JP2013212024A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】可動子の直動運動にともない天板と可動子との間に冷却風が流れるようにして、可動子上面および天板底面を冷却することで、可動子コイルおよび天板の温度を低減可能なリニアモータを得る。
【解決手段】可動子２が往復運動するリニアモータ１において、可動子２は、可動子２の上部に固定される天板４と、複数のコイル９を連結する可動子上面から突出させた締結棒１１と、天板４と締結棒１１との間に配置される断熱材１２と、可動子２の運動方向に対向する垂直な平面と運動方向に平行かつ天板４と対向する平面との交線部を円弧状モールド面２５とした構成を含む。
【選択図】図３

Description

この発明は、鉄心コアおよび巻線からなるコイルを可動子として備えたリニアモータに関し、特に、空冷方式の放熱構造を有するリニアモータに関するものである。

従来のリニアモータにおいては、天板と可動子との間にヒートパイプが設けられ、ヒートシンクが取り付けられるヒートパイプ放熱部をテーブルの前後に配置し、可動子の直動運動で生じる冷却風をヒートシンクに流すことにより可動子のコイルを冷却していた（たとえば、特許文献１参照）。

特許第４６３６３５４号公報（第８頁、図１）

従来のリニアモータは、天板の前後に設けたヒートシンクを用いて冷却しているので、ヒートシンクを含めた可動部分が前後に大きい構造になるという課題があった。
また、ヒートシンクを設けていることから、可動部分の重量が大きくなるので、コイルの負荷が大きくなり、発熱量が増大するという課題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、稼動部分のサイズを大きくすることなく、コイルを冷却することのできるリニアモータを得ることを目的とする。

この発明に係るリニアモータは、固定子と、固定子に沿って往復運動する可動子と、を備え、可動子は、固定子に対向配置された複数のコイルを有するリニアモータであって、複数のコイルを封止するモールド樹脂と、複数のコイルを連結する締結棒と、可動子の上面側に位置する締結棒の端面に設けられた断熱材と、締結棒および断熱材を介して可動子の上部に固定された天板と、可動子の上部と天板の下部との間に形成された通風路と、を備え、モールド樹脂は、可動子の運動方向に対向する垂直な平面と、可動子の運動方向に平行で天板と対向する平面との交線部に、遷移面を有するものである。

この発明によれば、可動子の直動運動にともない、天板と可動子との間に冷却風が流れるので、可動子上面および天板底面を冷却することが可能となり、可動子コイルおよび天板の温度を低減することが可能となる。
また、可動子前後面の上側角部を円弧状にすることにより、天板と可動子との間を流れる空気の入口圧力損失を低下させているので、風量が増して冷却効率を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係るリニアモータを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係るリニアモータの可動子を示すＸＹ方向断面図である。 この発明の実施の形態１に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態２に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態３に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態４に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態５に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態６に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態７に係るリニアモータを示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態７に係るリニアモータの他の構成例を示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態８に係るリニアモータの第１構成例を示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態８に係るリニアモータの第２構成例を示すＸＹ方向側面図である。 この発明の実施の形態８に係るリニアモータの第３構成例を示すＸＹ方向側面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータ１を示す斜視図である。
図１において、リニアモータ１は、可動子２（図３とともに後述する）と、可動子２に対向配置されてＹ軸方向に延長された固定子３と、を備えている。
可動子２は、複数のコイル（図２とともに後述する）を有し、磁石で構成された固定子３に沿ってＹ軸方向（破線矢印方向）に動作可能に構成されている。

可動子２側において、可動子２の上面側には天板４が設けられ、天板４の下面側には、可動子２の両側に位置するように１対のリニアガイド５が設けられている。
一方、固定子３側においては、リニアガイド５に対向配置された１対のガイドレール６が設けられている。

図２はリニアモータ１の可動子２の内部構造を示すＸＹ方向断面図であり、図２（ａ）はＸ方向から見たＹ−Ｚ断面図、図２（ｂ）はＹ方向から見たＸ−Ｚ断面図である。
図２において、可動子２は、Ｙ軸方向に沿って並列配置された複数のコイル９と、Ｙ軸方向に延長して上面から突出された１対の締結棒１１と、複数のコイル９を封止するモールド樹脂１３と、により構成されている。コイル９は、鉄心８の周囲に絶縁材１０を介して巻回された巻線７を有する。また、モールド樹脂１３の上部には、円弧状モールド面２５が形成されている。

