JP3446563B2 - Linear motor - Google Patents

Linear motor

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JP3446563B2
JP3446563B2 JP29060897A JP29060897A JP3446563B2 JP 3446563 B2 JP3446563 B2 JP 3446563B2 JP 29060897 A JP29060897 A JP 29060897A JP 29060897 A JP29060897 A JP 29060897A JP 3446563 B2 JP3446563 B2 JP 3446563B2
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coil
flat
linear motor
coils
magnetic
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正喜 武富
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Hitachi Metals Ltd
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【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石と電機子
コイルとを相対的に移動させる方式のリニアモータで、
電機子コイルに平角線を使用して通電時の発熱量を抑え
る技術に関する。 【0002】 【従来の技術】従来より、長ストロークを移動し、位置
決めを行うための駆動装置として、隣接する磁極が相互
に異なるように着磁され、異なる極性の磁極が対向する
ように磁気空隙を介してヨークに固着配置された複数個
の永久磁石と、この磁気空隙内に設けられた電機子コイ
ルとを有し、前記電機子コイルに駆動電流を流すことに
より、永久磁石と電機子コイルとを相対的に移動させる
ように構成したリニアモータが知られている。 【0003】かかる構成のリニアモータには、永久磁石
側を一定の磁気空隙を設けて対面固定して、この磁気空
隙内に電機子コイルを移動させるようにした可動コイル
型リニアモータと、逆に電機子コイル側を固定して、永
久磁石側を移動させるようにした可動磁石型リニアモー
タの両形式がある。 【0004】例えば、従来の可動コイル型リニアモータ
では、隣接する磁極の極性、および対向する磁極の極性
を相互に異なるように配置し、かつ長手方向に一様な空
隙を有した磁気帯路部と、上記磁気空隙部の磁束と巻線
方向とが直交するようなコイルを複数個積層した偏平コ
イル部との組合せからなっている。 【0005】かかる構成では、連続して長ストロークを
移動させるため、少なくとも2個以上のコイルをずらし
て配置し、いわゆる多相コイルとして構成し、磁極の方
向を磁界検出素子で検出して、電流を流すコイル及びそ
の方向を切り換えている。 【0006】永久磁石の境界に位置しているコイルには
電流を流さないため、できるだけ多相コイルに構成し
て、順次切り換えて駆動できるようにした方がよい。例
えば、N相コイルの場合には、コイル全長のN分の(N
−1)部分で電磁力が発生するため、多相にするほど大
きくかつリップルの小さい電磁力が発生することとな
る。 【0007】しかし、一方では、偏平コイルを相数分多
層に積層することとなるため、その分磁気回路部の磁気
空隙を広げなければならない。通電するコイルの部分が
長くなる反面、磁気空隙が広くなる分磁束密度が低下す
るので、結果的には電磁力を効率よく発生させることが
できない。 【0008】そこで、磁気空隙を小間隔に維持しつつ、
単位磁石当たりのコイル巻数を多くして、大きな移動力
が得られるように、偏平コイルを多相に構成するに際し
て、それぞれの偏平コイルの中央部をそれぞれのコイル
幅分ずらして同一平面上に配列し、偏平コイルの中央部
を一相分の厚さに規制する手段がとられる。 【0009】一方、このようにして磁気空隙を広げるこ
となく複数個の偏平コイルを多相に構成させることはで
きたが、多相に構成した分通電時のコイルの発熱量が大
きくなり、今度はかかる点の解決が求められた。コイル
の発熱は、狭い磁気空隙を介して配置されている永久磁
石に伝えられ、永久磁石では熱減磁により発生磁束が減
少して、リニアモータの推力が低下する。 【0010】さらに、コイルの発熱は、コイル自体の電
気抵抗を上昇させ、ジュール熱の損失を増大させる結果
となり、実効電力の減少に繋がる。 【0011】そのため、発熱による弊害が実際上問題と
ならないようにするためには、コイルへの通電量を抑
え、その分、リニアモータの推力をある程度犠牲にせざ
るをえない。 【0012】さらに、コイルの発熱による雰囲気温度の
上昇により、リニアガイドが熱変形して位置決め精度が
低下する場合があることも報告されている。 【0013】かかる発熱による弊害を防ぐ手段として、
空冷あるいは水冷によるコイルの冷却手段が種々提案さ
れている。 【0014】空冷方式では、例えば可動磁石型リニアモ
ータにおいて、界磁マグネットの磁路を閉じるためのヨ
ークの一部を除去し、界磁マグネットの配置されていな
いヨーク部に透孔を設けて、この透孔を介してスタータ
