JP2014042423A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の圧力損失を低減し、温度分布を均一にして効率よく冷却することができるリニアモータを実現する。
【解決手段】リニアモータ１００の電機子２は、コア３０の長手方向に沿って複数形成された冷却パイプ収容穴６０、および冷却パイプ収容穴６０の内部に上下方向に複数収容され、つづら折れ形状を有する冷却パイプ６１、６２を有する。上下に隣り合う冷却パイプ６１、６２同士は、冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、各冷却パイプ６１、６２の入口部６１ｃ、６２ｃと出口部６１ｄ、６２ｄが冷媒入口７３ａと冷媒出口７３ｂに互い違いに並列接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁力により駆動対象物に対して直線運動を与えるリニアモータに係り、詳しくは、冷却構造を備えたリニアモータに関する。

一般にリニアモータは、複数の永久磁石を隣り合う極性が異なるように配置してなる界磁部と、永久磁石と対峙させてコイルを配し、界磁部の長手方向にスライド移動可能な電機子と、を備えている。

リニアモータは、界磁部の永久磁石が発生する磁束と交叉するように電機子のコイルに電流を流し、電磁誘導作用によりコイルに長手方向の駆動力を発生させて、電機子を移動させている。

リニアモータは、稼働に伴いコイルが発熱するため、可動ステージに配設する加工装置等の駆動対象物にコイルの熱が伝わらないようにする必要がある。そこで、リニアモータの電機子を冷却するための冷却構造が種々開発されている。

リニアモータの電機子の冷却に関連する技術として、電機子取付板とテーブルの間の中間プレートの内部および電機子取付板の内部に、電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路を設けたリニアモータが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。冷却通路に流す冷媒は、中間プレートから流入し、電機子取付板から吐出する構造である。

また本出願人は、コアの複数のスロット内部に、コイルを間に挟むようにして冷却用配管が敷設されたリニアモータ用電機子を提案している（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００４−３０４９３２号公報 特開２００８−３５６９８号公報

ところで、特許文献１のリニアモータは、中間プレートの内部および電機子取付板の内部に配設された冷却通路でスロット内を冷却するため、冷却効率は高い。

しかし、特許文献１のリニアモータは、冷却構造を構成する部品点数が多いため、製造コストが増大し、組立精度が出しにくい。

特許文献２のリニアモータ用電機子は、コイルを挟むようにスロット内に二重の冷却パイプを配置するため、冷却効率は非常に高い。

しかし、特許文献２のリニアモータ用電機子は、冷却パイプが長く、冷媒の圧力損失が大きい。また、磁石対向面に冷却パイプが存在するため、コイルの磁界が永久磁石に届きにくく、最大推力が低下する。さらに、スロット内の冷却パイプを絶縁しなければならず、製造コストが増大する。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、冷媒の圧力損失を低減し、温度分布を均一にして効率よく冷却することができ、磁気抵抗を小さくして最大推力を大きくすることができるリニアモータの提供を目的とする。

また本発明は、冷却構造の組み立て精度が出しやすく、製造コストを低減することができるリニアモータの提供を目的とする。

上記目的を達成するためのリニアモータは、永久磁石を有する界磁部と、上記永久磁石に対峙して設けられ、コイルを有する電機子と、を備える。

上記電機子は、ティース、コアおよび冷却パイプを有する。

ティースは、上記コイルを収容するためのスロットを区画形成する。上記コアは、上記ティースを連結するとともに、上記スロットの上端を閉塞する。上記冷却パイプは、上記コアの内部にその長手方向に沿って上下に複数配置され、つづら折れ形状を有する。

上下に隣り合う冷却パイプ同士は、冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、前記各冷却パイプの入口部と出口部が冷媒入口と冷媒出口に互い違いに並列接続されている。

本発明に係るリニアモータは、コアの内部にその長手方向に沿って、つづら折れ形状を有する冷却パイプが上下に複数配置され、それらが並列接続されるので、各冷却パイプの全長の増大を防止することができる。かつ、冷媒流路断面積を２倍にすることができるので、冷媒の圧力損失を低減することができる。

また本発明に係るリニアモータは、上下に隣り合う冷却パイプ同士は、冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、前記各冷却パイプの入口部と出口部が冷媒入口と冷媒出口に互い違いに並列接続されているので、コアの温度分布を均一にして効率よく冷却することができる。

さらに本発明に係るリニアモータは、冷却パイプはコアに配置しているので、スロット内に冷却パイプを配置する場合に比して、磁気抵抗を小さくでき、最大推力を大きくすることができる。

