特開 2023-127809 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】P2023127809

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】筒型リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/02 20060101AFI20230907BHJP

   H02K 41/03 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

H02K41/02 Z

H02K41/03 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031718

(22)【出願日】2022-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(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】佐藤 浩介

【テーマコード（参考）】

5H641

【Ｆターム（参考）】

5H641BB06

5H641GG03

5H641GG04

5H641GG07

5H641HH02

5H641JA02

(57)【要約】

【課題】巻線を保護できる筒型リニアモータを提供する。
【解決手段】上記した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に対して軸方向へ移動可能な電機子２とを備え、電機子２は、磁性体であって筒状のコア３と、コア３に装着される巻線５と、コア３に取り付けられるガイドバー３０とを有し、コア３は、円筒状のヨーク３ａと、ヨーク３ａの内周或いは外周のうち界磁６側に周方向に沿って環状に設けられるとともに軸方向に並べて設けられる複数のティース３ｂと、ティース３ｂ，３ｂ間の空隙で形成されて巻線５が装着されるスロット３ｃとを有し、ガイドバー３０は、ティース３ｂのそれぞれに巻線５より界磁６側にコア３の軸方向に沿って架け渡されるとともにティース３ｂの周方向に複数配置されてコア３に取り付けられている。
【選択図】図２

【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、
前記コアに取り付けられる非磁性体のガイドバーとを有し、
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るとともに軸方向に並べて設けられる複数のティースと、
前記ティース間の空隙で形成されて前記巻線が装着されるスロットとを具備し、
前記ガイドバーは、前記ティースのそれぞれに前記巻線より前記界磁側に前記コアの軸方向に沿って架け渡されるとともに前記ティースの周方向に複数配置されて前記コアに取り付けられる
ことを特徴とする筒型リニアモータ。

【請求項2】

前記ティースは、周方向に並べて設けられて肉厚を軸方向に貫通する通し孔を有し、
前記ガイドバーは、前記通し孔内に挿通される
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。

【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、軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように環状の複数の永久磁石を積層して形成した筒状の界磁と、軸方向に並べて配置される複数のティースを外周に持つ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相の巻線とを有して界磁内に軸方向へ移動可能に挿入された電機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、電機子のＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線へ適宜通電することにより、界磁における永久磁石と電機子との間に生じる軸方向の吸引および反発する力を発揮して、電機子或いは界磁を可動子として駆動する（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２０１３－０２９１５９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、界磁とコアとの間のエアギャップが磁気抵抗となるため、推力を向上するためにはエアギャップを可能な限り狭くしたい。しかしながら、巻線をスロットに巻く際に巻線がティースの先端を越えてはみ出ることがあり、界磁によってコアが径方向にも吸引されてるために巻線が界磁に干渉する危険がある。

【0006】

そこで、本発明は、巻線を保護でき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、コアに取り付けられる非磁性体のガイドバーとを有し、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るとともに軸方向に並べて設けられる複数のティースと、ティース間の空隙で形成されて巻線が装着されるスロットとを具備し、ガイドバーは、ティースのそれぞれに巻線より界磁側にコアの軸方向に沿って架け渡されるとともにティースの周方向に複数配置されてコアに取り付けられることを特徴としている。

【0008】

このように構成された筒型リニアモータでは、コアへのガイドバーの設置によって巻線のスロットからのはみ出しが規制され、電機子が界磁に吸引されて界磁に対して径方向に偏心しても、巻線と界磁或いは界磁側の部品との干渉を防止できる。

【0009】

また、筒型リニアモータでは、ティースが周方向に並べて設けられて肉厚を軸方向に貫通する通し孔を備えており、ガイドバーが通し孔内に挿通されるので、ガイドバーのコアからの脱落を阻止し得る。

【発明の効果】

【0010】

本発明の筒型リニアモータによれば、巻線を保護できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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における電機子の拡大側面図である。

【図3】一実施の形態の筒型リニアモータにおけるコアの断面図である。

【図4】（ａ）は、コアの一端を構成するコア分割体の平面図である。（ｂ）は、コアの中間部分を構成するコア分割体の平面図である。（ｃ）は、コアの他端を構成するコア分割体の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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に対して界磁６の軸方向に移動可能な電機子２とを備えて構成されている。

