JP3658980B2 - Electromagnetic coil cooling device and linear motor equipped with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電により磁力を生起しかつ発熱する電磁コイルの冷却装置に関する。好適には、本発明は、工作機械の固定ベースとスライドのような相対移動する第1部材と第2部材の一方及び他方に装着されるリニアモータの電磁コイルユニット及び磁石板ユニットの冷却装置に関する。
【0002】
【従来技術】
工作機械に使用されるリニアモータは、駆動方向と直交する方向に微小隙間を有して対向する電磁コイルユニットと磁石板ユニットからなる。電磁コイルユニット及び磁石板ユニットは、前記駆動方向に互いに相対移動する固定体とこの固定体上で前記駆動方向に案内されてこの固定体上を往復動する可動体の一方及び他方に装着される。
【0003】
通常、固定体上に磁石板ユニットが敷設され、電磁コイルユニットが可動体に装着される。磁石板ユニットは、固定体に固着される保持プレート上に多数の磁石バーを駆動方向に所定間隔でそれらの長手方向が駆動方向を横切るように配置してなり、電磁コイルユニットは、多数の鋼板製コアプレートを駆動方向を横切る方向に積層したコアプレートの積層体と、この積層体上で駆動方向に所定間隔をおいて駆動方向を横切る方向に巻かれた複数のコイルにより構成される。
【0004】
このようなリニアモータにおいて、電磁コイルユニットに通電して可動体を位置決め送りするとき、電磁コイルユニットが発熱し、この発熱は磁石板ユニットにも輻射される。この発熱は、単にリニアモータに付与される電気エネルギ損失となるだけでなく、発熱による工作機械の構成体としての固定体及び可動体の熱変形をもたらし、加工精度低下の原因となる。
【0005】
そこで、従来においては、この種のリニアモータに図9及び10に示す冷却装置を付属させている。なお、これらの図の各々は、紙面と垂直方向を可動体の駆動方向とした場合におけるリニアモータの概略断面図である。
各図において、100は磁石板ユニット108を上面に装着した固定体で、101はコイルユニット106を下面に装着した可動体をそれぞれ示す。
【0006】
図9に示す第1の従来装置においては、複数のコイル102を巻装したコアプレートの積層体103を冷却パイプ105と共に樹脂モールド104で固めてコイルユニット106を形成する。冷却パイプ105は、樹脂モールド104中で駆動方向の両端で折り返され、図の左端の入口部から導入される冷却液をモールド104中を通過させた後右端の出口部から排出する。
【0007】
図10に示す第2の従来装置は、コアプレートの積層体103を樹脂モールド104で固めてなるコイルユニット106と可動体101との間にアルミニュウム製の冷却プレート107を介在させる。冷却プレート107中には、駆動方向の両端部で折り返す冷却流体の流路105a形成される。
また、米国特許第4,839,545に開示される第3の従来装置が知られている。この装置は、図11に示すように、コアプレートの積層体113は、薄い鋼板に代えて厚肉の鉄板を使用する。この鉄板の肉厚は冷却チャンネル105bを形成するための幅とされ、駆動方向の中央部の高さが異なるもの113a,113bを交互に積層し、この積層体の上面を蓋板113cで塞ぎ、駆動方向に延びこの方向の両端で折り返す冷却チャンネル105bを形成している。
【0008】
各図において、磁石板ユニット108は、鉄製の保持プレート109上に多数の磁石棒110を駆動方向に所定間隔で配置固定してなる。図9及び図11に示す各従来装置は磁石板ユニット108を冷却する手段を備えてないが、図10に示す従来技術は保持プレート109の下面の左右両側に駆動方向に延びる半穴を形成し、これにU字状の冷却パイプ111を嵌め込み固定している。また、図10に示す従来技術は、保持プレート109の左右両側の下面にアルミニュウム製のスペーサ112を介在させている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図9に示す第1の従来装置は、樹脂モールド104中に冷却パイプ105を挿通させているので、樹脂モールド104の断熱作用によりコアプレートの積層体103に対する冷却効果が十分に発揮されない欠点を有する。
同様に、図11に示す第3の従来装置は、コアプレートの積層体中への冷却液の漏れを防止する観点から、コアプレートの積層体113として薄い鋼板を使用できず、厚肉の板材を使用するため、コイルユニット106が発生する駆動力の発生効率が低く、同一投入電力に対する駆動出力は薄肉鋼板により積層体を構成するものに比べてかなり小さいものとなる。
【0010】
図10に示す第2の従来装置は、冷却流路105aを有するアルミニュウム製の冷却プレート107を使用するので、可動体が大型でコイルユニット106が駆動方向に長いものとされる場合では、コイルユニット106の長手方向の一部は十分に冷却されるが他の一部では冷却されないといった冷却作用の不均一が生じる。
【0011】
特に、上述した各従来技術は、冷却パイプ105,流路105a及びチャンネル105bの入口側である左側部と出口側となる右側部とでは冷却能力に著しい差が生じる欠点を有する。
