JP3835946B2 - Moving coil linear motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向するヨークの間に形成された磁気空間内を可動子コイルが直線移動する形式のリニアモータに関し、可動子コイルの最大電流値の維持および永久磁石の熱減磁抑制により、最大推力を向上させ得る可動コイル形リニアモータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、数10〜100cmといった比較的長いストロークの範囲内で物体の位置決めを行うための駆動装置としては、例えば特公昭58−49100号や実開昭63−93783号によって開示されているような可動コイル形リニアモータが使用されている。この可動コイル形リニアモータについて図8を参照して説明する。先ず、1はヨークであり鉄板のような強磁性材料により、例えばU字あるいは平板を組み立てて門形に形成したものである。2は永久磁石で厚さ方向に着磁し表面にNS磁極が交互に出現するようにヨーク1の長手方向に配設固着し、さらに左右ヨーク1の内側対向面にも磁気空間3を介して永久磁石2の異極同士が対向するように配設されている。4は支持板で前記ヨーク1と同様の強磁性材料からなり前記磁気空間3を確保するためにヨーク1の長手方向両端部に固着したものである。
【0003】
次に、5はコイルとホルダー等を一体に備えた可動子であり前記磁気空間3における磁束と巻線方向が直交するような偏平の多相コイルによって形成している。これは例えば3相コイルを永久磁石2の配設方向に若干量ずらして並べ、磁極の方向を磁界検出素子(MRセンサ)等の手段を介して検出するようになし、単相または3相の正弦波電流を通電して駆動とその方向を切り替えるように構成されている。尚、可動子には図中点線で示すテーブル6等が取り付けられることになり、これの直線移動を利用することになる。
【0004】
以上の構成により、コイル5に電流を流すとコイル5の巻線方向が永久磁石2による磁束と直交しているので、コイル5はフレミングの左手の法則により、ヨーク1の長手方向の駆動力を得ることになり、コイル5を一体に支持している可動子はヨーク1の長手方向に移動する。次にコイル5に前記と逆方向の電流を流すと、コイル5には前記と逆方向の駆動力が作用するから可動子は前記と逆方向に移動する。従って、コイル5への通電とその方向を選択し、且つその位置をMRセンサで検知することにより可動子を所定位置に移動制御させることが出来る。
【0005】
この可動コイル形リニアモータによれば、磁気回路部にセンターヨークがなく、しかも磁気空間内で磁束が複数個の閉ループを構成し、磁路の一部に磁束が集中しないようになっているので、長いストロークの全域に亘って一様な磁束密度を発生させることが出来る。さらに、可動子の質量が小さく、コギングトルクも小さいことから速応性の良好なリニアモータになるという利点を有している。
【0006】
しかしながら、その反面狭い磁気空間内にコイルが多数配置されているため自然対流による熱交換や熱拡散の効率が悪く、しかも発熱源であるコイル5が可動子側に存在するため冷却手段が採りにくいという構造上の問題がある。さらに、コイル5の発熱によりコイル自体の電気抵抗値が上昇しジュール熱損失が増大することから実効電力が減少する。このためコイル5に対する供給電力は、コイル発熱が実用上問題とならない程度の値以下に制限して使用されている。また一方で、対向する永久磁石2にもコイル5からの熱が伝達されて永久磁石2の温度が上昇し熱減磁により発生磁束が減少する。以上のことから発生推力が減少するという性能上の問題がある。
【0007】
そこで、コイルを冷却することが望まれ、例えば実開平4−34878号によれば固定ヨークの側面部に複数個の軸流ファンを設けてコイルを冷却することが提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した実開平4−34878号の冷却手段では、軸流ファンを設けることによってリニアモータの大型化と構造の複雑化を招来する結果となる。通常、可動磁石型リニアモータの場合は、コイル側は動かないので、これを冷却する手段は水冷または空冷のいずれでも比較的効率良く実施可能であるが、可動コイル形リニアモータの場合はコイル側が動くことから効率的な冷却構造をとることは困難であった。従って、可動コイル形リニアモータにあっては冷却手段を備えていないのが実状である。
【0009】
そこで本発明は、上記した後者の従来技術に関与しその問題点を解消するもので、コイルの冷却構造を安価で簡易なものとすると共に効率的な冷却効果が得られるような空冷手段を備えた可動コイル形リニアモータを提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヨークの長手方向に複数個の永久磁石を交互に磁極が異なるように配設し、前記永久磁石の表面に沿って形成された磁気空間内にコイルを備えた可動子を前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けるようにした可動コイル形リニアモータにおいて、前記ヨークの磁石配設面に長手方向に連続した凹溝を形成すると共に、前記永久磁石は凹溝を覆うように所定間隔をあけて配設し、前記凹溝にエアーを供給することによって前記永久磁石の間隙よりエアーを前記磁気空間内に吹き付け、前記コイルを冷却するようにした可動コイル形リニアモータである。
【0011】
本発明は、隣り合う永久磁石との間に所定間隙を設けたことよって、この間隙からエアーを磁気空間内に吹き付けてコイルを効率的に空冷できる。そして、エアー供給通路を凹溝に形成するので、長尺のヨークであっても加工が極めて容易にできヨーク長さに制約を受けない。よって、駆動距離が10cm以上のヨークを有するリニアモータなど、特に長尺のリニアモータに適している。以上によって、可動コイル形リニアモータであっても簡単かつ安価な冷却手段を備えることができ、コイル側の熱損失と磁石側の熱減磁を共に減少させてリニアモータの高推力を達成し、これを維持することができる。
【0012】
