JP2015133867A - リニアモータの電機子、リニアモータ、およびリニアモータの電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率を向上させるともに、リニアモータの稼働時に生じる熱を効果的に抜熱することができる、リニアモータの電機子を提供する。【解決手段】電機子１００は、基部１１０、１１２および複数の歯部１０５、１０８を有する電機子コア部材１０４、１０７と、歯部１０５、１０８の各々に巻回されるコイル１０６、１０９とを各々に有する複数の電機子ユニット１０１、１０２と、冷媒の流路を画定する冷媒通路を有し、複数の電機子ユニット１０１、１０２の基部１１０、１１２の裏面１１０ｂ、１１２ｂに取り付けられる冷却部材１０３と、基部１１０、１１２と冷却部材１０３との間に挿入される封止部材１２３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、リニアモータの電機子、リニアモータ、およびリニアモータの電機子の製造方法に関する。

複数のブロックに分割された電機子コアを備えた、リニアモータの電機子が知られている。例えば、特許文献１には、各々に１つの歯部が設けられた分割コアを推力方向に整列させた電機子が開示されている。また、特許文献２には、複数の歯部を有する電機子ブロックを、間隙片を介して、推力方向に整列させた電機子が開示されている。

特開平１１−３０８８５０号公報 特開２０００−２７８９３１号公報

リニアモータの電機子コアにコイルを装着する工程は、煩雑な作業を伴うことから、電機子の製造効率を低下させてしまう。このため、電機子の製造効率を向上させることによって、リニアモータの製造コストを低減することが求められている。これとともに、リニアモータの稼働時に鉄損等によって電機子コアに生じる熱を効果的に除去し、発生した熱によるリニアモータの推力への影響を抑えることも求められている。

本発明の一態様において、リニアモータの電機子は、基部、および該基部の表面から突出する歯部を含む電機子コア部材と、歯部に巻回されるコイルとを各々に有する複数の電機子ユニットと、冷媒の流路を画定する冷媒通路を有し、複数の電機子ユニットの電機子コア部材の基部が取り付けられる冷却部材と、基部と冷却部材との間に挿入される封止部材とを備える。冷媒通路は、基部と対面する、冷却部材の表面から内方に凹むように形成された溝を含み、封止部材は、溝を封止する。

電機子コア部材の各々は、Ｕ相のコイルが巻回される第１の歯部、Ｖ相のコイルが巻回される第２の歯部、および、Ｗ相のコイルが巻回される第３の歯部を含み、３相１極の磁界を形成してもよい。冷媒通路は、冷却部材の表面に形成された冷媒入口と溝とを互いに連通させる第１の内孔と、冷却部材の表面に形成された冷媒出口と溝とを互いに連通させる第２の内孔とをさらに含んでもよい。

第１の内孔および第２の内孔は、冷却部材の表面と交わる該冷却部材の端面まで延び、第１の内孔および第２の内孔の端面上の開口は、埋め栓によって閉塞されてもよい。電機子は、冷媒入口に設置され、該冷媒入口に外部から冷媒を導入する冷媒導入継手と、冷媒出口に設置され、該冷媒出口から外部へ冷媒を排出する冷媒排出継手とをさらに備えてもよい。

封止部材は、金属または樹脂から作製されたシートであってもよい。基部と対面する、封止部材の一方の面と、冷却部材と対面する、封止部材の他方の面の少なくとも一方には、シール剤が塗布されてもよい。電機子コア部材、コイル、および冷却部材は、モールド材によって周囲を覆われて一体に成形されてもよい。歯部の各々には、１つのコイルが巻回されてもよい。

本発明の他の態様において、リニアモータは、複数の磁石を有する界磁子と、該界磁子に対向配置された上述の電機子とを備える。互いに隣り合う歯部の間のピッチの、互いに隣り合う磁石の間のピッチに対する比は、５：６であってもよい。

本発明のさらに他の態様において、リニアモータの電機子を製造する方法は、基部、および該基部の表面から突出する歯部を各々に有する複数の電機子コア部材を用意する工程と、複数の電機子コア部材の各々の歯部にコイルを巻回する工程と、冷媒の流路を画定する冷媒通路を有する冷却部材を用意する工程と、複数の電機子コア部材の基部を、冷却部材に取り付ける工程と、電機子コア部材、コイル、および冷却部材をモールド材で覆って一体に成形する工程とを備える。冷媒通路は、基部と対面する、冷却部材の表面から内方に凹むように形成された溝を含み、複数の電機子コア部材の基部を冷却部材に取り付ける工程は、基部と冷却部材との間に、溝を封止するための封止部材を配置する工程を含む。

歯部にコイルを巻回する工程は、隣り合う歯部の間に画定されたスロット内にコイルを案内するブレード、および、コイルを支持して該コイルをスロット内に挿入するストリッパを有するコイルインサータ装置を用いて、歯部にコイルを巻回する工程を含んでもよい。