また、磁石板ユニット108に対する冷却に関し、図9及び図11に示す従来技術は何らの冷却手段を設けていない。図10の従来技術は、冷却パイプ111を保持する半円溝を形成する関係で保持プレート109の肉圧を厚くせざるを得ない。保持プレート109は可動体101の移動ストロークに対応する全長を有するので、保持プレート109の肉厚の増加は磁石板ユニット108全体の重量を著しく増加し、特に磁石板ユニット108を装着する固定体100が図略の案内機構に案内されて図略のリニアモータにより駆動される可動要素となる場合では、固定体100の高速送り制御上で問題となる。
【0012】
従って、本発明の主たる目的は、コイルユニットが発生する磁力パワーを低下せずにコイルユニットの全長を均一に冷却できるようにすることである。
本発明の他の目的は、コイルユニットの駆動方向及びこれを横切る方向の全領域における流路パターンを任意かつ容易に変更できるようにすることである。
本発明の付随的な目的は、磁石板ユニットの重量を増加させずに磁石板ユニットからの熱がこのユニットを装着する取付体に伝播されるのを防止することである。
【0013】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記した従来装置の課題および本発明の目的は、下記のように構成される手段により解決され達成される。請求項1に係わる発明においては、電磁コイルを巻装したコア部材の取付面に流路形成手段を設ける。流路形成手段は、前記取付面上でこの取付面の長手方向に所定間隔を有して取り付けられた複数のブロック要素を含み、これらブロック要素の各々が、前記長手方向を横切る方向に延びて形成され前記長手方向に向いた両面に一対のポートを開口するU字状流路と、このU字状流路の折り返し部の近辺で前記長手方向に延びて形成され前記両面に他の一対のポートを開口する直線流路とを有し、また前記流路形成手段は隣接する前記ブロック要素の相対向する面に開口する前記ポート同士を接続する複数のジョイント要素をさらに含み、各ブロック要素をその前記U字状流路の折り返し部が前記取付面の何れの長辺側に向くように配置した場合でも前記ジョイント要素により各ブロック要素の前記ポートを隣接するブロック要素の前記ポートと接続可能とした。
【0014】
この構成により、請求項1の発明によれば、電磁コイルのコア部材をその長手方向の全長に亘りかつ長手方向を横切る方向にも略均一に冷却できる効果が奏せられる。しかも、複数のブロック要素の向き、つまりU字状流路の折り返し部が向く方向を任意に組み合わせることにより、コア部材の長手方向に沿って流される冷却流体の種々の流路パターン(例えば、図8参照)を形成でき、電磁コイルの発熱特性あるいはこれと組み合わされる構造体の冷却特性に最適な流路パターンを選定して使用できる。
【0017】
請求項2に記載の発明は、上述した請求項1の構成を有する冷却装置を、駆動方向に相対移動する第1部材と第2部材の対向面にそれぞれ取り付けられる磁石板ユニット及び電磁コイルユニットを備えたリニアモータの電磁コイルユニットを冷却するようにそれぞれ適用する。リニアモータの電磁コイルユニットの冷却に適用することにより、請求項2に記載の発明によれば、請求項1の発明が奏する効果に加えて、このリニアモータをそれらの対向面間に備える相対移動可能な第1及び第2部材の熱変形を最小にでき、これら部材が工作機械の構成部材である場合には、高い加工精度を保証する効果が奏せられる。
【0018】
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、流路形成手段を構成する複数のブロック要素の各々にU字状流路の一対のポート及び直線流路の一対のポートを対称的に形成し、複数のブロック要素をこれらのU字状流路の向きが交互に逆向きとなるように配置する。このように構成することにより、請求項3の発明によれば、リニアモータのコイルユニットをその長手方向の全長に亘りかつ長手方向を横切る方向にも略均一に冷却できる効果が奏せられる。
【0019】
請求項4に記載の発明は、リニアモータの電磁コイルユニットとして、多数のコアプレートが駆動方向を横切る方向に積層される形式のものを使用する。駆動方向を横切る方向に延びる複数の連結部材を駆動方向に所定の間隔を有して配置し、多数のコアプレートを複数の連結部材により一体結合する。前記の複数のブロック要素の各々を隣接する2つの連結部材間に配置する。
【0020】
請求項4の発明によれば、連結部材により多数のコアプレートを強固に一体化された積層体とすることができ、また連結部材間に冷却のための各ブロック要素を配置したので、コアプレートの積層固定構造と冷却のための複数のブロック要素の配置構造とが両立される利点が奏せられる。請求項5に記載の発明は、前記連結部材に取り付けられ複数の押え部材により、各連結部材の両側に配置されたブロック要素を取り外し可能にコアプレートの積層体上に固定するようにし、連結部材を第2部材に固着可能とする。
【0021】
