備して前記補助突極として機能する一対の端部側コア分割体とを有する
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4】

前記両端のティースおよび前記補助突極の界磁に対向する端面の軸方向長さは、コアによるコギング推力の位相と前記コアの補助突極によるコギング推力の位相とが１８０度となるように設定される
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項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】

このように構成された筒型リニアモータでは、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ために、コアの軸方向両端に補助突極を備えている（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、補助突極を設けることで端効果によるコギング推力を低減できるのであるが、コアによるコギングに高調波成分が含まれているために、コギング推力を十分に低減できないことから、更なるコギング推力の低減が要望されている。なお、コアによるコギング推力とは、コア端部のティース形状がコア中間部のティース形状と異なるために発生する不均等力を指し、コアによるコギング推力の周期は電気角１周期当たり２Ｎ（Ｎは自然数）である。

【0006】

そこで、本発明は、コギング推力のより一層の低減を可能とする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】

【0007】

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界磁と、界磁に対して軸方向へ移動可能な電機子とを備え、電機子は、磁性体であって筒状のコアと、コアに装着される巻線とを有し、コアは、円筒状のヨークと、ヨークの内周或いは外周のうち界磁側に周方向に沿って環状に設けられて軸方向の断面が台形状の複数のティースと、ティース間の空隙で形成された巻線が装着されるスロットと、軸方向の両端のティースの端側に設けられた補助突極と、補助突極の端側であって界磁側の周囲に亘って設けられて端側へ向かうほど界磁から離間する面取り部とを有し、両端のティースおよび補助突極の界磁に一定の間隔で対向する端面の軸方向長さは、コアによるコギング推力をコアの補助突極によるコギング推力で低減するように設定されている。

【0008】

このように構成された筒型リニアモータでは、コアが断面台形状のティースを備えており、コアが軸方向の両端の補助突極に面取り部を備えているので、コアによるコギング推力とコアの補助突極によるコギング推力の波形が歪みの少ない正弦波形となる。また、両端のティースと補助突極の界磁に対向する端面の軸方向長さは、コアによるコギング推力をコアの補助突極によるコギング推力で低減するように設定されているので、歪みの少ない正弦波形のコアによるコギング推力とコアの補助突極によるコギング推力との位相を前記長さの設定によって互いの推力同士を相殺するように調整できる。

【0009】

また、筒型リニアモータにおけるコアは、軸方向の両端のティースを含む中央コア分割体と、環状であって中央コア分割体の軸方向の両端にそれぞれ積層される一対のスペーサと、環状であってスペーサの軸方向で反中央コア分割体側にそれぞれ積層されて前記面取り部を具備する一対の端部側コア分割体とを備え、スペーサと端部側コア分割体とを補助突極として機能させてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、スペーサの交換によって、コアによるコギング推力とコアの補助突極によるコギング推力とが効率よく打ち消せるように、中央コア分割体に対して端部側コア分割体の軸方向の位置を調整できる。

【0010】

さらに、筒型リニアモータにおけるコアは、軸方向の両端のティースを含む中央コア分割体と、環状であって中央コア分割体の軸方向の両端にそれぞれ積層されて面取り部を具備する一対の端部側コア分割体とを備え、端部側コア分割体を補助突極として機能させてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、筒型リニアモータの極スロット数に応じて最適な軸方向長さをもつ端部側コア分割体を用いれば、中央コア分割体を設計変更することなく、コアによるコギング推力とコアの補助突極によるコギング推力とが効率よく打ち消せるようになる。

【0011】

そして、筒型リニアモータにおいて、両端のティースと補助突極の界磁に対向する端面の軸方向長さは、コアによるコギング推力の位相とコアの補助突極によるコギング推力の位相とが１８０度となるように設定されてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、コアによるコギング推力の波形とコアの補助突極によるコギング推力の波形とが丁度逆位相となって効率よく互いを打ち消し合って、筒型リニアモータの全体のコギング推力を最小にできる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の筒型リニアモータによれば、より一層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】コアによるコギング推力の波形、コアの補助突極によるコギング推力の波形、および筒型リニアモータの全体のコギング推力の波形を示した図である。