電機子側に冷風を送るための冷却ファンを設ける手段が
知られている(特開平6−165472号)。 【0015】あるいは、可動磁石型リニアモータにおい
て、界磁マグネットとヨークとからなる可動子を分割し
ておき、この分割した可動子間にコアレスステータ電機
子側に送風用の冷却ファンを設ける手段もある(特開平
6−165474号)。 【0016】水冷方式としては、コイルを直接冷媒によ
り冷却する手段が知られている(実開平6−41381
号)。冷媒供給口と冷媒排気口とを設けた気密容器内に
コイルを収納し、水などの冷媒を供給してコイルを直接
冷却し、排出して放熱器で放熱した冷媒を再び容器に戻
す方式である。 【0017】さらには、間接的に冷媒で冷却する水冷式
の方法も知られている。例えば、空心のあるコイルを平
面状、かつ梯子状に配置した電機子の幅方向の両端部
に、長尺支持部材を設け、この長尺支持部材中に冷媒を
流す方法である。コイルから伝熱により長尺支持部材に
伝わった熱を冷媒で間接的に除去する手段である。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】従来のリニアモータ
は、その内部は気流が流れやすい構造にはなっていない
ため、空冷方式では、十分かつ均一な冷却が期待できな
い場合がある。さらに、空冷方式では、冷却ファンの設
置スペースが必要となり、小型化が図りにくい。 【0019】一方、コイルを直接冷媒で冷却する水冷方
式では、空冷方式に比べて十分に均一な冷却が行える反
面、コイルを冷却する容器の外に界磁マグネットを設置
するため、コイルと界磁マグネットを十分に接近させる
ことができない。その結果、リニアモータの推力が制限
される。 【0020】さらに、コイルが冷媒と直接接触する上記
水冷方式では、冷媒に水を使用するとコイルにおける錆
の発生が問題となり、また、油を使用すると防爆の点で
安全性が問題となる。 【0021】一方、間接的に冷媒で冷却する水冷方式で
は、かかる直接式における問題点は避けられるものの、
冷却面積が十分にとれず、その分冷却効率が劣るという
問題がある。また、コイルの冷却速度は、コイルの伝熱
速度、電機子に設ける長尺支持部材の伝熱速度、コイル
と長尺部材との接触面の伝熱速度が律速となるため、十
分なコイル冷却が期待できない場合もある。 【0022】本発明の目的は、リニアモータにおける偏
平コイルを多相構成した電機子コイルの発熱量を抑える
ことができるようにすることにある。 【0023】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。 【0024】 【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。 【0025】すなわち、本発明では、先ず、相隣る磁極
の極性が相互に異なるように、かつ異なる極性の磁極が
対向するように、磁気空隙を介してヨークに配置された
複数個の永久磁石と、この磁気空隙内に設けられた電機
子コイルとを有し、この電機子コイルに駆動電流を流す
ことにより、永久磁石と電機子コイルとを相対的に移動
できるように可動コイル型リニアモータ、または可動磁
石型リニアモータを構成しておく。 【0026】さらに、上記構成のリニアモータに使用さ
れる電機子コイルを、複数の偏平コイルをそれぞれの中
央部をコイル幅分ずらして配列する多相コイルに構成し
たので、この電機子コイルを構成する偏平コイルに平角
線を使用して、同一通電量、同一口径、同一断面積で、
丸線を使用する場合よりも、通電時の発熱量を抑えるこ
とができる。 【0027】平角線の巻線では、丸線に比べて同一スペ
ースでも断面部分に線間の不要な空隙が発生せず、実質
的にコイル導線の断面積を大きくしたと同様の効果が得
られる。特に、平角線は、曲げ加工が面倒であるため、
多相構成にされている偏平コイルのうち平に配置される
偏平コイルに限って使用すればよい。 【0028】 【発明の実施の形態】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。 【0029】本実施の形態では、電機子コイル10を可
動コイル10aに構成した可動コイル型リニアモータを
例にとり説明する。 【0030】かかる可動コイル型リニアモータでは、図
1に示すように、複数個の永久磁石20を長手方向に配
置して走行路を形成する静止部Aが設けられている。 【0031】静止部Aは、中央に一定間隔の磁気空隙が
直線状に磁気空隙路30として構成されるように、直線
状の磁石帯路40が対面して設けられている。 【0032】両側に設けた磁石帯路40のそれぞれは、
直方体の永久磁石20をその磁極を順次反転させて、隣
接する磁極同士が互いに異極となるように一列に密着さ
せられて形成されている。個々の永久磁石20は、サイ
ドヨーク50に上記要領で配列固定されて、直線状の磁
石帯路40をそれぞれ形成している。 【0033】永久磁石20のサイドヨーク50への固定
は、接着剤を使用した接着固定でもよいし、あるいは修
理時の取外しができるようにビス止めにより固定しても
構わない。 【0034】このようにして構成した直線状の磁石帯路
40に対面して、所定間隔の磁気空隙あけて、もう一方
の側の磁石帯路40が、上記要領で永久磁石20をサイ
ドヨーク50に固定することにより形成されている。 【0035】さらに、磁石帯路40を構成するそれぞれ
