特許 7228179 筒型リニアモータ

(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】

(24)【登録日】2023-02-15

(45)【発行日】2023-02-24

(54)【発明の名称】筒型リニアモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20230216BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018197260

(22)【出願日】2018-10-19

(65)【公開番号】P2020065411

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-09-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100067367

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 泉

(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】袴田 眞一郎

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－２４３６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０８６７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２４５４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３７０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７１２８５（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】

筒状のコアと、前記コアの外周に設けられたスロットに装着される巻線とを有する電機子と、
筒状であって内方に前記電機子が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、
前記界磁は、環状であって径方向に着磁された主磁極の永久磁石と環状であって軸方向に着磁された副磁極の永久磁石とを有し、ハルバッハ配列にて軸方向に前記主磁極の永久磁石と前記副磁極の永久磁石とが交互に並べられて形成される積層磁石体と、前記積層磁石体の外周に配置され磁性体で形成される筒状のバックヨークとを有し、
前記バックヨークは、筒状の複数のヨーク分割体を軸方向に積層して形成されており、
前記ヨーク分割体のうち前記バックヨークの両端以外の軸方向長さは、前記界磁の磁極ピッチの整数倍の長さとされており、
前記ヨーク分割体のうち前記バックヨークの両端以外の前記ヨーク分割体の軸方向の両端部は主磁極の永久磁石の外周に配置される
ことを特徴とする筒型リニアモータ。

【請求項2】

隣り合う前記ヨーク分割体同士は、前記主磁極の永久磁石の軸方向中央の外周で当接している
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】

前記ヨーク分割体は、軸方向両端の内周に面取部を有する
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。

【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、軸方向に並べて配置される複数のティースを外周に持つ筒型の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相の巻線を有する電機子と、電機子の外周に設けられた円筒形のヨークと軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶようにベースの内周に取付けられた複数の永久磁石とでなる固定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と、電機子が永久磁石に吸引されて電機子が可動子として固定子に対して軸方向へ駆動される。

【0004】

このような筒型リニアモータでは、推力を向上するため固定子における永久磁石をハルバッハ配列として、径方向着磁の主磁極の永久磁石と軸方向着磁の副磁極の永久磁石とを交互に並べたものがある。

【0005】

永久磁石をハルバッハ配列とする場合、永久磁石の外周に筒状の磁性体でなるバックヨークを設けると、磁気抵抗を小さくできるので、筒型リニアモータの推力を向上できる（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００１－８６７２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

前記筒型リニアモータでは、バックヨークを設けて推力向上を図っているが、磁性体で形成されるバックヨークの内側に強い磁力の永久磁石を積層状態で挿入するのは容易ではなく組付性の向上が要望される。

【0008】

そこで、本発明は、推力低下を防止しつつ容易に組立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】

【0009】

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、筒状のコアとコアの外周に設けられたスロットに装着される巻線とを有する電機子と、筒状であって内方に電機子が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁とを備え、界磁は、ハルバッハ配列にて軸方向に交互に並べられる環状であって径方向に着磁された主磁極の永久磁石と環状であって軸方向に着磁された副磁極の永久磁石とを有する積層磁石体と、積層磁石体の外周に配置され磁性体で形成される筒状のバックヨークとを有し、バックヨークは、筒状の複数のヨーク分割体を軸方向に積層して形成されており、ヨーク分割体のうちバックヨークの両端以外の軸方向長さは、界磁の磁極ピッチの整数倍の長さとされており、ヨーク分割体のうちバックヨークの両端以外のヨーク分割体の軸方向の両端部は主磁極の永久磁石の外周に配置される。

【0010】

このように構成された筒型リニアモータでは、ヨーク末端のヨーク分割体以外のヨーク分割体の軸方向長さを磁極ピッチの整数倍の長さとされて、ヨーク分割体の軸方向の端部が主磁極の永久磁石の外周に配置されるので、バックヨークを複数のヨーク分割体で構成してもバックヨークの磁気抵抗の増大を押さえつつ磁力線の外部への漏れを抑制できる。そして、バックヨークがバックヨークの軸方向長さよりも軸方向長さが短い複数のヨーク分割体で形成されるので、永久磁石を短いヨーク分割体内に挿入する作業は非常に容易となる。