【図4】一実施の形態の第１変形例における筒型リニアモータのコアの縦断面図である。

【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、筒状であって軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６と、筒状のコア２とコア２に装着される巻線３とを有する電機子Ｅ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、筒状のコア２と、コア２に装着される巻線３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、材料をパーメンジュールとして形成されており、円筒状のヨーク２ａと、環状であってヨーク２ａの界磁側となる外周に周方向に沿ってかつ軸方向に間隔を空けて設けられる軸方向の断面が台形状の複数のティース２ｂと、ティース２ｂ，２ｂ間の空隙で形成されて巻線３が装着されるスロット２ｃと、ティース２ｂのうちコア２の軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２の軸方向の端側にそれぞれ設けられた補助突極２ｅ１，２ｅ２と、補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁側となる外周の周囲に設けられた面取り部２ｄ１，２ｄ２とを備えて構成されている。

【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、ティース２ｂは、断面形状を台形にして外周となる先端側の幅よりも内周となる基端側の幅を大きくして基端側の磁路断面積を大きく確保している。より詳細には、各ティース２ｂは断面台形状となっているが、コア２の軸方向の両端に配置されたティース２ｂ１，２ｂ２以外のティース２ｂは、等脚台形状となっている。本実施の形態では、コア２の軸方向の両端に配置されたティース２ｂ１，２ｂ２は、ティース２ｂを軸方向の中央で半分にした断面形状をしており、ティース２ｂ１，２ｂ２の外周の軸方向幅は、ティース２ｂの外周の軸方向幅Ｙの１／２の長さとなっている。よって、本実施の形態では、補助突極２ｅ１，２ｅ２は、コア２の末端のティース２ｂ１，２ｂ２のスロット２ｃ側の端からＹ／２の地点からコア２の両端の部分で形成されており、末端のティース２ｂ１，２ｂ２と一体不可分とされている。なお、末端のティース２ｂの外周における軸方向幅は、Ｙ／２に設定されているが、任意に変更可能である。

【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、コア２は、軸方向両端に設けられたティース２ｂ１，２ｂ２の端側に設けられた補助突極２ｅ１，２ｅ２の端側であって界磁側となる外周側の周囲がＲ形状に面取りされて設けられた面取り部２ｄ１，２ｄ２を備えている。

【0029】

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。本実施の形態の筒型リニアモータ１では、前述のように構成された界磁６と電機子Ｅとで８極９スロットのリニアモータを構成している。なお、極数とスロット数の組み合わせは、適宜変更可能である。

【0030】

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がロッド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。

【0031】

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抵抗の高い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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア２は、断面台形状のティース２ｂを備えておりいる。このように、コア２が断面台形状のティース２ｂを備えていると、界磁６側からの磁力線がティース２ｂの外周端のみならず軸方向の両端の側面にも回り込むので、図３中の波形Ａに示したように、コア２によるコギング推力の波形は、断面矩形のティースのコアを利用した従来の筒型リニアモータに比較して、高調波の歪みが抑制されて正弦波形に近い波形となる。なお、コア２によるコギング推力の周期は、スロット数と極数とで決まり、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、８極９スロットのリニアモータであるので、３６０度を８と９の最小公倍数で割った値である５度となっている。

