JPS624945B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、誘導型リニアモーター、特に角柱
形に形成したコアを持つインダクターとインダク
ター外周の三方に対面させて移動するアーマチユ
アを備えた大馬力高速用のリニアモーターに関す
るものである。

（従来の技術） 角柱形に形成したコアを持つリニアモーター
は、すでにフランス国特許第7534533号（参照米
国特許明細書第4115712号）によつて本願発明と
同一出願人により開示されている。この型式のリ
ニアモーターは軸型（アキシヤルタイプ）として
開発したもので、第５図および第６図で示すよう
に、可動体側に設けるインダクター１０１の中心
部に角柱状に形成した鉄心１０２を設け、その鉄
心１０２の外周に絶縁材料１０３を介装してコイ
ル１０４を巻回し、コイル１０４の巻回部の中に
冷却通路を形成するコンジツト１０５を組み込
み、コイル１０４の外周にはガラスフアイバやマ
ツトのような材料を積層した外装材１０６により
被覆し、コイル長手方向の両端にフランジ１０７
ａを形成した端部板１０７を設け、端部板１０７
のコンジツト１０５配設位置に孔１０７ｂを穿設
し、端部板１０７のフランジ１０７ａを支持体１
０８の下部ウエブ１０８ａにボルト止めする。支
持体１０８に端部板１０７をボルト止めする際
に、複数個のコイル１０４を長手方向に連結し、
各コイル１０４の間に間隙があくようにフランジ
１０７ａの間にスリーブ１１０または板材１１１
を介装する。スリーブ介装側の端部板１０７の外
周には両側部と下部を密封するＵ字形のカバー１
１２を配設し、板材介装側の端部板外周にはカバ
ー１１２を設けない。支持体１０８の下部ウエブ
１０８ａには各フランジ１０７ａで挾まれた箇所
に細長い孔１１３を穿設し、支持体１０８の下部
ウエブ１０８ａの上部と各コイル間に設けられた
間隙との間を連通させて、端部板１０７の孔１０
７ｂとコンジツト１０５とに連通させる。

このように形成したインダクター１０１の両側
部と下部とを一定間隔離して取り囲むＵ字形のア
ーマチユア１２０を設置する。アーマチユア１２
０はアルミニウムのような良導体層１２１を内張
りした、鉄材を本体１２２とした２層のＵ字形板
材で形成し、両側部はインダクター１０１とその
支持体１０８の両側部を被うような大きさにす
る。

（発明が解決しようとする問題点） このような上記従来のリニアモーターでは、イ
ンダクター１０１側を可動とし、アーマチユア１
２０側を静止側にした比較的コンパクトで、大馬
力、高速なリニアモーターを実現させたが、コイ
ル１０４の冷却には、支持体１０８の上方から供
給された空気が、下部ウエブ１０８ａに設けられ
た細長い孔１１３より端部板１０７の間に設けら
れた間隙に入り、この間隙より端部板１０７に設
けられた孔１０７ａよりコンジツト１０５の中に
入つて、コイル１０４を冷却し、反対側の端部板
１０７に設けられた孔１０７ｂよりカバー１１２
を設けていない端部板１０７により挾まれた間隙
に排出し、冷却材としての空気を外部に排出させ
るため、カバー１１２を設けた端部板１０７側が
良く冷却されて温度が下がり、カバー１１２を設
けていない端部板１０７側ではコイルを冷却して
温度が上昇した空気が流れるために冷却の程度が
下がり温度が相対的に高く、インダクター１０１
の軸方向に温度勾配が生じるという問題点があつ
た。これを避けるためにコイルの長手方向の長さ
を短かくすると端部板１０７の板数が増加し、結
合用部材が増えて重量が重くなるという問題点を
生じて来る。