冷却部材を用意する工程は、基部と対面する冷却部材の表面から内方に凹むように溝を形成する工程と、冷却部材の表面から内方に凹む冷媒入口および冷媒出口を形成する工程と、冷却部材の表面と交わる該冷却部材の端面から、冷媒入口および溝まで延びる第１の内孔を形成する工程と、冷却部材の端面から、冷媒出口および溝まで延びる第２の内孔を形成する工程と、冷却部材の端面上の第１の内孔の開口と、冷却部材の端面上の第２の内孔の開口とを、埋め栓によって閉塞する工程とを含んでもよい。

複数の電機子コア部材を用意する工程は、コア部材に複数のタップ穴を形成する工程と、該タップ穴の各々にタップ強化部品を装着する工程とを含んでもよい。

電機子ユニットを効率よく量産し、該電機子ユニットを所望の推力に応じて個数を増減させつつ、冷却部材に取り付けることによって、冷却能力に優れた電機子を容易に組み立てることができる。これにより、様々な推力の要求に対応しつつ、冷却能力に優れた電機子を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る電機子の斜視図である。 図１に示す電機子コア部材を説明するための図であって、（ａ）は電機子コア部材の斜視図を示し、（ｂ）は電機子コア部材の前面図を示す。 図１に示す冷却部材の斜視図を示す。 本発明の一実施形態に係るリニアモータの部分拡大図を示す。 本発明の他の実施形態に係る電機子コア部材を説明するための図であって、（ａ）は電機子コア部材の斜視図を示し、（ｂ）は電機子コア部材の前面図を示す。 本発明の一実施形態に係る、電機子の製造方法のフローチャートを示す。 電機子コア部材にコイルを巻回するために用いられるコイルインサータ装置の例を示す。 本発明のさらに他の実施形態に係る電機子コア部材の図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る電機子１００について説明する。なお、以下の説明における左右方向は、図１中のｘ軸に沿う方向、すなわち、電機子１００の推力方向に相当する。また、前後方向は、図１中のｙ軸に沿う方向に相当し、上下方向は、図１中のｚ軸に沿う方向に相当する。なお、左方向は、図１中のｘ軸プラス方向に相当し、前方向は、図１中のｙ軸プラス方向に相当し、上方向は、図１中のｚ軸プラス方向に相当する。

電機子１００は、後述するリニアモータを構成する一部材であって、リニアモータの界磁子に対向配置される、推力方向へ可動な部材である。電機子１００は、第１の電機子ユニット１０１および第２の電機子ユニット１０２と、第１の電機子ユニット１０１および第２の電機子ユニット１０２を冷却するための冷却部材１０３とを備える。本実施形態に係る電機子１００は、放熱性および巻線間の絶縁性の向上の観点から、モールド材によって周囲を覆われて固定されている。

第１の電機子ユニット１０１は、電機子コア部材１０４と、電機子コア部材１０４に設けられた歯部１０５の各々に、集中巻によって巻回されたコイル１０６とを有する。同様に、第２の電機子ユニット１０２は、電機子コア部材１０７と、電機子コア部材１０７に設けられた歯部１０８の各々に巻回されたコイル１０９とを有する。

次に、図２を参照して、電機子コア部材１０４の構成について説明する。電機子コア部材１０４は、例えば鉄のような強磁性材料から作製される。電機子コア部材１０４は、略四角形の平坦な板部材である基部１１０と、基部１１０の上面（表面）１１０ａから上方に向かって突出する歯部１０５とを有する。基部１１０の下面（裏面）１１０ｂには、複数のタップ穴１１１が形成されている。これらタップ穴１１１の各々には、該タップ穴１１１を強化するためのタップ強化部材１３３が装着されている。このタップ強化部材１３３は、例えばイリサート（登録商標）またはヘリサート（登録商標）を含む。

本実施形態においては、歯部１０５は、計６個の歯部１０５Ｕ_１、１０５Ｖ_１、１０５Ｗ_１、１０５Ｕ_２、１０５Ｖ_２、および１０５Ｗ_２を含む。これら歯部１０５Ｕ_１、１０５Ｖ_１、１０５Ｗ_１、１０５Ｕ_２、１０５Ｖ_２、および１０５Ｗ_２は、左右方向に予め定められた間隔で整列するように、基部１１０に形成されている。

歯部１０５の各々は、基部１１０の上面１１０ａから上方に延びる壁部１０５ａと、壁部１０５ａの上端から左右両側に突出する楔部１０５ｂとを含む。互いに隣り合う壁部１０５ａと、互いに対向する楔部１０５ｂとによって画定されたスロットＳ内に、上述のコイル１０６の各々が収容される。楔部１０５ｂは、スロットＳ内に収容されたコイル１０６が、上方に脱落してしまうのを防止する。さらに、互いに対向する楔部１０５ｂの間の距離を適宜調整することによって、リニアモータの稼働時に発生するコギングトルクを抑制することができる。