図３はこの発明の実施の形態１に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、可動子２と固定子３と天板４との関係を示している。
図３（ａ）はＸ軸方向から見た場合のＹ−Ｚ側面図であり、図３（ｂ）はＹ軸方向から見た場合のＸ−Ｚ側面図である。なお、以下の説明においては、リニアガイド５およびガイドレール６の図示は省略する。

図３において、可動子２は、締結棒１１の上面と天板４の下面との間に接合された断熱材１２を備えている。
これにより、図３（ｂ）に示すように、可動子２と天板４との間に通風路１５が形成され、図３（ａ）に示すように、可動子２および天板４が破線矢印方向（−Ｙ方向）に移動したときに、冷却風１４が通風路１５を通過するようになっている。

可動子２において、複数個配置されたコイル９は、締結棒１１を介して連結され、複数個のコイル９の周囲は、モールド樹脂１３によりモールド成形されている。鉄心８と巻線７との間は絶縁材１０によって絶縁されている。

締結棒１１は、可動子２の上面から突出しており、締結棒１１と天板４との間には断熱材１２が配置され、可動子２と締結棒１１の上部に取り付けられる天板４との間に通風路１５（隙間）が形成される。

モールド樹脂１３において、可動子２の運動方向（Ｙ軸方向）に垂直な平面（Ｘ−Ｚ平面）からなるモールドＡ面１６と、運動方向に平行かつ天板４と対向する平面（Ｘ−Ｙ平面）からなるモールドＢ面１７との交線部（可動子２の前後面の上側の角部）は、円弧状モールド面２５となっている。なお、交線部における遷移面を円弧状モールド面２５としているが、円弧状モールド面２５は弧状モールド面であってもよい。

次に、図１〜図３に示したこの発明の実施の形態１による動作について説明する。
図１、図３に示すように、可動子２は、固定子３の上部にわずかな隙間を介して配置され、可動子２の内部のコイル９に通電することにより、天板４に設けたれたリニアガイド５により、ガイドレール６に沿ってＹ方向に往復運動する。

このとき、巻線７には、通電によるジュール熱が発生し、鉄心８にも、誘導加熱によって熱が発生し、コイル９の全体で熱が発生する。コイル９で発生した熱は、鉄心８またはコイル９を覆っているモールド樹脂１３に熱伝導して、可動子２のモールド表面から周囲へと放熱する。また、コイル９で発生した熱の一部は、締結棒１１から天板４へと伝わり、天板４からも放熱されるうえ、可動子２の底面から固定子３へと伝わり、固定子３からも放熱される。

この発明の実施の形態１に係るリニアモータ１においては、締結棒１１が可動子２の上面から突出しており、また、締結棒１１の上部に断熱材１２を介して天板４が配置されているので、可動子２と天板４との間には通風路１５が形成され、リニアモータ１のＹ軸方向の往復運動により、通風路１５に冷却風１４が流れる。
この結果、冷却風１４により、コイル９で発生した熱を可動子２の上面で冷却されるので、リニアモータ１の冷却効率を向上させることができる。

なお、天板４は、温度が上昇すると熱膨張して搭載物の位置決め精度が低下するので、精度低下を回避するために、可能な限り温度を下げることが好ましい。
よって、締結棒１１から天板４に流入する熱を低減するために、天板４は、断熱材１２を介して締結棒１１に接続されている。

これにより、天板４の温度上昇を抑制することが可能となる。
また、可動子２の動作にともない、天板４と可動子２との間の通風路１５に冷却風１４が流れるので、天板４の下面も効果的に冷却することができ、天板４の温度を低減することが可能となる。

さらに、可動子２の前後面のモールドＡ面１６の上側の角部は、円弧状モールド面２５となっているので、通風路１５に流入する冷却風１４の入口および出口での圧力損失が低下し、冷却風１４が通風路１５へ流入しやすくなる。
これにより、冷却風１４の風量が増大するので、放熱特性が向上して、リニアモータ１の冷却効率をさらに向上させることが可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図３）に係るリニアモータ１は、固定子３と、固定子３に沿って往復運動する可動子２と、を備えており、可動子２は、固定子３に対向配置された複数のコイル９を有する。