請求項5の発明によれば、連結部材を多数のコアプレートの積層固定手段、ブロック要素の固定手段として機能させることに加えて、例えば工作機械の構造体である第2部材への固定手段として兼用でき、冷却装置を備えるリニアモータのコイルユニットを前記構造体に強固に取付けできる実用上の利点が奏せられる。請求項6に記載の発明は、リニアモータの磁石板ユニットを駆動方向を横切る方向の両端部で駆動方向に延びる一対のスペーサを介して構造体に取付けるようにし、これらスペーサ内に駆動方向に冷却流体を通過させる流路を形成する。
【0022】
請求項6に記載の発明によれば、磁石板ユニットと構造体との間に空間を形成するスペーサ自体に冷却流体の流路を設けてスペーサを冷却するようにしたので、磁石板ユニットの保持プレートの肉厚を増す必要がなく、磁石板ユニットの重量増加が回避され、同時に磁石板ユニットからの構造体への輻射による熱伝達及びスペーサから構造体への伝導による熱伝達を排除できる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明による冷却装置を備えたリニアモータ及びこのリニアモータを使用する送り機構の一部断面図で、この送り機構10は、第1部材11と、この第1部材11上で一対のガイド機構20により紙面と垂直な第1方向に駆動される第2部材12と、この第2部材12を第1方向に往復駆動するリニアモータLMと、リニアモータLMのコイルユニット30を冷却するコイル冷却装置40と、さらにリニアモータLMの磁石板ユニット60を冷却する磁石冷却装置70とにより構成される。
【0024】
好適には、第1部材11は工作機械のベースで、第2部材12はベース上で移動可能な工具台又はワークテーブルとして構成される。別の形態では、第1部材は工作機械のベース上で図の左右方向である第2方向に移動される中間スライドとして構成される。
一対のガイド機構20は、リニアモータLMを中心として前記第2方向の両側に配置され、前記第1方向に延びるように前記第1部材11上に固定された一対のレール21と、これらレール21にガイドされ第2部材の下面4隅に固着されたベアリングブロック22からなる。各ベアリングブロック22は、対応するガイドレール21上を転動する多数のコロ23を移動方向に循環可能に保持している。各ガイドレール21の左右両側面に形成されたV字溝にコロ23を転動させることにより、各ベアリングブロック22は、上下方向及び左右方向には不動で前記第1方向である前後方向のみ移動可能にガイドレール21に案内されている。
【0025】
リニアモータLMのコイルユニット30は、多数の鋼板製のコアプレート31を第2方向に積層した積層体32を有する。図1のA−A矢視断面である図2にに示すように、積層体32は第1方向に長い櫛状をなし、多数の櫛刃部32aが第1方向に所定間隔で形成され、各櫛刃部32の前後面及び左右面を包囲するようにコイル33が巻装されている。
【0026】
複数の前記コイル33を巻装するコイルユニット30は、上下面を除く4面が合成樹脂で固化された樹脂枠32bで包囲され、この樹脂枠34は第1方向に長く丈の低い直方体形状を呈している。積層体32の上面は、第1方向に長い略長方形の取付面32cとして形成され、この取付面32c上に第1方向に所定間隔を空けて断面矩形の複数の連結部材34が第2方向に横断して配置されている。各連結部材34は、鋼製のもので、多数のコアプレート31と例えば溶接により固着されてこれらコアプレート31を一体化している。
【0027】
積層体32の取付面32c上でかつ前記連結部材34の間には、樹脂枠32bの左右方向幅と等しい長手方向の全長を持つ略直方体状のブロック35がその下面を積層体32の取付面32cに面接触させた状態で配置されている。隣接する連結部材34間に配置される各ブロック35は同一構成のもので、図3及び図4に示すように、一方の短辺側から他方の短辺側に向けて長辺方向に延びるU字状流路36が形成され、他方の短辺側にはこの短辺に沿って直線流路37が形成されている。
【0028】
U字状通路36の折返し部36rは直線流路37に接近する位置まで至り、開放部36fは一方の短辺側でブロック35の長辺側両端面35aに開口する一対のポート36aに連通している。直線流路37は他方の短辺側で長辺側端面35aに開口する他の一対のポート37aに連通している。ブロック35の上面には、後述する押え片の両端が当接する4つの半楕円溝35bが両長辺側に形成されている。ポート36aとボート37aはブロック35の長手方向の中央部に関して対称配置され、4つの半楕円溝35bも同様に対称配置されている。
【0029】
ここで、流路36の形状を定義する「U字状」とは、英文字のUを意味するが、ポート36aの一方から導入され他方から送出される流体の熱を折返し部36rにおいて他方の短辺側にも伝導し、ブロック全体の温度を平均化すると共に直線流路37を通過する流体が冷却する他方の短辺側の温度を一方の短辺側の温度と平均化するような目的を持つ。例えば、英文字のV,W,M等の形状もこの目的に合致し、本実施の態様の説明では、「U字状」なる定義はこのような類似形状も包含する意味で使用される。
【0030】