第２の電機子ユニット１０２の電機子コア部材１０７も、図２に示す電機子コア部材１０４と同様の構成を有する。再度、図１を参照して、電機子コア部材１０７は、基部１１２と、基部１１２の上面１１２ａから上方に向かって突出する、計６個の歯部１０８Ｕ_１、１０８Ｖ_１、１０８Ｗ_１、１０８Ｕ_２、１０８Ｖ_２、および１０８Ｗ_２とを有する。

第１の電機子ユニット１０１の電機子コア部材１０４に装着されるコイル１０６は、計６個のコイル１０６Ｕ_１、１０６Ｖ_１、１０６Ｗ_１、１０６Ｕ_２、１０６Ｖ_２、および１０６Ｗ_２を含む。これらコイル１０６のうち、コイル１０６Ｕ_１および１０６Ｕ_２には、３相電圧のうちのＵ相電圧が印加される。また、コイル１０６Ｖ_１および１０６Ｖ_２にはＶ相電圧が、コイル１０６Ｗ_１および１０６Ｗ_２にはＷ相電圧が、それぞれ印加される。これらコイル１０６は、３相１極の磁界を形成する。

コイル１０６Ｕ_１は、電機子コア部材１０４の歯部１０５Ｕ_１に巻回される。同様に、コイル１０６Ｖ_１は歯部１０５Ｖ_１に、コイル１０６Ｗ_１は歯部１０５Ｗ_１に、コイル１０６Ｕ_２は歯部１０５Ｕ_２に、コイル１０６Ｖ_２は歯部１０５Ｖ_２に、コイル１０６Ｗ_２は歯部１０５Ｗ_２に、それぞれ巻回される。

同様に、第２の電機子ユニット１０２の電機子コア部材１０７に装着されるコイル１０９は、Ｕ相用のコイル１０９Ｕ_１、１０９Ｕ_２、Ｖ相用のコイル１０９Ｖ_１、１０９Ｖ_２、および、Ｗ相用のコイル１０９Ｗ_１、１０９Ｗ_２を含む。これらコイル１０９は、上記のコイル１０６とは逆となる３相１極の磁界を形成する。そして、コイル１０９Ｕ_１は歯部１０８Ｕ_１に、コイル１０９Ｖ_１は歯部１０８Ｖ_１に、コイル１０９Ｗ_１は歯部１０８Ｗ_１に、コイル１０９Ｕ_２は歯部１０８Ｕ_２に、コイル１０９Ｖ_２は歯部１０８Ｖ_２に、コイル１０９Ｗ_２は歯部１０８Ｗ_２に、それぞれ巻回される。

このように、本実施形態においては、電機子コア部材１０４は、Ｕ相のコイル１０６Ｕ_１、１０６Ｕ_２が巻回される第１の歯部１０５Ｕ_１、１０５Ｕ_２と、Ｖ相のコイル１０６Ｖ_１、１０６Ｖ_２が巻回される第２の歯部１０５Ｖ_１、１０５Ｖ_２と、Ｗ相のコイル１０６Ｗ_１、１０６Ｗ_２が巻回される第３の歯部１０５Ｗ_１、１０５Ｗ_２の組を、２組（ＵＶＷ×２）含んでいる。そして、電機子コア部材１０４は、３相１極の磁界を形成する。

同様に、第２の電機子ユニット１０２の電機子コア部材１０７は、Ｕ相のコイル１０９Ｕ_１、１０６Ｕ_２が巻回される第１の歯部１０８Ｕ_１、１０８Ｕ_２と、Ｖ相のコイル１０９Ｖ_１、１０９Ｖ_２が巻回される第２の歯部１０８Ｖ_１、１０８Ｖ_２と、Ｗ相のコイル１０９Ｗ_１、１０９Ｗ_２が巻回される第３の歯部１０８Ｗ_１、１０８Ｗ_２の組を、２組（ＵＶＷ×２）含んでいる。そして、電機子コア部材１０７は、電機子コア部材１０４と名逆の３相１極の磁界を形成する。このように、本実施形態においては、第１の電機子ユニット１０１および第２の電機子ユニット１０２の各々は、３相一極分を最小単位としてユニット化されている。

次に、図３を参照して、冷却部材１０３の構成について説明する。冷却部材１０３は、上面（表面）１１５と下面（裏面）１１６とを有する、略四角形の平板部材である。図１に示すように、第１の電機子ユニット１０１および第２の電機子ユニット１０２は、各々の基部１１０、１１２の下面１１０ｂ、１１２ｂが冷却部材１０３の上面１１５と面接触するように、ｘ軸方向に隙間なく隣接して固定される。

冷却部材１０３は、冷媒用の流路を画定する冷媒通路１１７を有する。本実施形態に係る冷媒通路１１７は、冷却部材１０３の上面１１５から下方に凹むように形成された溝１１７ａを含む。より具体的には、この溝１１７ａは、冷却部材１０３の右後方の端部から左方向へ直線状に延びる直線部１１７ｂと、直線部１１７ｂの左端から蛇行しながら右方向へ延びる波状部１１７ｃとを含む。

