JP5908819B2

JP5908819B2 - リニアモータ

Info

Publication number: JP5908819B2
Application number: JP2012205393A
Authority: JP
Inventors: 川井　庸市; 庸市川井
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP2014060883A

Description

本発明は、工作機械等の産業機械で使用される、リニアモータに関する。

図３、図４、図５に、下記特許文献１に記載された、３相誘導子形同期リニアモータ１１０を示す。図３は、リニアモータ１１０の上面図、図４は側面断面図、図５は正面断面図である。なお、図３では、可動ステージ板１１２を取り外した状態のリニアモータ１１０が示されている。リニアモータ１１０は、図３に示すＳＩＤＥ−ＡとＳＩＤＥ−ＢのＹ軸方向の磁気吸引力が相殺される、いわゆる磁気吸引力相殺型のリニアモータである。リニアモータ１１０は、固定子１及び可動子２を備える。

固定子１は、間隙を介して対向する一組の誘導子歯３が、可動子２の移動軸（図３のＸ軸方向）に沿って複数配列されている。可動子２は、可動子鉄心６、コイル５及び可動ステージ板１１２を備える。

可動子鉄心６は、固定子１の誘導子歯３とは非接触に、対向する誘導子歯３の間隙に配置される。可動子鉄心６は、ベース部材８、ティース２０，２１，２２を備える。ベース部材８は、移動軸（Ｘ軸）に沿って延設されている。また、ベース部材８は、図５に示すように、可動ステージ板１１２の当接面４５と当接する領域に、ボルト１３が螺入される（ねじ込まれる）ボルト穴が形成されている。

図３に戻り、ティース２０，２１，２２は、それぞれ、対向する固定子１の誘導子歯３に向かって延設されている。また、図４に示すように、各ティース２０，２１，２２の、固定子１の誘導子歯３と向かい合う面には、永久磁石４が、移動軸に沿って、Ｎ極とＳ極交互に取り付けられている。

コイル５は、ティース２０，２１，２２の延設軸（Ｙ軸）回りに、各ティース２０，２１，２２に巻き回されている。

図５に示すように、可動ステージ板１１２は、可動子２の移動軸（Ｘ軸）及びティース２０，２１，２２の延設軸（Ｙ軸）とは垂直なＺ軸方向に沿って、可動子鉄心６のベース部材８に固定される。可動ステージ板１１２は、可動子鉄心６のベース部材８に当接する当接面４５を備える。当接面４５には、ベース部材８のボルト穴に対応するとともに、ボルト１３が螺入されるボルト穴が形成されている。ボルト１３が可動子鉄心６及び可動ステージ板１１２のボルト穴に螺入することで、可動子鉄心６と可動ステージ板１１２とが固定される。可動子２の移動時に発生する推力に耐えられる様に、ボルト１３は強固に締め付けられる。

リニアモータ１１０には、冷却機構が設けられている。可動子２のコイル５に電流が流れると、巻線抵抗により熱が発生する。この熱が可動ステージ板１１２を経由して、可動ステージ板１１２に載置されている図示しない産業機械側に伝わると、熱変位や熱変形を起こし、産業機械の加工精度が低下するおそれがある。このため、図３、図４、図５には、下記特許文献２に開示されているような冷却配管１５を、可動ステージ板１１２に配置している。

可動ステージ板１１２は図５のＺ方向に沿って（上下に）分割される。さらに、それぞれの分割面に、冷却配管１５の挿入溝がそれぞれ形成される。挿入溝は、例えば図３の１６に示すようなＵ字状に形成され、この挿入溝に、やはりＵ字状に形成した冷却配管１５を挟み込んだ後に、ボルト１４等で分割された上下の可動ステージ板１１２を固定する。

また、下記特許文献３では、図５に示すように、コイル５を封止する樹脂２５内に冷却配管１７を埋め込んで、リニアモータ１１０を冷却している。ただし、この冷却配管１７は、コイル５の近傍に配置されているため、コイル５で発生した熱は可動子鉄心６を介して、可動ステージ板１１２に伝わり、産業機械側に伝わってしまう。よって、熱遮断という意味から、冷却配管は可動ステージ板１１２に設置することが好ましい。