【0011】

また、隣り合うヨーク分割体同士が主磁極の永久磁石の軸方向中央の外周で当接するように、筒型リニアモータを構成してもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、良好な組付性と推力低下の防止とを両立できる。

【0012】

さらに、筒型リニアモータにおけるヨーク分割体の軸方向両端の内周に面取部を設けてもよい。このように構成された筒型リニアモータによれば、永久磁石をヨーク分割体内へ挿入する際に永久磁石が面取部を滑ってヨーク分割体内に導かられるので、より一層組立が容易となる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の筒型リニアモータによれば、推力低下を防止しつつ組立を容易にできる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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ティース部分の縦断面図である。

【図3】一実施の形態の筒型リニアモータの界磁の一部拡大縦断面図である。

【図4】主磁極の永久磁石の軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石の軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータの推力との関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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、筒状のコア３とコア３の外周に設けられたスロット４に装着される巻線５とを有する電機子２と、筒状であって内方に電機子２が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６とを備えて構成されている。

【0016】

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。電機子２は、コア３と巻線５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、環状であってヨーク３ａ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３ｂとを備えて構成されて可動子とされている。

【0017】

ヨーク３ａは、前述の通り円筒状であって、その横断面積は、コア３の軸線Ｊ（図２参照）を中心として円筒でティース３ｂの内周から外周までのどこを切っても、ティース３ｂを前記円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。

【0018】

本実施の形態では、図１および図２に示すように、ヨーク３ａの外周に１０個のティース３ｂが、軸方向に等間隔に並べて設けられており、ティース３ｂ，３ｂ間に巻線５が装着される空隙でなるスロット４が形成されている。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Ｗｉより外周端の幅Ｗｏ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。そして、末端のティース３ｂを除いた他のティース３ｂをコア３の軸線Ｊを含む面で切断した断面において、ティース３ｂの側面とコア３の軸線に直交する直交面Ｏとでなす内角θは、６度から１２度の範囲となる角度に設定されている。なお、末端のティース３ｂは、図２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半分に切り落とした断面形状とされている。このように、各ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされている。

【0019】

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４が合計で９個設けられている。そして、このスロット４には、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相巻線とされている。９個のスロット４には、図１中左側から順に、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相およびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。

【0020】

そして、このように構成された電機子２は、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、電機子２は、その図１中で左端と右端とがロッド１１に固定される環状のスライダ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。

【0021】

他方、固定子Ｓは、本実施の形態では、円筒状の非磁性体で形成されるアウターチューブ７と、アウターチューブ７内に挿入される円筒状の磁性体で形成されるバックヨーク８と、バックヨーク８内に挿入されてバックヨーク８との間に環状隙間を形成する円筒状の非磁性体のインナーチューブ９と、バックヨーク８とインナーチューブ９との間の環状隙間に挿入される筒状の積層磁石体Ｍとを備えた界磁６とで構成されている。

【0022】

積層磁石体Ｍは、筒状のバックヨーク８とインナーチューブ９との間の環状隙間に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とを備えて構成されている。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。

【0023】

また、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１は、副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が設定されている。主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１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。

【0024】

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Ｌ２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１０ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２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。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。

【0025】

また、バックヨーク８は、図１に示すように、複数の筒状のヨーク分割体８ａを積層して形成されている。具体的には、バックヨーク８の軸方向両端におけるヨーク分割体８ａ以外のヨーク分割体８ａの軸方向長さは、界磁６における磁極ピッチＰの長さに設定されている。バックヨーク８の軸方向両端におけるヨーク分割体８ａは、全部のヨーク分割体８ａを積層した際に、バックヨーク８の全長が界磁６の全長以上となるように設定されるが、バックヨーク８の軸方向両端以外のヨーク分割体８ａの全長以下に設定される。

【0026】

界磁６における磁極ピッチＰは、図３に示すように、主磁極の永久磁石１０ａの中央から副磁極の永久磁石１０ｂを挟んで隣の主磁極の永久磁石１０ａの中央までとなる。また、磁力線の経路は、主磁極の永久磁石１０ａの中央から副磁極の永久磁石１０ｂを挟んで隣の主磁極の永久磁石１０ａの中央までの範囲で主磁極の永久磁石１０ａから隣の主磁極の永久磁石１０ａに到るループ状となる。