波状部１１７ｃは、前後方向へ延在する部分１１７ｃ_１と、左右に隣り合う部分１１７ｃ_１同士を互いに接続するように左右方向に延びる部分１１７ｃ_２とを含む。部分１１７ｃ_１は、図１に示す状態において、電機子コア部材１０４、１０７の歯部１０５、１０８の各々に対応するように、歯部１０５、１０８に沿って延在している。

波状部１１７ｃは、これら歯部１０５、１０８が延在する全ての領域に亘って配設される。このように配設された冷媒通路１１７によって、電機子コア部材１０４，１０７の基部１１０、１１２の全域に亘って万遍なく熱を除去することができる。なお、波状部１１７ｃの部分１１７ｃ_１は、スロットＳに沿って延在するように形成されてもよい。この場合において、この部分１１７ｃ_１は、スロットＳが延在する全ての領域に亘って配設されてもよい。

冷却部材１０３の上面１１５の右後方の端部には、該上面１１５から下方に向かって穿孔された冷媒入口１１８が形成されている。冷媒通路１１７は、この冷媒入口１１８と、溝１１７ａの直線部１１７ｂの右端とを互いに連通させる第１の内孔１１７ｄを含む。第１の内孔１１７ｄは、冷却部材１０３の右端面１０３ａに形成された開口１１７ｇから、冷媒入口１１８を経て、直線部１１７ｂの右端まで、冷却部材１０３の内部を左方向に真直ぐに延在する。開口１１７ｇには、該開口１１７ｇを閉塞するために、埋め栓１３０（図１）が嵌入される。

一方、冷却部材１０３の上面１１５の右端部且つ前後方向の中央部には、該上面１１５から下方に向かって穿孔された冷媒出口１２０が形成されている。冷媒通路１１７は、この冷媒出口１２０と、溝１１７ａの波状部１１７ｃの右端路１１７ｅとを互いに連通させる第２の内孔１１７ｆを含む。

より具体的には、第２の内孔１１７ｆは、冷却部材１０３の右端面１０３ａに形成された開口１１７ｈから、冷媒出口１２０を経て、波状部１１７ｃの右端路１１７ｅまで、冷却部材１０３の内部を左方向に真直ぐに延在する。開口１１７ｈには、該開口１１７ｈを閉塞するために、埋め栓１３１（図１）が嵌入される。また、冷却部材１０３には、複数の貫通孔（またはタップ孔）１２２が形成されている。これら貫通孔１２２は、上述したタップ穴１１１に対応する位置に配置されている。なお、図示はしていないが、冷却部材１０３の表面に、放熱効果を高めるためにフィンを設けてもよい。

再度、図１を参照して、電機子１００は、電機子コア部材１０４および１０７の基部１１０および１１２と、冷却部材１０３との間に挿入された封止部材１２３を備える。本実施形態においては、封止部材１２３は、熱伝導性に優れた、例えば銅もしくはアルミといった金属、または樹脂のような材料から作製された薄い板である。封止部材１２３は、冷却部材１０３の上面１１５と面接触し、冷媒通路１１７を上側から封止する。

この封止部材１２３の下面には、冷媒通路１１７をより効果的に封止すべく、冷却部材１０３の上面１１５に対して接着可能なシール材１３２が積層されている。この封止部材１２３によって、冷媒通路１１７内を流動する冷媒が、外部に漏出してしまうのを防止することができる。なお、封止部材１２３の上面にもシール材を積層させてもよい。

冷却部材１０３の上面１１５における、冷媒入口１１８に相当する位置には、冷媒導入継手１２４が取り付けられている。冷媒導入継手１２４は、冷媒入口１１８と連通する通路１２４ａを含み、外部に設置された冷媒循環装置から延びる冷媒供給管（ともに図示せず）に接続される。

同様に、冷却部材１０３の上面１１５における、冷媒出口１２０に相当する位置には、冷媒排出継手１２５が取り付けられている。冷媒排出継手１２５は、冷媒出口１２０と連通する通路１２５ａを含み、冷媒循環装置へ延びる冷媒排出管（ともに図示せず）に接続される。

次に、図４を参照して、本発明の一実施形態に係るリニアモータ２００について説明する。なお、図４は、理解の容易の観点から、リニアモータ２００の一部を前方側から見た部分拡大図を示している。リニアモータ２００は、界磁子２０１と、界磁子２０１に対して可動となるように、該界磁子２０１に対向配置された上述の電機子１００とを備える。

界磁子２０１は、平板状の固定部材２０３と、固定部材２０３の上に配設された複数の磁石２０２とを有する。これら磁石２０２は、推力方向へ磁極が交互に反転するように、予め定められた間隔で整列している。電機子１００は、界磁子２０１の磁石２０２から下方へ僅かに離間して配置されている。

ここで、本実施形態においては、互いに隣り合う歯部１０５、１０８の間のピッチＰ_Ｓと、互いに隣り合う磁石２０２の間のピッチＰ_Ｍとの比が、５：６となるように、歯部１０５、１０８および磁石２０２が配置される。ピッチＰ_Ｓは、互いに隣り合う歯部（例えば、歯部１０５Ｕ_１と歯部１０５Ｖ_１）の対応する位置（例えば、各々の左右方向の中心軸）の間の距離に相当する。また、ピッチＰ_Ｍは、互いに隣り合う磁石２０２の対応する位置（例えば、各々の左右方向の中心軸）の間の距離に相当する。