また、リニアモータ１は、複数のコイル９を封止するモールド樹脂１３と、複数のコイル９を連結する締結棒１１と、可動子２の上面側に位置する締結棒１１の端面に設けられた断熱材１２と、締結棒１１および断熱材１２を介して可動子２の上部に固定された天板４と、可動子２の上部と天板４の下部との間に形成された通風路１５と、を備えている。

モールド樹脂１３は、可動子２の運動方向（Ｙ軸方向）に対向する垂直な平面（Ｘ−Ｚ平面）と、可動子２の運動方向に平行で天板４と対向する平面（Ｘ−Ｙ平面）との交線部に、遷移面として、円弧状モールド面２５を有する。
また、この場合、締結棒１１の上端面は、可動子２の上面から突出している。

これにより、可動子２の上面と天板４の下面との間の通風路１５（締結棒１１の突出量と断熱材１２の高さとの和による隙間）において、可動子２の往復運動にともない冷却風１４が流れるので、リニアモータ１の温度を低減することができる。
また、可動子２の上部の角部（通風路１５の出入口）に円弧状モールド面２５を形成することにより、冷却風１４の流入圧力損失が低下して、さらに温度を低減することができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図２、図３）では、可動子２の角部の遷移面を円弧状モールド面２５としたが、図４のように、面取りモールド面２６としてもよい。
図４はこの発明の実施の形態２に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態２に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図４において、モールド樹脂１３は、可動子２の前後面の上側角部において、遷移面として面取りモールド面２６を有している。
図４のように、遷移面を面取り形状とすることにより、前述と同様に、冷却風１４の圧力損失が低減するので、冷却風１４の風量を増大させてリニアモータ１の温度を低減することができる。また、面取りモールド面２６の場合、円弧状モールド面２５に比べて加工も容易となる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態２（図４）では、面取りモールド面２６のみを形成したが、図５のように、面取りモールド面２６に傾斜板１８を設けてもよい。
図５はこの発明の実施の形態３に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図４参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態３に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図５において、可動子２の前後面の上側角部に形成された面取りモールド面２６の上には、傾斜板１８が設けられており、傾斜板１８の先端部は、面取りモールド面２６の端部から延長されている。

図５のように、面取りモールド面２６の端部から延長された傾斜板１８を設けることにより、リニアモータ１の可動子２が往復運動したときに、傾斜板１８を通して可動子２と天板４との間の通風路１５に送入される冷却風１４の風量は増加する。
したがって、可動子２の上面および天板４の下面の冷却効率が向上し、リニアモータ１の温度をさらに低減することが可能となる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態３（図５）では、面取りモールド面２６に傾斜板１８のみを設けたが、図６のように、傾斜板１８に放熱フィン１９を設けてもよい。
図６はこの発明の実施の形態４に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図５参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態４に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図６において、可動子２の前後面の上側角部には面取りモールド面２６が形成され、面取りモールド面２６の上には傾斜板１８が設けられ、さらに、傾斜板１８の表面上には、放熱フィン１９が設けられている。

図６のように、傾斜板１８に放熱フィン１９を設けることにより、傾斜板１８の放熱面積が増大し、リニアモータ１の可動子２が往復運動したときに、傾斜板１８の表面上を通過する冷却風１４が放熱フィン１９を効果的に冷却するので、傾斜板１８のみを設けた場合よりも、さらに冷却効率を向上させることが可能となる。
なお、傾斜板１８および放熱フィン１９を、銅またはアルミニウムなどの熱伝導率の大きい金属で構成することにより、冷却性能をさらに向上させることができる。

実施の形態５．
なお、上記実施の形態４（図６）では、面取りモールド面２６に傾斜板１８および放熱フィン１９のみを設けたが、図７のように、さらに締結棒１１の上に熱伝導板２０を設けてもよい。
図７はこの発明の実施の形態５に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図６参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態５に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図７において、締結棒１１と断熱材１２との間には、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の大きな材料で作られた熱伝導板２０が挟み込まれている。なお、熱伝導板２０は、組立時の作業を容易にするために、図示したように、中央部で分割されていてもよい。