の永久磁石20は、間に磁気空隙路30を挟んで、異な
る極性の磁極が対向するように配列されている。 【0036】一方、上記要領で中央に所定間隔の磁気空
隙をあけて直線状に対面配列させた両磁石帯路40は、
その両端側がエンドヨーク60に、その下端側がプレー
ト70(図2)上に一体に組み付けられて、全体として
静止部Aが形成されている。 【0037】また、上記構成のサイドヨーク50、エン
ドヨーク60、プレート70は、軟鋼などの強磁性材料
により形成されている。 【0038】このようにして構成された静止部Aでは、
対面する永久磁石20、隣接する永久磁石20のそれぞ
れの磁極が異極となるように構成されているので、図1
に示すような磁束線Bが発生する。これに併せて、両磁
石帯路40間に形成された直線状の磁気空隙路30に
は、その長手方向に垂直な磁束が存在している。 【0039】一方、上記構成の磁気空隙路30に沿って
可動子Cに構成した電機子コイル10を移動させる可動
部Dは、図2に示すように、両磁石帯路40の対面する
永久磁石20間の磁気空隙路30に設けた可動コイル1
0a(10)と、コイル固定治具11と、そのコイル固
定治具11側に設けたテーブル12と、リニアガイド1
3とから構成されている。 【0040】可動コイル10aは、コイル固定治具11
によりテーブル12に固定されて、さらに、テーブル1
2に固定されているリニアガイド13の下開口の断面略
凹型に形成されたスライダ部14で、静止部Aに固定さ
れている断面略凸型の軌道台15と噛み合わされ、軌道
台15に沿って移動できるようになっている。 【0041】上記可動コイル10aは、図3に示すよう
に、偏平コイルa、b、cを多相に重ねて形成されてい
る。偏平コイルa等の巻線は、磁束に直交した長手方向
の面内に構成されている。 【0042】さらに、両磁石帯路40の永久磁石20間
に挟まれる部分では、可動コイル10aは、図2、4、
5に示すように、一相の厚さに構成されている。また、
可動コイル10aの上下端部側は多相に重ねた偏平コイ
ルa、b、cの3相分厚くなっている。 【0043】可動コイル10aは、図3、4に示すよう
に、本実施の形態では、コイルフレーム80の両面に、
3個の偏平コイルa、b、cがコイル幅L分ずつずらさ
れて、中央部分が一相分の厚さになるように3相に構成
されている。 【0044】コイルフレーム80は、推力リップルの発
生を防止するため、非磁性材料により形成されている。
表面にアルマイト処理を施して絶縁性を付与したアルミ
ニウム合金を基材として、その表面に、例えばガラス入
りエポキシ樹脂などの合成樹脂基板を装着して、この合
成樹脂基板面に偏平コイルa、b、cが3相に設けられ
ている。 【0045】上記構成のコイルフレーム80の中央の平
坦面上に、偏平コイルa(図中、右上がり斜線表示)が
平面的に設けられている。かかる偏平コイルaに、平角
線が使用されている。偏平コイルaのコイル幅Lは、本
実施の形態では、永久磁石20の長さの3分の1の幅に
設定され、巻線で囲まれた中央空き部分(破線表示)E
は、コイル幅Lの2倍の幅2Lになるように設定されて
いる。 【0046】かかる偏平コイルaに、巻線に曲げ変形さ
せ易い丸線を使用した偏平コイルbが、中央部をコイル
幅L分ずらして重ねられている。偏平コイルb(図中、
散点表示)は、図4に示すように、偏平コイルbの巻線
が偏平コイルaの中央空き部分Eに入るように、コイル
幅L分ずらして設けられている。 【0047】偏平コイルaの中央空き部分Eでは、図5
(a)に示すように、偏平コイルaと偏平コイルbとが
互いに重なることはないので1相分の厚さとなるが、偏
平コイルaの上下部分では、図5(b)に示すように、
偏平コイルbが重なり2相分の厚さとなっている。 【0048】このようにして2相分重ねられた偏平コイ
ルa、bの上に、図3、4に示すように、さらに偏平コ
イルc(図中、右下がり斜線表示)が重ねられて3相に
構成されている。 【0049】3相目の偏平コイルcには、偏平コイルb
と同様に曲げ変形させ易い丸線が使用され、偏平コイル
aの中央空き部分Eにコイル幅L分ずらして先に並べた
偏平コイルbの横に、さらにコイル幅L分ずらして設け
られている。偏平コイルa、b、cが、偏平コイルaの
中央空き部分に3相並べて設けられている。 【0050】従って、偏平コイルaの中央空き部分Eで
は、図5(c)に示すように、3個の偏平コイルa、
b、cは重なることがなく、1相分の厚さになってい
る。一方、偏平コイルaの上下部分では、図3、5
(c)に示すように、順次、偏平コイルb、cが重ねら
れ、3相分の厚さになっている。 【0051】かかる偏平コイルa、b、cの3相の重な
りは、図5に示すように、コイルフレーム80の両面に
構成されている。 【0052】なお、多相に構成する偏平コイルの数は、
3個に限る必要はなく、4個以上使用しても構わない。
さらには、コイルフレーム80の片面側にのみ偏平コイ
ルを設けるようにしても構わない。 【0053】また、上記説明の可動部Dでは、両側の磁
石帯路40のサイドヨーク50に挟まれた状態で中央に
磁気空隙路30を一本構成したが、サイドヨーク50の
中央にセンターヨークを設けて磁気空隙路30を二本平
行に通し、両磁気空隙路30に上記要領で可動コイル1
0aを移動できるようにしておいても構わない。 【0054】図5(a)では、コイルフレーム80の両