ピッチＰ_ＳとピッチＰ_Ｍとを異ならせることによって、リニアモータ２００の稼働時に発生するコギングトルクを低減する手法が、従来行われてきた。本発明者は、実験により、ピッチＰ_ＳとピッチＰ_Ｍとの比を、５：６に設定することによって、コギングトルクをより効果的に抑制することができることを見出した。

次に、図１〜図４を参照して、本実施形態に係るリニアモータ２００の機能について説明する。リニアモータ２００を駆動する場合、外部に設置された電力供給源（図示せず）から、第１の電機子ユニット１０１のコイル１０６、および第２の電機子ユニット１０２のコイル１０９に、３相電圧が印加される。

より具体的には、第１の電機子ユニット１０１のコイル１０６Ｕ_１および１０６Ｕ_２にはＵ相電圧が、コイル１０６Ｖ_１および１０６Ｖ_２にはＶ相電圧が、コイル１０６Ｗ_１および１０６Ｗ_２にはＷ相電圧が、それぞれ印加される。同様に、第２の電機子ユニット１０２のコイル１０９Ｕ_１および１０９Ｕ_２にはＵ相電圧が、コイル１０９Ｖ_１および１０９Ｖ_２にはＶ相電圧が、コイル１０９Ｗ_１および１０９Ｗ_２にはＷ相電圧が、それぞれ印加される。

これにより、電機子１００の歯部１０５および１０８の周囲に３相電圧に対応する磁界が発生し、界磁子２０１の磁石２０２による磁界によって、電機子１００に推力が発生する。その結果、電機子１００が推力方向へ移動する。

リニアモータ２００を稼働するにつれて、コイル１０６、１０９にて生じるジュール熱や、電機子コア部材１０４、１０７内で生じる鉄損等に起因して、電機子１００が発熱する。このように生じた熱を除去するために、外部に設置された冷媒循環装置から、電機子１００の冷却部材１０３へ、冷媒が導入される。

より具体的には、冷媒循環装置から冷媒供給管を介して供給された冷媒は、冷媒導入継手１２４および冷媒入口１１８を経て、冷媒通路１１７内に流入する。そして、冷媒は、直線部１１７ｂと波状部１１７ｃとを順に通過し、その間に、電機子コア部材１０４、１０７の基部１１０、１１２との間で熱交換する。

ここで、本実施形態においては、冷却部材１０３は、電機子コア部材１０４、１０７の基部１１０、１１２の下面１１０ｂ、１１２ｂの全域に亘って対面するように、封止部材１２３を介して基部１１０、１１２に固定されている。且つ、冷却部材１０３は、歯部１０５、１０８が延在する全ての領域に亘って配設された冷媒通路１１７を有している。

この構成によれば、冷媒通路１１７は、電機子コア部材１０４、１０７の基部１１０、１１２に近接した位置に配置され、且つ、該基部１１０、１１２の広い範囲に亘って延在することになる。これにより、冷媒通路１１７を流れる冷媒によって、電機子コア部材１０４、１０７に生じた熱を効果的に除去することができる。

また、本実施形態においては、封止部材１２３は、熱伝導性に優れた材料から作製された薄板であるので、高い抜熱効果を維持しつつ、冷媒を冷媒通路１１７内に確実に封止することができる。

なお、上述の実施形態においては、電機子コア部材１０４および１０７の各々が、Ｕ相用の第１の歯部１０５Ｕ_１、１０５Ｕ_２、１０８Ｕ_１、１０８Ｕ_２、Ｖ相用の第２の歯部１０５Ｖ_１、１０５Ｖ_２、１０９Ｖ_１、１０９Ｖ_２、および、Ｗ相用の第３の歯部１０５Ｗ_１、１０５Ｗ_２、１０９Ｗ_１、１０９Ｗ_２の組を、２組有している場合について述べた。しかしながら、第１の歯部、第２の歯部、および第３の歯部の組の数を、所望の推力に応じて、増減させてもよい。この場合においても、電機子コア部材１０４および１０７は、互いに逆となる３相１極の磁界を各々形成する。

以下、図５を参照して、第１の歯部、第２の歯部、および第３の歯部の組を１組有する電機子コア部材１５０について説明する。電機子コア部材１５０は、四角形の平坦な基部１５１と、基部１５１の上面１５１ａから上方に向かって突出する歯部１５２とを有する。歯部１５２は、第１の歯部１５２Ｕ、第２の歯部１５２Ｖ、および第３の歯部１５２Ｗを含み、左右方向に予め定められた間隔で整列する。

