JP2008067492A - Linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レールにスライド自在に支持されたスライド部材に放熱部材を介して可動子を連結したリニアモータに関する発明である。 The present invention relates to a linear motor in which a mover is connected to a slide member slidably supported on a rail via a heat radiating member.
一般に、リニアモータは、リニアに延びる固定子の両側に沿って一対のレールを平行に延びるように設けると共に、両レールにスライドテーブルをスライド自在に支持させ、このスライドテーブルに固定した可動子を固定子と対向させ、可動子の移動位置に応じて可動子の各コイルへの通電を切り換えることで、可動子とスライドテーブルとを一体的にレールに沿ってスライド移動させるようにしている。このリニアモータの稼働中は、可動子のコイルへの通電により発熱するため、この熱が可動子からスライドテーブルに伝達されてスライドテーブルの温度が上昇し、それによって、スライドテーブルが熱膨張してスライドテーブルのレール幅方向の寸法が変化するため、スライドテーブルとレールとの摺動部の摺動抵抗が増大して摩耗が増大し、寿命が短くなるという問題があった。しかも、スライドテーブルの熱膨張による寸法変化によってスライドテーブル上の位置決め対象物の位置決め精度が低下するという問題もあった。 In general, a linear motor is provided so that a pair of rails extend in parallel along both sides of a linearly extending stator, and a slide table is slidably supported by both rails, and a movable element fixed to the slide table is fixed. The movable element and the slide table are integrally slid along the rail by switching the energization to each coil of the movable element in accordance with the moving position of the movable element. While this linear motor is in operation, heat is generated by energizing the coil of the mover, so this heat is transmitted from the mover to the slide table, and the temperature of the slide table rises. Since the dimension of the slide table in the rail width direction changes, there is a problem that the sliding resistance of the sliding portion between the slide table and the rail increases, wear increases, and the life is shortened. In addition, there is a problem in that the positioning accuracy of the positioning object on the slide table is reduced due to a dimensional change due to thermal expansion of the slide table.
これらの問題を解決するために、特許文献1(特開2004−88981号公報)に記載されているように、スライドテーブルと可動子との間に断熱材を介在させて、可動子からスライドテーブルへの熱伝達を断熱材により防止するようにしたものがある。 In order to solve these problems, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-88981), a heat insulating material is interposed between the slide table and the mover, and the slide table is moved from the mover to the slide table. There is one in which heat transfer to is prevented by a heat insulating material.
しかし、この構成では、可動子の放熱性が悪く、可動子のコイル温度が過昇温する問題が発生するため、特許文献1に記載された他の実施例では、スライドテーブルと可動子との間にヒートシンクを設けて可動子の放熱性を確保すると共に、このヒートシンクとスライドテーブルとの結合部に断熱性の変形吸収部材(積層ガラスエポキシ)を介在させることで、ヒートシンクからスライドテーブルへの熱伝達を断熱性の変形吸収部材により防止しながら、ヒートシンクとスライドテーブルとの熱膨張差に応じて変形吸収部材が変形することで、ヒートシンクの熱膨張によってスライドテーブルが変形することを防止するようにしている。
しかしながら、上記構成では、リニアモータの始動/停止毎に可動子の温度が上下動してヒートシンクが膨張/収縮し、その都度、変形吸収部材の変形が繰り返されるため、その繰り返し応力により変形吸収部材に疲労破壊が発生する可能性があり、耐久性に問題がある。しかも、取付強度を確保するためにヒートシンクとスライドテーブルとを変形吸収部材を挟み込んだ状態でボルトで締め付け固定しているため、ボルトを強く締め付けると、変形吸収部材の変形性がボルトで阻害されてしまい、反対に、ボルトを緩く締め付けると、振動によりボルトが簡単に緩んでしまい、変形吸収部材の変形性の確保と取付強度の確保とを両立させることが困難である。更に、ヒートシンクとスライドテーブルとの連結構造も複雑になるという欠点もある。 However, in the above configuration, the temperature of the mover moves up and down every time the linear motor is started / stopped, and the heat sink expands / shrinks, and the deformation absorbing member is repeatedly deformed each time. There is a possibility that fatigue failure may occur, and there is a problem in durability. Moreover, since the heat sink and the slide table are fastened and fixed with bolts with the deformation absorbing member sandwiched between them in order to secure the mounting strength, if the bolt is tightened strongly, the deformability of the deformation absorbing member is hindered by the bolt. On the other hand, if the bolt is tightened loosely, the bolt is easily loosened by vibration, and it is difficult to achieve both the securing of the deformability of the deformation absorbing member and the securing of the mounting strength. Furthermore, there is a drawback that the connection structure between the heat sink and the slide table is complicated.