図5は、前記ブロック35を積層体32上に取り付けた状態で一部を破断して示す平面図で、隣接する2つの連結部材34間に1つのブロック35が配置されている。駆動方向の一方側には給排ブロック41が、他方側には戻しブロック45が配置されている。各ブロック35は、両長辺側の4つの半楕円溝35bにおいて、両側にある連結部材34に皿ネジにより固定された押え片48の端部により下方に押圧され、その下面が積層体32の取付面32cと面接触し、両者間で熱交換作用が行われるようにしている。
【0031】
同様に、給排ブロック41及び戻しブロック45は、一方の長辺側に形成された2つの半楕円溝41b,45bで隣接する連結部材34にネジ止めされた押え片48の端部により下方に押圧されている。押え片48を緩めることにより各ブロック35を取り外し、そのU字状流路36の折返し部36rを図5の上方または下方に選択的に向けるように向きを変更できる。
【0032】
給排ブロック41は、ブロック35のポート36a,37aとそれぞれ整列する穴ピッチの供給路42及び排出路43が一方及び他方の短辺側に形成され、戻しブロック45には両端がブロック35のポート36a,37aとそれぞれ整列する穴ピッチのU字状の戻し路46が形成されている。
図5に示す配置例では、ブロック35は、U字状流路36の折返し部36rを交互に下方及び上方に向けるように配置されている。このような配置は、各ブロック35の一方の短辺側の一対のポート36aと他方の短辺側の他の一対のポート37aとを各ブロック35の長手方向(長辺方向)の中央部を中心とする対称位置に形成しているので、実現される。
【0033】
各ブロック間の流路接続は、図6に示すジョイント50を複数個使用して行われる。このジョイント50は、直線流路51が軸中心を貫通し、外周両端部がOリング52を備える勘合部として形成されている。具体的には、給排ブロック41の供給路42及び排出路43には、ジョイント50の一端が挿入され、これらのジョイント50の他端は左側のブロック35のポート36a及びポート37aに挿入されている。ブロック35とジョイント50は、本発明における流路形成手段を構成している。
【0034】
各連結部材34を間に置く2つのブロック35同士の流路接続は、これらの整列関係にあるポート同士にジョイント50の両端を挿入してなされる。さらに、図5の右端側のブロック35と戻しブロック45との流路接続は、右端の一対のポートと戻しブロック35のU字状戻し路46の両端にジョイント50を挿入してなされる。
【0035】
これにより、図5の配置例では、供給路42から戻し路46へ至る往行流路FDPと戻し路46から排出路43に至る復行流路RTPとは、一方の流路が他方の流路と異なる長手方向位置で相手側の流路に接近する補合的な関係をなしている。なお、戻しブロック45に代えて給排ブロック42と同様な給排ブロックを設け、図5の左側から往行流路FDP導入する冷却液を右側から排出し、同時に右側から復行流路RTP導入する冷却液を左側から排出してもよい。
【0036】
複数の連結部材34は、例えば溶接により積層体32を構成する多数のコアプーレトを一体結合すると共に、押し片48によりブロック35,41,45を積層体上32上に一体結合している。これら連結部材34は、長手方向の3個所にネジ穴が形成され、このネジ穴にねじ込まれるボルト49(図1参照)により可動体12の下面に強固に固着され、これによりコイルユニット30及びコイル冷却装置40を可動体12に装着する手段としても機能している。
【0037】
再び図1を参照すると、磁石板ユニット60は、駆動方向に直列に配置した複数の磁石板装置からなる。各装置は、駆動方向を横切る方向に延びる多数の磁石バー62を駆動方向に所定の間隔で保持プレート61上に配置固定し、磁石バー62の上面及び全側面を合成樹脂で包囲した樹脂枠63を備えてなる。ユニット60は、全体として、可動体12の移動ストロークをカバーするようにコイルユニット30に比べて駆動方向に長い全長を有する。
【0038】
磁石冷却装置70は、保持プレート61の第2方向における両端下面で駆動方向に延びる一対のスペーサ71を有する。図7に示すように、各スペーサ71は、例えばアルミニュウム製の複数のスペーサ要素71a,71bを駆動方向に整列して構成される。前述した磁石板装置は、スペーサ71上で駆動方向に整列して配置され、ボルト72によりスペーサ71と共に第1部材11上に友締めされて固定される。これにより、各保持プレート61の下面と第1部材11の上面との間には、図1に示すように保持プレート61から第1部材11への熱の伝達を阻止しかつ保持プレート61の下面を大気中に露出させる断熱空間Gが形成される。
【0039】
各要素71a,71bには、同心の流路73が形成され、両者の接続部において流路73を接続するジョイント74が設けられる。図7の右端部には、両側の流路73を連絡する戻し管74が設けられる。この戻し管74を除去し、鎖線で示すように各スペーサ71の一方から他方へ或いは時間的に交互に冷却流体を流すようにしてもよい。
【0040】
次に、上記のように構成される実施の形態の動作を説明する。
図略の数値制御装置の制御下にあるリニアモータ駆動回路からの指令によりコイルユニット30のコイル33が通電されるとき、図1において上下方向に磁力が生起され、コイルユニット30と磁石板ユニット60との間に吸引力が生じる。駆動方向に配列された複数のコイル33に付与する電力の通電位相が前記駆動回路により変えられるとき、コイルユニット30に駆動方向の推力が生起され、可動体12がレール21上を走行する。
