JP5627339B2

JP5627339B2 - シャフト型リニアモータ

Info

Publication number: JP5627339B2
Application number: JP2010187615A
Authority: JP
Inventors: 文隆前田
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP2012039840A; CN102377287B; CN102377287A

Description

本発明は、パイプ内に複数の磁石を整列させてなるシャフト形状の固定子と、該固定子の周りを周回するように巻回された複数のコイルを有する可動子を備えたシャフト型リニアモータに関するものである。

上記構成のシャフト型リニアモータにおいては、コイルに電流を供給することにより固定子に対して可動子が移動するが、大きな推力を発生させる際にはコイルに大電流が流れるためコイルの発熱量が大きくなる。その結果、コイルから発生した熱が固定子側の磁石に伝わり磁石の温度が高くなる。そうすると、温度上昇により磁石の磁力が低下しモータとしての効率も低下してしまう。このような問題を解決するものとして、引用文献１には、磁石を冷却するための冷媒用流路を備えたシャフト型リニアモータが開示されている。

特開２００３−２０９９６２号公報（図６）

ところで、特許文献１の第５実施例では、固定子表層部および固定子中心部にそれぞれ冷媒の流路を設けている。このうち表層部の冷媒通路は、磁石を内包した円筒状部材の外側を非磁性薄板の丸管で覆い流路を形成している。しかし、このような構成により表層部の冷媒通路を設けると、冷媒流路を設けない場合に比べて磁石からコイルまでの距離が大きくなるため、コイルの位置の磁界が弱まりモータの効率が低下してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、固定子表層部に冷媒流路を設けた場合でも、モータの効率低下を少なくすることが可能なシャフト型リニアモータを提供することにある。

上述の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、パイプ内に複数の磁石を整列させてなるシャフト形状の固定子と、該固定子の周りを周回するように巻回された複数のコイルを有する可動子と、を備えたシャフト型リニアモータであって、前記パイプの内周部と前記磁石の外周部との間に、前記パイプ内周部と前記磁石の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を冷却用流体を流すための冷却用流路としたことを特徴とするシャフト型リニアモータである。

請求項２に係る発明は、前記パイプの内周部の表面を凹凸形状とし、前記空隙は前記パイプ内周部の凹部と前記磁石の外周部とによって形成される空隙であることを特徴とする請求項１に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項３に係る発明は、前記磁石の外周部の表面を凹凸形状とし、前記空隙は前記磁石外周部の凹部と前記パイプの内周部とによって形成される空隙であることを特徴とする請求項１または２に記載のシャフト型リニアモータである。

請求項４に係る発明は、パイプ内に複数の磁石および磁性部材を整列させてなるシャフト形状の固定子と、該固定子の周りを周回するように巻回された複数のコイルを有する可動子と、を備えたシャフト型リニアモータであって、前記パイプの内周部と前記磁石および前記磁性部材の外周部との間に、前記パイプ内周部と前記磁石および前記磁性部材の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を冷却用流体を流すための冷却用流路としたことを特徴とするシャフト型リニアモータである。

請求項５に係る発明は、前記パイプには、該パイプの外周部と前記第１の冷却用流路を連通させた複数の連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシャフト型リニアモータである。

請求項１に係る発明によれば、パイプの内周部と磁石の外周部との間に、パイプ内周部と磁石の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を固定子表層部の冷却用流路としたので、固定子表層部に冷媒流路を設けた場合でも、モータの効率低下を少なくできる。

請求項２に係る発明によれば、パイプの内周部の表面を凹凸形状とし、パイプ内周部の凹部と磁石の外周部とによって空隙を形成したので、該空隙を固定子表層部の冷却用流路として利用できる。

請求項３に係る発明によれば、磁石の外周部の表面を凹凸形状とし、磁石外周部の凹部とパイプの内周部とによって空隙を形成したので、該空隙を固定子表層部の冷却用流路として利用できる。

請求項４に係る発明によれば、パイプの内周部と磁石および磁性部材の外周部との間に、パイプ内周部と磁石および磁性部材の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を固定子表層部の冷却用流路としたので、固定子表層部に冷媒流路を設けた場合でも、モータの効率低下を少なくできる。