実施形態１のリニアモータの長手方向に沿った断面図である。 実施形態１のリニアモータの右側面図である。 上段側の冷却パイプの平面図および右側面図である。 下段側の冷却パイプの平面図および右側面図である。 マニフォールドの左側面図、正面図および右側面図である。 冷却パイプとマニフォールドの接続構造の断面図である。 実施形態１における冷却パイプの配置例の概略断面図である。 実施形態２における冷却パイプの配置例の概略断面図である。 実施形態３における冷却パイプの配置例の概略断面図である。 実施形態４における冷却パイプの配置例の概略断面図である。 実施形態５における冷却パイプの配置例の概略断面図である。 実施形態６における電機子の概略断面図である。 実施形態６における冷却パイプの配置例の組み付け順序の説明図である。 実施形態７のリニアモータの長手方向に沿った断面図である。 実施形態７のリニアモータの右側面図である。

以下、図面を参照して、実施形態１から実施形態７に係るリニアモータを説明する。

実施形態１から実施形態７のリニアモータによれば、上下に隣り合う冷却パイプ同士は、冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、前記各冷却パイプの入口部と出口部が冷媒入口と冷媒出口に互い違いに並列接続されている。したがって、実施形態１から実施形態７は、冷媒の圧力損失を低減することができ、コアの温度分布を均一にして効率よく冷却することができるリニアモータを提供できるようになる。

〔実施形態１〕
［リニアモータの構成］
まず図１および図２を参照して、実施形態１のリニアモータの構成について説明する。図１は実施形態１のリニアモータの長手方向に沿った断面図である。図２は実施形態１のリニアモータの右側面図である。

図１および図２に示すように、実施形態１のリニアモータ１００は、界磁部１と電機子２とからなる。

界磁部１は、ヨーク１０および永久磁石２０を有する。

ヨーク１０は、板状の磁性金属部材である。ヨーク１０は、断面が凹状の組み付けベース１１の底部１１ａ上に固定されている。界磁部１は固定子として機能する。

ヨーク１０は、界磁部１から組み付けベース１１側へ向かう磁力線を閉じて、永久磁石２０の電磁誘導効果を最大にする機能を有する。ヨーク１０の構成材料としては、たとえば、ＳＣ材などの鉄系の磁性体が用いられるが、例示した材料に限定されない。

永久磁石２０は、ヨーク１０上に当該ヨーク１０の長手方向（リニアモータ１００の可動方向）に沿って複数配設されている。複数の永久磁石２０は、所定の空間を隔てて隣り合う表面の極性が異なるように配置（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，・・・）されている。

電機子２は、コア３０、ティース３１およびコイル４０を有する。電機子２は可動子として機能する。

コア３０は、電機子２の本体を成す部材である。コア３０の下部には、永久磁石２０に向けて複数のティース３１が突設されている。すなわち、ティース３１の基端側は、コア３０によって連結されている。

ティース３１は、コイル４０を収容する空間としてのスロット３２を区画形成する部材である。すなわち、電機子２は、ティース３１を隔てて、長手方向に並列配置された複数の凹状のスロット３２を有している。

各スロット３２の上部は、コア３０で閉塞され、下部は開口されている。スロット３２の数は、コイル４０の数に対応している。

コア３０およびティース３１は、たとえば、電磁鋼板で構成されている。ティース３１は磁性体であるので、当該ティース面と界磁部１の磁石面との隙間が磁気ギャップＸｇとなる。

長手方向両端のティース３１には、直線運動時にコギング（界磁部１とティース３１との磁束変化による振動）を小さくするためのテーパ部３３が形成されている。

コイル４０は、一つ置きのティース３１の周囲を覆うように、長円状に巻回されている。コイル４０は、機械ギャップＸｍを隔てて、界磁部１の永久磁石２０と対峙している。

コア３０上には、たとえば、加工装置等の駆動対象物を配設するための可動ステージ５０が固定されている。可動ステージ５０は、コア３０の上面に埋設したＴ溝ナット５１に、金属または樹脂製のスペーサ５２を介して、ボルト５３を螺合することにより固定される。なお、スペーサ５２，５２間には、金属または樹脂製の板状カバー部材５４が装着されている。

可動ステージ５０の幅方向（リニアモータ１００の可動方向と直交する方向）の両端下部には、チャンネル状のリニアガイド５５がボルト固定されている。リニアガイド５５は、下方へ向けて凹状となっており、組み付けベース１１の起立壁１１ｂ，１１ｃ上にボルト固定された凸状の軌道５６と係合している。軌道５６は、起立壁１１ｂ，１１ｃの長手方向に沿って延出される。