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、可動子の放熱性を高めながら、スライド部材(スライドテーブル)の温度上昇、熱膨張を抑制でき、しかも、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができるリニアモータを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances. Therefore, the object of the present invention is to suppress the temperature rise and thermal expansion of the slide member (slide table) while improving the heat dissipation of the mover, and to achieve durability. An object of the present invention is to provide a linear motor that can satisfy the demands for improving the performance, securing the mounting strength, and simplifying the configuration.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、リニアに延びる固定子と、この固定子の両側に沿って平行に延びる一対のレールにスライド自在に支持されたスライド部材と、このスライド部材に放熱部材を介して連結されて前記固定子と対向する可動子とを備えたリニアモータにおいて、前記放熱部材を、前記レールとほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレートにより構成したものである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a linearly extending stator, a slide member slidably supported by a pair of rails extending in parallel along both sides of the stator, and the slide In a linear motor having a movable element connected to a member via a heat dissipation member and facing the stator, the heat dissipation member is constituted by a plurality of heat dissipation plates arranged substantially parallel to the rail. is there.
この構成では、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレートを薄く形成して、放熱プレートの枚数を多くすることで、放熱面積(空気との接触面積)を十分に大きくできるため、可動子の放熱性を確保して可動子の温度上昇を抑制できると共に、各放熱プレートの薄型化により各放熱プレートの温度分布にスライド部材側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることができ、スライド部材の温度上昇、熱膨張を抑制できる。しかも、各放熱プレートがレールとほぼ平行に配置されているため、可動子が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレートの間隔は、スライド部材側の間隔が変化せずに可動子側の間隔のみが可動子の熱膨張により変化するだけであり、可動子とスライド部材との熱膨張差によってスライド部材が変形することを防止できる。また、各放熱プレートをレールとほぼ平行に配置しているため、スライド部材の加減速時の荷重(レールと平行な方向に働く荷重)を各放熱プレートによって安定して支えることができると共に、前記特許文献1のような変形吸収部材を必要としないため、前述した変形吸収部材に起因する諸問題を解消することができ、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができる。 In this configuration, the heat dissipating area (contact area with air) can be sufficiently increased by thinly forming a plurality of heat dissipating plates constituting the heat dissipating member and increasing the number of heat dissipating plates. It is possible to suppress the temperature rise of the mover by securing the property, and it is possible to have a sufficient temperature gradient so that the temperature distribution of each heat radiating plate becomes lower in the temperature distribution of each heat radiating plate by reducing the thickness of each heat radiating plate, Temperature rise and thermal expansion of the slide member can be suppressed. In addition, since each heat dissipating plate is arranged substantially parallel to the rail, even if the mover is thermally expanded and its dimension in the rail width direction is changed, the distance between the heat dissipating plates is changed on the slide member side. In this case, only the distance on the movable element side is changed due to the thermal expansion of the movable element, and it is possible to prevent the slide member from being deformed due to the thermal expansion difference between the movable element and the sliding member. Moreover, since each heat radiating plate is arranged substantially parallel to the rail, the load at the time of acceleration / deceleration of the slide member (load acting in a direction parallel to the rail) can be stably supported by each heat radiating plate, and Since the deformation absorbing member as in Patent Document 1 is not required, it is possible to solve the problems caused by the above-described deformation absorbing member, and to satisfy the demands for durability improvement, securing of mounting strength, and configuration simplification. it can.
