JP2008048562A - Linear motor and machine tool mounting it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リニアモータおよびそれを搭載したプレス機械等の工作機械に関する。 The present invention relates to a linear motor and a machine tool such as a press machine equipped with the linear motor.
従来、リニアモータとして、N極とS極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを軸方向に並べたコイルユニットとを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a linear motor having a shaft member made of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged and a coil unit in which a plurality of coils surrounding the shaft member are arranged in the axial direction has been proposed. (For example, patent document 1).
また、図10に示す回転型モータのステータ63のように、コイル66として、長手方向に巻き線を行い、円周方向に複数のコイル片が配列するモータにおいては、円筒状のコイルケース67を二重構造として、その嵌合面に螺旋状の冷却流路68を設け、冷却水で強制冷却するものがある。
上記特許文献1に開示のリニアモータは、OA機器等において、回転型のモータおよびボールねじの組み合わせに代えて用いる用途等のものであるが、プレス機械等の直動運動を行う工作機械においても、リニアモータを用いると、構成が簡素で制御性にも優れたものとなる。
しかし、プレス機械等にリニアモータを用いる場合、大きな推力を得ることが必要であり、そのためコイルの発熱が大きくなる。特に、前記複数のコイルを筒状のコイルケース内に収容する場合、コイルユニットを堅固に構成でき、工作機械用として好適なものとなるが、熱がコイルユニット内にこもり、コイルユニットの温度上昇が大きくなる。コイルユニットの大きな温度上昇は、永久磁石の減磁作用によってリニアモータの効率低下に影響し、作業者への安全性にも影響する。また、コイルユニットの大きな温度上昇は、工作機械に用いる場合、リニアモータからフレームに熱が伝わることによる加工精度の悪化、例えばパンチプレスではパンチとダイの芯ずれが生じる。そのため、コイルの発生する熱を効率良く放射することが必要となる。
The linear motor disclosed in
However, when a linear motor is used in a press machine or the like, it is necessary to obtain a large thrust, and thus heat generation of the coil increases. In particular, when the plurality of coils are accommodated in a cylindrical coil case, the coil unit can be firmly configured and is suitable for a machine tool. However, heat is trapped in the coil unit, and the temperature of the coil unit increases. Becomes larger. A large temperature rise of the coil unit affects the efficiency reduction of the linear motor due to the demagnetizing action of the permanent magnet, and also affects the safety to the operator. In addition, when the coil unit is used in a machine tool, a large temperature rise of the coil unit deteriorates processing accuracy due to heat transmitted from the linear motor to the frame, for example, a punch and die are misaligned in a punch press. Therefore, it is necessary to efficiently radiate the heat generated by the coil.
図10の例のような螺旋状の冷却流路68を設けると、冷却効率の面で有利となる。しかし、複数のコイルを軸方向に並べたコイルユニットでは、円筒状のコイルケースに、各コイルのコイル巻線を外部に導くための結線用開口部を、複数のコイルに跨がって形成する必要がある。
このように複数のコイルに跨がる結線用開口部を設ける場合、図10の例のような螺旋状の冷却流路68は、結線用開口部と干渉するのでその領域は連続して設けることができず、途切れてしまう。そのため、結線用開口部があっても効率の良い冷却を行える冷却構造が望まれる。コイルケースを二重として全周が一つの中空空間となるジャケット形式の冷却路を採用した場合、結線用開口部周辺のシールが煩雑となり、ジャケット内部に冷却流路を形成するための仕切り部が必要となる。
Providing the spiral
When providing a connection opening spanning a plurality of coils in this way, the spiral
この発明の目的は、コイルケースに結線用開口部を形成しても、コイルケースを周囲から冷却することができて、偏りなく冷却でき、また冷却媒体の流量が少なくて済み、冷却効率を高めることのできるリニアモータを提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、部品点数が少なく簡素な構造とすることができ、かつモータにおける発熱を抑制し、加工精度に優れたリニアモータ搭載工作機械を提供することである。
The object of the present invention is that even if a connection opening is formed in the coil case, the coil case can be cooled from the surroundings, can be cooled evenly, and the flow rate of the cooling medium can be reduced, thereby improving the cooling efficiency. An object of the present invention is to provide a linear motor that can handle the above.