請求項５に係る発明によれば、パイプには、該パイプの外周部と固定子表層部の冷却用流路を連通させた複数の連通孔が設けられているので、連通孔から可動子に向けて冷却用流体を吹き付けることができ、固定子を冷却するだけでなく可動子も冷却することができる。

本発明の一実施例であるシャフト型リニアモータの断面図である。図１のＡＡ断面図である。本発明の他の実施例であるシャフト型リニアモータの断面図である。パイプ側に凹凸を設けた例のＡＡ断面図である。パイプ外周部と第１流路を連通させた連通孔をパイプに設けた例のＡＡ断面図である。

以下、本発明の一実施形態であるシャフト型リニアモータについて図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、シャフト型リニアモータ１は、シャフト形状の固定子２と、該シャフト形状の固定子２と同心状に配置された可動子３を備える。

可動子３は、固定子２の周りを周回するように巻回された複数のコイル４を内蔵し、これらコイル４に流す電流を制御することで、磁石５とコイル４の間で推力が発生し可動子３が固定子２に沿って直線移動する。

固定子２は、非磁性体材料からなる円筒状のパイプ６内部に複数の磁石５を整列させてなり、パイプ６の両端とエンドキャップ７、８とを溶接するなどして接合し、内部の磁石５が飛び出さないようにされている。固定子２には冷却用流体の流路として、固定子２の表層部には第１流路１０が、固定子２の中心部には第２流路１１が、それぞれ設けられている。なお、冷却用流体としては、空気等の気体でも良いし、水や油等の液体でも良い。

一方のエンドキャップ７には、冷却用流体を供給するポンプ等の冷却用流体供給装置（図示せず）からの配管が接続される供給口１３が設けられるとともに、供給口１３から第１および第２の流路にそれぞれ連通する供給通路１５が設けられている。また、他方のエンドキャップ８には、固定子２内を通過した冷却用流体を排出する排出口１４が設けられるとともに、第１および第２の流路から連通する排出通路１６が設けられている。

磁石５は概して円筒状をなし、図２に示すように外周面に凸部２０と凹部２１を有するとともに、その中心部に、磁石５の整列方向に貫通する貫通穴を有している。この磁石５外周面の凹部２１とパイプ６の内周部とによって形成された空隙が第１流路１０を構成している。また、磁石５の中心部の貫通穴が第２流路１１を構成している。ここで、第１流路１０を構成するために、固定子２の全長にわたって磁石５同士の凹部２１の回転方向の位相を合わせている。なお、凸部２０とパイプ６の内周部との接触円弧の長さＬ＝Ｌ／２＋Ｌ／２を、パイプの内周部の円周長さに対して５０％未満とすれば、磁石５同士の回転方向の位相を合わせ無くとも、隣り合う磁石の凹部同士の重なり合う部分が生じるので第１流路を確保することができる。

以上の構成によるシャフト型リニアモータ１は、図示しない冷却用流体供給装置から冷却用流体がエンドキャップ７の供給口１３に供給され、さらに、冷却用流体が供給通路１５を通り第１および第２の流路を流れることにより固定子２の磁石５が冷却される。第１の流路については、パイプ６の内周部と磁石５の外周部との間に空隙を設け、該空隙を固定子２表層部の冷却用流路としたので、固定子２表層部に冷媒流路を設けた場合でも、モータの効率低下を少なくできる。

次に第２実施例を説明する。第２実施例のシャフト型リニアモータ１は、図３に示すように固定子２の磁気的特性を改善するために、磁石５と磁石５の間に磁性部材２２が設けられている。本実施例のシャフト型リニアモータ１においても、第１実施例と同様に図２に示すように磁石５の外周面に凸部２０と凹部２１が形成され、その中心部に、磁石５の整列方向に貫通する貫通穴が形成されている。また、磁性部材２２についても磁石５同様図２に示すような断面形状（外周面に凸部２０と凹部２１が形成され、その中心部に、磁石５の整列方向に貫通する貫通穴が形成される）となっている。したがって、本実施例のシャフト型リニアモータ１は、この磁石５および磁性部材２２の外周部の凹部２１とパイプ６の内周部とによって形成された空隙が第１流路１０を構成し、磁石５および磁性部材２２中心部の貫通穴が第２流路１１を構成する。