【0035】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア２の軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２の端側に設けられた補助突極２ｅ１，２ｅ２の端側の界磁側となる外周の周囲に端側へ向かうほど界磁６から離間する面取り部２ｄ１，２ｄ２を備えている。このように、コア２が軸方向の両端の補助突極２ｅ１，２ｅ２に界磁６から遠ざかるような面取り部２ｄ１，２ｄ２を備えていると、電機子Ｅの軸方向の両端部における磁束の変化が滑らかになり、図３中の波形Ｂに示すように、コア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形は、面取り部を備えていない従来の筒型リニアモータに比較して、高調波の歪みが抑制されて正弦波形に近い波形となる。ここで、コア２の補助突極によるコギング推力とは、補助突極２ｅ１，２ｅ２の開放面に作用する力であり、補助突極２ｅ１，２ｅ２の面取り部２ｄ１，２ｄ２の形状によって波形歪を低減でき、ティース２ｂ１，２ｂ２のスロット２ｃ側の端部から補助突極２ｅ１，２ｅ２の面取り部２ｄ１，２ｄ２までの軸方向長さ（厚み）の設定によって位相を調整できる。

【0036】

このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア２が断面台形状のティース２ｂを備えているのでコア２によるコギング推力の波形が歪みの少ない正弦波形となり、コア２が軸方向の両端の補助突極２ｅ１，２ｅ２に面取り部２ｄ１，２ｄ２を備えているのでコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形が歪みの少ない正弦波形となる。

【0037】

このように、コア２によるコギング推力とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力との双方の波形が正弦波形に近い波形となるため、コア２によるコギング推力とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力とを打ち消すように位相を調整すれば、筒型リニアモータ１の全体のコギング推力を抑制できる。

【0038】

そこで、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、両端のティース２ｂ１，２ｂ２の界磁６に正対する端面２ｂ１１，２ｂ２１および補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁６に正対する端面２ｅ１１，２ｅ２１における軸方向長さＸをコア２によるコギング推力をコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力で低減できるように設定している。具体的には、ティース２ｂ１（２ｂ２）のスロット２ｃ側の端部から補助突極２ｅ１（２ｅ２）の面取り部２ｄ１（２ｄ２）までのコア２の界磁６との距離が最も短く界磁６に対して一定の間隔で対向する端面２ｂ１１（２ｂ２１）および端面２ｅ１１（２ｅ２１）の合計の軸方向長さＸを変化させると、コア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形の位相をコア２によるコギング推力の波形の位相と差を調整できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、前記長さＸをコア２によるコギング推力の波形の位相と、コア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形の位相との差が１８０度となるように設定して、コア２によるコギング推力とがコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力とが互い相殺しあって打ち消す合うようにしている。より詳細には、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、前記長さＸを磁極ピッチの２分の１の長さに設定しており、図３中に示すように、コア２によるコギング推力の波形Ａとコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形Ｂとが１８０度位相差をもって出現して互いに打ち消し合って、筒型リニアモータ１の全体のコギング推力の波形Ｃを極小さくすることができる。

【0039】

なお、筒型リニアモータ１の全体のコギング推力を最小にするには、コア２によるコギング推力の波形Ａの位相とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形Ｂの位相との差が１８０度となるように、ティース２ｂ１，２ｂ２の界磁６側の最も界磁６に対向する端面２ｂ１１，２ｂ２１および補助突極２ｅ１，２ｅ２の端面２ｅ１１，２ｅ２１の軸方向長さＸを設定するとよいが、筒型リニアモータ１の全体のコギング推力を低減できる限りにおいて前記長さＸを自由に設定できる。

【0040】

以上、本実施の形態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に対して軸方向へ移動可能な電機子Ｅとを備え、電機子Ｅは、磁性体であって筒状のコア２と、コア２に装着される巻線３とを有し、コア２は、外周に周方向に沿って環状に設けられて軸方向の断面が台形状の複数のティース２ｂと、ティース２ｂ，２ｂ間の空隙で形成された巻線３が装着されるスロット２ｃと、軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２の端側に設けた補助突極２ｅ１，２ｅ２と、補助突極２ｅ１，２ｅ２の端側の界磁側の周囲に設けられ端側へ向かうほど界磁６から離間する面取り部２ｄ１，２ｄ２とを有し、両端のティース２ｂ１，２ｂ２および補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁６に一定の間隔で対向する端面２ｂ１１，２ｂ２１，２ｅ１１，２ｅ２１の軸方向長さＸは、コア２によるコギング推力をコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力で低減するように設定されている。