コア３０には、複数の冷却パイプ収容穴６０が形成されている。冷却パイプ収容穴６０は、コア３０の幅方向に貫通している。冷却パイプ収容穴６０は、コア３０の長手方向に並列に複数配置される。

冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、ほぼ矩形状を呈している。具体的には、冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、長方形の四隅が円弧を有するように形成されている。冷却パイプ収容穴６０内には、上下方向に複数の冷却パイプが並列配置される。なお、実施形態１から実施形態７では、冷却パイプ収容穴６０内に上下２段の冷却パイプ６１，６２を並列配置する構造を例示しているが、冷却パイプは上下２段に限定されない。

次に図３および図４を参照して、実施形態１における冷却パイプの構造について説明する。図３は上段側の冷却パイプの平面図および右側面図である。図４は下段側の冷却パイプの平面図および右側面図である。

図３および図４に示すように、上下段の冷却パイプ６１，６２は、概ねつづら折れ形状もしくは蛇行形状を呈している。冷却パイプ６１，６２は、たとえば、銅管、アルミニウム管またはステンレス鋼管等の熱伝導性の良い金属管で形成される。

図３（ａ）に示すように、上段側の冷却パイプ６１の平面視形状は、冷媒の往管部分６１ａがつづら折れ形状に形成され、復管部分６１ｂがＬ字形状に形成されている。一方、図４（ａ）に示すように、下段側の冷却パイプ６２は、冷媒の往管部分６２ａがＬ字形状に形成され、復管部分６２ｂがつづら折れ形状に形成されている。

図３（ｂ）に示すように、上段側の冷却パイプ６１の入口部６１ｃはＬ字状に水平に屈曲しており、出口部６１ｄは下方および水平に順次屈曲している。一方、図４（ａ）に示すように、下段側の冷却パイプ６２の入口部６２ｃは直状であり、出口部６２ｄは下方および水平に順次屈曲している。冷却パイプ６１，６２の入口部６１ｃ，６２ｃおよび出口部６１ｄ，６２ｄは、マニフォールド７０に接続される（図１および図２参照）。

次に図５および図６を参照して、実施形態１におけるマニフォールドの構造について説明する。図５はマニフォールドの左側面図、正面図および右側面図である。図６は冷却パイプとマニフォールドの接続構造の断面図である。

図５（ａ）に示すように、マニフォールド７０の内面側には、冷却パイプ６１、６２の入口用接続穴７１ａ，７１ｂおよび出口用接続穴７１ｃ，７１ｄが開口されている。入口用接続穴７１ａ，７１ｂおよび出口用接続穴７１ｃ，７１ｄの開口側には、拡径部７２が形成されている。

図５（ｃ）に示すように、マニフォールド７０の外面側には、冷媒入口７３ａおよび冷媒出口７３ｂが開口されている。冷媒入口７３ａおよび冷媒出口７３ｂの内径部には、それぞれ不図示の冷媒供給管および冷媒排出管を接続するためのテーパねじ、もしくはストレートねじ等の雌ねじ７４が形成されている。なお、冷媒入口７３ａは、不図示の冷媒供給系と接続される。冷媒出口７３ｂは、不図示の冷媒排出系と接続される。

図５（ｂ）に示すように、マニフォールド７０の内部において、冷媒入口７３ａは入口用接続穴７１ａ，７１ｂと連通し、冷媒出口７３ｂは出口用接続穴７１ｃ，７１ｄと連通している。

図１に示すように、コア３０の両側面には、板状の支持部材７５，７６が取り付けられる。一方の支持部材７５には貫通穴７５ａが形成され、冷却パイプ６１，６２の入口部６１ｃ，６２ｃおよび出口部６１ｄ，６２ｄの近傍部分は当該支持部材７５の貫通穴７５ａに支持されている。支持部材７５の外面は、マニフォールド７０の内面に当接させて組み付けられる。

支持部材７５の貫通穴７５ａの外面側において、冷却パイプ６１，６２の周囲には位置決めリング７７が装着される。図６に示すように、冷却パイプ６１の入口部６１ｃをマニフォールド７０の入口用接続穴７１ａに接続する際、リング状の拡径部７２内には、Ｏリング７８を介して位置決めリング７７が装着される。図示を省略するが、マニフォールド７０の入口用接続穴７１ｂおよび出口用接続穴７１ｃ，７１ｄについても、同様の構造で冷却パイプ６１，６２が接続される。