【0041】
このように複数のコイル33への通電制御が行われる場合、コイル33を保持するコアプレート31の積層体32が発熱する。コイル冷却装置40は、図略の冷却流体供給手段から図5の左端にある給排ブロック41の供給路42へ供給される冷却流体を複数のブロック35を順次通過させて右端にある戻しブロック45へ導き、この戻しブロック45から再び複数のブロック35を順次通過させて給排ブロック41へ戻し、この給排ブロック41の排出路43から図略の冷却流体供給手段へ還流する。
【0042】
この場合、冷却流体は、往行流路FDPを流れる過程で主に図5の左から1番目、3番目、5番目・・・のように奇数番目のブロック35から熱を吸収して徐々に温度上昇し、復行流路RTPを流れる過程で主に図5の右から1番目、3番目、5番目・・・のように奇数番目(左側からの序数では偶数番目)のブロック35から熱を吸収してさらに温度上昇する。
【0043】
従って、これらブロック35と面接触するコイルユニット30の積層体32は、駆動方向(図5の左右方向)の両端部と中央部が略均等に冷却され、積層体32の長手方向の各部位間の冷却アンバランスが排除される。この駆動方向の熱対称性を得るために、好適には、ブロック35の配置数は遇数個とされる。
さらに、図5の左側から奇数番号のブロック35の各々は、往行流路FDPの一部を形成するU字状流路36の折返し部36r が復行流路RTPの一部を形成する直線流路37の近辺まで張り出しているので、これらブロック35全体が均一に冷却され、またブロック自身の長手方向における熱アンバランスも減少される。このような各ブロックにおける熱交換作用は、偶数番目のブロック35についても同様である。
【0044】
コイルユニット30が発生する熱は、上述のようにしてコイルユニット30の駆動方向の全長及びこの駆動方向を横切る左右方向の部位において略均一に吸収され、この結果可動体12が駆動方向の一部において局部的に熱変形することが確実に排除される。この利点は、可動体12が工作機械の主軸ヘッドまたはワークテーブルとして適用される場合では、精密な送り精度を保証すると共に高い加工精度を保証する実用上の効果をもたらす。
【0045】
コイルユニット30への通電は、磁石板ユニット60を発熱させるように作用する。スペーサ71の流路73へも冷却流体が流通され、この冷却流体は磁石板ユニット60から熱を吸収して第1部材11の熱変形を防止する。特に、保持プレート61の下面と第1部材11との間にギャップGが設けられているので、保持プレート61から第1部材11への熱伝導が排除され、保持プレート61の空気冷却効果も確保される。
【0046】
図8は、上述したブロック35の向きを任意に組み合わせることにより構成される各種の冷却流体の流路パターンを示す。図8(A)は、図5のようにブロック35を交互に向きを逆方向として配置した場合のパターンである。
図8(B)は、全てのブロック35のU字状流路36をジョイント50によりシリーズに接続して往行流路FDPを構成し、全てのブロック35の直線流路37をジョイント50によりシリーズに接続して復行流路RTPを構成した場合のパターンで、可動体12が駆動方向を横切る方向に非熱対称特性を持つ場合に適用される。
【0047】
図8(C)は冷却流体により駆動方向の中央部を最初に冷却するように中央部の冷却効果を両端部に比べて高めた場合のパターンで、図8(D)は駆動方向の後半部を先に冷却して前半部と後判部で冷却効果に差を持たせる場合のパターンを示す。これらの流路パターンを構成するブロック35の配置は、可動体12の中央部が両端部に比して放熱効果が悪い場合や、可動体12が駆動方向の前半部と後半部とで放熱効果に非対称特性を有する場合に適用される。
【0048】
本発明の特徴の1つは、押え片48を緩めてブロック35の向きを任意に変えることにより各種の冷却流体の流路パターンを容易に構成できる点にある。
本発明は、上記の実施の形態の説明における随所で記述した変形例の下でも実施できるが、これ以外にも特許請求の範囲の欄における請求項に記載される本発明の精神を逸脱しない範囲内で下記の変更が可能である。
【0049】
(1)図5に示す往行流路FDPと復行流路RTPを補合関係にする冷却流体の流路は、ブロック35,41,45を使用せずに、半割直方体の合わせ面に形成するようにしてもよい。
(2)実施の形態はリニアモータに適用した例を示すが、本発明による冷却装置は通電時に発熱する電磁コイルを備える各種の装置、例えば電磁マグネットチャック装置の冷却装置にも適用できる。
【0050】
(3)ブロック35の各々は、縦と横の長さが異なる直方体状の形状のものとして例示したが、縦横の長さが等しい形状のものでもよく、さらには立方体形状でもよい。また、これらの形状は、幾何学上で定義する厳密な意味での形状である必要はなく、それらに準ずる形状であってもよい。
(4)ガイド機構20は、スベリ機構、静圧軸受機構、半浮上式機構等の各種の案内機構を使用できる。
【0051】