このような事情に鑑みて本発明は、柱状のコア
に巻回された複数個の各コイルによる磁束をアー
マチユアに確実に誘導して磁束とうず電流による
アーマチユアの推力を増大し、かつうず電流によ
る発熱を均一に低下させるようにした誘導型のリ
ニアモーターを提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記問題点を解決するための手段
として、リニアモーターを構成するにあたり、長
く延びた柱状コアの軸方向に所定間隔で、多数個
のコイルを前記コアの外周に巻回したインダクタ
ーと、 断面Ｕ字形状で前記インダクターを三方から取
り囲んで対面し、インダクターの長手方向に移動
するアーマチユアと、 該アーマチユアと対面しない前記インダクター
の一面側に固定される中央部を有し、この中央部
の両側が前記インダクターに沿つて張り出し、前
記Ｕ字形アーマチユアの両端部を跨いでアーマチ
ユアの両側壁部を外側から取り囲むように延びた
側フランジを有する導電性支持体と、を備える誘
導型のリニアモータであつて、 前記インダクターの各コイルの両側にはコイル
の磁束を前記アーマチユアに導くための磁路を形
成する磁性ストリツプを配設して各コイルを分離
させ、前記磁性ストリツプ間に挾まれた前記コア
の外周上にそれぞれ環状ギヤツプを形成してな
り、 さらに前記支持体の中央部には前記各環状ギヤ
ツプに連通して冷却空気の導入口および導出口と
なる複数個の通気孔を形成し、冷却空気を前記コ
アの周方向に循環させてなることを特徴としてい
る。

（作用） この発明は上記構成により、各フラツトコイル
の間に設けた環状ギヤツプに冷却空気を循環させ
ることができるようになり、各フラツトコイルに
案内されて冷却空気がコア外周を周回して冷却す
るため、コアの軸方向に対する温度が均一化され
る。また、コイルの両側には磁性ストリツプが配
設されるので、コイルに交流を流すことにより発
生する各コイルからの磁束は、それぞれ磁性スト
リツプを磁路としてコアからアーマチユアへのギ
ヤツプ間隔を狭めてアーマチユアに確実に誘導さ
れる。

さらにアーマチユアの外側を取り囲んだ導電支
持体を設けたことにより、アーマチユアに作用す
るコイルの磁束以外の磁気的影響を外部から受け
ないようにシールドする。すなわち、 アーマチユアに対面するインダクターの三面側
では、コイルに発生する磁束はアーマチユアおよ
び導電支持体に集められる。

またアーマチユアに対面しないインダクターの
一面側では、外部へ漏洩しようとする磁束がイン
ダクターに固定された中央部に集められることに
なり、装置本体内からの磁束が外部に漏洩するの
を極力押えることができる。

これにより導電支持体はコイルからの磁束漏洩
を防止するしやへい板としての効果があり、装置
内部からの磁束による放射ノイズが導電支持体に
よつて磁気的にシールドされるため、外部への磁
束の洩れが少なくなり、装置外部に設けられた信
号系のシステムの誤動作を防ぐこともできる。

一方、導電支持体の中央部には特にうず電流に
よる発熱が起こるが、この部分には通気孔を設け
ることにより冷却空気を循環させることができる
ので、この発熱を防ぐことができる。

このようなことから、コイルからの磁束がアー
マチユアの三面を有効に通過することになり、コ
イルからの磁束による進行磁界とアーマチユアに
誘起するうず電流により発生するアーマチユアの
推力を増大させるとともに、外部に磁気的な影響
を与えることなく装置の温度分布も均一に保つた
リニアモータとなる。

（実施例） 以下、図示実施例について説明する。

図示したリニアモーターは、断面Ｕ字形の可動
アーマチユア１と静止されたインダクター２とを
備える。

可動アーマチユア１は、磁性材料からなる断面
Ｕ字形のコア３に導電材料の層４を被覆したもの
からなる。このように構成されたアーマチユア１
は、したがつて、下部の水平ウエブ１ａとその両
側で垂直に立設された壁１ｂ，１ｃを形成する。
モーターのインダクター２は、良導電性材料から
なる支持体５を備えておりこの支持体５はアーマ
チユア１を外側から取り囲む構成となつている。
すなわち、この支持体は、横断面が逆Ｕ字形であ
り、中央部が両側部より厚い上部水平ウエブ５ａ
と、この両側から垂下し、アーマチユアの立ち上
がり壁１ｂ，１ｃに対向してこれを覆う高さの二
つの垂直な側フランジ５ｂ，５ｃとから構成され
ている。