面に、偏平コイルaが平に設けられている。図5(b)
では、上記コイルフレーム80の両面に平に設けた偏平
コイルaの上に、中央空き部分Eでは重ねずに、上下部
分を重ねて偏平コイルbが重ねられている。図5(c)
では、上記コイルフレーム80の両面に平に設けた偏平
コイルa、それに重ねた偏平コイルbの上に、中央空き
部分Eでは重ねずに、上下部分を重ねて偏平コイルcが
重ねられている。 【0055】また、上記構成の偏平コイルa、b、c
は、可動コイル10aとして磁気空隙路30を移動する
に際して、可動コイル10aが通過して行くにつれて両
側の磁石帯路40側の永久磁石20の磁極の極性が順次
逆になって行くが、かかる極性の逆になるのに追従し
て、可動コイル10aに電流が順次逆向きに流れるよう
に、電源側に接続されている。 【0056】かかる電源側への接続は、例えば、磁気検
出素子や、光学的位置検出素子を使用して位置検出し、
その検出信号に基づいてそれぞれの偏平コイルaなどへ
の電流の向きを変えるように構成されている。 【0057】このようにして、本実施の形態の可動コイ
ル10aは、図4に示すように、両磁石帯路40の対面
する永久磁石20間の磁気空隙に収められる部分は、偏
平コイルaの1相分の厚さに抑え、その磁気空隙から外
れる部分が3相に重なった構成に形成されている。 【0058】一方、偏平コイルを3相に構成した従来の
可動コイル10aでは、全ての偏平コイルに丸線が使用
されているが、本実施の形態では、コイルフレーム80
に平に設ける偏平コイルaには、平角線が使用されてい
る。 【0059】そのため、従来構成の可動コイルとは異な
り、平角線を使用した方が線間の未使用スペースがな
く、同一断面積で丸線を使用する場合よりも、実質的に
導線を太くしたのと同様の効果が発生し、丸線を使用し
た偏平コイルb、cよりも発熱量を低く抑えることがで
きる。 【0060】このようにして、本実施の形態のリニアモ
ータでは、従来の多相偏平コイルからなる可動子コイル
に比して、発熱量を低く抑えることができる分、永久磁
石20の温度上昇を防止して、熱減磁による推力低下を
防止することができる。 【0061】なお、上記実施の形態では、多相構成する
偏平コイルa、b、cでは、その上下部分で3相に重ね
た構成にしたが、磁気空隙から外れる上下部分では、偏
平コイルa、b、cは必ずしも重ねなくてもよい。 【0062】磁気空隙路30を外れた上下空間側では、
左右に永久磁石20などが迫っていない自由空間である
ため、構成上許される範囲内で、偏平コイルa、b、c
の形状は自由な構成が考えられる。例えば、図6の断面
図に示すように、偏平コイルa、b、c間に空間を設け
て、各偏平コイルa、b、cの放熱が起きやすいように
構成しても構わない。 【0063】かかる構成の偏平コイルa、b、cからな
る可動コイル10aを有する可動コイル型リニアモータ
は、以下のようにして作動する。 【0064】図7に示すように、偏平コイルa(図中、
右上がりの斜線表示)、偏平コイルb(図中、散点表
示)に、同方向の駆動電流を流すと、図中(A)で示す
ように、偏平コイルa、bに紙面右向き方向(矢印方
向)に力が作用して可動コイル10aが移動する。偏平
コイルa、bに流す電流方向を、図中a’、b’で示
す。 【0065】次に、偏平コイルaが二番目の永久磁石2
0の中央位置まで移動すると、その位置を例えば磁気検
出素子などで検出して、偏平コイルa、bへの駆動電流
の印加が、上記要領で、偏平コイルb、cの駆動電流の
印加へと変えられる。偏平コイルb、cの電流方向をそ
れぞれb’、c’で示す。 【0066】このようにして駆動電流の印加を偏平コイ
ルb、c側に変えることにより、図中(B)で示すよう
に、偏平コイルb、cに紙面右向き方向(矢印方向)に
力が作用して、可動コイル10aは図中(C)に示す位
置まで移動する。 【0067】かかる要領で、偏平コイルa、b、偏平コ
イルb、cと、順次駆動電流の切り換えを行うことによ
り、可動コイル10aは連続的に磁気空隙路30を移動
することができる。 【0068】本実施の形態では、可動コイル型リニアモ
ータを代表例として説明したが、可動磁石型リニアモー
タの固定側に使用される電機子コイルに、上記要領で平
角線を使用した多相コイルを適用しても同様である。 【0069】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 【0070】 【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。 【0071】(1).本発明では、電機子コイルを構成
する多相コイルの偏平コイルに平角線を使用しているた
め、従来のように丸線のみを使用している場合に比べ
て、可動時の電機子コイルの発熱量を抑えることができ
る。 【0072】(2).本発明では、多相コイルに構成さ
れた電機子コイルのコイルフレームに平に設けられる方
の偏平コイルに平角線を使用しているので、平角線の曲
げ加工を省くことができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motor in which a permanent magnet and an armature coil are relatively moved.