(5)リニアモータLMのコイルユニット30は、実施の形態で例示した構成のもの以外のものも適用できる。この場合、コイルユニット30が1つの平坦面を有するものであれば、この平坦面に本発明による冷却装置を取付けして本発明を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を送り機構のリニアモータに適用した実施の形態の一部断面図。
【図2】図1のA−A矢視断面側面図。
【図3】前記冷却装置の一部を構成するブロックの上面図。
【図4】前記ブロックの側面図。
【図5】前記冷却装置の一部を破断して示す上面図。
【図6】前記冷却装置の一部を構成するジョイントの平面図。
【図7】リニアモータの磁石板ユニットの冷却装置を構成するスペーサの平面図。
【図8(A)〜(D)】前記ブロックを組み合わせて形成される冷却流体の各種流路パターンを説明するチャート。
【図9】従来のリニアモータ冷却装置を示す図。
【図10】別の従来のリニアモータ冷却装置を示す図。
【図11】さらに別の従来のリニアモータ冷却装置を示す図。
【符号の説明】
10・・・送り機構
11・・・固定ベース(第1部材)
12・・・可動体(第2部材)
20・・・ガイド機構
LM・・・リニアモータ
30・・・コイルユニット
33・・・電磁コイル
31・・・コアプレート
32・・・積層体
35・・・ブロック
36・・・U字状流路
37・・・直線流路
50・・・ジョイント
34・・・連結部材
48・・・押え片(固定部材)
60・・・磁石板ユニット
61・・・保持プレート
62・・・磁石バー
71・・・磁石冷却装置
71・・・スペーサ
73・・・冷却流路
G・・・空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for an electromagnetic coil that generates magnetic force and generates heat when energized. Preferably, the present invention relates to an electromagnetic coil unit of a linear motor and a cooling device for a magnet plate unit mounted on one and the other of a first member and a second member that move relative to each other, such as a fixed base and a slide of a machine tool. .
[0002]
[Prior art]
A linear motor used in a machine tool includes an electromagnetic coil unit and a magnet plate unit which are opposed to each other with a minute gap in a direction orthogonal to a driving direction. The electromagnetic coil unit and the magnet plate unit are mounted on one and the other of a fixed body that moves relative to each other in the drive direction and a movable body that is guided in the drive direction on the fixed body and reciprocates on the fixed body. .
[0003]
Usually, a magnet plate unit is laid on a fixed body, and an electromagnetic coil unit is mounted on the movable body. The magnet plate unit is configured by arranging a large number of magnet bars on a holding plate fixed to a fixed body at predetermined intervals in the driving direction so that their longitudinal directions cross the driving direction. The core plate is constituted by a laminated body of core plates obtained by laminating core plates in a direction crossing the driving direction, and a plurality of coils wound on the laminated body in a direction crossing the driving direction at a predetermined interval in the driving direction.