本発明は、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレートをそれぞれ別体に形成しても良いが、請求項2のように、複数枚の放熱プレートを、可動子側及び/又はスライド部材側の端部がつながるように一体に形成するようにしても良い。このようにすれば、リニアモータの組立作業が簡単となり、生産性を向上できる利点がある。 In the present invention, a plurality of heat dissipation plates constituting the heat dissipation member may be formed separately. However, as in claim 2, the plurality of heat dissipation plates are arranged on the movable element side and / or the slide member side. You may make it form integrally so that an edge part may connect. In this way, there is an advantage that the assembly work of the linear motor is simplified and the productivity can be improved.
また、請求項3のように、複数枚の放熱プレートとスライド部材との間に断熱性部材を介在させて、各放熱プレートからスライド部材への熱伝達を断熱性部材により防止するようにしても良い。この場合、断熱性部材は変形する必要がないため、変形が必要とされる特許文献1のような問題は発生しない。 Further, as in claim 3, a heat insulating member is interposed between the plurality of heat radiating plates and the slide member so that heat transfer from each heat radiating plate to the slide member is prevented by the heat insulating member. good. In this case, since the heat insulating member does not need to be deformed, the problem as in Patent Document 1 that requires deformation does not occur.
更に、請求項4のように、放熱部材を、断熱性部材を介して複数段に構成し、各段毎に放熱プレートを所定枚数ずつ配置するようにしても良い。これにより、放熱性を高めながら、スライド部材への熱伝達防止効果を高めることができる。 Further, as in claim 4, the heat dissipating member may be configured in a plurality of stages via a heat insulating member, and a predetermined number of heat dissipating plates may be arranged in each stage. Thereby, the heat transfer prevention effect to a slide member can be improved, improving heat dissipation.
また、請求項5のように、各放熱プレートに放熱フィンを形成するようにしても良い。これにより、放熱性を更に高めることができる。 Moreover, you may make it form a radiation fin in each radiation plate like Claim 5. Thereby, heat dissipation can further be improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した5つの実施例1〜5を説明する。 Hereinafter, five examples 1 to 5 embodying the best mode for carrying out the present invention will be described.
本発明の実施例1を図1乃至図3に基づいて説明する。
ここで、図1はリニアモータの縦断正面図、図2はリニアモータの縦断側面図、図3はリニアモータの可動子が熱膨張したときの作用を説明するための縦断正面図である。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
Here, FIG. 1 is a longitudinal front view of the linear motor, FIG. 2 is a longitudinal side view of the linear motor, and FIG. 3 is a longitudinal front view for explaining the action when the mover of the linear motor is thermally expanded.
U字溝型のベース11の底面部には、リニアに延びる固定子12が設けられている。固定子12は、鉄板等のコア13上に多数の永久磁石14をN極とS極の磁界を交互に形成するように配列して構成されている。
A linearly extending
ベース11の両側壁部の上端には、固定子12の両側に沿って平行に延びる一対のレール15が取り付けられている。スライドテーブル16(スライド部材)の下面両側部には、スライドガイド17が取り付けられ、各スライドガイド17が各レール15に摺動自在に嵌合されることで、スライドテーブル16が一対のレール15にスライド自在に支持されている。
A pair of
このスライドテーブル16の下面には、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート18が等間隔でレール15とほぼ平行に且つ下向きに取り付けられ、これら各放熱プレート18の下端部に可動子19が取り付けられ、この可動子19が固定子12と所定のエアギャップを介して対向している。可動子19は、電機子コアにコイルを装着して構成されている。
On the lower surface of the slide table 16, a large number of