【0013】

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、電機子２は、図１から図４に示すように、磁性体で形成されたコア３、巻線５、非磁性体で形成されたガイドバー３０およびコア３の軸方向両端に配置される磁性体で形成された一対の補助突極３１とを備えて構成されている。コア３は、円筒状のヨーク３ａと、ヨークの３ａ外周に周方向に沿って環状に設けられるとともに軸方向に等間隔に並べて設けられる１０個のティース３ｂと、ティース３ｂ，３ｂ間の空隙で形成されて巻線５が装着されるスロット３ｃと、ティース３ｂの先端となる外周の至近の肉厚を軸方向に貫通するとともにティース３ｂに対して同一円周上の周方向に並べて設けられた８つの通し孔３ｄとを備えて構成されている。

【0014】

コア３は、前述の通り筒状であって、図１に示すように、１０個の各ティース３ｂ間に形成された空隙で形成されて巻線５が装着されるスロット３ｃを備えている。また、本実施の形態では、図１中で隣り合うティース３ｂ，３ｂ同士の間には、空隙でなるスロット３ｃが合計で９個設けられている。

【0015】

また、各ティース３ｂは、環状であって、コア３の両端に配置されたティース３ｂを除いて、軸方向において内周端の幅より外周端の幅が狭い等脚台形状とされており、軸方向で両側の側面が外周端に対して等角度で傾斜するテーパ面とされている。末端のティース３ｂは、図１に示すように、末端のティース３ｂ以外の他のティース３ｂをコア３の軸線に直交する面で切り落とした断面形状とされている。なお、ティース３ｂの断面形状は、等脚台形状以外の形状であってもよく、たとえば、矩形であってもよい。

【0016】

なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、コア３は、図２から図４に示すように、それぞれ一つのティース３ｂを持つように軸方向で分割された複数の環状のコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を積層して形成されている。具体的には、コア３は、コア３の一端に対応する１個のコア分割体Ｃ１と、８個のコア分割体Ｃ２と、コア３の他端に対応する１個のコア分割体Ｃ３とで構成されている。

【0017】

コア３の一端に対応するコア分割体Ｃ１は、環状であって、コア３におけるヨーク３ａに対応する環状のヨーク部４０と、ヨーク部４０の外周に設けられたティース３ｂと、ティース３ｂの先端となる外周の至近を軸方向に貫通するとともにティース３ｂに対して同一円周上の周方向に沿って等間隔に並べて設けられた８つの通し孔３ｄと、ヨーク部４０を軸方向に貫く６つの位置決め用孔４０ａと、ティース３ｂの外周からヨーク部４０に内周へ通じるスリット４１とを備えている。コア分割体Ｃ１は、スリット４１を備えているので平面視でＣ形状となっている。また、コア分割体Ｃ１におけるヨーク部４０の軸方向の長さは、ティース３ｂの根元部分の軸方向長さと同じ長さとなっている。なお、コア分割体Ｃ１におけるティース３ｂは、コア３の末端に配置されるティースであるので、コア３の中間部分に相当するコア分割体Ｃ２におけるティース３ｂをコア３の軸線に直交する面で切り落とした断面形状とされている。そのため、コア分割体Ｃ１の一端は、ティース３ｂの端面とヨーク部４０の端面は面一となる平面となっている。

【0018】

また、コア３の両端以外に対応するコア分割体Ｃ２は、コア３におけるヨーク３ａに対応する環状のヨーク部４２と、ヨーク部４２の外周の端側に偏って設けられたティース３ｂと、ティース３ｂの先端となる外周の至近を軸方向に貫通するとともにティース３ｂに対して同一円周上の周方向に沿って等間隔に並べて設けられた８つの通し孔３ｄと、ヨーク部４２を軸方向に貫く６つの位置決め用孔４２ａと、ティース３ｂの外周からヨーク部４２に内周へ通じるスリット４３とを備えている。コア分割体Ｃ２は、スリット４３を備えているので平面視でＣ形状となっている。コア分割体Ｃ２におけるヨーク部４２における軸方向長さは、ティース３ｂの根元部分の軸方向長さより長く、ティース３ｂがヨーク部４２の一端側に偏った位置に設けられており、ティース３ｂの根元部分の一端とヨーク部４２の軸方向の一端とが面一となっている。