第１の歯部１５２ＵにはＵ相用のコイルが、第２の歯部１５２ＶにはＶ相用のコイルが、第３の歯部１５２ＷにはＷ相用のコイルが、それぞれ巻回される。このように、本実施形態に係る電機子コア部材１５０は、第１の歯部１５２Ｕ、第２の歯部１５２Ｖ、および第３の歯部１５２Ｗの組を１組有している。電機子コア部材１５０も、上述の実施形態に係る電機子コア部材１０４、１０７と同様に、３層１極の磁界を形成する。

次に、図６を参照して、本発明の一実施形態に係る、電機子の製造方法について説明する。ステップＳ１において、使用者は、複数の電機子コア部材を用意する。例えば、図１に示す実施形態の場合、使用者は、第１の歯部１０５Ｕ_１、１０５Ｕ_２と、第２の歯部１０５Ｖ_１、１０５Ｖ_２と、第３の歯部１０５Ｗ_１、１０５Ｗ_２の組を２組有する電機子コア部材１０４と、第１の歯部１０８Ｕ_１、１０８Ｕ_２と、第２の歯部１０８Ｖ_１、１０８Ｖ_２と、第３の歯部１０８Ｗ_１、１０８Ｗ_２の組を２組有する電機子コア部材１０７を作製する。

例えば、ステップＳ１において、以下の工程が実施される。まず、使用者は、鋼材をプレス加工し、一定厚さを有するブロック状のコア部材を切り出す。次いで、使用者は、切り出されたコア部材に、タップ穴１１１を形成し、これらタップ穴１１１に、例えばイリサート（登録商標）またはヘリサート（登録商標）といったタップ強化部品を装着する。そして、コア部材を機械加工し、基部１１０、１１２および歯部１０５、１０８を有する電機子コア１０４を形成する。

ステップＳ２において、使用者は、複数の電機子コア部材の各々の歯部にコイルを巻回し、複数の電機子ユニットを作製する。具体的には、使用者は、電機子コア部材１０４の第１の歯部１０５Ｕ_１および１０５Ｕ_２にＵ相のコイル１０６Ｕ_１および１０６Ｕ_２を、第２の歯部１０５Ｖ_１および１０５Ｖ_２にＶ相のコイル１０６Ｖ_１および１０６Ｖ_２を、第３の歯部１０５Ｗ_１および１０５Ｗ_２にＷ相のコイル１０６Ｗ_１および１０６Ｗ_２を、それぞれ集中巻で巻回する。

同様にして、電機子コア部材１０７の第１の歯部１０８Ｕ_１および１０８Ｕ_２にＵ相のコイル１０９Ｕ_１および１０９Ｕ_２を、第２の歯部１０８Ｖ_１および１０８Ｖ_２にＶ相のコイル１０９Ｖ_１および１０９Ｖ_２を、第３の歯部１０８Ｗ_１および１０８Ｗ_２にＷ相のコイル１０９Ｗ_１および１０９Ｗ_２を、それぞれ集中巻で巻回する。

ここで、本実施形態においては、このステップＳ２におけるコイルの巻回作業が、図７に示すコイルインサータ装置３００を用いて、行われる。以下、コイルインサータ装置３００について、簡単に説明する。コイルインサータ装置３００は、ブレード３０１、ストリッパ３０２、およびウェッジ３０３を備える。

ブレード３０１は、ブレード固定台３０４の上に固定されており、該ブレード固定台３０４は、駆動モータ（図示せず）によって、図７の紙面上下方向に駆動される。電機子コア部材Ｃに装着されるべきコイル（図示せず）は、このブレード３０１に引掛けられている。ストリッパ３０２は、ストリッパ保持壁３０５に固定されている。

ウェッジ３０３は、ウェッジホルダ３０６によって支持されており、該ウェッジホルダ３０６は、駆動モータ（図示せず）によって、図７の紙面上下方向に駆動される。また、電機子コア部材Ｃは、電機子コア取付台３０７に取り付けられており、該電機子コア取付台３０７は、駆動モータ（図示せず）によって、図７の紙面上下方向に駆動される。

電機子コア部材Ｃにコイルを装着する場合、まず、電機子コア取付台３０７およびブレード固定台３０４が下方へ駆動される。この動作に伴って、ブレード３０１に引掛けられたコイルは、ストリッパ３０２によって持ち上げられ、ブレード３０１に対して上方へ相対的に移動する。

そして、ストリッパ３０２の上端が電機子コア部材Ｃの上端に達すると、ブレード３０１に引掛けられたコイルが、電機子コア部材Ｃの歯部の間に画定されたスロット内に挿入される。次いで、ウェッジホルダ３０６が上方へ駆動され、ウェッジ３０３が、電機子コア部材Ｃのスロット内にコイルをさらに押し入れる。このようにして、コイルは、ステップＳ２において、コイルインサータ装置３００を用いて、電機子コア部材の歯部に効率よく巻回される。

再度、図６を参照して、ステップＳ３において、使用者は、冷却部材を用意する。具体的には、ステップＳ３において、使用者は、冷却部材１０３の表面１１５から内方に凹むように溝を形成する。次いで、使用者は、冷却部材１０３の表面１１５に冷媒入口１１８および冷媒出口１２０を穿孔する。

