JP3771236B2 - 冷却構造を備えたリニアモータ - Google Patents

Description

本発明は、鉄芯型リニアモータに係り、特に、冷却効率が高く製作が容易にできるよう改良した冷却構造を備えた鉄芯型リニアモータに関するものである。

本発明と関連して米国特許公報第５８５０１１２号（リニアモータの放熱構造）においては、リニアモータから発生する熱が外部へ伝導されることを遮断するためにリニアモータの発熱部であるコアの上段部に一次冷却配管と二次冷却プレートを備えた流体冷却構造と、外部へ発射される残熱を遮断するための熱放射ピンで稼動部を包んだ形態の空冷構造とを備えたリニアモータを提示している。

ところが、上記の技術は次の問題点を持っている。
第一に、上記の流体冷却構造における二次冷却プレートは、金属材の平板にドリルリング加工またはボーリング加工をして冷却流体の循環経路を形成したもので、このようにドリルリング加工またはボーリング加工をして金属材の平板に横の方向へ多数の穴をつくると、機械加工の特性上の問題からチップ（Tip）が破損したり、スピンドル（Spindle）の負荷加重による装備の破損を来たしたりする問題がある。

第二に、実際に加工した二次冷却プレートにおいては、冷却流体の循環のために上記の穴の末端を連結部材と相互連結しているが、それによって製作および設置において付帯費用が上昇するという問題がある。
第三に、上記冷却構造においては、熱放射ピンによってコアから発生する対流熱および輻射熱を遮断する構成であるが、実際には熱放射ピンによって外部装備に直接的に伝達する輻射熱だけが遮断可能であり、稼働子表面に流出する熱量を下げることはできない。従って、稼働子表面に流出する熱は、リニアモータを包んでいる周囲の空気を加熱する。これにより、リニアモータが加熱され、誤作動したり効率が低下する現象が発生する。また、熱放射ピンの設置により装置が肥大化し、実際有用性の側面からも効果が大きくないことが明らかになっている。

本発明においては、コア、コイルおよび上部プレートからなる稼働子と、マグネットおよびマグネット構成板からなる固定子とを備えた鉄芯型リニアモータで、上記コアと上部プレートとの間に下部冷却配管、断熱板および上部冷却配管が順次に積層された形態の冷却構造を備えた鉄芯型リニアモータを提供する。
また、本発明においては、上記冷却構造を備えたリニアモータの稼働子の左右側面に熱遮断板を具備し、側面からの熱の発散を遮断するよう考案したのが特徴である。

本発明の構成によると、リニアモータから発生する熱の周囲への発散を効率的に遮断するだけではなく、簡単な組み立て工程を通じて容易に製造が可能である。

本発明の冷却構造は、従来の冷却構造である一次冷却配管と二次冷却プレートを使用した冷却と違い、上下部冷却配管を使って冷却を行い、それらの間に断熱板を具備している。従って、冷却効率が極大化され、高い推進力と精密度を持つリニアモータを簡単な組み立て工程を通じて製造できる。
また、稼働子の左右側面にも熱遮断板を具備し、放熱する熱が遮断できるよう構成されているために、熱によるリニアモータおよび周りの電子装備の誤作動の誘発を防止できる。

以下、添付された図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の鉄芯型リニアモータの全体構造を現した正断面図である。図１のように、本発明のリニアモータは、横の方向でＮ極とＳ極を隣接するよう配列したマグネット（１３）と、マグネット固定板（１４）から構成された片側式の固定子（３０）と、鉄芯コア（２）と電気が供給される巻きコイル（１）と上部プレート（８）とから構成される稼働子（２０）とを基本構成とし、そのうえ次の冷却構造を具備している。

図２は、本発明の稼働子の冷却構造を現した分解斜視図である。図１と図２を参考にしながら、本発明の稼働子の冷却構造を詳細に説明する。
本発明のリニアモータにおいて、冷却構造は、コア（２）に密着して設置され、リニアモータの主冷却を行う下部冷却配管（４）と、下部冷却配管（４）の残熱を遮断する断熱板（７）と、上部プレート（８）を冷却させる上部冷却配管（５）からなる。冷却構造の構成要素（４，７，５）らは、稼働子のコイルと上部プレートとの間に下部冷却配管−断熱板−上部冷却配管の順で積層された構造を持つ。

断熱板（７）は、テプロン、ウレタン、ゴムなど断熱性の優れた樹脂で製造でき、その厚さは、コアの発熱量や設計のサイズにより多様である。断熱板（７）によって熱の経路を遮断すると、断熱板（７）を境に熱は主に下部の所で残留し、ごく少ない熱だけが断熱板（７）とエポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂とを通じて上部プレートに伝達される。すなわち、断熱板（７）の下部は、発生された大部分の熱が冷却される主冷却領域であり、断熱板（７）の上部は、残熱の冷却が行われる副冷却領域である。

つまり本発明は、主冷却領域となる断熱板（７）の下部に下部冷却配管（４）を具備し、上記残熱の冷却が行われる断熱板（７）の上部には上部冷却配管（５）を具備してある。
本実施形態において、図１および図２のように上下部冷却配管（４，５）を相互交叉する形、すなわち、＃型の格子型で配列することによって、リニアモータの冷却を要する稼働子（２０）の全体面に平均的な冷却効率を提供するように構成されている。