【0019】

さらに、コア３の他端に対応するコア分割体Ｃ３は、コア３におけるヨーク３ａに対応する環状のヨーク部４４と、ヨーク部４４の外周の端側に偏って設けられたティース３ｂと、ティース３ｂの先端となる外周の至近を軸方向に貫通するとともにティース３ｂに対して同一円周上の周方向に沿って等間隔に並べて設けられた８つの通し孔３ｄと、ヨーク部４４を軸方向に貫く６つの位置決め用孔４４ａと、ティース３ｂの外周からヨーク部４４に内周へ通じるスリット４５とを備えている。コア分割体Ｃ３は、スリット４５を備えているので平面視でＣ形状となっている。コア分割体Ｃ３におけるヨーク部４４における軸方向長さは、ティース３ｂの根元部分の軸方向長さより長く、ティース３ｂがヨーク部４２の一端側に偏った位置に設けられており、ティース３ｂの根元部分の一端とヨーク部４４の軸方向の一端とが面一となっている。なお、コア分割体Ｃ３におけるティース３ｂは、コア３の末端に配置されるティースであるので、コア３の中間部分に相当するコア分割体Ｃ２におけるティース３ｂをコア３の軸線に直交する面で切り落とした断面形状とされている。そのため、コア分割体Ｃ３の一端は、ティース３ｂの端面とヨーク部４４の端面は面一となる平面となっている。

【0020】

このように構成されたコア３の端部に対応するコア分割体Ｃ１に８個のコア分割体Ｃ２およびコア分割体Ｃ３を積層するとコア３が形成される。コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３における通し孔３ｄ、位置決め用孔４０ａ，４２ａ，４４ａおよびスリット４１，４３，４５は、ティース３ｂに対して同じ位置に設けられており、コア３を軸方向から見て、コア分割体Ｃ１の位置決め用孔４０ａ、コア分割体Ｃ２の位置決め用孔４２ａおよびコア分割体Ｃ３の位置決め用孔４４ａとが軸方向に一直線上に並ぶように配置してコア分割体Ｃ１、コア分割体Ｃ２およびコア分割体Ｃ３を積層すると、コア分割体Ｃ１、コア分割体Ｃ２およびコア分割体Ｃ３のティース３ｂにおける通し孔３ｄもそれぞれ軸方向で一直線上に並ぶとともに、スリット４１，４３，４５もそれぞれ軸方向で一直線上に並ぶ。すると、コア３が組み立てられると、８個の通し孔３ｄがそれぞれ軸方向に一直線上に並んで配置されるとともに、スリット４１，４３，４５が軸方向に一直線上に並んで配置される。

【0021】

なお、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を積層する際に、位置決め用孔４０ａ，４２ａ，４４ａの少なくとも２つ以上に位置決め用の図示しないピンを挿通することで、ピンを基準としてコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を位置決めして、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を適正な位置に位置合わせした状態で容易に積層してコア３を組み立て得る。

【0022】

このように構成されたコア分割体Ｃ１、コア分割体Ｃ２およびコア分割体Ｃ３を積層してコア３を形成すると、コア分割体Ｃ２，Ｃ３におけるヨーク部４２，４４における軸方向長さがティース３ｂの根元部分の軸方向長さより長く、ティース３ｂがヨーク部４２，４４の一端側に偏った位置に設けられているので、コア分割体Ｃ１，Ｃ２のティース３ｂ，３ｂ間、コア分割体Ｃ２，Ｃ２のティース３ｂ，３ｂ間およびコア分割体Ｃ２，Ｃ３のティース３ｂ間のそれぞれに空隙となるスロット３ｃが形成される。そして、このスロット３ｃには、巻線５が巻き回されて装着される。巻線５は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線の三相の巻線で構成されている。

【0023】

このように構成されたコア３に巻線５を装着するには、たとえば、予め、コア分割体Ｃ２，Ｃ３に巻線５を装着して、図外のリード線をスリット４３、４５内に通しておく。このようにして巻線５とアッセンブリ化されたコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を位置決め用孔４０ａ，４２ａ，４４ａ内にピンを挿入しつつ、積層していく。図外のリード線は、巻線５が装着されたコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に積層されるスリット４１，４３，４５を通して同相の巻線５へ接続される。このコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を積層する工程において、前述したように、６つの位置決め用孔４０ａ，４２ａ，４４ａのうち、少なくとも２つ以上の位置決め用孔４０ａ，４２ａ，４４ａにピンを差し込んでおく。このようにピンを差し込んでおけば、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が周方向に位置決めされるので、通し孔３ｄおよびスリット４１，４３，４５の位置合わせが非常に容易となり、コア３の製造作業が非常に容易となる。なお、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、互いに接着されて一体化される。なお、コア３の組み立てが終了すればピンを抜き去ることができる。また、コア３がコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で構成されるので、ティース３ｂに通し孔３ｄを穿つ加工が容易となり、コア３のティース３ｂに通し孔３ｄを備えたコア３を容易に製造できるが、コア３は、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を積層して形成されるのではなく、１つの部品で形成されてもよい。また、コア３をコア分割体の積層で形成する場合、コア分割体の構成は、前述した構成に限られず、たとえば、コア３の軸方向での分割位置を設計変更して、ティース３ｂがヨーク部の外周の軸方向の中央に配置されるようにコア分割体を形成してもよいし、１つのコア分割体が複数のティース３ｂを持つようにしてもよい。