支持体５のウエブ５ａの中央部には、断面正方
形の、絶縁スリーブ７で覆われた積層磁性体コア
６が固定されている。このスリーブ７はインダク
ターのコイル８により取り囲まれている。各極と
各位相に対応する巻線部を形成するこのコイル
は、コアの軸に対して直角方向に配置された複数
個の環状のフラツトコイルとして分割される。絶
縁スリーブ７はこれらのフラツトコイルのアース
への短絡を絶縁する。

フラツトコイル８の群は、断面Ｕ字形の絶縁保
護体９でかこまれ、これは同時に、フラツトコイ
ル８とコア６を支持体スクリーン５のウエブ５ａ
の中央部の下に固定する機能を有している。コア
６とフラツトコイル８は、このようにして、アー
マチユア１の内側で支持体５から懸吊して保持さ
れる。

フラツトコイル８は、二つのシートまたはシー
トの薄い束からなる磁性ストリツプ１１により、
これらコイルの端面に装着することで、コアの長
手方向に相互に分離して装備される。共に同じ磁
性ストリツプ１１を形成する二つのシートあるい
はシートの束は、両者間におかれるスペーサー１
２，１３によつて相互に離間され、スペーサーは
コイル８に空冷通路を形成する。スペーサーは、
第２図に示すように、断面Ｕ字形１２であり得
る。第４図に示すように、スペーサー１３の部分
は、前記ストリツプ１１の二つのシート間のスペ
ーサーとしても機能することができる。この部分
は、断面Ｕ字形であり、コア６を正確にとりかこ
んでいる。

上記より、シートから形成され、コイル８の間
におかれて、コア６からの磁束を空隙に誘導する
磁性ストリツプ１１は、絶縁スリーブ７によりコ
ア６と、アースへ短絡することを防止しているこ
とがわかる。この点は、フラツトコイル８に対し
ても同じである。このため、磁性ストリツプ１１
のシートのコイル８に対する絶縁構造は大幅に削
減される。

さらに、磁性ストリツプ１１のシートはコイル
８がスペーサー１２，１３の鋭い縁で切れるのを
保護し、フラツトコイル８の絶縁体の厚さを0.2
〜0.3mm程度に削減する。高速モーターでは、ど
のような場合でも、薄い磁性ストリツプ１１は、
空間の無駄が生じないように極めて薄くしなけれ
ばならない。例えば、1000で200Km／時が可能
なモーターの場合、絶縁体の厚みは0.5mmにする
ことが好ましいが、磁性シートでない場合、保持
テープを付加した必要な磁性シートの厚さは0.7
mmとなる。したがつて、磁性ストリツプ１１を用
いることによつて、0.2mmが削減される。

スペーサー１２，１３は、漏洩磁束を減らすた
めには非磁性体が良く、誘導電流による余計な損
失が生じないようにするためには導電率の悪い材
料が好ましい。また、良好な熱伝導体でなければ
ならない、この点からステンレススチールが用い
られる。

第４図のようにスペーサー１３が用いられる場
合は、断面Ｕ字形のものが用いられ、その内面
側、すなわち、絶縁スリーブ７に接する側は、通
常の鋼で、外面側、絶縁保護体９に接する側は、
ステンレススチールで作られる。

支持体５の中央、ウエブ５ａの厚い部分には、
垂直孔１４，１５が配され、コイル８の間のスペ
ースを支持体５のウエブ５ａ上にある空間に連通
する。これらの孔は、垂直面ｘ−ｙの両側に配置
し、二つの列は、相互に位置がずれている。換言
すれば、左側の孔１４は、右側の孔１５の間に位
置するか、その逆となつている。