Another object of the present invention is to provide a linear motor-equipped machine tool that has a simple structure with a small number of parts, suppresses heat generation in the motor, and has excellent machining accuracy.
この発明のリニアモータは、N極とS極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを前記軸方向に並べてなり前記軸部材が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニットとを備えるリニアモータであって、前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースを有し、このコイルケースは、前記複数のコイルのコイル巻線をコイルケース外に導くための結線用開口部が複数のコイルに跨がって形成され、前記コイルケースの外周部において、冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却流路を、前記結線用開口部を外した位置に設けたことを特徴とする。 In the linear motor of the present invention, a shaft member made of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged, and a plurality of coils surrounding the periphery of the shaft member are arranged in the axial direction, and the shaft member relatively moves inside. An axially movable coil unit, wherein the coil unit has a cylindrical coil case that houses the plurality of coils, and the coil case is a coil winding of the plurality of coils. A wiring opening for guiding the outside of the coil case is formed across the plurality of coils, and a plurality of independent cooling flow paths through which a cooling medium flows are provided on the outer periphery of the coil case. It is characterized in that it is provided at a position where the part is removed.
この構成によると、コイルケースの外周部に互いに独立した複数の冷却流路を、結線用開口部を外した位置に設けたため、結線用開口部があっても、効率の良い冷却が行える。すなわち、複数の冷却流路を互いに独立して設けたため、ジャケット式の冷却路等と異なり、結線用開口部周辺のシールが要らず、ジャケット内部に仕切り部を設けることなく、各部に冷却水等の冷却媒体を偏りなく均一に流すことができる。そのため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。 According to this configuration, since a plurality of independent cooling channels are provided on the outer periphery of the coil case at a position where the connection opening is removed, efficient cooling can be performed even if the connection opening is present. That is, since a plurality of cooling channels are provided independently from each other, unlike the jacket-type cooling channel or the like, there is no need for a seal around the opening for connection, and there is no partition in the jacket. The cooling medium can be made to flow evenly. Therefore, even when applied to machine tools and other linear motors that require high output, the necessary cooling efficiency can be ensured.
前記複数の冷却流路は、それぞれコイルユニットの軸方向に沿って設けられたものであっても良い。
各冷却流路が軸方向に沿ったものであると、冷却流路が簡素な構成とできる。
Each of the plurality of cooling channels may be provided along the axial direction of the coil unit.
When each cooling channel is along the axial direction, the cooling channel can be configured simply.
この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明の上記いずれかの構成のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたものである。この明細書で言う「工作機械」とは、旋盤等の切削加工を行う機械に限らず、物を加工する機械一般を示す広義の工作機械であり、パンチプレスやその他のプレス機械を含む意味である。
この構成によると、進退動作する可動部をリニアモータで駆動させるため、回転型のモータを用いるものと異なり、回転を直線運動に変換する機構が不要であり、部品点数が少なく簡素な構造とできる。また、この発明のリニアモータを用いることで、モータにおける発熱が少なくて加工精度に優れたものとなる。
A linear motor-equipped machine tool according to the present invention includes the linear motor having any one of the above-described configurations according to the present invention and a movable portion that is moved forward and backward by the linear motor to move a tool or a workpiece. The term “machine tool” as used in this specification is not limited to a machine that performs cutting such as a lathe, but is a general machine tool that indicates a general machine for processing an object, and includes a punch press and other press machines. is there.
According to this configuration, since the movable portion that moves forward and backward is driven by a linear motor, a mechanism that converts rotation into linear motion is not required, unlike a rotary type motor, and a simple structure with fewer parts can be achieved. . Further, by using the linear motor of the present invention, the motor generates less heat and has excellent processing accuracy.