The present invention relates to a technique for using a rectangular wire for an armature coil to suppress the amount of heat generated when energized. 2. Description of the Related Art Conventionally, as a driving device for moving and positioning over a long stroke, adjacent magnetic poles are magnetized so as to be different from each other, and magnetic gaps such that magnetic poles having different polarities face each other. And a plurality of permanent magnets fixedly arranged on the yoke via the armature coil, and an armature coil provided in the magnetic gap. By passing a drive current through the armature coil, the permanent magnet and the armature coil There is known a linear motor configured to relatively move. [0003] In the linear motor having such a configuration, a permanent magnet side is provided with a fixed magnetic gap so as to face each other, and an armature coil is moved in the magnetic gap. There are both types of movable magnet type linear motors in which the armature coil side is fixed and the permanent magnet side is moved. For example, in a conventional moving coil type linear motor, the polarity of an adjacent magnetic pole and the polarity of an opposing magnetic pole are arranged to be different from each other, and a magnetic band portion having a uniform air gap in the longitudinal direction. And a flat coil portion in which a plurality of coils are stacked such that the magnetic flux of the magnetic gap and the winding direction are orthogonal to each other. In such a configuration, in order to continuously move a long stroke, at least two or more coils are staggered to constitute a so-called polyphase coil, and the direction of the magnetic pole is detected by a magnetic field detecting element, and the current is detected. And the direction in which the current flows. [0006] In order to prevent current from flowing through the coil located at the boundary of the permanent magnet, it is better to construct as many polyphase coils as possible so that the coils can be sequentially switched and driven. For example, in the case of an N-phase coil, (N
Since the electromagnetic force is generated at the portion -1), the larger the number of phases, the larger the electromagnetic force with a small ripple. However, on the other hand, since the flat coils are stacked in multiple layers by the number of phases, the magnetic gap of the magnetic circuit must be increased accordingly. While the portion of the coil to be energized becomes longer, the magnetic flux density is reduced by the increase in the magnetic gap, and as a result, an electromagnetic force cannot be generated efficiently. Therefore, while maintaining the magnetic gap at a small interval,
When configuring flat coils in multiple phases to increase the number of coil turns per unit magnet and obtain a large moving force, the center of each flat coil is shifted on the same plane by each coil width and arranged on the same plane Then, means for regulating the central portion of the flat coil to a thickness of one phase is taken. On the other hand, although a plurality of flat coils could be formed in multiple phases without widening the magnetic air gap in this way, the amount of heat generated by the coils in the multi-phase when energized increased, and this time, Was required to solve this problem. The heat generated by the coil is transmitted to the permanent magnet disposed through a narrow magnetic gap. In the permanent magnet, the generated magnetic flux decreases due to thermal demagnetization, and the thrust of the linear motor decreases. Further, the heat generated by the coil increases the electric resistance of the coil itself, resulting in an increase in the loss of Joule heat, leading to a decrease in the effective power. Therefore, in order to prevent the adverse effects of heat generation from actually causing a problem, the amount of current supplied to the coil must be reduced, and the thrust of the linear motor must be sacrificed accordingly. Further, it has been reported that the linear guide may be thermally deformed due to an increase in the ambient temperature due to the heat generated by the coil, thereby lowering the positioning accuracy. As means for preventing the adverse effects of such heat generation,
Various means for cooling a coil by air cooling or water cooling have been proposed. In the air cooling system, for example, in a movable magnet type linear motor, a part of a yoke for closing a magnetic path of a field magnet is removed, and a through hole is provided in a yoke portion where no field magnet is arranged. A means for providing a cooling fan for sending cool air to the starter armature through the through hole is known (Japanese Patent Laid-Open No. 6-165472). Alternatively, in a movable magnet type linear motor, a mover including a field magnet and a yoke is divided, and a cooling fan for blowing air is provided between the divided movers on the coreless stator armature side. (JP-A-6-165474). As a water cooling system, means for directly cooling a coil with a refrigerant is known (Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-41381).
issue). A coil is housed in an airtight container provided with a refrigerant supply port and a refrigerant exhaust port, and a refrigerant such as water is supplied to directly cool the coil, discharged, and the refrigerant radiated by the radiator is returned to the container again. is there. Further, a water-cooled method of indirectly cooling with a refrigerant is also known. For example, there is a method in which a long supporting member is provided at both ends in the width direction of an armature in which coils having an air core are arranged in a planar shape and a ladder shape, and a coolant flows through the long supporting member. This is a means for indirectly removing the heat transmitted from the coil to the long supporting member by heat transfer using a refrigerant. The conventional linear motor does not have a structure in which the air flow easily flows, so that sufficient and uniform cooling may not be expected in the air cooling system. Further, in the air cooling system, a space for installing a cooling fan is required, and it is difficult to reduce the size. On the other hand, in the water cooling method in which the coil is directly cooled by the refrigerant, the cooling can be performed more uniformly than in the air cooling method. On the other hand, since the field magnet is installed outside the container for cooling the coil, the coil and the field The magnet cannot be brought close enough. As a result, the thrust of the linear motor is limited. Further, in the above-mentioned water cooling system in which the coil is in direct contact with the refrigerant, the use of water as the refrigerant causes a problem of rust in the coil, and the use of oil causes a problem of safety in terms of explosion protection. On the other hand, in the water cooling system in which the refrigerant is indirectly cooled by the refrigerant, although the problems in the direct system can be avoided,