【0041】

このように構成された筒型リニアモータ１では、コア２が断面台形状のティース２ｂを備えており、コア２が軸方向の両端の補助突極２ｅ１，２ｅ２に面取り部２ｄ１，２ｄ２を備えているので、コア２によるコギング推力とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形が歪みの少ない正弦波形となる。また、両端のティース２ｂ１，２ｂ２および補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁６に対向する端面２ｂ１１，２ｂ２１，２ｅ１１，２ｅ２１の軸方向長さＸは、コア２によるコギング推力をコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力で低減するように設定されているので、歪みの少ない正弦波形のコア２によるコギング推力とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力との位相を前記長さＸの設定によって互いの推力同士を相殺するように調整できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、コア２によるコギング推力をコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力で減殺させて筒型リニアモータ１の全体のコギング推力を低減できる。

【0042】

さらに、両端のティース２ｂ１，２ｂ２および補助突極２ｅ１，２ｅ２の界磁６に対向する端面２ｂ１１，２ｂ２１，２ｅ１１，２ｅ２１の軸方向長さＸがコア２によるコギング推力の位相とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の位相とが１８０度となるように設定される場合、コア２によるコギング推力の波形Ａとコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力の波形Ｂとが丁度逆位相となって効率よく互いを打ち消し合って、筒型リニアモータ１の全体のコギング推力を最小にできる。

【0043】

なお、図４に示した一実施の形態の第１変形例の筒型リニアモータ１Ａのように、電機子Ｅ１におけるコアを、軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２を含む中央コア分割体２１と、環状であって中央コア分割体２１の軸方向の両端にそれぞれ積層される一対のスペーサ２２，２２と、環状であってスペーサ２２，２２の軸方向で反中央コア分割体側にそれぞれ積層されて面取り部２３ａ，２３ａを具備する一対の端部側コア分割体２３，２３とで構成して、スペーサ２２および端部側コア分割体２３を補助突極として機能させてもよい。これらの中央コア分割体２１、スペーサ２２，２２および端部側コア分割体２３，２３は、磁性体で構成されている。

【0044】

中央コア分割体２１は、円筒状のヨーク２１ａと、ヨーク２１ａの外周に設けた断面台形状であって環状のティース２１ｂとを備えており、両端のティース２１ｂ１，２１ｂ２の軸方向の長さは、他のティース２１ｂよりも短くなっている。巻線３は、ティース２１ｂ間の空隙でなるスロット２１ｃに装着されている。スペーサ２２，２２は、環状であって、外周面を界磁６に正対させている。また、端部側コア分割体２３は、外周面がＲ形状に面取りされてできる湾曲面とされていて、外周全体で面取り部２３ａを形成している。このように構成された中央コア分割体２１の軸方向の両端にスペーサ２２，２２を重ね、さらに、スペーサ２２，２２の外側から端部側コア分割体２３，２３を積層させると、一実施の形態の筒型リニアモータ１におけるコア２と同じ形状のコア２を形成することができる。

【0045】

端部側コア分割体２３，２３は、コア２の補助突極によるコギング推力の波形の歪を低減させるために面取り部２３ａ，２３ａを備えており、スペーサ２２は、コア２のコギング推力の波形の位相に対してコア２の補助突極のコギング推力の波形の位相を調整するために設けられている。ここで、複数の軸方向長さが異なるスペーサ２２を用意しておけば、スペーサ２２の交換によって、コア２によるコギング推力を生じさせる中央コア分割体２１に対して、コア２の補助突極によるコギング推力を生じさせる端部側コア分割体２３の位置を調整できる。