【0024】

なお、スリット４１，４３，４５は、コア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の内周へ通じているが、ヨーク部４０，４２，４４の径方向の途中まで形成されていてコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の内周へ通じていなくともよい。ただし、スリット４１，４３，４５がコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の内周まで通じている場合、コア３を形成するとスリット４１，４３，４５がコア３の内周へ貫通するので、コア３とロッド１１との間に環状隙間を設けておくことで、リード線をコア３の内周に配置できるようになり、異なる相の巻線５に接続されたリード線同士を離間させて絶縁し易くなる。

【0025】

また、巻線５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相の巻線で構成されているので、相毎の絶縁性の向上のために、各相毎のリード線が同じスリット４１，４３，４５に同居しないように、隣のコア分割体Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のスリット４１，４３，４５に連通可能であって同相の巻線５が装着されるスロット３ｃ同士を連通する孔を設けて、異なる相のリード線の混在を避けるようにしてもよい。

【0026】

ガイドバー３０は、非磁性体であって円柱状に形成されており、コア３の軸方向で一直線上に配置される通し孔３ｄ内にそれぞれ挿入されている。
以上、宜しくお願い申し上げます。コア３を軸方向から見ると、通し孔３ｄは、ティース３ｂに対して周方向に等間隔に８つ設けられており、それぞれの通し孔３ｄが軸方向に一直線上に配置されているから、本例では、８本のガイドバー３０が周方向に等間隔に配置されて軸方向に沿って各ティース３ｂに架け渡されてコア３に設けられている。

【0027】

通し孔３ｄは、ティース３ｂにおけるコア３のスロット３ｃ内に装着された巻線５の外周よりも界磁６側となる外周側に設けられており、ガイドバー３０がコア３に装着されると、コア３に対して巻線５よりも界磁６側に配置される。

【0028】

ガイドバー３０は、非磁性体であれば材料に制限はないものの、巻線５への通電時に高熱となるため、非磁性体の金属とされるのが好ましい。

【0029】

また、ガイドバー３０の断面形状は、円形以外の形状とされてもよいが、巻線５のスロット３ｃからのはみ出しを防止して巻線５を保護するために設けられているので、円形とされることでガイドバー３０に巻線５が接触した際に巻線５を傷つけ難いので有利である。よって、ガイドバー３０の断面形状は、円形などの角の無い形状とされることが好ましい。また、ガイドバー３０は、中実であっても中空であってもよいが、通し孔３ｄ内に挿入された状態で張力を作用させずとも撓まずに、巻線５が接触しても変形せずに巻線５のスロット３ｃからのはみ出しを防止できる程度の剛性を備えていることが好ましい。ただし、ワイヤ等でガイドバー３０を形成して張力を与えてハリを持たせ、ガイドバー３０に巻線５が接触してもガイドバー３０が変形せずに巻線５のスロット３ｃからのはみ出しを防止できるようにしてもよい。なお、ガイドバー３０は、非磁性体であるので、コア３に取り付けられても磁気回路を構成せず、界磁６の磁界や巻線５への通電時の磁界に影響を与えず、また、界磁６に吸引されて変形してしまう心配もない。

【0030】

ガイドバー３０は、本実施の形態では、ティース３ｂに設けられた通し孔３ｄ内に挿入されるので、ガイドバー３０をコア３から脱落させるような力が働いてもガイドバー３０の脱落を防止できる。なお、ガイドバー３０のコア３への設置にあたり、コア３の各ティース３ｂに外周から開口するとともに軸方向で一直線上に並んで配置されるように溝を設けて、当該溝内にガイドバー３０を挿入して接着等でコア３にガイドバー３０を固着させることもできる。ティース３ｂの通し孔３ｄを設ける場合も、溝を設ける場合も、ガイドバー３０は、ティース３ｂの先端となる外周よりもヨーク３ａ側に没入しており、界磁６側へ張り出さないようにされている。

【0031】

本実施の形態では、各ティース３ｂに周方向に等間隔に８個の通し孔３ｄを設けており、各通し孔３ｄにそれぞれガイドバー３０を挿入しているので、コア３に対して８本のガイドバー３０が設置されているが、コア３に対するガイドバー３０の設置数は、複数であって巻線５のスロット３ｃからのはみ出しを規制できれる限りにおいて８本以外に設定されてもよい。また、ガイドバー３０は、巻線５のスロット３ｃからのはみ出しを規制できる限りにおいてティース３ｂの周方向に等間隔に配置されずともよいが、３本以上のガイドバー３０をティース３ｂに対して周方向に等間隔に設置するようにすればコア３の周方向における重量バランスが良くなるので筒型リニアモータ１の円滑な伸縮を保証し得る。