再び図１および図２を参照して、冷却パイプ収容穴６０内には、上段側の冷却パイプ６１のつづら折れ形状の往管部分６１ａおよび下段側の冷却パイプ６２のつづら折れ形状の復管部分６１ａが収容される。

次に図７を参照して、冷却パイプ収容穴内における冷却パイプの配置について説明する。図７は実施形態１における冷却パイプの配置例の概略断面図である。

図７に示すように、実施形態１では、冷却パイプ収容穴６０内において、上段の冷却パイプ６１と下段の冷却パイプ６２とが接触している。

図７（ａ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅に円弧を有するほぼ長方形により形成される。当該ほぼ長方形の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が接触するように配置される。

図７（ｂ）中の矢印ｈは、上下段の冷却パイプ６１，６２を接触させた場合の熱伝達のイメージを表わしている。銅製の冷却パイプ６１，６２は冷媒に熱を伝えやすく、効果的な冷却ができるが、その反面、可動ステージ側５０にも熱が伝わりやすい。

図７（ｃ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、横向きの長円穴を上下に連通させたような形状を有する。当該連通長円穴の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が接触するように配置される。図７（ｃ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の両側面の二段円弧部において、冷却パイプ６１，６２とコア３０の電磁鋼板との接触面積が大きくなっている。

図７（ｄ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が接触するように配置される。

図７（ｄ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側の熱を吸収しやすい。図７（ｄ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の中央部の間隔Ｄが２段の冷却パイプ６１，６２の外径合計よりも小さく設定されているので、下段側の冷却パイプ６２を上段側の冷却パイプ６１よりも先に組み付けることで、冷却パイプ６１，６２の組み付けを容易に行うことができる。

［リニアモータの動作］
次に、図１から図７を参照して、実施形態１のリニアモータ１００の動作について説明する。

図１に示したように、実施形態１のリニアモータ１００の界磁部１は、複数の永久磁石２０を長手方向に隣り合う極性が異なる配置（Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，・・・）となるように設けている。電機子２は、界磁部１の永久磁石２０に対峙するように、長手方向に並んだ複数のコイル４０を有する。

界磁部１は固定子、電機子２は可動子として機能する。すなわち、本実施形態のリニアモータ１００は、界磁部１の永久磁石２０が発生する磁束と交叉するように電機子２のコイル４０に電流が流れる。永久磁石２０の磁束と電機子２のコイル４０に流れる電流が交叉すると、本実施形態のリニアモータ１００は、電磁誘導作用により、コイル４０に長手方向の駆動力を発生させて、電機子２を長手方向に沿って移動させる。

可動ステージ５０の幅方向の両端下部には凹状のリニアガイド５５が固定され、当該リニアガイド５５は組み付けベース１１の起立壁１１ｂ，１１ｃ上に固定された凸状の軌道５６と係合している。可動ステージ５０は、リニアガイド５５により、軌道５６に沿って案内される。

したがって、電機子２の可動ステージ５０に配設される、たとえば、加工装置等の駆動対象物（アプリケーション）は、当該可動ステージ５０とともに長手方向に沿って円滑に移動することになる。

リニアモータ１００は、稼働に伴いコイル４０が発熱するため、可動ステージ５０に配設する装置にコイルの熱が伝わらないようにする必要がある。そこで、本実施形態のリニアモータ１００には、電機子２を冷却するための冷却構造が備えられている。

本実施形態のリニアモータ１００は、コア３０内に長手方向に沿って、複数の冷却パイプ収容穴６０を備えている。冷却パイプ収容穴６０内に、２本の概ねつづら折れ状の冷却パイプ６１，６２を上下２段に配置する。

上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２は、マニフォールド７０により冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、各冷却パイプ６１，６２の入口部６１ｃ，６２ｃと出口部６１ｄ，６２ｄが冷媒入口７３ａと冷媒出口７３ｂに互い違いに並列接続され、別個に冷媒が流れる。上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２を並列接続することで、冷却パイプの全長を半減することができるので、圧力損失は、直列接続する場合の１／４以下となる。

また、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２には、マニフォールド７０を介して、それぞれ逆方向から冷媒が流れる。上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２に逆方向から冷媒を流すことにより、コア３０全体に均一な温度分布が得られ、コイル４０の熱を効率良く冷却できる。

本実施形態のリニアモータ１００は、冷媒の圧力損失を低減し、コア３０の温度分布を均一にして、コイル４０の熱を効率よく冷却することができる。

また、図３（ａ）の平面視形状のように、上段側の冷却パイプ６１は、冷媒の往管部分６１ａがつづら折れ形状を呈し、復管部分６１ｂがＬ字形状を呈している。一方、図４（ａ）の平面視形状のように、下段側の冷却パイプ６２は、冷媒の往管部分６２ａがＬ字形状を呈し、復管部分６２ｂがつづら折れ形状を呈している。