【0046】

よって、このように、コア２が、軸方向の両端のティース２ｂ１，２ｂ２を含む中央コア分割体２１と、環状であって中央コア分割体２１の軸方向の両端にそれぞれ積層される一対のスペーサ２２，２２と、環状であってスペーサ２２，２２の軸方向で反中央コア分割体側にそれぞれ積層されて面取り部２３ａ，２３ａを具備する端部側コア分割体２３，２３とで構成された筒型リニアモータ１Ａによれば、スペーサ２２の交換によって、コア２によるコギング推力とコア２の補助突極によるコギング推力とが効率よく打ち消せるように、中央コア分割体２１に対して端部側コア分割体２３，２３の軸方向の位置を調整できる。

【0047】

なお、端部側コア分割体２３の外周面を全て面取り部２３ａとするのではなく、端部側コア分割体２３の外周面が前記した長さＸの範囲内の一部を構成してもよい。また、スペーサ２２は、コア２における軸方向の両側のティース２ｂ１，２ｂ２の最外周面の全部を含んで構成されてもよい。このように、スペーサ２２と端部側コア分割体２３のみで補助突極を構成してもよいし、スペーサ２２と端部側コア分割体とで補助突極だけでなくコア２の両端のティースの一部または全部を構成してもよいし、スペーサ２２と端部側コア分割体２３とで補助突極の一部を構成してもよい。

【0048】

さらに、図示はしないが、コア２は、スペーサ２２，２３を省略して、中央コア分割体２１と、軸方向で中央コア分割体２１の両端に積層されて面取り部２３ａ，２３ａを具備する端部側コア分割体２３，２３とで構成されてもよく、端部側コア分割体２３を補助突極として機能させてもよい。この場合、端部側コア分割体２３の外周面を全て面取り部２３ａとするのではなく、端部側コア分割体２３の外周面が前記した長さＸの範囲内の一部または全部を構成してもよい。また、端部側コア分割体２３のみで補助突極を構成してもよいし、端部側コア分割体２３で補助突極とコア２の両端のティース２ｂ１，２ｂ２の一部または全部を構成してもよし、端部側コア分割体２３で補助突極の一部を構成してもよい。
このように構成された筒型リニアモータによれば、筒型リニアモータの極スロット数に応じて最適な軸方向長さをもつ端部側コア分割体２３，２３を用いれば、中央コア分割体２１を設計変更することなく、コア２によるコギング推力とコア２の補助突極２ｅ１，２ｅ２によるコギング推力とが効率よく打ち消せるようになる。

【0049】

なお、各実施の形態の筒型リニアモータ１，１Ａにおいて、面取り部２ｄ１，２ｄ２，２３ａは、断面Ｒ形状の湾曲面で形成されているが、ティース２ｂ１，２ｂ２或いは端部側コア分割体２３の軸方向の両端側であって界磁側の周囲に形成されて界磁６から遠ざかるように面取りされて形成されていればよいので、Ｃ形状のテーパ面で形成されていてもよい。

【0050】

なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、界磁６の内周に電機子Ｅを設ける構造となっているが、界磁６の外周に電機子Ｅを設ける構造を採用することも可能である。その場合、コア２の界磁側となる内周側にティースを設けて、ティース間に形成されるスロットに巻線３を装着するとともに、コア２の軸方向の両端の補助突極の内周となる界磁側の周囲に面取り部を設ければよい。そして、この場合、コアのティースのスロット側端から補助突極の面取り部までの界磁に対向する内周面の軸方向の長さをコア２によるコギング推力をコア２の補助突極によるコギング推力で低減するように設定すればよい。

【0051】

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】

【0052】

１，１Ａ・・・筒型リニアモータ、２・・・コア、２ａ，２１ａ・・・ヨーク、２ｂ１，２ｂ２・・・両端のティース、２ｂ１１，２ｂ２１，２ｅ１１，２ｅ２１・・・端面、２ｃ，２１ｃ・・・スロット、２ｄ１，２ｄ２，２３ａ・・・面取り部、２ｅ１，２ｅ２・・・補助突極、３・・・巻線、６・・・界磁、２１・・・中央コア分割体、２２・・・スペーサ、２３・・・端側コア分割体、Ｅ，Ｅ１・・・電機子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】