【0027】

よって、ヨーク分割体８ａの軸方向長さを磁極ピッチＰとして、少なくともヨーク分割体８ａの軸方向の端部ｅが主磁極の永久磁石１０ａの外周に配置されるようにすれば、積層磁石体Ｍの磁力線が複数のヨーク分割体８ａを跨いでしまうが、バックヨーク８の磁気抵抗の増大を押さえつつ磁力線の外部への漏れを抑制できる。

【0028】

このように、バックヨーク８が複数のヨーク分割体８ａを積層して形成されるので、永久磁石１０ａ，１０ｂを順々にバックヨーク８の全体長さからするとはるかに短いヨーク分割体８ａ内に挿入する作業は非常に容易となる。よって、バックヨーク８内への永久磁石１０ａ，１０ｂの挿入が容易となるので、筒型リニアモータ１の組立が非常に簡単になる。

【0029】

なお、理想的には、ヨーク分割体８ａの軸方向長さを磁極ピッチＰのとして、積層磁石体Ｍにおける主磁極の永久磁石１０ａの中央から副磁極の永久磁石１０ｂを挟んで隣の主磁極の永久磁石１０ａの中央までの範囲の外周に装着すれば、磁力線が複数のヨーク分割体８ａ間のギャップを横切らずに済み、バックヨーク８の磁気抵抗が極小さくなるとともに磁力線の外部への漏れを抑制できる。前述したように、ハルバッハ配列による永久磁石１０ａ，１０ｂの場合、磁力線の経路が前述したように主磁極の永久磁石１０ａの中央から副磁極の永久磁石１０ｂを挟んで隣の主磁極の永久磁石１０ａの中央の範囲をループする。そこで、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、ヨーク分割体８ａと隣のヨーク分割体８ａは、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向中央の外周で当接しており、界磁６の磁力線がヨーク分割体８ａ，８ａ間の空隙を跨がずに済むようにして、バックヨーク８を複数のヨーク分割体８ａで形成しても筒型リニアモータ１の推力が減少しないように配慮している。このようにすれば、バックヨーク８を複数の筒状のヨーク分割体８ａを積層して形成しても、界磁６の内周側への磁界強度は、一つの筒体でなるバックヨークと遜色がない。つまり、ヨーク分割体８ａと隣のヨーク分割体８ａの当接面が主磁極の永久磁石１０ａの軸方向中央と同じ高さ位置にくるようにすると、筒型リニアモータ１の良好な組付性と推力低下の防止とを両立できる。

【0030】

なお、ヨーク分割体８ａの軸方向長さが短くなればなるほど、永久磁石１０ａ，１０ｂをヨーク分割体８ａ内の挿入が容易となるが、ヨーク分割体８ａの軸方向長さを磁極ピッチＰの整数倍の長さとしても、ヨーク分割体８ａの両端を主磁極の永久磁石１０ａの軸方向中央の外周側に配置できるので、このようにしてもよい。

【0031】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、図３に示すように、ヨーク分割体８ａの軸方向両端の内周の縁に面取部Ｃを設けている。このようにヨーク分割体８ａの軸方向両端の内周に面取部Ｃを設けると、永久磁石１０ａ，１０ｂをヨーク分割体８ａ内へ挿入する際に永久磁石１０ａ，１０ｂが面取部Ｃを滑ってヨーク分割体８ａ内に導かられるので、より一層筒型リニアモータ１の組立が容易となる。

【0032】

なお、副磁極の永久磁石１０ｂは、主磁極の永久磁石１０ａ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１０ｂ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１０ｂの保磁力を高くして減磁を抑制し、大きな磁界をコア３に作用させ得るようにしている。対して、コア３に対して作用する磁界の強さは、主磁極の永久磁石１０ａの磁力線数に左右される。そのため、主磁極の永久磁石１０ａ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３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１０ｂを主磁極の永久磁石１０ａよりも保磁力を高くするのに際して、副磁極の永久磁石１０ｂの材料を主磁極の永久磁石１０ａ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１０ａと副磁極の永久磁石１０ｂ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１０ａ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１０ｂ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。

