JP2020072589A

JP2020072589A - 筒型リニアモータ

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Publication number: JP2020072589A
Application number: JP2018206276A
Authority: JP
Inventors: 裕貴鈴木; Yuki Suzuki; 佐藤　浩介; Kosuke Sato; 浩介佐藤
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2018-11-01
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-11-01
Also published as: JP7116661B2

Abstract

【課題】界磁における永久磁石の熱減磁を防止できる筒型リニアモータの提供である。【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される環状の複数の永久磁石６ａ，６ｂを有する筒状の界磁６と、界磁６の内周に軸方向移動自在に挿入される電機子Ｅと、界磁６の外周を覆う非磁性体で形成される筒状のアウターチューブ１０とを備え、アウターチューブ１０の外周に放熱フィン１０ａを備えて構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、筒型リニアモータに関する。

筒型リニアモータは、たとえば、軸方向にＳ極とＮ極とが交互に並ぶように積層される複数の永久磁石でなる筒状の界磁と、筒状であって内周に前記界磁が軸方向移動自在に挿入される電機子と、前記電機子の外周に装着されるアウターヨークとを備えて構成されるものがある（たとえば、特許文献１参照）。

この筒型リニアモータでは、電機子の巻線への通電によって発生する熱をアウターヨークの外周に設けた放熱フィンで放熱するようにしている。

特開２００７−２７４８２０号公報

従来の筒型リニアモータでは、放熱フィンで電機子の放熱を行っているもの、電機子の発熱によって永久磁石に伝達された熱を放熱する手段がないため、永久磁石が熱減磁してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、界磁における永久磁石の熱減磁を防止できる筒型リニアモータの提供を目的としている。

上記の目的を達成するため、本発明の筒型リニアモータは、軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される環状の複数の永久磁石を有する筒状の界磁と、界磁の内周に軸方向移動自在に挿入される電機子と、界磁の外周を覆う非磁性体で形成される筒状のアウターチューブとを備え、アウターチューブの外周に放熱フィンを備えて構成されている。

このように筒型リニアモータが構成されると、電機子の巻線への通電によって巻線が発熱して、この熱が界磁の永久磁石に伝達されても、永久磁石の外周至近に配置されたアウターチューブが熱を吸収して放熱フィンを介して放熱して永久磁石を冷却できる。

また、筒型リニアモータにおける界磁が永久磁石の外周に筒状のバックヨークを有し、アウターチューブがバックヨークよりも熱伝導率の高い材質で形成されてもよい。このように構成された筒型リニアモータは、アウターチューブによって永久磁石の熱減磁を防止できるとともに、推力を向上させ得る。

本発明の筒型リニアモータによれば、界磁における永久磁石の熱減磁を防止できる。

一実施の形態における筒型リニアモータの縦断面図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における筒型リニアモータ１は、図１に示すように、軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される環状の複数の永久磁石６ａ，６ｂを有する筒状の界磁６と、界磁６の内周に軸方向移動自在に挿入される電機子Ｅと、界磁６の外周を覆うアウターチューブ１０とを備えて構成されている。

以下、筒型リニアモータ１の各部について詳細に説明する。電機子Ｅは、コア３と巻線５とを備えて構成されている。コア３は、円筒状のヨーク３ａと、環状であってヨーク３ａの外周に軸方向に間隔を空けて設けられる複数のティース３ｂとを備えて構成されて可動子とされている。

本実施の形態では、図１に示すように、ヨーク３ａの外周に１０個のティース３ｂが、軸方向に等間隔に並べて設けられており、ティース３ｂ，３ｂ間に巻線５が装着される空隙でなるスロット４が形成されている。本実施の形態では、図１中で隣り合うティース３ｂ，３ｂ同士の間には、空隙でなるスロット４が合計で９個設けられている。そして、このスロット４には、巻線５が巻き回されて装着されている。巻線５は、Ｗ相、Ｗ相、Ｗ相およびＶ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｖ相およびＵ相、Ｕ相、Ｕ相、Ｕ相およびＷ相の巻線５が装着されている。

そして、このように構成された電機子Ｅは、出力軸である非磁性体で形成されたロッド１１の外周に装着されている。具体的には、電機子Ｅは、その図１中で左端と右端とがロッド１１に固定される環状のスライダ１２，１３によって保持されて、ロッド１１に固定されている。