したがって、冷媒を逆方向に流しても、冷却パイプ６１，６２の構造がほぼ統一されるので、同一の冷却パイプ収容穴６０内に、上下２段に冷却パイプ６１，６２を収容することができる。上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２に冷媒を逆方向に流す構造は、マニフォールド７０の作用により、簡単に行うことができる。

本実施形態のリニアモータ１００は、冷却構造の組み立て精度が出しやすく、製造コストを低減することができる。

実施形態１では、図１および図７に示すように、冷却パイプ収容穴６０内において、上段の冷却パイプ６１と下段の冷却パイプ６２とが接触している。実施形態１における冷却パイプ６１，６２の配置例は、特にコイル４０の熱が伝達されやすい下側の冷却パイプ６２の接触面積を上げて、冷却効率を高めることができる。

特に図７（ｄ）の配置例のように、冷却パイプ収容穴６０の下部両端に円弧状凹部を有するように形成し、当該円弧状凹部に下側の冷却パイプ６２を収容すれば、コイル４０側の熱を吸収しやすい。

さらに本実施形態のリニアモータ１００は、冷却パイプ６１，６２を収容する冷却パイプ収容穴６０がコア３０に形成されているので、スロット３２内に冷却パイプを配置する場合に比して、磁気抵抗を小さくでき、最大推力を大きくすることができる。

〔実施形態２〕
次に、図８を参照して、実施形態２について説明する。図８は実施形態１における冷却パイプの配置例の概略断面図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、実施形態２は、実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例が異なる。

実施形態２の配置例では、冷却パイプ収容穴６０内において、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２とが接触しており、冷却パイプ６１，６２同士の空間に熱伝導率の高い伝熱材８１が介設されている。伝熱材８１の構成材料としては、たとえば、銅、アルミニウムまたはグラファイト等の熱伝導率の高い材料が採用される。

図８の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、全て四隅に円弧を有するほぼ長方形に形成される。

図８（ａ）の配置例は、冷却パイプ６１，６２同士の空間に、断面コ字状の伝熱材８１を介設している。冷却パイプ６１，６２同士の空間に、断面コ字状の伝熱材８１を介設することにより、冷媒への伝熱効率を高めている。

図８（ｂ）の配置例は、冷却パイプ６１，６２同士の空間に、四角柱状の伝熱材８１を介設している。図８（ｂ）の四角柱状の伝熱材８１は、図８（ａ）の断面コ字状の伝熱材８１よりも冷媒へ熱が伝わりやすい。

図８（ｃ）の配置例は、下段側の冷却パイプ６２同士の空間に、断面臼状の伝熱材８１を介設している。図８（ｃ）の下段側の断面臼状の伝熱材８１は、下段側の冷却パイプ６２の冷媒への伝熱効率がよい。

図８（ｄ）の配置例は、冷却パイプ６１，６２同士の空間に、断面二段臼状の伝熱材８１を介設している。図８（ｄ）の断面二段臼状の伝熱材８１は、下段側の冷却パイプ６２のみならず、上段側の冷却パイプ６１の冷媒への伝熱効率がよい。

図８（ｅ）の配置例は、冷却パイプ６１，６２同士の空間に、断面二段臼状の伝熱材８１を介設している。さらに、伝熱材８１を含む冷却パイプ６１，６２の周囲を熱伝導性シート８２で覆い、当該熱伝導性シート８２が冷却パイプ収容穴６０の内面に接触している。図８（ｅ）の配置例は、伝熱材８１を含む冷却パイプ６１，６２の周囲を熱伝導性シート８２で覆っているので、冷媒への伝熱効率が極めてよい。

実施形態２は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態２は、冷却パイプ収容穴６０の内部に熱伝導率の高い伝熱材８１を組み込んでいるので、コイル４０からの発熱を冷媒へと効率よく吸収できるという特有の効果を奏する。

〔実施形態３〕
次に、図９を参照して、実施形態３について説明する。図９は実施形態３における冷却パイプの配置例の概略断面図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、実施形態３は、実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例が異なる。

図７（ｂ）で説明したように、上下段の冷却パイプ６１，６２を接触させた場合は、冷却パイプ６１，６２は冷媒に熱を伝えやすく、効果的な冷却ができるが、その反面、可動ステージ５０側にも熱が伝わりやすい。そこで、可動ステージ５０側への熱伝達を防止すべく、実施形態３の配置例は、冷却パイプ収容穴６０内において、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２とを離間させて配置する。

