JP3838314B2

JP3838314B2 - 可動コイル形リニアモータ

Info

Publication number: JP3838314B2
Application number: JP04731299A
Authority: JP
Inventors: 聡高橋; 正喜武富
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: JP2000245132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向するヨーク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号公報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４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扁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特徴を有している。
【０００６】
しかしながら、その反面狭い磁気空間３内にコイル５が配置されているため自然対流による熱交換や熱放散の効率が悪く、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る、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、可動磁石形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、コイルの空冷構造を安価で簡易なものとすると共に効率的な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、一方のヨークのみに前記永久磁石を配設し、他方のヨークには長手方向に連続して密閉された通路を設け、前記磁気空間と前記通路とを連通する連通孔を形成し、前記通路にエアーを供給することによって前記連通孔を介してエアーを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を対象とするものである。
【００１１】
本発明のリニアモータにおいて、上記通路は、長手方向に連続した凹溝であって、かつこの凹溝を密封閉鎖することによって設けたものである。そして、本発明において、磁気空間内にエアーを吹き付けることにより、コイルを冷却する。
冷却用エアーの通路となる凹溝は、適宜上下に複数本設けることができる。なお、上記において、コイルを冷却すると記しているが、これは少なくともコイルを冷却することを意味し、間接的に永久磁石などの他の部材も冷却することを妨げないものである。
【００１２】
以上によって、対向するヨークのうち永久磁石を配設していない側のヨークから磁気空間内にエアーを吹き付けてコイルを効率的に空冷できる。そして、エアー供給通路を密閉した凹溝として形成しているので、長尺のヨークであっても加工が極めて簡単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。このように、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、これを保持することができる。
【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横断面図である。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の構造とは完全に一致するものではない。また、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において、ヨーク８は軟鋼のような強磁性材料の平板８Ｒ、８Ｌを左右に対向配置し、同じく平板状の底部ヨーク８３とから構成されており、対向するヨーク間で磁石の表面に沿って磁気空間３を構成している。尚、底部ヨーク８３は一体ものでもまた別体を組み立てたものでも良い。そして、左ヨーク８Ｌの長手方向の磁石配設面８１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隣り合って配設固着している。磁気空間３内には上述の従来技術と同様多相コイルからなる可動子５が装置されており、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）させるようにした可動コイル形リニアモータである。尚、永久磁石２と可動子５との間隔は実際は０．０２〜２ｍｍ程度の隙間を保って設けられている。また、永久磁石や可動子の実施態様は上記に限るものではない。
【００１５】
次に、右ヨーク８Ｒの背面８６側に凹溝８０を設け、これにふた部材８５をシール部材を介して密封的に閉鎖してエアー供給通路を構成している。そして、密閉された凹溝状の通路８０と磁気空間との間を連通孔８４で連通している。なお、通路の他の例としては、例えば図３に示すように、断面凹状でヨークの長手方向に沿って伸びる箱形部材８８を溶接などの手段でヨーク８Ｒに密封固着した構造も考えられるが、箱形部材８８がヨーク８Ｒの外周から突出するので、図２に示すものより大形化する。
ヨーク８Ｌの磁石配設面８１には永久磁石２の交番磁界がより完全な正弦波に近づくように永久磁石２を直接固着するのであるが、磁気回路的には弱いのでコイルの巻き方、ヨーク形状、永久磁石の磁力や形状について最適になるように考慮して設定する。
【００１６】
以上によって、ヨーク８Ｒのエアー供給通路８０の一端から装置の空圧駆動源やエアコンプレッサ等によって冷却用エアーを供給すると、密封された凹溝８０のエアー通路と連通孔８４を通って磁気空間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することができる。このとき貫通孔より真横から冷却エアーを可動子に吹き付けるので、長手方向に沿った空気の流れやファンによるものよりも冷却の効率がより向上する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、凹溝をヨークの背面に形成しこの凹溝を塞いで通路となし、さらに連通孔を形成したので、冷却用エアーが磁気空間内に供給され可動コイルを直接冷却するとともに永久磁石の温度上昇を抑えることが出来る。このとき長尺のヨークであってもエアー供給通路の加工が極めて容易かつ安価にできるので、実用上の効果も大である。
したがって、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に供給する電流に制限を加えることなく高推力を達成できる。またリニアモータの適用範囲の拡大が可能となる。
【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断面図である。
【図３】参考例を示すリニアモータの横断面図である。
【図４】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。

Claims

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、一方のヨークのみに前記永久磁石を配設し、他方のヨークの背面に長手方向に連続した凹溝を形成し、この凹溝を密閉封鎖すると共に、前記磁気空間と前記凹溝とを連通する連通孔を形成し、前記凹溝にエアーを供給することによって前記連通孔を介してエアーを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ことを特徴とする可動コイル形リニアモータ。