断面逆Ｕ字形の支持体５は、ほぼＵ字形のカバ
ー１６で全側面を覆われている。支持体５のウエ
ブ５ａとカバー１６のウエブ１６の間の空間は二
つの長い仕切壁１７，１８で、垂直面ｘ−ｙに関
して対称的に、中央空間部１９と両側空間部２
１，２２に仕切られる。中央空間部１９は、電線
２３の通路および空気導入通路として利用し、両
側空間部２１，２２は、空気排出通路として利用
する。しかし、この配置は、両側空間部２１，２
２を空気導入通路として利用させるように、逆に
してもよい。

第３図により詳しく示すが、仕切壁１７，１８
は、孔１４，１５の列の中央を垂直に延び、これ
らの孔の個所では、垂直舌片１７ａ，１８ａを延
ばして、孔を二つの部分に分離する。すなわち、
第１の内側部分１４ａ，１５ａは中央の垂直面ｘ
−ｙに近く位置し、コイル８の間のスペースを中
央空間部１９に連通させる空気入口を形成する。

一方、第２の外側部分１４ｂ，１５ｂは、コイ
ル８の間のスペースの他の部分と両側空間部２
１，２２をそれぞれ連通させる空気出口を形成す
る。

第２図において詳しいように、例えば、孔１
４，１５の下部は、絶縁層２４で被覆され、この
層２４は、支持体におけるウエブ５ａの厚い部分
全体を被覆して、コイル８が形成する巻線部分に
対接し、アース短絡防止に充分な距離をとつてい
る。孔１４，１５部分を避けた、補足的な絶縁板
２５が、このアース短絡防止の絶縁を補強してい
る。絶縁層２４は、端部で拡大する空気流通口１
４，１５の上方の位置にまで施こし、この層のア
ース短絡防止に必要な距離を充分にとつている。

上記構成でなる本実施例のリニアモーターの動
作を次に説明する。

このリニアモーターは衆知のリニア誘導モータ
の動作原理に基づいている（第７図参照）。

すなわち、インダクター（固定子）２のコイル
８に交流を流すと、この交流電流によつて磁束φ
が発生する。

第７図では横軸が場所ｘであつて、磁束はアー
マチユア（金属板）１の長さ方向にわたつてこの
ように生じている。この磁束φはレンツの法則に
したがつてうず電流Ieがアーマチユアの中に発生
する。この磁束φは交流であるため時間とともに
図中右方向に動く進行磁界波を形成する。

この進行磁界波φとうず電流Ieにより、今度は
フレミングの左手の法則によつて力が発生するこ
とになる。第７図に示すアーマチユア１の中で、
●印と×印はうず電流の流れる方向と大きさを示
しているものである。

ここでいま、インダクター２を地上に固定して
おきアーマチユア１は進行磁界波φとうず電流Ie
によつて推力を生じ、図中右側の方向に動くこと
になる。

第４図は、コイル８を冷却するに特に有効な方
法を示している。加圧された冷却空気は、一つの
あるいは複数のフアン（図示せず）を備えた中央
空間部１９から入り、垂直舌片１８ａに沿つて、
孔１５の内側部分１５ａを通つて上方から下方へ
流れ、空気導入孔を形成する、二つの隣接したフ
ラツトコイル８の間のギヤツプに侵入する。冷却
空気の流れは、隣接するフラツトコイル８の間の
環状ギヤツプに導かれ、そのギヤツプを、第４図
に矢印で示すように、反時計方向にめぐり、つい
で上方へ孔１５の外方側部分１５ｂを通り、空気
排出用の側部分２２に至る。二つのフラツトコイ
ル８の反対側の面では、空気の循環は、反対方向
に生じる。つまり、対応するコイル間に孔１４の
内側部分１４ａを通つて侵入した空気は、コイル
間の環状ギヤツプを時計方向に流れ、孔１４の外
方部分１４ｂを通つて、空気排出用の側部分２１
に流れる。これにより、コイル間のギヤツプにお
ける冷却空気の流れ方向に交互性があり、高温部
分と低温部分がの転換がある。この転換は、空気
の導入が中央の垂直面ｘ−ｙの同一側ばかりで行
なわれる場合には得られない、温度分布の均一化
補償をもたらす。もし、同一側ばかりとするなら
ば、空気出口に対向して置いた銅は、入口におい
た銅よりかなり熱くなるであろう。