[0004]
In such a linear motor, when the electromagnetic coil unit is energized and the movable body is positioned and fed, the electromagnetic coil unit generates heat, and the generated heat is also radiated to the magnet plate unit. This heat generation is not only a loss of electric energy applied to the linear motor, but also causes thermal deformation of the fixed body and the movable body as the machine tool component due to the heat generation, which causes a reduction in machining accuracy.
[0005]
Therefore, conventionally, a cooling device shown in FIGS. 9 and 10 is attached to this type of linear motor. Each of these drawings is a schematic cross-sectional view of the linear motor when the direction perpendicular to the paper surface is the driving direction of the movable body.
In each figure, 100 is a fixed body with the
[0006]
In the first conventional apparatus shown in FIG. 9, a
[0007]
In the second conventional apparatus shown in FIG. 10, an
A third conventional device disclosed in US Pat. No. 4,839,545 is also known. In this apparatus, as shown in FIG. 11, the laminated
[0008]
In each figure, the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The first conventional apparatus shown in FIG. 9 has a defect that the cooling effect on the laminated
Similarly, the third conventional apparatus shown in FIG. 11 cannot use a thin steel plate as the core plate laminated
[0010]
The second conventional apparatus shown in FIG. 10 uses an
[0011]
In particular, each of the above-described prior arts has a drawback that a significant difference occurs in cooling capacity between the left side which is the inlet side and the right side which is the outlet side of the
Further, regarding the cooling of the
[0012]
Therefore, a main object of the present invention is to enable uniform cooling of the entire length of the coil unit without reducing the magnetic power generated by the coil unit.
Another object of the present invention is to make it possible to arbitrarily and easily change the flow path pattern in the entire region in the driving direction of the coil unit and the direction crossing the coil unit.
An additional object of the present invention is to prevent heat from the magnet plate unit from being transmitted to the mounting body to which the unit is mounted without increasing the weight of the magnet plate unit.
[0013]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The above-described problems of the conventional apparatus and the object of the present invention are solved and achieved by means configured as follows. In the invention according to
[0014]
With this configuration, according to the invention of claim 1ElectricThere is an effect that the core member of the magnetic coil can be cooled substantially uniformly in the longitudinal direction and across the longitudinal direction.In addition, by arbitrarily combining the directions of the plurality of block elements, that is, the direction in which the folded portion of the U-shaped flow path faces, various flow path patterns of the cooling fluid that flows along the longitudinal direction of the core member (for example, FIG. 8), and an optimum flow path pattern can be selected and used for the heat generation characteristics of the electromagnetic coil or the cooling characteristics of the structure combined therewith.
[0017]
Claim 2The invention described inClaim 1The cooling device having the configuration is cooled so as to cool the electromagnetic coil unit of the linear motor provided with the magnet plate unit and the electromagnetic coil unit respectively attached to the opposing surfaces of the first member and the second member that move relative to each other in the driving direction. Apply. By applying to the cooling of the electromagnetic coil unit of the linear motor,Claim 2According to the invention described inClaim 1In addition to the effects of the invention of the present invention, when the linear motor is provided between the opposed surfaces, the first and second members that can be moved relative to each other can be minimized, and these members are constituent members of a machine tool. Has the effect of guaranteeing high machining accuracy.
[0018]
Claim 3The invention described inClaim 2The pair of ports of the U-shaped flow path and the pair of ports of the straight flow path are formed symmetrically in each of the plurality of block elements constituting the flow path forming means. Are arranged so that the directions of the U-shaped flow paths are alternately reversed. By configuring in this way,Claim 3According to this invention, the effect that the coil unit of a linear motor can be cooled substantially uniformly also in the direction which crosses the longitudinal direction over the full length of the longitudinal direction is show | played.
[0019]
Claim 4The invention described in 1 uses a type in which a large number of core plates are stacked in a direction crossing the driving direction as the electromagnetic coil unit of the linear motor. A plurality of connecting members extending in a direction crossing the driving direction are arranged with a predetermined interval in the driving direction, and a large number of core plates are integrally coupled by the plurality of connecting members. Each of the plurality of block elements is disposed between two adjacent connecting members.
[0020]
Claim 4According to the invention, it is possible to form a laminated body in which a large number of core plates are firmly integrated by the connecting members, and because each block element for cooling is arranged between the connecting members, the core plates are laminated and fixed. There is an advantage that the structure and the arrangement structure of a plurality of block elements for cooling are compatible.Claim 5According to the invention, the block elements disposed on both sides of each connecting member are removably fixed on the laminated body of the core plates by a plurality of pressing members attached to the connecting member, and the connecting member is a second member. It can be fixed to the member.