次いで、使用者は、冷却部材１０３の端面１０３ａから左方向へ延びる第１の内孔１１７ｄおよび第２の内孔１１７ｆをそれぞれ穿孔する。そして、使用者は、第１の内孔１１７ｄの開口１１７ｇと、第２の内孔１１７ｆの開口１１７ｈとを、埋め栓１３０、１３１によって閉塞する。このステップＳ１によって、冷却部材１０３が作製される。

ステップＳ４において、使用者は、電機子コア部材の基部と冷却部材との間に封止部材を配置する。具体的には、使用者は、電機子コア部材１０４および１０７を、各々の歯部１０５、１０８が推力方向に整列するように、互いに隣接して配置し、隣接配置された電機子コア部材１０４および１０７の基部１１０、１１２と、冷却部材１０３との間に、封止部材１２３を配置する。

ステップＳ５において、使用者は、複数の電機子コア部材と冷却部材とを互いに固定する。具体的には、使用者は、互いに隣接配置された電機子コア部材１０４、１０７の基部１１０、１１２の裏面１１０ｂ、１１２ｂに、封止部材１２３を挟み込みつつ、冷却部材１０３の上面１１５を面接触させる。

そして、使用者は、例えば螺子やボルト等の固定具を、冷却部材１０３に設けられた貫通孔１２２を通して、電機子コア部材１０４、１０７に設けられたタップ穴１１１に螺着する。これにより、電機子コア部材１０４、１０７と冷却部材１０３とを互いに固定する。このように、ステップＳ４およびＳ５によって、第１および第２の電機子ユニット１０１、１０２は、冷却部材１０３に強固に取り付けられる。したがって、ステップＳ４およびステップＳ５は、電機子コア部材１０４、１０７を冷却部材１０３に取り付けるステップＳ７を構成する。このステップＳ７により、電機子１００が組み立てられる。

ステップＳ６において、電機子コア部材、コイル、および冷却部材をモールド材で覆って一体に成形する。具体的には、使用者は、ステップＳ５において組み立てられた電機子１００を、成型用の型内に設置し、電機子コア部材１０４および１０７、コイル１６および１０９、ならびに冷却部材１０３の周囲を、樹脂等のモールド材で覆って一体に成型する。これにより、電機子１００は、モールド材によって強固に固められる。このモールド材によって、電機子１００の放熱性、および巻線間の絶縁性を向上させることができるとともに、冷媒通路１１７を流動する冷媒が外部へ漏出するのを、さらに効果的に防止することができる。

上述したように、本実施形態においては、まず、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のコイルの組を少なくとも１組有する複数の電機子ユニット１０１、１０２を個々に製造し、次いで、これら電機子ユニット１０１、１０２を冷却部材１０３に固定して、電機子１００を製造している。

この方法によれば、小型（推力方向の長さが短い）且つ簡単な構造の電機子ユニット１０１、１０２を効率よく量産することが可能となり、且つ、これら電機子ユニット１０１、１０２を、所望の推力に応じて個数を増減させつつ、冷却部材１０３に取り付けることによって、電機子１００を容易に組み立てることができる。これにより、様々な推力の要求に対応しつつ、冷却能力に優れた電機子１００を効率よく製造することができる。

また、本実施形態によれば、個々の電機子コア部材１０４、１０７に装着させるコイル１０６、１０９の個数を少なくすることができるので、ステップＳ２の作業に、図７に示すようなコイルインサータ装置３００を適用することが可能となる。これにより、電機子１００の製造効率をさらに向上させることができる。

なお、上述の実施形態においては、歯部１０５、１０８の各々に楔部１０５ｂが設けられている場合について述べた。しかしながら、これに限らず、例えば、図８に示すように、歯部に楔部を設けなくてもよい。以下、このような電機子コア部材１６０について簡単に説明する。

電機子コア部材１５０は、四角形の平坦な基部１６１と、基部１６１の上面１６１ａから上方に向かって突出する歯部１６２とを有する。歯部１６２は、第１の歯部１６２Ｕ、第２の歯部１６２Ｖ、および第３の歯部１６２Ｗを含む。第１の歯部１６２ＵにはＵ相用のコイルが、第２の歯部１６２ＶにはＶ相用のコイルが、第３の歯部１６２ＷにはＷ相用のコイルが、それぞれ巻回される。この電機子コア部材１６０も、上述の実施形態に係る電機子コア部材１０４、１０７、および１５０と同様に、３層１極の磁界を形成する。

なお、上述の実施形態においては、電機子コアの各々が、計６個または３個の歯部を有している場合について述べた。しかしながら、これに限らず、電機子コアの各々は、１個の歯部を有してもよいし、求められる推力に応じて、任意の個数の歯部を有してもよい。

また、上述の実施形態においては、電機子に３相電圧で駆動する場合について述べたが、本発明は、これに限定されない。３相電圧を用いない場合は、電機子コア部材の各々は、所望の推力に応じて定められた個数の歯部を有する。また、上述の実施形態においては、電機子が可動である場合について述べたが、これに限らず、界磁子が可動となるように、電機子に対して対向配置されていてもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００ 電機子
１０１，１０２ 電機子ユニット
１０３ 冷却部材
１０４，１０７，１５０ 電機子コア部材
１０５，１０８，１５２ 歯部
１０６，１０９ コイル
２００ リニアモータ
３００ コイルインサータ装置