図９（ａ）の矢印Ｈは、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２を離間させる場合の熱伝達イメージを表わしている。上下段の冷却パイプ６１，６２を離した場合は、下段側の冷却パイプ６２から上段側の冷却パイプ６１へ熱が伝わりにくい。

図９（ｂ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅に円弧を有するほぼ長方形により形成される。当該ほぼ長方形の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２を離間させて配置する。

図９（ｃ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、横向きの長円穴を上下に連通させたような形状を有する。当該連通長円穴の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２を離間させて配置する。図９（ｃ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の両側面の二段円弧部において、冷却パイプ６１，６２とコア３０の電磁鋼板との接触面積が大きくなっている。

図９（ｄ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２を離間させて配置する。

図９（ｄ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側の熱を吸収しやすい。

図９（ｅ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２を離間させて配置する。

図９（ｅ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側および可動ステージ５０側の熱を吸収しやすい。図９（ｅ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の中央部の間隔Ｄが２段の冷却パイプ６１，６２の外径合計よりも小さく設定されているので、下段側の冷却パイプ６２を上段側の冷却パイプ６１よりも先に組み付けることで、冷却パイプ６１，６２の組み付けを容易に行うことができる。

図９（ｆ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２を離間させて配置する。

実施形態３は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態３は、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２とを離間させている。したがって実施形態３は、可動ステージ５０側へ熱伝達を抑制し、装置側の温度上昇をさらに低下させることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態４〕
次に、図１０を参照して、実施形態４について説明する。図１０は実施形態４における冷却パイプの配置例の概略断面図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、実施形態４は、実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例が異なる。具体的には、実施形態３の実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例にさらに断熱材８３を加えている。

実施形態４の配置例は、冷却パイプ収容穴６０内において、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２を離間させて配置し、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３を介設している。断熱材８３の構成材料としては、たとえば、発泡性ウレタン、合成樹脂またはグラスウール等の熱伝導率の低い材料が採用される。

図１０（ａ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅に円弧を有するほぼ長方形により形成される。当該ほぼ長方形の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。

図１０（ｂ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、横向きの長円穴を上下に連通させたような形状を有する。当該連通長円穴の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。図１０（ｂ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の両側面の二段円弧部において、冷却パイプ６１，６２とコア３０の電磁鋼板との接触面積が大きくなっている。

図１０（ｃ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。

図１０（ｃ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側の熱を吸収しやすい。

図１０（ｄ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。

図１０（ｄ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側および可動ステージ５０側の熱を吸収しやすい。図１０（ｄ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の中央部の間隔Ｄが２段の冷却パイプ６１，６２の外径合計よりも小さく設定されているので、下段側の冷却パイプ６２を上段側の冷却パイプ６１よりも先に組み付け、上段側の冷却パイプ６１の組み付け後に冷却パイプ６１，６２間に断熱材８３を配置することで、組み付けを容易に行うことができる。

図１０（ｅ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。

実施形態４は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態４は、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２とが離間させ、さらに冷却パイプ６１，６２間に断熱材８３を配置している。したがって実施形態４は、可動ステージ５０側へ熱伝達をさらに抑制し、装置側の温度上昇をより低下させることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態５〕
次に、図１１を参照して、実施形態５について説明する。図１１は実施形態５における冷却パイプの配置例の概略断面図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、実施形態５は、実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例が異なる。具体的には、実施形態４の実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例にさらに伝熱材８１を加えている。

実施形態５の配置例は、冷却パイプ収容穴６０内において、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２を離間させて配置し、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３を介設している。さらに実施形態５の配置例は、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に伝熱材８１を装着している。断熱材８３の構成材料としては、実施形態４で例示した熱伝導率の低い材料を採用する。伝熱材８１の構成材料としては、実施形態２で例示した熱伝導率の高い材料を採用する。

図１１（ａ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅に円弧を有するほぼ長方形により形成される。当該ほぼ長方形の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

図１１（ｂ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、横向きの長円穴を上下に連通させたような形状を有する。当該連通長円穴の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

図１１（ｂ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の両側面の二段円弧部において、冷却パイプ６１，６２とコア３０の電磁鋼板との接触面積が大きくなっている。

図１１（ｃ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

図１１（ｃ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側の熱を吸収しやすい。

図１１（ｄ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する。上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