[0021]
Claim 5According to the invention, in addition to the connecting member functioning as a stacking fixing means for a large number of core plates and a fixing means for the block element, for example, it can also be used as a fixing means to the second member that is a structure of a machine tool, There is a practical advantage that the coil unit of the linear motor including the cooling device can be firmly attached to the structure.Claim 6In the invention described in, the magnet plate unit of the linear motor is attached to the structure via a pair of spacers extending in the driving direction at both ends in the direction crossing the driving direction, and the cooling fluid is passed through these spacers in the driving direction. A flow path is formed.
[0022]
Claim 6According to the invention described in the above, since the cooling fluid channel is provided in the spacer itself that forms a space between the magnet plate unit and the structure to cool the spacer, the thickness of the holding plate of the magnet plate unit is reduced. It is not necessary to increase the thickness, and an increase in the weight of the magnet plate unit is avoided, and at the same time, heat transfer due to radiation from the magnet plate unit to the structure and heat transfer due to conduction from the spacer to the structure can be eliminated.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial sectional view of a linear motor provided with a cooling device according to the present invention and a feed mechanism using the linear motor. The feed mechanism 10 includes a
[0024]
Preferably, the
The pair of
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
A substantially
[0028]
The folded
[0029]
Here, the “U-shape” that defines the shape of the
[0030]
FIG. 5 is a plan view showing a partially broken view with the
[0031]
Similarly, the supply / discharge block 41 and the
[0032]
In the supply / discharge block 41, a
In the arrangement example shown in FIG. 5, the
[0033]
The flow path connection between each block is performed using a plurality of
[0034]
The flow path connection between the two
[0035]
Thus, in the arrangement example of FIG. 5, the forward flow path FDP leading from the
[0036]
The plurality of connecting
[0037]
Referring to FIG. 1 again, the
[0038]
The
[0039]
Each
[0040]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
When the
[0041]
Thus, when energization control to the plurality of
[0042]
In this case, the cooling fluid gradually absorbs heat from the odd-numbered
[0043]
Therefore, the
Further, each of the odd-numbered
[0044]
As described above, the heat generated by the
[0045]
The energization of the
[0046]
FIG. 8 shows various cooling fluid flow path patterns configured by arbitrarily combining the orientations of the
In FIG. 8B, the
[0047]
FIG. 8C shows a pattern in which the cooling effect of the central portion is enhanced as compared with both ends so that the central portion in the driving direction is first cooled by the cooling fluid, and FIG. 8D shows the latter half portion in the driving direction. The pattern is shown in the case where the cooling is performed first to give a difference in cooling effect between the first half and the rear half. The arrangement of the
[0048]
One of the features of the present invention is that the flow path patterns of various cooling fluids can be easily configured by loosening the
The present invention can be implemented under various modifications described in the description of the above-described embodiment, but other than this, the scope of the present invention described in the claims in the scope of the claims is not deviated. The following changes are possible.
[0049]
(1) The cooling fluid flow path that complements the forward flow path FDP and the backward flow path RTP shown in FIG. 5 is formed on the mating surface of the cuboid without using the
(2) Although the embodiment shows an example applied to a linear motor, the cooling device according to the present invention can also be applied to various devices including an electromagnetic coil that generates heat when energized, for example, a cooling device for an electromagnetic magnet chuck device.
[0050]
(3) Each of the
(4) The
[0051]
(5) As the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a linear motor of a feed mechanism.
FIG. 2 is a cross-sectional side view taken along the line AA in FIG.
FIG. 3 is a top view of a block constituting a part of the cooling device.
FIG. 4 is a side view of the block.
FIG. 5 is a top view showing a part of the cooling device in a cutaway state.
FIG. 6 is a plan view of a joint constituting a part of the cooling device.
FIG. 7 is a plan view of a spacer constituting a cooling device for a magnet plate unit of a linear motor.
FIGS. 8A to 8D are charts for explaining various flow path patterns of the cooling fluid formed by combining the blocks.
FIG. 9 is a diagram showing a conventional linear motor cooling device.
FIG. 10 is a view showing another conventional linear motor cooling device.
FIG. 11 is a view showing still another conventional linear motor cooling device.
[Explanation of symbols]
10 ... Feed mechanism
11: Fixed base (first member)
12 ... Movable body (second member)
20 ... Guide mechanism
LM ... Linear motor
30 ... Coil unit
33 ... Electromagnetic coil
31 ... Core plate
32 ... Laminated body
35 ... Block
36 ... U-shaped channel
37 ... Straight channel
50 ... Joint
34 ... Connecting member
48 ... Presser piece (fixing member)
60 ... Magnetic plate unit
61 ... Holding plate
62 ... Magnetic bar
71 ... Magnet cooling device
71 ... Spacer
73 ... Cooling channel
G ... space
Claims (6)
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