この発明のリニアモータは、N極とS極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材と、この軸部材の周囲を囲む複数のコイルを前記軸方向に並べてなり前記軸部材が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニットとを備え、前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースを有し、このコイルケースは、前記複数のコイルのコイル巻線をコイルケース外に導くための結線用開口部が複数のコイルに跨がって形成され、前記コイルケースの外周部において、冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却流路を、前記結線用開口部を外した位置に設けたため、コイルケースに結線用開口部を形成しても、コイルケースを周囲から冷却することができて、偏りなく冷却でき、また、ジャケット内部に仕切り部を設けることなく、冷却効率を高めることができる。そのため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。
前記複数の冷却流路を、それぞれコイルユニットの軸方向に沿って設けた場合は、冷却効率の良い流路設計がより一層容易となる。
この発明のリニアモータ搭載工作機械は、この発明のリニアモータと、このリニアモータで進退駆動されて工具またはワークを移動させる可動部とを備えたものであるため、部品点数が少なく簡素な構造とすることができ、かつモータにおける発熱が少なくて、加工精度に優れたものとできる。
In the linear motor of the present invention, a shaft member made of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged, and a plurality of coils surrounding the periphery of the shaft member are arranged in the axial direction, and the shaft member relatively moves inside. An axially movable coil unit, and the coil unit has a cylindrical coil case containing the plurality of coils, and the coil case has coil windings of the plurality of coils outside the coil case. A connection opening for guiding is formed across a plurality of coils, and a plurality of independent cooling channels through which a cooling medium flows are removed from the outer periphery of the coil case, the position where the connection opening is removed. Even if the connection opening is formed in the coil case, the coil case can be cooled from the surroundings, can be cooled without unevenness, and without providing a partition inside the jacket, It is possible to increase the 却効 rate. Therefore, even when applied to machine tools and other linear motors that require high output, the necessary cooling efficiency can be ensured.
When the plurality of cooling channels are provided along the axial direction of the coil unit, it is much easier to design a channel with good cooling efficiency.
The machine tool equipped with the linear motor according to the present invention comprises the linear motor according to the present invention and a movable part that is moved forward and backward by the linear motor to move the tool or the workpiece. The heat generation in the motor is small and the processing accuracy is excellent.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図7と共に説明する。このリニアモータ1は、N極とS極が交互に並ぶ永久磁石からなる軸部材2と、この軸部材2の周囲を囲み、軸部材2が内部を相対的に軸方向移動自在なコイルユニット3とを備える。コイルユニット3はステータとなり、軸部材2が移動体となる。なお軸部材2をステータとしても良い。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The