また、永久磁石間に間隙を持たせたことは、磁束分布を正弦波化することに作用し、その制御性の向上に寄与する。通常は、隣り合う永久磁石間の所定間隙Lgは、対向する永久磁石間における磁束量を有効に発生させるために交番磁界周期をLmとすると、Lm/3〜Lm/8の範囲内に収まるように設定される。例えば、交番磁界の周期が16〜100mmの場合は、永久磁石間の間隙は4〜25mm程度の範囲に設定される。しかしながら、本発明においては、磁石配設面に形成した凹溝からエアーを吹き出させる構造とするので、冷却の効率も考慮して吹き出し口にノズル機能を持たせるために、Lgは0.05〜5mm程度の範囲内とすることが好ましい。また、上記凹溝は、ヨークや磁石が大型のものになれば複数本設けることが効率的である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施例を示すリニアモータの一部上面図、図2は図1のA−A断面図である。図3は参考例を示すリニアモータの一部上面図、図4は図3のB−B断面図である。図5は図4の変形例を示す要部断面図である。図6は本発明の他の実施例を示すリニアモータの一部上面図である。図7は他の参考例を示すリニアモータの一部上面図である。尚、これらの図は構造の概略を模式的に示す図であり、実際のリニアモータと完全に一致するものではない。また、図8に示す従来と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【0014】
図1、図2に示すように、ヨーク7は、左右に対向配置された、軟鋼のような強磁性材料からなる平板と、同じく平板状の下部ヨーク73とから構成されており、対向するヨーク間で磁石表面に沿って磁気空間3が形成されている。尚、下部ヨークは、対向する平板と一体のものでもまた別体のものでもよい。そしてヨーク7の長手方向の磁石配設面71には、永久磁石、例えばNd−Fe−B系異方性焼結磁石2をその極性が交互に異なるように、かつ対向する永久磁石同士の極性が異なるように配設固着している。磁気空間3内には上述した従来技術と同様に多相コイルからなる可動子5が配置されており、この多相コイルに駆動回路(図示せず)からの正弦波駆動電流を供給して直線移動(紙面上下方向)させるように構成されている。尚、永久磁石2と可動子5との間隔は、例えば0.05〜2mm程度に設定されている。また、永久磁石の材質や可動子の構造は、上記の実施例に限定されるものではない。
【0015】
この実施例では、ヨーク7の磁石配設面71に長手方向に連続した凹溝70が形成されており、この凹溝70はフライス加工により簡単かつ安価に形成することができる。さらにこの凹溝70を覆うように磁石配設面71には永久磁石2を所定間隔をあけて直接接着剤で固着している。このときの永久磁石2の間隔は交番磁界がより完全な正弦波に近づくように選定されることが好ましいが、冷却用エアーを効率的に吹き付けるためには、数mm/10〜数mm程度の大きさのノズル状にすることが好ましい。すなわち、本発明においては、交番磁界の形状と冷却エアーの吹き付け効率を考慮して永久磁石の間隔を選定すればよい。図示していない凹溝70の一端部にはエアー供給口が設けられているので、凹溝70は冷却用エアーの供給通路となる。従って、ヨーク7の一端に設けられたエアー供給口から空圧駆動源やコンプレッサ等によって冷却用エアーを供給すると、凹溝70を通過する間に永久磁石2を背面から冷却すると共に、エアーは各永久磁石間の間隙(開口72)から磁気空間3内に吹き出し可動子5を直接冷却することができる。上記の実施例によれば、下記の参考例のものと較べて冷却用エアーの供給通路を簡単に形成することが可能である。
【0016】
冷却用エアーの供給通路は、図3及び図4に示すように構成することも可能であるが、構造がやや複雑になる。すなわちヨーク8の背面86側に凹溝80を設け、この凹溝80を、シール部材を介してふた部材85で密封してエアー供給通路を形成すると共に、ヨーク8に、凹溝80に連通する連通孔84を設け、連通孔84の開口82が各永久磁石2の間に位置するようにしたものであり、ヨーク8の一端から冷却用エアーを供給すると、密封された凹溝80に連通する連通孔84を通って開口82から磁気空隙3内に冷却エアーが吹き出し可動子5のコイルを直接冷却できるが、上記実施例のものと較べて部品点数が増加する。また、図5に示すように、断面凹状で箱型部材88を溶接などでヨーク8に固着した場合は、上記実施例のものと較べて大型化する。
【0017】
図6は本発明の他の実施例を示すもので、センターヨークを備えた可動コイル形リニアモータに冷却用エアーの供給通路を設けた構造である。すなわち、冷却用エアーの供給通路を構成する凹溝70を、ヨーク9のセンターヨーク側にも設け、しかも凹溝70を並列に2個設けたものであり、ヨーク及び永久磁石が大型化しかつコイルが増加した場合には、このようにして冷却能力を高めてやることが好ましい。
【0018】
なお、図7の参考例は、一対のヨーク9R、9Lのうち、片側のヨーク9Lのみに永久磁石を配設し、かつ両側のヨーク9R、9Lの背面側に凹溝90を設けかつヨークに連通孔94を設けたものであり、コイルに冷却エアーを吹き付けることはできるが、このリニアモータは上記実施例のものよりヨークの構造が複雑となる。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、可動コイル形リニアモータにおいて、ヨークの磁石配設面に長手方向に連続した凹溝を形成すると共に、永久磁石は凹溝を覆うように所定間隔をあけて配設し、凹溝にエアーを供給することによって隣接する永久磁石間の間隙よりエアーを磁気空間内に吹き付け、コイルを冷却するようにしたので、簡単な構造で可動コイルと永久磁石を冷却することができる。したがって、コイルの熱損失と磁石の熱減磁を共に減少させてリニアモータに供給する電流に制限を加える必要がなくなり、高推力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図2】 図1のA−A線断面図である。
【図3】 参考例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図4】 図3のB−B線断面図である。
【図5】 図4の変形例を示す要部断面図である。
【図6】 本発明の他の実施例を示すリニアモータの横断面図である。