各放熱プレート18は、熱伝導率の高い非磁性材料(例えば銅、アルミニウム、銀等)で形成され、且つ、スライドテーブル16と可動子19との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。この放熱プレート18の薄型化により、(1) 放熱プレート18の枚数を多くして放熱面積(空気との接触面積)を拡大することと、(2) 各放熱プレート18の温度分布にスライドテーブル16側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることが可能となる。
Each heat
各放熱プレート18をスライドテーブル16と可動子19に固定する構造は、例えば、スライドテーブル16と可動子19にそれぞれ嵌合溝を形成し、各嵌合溝に各放熱プレート18を嵌め込んでろう付け又はねじ止め等により固定すれば良い。
For example, a structure in which each heat
各放熱プレート18は、等間隔に平行に配置されることで、各放熱プレート18間に偏平な空気通路が形成され、その一端側に電動ファン20(図2参照)が取り付けられ、この電動ファン20により各放熱プレート18間の空気通路に空気を強制的に流して各放熱プレート18を強制冷却するようにしている。
Each heat
以上説明した本実施例1によれば、スライドテーブル16と可動子19とを連結する放熱部材を、レール15とほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレート18により構成したので、放熱プレート18を十分に薄く形成して、放熱プレート18の枚数を多くすることで、放熱面積(空気との接触面積)を十分に大きくすることができる。これにより、可動子19の放熱性を確保できて可動子19の温度上昇を抑制でき、可動子19のコイルに大きな電流を流すことが可能となり、リニアモータの動力性能を十分に引き出すことができる。
According to the first embodiment described above, the heat radiating member that connects the slide table 16 and the
しかも、各放熱プレート18の薄型化により各放熱プレート18の温度分布にスライドテーブル16側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることができ、スライドテーブル16の温度上昇、熱膨張を抑制できる。そして、各放熱プレート18をレール15とほぼ平行に配置しているため、可動子19が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレート18の間隔は、図3に示すように、スライドテーブル16側の間隔が変化せずに可動子19側の間隔のみが可動子19の熱膨張により変化するだけであり、可動子19とスライドテーブル16との熱膨張差によってスライドテーブル16が変形することを防止できる。
In addition, the thickness of each
更に、各放熱プレート18をレール15とほぼ平行に配置することで、スライドテーブル16の加減速時の荷重(レール15と平行な方向に働く荷重)を各放熱プレート18によって安定して支えることができると共に、前記特許文献1のような変形吸収部材を必要としないため、前述した変形吸収部材に起因する諸問題を解消することができ、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができる。
Furthermore, by arranging each
尚、本実施例1では、電動ファン20により放熱プレート18を強制冷却して可動子19の冷却性能を高めるようにしたが、電動ファン20を省略して、空気の自然対流により放熱プレート18の放熱を生じさせる構成としても良い。
In the first embodiment, the
上記実施例1では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート18をそれぞれ別体に形成したが、図4に示す本発明の実施例2では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート21を可動子19側とスライドテーブル16側の端部が連結片22,23でつながるように一体に形成し、各連結片22,23をろう付け、ねじ止め等により可動子19とスライドテーブル16に固定するようにしている。この場合も、上記実施例1と同様に、各放熱プレート21は、熱伝導率の高い非磁性材料(例えば銅、アルミニウム、銀等)を用いて等間隔でレール15とほぼ平行に形成され、且つ、スライドテーブル16と可動子19との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。その他の構成は、前記実施例1と同じである。
In the first embodiment, the multiple
本実施例2では、多数枚の放熱プレート21を可動子19側とスライドテーブル16側の端部が連結片22,23でつながるように一体に形成しているが、放熱プレート21の薄型化により、各放熱プレート21の温度分布にスライドテーブル16側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることが可能となる。このため、可動子19の発熱により各放熱プレート21の可動子19側の連結片22が可動子19と一体的に膨張しても、各放熱プレート21の温度勾配により各放熱プレート21のスライドテーブル16側の連結片23は、温度上昇が抑えられて、熱膨張が生じない状態に保たれる。その結果、前記実施例1と同様に、可動子19が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレート21の間隔は、スライドテーブル16側の間隔が変化せずに可動子19側の間隔のみが可動子19の熱膨張により変化するだけであり、可動子19とスライドテーブル16との熱膨張差によってスライドテーブル16が変形することを防止できる。
In the second embodiment, a large number of the
しかも、本実施例2では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート21を連結片22,23でつなげるように一体に形成しているため、リニアモータの組立作業が簡単となり、生産性を向上できる利点がある。
In addition, in the second embodiment, since a large number of
その他、前記実施例1と同様の効果を得ることができる。
尚、本実施例2では、各放熱プレート21の両側の端部を連結片22,23でつなげるように一体に形成しているが、可動子19側とスライドテーブル16側のいずれか一方側のみを連結片でつなげるように一体に形成しても良い。
In addition, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