【0032】

一対の補助突極３１は、磁性体で形成されるとともに円環状であってコア３の両端にそれぞれ当接してコア３を挟んでおり、コア３とは軸方向で反対側であって界磁側となる外周部にＲ形状の面取部３１ａを備えている。補助突極３１を設けると、コア３の軸方向の両端部における磁束の変化が滑らかになり、筒型リニアモータ１のコギング推力を低減できる。

【0033】

このように本実施の形態の筒型リニアモータ１では、補助突極３１，３１は、コア３の両端のティース３ｂに当接して末端のティース３ｂの通し孔３ｄを塞ぐので、ガイドバー３０をティース３ｂに接着せずともガイドバー３０のコア３からの脱落を防止できる。なお、補助突極３１，３１の設置は任意であって不要であれば省略することもできるし、コア３の両端に一体不可分に設けられてもよい。なお、補助突極３１，３１を設けない場合、通し孔３ｄに挿入されたガイドバー３０を接着によってコア３に固定してもよいし、後述するスライダ２１ｂ，２５とでコア３を挟持してもよい。スライダ２１ｂ，２５にコア３を挟持する場合、接着によらずスライダ２１ｂ，２５によってガイドバー３０の通し孔３ｄからの脱落を阻止できる。

【0034】

このように、コア３、巻線５、ガイドバー３０および補助突極３１とで構成された電機子２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ている。ロッド１１は、筒状の第１ロッド２０と、筒状であって外周にコア３が装着されるとともに第１ロッド２０の内周に螺合される第２ロッド２１とを備えている。

【0035】

第１ロッド２０は、筒状であって図１中左端外周と図１中右端内周にそれぞれ螺子部２２ａ，２２ｂを有するロッド本体２２と、筒型リニアモータ１を機器へ取り付けるブラケット２３ａを有してロッド本体２２の図１中左端の螺子部２２ａに螺着されてロッド本体２２の左端を閉塞するロッドキャップ２３とを備えている。

【0036】

また、ロッド本体２２の図１中右端外周には、環状のスライダ２５が嵌合されている。スライダ２５は、後述する筒部９ｂの内周に摺接する摺接部２５ａと、摺接部２５ａの図１中左方側であるロッド１１の基端側に設けられた外径が摺接部２５ａよりも小径な小径部２５ｂと、小径部２５ｂの外周に周方向に沿って設けられた環状溝２５ｃと、図１中右端内周に設けられたフランジ２５ｄとを備えている。そして、スライダ２５の環状溝２５ｃには、弾性体としてのゴム製のシールリング２６が装着されている。また、フランジ２５ｄの内径は、ロッド本体２２の内径以上であってロッド本体２２の外径以下となっており、スライダ２５をロッド本体２２に嵌合するとフランジ２５ｄがロッド本体２２の図１中右端面に当接する。

【0037】

第２ロッド２１は、外周に電機子２が装着される筒状の電機子保持筒２１ａと、電機子保持筒２１ａの図１中右端となる先端の外周に設けられる環状のスライダ２１ｂとを備えている。また、電機子保持筒２１ａの図１中左端となる基端の外周には、螺子部２１ｃが設けられており、電機子保持筒２１ａの基端側内周には内径が他の部位よりも大きな内径大径部２１ｄが設けられている。そして、電機子保持筒２１ａの基端を第１ロッド２０におけるロッド本体２２の図１中右端の内周に挿入しつつ螺子部２１ｃを螺子部２２ｂに捩じ込むと、第１ロッド２０と第２ロッド２１とが連結される。このようにロッド１１は、本実施の形態では、第１ロッド２０と第２ロッド２１とで構成されて筒状とされている。

【0038】

また、第２ロッド２１における電機子保持筒２１ａの外周には、電機子２が嵌合されて装着されている。電機子保持筒２１ａの外径は、第１ロッド２０におけるロッド本体２２の外径よりも小径となっているので、スライダ２５を装着した第１ロッド２０に電機子２を装着した第２ロッド２１を前記した要領で連結すると、電機子２およびスライダ２５が第１ロッド２０の図１中右端と第２ロッド２１のスライダ２１ｂとで挟み込まれて固定される。このようにロッド１１に電機子２を装着すると、電機子２がスライダ２１ｂおよびスライダ２５に挟まれる格好でロッド１１に固定される。なお、本実施の形態では、電機子２は、単一のコア３のみを有して構成されているが、推力の向上等のために複数のコア３を持つ構成とされてもよい。