図１１（ｄ）の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の上部両端および下部両端に円弧状凹部６０ａを有するので、コイル４０側および可動ステージ５０側の熱を吸収しやすい。図１１（ｄ）の配置例は、冷却パイプ収容穴６０の中央部の間隔Ｄが２段の冷却パイプ６１，６２の外径合計よりも小さく設定されている。したがって、下段側の冷却パイプ６２を上段側の冷却パイプ６１よりも先に組み付け、上段側の冷却パイプ６１の組み付け後に冷却パイプ６１，６２間に断熱材８３を配置することで、組み付けを容易に行うことができる。伝熱材８１は、前もって冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、装着しておくことが好ましい。

図１１（ｅ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅が円弧状のほぼ長方形が下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する。下部両端に円弧状凹部６０ａを有し、かつ両面側に張り出し凹部６０ｂを有する冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

図１１（ｆ）の冷却パイプ収容穴６０の断面形状は、四隅に円弧を有するほぼ長方形により形成される。当該ほぼ長方形の冷却パイプ収容穴６０内において、上下段の冷却パイプ６１，６２が離間され、冷却パイプ６１，６２の間に板状の断熱材８３が介設される。さらに、冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に、断面臼形状の伝熱材８１が装着される。

加えて、断熱材８３および伝熱材８１を含む冷却パイプ６１，６２の周囲を熱伝導性シート８２で覆い、当該熱伝導性シート８２が冷却パイプ収容穴６０の内面に接触している。図１１（ｆ）の配置例は、断熱材８３および伝熱材８１を含む冷却パイプ６１，６２の周囲を熱伝導性シート８２で覆っているので、冷媒への伝熱効率が極めてよい。

実施形態５は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態５は、上段側の冷却パイプ６１と下段側の冷却パイプ６２とが離間させ、冷却パイプ６１，６２間に断熱材８３を配置し、さらに冷却パイプ６１，６１同士の間および冷却パイプ６２，６２同士の間に伝熱材８１を装着している。したがって、実施形態５は、コイル４０の発熱をより効率よく冷媒に吸収することができ、可動ステージ５０側へ熱伝達をさらに抑制し、装置側の温度上昇をより低下させることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態６〕
次に、図１２および図１３を参照して、実施形態６について説明する。図１２は実施形態６における電機子の概略断面図である。図１３は実施形態６における冷却パイプの配置例の組み付け順序の説明図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１２に示すように、実施形態６は、実施形態１と冷却パイプ６１，６２の配置例が異なる。

実施形態６の配置例では、冷却パイプ収容穴６０の断面形状の概ねの輪郭が、平行四辺形の四隅に円弧を有するような形状を呈する。具体的には、冷却パイプ収容穴６０の上面の一方の端部に深い円弧状凹部６０ｂが形成され、他端部に浅い円弧状凹部６０ｃが形成されている。また、冷却パイプ収容穴６０の下面の一方の端部に深い円弧状凹部６０ｂが形成され、他端部に浅い円弧状凹部６０ｃが形成されている。深い円弧状凹部６０と浅い円弧状凹部６０ｃは、Ｓの深さ差を有する。上面と下面の深い円弧状凹部６０ｂ，６０ｂ同士、浅い円弧状凹部６０ｃ，６０ｃ同士は対角に位置している。

ほぼ平行四辺形状の冷却パイプ収容穴６０の内部に組み付けられる冷却パイプ６１，６２は、上下面の深い円弧状凹部６０ｂおよび浅い円弧状凹部６０ｃとの関係で、左右の一方に傾いた状態で収容される。

上下段の冷却パイプ６１，６２の間には、板状の断熱材８３が介設される。断熱材８３の構成材料としては、実施形態４で例示した熱伝導率の低い材料を採用する。

図１２に示すように、電機子２のコア３０に形成された冷却パイプ収容穴６０は、たとえば、図１２中の左側から右肩下がり、右肩上がりとなるように交互に傾斜方向を変えるように形成される。本実施形態における冷却パイプ収容穴６０内に冷却パイプ６１，６２を収容する場合は、冷却パイプ６１，６２を若干弾性変形させる。冷却パイプ６１，６２は銅管やアルミニウム管等により形成されているので、容易に弾性変形させることができる。

実施形態６における冷却パイプ６１，６２の配置例は、図１３に示すような順序で組み付けられる。すなわち、実施形態６における冷却パイプ６１，６２の配置例は、図１３（ａ）に示すように、まず下段側の冷却パイプ６２を上段側の冷却パイプ６１よりも先に組み付ける。