Claims (14)

1. リニアモータの電機子であって、
   基部、および該基部の表面から突出する歯部を含む電機子コア部材と、前記歯部に巻回されるコイルと、を各々に有する複数の電機子ユニットと、
   冷媒の流路を画定する冷媒通路を有し、前記複数の電機子ユニットの前記電機子コア部材の前記基部が取り付けられる冷却部材と、
   前記基部と前記冷却部材との間に挿入される封止部材と、を備え、
   前記冷媒通路は、前記基部と対面する前記冷却部材の表面から内方に凹むように形成された溝を含み、前記封止部材は、前記溝を封止する、電機子。
2. 前記電機子コア部材は、Ｕ相の前記コイルが巻回される第１の前記歯部、Ｖ相の前記コイルが巻回される第２の前記歯部、および、Ｗ相の前記コイルが巻回される第３の前記歯部を含み、３相１極の磁界を形成する、請求項１に記載の電機子。
3. 前記冷媒通路は、
   前記冷却部材の表面に形成された冷媒入口と前記溝とを互いに連通させる第１の内孔と、
   前記冷却部材の表面に形成された冷媒出口と前記溝とを互いに連通させる第２の内孔と、をさらに含み、
   前記第１の内孔および前記第２の内孔は、前記冷却部材の表面と交わる該冷却部材の端面まで延び、前記第１の内孔および前記第２の内孔の前記端面上の開口は、埋め栓によって閉塞される、請求項１または２に記載の電機子。
4. 前記冷媒入口に設置され、該冷媒入口に外部から前記冷媒を導入する冷媒導入継手と、
   前記冷媒出口に設置され、該冷媒出口から外部へ前記冷媒を排出する冷媒排出継手と、をさらに備える、請求項３に記載の電機子。
5. 前記封止部材は、金属または樹脂から作製されたシートである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電機子。
6. 前記基部と対面する、前記封止部材の一方の面と、前記冷却部材と対面する、前記封止部材の他方の面の少なくとも一方に、シール剤が塗布されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電機子。
7. 前記電機子コア部材、前記コイル、および前記冷却部材は、モールド材によって周囲を覆われて一体に成形される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電機子。
8. 前記電機子コア部材には、複数のタップ穴が形成され、該タップ穴の各々には、タップ強化部品が装着される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電機子。
9. 複数の磁石を有する界磁子と、
   前記界磁子に対向配置された請求項１〜８のいずれか１項に記載の電機子と、を備える、リニアモータ。
10. 互いに隣り合う前記歯部の間のピッチと、互いに隣り合う前記磁石の間のピッチとの比は、５：６である、請求項９に記載のリニアモータ。
11. リニアモータの電機子を製造する方法であって、
    基部、および該基部の表面から突出する歯部を各々に有する複数の電機子コア部材を用意する工程と、
    前記複数の電機子コア部材の各々の前記歯部にコイルを巻回する工程と、
    冷媒の流路を画定する冷媒通路を有する冷却部材を用意する工程と、
    前記複数の電機子コア部材の前記基部を前記冷却部材に取り付ける工程と、
    前記電機子コア部材、前記コイル、および前記冷却部材をモールド材で覆って一体に成形する工程と、を備え、
    前記冷媒通路は、前記基部と対面する、前記冷却部材の表面から内方に凹むように形成された溝を含み、
    前記複数の電機子コア部材の前記基部を前記冷却部材に取り付ける工程は、前記基部と前記冷却部材との間に、前記溝を封止するための封止部材を配置する工程を含む、方法。
12. 前記歯部にコイルを巻回する工程は、隣り合う前記歯部の間に画定されたスロット内に前記コイルを案内するブレード、および、前記コイルを支持して該コイルを前記スロット内に挿入するストリッパを有するコイルインサータ装置を用いて、前記歯部にコイルを巻回する工程を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記冷却部材を用意する工程は、
    前記基部と対面する前記冷却部材の表面から内方に凹むように溝を形成する工程と、
    前記冷却部材の表面から内方に凹む冷媒入口および冷媒出口を形成する工程と、
    前記冷却部材の表面と交わる該冷却部材の端面から、前記冷媒入口および前記溝まで延びる第１の内孔を形成する工程と、
    前記冷却部材の端面から、前記冷媒出口および前記溝まで延びる第２の内孔を形成する工程と、
    前記冷却部材の端面上の前記第１の内孔の開口と、前記冷却部材の端面上の前記第２の内孔の開口とを、埋め栓によって閉塞する工程と、を含む、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記複数の電機子コア部材を用意する工程は、
    前記コア部材に複数のタップ穴を形成する工程と、
    前記複数のタップ穴の各々にタップ強化部品を装着する工程と、を含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の方法。

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