特開平１１−０２７９２７号公報特開２００４−３０４９３２号公報特開２００２−４４９２８号公報

ところで、可動子鉄心６と可動ステージ板１１２とを、高い推力に耐えられるように、ボルト１３で強く締め付けると、可動子鉄心６が歪むおそれがある。例えば、可動子鉄心６が複数の電磁鋼板の積層体から構成される場合、ボルト１３の締め付け力によって電磁鋼板が変形し、その結果可動子鉄心６が歪む。そうなると、可動子２の組付け時に、図３のＳＩＤＥ−ＡとＳＩＤＥ−Ｂの固定子１に対するギャップ（間隙）がアンバランス（不揃い）となり、磁気吸引力がＳＩＤＥ−ＡとＳＩＤＥ−Ｂで相殺できなくなる。その結果、テーブルにＹ方向の力が加わって可動子２の直進性が悪化したり、ギャップが変化して所定の推力が得られなくなったりする。さらに電磁鋼板の積層体から構成された可動子鉄心６は、ボルトを締めこんだ後でもボルトが緩みやすいという特徴があり、ボルトが緩んで可動子鉄心６が可動ステージ板１１２からずれてしまうという問題があった。

また、冷却配管１５を配置するために可動ステージ板１１２を上下に分割する場合、冷却配管１５をはめ込むために可動ステージ板１１２に形成される溝の加工を、分割した上下の可動ステージ板１１２それぞれに行う必要があり、コストアップに繋がるという課題があった。

そこで、本発明は、ボルトの締め付け力を従来より緩めても、可動子鉄心と可動ステージとを、従来と同様の結合力で固定するとともに、従来よりも冷却配管を配置するための加工コストを抑制することが可能な、リニアモータを提供することを目的とする。

本発明のリニアモータは、移動軸に沿って配置され間隙を介して対向する固定子と、前記固定子とは非接触に、前記間隙に配置される可動子鉄心であって、前記移動軸に沿って延設されたベース部材と、前記ベース部材から、対向するそれぞれの前記固定子に向かって延設されたティースを備えた可動子鉄心と、前記ティースの延設軸回りに前記ティースに巻き回されたコイルと、前記延設軸及び前記移動軸とは垂直に、前記ベース部材に固定される、可動ステージ板と、を備える可動子と、を備える。前記可動ステージ板は、搬送対象の載置面と、前記載置面に対向する、前記ベース部材への当接面とを備える。前記載置面には、冷却配管が収容されるキャビティが形成される。前記可動ステージ板には、前記キャビティから前記当接面まで貫通する貫通孔が形成される。前記キャビティには樹脂が充填されるとともに前記コイルは前記樹脂に封止され、前記キャビティに充填される樹脂と前記コイルを封止する樹脂が前記貫通孔を介して一体的に成型されることにより、前記可動子鉄心と前記可動ステージ板が固定される。

また、上記発明において、前記ティースは、前記ベース部材の延設方向に沿って複数設けられ、前記可動ステージ板の貫通孔は、隣り合う前記ティースの間隙に配置されることが好適である。

本発明によれば、ボルトの締め付け力を従来より緩めても、可動子鉄心と可動ステージとを、従来と同様の結合力で固定するとともに、冷却配管を配置するための加工コストを従来よりも抑制することが可能となる。

本実施形態に係るリニアモータを例示する正面断面図である。本実施形態に係るリニアモータを例示する側面断面図である。従来のリニアモータの上面図で、可動ステージ板１１２を外した図である。従来のリニアモータの側面断面図である。従来のリニアモータの正面断面図である。

図１には、本実施の形態に係るリニアモータ１００が例示されている。リニアモータ１００は、固定子１及び可動子２を備える。

固定子１は、間隙を介して対向する一組の磁極が、可動子２の移動軸（図１のＸ軸方向）に沿って複数配列されている。固定子１は、固定子支持台１０に取付けられる。固定子支持台１０は固定台１１に固定されており、さらに固定台１１は、図示しない産業機械のベッドに固定される。固定子１は、例えば、磁極である誘導子歯３がプレス加工された電磁鋼板を積層して形成される。

可動子２は、可動ステージ板１２に、図示しない産業機械等の搬送対象を載置するとともに、固定子１との磁気作用によって、当該搬送対象を移動軸に沿って所望の位置に移動させる。可動子２は、可動子鉄心６、コイル５、可動ステージ板１２及び冷却配管１５を備える。

可動子鉄心６は、固定子１の誘導子歯３とは非接触に、対向する誘導子歯３の間隙に配置される。可動子鉄心６は、図３で示したものと略同一の構造を備えており、図１に示すように、ベース部材８及びティース２０，２１，２２を備える。ベース部材８及びティース２０，２１，２２は一体的に形成され、例えば、ベース部材８及びティース２０，２１，２２の形状がプレス加工により打ち抜かれた電磁鋼板を積層することにより、可動子鉄心６が形成される。