【0033】

また、固定子Ｓの内周側には、コア３が挿入されており、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永久磁石１０ａ，１０ｂ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。

【0034】

バックヨーク８の軸方向長さは、積層磁石体Ｍの全長以上になっていればよく、積層磁石体Ｍの全長と等しい長さとしてもよい。この場合、ヨーク分割体８ａのうちバックヨーク８の末端の両側に配置されるヨーク分割体８ａの軸方向長さを他のヨーク分割体８ａと異なる長さにして、バックヨーク８の全長を積層磁石体Ｍの全長と一致させてもよい。また、バックヨーク８の軸方向長さが積層磁石体Ｍの全長よりも長い場合、積層磁石体Ｍ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Ｍの軸方向長さよりも長くするには、積層磁石体Ｍ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。

【0035】

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中右端は内周に挿入されるロッド１１の軸方向の移動を案内する環状のヘッドキャップ１５によって閉塞されている。

【0036】

ヨーク分割体８ａは積層されてアウターチューブ７の内周に収容されて、アウターチューブ７の開口端を閉塞するキャップ１４とヘッドキャップ１５とによって挟持されてアウターチューブ７内で固定される。なお、アウターチューブ７を設けない場合、ヨーク分割体８ａの軸方向両端の外周にフランジを設けて隣り合うヨーク分割体８ａのフランジ同士を突き合わせてボルトとナットによってヨーク分割体８ａ同士を固定的に連結してもよい。

【0037】

また、インナーチューブ９の内周には、スライダ１２，１３が摺接しており、スライダ１２，１３によって電機子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。インナーチューブ９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１２，１３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、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２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２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。

【0038】

なお、キャップ１４には、巻線５に接続されるケーブル１６を外部の図示しない電源に接続するコネクタ１４ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。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の軸方向長さは、コア３の軸方向長さよりも長く、コア３は、界磁６内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。

【0039】

そして、たとえば、巻線５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５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２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。このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子２が可動子であり、界磁６は固定子として振る舞う。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回生も可能である。

【0040】

以上のように、本発明の筒型リニアモータ１は、筒状のコア３とコア３の外周に設けられたスロット４に装着される巻線５とを有する電機子２と、筒状であって内方に電機子２が軸方向へ移動自在に挿入されて軸方向にＮ極とＳ極とが交互に配置される界磁６とを備え、界磁６は、ハルバッハ配列にて軸方向に交互に並べられる径方向に着磁された主磁極の永久磁石１０ａと軸方向に着磁された副磁極の永久磁石１０ｂとを有する積層磁石体Ｍと、積層磁石体Ｍの外周に配置され磁性体で形成される筒状のバックヨーク８とを有し、バックヨーク８は、筒状であって軸方向長さが界磁６の磁極ピッチＰの整数倍の長さの複数のヨーク分割体８ａを軸方向に積層して形成されており、ヨーク分割体８ａの端部ｅは主磁極の永久磁石１０ａの外周に配置されて構成されている。

【0041】

このように構成された筒型リニアモータ１では、ヨーク分割体８ａの軸方向長さを磁極ピッチＰの整数倍の長さとされて、ヨーク分割体８ａの端部ｅが主磁極の永久磁石１０ａの外周に配置されるので、バックヨーク８を複数のヨーク分割体８ａで構成してもバックヨーク８の磁気抵抗の増大を押さえつつ磁力線の外部への漏れを抑制できる。そして、バックヨーク８がバックヨーク８の軸方向長さよりも軸方向長さが短い複数のヨーク分割体８ａで形成されるので、永久磁石１０ａ，１０ｂを短いヨーク分割体８ａ内に挿入する作業は非常に容易となる。よって、本発明の筒型リニアモータ１によれば、組立が非常に簡単になる。

【0042】

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、隣り合うヨーク分割体８ａ同士は、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向中央の外周で当接している。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、良好な組付性と推力低下の防止とを両立できる。