There is a problem that the cooling area cannot be sufficiently obtained and the cooling efficiency is inferior. In addition, the cooling rate of the coil is limited by the heat transfer rate of the coil, the heat transfer rate of the long support member provided on the armature, and the heat transfer rate of the contact surface between the coil and the long member. May not be expected. An object of the present invention is to make it possible to suppress the amount of heat generated by an armature coil in which a flat coil in a linear motor has a multi-phase structure. The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Means for Solving the Problems Of the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows. That is, in the present invention, first, a plurality of permanent magnets arranged on a yoke via a magnetic gap such that adjacent magnetic poles have different polarities and magnetic poles having different polarities face each other. And a moving coil type linear motor having an armature coil provided in the magnetic gap, and allowing a permanent magnet and the armature coil to relatively move by passing a drive current through the armature coil. Or a movable magnet type linear motor. Further, the armature coil used in the linear motor having the above-described structure is constituted by a multi-phase coil in which a plurality of flat coils are arranged with their respective center portions shifted by the coil width, so that the armature coil is constituted. Using a flat wire for the flat coil, the same amount of electricity, the same diameter, the same cross-sectional area,
The amount of heat generated at the time of energization can be suppressed as compared with the case of using a round wire. In the case of the flat wire winding, unnecessary gaps between the wires are not generated in the cross section even in the same space as compared with the round wire, and the same effect can be obtained as when the cross sectional area of the coil conductor is substantially increased. . In particular, flat wire is difficult to bend,
Of the flat coils having a multi-phase configuration, only the flat coils arranged flat may be used. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In this embodiment, a moving coil type linear motor in which the armature coil 10 is constituted by a moving coil 10a will be described as an example. In this moving coil type linear motor, as shown in FIG. 1, a stationary portion A is provided in which a plurality of permanent magnets 20 are arranged in a longitudinal direction to form a traveling path. The stationary portion A is provided with a linear magnet band 40 facing the center so that magnetic gaps at regular intervals are linearly formed as the magnetic gap paths 30 at the center. Each of the magnet paths 40 provided on both sides is
The magnetic poles of the rectangular parallelepiped permanent magnet 20 are sequentially inverted, and the magnetic poles are formed in close contact with each other so that adjacent magnetic poles have different polarities. The individual permanent magnets 20 are arranged and fixed to the side yokes 50 in the above-described manner, and form the linear magnet paths 40, respectively. The permanent magnet 20 may be fixed to the side yoke 50 by an adhesive using an adhesive, or may be fixed by screws so that the permanent magnet 20 can be removed at the time of repair. [0034] The magnet band 40 on the other side faces the linear magnet band 40 constructed in this manner with a predetermined magnetic gap, and the permanent magnet 20 is connected to the side yoke 50 in the above-described manner. Formed by fixing to Further, the respective permanent magnets 20 constituting the magnet path 40 are arranged such that magnetic poles of different polarities face each other with the magnetic gap path 30 interposed therebetween. On the other hand, the two magnet belts 40 arranged linearly facing each other with a magnetic gap at a predetermined interval in the center in the manner described above,
The both ends are integrally attached to the end yoke 60 and the lower end is integrally attached to the plate 70 (FIG. 2), so that the stationary portion A is formed as a whole. The side yoke 50, the end yoke 60, and the plate 70 having the above-described configuration are formed of a ferromagnetic material such as mild steel. In the stationary unit A thus configured,
Since the magnetic poles of the facing permanent magnet 20 and the adjacent permanent magnet 20 are configured to have different polarities, FIG.
A magnetic flux line B as shown in FIG. At the same time, a magnetic flux perpendicular to the longitudinal direction exists in the linear magnetic gap path 30 formed between the two magnet bands 40. On the other hand, as shown in FIG. 2, a movable portion D for moving the armature coil 10 formed on the mover C along the magnetic gap path 30 having the above-described structure includes a permanent magnet facing both magnet bands 40. Moving coil 1 provided in magnetic gap 30 between 20
0a (10), a coil fixing jig 11, a table 12 provided on the coil fixing jig 11 side, and a linear guide 1
And 3. The movable coil 10a includes a coil fixing jig 11
Is fixed to the table 12 by the
A slider section 14 having a substantially concave cross section at the lower opening of the linear guide 13 fixed to the second guide 2 is engaged with a track base 15 having a substantially convex cross section fixed to the stationary portion A, and along the track base 15. Can be moved. As shown in FIG. 3, the movable coil 10a is formed by flat coils a, b, and c superposed in multiple phases. The winding such as the flat coil a is formed in a plane in the longitudinal direction orthogonal to the magnetic flux. Further, in the portion of the two magnet paths 40 sandwiched between the permanent magnets 20, the movable coil 10a
As shown in FIG. 5, it has a single-phase thickness. Also,
The upper and lower ends of the movable coil 10a are thicker by three phases of flat coils a, b, and c which are stacked in multiple phases. As shown in FIGS. 3 and 4, the movable coil 10a is provided on both sides of the coil frame 80 in this embodiment.
The three flat coils a, b, and c are shifted by the coil width L, and are formed in three phases such that the central part has a thickness of one phase. The coil frame 80 is made of a non-magnetic material in order to prevent thrust ripple from being generated.
Using an aluminum alloy having a surface anodized to impart insulation, a synthetic resin substrate such as an epoxy resin containing glass is mounted on the surface, and flat coils a, b, and c is provided for three phases. On the central flat surface of the coil frame 80 having the above-described structure, a flat coil a (indicated by oblique lines rising to the right in the figure) is provided in a plane. A flat wire is used for the flat coil a. In the present embodiment, the coil width L of the flat coil a is set to be one third of the length of the permanent magnet 20, and a central empty portion (shown by a broken line) E surrounded by windings.