このように構成された第２実施例のシャフト型リニアモータ１においても、第１の流路については、パイプ６の内周部と磁石５および磁性部材２２の外周部との間に空隙を設け、該空隙を固定子２表層部の冷却用流路としたので、固定子２表層部に冷媒流路を設けた場合でも、モータの効率低下を少なくできる。

なお、第１および第２実施例では、磁石５や磁性部材２２の外周部を凹凸形状にしたが、図４に示すように、パイプ６の内周面に凸部２３と凹部２４を形成して内周部表面を凹凸形状にしても良い。磁石５や磁性部材２２側に凹凸を付けた場合には、第１流路１０を構成するために固定子２の全長にわたって磁石５や磁性部材２２の凹部２１の位相をあわせる手間が必要になるが、パイプ６側に凹凸を設けた場合にはそのような手間が不要となる。

また、磁石５側およびパイプ６側の両方に凹凸を設けても良い。なお、第１流路１０を構成する空隙を設けるために磁石側やパイプ６側に凹凸を設けることは必須ではなく、パイプ６の径に対して磁石５の径を小さめに設定することにより生じた空隙を第１流路１０としてもよい。

さらにいずれの実施例においても、図５（ａ）、（ｂ）に示すようにパイプ６にパイプ６の外周部と第１流路１０を連通させた多数の連通孔２５を設けても良い。このようにすれば、第１流路１０を流れる冷却用流体を連通孔２５から可動子３に向けて吹き付けられるので、固定子だけでなく可動子も同時に冷却することができる。多数の連通孔２５をパイプ６の長手方向にわたって均等に設ければ、可動子が固定子に沿ったどの位置でも、第１流路１０を流れる冷却用流体を連通孔２５から可動子に向けて吹き付けられる。また、連通孔２５の配置を特定の場所に偏らせるようにしても良く、例えば、可動子３の加速頻度の多い位置や、可動子の停止頻度の多い場所に連通孔２５を偏って設けるようにすれば、効率的に可動子を冷却しつつ冷却用流体の消費量を削減することができる。

さらに、本発明は、上記複数の実施例に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施すことができる。

１…シャフト型リニアモータ、２…固定子、３…可動子、４…コイル、５…磁石、６…パイプ、７…エンドキャップ、８…エンドキャップ、１０…第１流路、１１…第２流路、１３…供給口、１４…排出口、１５…供給通路、１６…排出通路、２０，２３…凸部、２１，２４…凹部、２２…磁性部材、２５…連通孔

Claims

パイプ内に複数の磁石を整列させてなるシャフト形状の固定子と、該固定子の周りを周回するように巻回された複数のコイルを有する可動子と、を備えたシャフト型リニアモータであって、
前記パイプの内周部と前記磁石の外周部との間に、前記パイプ内周部と前記磁石の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を冷却用流体を流すための冷却用流路としたことを特徴とするシャフト型リニアモータ。
前記パイプの内周部の表面を凹凸形状とし、前記冷却用流路は前記パイプ内周部の凹部と前記磁石の外周部とによって形成される空隙であることを特徴とする請求項１に記載のシャフト型リニアモータ。
前記磁石の外周部の表面を凹凸形状とし、前記冷却用流路は前記磁石外周部の凹部と前記パイプの内周部とによって形成される空隙であることを特徴とする請求項１または２に記載のシャフト型リニアモータ。
パイプ内に複数の磁石および磁性部材を整列させてなるシャフト形状の固定子と、該固定子の周りを周回するように巻回された複数のコイルを有する可動子と、を備えたシャフト型リニアモータであって、
前記パイプの内周部と前記磁石および前記磁性部材の外周部との間に、前記パイプ内周部と前記磁石および前記磁性部材の外周部とによって形成される空隙を設け、該空隙を冷却用流体を流すための冷却用流路としたことを特徴とするシャフト型リニアモータ。
前記パイプには、該パイプの外周部と前記冷却用流路を連通させた複数の連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のシャフト型リニアモータ。