一方、下部冷却配管（４）と接するコア（２）の上部と、上部冷却配管（５）が接する上部プレート（８）の下部とにボーリング加工をしてＵ型溝（２ａ）を形成し、上記Ｕ型溝（２ａ）の内側に上下部冷却配管（４，５）を挿入し固定することによって、機械的強度および空間効率を増大させるだけではなく、冷却を要する部分との接触面積を拡大させ、効率的冷却および安定した固定ができるようにしている。

また、下部冷却配管（４）と上部冷却配管（５）とが配管連結ブロック（６）を通じて相互連通するようにし、その末端には、引き入れポート（９ａ）と排出ポート（９ｂ）とからなるマニホルード（９）を連接している。冷却ユニット（ｕｎｉｔ）から排出される冷却流体は、マニホルード（９）の引き入れポート（９ａ）−上部冷却配管（５）−配管連結ブロック（６）−下部冷却配管（４）−マニホルード（９）の排出ポート（９ｂ）を通じて貯蔵タンクへ回収される経路を循環しながら、リニアモータを冷却する。

上下部冷却配管（４，５）は、冷却流体の冷気と、コア（２）または上部プレート（８）の熱気との間で熱の交換作用が迅速に行われるように、熱の伝導性の高い銅やステンレススチール（ｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ）などで製作することを薦める。
また、冷却流体は、冷却水、冷却油、空気などを用いることが可能であるが、沸騰温度の高い冷却水、冷却油を薦める。

本実施形態において、上記の積層冷却構造を配置した稼働子のコア（２）とプレート（８）との間をＴ型ボルト（３）とナット（１０）を使って固定し、エポキシ（１２）樹脂を使用してモールドし、一体化する。
すなわち、上部プレート（８）と断熱板（７）とに固定孔（１０ａ）を形成し、Ｔ型ボルト（３）、ナット（１０）を固定孔（１０ａ）に挿入して固定する。ところが、このような構造においては、コア（２）と上部プレート（８）とがＴ型ボルト（３）とナット（１０）を通じて相互連接した状態になるため、Ｔ型ボルト（３）とナット（１０）とを通じて熱の伝導現象が発生し、コア（２）の熱が上部プレート（８）に伝導される可能性がある。

これを防止するために、Ｔ型ボルト（３）およびナット（１０）を、断熱材質の素材で製作するか、あるいは外周部分を断熱材質のテープで包むことを薦める。
以上説明した冷却構造においては、コア（２）から発生する熱が上下冷却配管（４、５）によって迅速に冷却されるために、上の部分は、外部からの放熱を防止することができる。しかし、稼働子の側面からの冷却構造を具備していなければ、熱が稼働子の側面から排出されて周りの空気を加熱させ、それによってリニアモータおよび周りの各種の電子装備の誤作動を誘発する場合がありうる。

これを防止するために、本実施形態においては、上記稼働子の左右側面に、上部プレート（８）と連接した熱遮断板（１１）を具備させている。これにより、放熱する熱を遮断すると同時に、上記遮断された熱が熱遮断板（１１）を通じて上部冷却配管（５）の冷気により迅速に冷却されるよう考案されている。熱遮断板（１１）は、熱の伝導性が優れた素材で作る。

本発明の鉄芯型リニアモータの全体構造を現した正断面図である。 本発明の稼働子の冷却構造を現した分解斜視図である。

符号の説明

１ コイル
２ コア
２ａ Ｕ型溝
３ Ｔ型ナット
４ 下部冷却配管
５ 上部冷却配管
６ 配管連結ブロック
７ 断熱板
８ 上部プレート
９ マニホルード
９ａ 引き入れポート
９ｂ 排出ポート
１０ ボルト
１０ａ 固定孔
１１ 熱遮断板
１２ モルタル樹脂
１３ マグネット
１４ マグネット固定板
２０ 稼働子
３０ 固定子

Claims (7)

1. コア、コイルおよび上部プレートからなる稼働子と、マグネットおよびマグネット固定板からなる固定子とを具備した鉄芯型リニアモータであって、
   前記コアと前記上部プレートの間に下部冷却配管、断熱板および上部冷却配管が順次に積層された形態の冷却構造を具備し、
   前記上部冷却配管は、円筒状の配管からなる、
   リニアモータ。
2. 請求項１に記載のリニアモータであって、
   前記上部冷却配管および前記下部冷却配管は、その外周面が前記断熱板に接触している、
   リニアモータ。
3. 請求項２に記載のリニアモータであって、
   前記下部冷却配管と前記上部冷却配管とが、＃字型の格子型で積層される、
   リニアモータ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータであって、
   前記下部冷却配管と前記上部冷却配管とが、別途に製作され、配管連結ブロックを通じて相互連結される、
   リニアモータ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のリニアモータであって、
   前記コアの上段と前記上部プレートの下段とにＵ字型の溝を具備し、前記溝に上記の下部冷却配管と上部冷却配管とを各々挿入する、
   リニアモータ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のリニアモータであって、
   前記コアと前記上部プレートとの間を、断熱性の材質を持つＴ型ボルトおよびナット、あるいは、外周面を断熱性材質のテープで包んだＴ型ボルトおよびナットを使用して固定した、
   リニアモータ。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のリニアモータであって、
   前記稼働子を、エポキシ樹脂でモールドし、一体化した、
   リニアモータ。

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