軸部材2は丸棒状の永久磁石からなる軸部材本体2aの両端に、スライダー4,5を取付けたものである。
The
コイルユニット3は、軸部材2の周囲を囲む複数の円筒状のコイル6を軸方向に並べて構成される。これら複数のコイル6は、共通の円筒状のコイルケース7内に収容し、コイルケース7の両端にキャップ8,9を取付けてコイルユニット3とする。
The
各コイル6の間にはリング状の放熱板11を介在させる。放熱板11は、コイル6の並びの両端にも配置する。これら放熱板11は、コイルケース7の内周面に接触させる。各コイル6は、互いに共通の円筒状のコイルボビン10の外周にある。コイル6は、このようにコイルボビン10が挿入された状態でコイルケース7に軸方向に挿入する。複数のコイル6は、コイルケース7内で放熱板11と共にモールドされ一体化される。
複数のコイル6を接続する配線14(図2,図3参照)は、コイルケース7に設けられた結線用開口15から外部に取り出される。結線用開口15は、複数のコイル6間に跨がって軸方向に延びる長孔状とされている。
A ring-
A wiring 14 (see FIGS. 2 and 3) connecting the plurality of
図1に示すように、コイルケース7の両端に取付けたキャップ8,9の内周には、軸部材2の両端に取付けたスライダー4,5に摺動自在に嵌合させる滑り軸受として、円筒状のブッシュ12が設けられる。キャップ8,9は内周面が段付き円筒状とされ、スライダー4,5は外周面が段付きの軸状とされ、前記ブッシュ12は、キャップ8,9の大径側内周面に設けられている。また、キャップ8,9にはスライダー4,5の段部に当ってスライダー4,5を止めるストッパ13が設けられている。前記ブッシュ12により、軸部材2とコイルユニット3との相対移動を許す微小な隙間が保持される。すなわち、コイル6のコイルボビン10の内周面と軸部材2の外周面との間、および軸部材2の両端に取付けたスライダー4,5の小径部4a,5aの外周面とキャップ8,9の小径側内周面8a,9aとの間に、軸方向移動のための微小な隙間が保持される。
なお、軸部材2とコイルユニット3との間の隙間の保持手段は、必ずしもリニアモータに備えていなくても良く、このリニアモータを使用する機器に前記隙間の保持手段を設けても良い。
As shown in FIG. 1, the inner periphery of
In addition, the holding means for the gap between the
コイルケース7の外周には強制冷却部16が設けられている。強制冷却部16は、それぞれ軸方向に延びる複数本の冷却管17を、円周方向に等間隔で配置して構成される。冷却管17のコイルケース円周方向の位置は、結線用開口部15を外した位置とされる。これら冷却管17により、コイルケース7の外周部で互いに独立した複数の冷却流路17aが構成される。冷却管17は、水,その他の冷却液等の冷却媒体を流す管である。
A forced cooling
各冷却管17は、コイルケース7に一体に設けられた冷却管保持部18(図3,図6)により保持される。冷却管保持部18は、冷却管17を両側から抱き込む二叉状の突片からなり、コイルケース7の全長に渡って軸方向に延びている。冷却管17は、冷却管保持部18に対して軸方向に挿入することによって保持される。なお、コイルケース7は、アルミニウムの押し出し成形品等からなる。
Each cooling
各冷却管17の両端は、コイルケース7の両端のキャップ8,9内に設けられた環状の集合路20,21にそれぞれ連通する。各集合路20,21は、各キャップ8,9をキャップ本体8A,9Aとリング部材8B,9Bとに分割することで、環状溝20a,21aにより形成している。すなわち、各キャップ本体8A,9Aのコイル側端の内周に環状の内径拡径部8Aa,9Aaを形成し、この内径拡径部8Aa,9Aaの内周面に前記環状溝20a,21aを形成し、内径拡径部8Aa,9Aaにリング部材8B,9Bを嵌合させることで、前記環状溝20a,21aとリング部材8B,9Bの外周面との間に断面矩形状の閉鎖断面の集合路20,21を形成している。リング部材8B,9Bは、外周にコイルケース7の端部が嵌合し、内周にコイルボビン10の端部が嵌合するものとされている。
Both ends of each cooling
キャップ本体8A,9Aの内径拡径部8Aa,9Aaの内周面とリング部材8B,9Bの嵌合面には、集合路20,21の軸方向の両側で、環状溝を形成してOリング等からなるシール部材22,23を介在させ、集合路20,21の密封を行っている。
An annular groove is formed on the inner peripheral surface of the inner diameter enlarged portions 8Aa and 9Aa of the
各キャップ8,9には、各冷却管17の両端を嵌合させるそれぞれ複数の冷却管嵌合孔24,25が、キャップ端面から集合路20,21に貫通して形成されている。冷却管嵌合孔24,25の内周面と、これに嵌合した冷却管17の外周面との間には、環状の弾性体からなるシール部材26,27を介在させる。これらシール部材26,27はOリングからなり、上記冷却管嵌合孔24,25の内周面に形成された環状溝28,29内に保持される。
A plurality of cooling pipe fitting holes 24 and 25 for fitting both ends of the cooling