次に図１３（ｂ）に示すように、冷却パイプ収容穴６０に上段側の冷却パイプ６１を導入する。そして図１３（ｃ）に示すように、上段側の冷却パイプ６１の組み付け後に冷却パイプ６１，６２間に断熱材８３を組み付けることで、冷却パイプ６１，６２を弾性変形させて、冷却構造の組み付け作業を容易に行うことができる。

実施形態６は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態６は、ほぼ平行四辺形の冷却パイプ収容穴６０において、冷却パイプ６１，６２が右肩下がり、右肩上がりとなるように交互に傾斜方向を変えて組み付けられる。したがって、実施形態６は、Ｔ溝ナット５１と冷却パイプ収容穴６０との干渉を避けることができ、電機子２の高さが低く抑えられる。

また実施形態６は、図１２に示すように、冷却パイプ６１，６２を片傾斜させても、永久磁石の主要磁束が妨げられないので、磁気抵抗を小さくでき最大推力を大きくすることができるという特有の効果を奏する。

〔実施形態７〕
次に、図１４および図１５を参照して、実施形態７について説明する。図１４は実施形態７のリニアモータの長手方向に沿った断面図である。図１５は実施形態７のリニアモータの右側面図である。なお、実施形態１のリニアモータ１００と同一の構成部材については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１４および図１５に示すように、実施形態７は、下段側の冷却パイプ６２とコイル４０のエンド部との間に、板状の伝熱材８１を設けている。また、コイル４０のエンド部において、隣り合う巻コイル４０，４０同士の間に板状の伝熱材８１を設けてもよい。

実施形態７は、基本的に実施形態１と同様の作用効果を奏する。特に実施形態７は、下段側の冷却パイプ６２とコイル４０のエンド部との間に伝熱材８１を設けている。したがって実施形態７は、コイル４０の発熱を冷却パイプ６２により多く伝える効果があり、冷媒がより多くの熱を吸収する。その結果、実施形態７は、コイル４０の熱の冷却効率が高められ、低発熱、高効率および高推力のリニアモータ１００を実現することができるという特有の効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１ 界磁部、
２ 電機子、
２０ 永久磁石、
３０ コア、
３１ ティース、
３２ スロット、
４０ コイル、
６０ 冷却パイプ収容穴、
６１、６２ 冷却パイプ、
６１ｃ、６２ｃ 冷却パイプの入口部、
６１ｄ、６２ｄ 冷却パイプの出口部、
７３ａ 冷媒入口、
７３ｂ 冷媒出口、
８１ 伝熱材、
８２ 熱伝導性シート、
８３ 断熱材、
１００ リニアモータ。

Claims (10)

1. 永久磁石を有する界磁部と、前記永久磁石に対峙して設けられ、コイルを有する電機子と、を備え、
   前記電機子は、
   前記コイルを収容するためのスロットを区画形成するティースと、
   前記ティースを連結するとともに、前記スロットの上端を閉塞するコアと、
   前記コアの内部にその長手方向に沿って上下に複数配置され、つづら折れ形状を有する冷却パイプと、
   を有し、
   上下に隣り合う冷却パイプ同士は、冷媒の流れ方向が互いに逆方向となるように、前記各冷却パイプの入口部と出口部が冷媒入口と冷媒出口に互い違いに並列接続されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記コアには、前記コアの長手方向に沿って、前記冷却パイプを収容する冷却パイプ収容穴が複数形成され、
   前記冷却パイプ収容穴の断面形状は、矩形の四隅に円弧を有することを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記冷却パイプ収容穴は、上面または下面の少なくとも一方に、前記冷却パイプを収容する凹部を有することを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ。
4. 前記冷却パイプ収容穴内で上下に隣り合う冷却パイプ同士が接触していることを特徴とする請求項２または３に記載のリニアモータ。
5. 前記冷却パイプ収容穴内で上下に隣り合う冷却パイプ同士が離間していることを特徴とする請求項２または３に記載のリニアモータ。
6. 前記冷却パイプ収容穴内で上下に隣り合う冷却パイプ同士の間に断熱材が介設されることを特徴とする請求項５に記載のリニアモータ。
7. 前記冷却パイプ収容穴内で左右に隣り合う冷却パイプ同士の間に、伝熱材が装着されることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載のリニアモータ。
8. 前記冷却パイプの周囲が熱伝導性シートで覆われていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載のリニアモータ。
9. 前記冷却パイプ収容穴、および該冷却パイプ収容穴に収容された前記冷却パイプが長手方向に片傾斜していることを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に記載のリニアモータ。
10. 前記下段の冷却パイプと前記コイルのエンド部との間に、伝熱材が設けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のリニアモータ。