【0043】

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、ヨーク分割体８ａの軸方向両端の内周に面取部Ｃを設けている。このように構成された筒型リニアモータ１によれば、永久磁石１０ａ，１０ｂをヨーク分割体８ａ内へ挿入する際に永久磁石１０ａ，１０ｂが面取部Ｃを滑ってヨーク分割体８ａ内に導かられるので、より一層組立が容易となる。

【0044】

なお、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、界磁６は、ハルバッハ配列にて軸方向に交互に並べられる径方向に着磁された主磁極の永久磁石１０ａと軸方向に着磁された副磁極の永久磁石１０ｂと、永久磁石１０ａ，１０ｂの外周に配置される筒状のバックヨーク８とを有し、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１は副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長い。

【0045】

このように筒型リニアモータ１が構成されると、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を長くして、主磁極の永久磁石１０ａとコア３との間の磁気抵抗を小さくできるとともに、副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を短くしてもバックヨーク８を設けているので磁気抵抗の増大を抑制でき、コア３へ作用させる磁界を大きくできる。

【0046】

よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、副磁極の永久磁石１０ｂの減磁を抑制しつつも主磁極の永久磁石１０ａとコア３との間の磁気抵抗を小さくでき効果的に推力を向上できる。

【0047】

なお、副磁極の永久磁石１０ｂが主磁極の永久磁石１０ａよりも高い保磁力を有していれば、大きな磁界が印加される副磁極の永久磁石１０ｂの減磁を抑制しつつも主磁極の永久磁石１０ａに高い残留磁束密度の永久磁石を利用できる。

【0048】

また、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１を副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２よりも長くすれば、界磁６はコア３に大きな磁界を作用させ得るが、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２に最適な関係がある。図４に主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１で副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を割った値と筒型リニアモータ１の推力との関係を示す。発明者らは、鋭意研究した結果、図４に示すように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９５％以上の推力を確保できることを知見した。

【0049】

よって、筒型リニアモータ１における主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２を０．１５≦Ｌ２／Ｌ１≦０．６を満たすように設定すれば、推力を一層向上できる。さらに、図４から理解できるように、主磁極の永久磁石１０ａの軸方向長さＬ１と副磁極の永久磁石１０ｂの軸方向長さＬ２が０．２≦Ｌ２／Ｌ１≦０．５を満たすように設定されれば、Ｌ２／Ｌ１の値を理想的な値に設定した際の推力に対して９８％以上の推力を確保できる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。

【0050】

さらに、本実施の形態の筒型リニアモータ１にあっては、ティース３ｂの断面形状は、内周端の幅より外周端の幅が狭い台形状とされているので、ティース３ｂの断面形状を矩形とする場合に比較して、内周端における磁路断面積が広くなる。よって、このように構成された筒型リニアモータ１では、大きな磁路断面積を確保しやすくなり、巻線５を通電した際の磁気飽和を抑制でき、より大きな磁場を発生できるからより大きな推力を発生できる。なお、推力の向上のためには、ティース３ｂの断面形状を台形とする等として、ティース３ｂの磁路断面積においてボトルネックとなるティース３ｂの内周端における磁路断面積を広くするのが好ましいが、ティース３ｂの断面形状を矩形としてもよいし、他の形状としてもよい。

【0051】

なお、発明者らの研究によって、ティース３ｂの断面における側面と直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にあると、良好な質量推力密度が得られることが分かった。ここで、質量推力密度とは、前述の構成の筒型リニアモータ１の最大推力を質量で割った数値であり、質量推力密度が良化すれば、筒型リニアモータ１の質量当たりの推力が大きくなる。よって、ティース３ｂの断面における側面と直交面Ｏとでなす内角θが６度から１２度の範囲にある筒型リニアモータ１では、大きな推力が得られる。

【0052】

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】

【0053】

１・・・筒型リニアモータ、２・・・電機子、３・・・コア、４・・・スロット、５・・・巻線、６・・・界磁、８・・・バックヨーク、８ａ・・・ヨーク分割体、１０ａ・・・主磁極の永久磁石、１０ｂ・・・副磁極の永久磁石、Ｍ・・・積層磁石体、Ｃ・・・面取部、Ｐ・・・磁極ピッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】