支持体５の冷却は、両側部分２１，２２のそれ
ぞれにおける、二系統に配されたＵ字形部分２
６，２７の手段で行なわれる。部分２６，２７
は、ブラケツト形状で、支持体５のウエブ５ａの
両側部と垂直フランジ５ｂ，５ｃに対して、支持
体冷却の空気回路を構成すべく装備される。中央
の垂直面ｘ−ｙの左側に位置する部分２６は、右
側部分に位置する部分２７と、コアの長手方向に
対して、位置がずれており、左側部分２６は、二
つの右側部分２７の中間に対向して位置する。実
際上、部分２６，２７は、これらの、支持体５に
おけるウエブ５ａの両側部分を横方向に延びる上
部水平腕２６ａ，２７ａは、支持体上の孔１４の
間、１５の間に位置する。換言すれば、これらの
孔１４，１５は、部分２６の間、２７の間に開口
する。それぞれの部分２６，２７における水平腕
２６ａ，２７ａは、仕切壁１７，１８に達し、仕
切壁はその個所で対応する孔２８，２９を開けて
おり、部分２６，２７が規定する通路に、中央部
１９の空気を導入するようになつている。部分２
６，２７の垂直腕２６ｂ，２７ｂは、支持体５に
おける垂直フランジ５ｂ，５ｃの下端から一定高
さのところでおわつている。

支持体５を冷却する空気の回路は、次のとおり
である。図の左側について述べるが、加圧された
空気は、中央空間部１９から導入され、仕切壁１
７の開口を通り、部分２６の水平腕２６ａに侵入
する。ついで、この部分の垂直腕２６ｂを下方へ
流れ、下端に至り、遮閉板３１で規定される下部
チヤンバーを通り、さらに、二つの部分２６の、
隣接する二つの垂直腕２６ｂ間のスペースが構成
する垂直ダクトを伝つて上昇する。このダクト
は、カバー１６の垂直フランジ１６ｂで外部と隔
絶されている。空気は、さらに、このダクトの上
部から、空気排出用の側部分２１に解放される。
この際、冷却空気の流れは、二つの隣接する部分
における水平腕２６ａの上部間を水平に覆う水平
分離仕切板３３で誘導される。

支持体の右側においても、冷却空気は、同様
に、仕切板１８の孔２９を通り、外方に向つて水
平に流れ、ついで、部分２７ｂを下方へ、そして
隣接する部分２７間の通路を上昇する。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように本発明
は、柱状コアの軸方向に多数個のコイルを巻回し
たインダクターと、このインダクターの三面に対
向する断面Ｕ字形のアーマチユアとを備え、この
アーマチユアに対面しないインダクターの一面側
に固定され、アーマチユアの両側壁部を外側から
取り囲んだ導電支持体を設けた構成のリニアモー
タであるから、各コイルからの磁束がアーマチユ
アに対してインダクターの三面側から集められる
こととなり、さらに各コイルの両側に設けた磁性
ストリツプによりコアからアーマチユアへのギヤ
ツプ間隔を狭める磁路を形成して磁束の誘導を確
実にするので、より有効にコイルからの磁束がア
ーマチユアに働き、アーマチユアの推力を増大さ
せて高速で高トルクのリニアモータを実現でき
る。

また、アーマチユアの推力を発揮させるための
有効なコイルの磁束となる以外の漏洩磁束は、導
電支持体に集められることによつて外部にコイル
の磁束を放射しないように磁気シールド効果を持
たせて外部への磁気的影響を排除できる。