【0039】

つづいて、ロッド１１には、ロッド１１の外周を覆って空隙Ｇを形成するカバー１７が設けられている。具体的には、カバー１７は、筒状であって一端がロッド１１の外周に設けた環状のカバーエンド１８の外周に嵌合されるとともに他端がスライダ２５の小径部２５ｂの外周に嵌合されてロッド１１に装着されている。

【0040】

カバー１７とロッド１１との間の空隙Ｇ内には、コア３に装着された各相の巻線５を外部の図示しない駆動回路へ接続するリード線Ｌが収容されており、カバー１７を取外した状態で巻線５とリード線Ｌとの配線作業を行えるようになっており、筒型リニアモータ１の組立作業を容易ならしめている。

【0041】

他方、固定子は、本実施の形態では、円筒状の積層磁石体１０と積層磁石体１０の外周に装着される円筒状の磁性体でなるバックヨーク８とで構成された界磁６と、積層磁石体１０の内周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、円筒状であって内方にインナーチューブ９および界磁６が挿入される非磁性体で形成されるバレル７とを備えて構成されている。

【0042】

バレル７は、非磁性体で形成されており、図１中左側の開口端の内周に設けられた螺子部７ａと、図１中右側の開口端の外周に設けられた螺子部７ｂとを備えている。また、バレル７の図１中右端側の開口端の外周には、ボトムキャップ１２が螺着されており、バレル７の図１中右端の開口端が閉塞されている。ボトムキャップ１２は、底部１２ａと筒部１２ｂとを備えた有底筒状であって、バレル７の外周に筒部１２ｂを螺合することでバレル７に装着されている。また、ボトムキャップ１２の筒部１２ｂには筒型リニアモータ１の機器への取り付けを可能とするブラケット１２ｃが設けられている。ボトムキャップ１２は、底部１２ａが界磁６の図１中右端に対向している。

【0043】

インナーチューブ９は、非磁性体で形成されており、バレル７の図１中左端の開口端に螺子締結によって装着される環状のヘッド部９ａと、ヘッド部９ａよりも肉厚が薄くヘッド部９ａの図１中右端の内周から延びて界磁６の内周に挿入される筒部９ｂとを備えて構成されている。よって、インナーチューブ９におけるヘッド部９ａの図１中右端は、筒部９ｂの外周に配置される界磁６の図１中左端に対向している。

【0044】

また、インナーチューブ９は、ヘッド部９ａの図１中右端と筒部９ｂとの境に湾曲面９ｃ備えており、ヘッド部９ａにのみ軸力が作用してもヘッド部９ａと筒部９ｂの境に応力が集中しないようになっている。なお、このように応力集中を回避するには、ヘッド部９ａと筒部９ｂとの境にテーパ面を設けるようにしてもよい。

【0045】

界磁６は、軸方向に交互に積層されて挿入される複数の環状の主磁極となる永久磁石１０ａと複数の環状の副磁極となる永久磁石１０ｂとで形成される積層磁石体１０と、積層磁石体１０の外周に嵌合して積層磁石体１０の外周に接着されて積層磁石体１０の外周に定着される筒状のバックヨーク８とを備えて構成されている。

【0046】

積層磁石体１０は、軸方向に交互に積層される複数の環状の主磁極となる永久磁石１０ａと複数の環状の副磁極となる永久磁石１０ｂとを備えて構成されている。永久磁石１０ａと永久磁石１０ｂとは、飛散防止のため、接着剤を介在して積層されている。なお、図１中で主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石１０ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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。

【0047】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さは、副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さよりも長くなっている。このように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さを長くすればコア３との間の主磁極の永久磁石１０ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア３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の推力を向上できる。本実施の形態では、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さを副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さよりも長くしているが、これに限らず両者の軸方向の長さの設定は任意に設計変更できる。