【図7】 別の参考例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図8】 従来の可動コイル形リニアモータの一例を示す上面図である。
【符号の説明】
1:ヨーク 2:永久磁石
3:磁気空間 4:支持板
5:可動子 6:テーブル
7、8、9:ヨーク 70、80、90:凹溝
71、81:磁石配設面 72、82:間隙開口
73、83:下部ベース 84、94:連通孔
85:ふた部材 85:凹箱部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a linear motor in which a mover coil linearly moves in a magnetic space formed between opposing yokes, and the maximum current value of the mover coil is maintained and thermal demagnetization of a permanent magnet is suppressed to a maximum. The present invention relates to a moving coil linear motor that can improve thrust.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a driving device for positioning an object within a relatively long stroke range of several tens to 100 cm, for example, a movable device disclosed in Japanese Patent Publication No. 58-49100 and Japanese Utility Model Publication No. 63-93783 is disclosed. A coiled linear motor is used. This moving coil linear motor will be described with reference to FIG. First,
[0003]
In the following, 5 are formed by flat polyphase coil as the magnetic flux and the winding direction of the
[0004]
With the above configuration, when a current is passed through the
[0005]
According to this moving coil type linear motor, there is no center yoke in the magnetic circuit section, and the magnetic flux forms a plurality of closed loops in the magnetic space so that the magnetic flux is not concentrated on a part of the magnetic path. A uniform magnetic flux density can be generated over the entire long stroke. Further, since the mass of the mover is small and the cogging torque is small, there is an advantage that the linear motor has a good speed response.
[0006]
However, on the other hand, since many coils are arranged in a narrow magnetic space, the efficiency of heat exchange and heat diffusion by natural convection is poor, and the
[0007]
Therefore, it is desired to cool the coils, it has been proposed to cool the coil plurality of axial flow fan provided on the side portions of the fixed yoke according, for example, in real-Open No. 4-34878.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the cooling means disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 4-34878 results in an increase in the size and complexity of the linear motor by providing an axial fan. Normally, in the case of a movable magnet type linear motor, the coil side does not move, so the means for cooling this can be carried out relatively efficiently by either water cooling or air cooling. It was difficult to take an efficient cooling structure because it moved. Therefore, the actual condition is that the moving coil linear motor is not provided with a cooling means.