他方、界磁６は、軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される複数の環状の主磁極の永久磁石６ａと複数の環状の副磁極の永久磁石６ｂを有し、永久磁石６ａ，６ｂの外周に装着される筒状のバックヨーク７とを備えている。また、界磁６の内周には、非磁性体のインナーチューブ９が嵌合されている。

なお、図１中で主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂに記載されている三角の印は、着磁方向を示しており、主磁極の永久磁石６ａの着磁方向は径方向となっており、副磁極の永久磁石６ｂの着磁方向は軸方向となっている。主磁極の永久磁石６ａと副磁極の永久磁石６ｂは、ハルバッハ配列で配置されており、界磁６の内周側では、軸方向にＳ極とＮ極が交互に現れるように配置されている。

また、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さは、副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さよりも長くなっている。このように、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さを長くすればコア３との間の主磁極の永久磁石６ａとの間の磁気抵抗を小さくできコア３へ作用させる磁界を大きくできるので筒型リニアモータ１の推力を向上できる。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、永久磁石６ａ，６ｂの外周にバックヨーク７を設けている。バックヨーク７を設けると磁気抵抗の低い磁路を確保できるので副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さの短縮に起因する磁気抵抗の増大が抑制される。よって、主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さを副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さよりも長くするとともに永久磁石６ａ，６ｂの外周に筒状のバックヨーク７を設けると筒型リニアモータ１の推力を大きく向上させ得る。バックヨーク７の肉厚は、主磁極の永久磁石６ａの外部磁気抵抗の増大を抑制に適する肉厚に設定されればよい。

また、界磁６の内周側には、電機子Ｅが軸方向移動自在に挿入されており、界磁６は、コア３に磁界を作用させている。なお、界磁６は、コア３の可動範囲に対して磁界を作用させればよいので、コア３の可動範囲に応じて永久磁石６ａ，６ｂの設置範囲を決定すればよい。

このように構成された界磁６の外周には、非磁性体で形成された筒状のアウターチューブ１０が設けられており、界磁６の外周の全体はアウターチューブ１０によって覆われている。アウターチューブ１０は、外周に周方向に沿う複数の放熱フィン１０ａを備えており、アルミニウム、銅、オーステナイト系ステンレスや樹脂といった非磁性体であって、かつ、バックヨーク７よりも熱伝導率が高い材料で形成されている。

アウターチューブ１０は、界磁６の熱を放熱しやすいようにバックヨーク７に密着してさせているが、より放熱効果を高めるため、バックヨーク７の外周にシリコングリスを塗布した後にバックヨーク７に嵌合してバックヨーク７との間の空隙を埋めるようにしてもよい。

なお、放熱フィン１０ａは、電機子Ｅの発熱によって永久磁石６ａ，６ｂに伝達された熱を放熱させて、永久磁石６ａ，６ｂの熱減磁を防止できるだけの表面積を確保できるように設置される。よって、放熱フィン１０ａの設置数、外径は、放熱に必要な総表面積を確保できるように設定される。また、放熱フィン１０ａは、アウターチューブ１０に対して軸方向に沿って設けられてもよい。なお、放熱フィン１０ａの形状は、放熱フィン１０ａ間の空気の通りを妨げないように途中で曲がらない形状とされるのが好ましい。

つづいて、アウターチューブ１０、バックヨーク７およびインナーチューブ９の図１中左端はキャップ１４によって閉塞されており、アウターチューブ１０、バックヨーク７およびインナーチューブ９の図１中右端は内周に挿入されるロッド１１の軸方向の移動を案内する環状のヘッドキャップ１５によって閉塞されている。また、インナーチューブ９の内周には、スライダ１２，１３が摺接しており、スライダ１２，１３によって電機子Ｅはロッド１１とともに界磁６に対して偏心せずに軸方向へスムーズに移動できる。インナーチューブ９は、コア３の外周と各永久磁石６ａ，６ｂの内周との間のギャップを形成するとともに、スライダ１２，１３と協働してコア３の軸方向移動を案内する役割を果たしている。なお、インナーチューブ９は、非磁性体で形成されればよいが、合成樹脂で形成されると筒型リニアモータ１の推力密度向上効果が高くなる。インナーチューブ９を非磁性体の金属で製造すると、電機子Ｅが軸方向へ移動する際にインナーチューブ９の内部に渦電流が生じて、電機子Ｅの移動を妨げる力が発生してしまう。これに対して、インナーチューブ９を合成樹脂とすれば渦電流が生じないので筒型リニアモータ１の推力をより効果的に向上できるとともに、筒型リニアモータ１の質量を低減できる。なお、インナーチューブ９を合成樹脂とする場合、フッ素樹脂で製造すればスライダ１２，１３との間の摩擦および摩耗を低減できる。また、インナーチューブ９を他の合成樹脂で形成してもよく、また、摩擦および摩耗を低減するべく他の合成樹脂で形成されたインナーチューブ９の内周をフッ素樹脂でコーティングしてもよい。