なお、冷却管嵌合孔24,25の集合路20,21を含めた深さは、冷却管17のキャップ8,9への最大挿入代よりも深く形成することが必要である。ここで言う最大の挿入代は、加工誤差や組立誤差、および熱伸縮等の変動要因を含めた挿入代を言う。この実施形態では、冷却管17のキャップ8,9への挿入代は、加工や組立誤差、熱伸縮等の勘案しても、冷却管17が集合路20,21内に突出しない範囲とされている。
The depth including the collecting
両側のキャップ8,9に設けた集合路20,21は、それぞれ周方向の1箇所で、図5に拡大して示すように、継手29を介して外部配管30に接続される。外部配管30は、冷却液等の冷却媒体を循環させるポンプ等を有する冷却媒体供給装置(図示せず)に接続されている。両側の集合路20,21のうち、いずれか片方が冷却媒体の供給側、もう片方が排出側とされる。
The collecting
この構成のリニアモータによると、コイルケース7の外周部において、互いに独立した複数の冷却流路17aを、結線用開口部15を外した位置に設けたため、結線用開口部15があっても、効率の良い冷却が行える。すなわち、複数の冷却流路17aを互いに独立して設けたため、ジャケット式の冷却路等と異なり、結線用開口部15の周辺にシールが要らず、ジャケット内部に仕切り部を設けることなく冷却媒体を偏りなく均一に流すことができる。そのため、工作機械やその他の大出力が必要なリニアモータに適用した場合でも、必要な冷却効率を確保することができる。各冷却流路17aは、コイルユニット3の軸方向に沿った冷却管17からなるため、簡素な構成となる。
According to the linear motor of this configuration, the plurality of
また、各冷却管17は、コイルケース1の両端のキャップ8,9に設けられた冷却管嵌合孔24,25に両端を嵌合させたため、周面でシールされることになり、突き合わせ面でシールを行うものと異なり、各冷却管17に寸法ばらつきがあっても、その寸法ばらつきの影響を受けることなく、確実なシールが行える。
また、個々の冷却管17のシールを、Oリング等の環状の弾性体からなるシール部材26,27の介在によって行うようにしたため、より一層確実なシールが行える。
In addition, each cooling
Further, since the
図8は、この発明における他の実施形態を示す。この実施形態は、図1〜図7に示した第1の実施形態において、冷却管17を設けた代わりに、コイルケース7に冷却流路形成壁17Aを設け、その内部を冷却流路17Aaとしたものである。冷却流路形成壁17Aは、コイルケース7の全長に延びるものであって、周方向の複数箇所に等配し、また結線用開口部15を外した位置に設ける。このような一体構造の冷却流路形成壁17Aを有するコイルケース7は、例えばアルミニウムの押し出し成形品などとすることで可能である。
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of providing the cooling
各冷却流路17Aaの両端は、両側のキャップ8,9に集合路20,21からそれぞれ各冷却流路17Aaと対応して形成した分岐路20b,21bに整合して連通する。キャップ8,9とコイルケース7との突き合わせ面には、ゴム板等のリング状のシール板31を挟み付け状態に介在させる。
なお、この実施形態では、各キャップ8,9は、軸部材2を案内する手段は有しないものとされている。この実施形態における他の構成は、第1の実施形態と同様である。
Both ends of each cooling flow path 17Aa communicate with the
In this embodiment, the
このように、冷却流路17Aaをコイルケース7と一体に形成した場合も、第1の実施形態と同様に、コイルケース7に結線用開口部15を形成しながら、コイルケース7を周囲から冷却することができて、冷却効率を高めることができる。
As described above, even when the cooling flow path 17Aa is formed integrally with the
なお、前記各実施形態は、いずれも、冷却流路17,17Aaがコイルケース7の軸方向に延びるものとしたが、これら冷却流路17,17Aaは、コイルケース7の結線用開口部15を外して設けたものであれば良く、例えば斜めに延びるものであっても、また蛇行形状等であっても良い。
In each of the above embodiments, the
図9は、リニアモータを駆動源として用いた工作機械の一例であるプレス機械を示す。このプレス機械は、フレーム41の下部に工具支持体42,43と、ワーク送り機構44とを設置し、フレーム41の上部にプレス駆動源として、リニアモータ1を用いたプレス機構45を設置したものである。
FIG. 9 shows a press machine which is an example of a machine tool using a linear motor as a drive source. In this press machine, tool supports 42 and 43 and a
工具支持体42,43は、同心に設置された上下のタレットからなり、上下の工具支持体42,43には円周方向の複数箇所に、それぞれパンチ金型,ダイ金型である工具が搭載される。これらパンチ金型,ダイ金型は、工具支持体42,43の回転によって所定のパンチ位置Pに割り出される。ワーク送り機構44は、板材のワークWの縁部をワークホルダ47で把持し、ワークWをテーブル48上で前後左右に移動させるものである。