さらに、うず電流によつて生ずる装置からの発
熱は、導電支持体から環状ギヤツプへコアの周方
向に循環させる冷却空気によつて押えられコアの
軸方向に対して均一な温度分布を有するリニアモ
ータができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一部を横断面として示す斜視図、第
２図は、インダクターの一部縦断面を拡大して示
す図、第３図は、第１図の−線に沿う、一部
断面を示す図、第４図は、第３図の−線に沿
う、縦断面図、第５図は従来のリニアモーターを
示す横断面図、第６図は従来のリニアモーターを
示す部分縦断面図。第７図はリニア誘導モータの
動作原理を説明する図、 １……アーマチユア、２……インダクター、４
……導電被覆層、５……導電支持体（磁束漏洩防
止スクリーン）、６……コア、７……絶縁スリー
ブ、８……フラツトコイル、９……絶縁保護体、
１１……磁性ストリツプ（シート）、１２，１３
……スペーサー（離間手段）、１４，１５……空
気導入口、１６……カバー、１７，１８……仕切
壁、１９……中央空間部、２１，２２……両側空
間部、２４……絶縁層、２５……絶縁板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 長く延びた柱状コアの軸方向に所定間隔で多
   数個のコイルを前記コアの外周に巻回したインダ
   クターと、 断面Ｕ字形状で、前記インダクターを三方から
   取り囲んで対面し、インダクターの長手方向に移
   動するアーマチユアと、 該アーマチユアと対面しない前記インダクター
   の一面側に固定される中央部を有し、この中央部
   の両側が前記インダクターに沿つて張り出し、前
   記Ｕ字形アーマチユアの両端部を跨いでアーマチ
   ユアの両側壁部を外側から取り囲むように延びた
   側フランジを有する導電支持体と、を備える誘導
   型のリニアモータであつて、 前記インダクターの各コイルの両側にはコイル
   の磁束を前記アーマチユアに導くための磁路を形
   成する磁性ストリツプを配設して各コイルを分離
   させ、前記磁性ストリツプ間に挾まれた前記コア
   の外周上にそれぞれ環状ギヤツプを形成してな
   り、さらに 前記支持体の中央部には前記各環状ギヤツプに
   連通して冷却空気の導入口および導出口となる複
   数の通気孔を形成し、冷却空気を前記コアの周方
   向に循環させてなることを特徴とするリニアモー
   タ。 ２ 各コイルがフラツトコイルでなり、このフラ
   ツトコイルと磁性ストリツプが装着されるコア周
   上を絶縁スリーブにより被覆したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のリニアモータ。 ３ 通気孔が仕切壁により導入口と導出口に分離
   され、さらにこの仕切壁がコア周上の絶縁スリー
   ブに当接することにより各環状ギヤツプの通路を
   仕切つて冷却通路の流れを区画し前記通気孔を介
   して各環状ギヤツプの通路内を流れる冷却空気の
   循環方向を順次交互に転換可能としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載のリニアモー
   タ。 ４ 各磁性ストリツプが２枚のシートまたは２枚
   のシートの薄い束からなり、これらは隣接する二
   つのフラツトコイルの端面に薄い絶縁層を介して
   配設され、この磁性ストリツプ間に冷却空気の通
   過を可能にする金属性スペーサーを配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のリニア
   モーター。 ５ スペーサーが導電性の乏しい非磁性金属から
   なる特許請求の範囲第４項記載のリニアモータ
   ー。 ６ 支持体が、空気の循環のために設けた孔の周
   縁と同様、コイルに対応する面においても、少な
   くともコイルに近接する部分に連続的な絶縁層か
   ら形成された被覆層を備えている特許請求の範囲
   第１項記載のリニアモーター。 ７ 通気孔が、支持体の中央部の一側又は他側に
   交互に所定の間隔を置いてインダクターの長手方
   向に二列並んで配設され仕切壁が、各列の通気孔
   をそれぞれ導入および導出口に分離する一対の仕
   切板であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第３項記載のリニアモーター。 ８ 前記一対の仕切板が支持体の外側を覆うカバ
   ーにより画成された空間部を分割して支持体の中
   央部上に新たな冷却空気を受け入れるか、あるい
   は逆に熱風を排出するかする中央空間部と、この
   両側に位置して前記中央空間部と反対の機能を果
   す一対の両側空間部とを形成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載のリニアモーター。