なお、キャップ１４には、巻線５に接続されるケーブルＣを外部の図示しない電源に接続するコネクタ１４ａを備えており、外部電源から巻線５へ通電できるようになっている。また、アウターチューブ１０、バックヨーク７およびインナーチューブ９の軸方向長さは、コア３の軸方向長さよりも長く、コア３は、界磁６内の軸方向長さの範囲で図１中左右へストロークできる。

そして、たとえば、巻線５の界磁６に対する電気角をセンシングし、前記電気角に基づいて通電位相切換を行うとともにＰＷＭ制御により、各巻線５の電流量を制御すれば、筒型リニアモータ１における推力と電機子Ｅの移動方向とを制御できる。なお、前述の制御方法は、一例でありこれに限られない。このように、本実施の形態の筒型リニアモータ１では、電機子Ｅが可動子であり、界磁６は固定子として振る舞う。また、電機子Ｅと界磁６とを軸方向に相対変位させる外力が作用する場合、巻線５への通電、あるいは、巻線５に発生する誘導起電力によって、前記相対変位を抑制する推力を発生させて筒型リニアモータ１に前記外力による機器の振動や運動をダンピングさせ得るし、外力から電力を生むエネルギ回生も可能である。

以上のように、本発明の筒型リニアモータ１は、軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される環状の複数の永久磁石６ａ，６ｂを有する筒状の界磁６と、界磁６の内周に軸方向移動自在に挿入される電機子Ｅと、界磁６の外周を覆う非磁性体で形成される筒状のアウターチューブ１０とを備え、アウターチューブ１０の外周に放熱フィン１０ａを備えて構成されている。

このように筒型リニアモータ１が構成されると、電機子Ｅの巻線５への通電によって巻線５が発熱して、この熱が界磁６の永久磁石６ａ，６ｂに伝達されても、永久磁石６ａ，６ｂの外周至近に配置されたアウターチューブ１０が熱を吸収して放熱フィン１０ａを介して放熱して永久磁石６ａ，６ｂを冷却できる。よって、本実施の形態の筒型リニアモータ１によれば、アウターチューブ１０で永久磁石６ａ，６ｂから直接的に熱を奪って放熱できるので、永久磁石６ａ，６ｂの熱減磁を防止できる。

また、本実施の形態の筒型リニアモータ１は、界磁６が永久磁石６ａ，６ｂの外周に筒状のバックヨーク７を有し、アウターチューブ１０がバックヨーク７よりも熱伝導率の高い材質で形成されている。このように構成された筒型リニアモータ１は、アウターチューブ１０によって永久磁石６ａ，６ｂの熱を奪って永久磁石６ａ，６ｂの熱減磁を防止できるとともに、磁気抵抗の低い磁路を確保できるので副磁極の永久磁石６ｂの軸方向長さを主磁極の永久磁石６ａの軸方向長さよりも短くでき筒型リニアモータ１の推力を向上させ得る。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

１・・・筒型リニアモータ、６・・・界磁、６ａ，６ｂ・・・永久磁石、７・・・バックヨーク、１０・・・アウターチューブ、１０ａ・・・放熱フィン、Ｅ・・・電機子

Claims

軸方向の内周にＮ極とＳ極とが交互に配置されるように積層される環状の複数の永久磁石を有する筒状の界磁と、
前記界磁の内周に軸方向移動自在に挿入される電機子と、
前記界磁を覆うアウターチューブとを備え、
前記アウターチューブは、外周に放熱フィンを有する
ことを特徴とする筒型リニアモータ。
前記界磁は、永久磁石の外周に筒状のバックヨークを有し、
前記アウターチューブは、前記バックヨークよりも熱伝導率の高い材質で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の筒型リニアモータ。