The tool supports 42 and 43 are composed of upper and lower turrets arranged concentrically, and the upper and lower tool supports 42 and 43 are equipped with tools that are punch dies and die dies at a plurality of locations in the circumferential direction, respectively. Is done. These punch dies and die dies are indexed to a predetermined punch position P by the rotation of the tool supports 42 and 43. The
プレス機構45は、工具支持体42のパンチ位置Pに割り出されたパンチ金型を昇降させるラム49を、ラムガイド50により昇降自在に支持し、ラム49をリニアモータ1によって昇降駆動させるものである。リニアモータ1には、例えば図1〜図7と共に前述した第1の実施形態のもの、または図8に示す実施形態のものが用いられる。リニアモータ1は、そのコイルユニット3がフレーム41に固定され、軸部材2が可動部であるラム49に結合される。
The
この構成のプレス機械によると、プレス駆動源としてリニアモータ1を用いるため、回転型のモータを用いるものに比べて、回転をラム49の直線運動に変換する機構が不要であり、プレス機構45の部品点数が少なく構成が簡素となる。また、プレス駆動源として油圧シリンダを用いるものと比べて、油圧ユニットが不要で、構成が簡単になる。しかもリニアモータ1は、位置精度に優れており、加工品質,精度の良い加工が可能となる。
According to the press machine having this configuration, since the
なお、この発明のリニアモータは、プレス機械に限らず、工具またはワークを移動させる可動部を備えた工作機械一般において、前記可動部の駆動に用いることができる。さらに、工作機械に限らず、種々の機器の駆動源として用いることができる。 The linear motor of the present invention is not limited to a press machine, and can be used for driving the movable part in general machine tools including a movable part for moving a tool or a workpiece. Furthermore, it can be used not only as a machine tool but as a drive source for various devices.
1…リニアモータ
2…軸部材
3…コイルユニット
4,5…スライダー
6…コイル
7…コイルケース
8,9キャップ
8A,9A…キャップ本体
8B,9B…リング部材
10…コイルボビン
14…配線
15…結線用開口
16…強制冷却部
17…冷却管
17a…冷却流路
17A…冷却流路形成壁
17Aa…冷却流路
18…冷却管保持部
20,21…集合路
24,25…冷却管嵌合孔
26,27…シール部材
28,29…環状溝
41…フレーム
45…プレス機構
49…ラム(可動部)
W…ワーク
DESCRIPTION OF
W ... Work
Claims (3)
前記コイルユニットは、前記複数のコイルを収容した筒状のコイルケースを有し、このコイルケースは、前記複数のコイルのコイル巻線をコイルケース外に導くための結線用開口部が複数のコイルに跨がって形成され、前記コイルケースの外周部において、冷却媒体を流す互いに独立した複数の冷却流路を、前記結線用開口部を外した位置に設けたことを特徴とするリニアモータ。 A coil unit in which a shaft member composed of permanent magnets in which N poles and S poles are alternately arranged, and a plurality of coils surrounding the shaft member are arranged in the axial direction, and the shaft member is relatively movable in the axial direction. And
The coil unit has a cylindrical coil case containing the plurality of coils, and the coil case has a plurality of connection openings for guiding the coil windings of the plurality of coils to the outside of the coil case. A linear motor characterized in that a plurality of mutually independent cooling flow paths through which a cooling medium flows are provided at a position where the connection opening is removed, on the outer periphery of the coil case.
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