ベース部材８は、移動軸（Ｘ軸）に沿って延設されている。また、ベース部材８は、可動ステージ板１２の当接面４５と当接する領域に、ボルト１３が螺入されるボルト穴５８が形成されている。

ティース２０，２１，２２は、それぞれ、ベース部材８から、対向する固定子１の誘導子歯３に向かって延設されている。また、図２に示すように、各ティース２０，２１，２２の、固定子１の誘導子歯３と向かい合う面には、永久磁石４が、移動軸に沿って、Ｎ極とＳ極交互に取り付けられている。

コイル５は、ティース２０，２１，２２の延設軸（図１のＹ軸）回りに、各ティース２０，２１，２２に巻き回されている。コイル５は、例えば３相交流巻線から構成される。また、コイル５は、樹脂２５ａによって全体が封止されている。

３相交流巻線であるコイル５の各相巻線に正弦波電流を流すと、Ｎ極、Ｓ極が交互に並べられた永久磁石４の一方の磁極が強められ、もう一方の磁極が弱められるため、各ティース２０，２１，２２の永久磁石４は、Ｎ極もしくはＳ極どちらか一方の突極のように励磁される。この励磁された永久磁石４と、固定子１の誘導子歯３の間に磁束が生成されることで吸引力が働き、可動子２が、移動方向（Ｘ軸方向）に直線移動する。

図１に戻り、可動ステージ板１２は、可動子２の移動軸（Ｘ軸）及びティース２０，２１，２２の延設軸（Ｙ軸）とは垂直なＺ軸方向に沿って、可動子鉄心６のベース部材８に固定される。可動ステージ板１２は、産業機械等の搬送対象を載置する載置面５２と、載置面５２に対向するとともに、可動子鉄心６のベース部材８に当接する当接面４５を備える。当接面４５には、ベース部材８のボルト穴５８に位置合わせされるとともに、ボルト１３が螺入されるボルト穴６０が形成されている。ボルト１３が可動子鉄心６のボルト穴５８及び可動ステージ板１２のボルト穴６０に螺入することで、可動子鉄心６と可動ステージ板１２とが固定される。なお、後述するように、本実施の形態では、可動子鉄心６及び可動ステージ板１２は、ボルト１３の他にも樹脂２５ａ〜２５ｃによっても固定されることから、ボルト１３の締め付け力を、ボルト１３のみで可動子鉄心６と可動ステージ板１２を固定する場合と比較して緩くしてもよい。このようにしても、ボルト１３のみで可動子鉄心６と可動ステージ板１２を固定する場合と同様の結合力を得ることができる。ボルト１３の締め付け力が緩くなることから、ボルト１３の締め付けに伴う可動子鉄心６の変形が抑制され、その結果、固定子１と可動子２の磁気吸引力の乱れが抑制される。

冷却配管１５は、可動ステージ板１２のキャビティ５４に収容され、コイル５の巻線抵抗により発生する熱を遮断し、可動ステージ板１２に載置されている産業機械のテーブル側に伝達することを防止する。また、冷却配管１５内には、冷却水等の冷媒が供給される。冷却配管１５は、例えば、移動軸に沿って延設される。また、冷却配管１５は、例えば、銅パイプ等の熱伝導性の良い材料で構成される。

可動ステージ板１２の載置面５２には、冷却配管１５が収容されるキャビティ５４が形成されている。キャビティ５４は、例えば、載置面５２の一部を除去して形成される。キャビティ５４は、例えば、移動軸に沿って、載置面５２の対向する２辺に亘って設けられていてよい。また、キャビティ５４には、冷却配管１５の径よりも深く掘られるとともに冷却配管１５が配置される深溝部５４ａと、深溝部５４ａより浅く掘られた浅溝部５４ｂが形成されている。キャビティ５４には、樹脂２５ｂが充填される。後述するように、樹脂２５ｂを充填することで、キャビティ５４が埋められ、載置面５２を一様な平面とすることができる。