【0048】

また、本発明の筒型リニアモータ１では、永久磁石１０ａ，１０ｂ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１０ｂの軸方向長さが短くなると主磁極の永久磁石１０ａ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１０ａの軸方向長さ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１０ａ，１０ｂ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１０ｂの軸方向長さ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１０ａの軸方向長さを副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さよりも長くするとともに永久磁石１０ａ，１０ｂ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の推力を大きく向上させ得る。このように、バックヨーク８を設けると磁気抵抗の増大を抑制できるが、バックヨーク８の省略も可能である。また、バックヨーク８の肉厚は、主磁極の永久磁石１０ａ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。なお、バックヨーク８の軸方向長さが積層磁石体１０の全長よりも長い場合、積層磁石体１０の末端の磁力線が大気へ洩れず筒型リニアモータ１の推力低下を防止できる。このように、バックヨーク８の軸方向長さを積層磁石体１０の軸方向長さよりも長くするには、積層磁石体１０が永久磁石１０ａ，１０ｂの加工誤差によって採りうる軸方向の最大長さよりもバックヨーク８の軸方向長さを長くしておけばよい。また、本実施の形態では、積層磁石体１０は、ハルバッハ配列となるように積層された永久磁石１０ａ，１０ｂで構成されているが、ラジアル方向に着磁されて内周にＮ極を持つ環状の永久磁石とラジアル方向に着磁されて内周にＳ極を持つ環状の永久磁石とを順番に積層して構成されてもよい。

【0049】

このように構成された界磁６の内周側には、電機子２が軸方向移動自在に挿入されており、界磁６は、コア３に磁界を作用させている。なお、界磁６は、コア３の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア３の可動範囲に応じて積層磁石体１０の設置範囲を決定すればよい。したがって、バレル７と筒部９ｂとの環状隙間のうち、コア３に対向し得ない範囲には、永久磁石１０ａ，１０ｂを設置しなくともよい。

【0050】

そして、筒部９ｂの外周とバレル７の内周との間には、環状のヘッド側スペーサ５０、界磁６、環状のエンド側スペーサ５１とが収容されている。ヘッド側スペーサ５０は、筒状であって、図１中右側となる界磁側の外径より図１中左側となる反界磁側の外径が大きくなる形状となっており、大径部５０ａと小径部５０ｂとを備えており、大径部５０ａの図１中左端がインナーチューブ９のヘッド部９ａの図１中右端面に当接し、小径部５０ｂの図１中右端が界磁６の左端に当接している。

【0051】

エンド側スペーサ５１は、筒状であって、図１中左側となる界磁側の外径より図１中右側となる反界磁側の外径が大きくなる形状となっており、大径部５１ａと小径部５１ｂとを備えており、大径部５１ａの図１中右端がボトムキャップ１２の底部１２ａの図１中左端面に当接し、小径部５１ｂの図１中左端が界磁６の右端６ｂに当接している。

【0052】

そして、筒部９ｂの外周には、図１中左から環状のヘッド側スペーサ５０、界磁６、環状のエンド側スペーサ５１が順に嵌合され、インナーチューブ９のヘッド部９ａをバレル７に螺子締結した後、バレル７の図１中右端にボトムキャップ１２を取り付けると、ヘッド側スペーサ５０、積層磁石体１０およびエンド側スペーサ５１がインナーチューブ９におけるヘッド部９ａとボトムキャップ１２の底部１２ａとで挟持され、積層磁石体１０がバレル７の内周に固定される。なお、積層磁石体１０の外周に装着されるバックヨーク８は、ヘッド部９ａとボトムキャップ１２とによって軸方向で挟持されていないが、積層磁石体１０に接着されるのでバレル７内で移動しない。

【0053】

なお、ヘッド部９ａの内周には、第１ロッド２０の外周を覆うカバー１７の外周に摺接する環状のシール部材２８が設けられており、筒型リニアモータ１内への塵や水などの侵入が防止されている。

【0054】

そして、インナーチューブ９内には、電機子２が装着されたロッド１１が軸方向移動自在に挿入され、筒部９ｂの内周にスライダ２１ｂ，２５が摺接して、電機子２の軸方向の移動が案内される。

【0055】

筒部９ｂは、コア３の外周と各永久磁石１０ａ，１０ｂの内周との間のギャップを形成するとともに、スライダ２１ｂ，２５と協働してコア３の軸方向移動を案内する役割を果たしている。なお、本実施の形態では、電機子２は、単一のコア３のみを有して構成されているが、複数のコア３を持つ場合、電機子２の軸方向両端だけでなくコア３，３間にも筒部９ｂの内周に摺接するスライダを設けてもよい。なお、本実施の形態では、スライダ２１ｂ，２５が摺接するインナーチューブ９を設けて電機子２の界磁６に対する軸方向への移動を案内しているが、他の部品によって電機子２の軸方向への移動を案内する場合にはインナーチューブ９を廃止してもよい。