In the second embodiment, the end portions on both sides of each
図5に示す本発明の実施例3では、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレート18とスライドテーブル16との間に、断熱樹脂等により形成した断熱性部材31を介在させて、各放熱プレート18からスライドテーブル16への熱伝達を断熱性部材31により防止するようにしている。更に、スライドテーブル16に温度センサ32を設けて、スライドテーブル16の温度が所定温度以上に上昇したときに、リニアモータの速度を低下させたり、停止させるようにしている。その他の構成は、前記実施例1と同じである。
In the third embodiment of the present invention shown in FIG. 5, a
本実施例3では、各放熱プレート18とスライドテーブル16との間に介在させた断熱性部材31により、各放熱プレート18からスライドテーブル16への熱伝達を防止できるため、スライドテーブル16の温度上昇、熱膨張をより確実に抑制できる。この場合、断熱性部材31は変形する必要がないため、変形が必要とされる特許文献1のような問題は発生しない。
In the third embodiment, the
尚、前記実施例2の構成においても、放熱プレート21の連結片23とスライドテーブル16との間に断熱性部材を介在させる構成としても良い。
In the configuration of the second embodiment, a heat insulating member may be interposed between the connecting
図6に示す本発明の実施例4では、各放熱プレート18にそれぞれ放熱フィン41を一体に形成して、放熱性を高めるようにしている。その他の構成は、前記実施例3と同じである。
In the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 6,
尚、前記実施例1,2の構成においても、各放熱プレート18,21にそれぞれ放熱フィンを一体に形成するようにしても良い。
In the configuration of the first and second embodiments, the heat radiating fins may be formed integrally with the
図7に示す本発明の実施例5では、スライドテーブル16と可動子19とを連結する放熱部材を、断熱性部材51,52を介して複数段に構成し、各段毎に放熱プレート53を所定枚数ずつ配置するようにしている。断熱性部材51,52は、断熱樹脂等により形成され、各放熱プレート53は、前記実施例1と同様に、熱伝導率の高い非磁性材料(例えば銅、アルミニウム、銀等)を用いて等間隔でレール15とほぼ平行に形成され、且つ、スライドテーブル16と可動子19との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。その他の構成は、前記実施例1と同じである。
In the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 7, the heat dissipating member for connecting the slide table 16 and the
本実施例5では、多数の放熱プレート53を断熱性部材51,52を介して複数段に組み立てた構成としているので、放熱性を高めながら、スライドテーブル16への熱伝達防止効果を高めることができる。
In the fifth embodiment, since a large number of
尚、図7の構成例では、放熱プレート53の組み立て段数を3段としたが、これを2段又は4段以上に組み立てるようにしても良い。
その他、本発明は、リニアモータの各部の構成を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。
In the configuration example of FIG. 7, the number of assembly stages of the
In addition, it goes without saying that the present invention can be implemented with various changes such as the configuration of each part of the linear motor may be appropriately changed.
11…ベース、12…固定子、14…永久磁石、15…レール、16…スライドテーブル(スライド部材)、17…スライドガイド、18…放熱プレート、19…可動子、20…電動ファン、21…放熱プレート、22,23…連結片、31…断熱性部材、41…放熱フィン、51,52…断熱性部材、53…放熱プレート
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記放熱部材は、前記レールとほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレートにより構成されていることを特徴とするリニアモータ。 A linearly extending stator, a slide member slidably supported by a pair of rails extending in parallel along both sides of the stator, and coupled to the slide member via a heat radiating member to face the stator In a linear motor with a mover,
The linear motor is characterized in that the heat radiating member is composed of a plurality of heat radiating plates arranged substantially parallel to the rail.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024082601A1 (en) * | 2022-10-17 | 2024-04-25 | 广东畅能达科技发展有限公司 | Composite phase change thermal control device and linear magnetic shaft motor based thereon |
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