熱伝導板２０の端部は、面取りモールド面２６の位置まで伸びており、放熱フィン１９が取り付けられた傾斜板１８と一体に接続されている。
また、リニアモータ１の可動子２において、締結棒１１の上面は、可動子２の上面と同じ高さに設定されている。

以上のように、この発明の実施の形態５（図７）に係るリニアモータ１は、締結棒１１の端面と断熱材１２との間に介在された熱伝導板２０を備えており、締結棒１１の端面の高さは、可動子２の上面の高さと同一に設定されている。
また、熱伝導板２０は、可動子２の前後面位置まで延長されており、傾斜板１８の一端は、熱伝導板２０の先端部に設けられている。

上記構成において、コイル９から発生した熱は、上面の熱伝導板２０を伝わって面取りモールド面２６の位置に達し、放熱フィン１９および傾斜板１８を介して放熱される。
すなわち、コイル９から放熱フィン１９および傾斜板１８までの放熱経路において、熱伝導率の小さいモールド樹脂１３を通過せずに、熱伝導率の大きい熱伝導板２０を通過する。

これにより、コイル９からの熱は、内部熱抵抗が小さい経路を介して傾斜板１８から空気中に放熱することが可能となり、放熱特性が向上し、リニアモータ１の温度を高効率に低減することができる。

実施の形態６．
なお、上記実施の形態５（図７）では、締結棒１１上の熱伝導板２０の端部と面取りモールド面２６上の傾斜板１８とを接続したが、図８のように、傾斜板１８に代えて、可動子２の前後端面を覆う放熱板２１を設け、熱伝導板２０の端部と放熱板２１とを接続してもよい。

図８はこの発明の実施の形態６に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図３、図７参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態６に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図８において、締結棒１１の上面は、前述と同様に、可動子２の上面と同じ高さに設定され、締結棒１１と断熱材１２との間には、銅やアルミニウムなどの熱伝導板２０が挟み込まれている。

この場合、モールドＡ面１６（可動子２の前後端面）には、モールドＡ面１６と平行な放熱板２１が配置されており、熱伝導板２０の先端部は、放熱板２１の一端と一体的に成形されている。
なお、図８においては、モールド樹脂１３の上面角部を円弧状モールド面２５としているが、面取りモールド面２６であってもよい。

以上のように、この発明の実施の形態６（図８）に係るリニアモータ１は、締結棒１１の端面と断熱材１２との間に介在された熱伝導板２０と、可動子２の前後面に平行に配置された放熱板２１と、を備えており、締結棒１１の端面の高さは、可動子２の上面の高さと同一に設定されている。
また、熱伝導板２０は、可動子２の前後面位置まで延長されており、放熱板２１の上端は、熱伝導板２０の先端部と一体に構成されている。

上記構成において、コイル９で発生した熱は、熱伝導板２０から放熱板２１へと高効率に伝わるとともに、可動子２の往復運動にともない、可動子２の前後面に配置された放熱板２１に冷却風が衝突して放熱板２１が冷却されるので、リニアモータ１の温度をさらに高効率に低減することが可能となる。

実施の形態７．
なお、上記実施の形態６（図８）では、モールドＡ面１６に放熱板２１のみを設けたが、図９または図１０のように、放熱板２１に放熱フィン２２、２３を設けてもよい。
図９、図１０はこの発明の実施の形態７に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図８参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態７に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図９において、熱伝導板２０の先端に取り付けられた放熱板２１には、縦方向（Ｚ軸方向）に放熱フィン２２が設けられている。
一方、図１０において、熱伝導板２０の先端に取り付けられた放熱板２１には、横方向（Ｘ軸方向）に放熱フィン２２が設けられている。

このように、放熱板２１に放熱フィン２２、２３を設けることにより、放熱板２１の実質的な放熱面積が拡大して冷却性能が向上するので、リニアモータ１の温度を高効率に低減することが可能となる。

実施の形態８．
なお、上記実施の形態６、７（図８〜図１０）では、熱伝導板２０および放熱板２１を一体成形したが、図１１〜図１３のように、ねじ２４を用いて熱伝導板２０と放熱板２１とを一体的に接続してもよい。