【0056】

さらに、ボトムキャップ１２の底部１２ａの内周には、ガイドロッド１６が取り付けられている。ガイドロッド１６は、底部１２ａの内周に固定される基端部１６ａと、基端部１６ａからロッド１１側へ延びてロッド１１内に摺動自在に挿入されるガイド部１６ｂとを備えており、筒型リニアモータ１が伸縮しても常にロッド１１の内周に摺接している。より詳細には、ガイドロッド１６のガイド部１６ｂは、第２ロッド２１の内径大径部２１ｄよりも先端側に摺動自在に挿入されている。

【0057】

このように本実施の形態における筒型リニアモータ１では、ガイドロッド１６がロッド１１の内周に摺接し、スライダ２１ｂ，２５が筒部９ｂに摺接しているので、電機子２はロッド１１とともに界磁６に対して偏心せずに軸方向へスムーズに移動できるが、ガイドロッド１６を廃止してもよい。

【0058】

また、このように構成された筒型リニアモータ１では、電機子２の軸方向移動をガイドして界磁６に対する電機子２の偏心を防止する筒部９ｂがヘッド部９ａと一体構造になっているので、筒部９ｂとヘッド部９ａに歪が生じにくくスライダ２１ｂ，２５が筒部９ｂの内周を滑らかに摺動でき、スムーズに伸縮できる。

【0059】

そして、筒型リニアモータ１は、ロッド１１の界磁６に対する位置を図示しないストロークセンサで検知し、コア３の界磁６に対する電気角を把握して通電位相切換を行うとともにＰＷＭ制御により、各巻線５の電流量を制御して、筒型リニアモータ１における推力と電機子２の移動方向とを制御するコントローラによって駆動される。なお、前述のコントローラにおける制御方法は、一例でありこれに限られない。また、電機子２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５への通電、あるいは、巻線５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ー回生も可能である。

【0060】

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に対して軸方向へ移動可能な電機子２とを備え、電機子２は、磁性体であって筒状のコア３と、コア３に装着される巻線５と、コア３に取り付けられる非磁性体のガイドバー３０とを有し、コア３は、円筒状のヨーク３ａと、ヨーク３ａの外周に周方向に沿って環状に設けられるとともに軸方向に並べて設けられる複数のティース３ｂと、ティース３ｂ，３ｂ間の空隙で形成されて巻線５が装着されるスロット３ｃとを有し、ガイドバー３０は、ティース３ｂのそれぞれに巻線５より界磁６側にコア３の軸方向に沿って架け渡されるとともにティース３ｂの周方向に複数配置されてコア３に取り付けられている。

【0061】

このように構成された筒型リニアモータ１では、コア３へのガイドバー３０の設置によって巻線５のスロット３ｃからのはみ出しが規制される。よって、電機子２が界磁６に吸引されて界磁６に対して径方向に偏心しても、巻線５が界磁６側に設置されるインナーチューブ９に接触するのを防止でき、巻線５を傷めてしまうのを防止できる。なお、インナーチューブ９を廃止する場合、電機子２が界磁６に吸引されて界磁６に対して径方向に偏心しても、巻線５が界磁６に接触するのを防止でき、巻線５を傷めてしまうのを防止できる。このように本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、コア３にガイドバー３０を設置することによって、巻線５を保護すること可能である。

【0062】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、ガイドバー３０によって巻線５を保護できるので、界磁６と電機子２との間の隙間を狭くして、推力を向上できる。

【0063】

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、ティース３ｂが周方向に並べて設けられて肉厚を軸方向に貫通する通し孔３ｄを備えており、ガイドバー３０が通し孔３ｄ内に挿通されるので、ガイドバー３０のコア３からの脱落を阻止し得る。

【0064】

なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、界磁６の内周側に電機子２が挿入されているが、電機子の内方に界磁が挿入される構造の筒型リニアモータの場合、コアのおけるヨークの界磁側となる内周に周方向に沿って環状に設けられるとともに軸方向に並べて設けられる複数のティースを設ける態様となる。よって、この電機子の内方に界磁が挿入される構造の筒型リニアモータでは、ガイドバーは、ティースのそれぞれに巻線より界磁側となる内周側にコアの軸方向に沿って架け渡されるとともにティースの周方向に複数配置されてコアに取り付けられればよい。このようにすれば、巻線の界磁或いは界磁側に設けられる部品との干渉を阻止できるので、巻線を保護できる。

【0065】

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】

【0066】

１・・・筒型リニアモータ、２・・・電機子、３・・・コア、３ａ・・・ヨーク、３ｂ・・・ティース、３ｃ・・・スロット、３ｄ・・・通し孔、５・・・巻線、６・・・界磁、３０・・・ガイドバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】