[0009]
Therefore, the present invention relates to the latter prior art described above and solves the problems, and includes an air cooling means that makes the coil cooling structure inexpensive and simple and provides an efficient cooling effect. Another object of the present invention is to provide a moving coil linear motor.
[ 0010 ]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a plurality of permanent magnets are alternately arranged in the longitudinal direction of the yoke so that the magnetic poles are different from each other, and a mover having a coil in a magnetic space formed along the surface of the permanent magnet is provided as the permanent magnet. In the movable coil linear motor that is movably provided in the magnet arranging direction, a concave groove that is continuous in the longitudinal direction is formed on the magnet arranging surface of the yoke, and the permanent magnet covers the concave groove. It is a movable coil type linear motor which is arranged at a predetermined interval and blows air into the magnetic space from the gap of the permanent magnet by supplying air into the concave groove to cool the coil.
[ 0011 ]
In the present invention, by providing a predetermined gap between adjacent permanent magnets, air can be blown into the magnetic space from the gap to efficiently cool the coil. Then, Runode to form the air supply passage into the groove, working even yoke long is not restricted to very easily yoke length. Therefore, it is particularly suitable for a long linear motor such as a linear motor having a yoke with a driving distance of 10 cm or more. By the above, even a movable coil type linear motor can be provided with a simple and inexpensive cooling means, and both the heat loss on the coil side and the thermal demagnetization on the magnet side are reduced to achieve high thrust of the linear motor, This can be maintained .
[ 0012 ]
In addition, having a gap between the permanent magnets acts to make the magnetic flux distribution sinusoidal and contributes to improvement in controllability. Normally, a predetermined gap Lg between adjacent permanent magnets, an alternating magnetic field period When Lm in order to effectively generate a magnetic flux amount between the opposing permanent magnets, to fall within the Lm / 3~Lm / 8 Ru is set to. For example, when the period of the alternating magnetic field is 16 to 100 mm , the gap between the permanent magnets is set to a range of about 4 to 25 mm. However, in the present invention, since a structure in which blown air from the groove formed in the magnet installation surface, in order to provide a nozzle function efficiency balloon consider port of the cooling, Lg is 0.05 it preferably is in the range of about 5mm. Further, the groove may be a yoke and magnets provided a plurality of if those large is efficient.
[ 0013 ]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial top view of a linear motor showing an embodiment of the present invention , and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 3 is a partial top view of a linear motor showing a reference example, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of an essential part showing a modification of FIG. FIG. 6 is a partial top view of a linear motor showing another embodiment of the present invention . FIG. 7 is a partial top view of a linear motor showing another reference example. Incidentally, these figures are a diagram schematically showing a structure schematically, it does not exactly match the actual linear motor. Moreover, about the structure similar to the prior art shown in FIG. 8 , the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[ 0014 ]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[ 0015 ]
In this embodiment,
[ 0016 ]
The cooling air supply passage can be configured as shown in FIGS. 3 and 4 , but the structure is somewhat complicated. That the
[ 0017 ]
Figure 6 shows another embodiment of the present invention, a structure in which a supply passage for the cooling air to the moving coil type linear motor having a center yoke. That is, the
[ 0018 ]
In the reference example of FIG. 7, a permanent magnet is provided only on one yoke 9L of the pair of yokes 9R and 9L , and a
[ 0019 ]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the moving coil type linear motor, the concave groove continuous in the longitudinal direction is formed on the magnet mounting surface of the yoke, and the permanent magnet is arranged at a predetermined interval so as to cover the concave groove. Since air is blown into the magnetic space from the gap between adjacent permanent magnets by supplying air to the groove, the coil is cooled, so the movable coil and permanent magnet can be cooled with a simple structure. Can do. Therefore , it is not necessary to limit the current supplied to the linear motor by reducing both the heat loss of the coil and the thermal demagnetization of the magnet , and high thrust can be obtained .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial top view of a linear motor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a partial top view of a linear motor showing a reference example.
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part showing a modification of FIG . 4 ;
FIG. 6 is a cross-sectional view of a linear motor showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial top view of a linear motor showing another reference example.
FIG. 8 is a top view showing an example of a conventional moving coil linear motor.
[Explanation of symbols]
1: yoke 2: permanent magnet 3: magnetic space 4: support plate 5: mover 6: table 7, 8, 9:
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Applications Claiming Priority (1)
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JP04731099A JP3835946B2 (en) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | Moving coil linear motor |
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Family
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Family Applications (1)
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JP04731099A Expired - Lifetime JP3835946B2 (en) | 1999-02-25 | 1999-02-25 | Moving coil linear motor |
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