図１１〜図１３はこの発明の実施の形態８に係るリニアモータ１を示すＸＹ方向側面図であり、前述（図８〜図１１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、この発明の実施の形態８に係るリニアモータ１の全体構成は、図１に示した通りである。

図１１〜図１３において、熱伝導板２０の先端面には、ねじ穴が設けられており、放熱板２１は、ねじ２４により、熱伝導板２０の先端面に固定されている。
このように、熱伝導板２０の先端部と放熱板２１とを固定するためのねじ２４を設け、放熱板２１を、ねじ２４を介して熱伝導板２０に固定することにより、放熱板２１の取り外しが可能となる。

すなわち、コイル９の発熱量に応じて、放熱板２１の取り付け要否を選択することが可能となる。
これにより、コイル９の発熱量が少ない場合には、熱伝導板２０から放熱板２１を取り外し、コイル９の発熱量が多い場合のみに、放熱板２１を熱伝導板２０にねじ止めすることができる。

一般に、コイル９の発熱量は、リニアモータ１の動作（速度、移動距離、停止時間）によって変化するので、使用中に動作仕様が変更されて発熱量が増えた場合でも、図１１〜図１３の構成により、後から放熱板２１を追加することが可能となる。
また、図１２、図１３のように、コイル９の発熱量に応じて、放熱フィン２２、２３を設けた放熱板２１をねじ２４で固定してもよい。

１ リニアモータ、２ 可動子、３ 固定子、４ 天板、５ リニアガイド、６ ガイドレール、７ 巻線、８ 鉄心、９ コイル、１０ 絶縁材、１１ 締結棒、１２ 断熱材、１３ モールド樹脂、１４ 冷却風、１５ 通風路、１６ モールドＡ面、１７ モールドＢ面、１８ 傾斜板、１９、２２、２３ 放熱フィン、２０ 熱伝導板、２１ 放熱板、２４ ねじ、２５ 円弧状モールド面、２６ 面取りモールド面。

Claims (9)

1. 固定子と、前記固定子に沿って往復運動する可動子と、を備え、
   前記可動子は、前記固定子に対向配置された複数のコイルを有するリニアモータであって、
   前記複数のコイルを封止するモールド樹脂と、
   前記複数のコイルを連結する締結棒と、
   前記可動子の上面側に位置する前記締結棒の端面に設けられた断熱材と、
   前記締結棒および前記断熱材を介して前記可動子の上部に固定された天板と、
   前記可動子の上部と前記天板の下部との間に形成された通風路と、を備え、
   前記モールド樹脂は、前記可動子の運動方向に対向する垂直な平面と、前記可動子の運動方向に平行で前記天板と対向する平面との交線部に、遷移面を有することを特徴とするリニアモータ。
2. 前記遷移面は、円弧状モールド面からなることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記遷移面は、面取りモールド面からなることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
4. 前記面取りモールド面に設けられた傾斜板を備え、
   前記傾斜板の先端部は、前記面取りモールド面の端部から延長されたことを特徴とする請求項３に記載のリニアモータ。
5. 前記傾斜板は、放熱フィンを有することを特徴とする請求項４に記載のリニアモータ。
6. 前記締結棒の端面と前記断熱材との間に介在された熱伝導板を備え、
   前記締結棒の端面の高さは、前記可動子の上面の高さと同一に設定され、
   前記熱伝導板は、前記可動子の前後面位置まで延長されており、
   前記傾斜板の一端は、前記熱伝導板の先端部に設けられたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のリニアモータ。
7. 前記締結棒の端面と前記断熱材との間に介在された熱伝導板と、
   前記可動子の前後面に平行に配置された放熱板と、を備え、
   前記締結棒の端面の高さは、前記可動子の上面の高さと同一に設定され、
   前記熱伝導板は、前記可動子の前後面位置まで延長されており、
   前記放熱板の上端は、前記熱伝導板の先端部と一体に構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記放熱板は、放熱フィンを有することを特徴とする請求項７に記載のリニアモータ。
9. 前記熱伝導板の先端部と前記放熱板とを固定するためのねじを備えたことを特徴とする請求項７または請求項８に記載のリニアモータ。

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