Is set to have a width 2L which is twice the coil width L. On the flat coil a, a flat coil b using a round wire whose winding is easily bent and deformed is overlapped with the center portion shifted by the coil width L. Flat coil b (in the figure,
As shown in FIG. 4, the scattered spots are provided so as to be shifted by the coil width L so that the winding of the flat coil b enters the center empty portion E of the flat coil a. In the center empty portion E of the flat coil a, FIG.
As shown in FIG. 5A, the flat coil a and the flat coil b do not overlap each other, so that the thickness becomes one phase. However, in the upper and lower portions of the flat coil a, as shown in FIG.
The flat coils b overlap and have a thickness of two phases. As shown in FIGS. 3 and 4, a flat coil c (shown by diagonally lower right in the figure) is further superimposed on the flat coils a and b thus superimposed by two phases. Is configured. The flat coil c of the third phase includes a flat coil b
Similarly, a round wire that is easily bent and deformed is used, and is provided at the center empty portion E of the flat coil a, shifted by the coil width L, and further shifted by the coil width L beside the flat coil b arranged in advance. . The flat coils a, b, and c are provided side by side in a three-phase arrangement in the center empty portion of the flat coil a. Accordingly, in the center empty portion E of the flat coil a, as shown in FIG. 5C, three flat coils a,
b and c do not overlap and have a thickness of one phase. On the other hand, in the upper and lower portions of the flat coil a, FIGS.
As shown in (c), the flat coils b and c are sequentially superimposed to have a thickness of three phases. The three phases of the flat coils a, b, and c are formed on both sides of the coil frame 80 as shown in FIG. Note that the number of flat coils configured in multiple phases is
It is not necessary to limit the number to three, and four or more may be used.
Further, a flat coil may be provided only on one side of the coil frame 80. Further, in the movable part D described above, one magnetic gap path 30 is formed at the center while being sandwiched between the side yokes 50 of the magnet bands 40 on both sides. And the two magnetic gap paths 30 are passed in parallel, and the movable coil 1 is passed through both magnetic gap paths 30 as described above.
0a may be movable. In FIG. 5A, flat coils a are provided flat on both sides of the coil frame 80. FIG. 5 (b)
In this embodiment, a flat coil b is stacked on a flat coil a provided on both sides of the coil frame 80 without overlapping the center empty portion E but with the upper and lower portions. FIG. 5 (c)
In this embodiment, a flat coil c is superimposed on a flat coil a, which is provided flat on both sides of the coil frame 80, and a flat coil b which is superimposed on the flat coil a, not on the center empty portion E, but on the upper and lower portions. The flat coils a, b, c of the above construction
When moving the magnetic gap path 30 as the movable coil 10a, the polarities of the magnetic poles of the permanent magnets 20 on both sides of the magnet band 40 are sequentially reversed as the movable coil 10a passes. Is connected to the power supply side so that the current sequentially flows in the opposite direction in the movable coil 10a. The connection to the power supply side is performed by, for example, detecting the position using a magnetic detecting element or an optical position detecting element.
The direction of the current to each of the flat coils a and the like is changed based on the detection signal. In this manner, as shown in FIG. 4, the movable coil 10a according to the present embodiment is such that the portion accommodated in the magnetic gap between the facing permanent magnets 20 of the two magnet bands 40 is formed by the flat coil a. The thickness is reduced to one phase, and the part deviating from the magnetic gap is formed to have a three-phase structure. On the other hand, in the conventional movable coil 10a in which the flat coils are formed in three phases, round wires are used for all the flat coils.
A flat wire is used for the flat coil a provided flat. Therefore, unlike the movable coil having the conventional configuration, the use of the flat wire has no unused space between the wires, and the conductor is substantially thicker than the case of using the round wire with the same cross-sectional area. The same effect as described above is produced, and the calorific value can be suppressed lower than that of the flat coils b and c using round wires. As described above, in the linear motor of the present embodiment, the temperature rise of the permanent magnet 20 is reduced by the amount corresponding to the fact that the calorific value can be reduced as compared with the conventional mover coil composed of the multi-phase flat coil. By doing so, it is possible to prevent a decrease in thrust due to thermal demagnetization. In the above-described embodiment, the flat coils a, b, and c having a multi-phase structure are configured so that the upper and lower portions are overlapped with three phases. b and c do not necessarily have to overlap. On the upper and lower space sides outside the magnetic air gap 30,
Since it is a free space where the permanent magnets 20 and the like do not approach to the left and right, the flat coils a, b, c
Any shape can be considered. For example, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6, a space may be provided between the flat coils a, b, and c so that the heat of the flat coils a, b, and c is easily generated. The moving coil type linear motor having the moving coil 10a composed of the flat coils a, b, and c having such a structure operates as follows. As shown in FIG. 7, a flat coil a (in the figure,
When a drive current in the same direction is applied to the flat coil b (indicated by a dotted line in the figure) and the flat coil b (indicated by a dotted line), as shown in FIG. Direction), the movable coil 10a moves. The directions of currents flowing through the flat coils a and b are indicated by a 'and b' in the figure. Next, the flat coil a is
When it moves to the center position of 0, the position is detected by, for example, a magnetic detection element or the like, and the drive current is applied to the flat coils a and b in the same manner as described above. be changed. The current directions of the flat coils b and c are indicated by b 'and c', respectively. By changing the application of the driving current to the flat coils b and c in this manner, a force acts on the flat coils b and c in the rightward direction (arrow direction) as shown in FIG. Then, the movable coil 10a moves to the position shown in FIG. In this manner, by sequentially switching the flat coils a and b and the flat coils b and c and the driving current, the movable coil 10a can move the magnetic gap path 30 continuously. In this embodiment, the moving coil type linear motor has been described as a representative example. It is the same even if is applied. Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say, there is. The effects obtained by the typical inventions among the inventions disclosed in the present application will be briefly described.
It is as follows. (1). In the present invention, since a flat wire is used for the flat coil of the multi-phase coil constituting the armature coil, the armature coil at the time of movement can be compared with a conventional case using only a round wire. The amount of heat generated can be suppressed. (2). According to the present invention, the flat wire is used for the flat coil provided on the coil frame of the armature coil formed of the multi-phase coil, so that the bending of the flat wire can be omitted.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のリニアモータの一実施の形態を示す平
面構成図である。 【図2】本発明のリニアモータの可動部の構成を示す断
面図である。 【図3】可動コイルにおける多相コイルの構成を示す斜
視図である。 【図4】可動コイルにおける多相コイルの構成を示す平
面図である。 【図5】(a)は、図4の可動コイルにおける多相コイ
ルの構成を示すA−A線による断面図である。(b)
は、図4の可動コイルにおける多相コイルの構成を示す
B−B線による断面図である。(c)は、図4の可動コ
イルにおける多相コイルの構成を示すC−C線による断
面図である 【図6】偏平コイルの多相構成の変形例を示す断面図で
ある。 【図7】リニアモータの作動状況を示す説明図である。 【符号の説明】 10 電機子 10a 可動コイル 11 コイル固定治具 12 テーブル 13 リニアガイド 14 スライダ部 15 軌道台 20 永久磁石 30 磁気空隙路 40 磁石帯路 50 サイドヨーク 60 エンドヨーク 70 プレート 80 コイルフレーム a 偏平コイル b 偏平コイル c 偏平コイル A 静止部 B 磁束線 C 可動部 D 可動子 E 中央空き部分 L コイル幅
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing a linear motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a movable portion of the linear motor according to the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a multi-phase coil in the movable coil. FIG. 4 is a plan view showing a configuration of a multi-phase coil in the movable coil. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along line AA showing a configuration of a multiphase coil in the movable coil shown in FIG. 4; (B)
FIG. 6 is a sectional view taken along line BB showing a configuration of a multiphase coil in the movable coil of FIG. 4. FIG. 6C is a cross-sectional view taken along line CC of the configuration of the multi-phase coil in the movable coil of FIG. 4. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a modification of the multi-phase configuration of the flat coil. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation state of a linear motor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Armature 10 a Moving coil 11 Coil fixing jig 12 Table 13 Linear guide 14 Slider section 15 Track base 20 Permanent magnet 30 Magnetic gap path 40 Magnet path 50 Side yoke 60 End yoke 70 Plate 80 Coil frame a Flat coil b Flat coil c Flat coil A Stationary part B Magnetic flux line C Moving part D Movement E Center free space L Coil width

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−317627(JP,A) 特開 平6−38503(JP,A) 実開 平5−91190(JP,U) 実開 平6−21352(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 41/02 H02K 33/18 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-8-317627 (JP, A) JP-A-6-38503 (JP, A) JP 5-91190 (JP, U) JP 6-38 21352 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02K 41/02 H02K 33/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 隣接する磁極の極性が相互に異なり、か
つ異なる極性の磁極が対向するように、磁気空隙を介し
てヨークに配置された複数個の永久磁石と、この磁気空
隙内に設けられた電機子コイルとを有し、前記電機子コ
イルは、複数個の偏平コイルのそれぞれの中央部がコイ
ル幅分順次ずらしながら重ねられて同一平面上に、前記
中央部が一相分の厚さになるように配列されて、前記電
機子コイルに駆動電流を流すことにより、前記永久磁石
と前記電機子コイルとを相対的に移動させるようにした
リニアモータであって、重ねられた複数個の前記偏平コイルは、平角線を用い折
り曲げていない偏平コイルと丸線を用い折り曲げた偏平
コイルとからなる ことを特徴とするリニアモータ。
(57) [Claims 1] A plurality of permanent magnets arranged on a yoke via a magnetic gap so that adjacent magnetic poles have different polarities and magnetic poles of different polarities face each other. When having an armature coil provided in the magnetic gap, said armature coil, each of the central portion of the plurality of flat coils are stacked while sequentially shifting the coil width of coplanar, A linear motor in which the central portion is arranged so as to have a thickness of one phase, and a drive current is supplied to the armature coil to relatively move the permanent magnet and the armature coil. Wherein the plurality of stacked flat coils are folded using a flat wire.
Unfolded flat coil and flat wire bent using round wire
A linear motor comprising a coil .
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