さらに、可動ステージ板１２には、キャビティ５４から当接面４５まで貫通する貫通孔４０が形成されている。貫通孔４０は、キャビティ５４に充填された樹脂２５ｂとコイル５を封止する樹脂２５ａとを繋ぐために形成されている。本実施の形態では、キャビティ５４に充填される樹脂２５ｂと前記コイル５を封止する樹脂２５ａが、貫通孔４０を介して一体的に成型される。具体的には、貫通孔４０にも樹脂２５ｃが充填され、コイル５を封止する樹脂２５ａ、キャビティ５４に充填される樹脂２５ｂ及び貫通孔４０に充填される樹脂２５ｃは、一体的に成型される。これにより、可動子鉄心６と可動ステージ板１２が樹脂２５ａ〜２５ｃに固定される。

なお、樹脂２５の充填量が多い方が可動子鉄心６と可動ステージ板１２とを保持する効果が高くなることから、貫通孔４０は、樹脂２５の充填量が相対的に多くなるような箇所に設けられることが好適である。具体的には、図２に示すように、隣り合うティース２０，２１，２２の間隙に貫通孔４０が配置されることが好適である。

次に、キャビティ５４に充填される樹脂２５ｂと前記コイル５を封止する樹脂２５ａを一体的に成型する方法について説明する。まず、可動ステージ板１２のキャビティ５４の深溝部５４ａに冷却配管１５を配置する。次に、可動ステージ板１２の載置面５２に、キャビティ５４を覆うようにして平板を固定する。ここで、載置面５２と当接する平板の面には、離型剤を塗布することが好適である。次に、載置面５２を底面にするように可動子２を位置決めしてＺ方向に貫通した角筒状の型を可動子鉄心６に被せ、コイル５側から樹脂２５を流し込む。コイル５側から流し込まれた樹脂２５は、貫通孔４０を経由してキャビティ５４に充填される。樹脂２５がキャビティ５４に充填されると、次に貫通孔４０に樹脂２５が充填される。さらに樹脂２５はコイル５を封止する。その後、樹脂２５を熱処理等によって硬化させる。これにより、可動子鉄心６と可動ステージ板１２とが樹脂２５により固定される。また、キャビティ５４に充填された樹脂２５が硬化することで、キャビティ５４内の冷却配管１５が固定される。さらに樹脂２５が硬化した後に、載置面５２を覆う平板を外すと、キャビティ５４に充填された樹脂２５によって、載置面５２が平滑面となる。

なお、本実施例は、３相誘導子形同期リニアモータについて説明したが、その他の原理のリニアモータ、例えば上記特許文献２のように、固定子側に永久磁石が配置された表面磁石型リニアモータ等であっても、固定子に対するティース部に巻線を配置した可動子鉄心を、可動ステージ板に固定する構造が同じであれば、同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、可動ステージ板１２の貫通孔４０を２個設けるとともに、図１の断面図に示すように、可動ステージ板１２の中心及びその両脇から可動ステージ板１２の脚部が降りて可動子鉄心６に当接しているが、両脇の脚部は別部品または治具の一部としてもよい。例えば、樹脂２５の成型後に取り外してもよい。

１固定子、２可動子、３誘導子歯、４永久磁石、５コイル、６可動子鉄心、８ベース部材、１０固定子支持台、１１固定台、１２可動ステージ板、１３ボルト、１５冷却配管、２０，２１，２２ティース、２５樹脂、４０貫通孔、４５可動ステージ板の当接面、５２可動ステージ板の載置面、５４キャビティ、５４ａキャビティの深溝部、５４ｂキャビティの浅溝部、５８，６０ボルト穴、１００，１１０リニアモータ。

Claims

移動軸に沿って配置され間隙を介して対向する固定子と、
前記固定子とは非接触に、前記間隙に配置される可動子鉄心であって、前記移動軸に沿って延設されたベース部材と、前記ベース部材から、対向するそれぞれの前記固定子に向かって延設されたティースを備えた可動子鉄心と、前記ティースの延設軸回りに前記ティースに巻き回されたコイルと、前記延設軸及び前記移動軸とは垂直に、前記ベース部材に固定される、可動ステージ板と、を備える可動子と、
を備えた、リニアモータであって、
前記可動ステージ板は、搬送対象の載置面と、前記載置面に対向する、前記ベース部材への当接面とを備え、
前記載置面には、冷却配管が収容されるキャビティが形成され、
前記可動ステージ板には、前記キャビティから前記当接面まで貫通する貫通孔が形成され、
前記キャビティには樹脂が充填されるとともに前記コイルは前記樹脂に封止され、前記キャビティに充填される樹脂と前記コイルを封止する樹脂が前記貫通孔を介して一体的に成型されることにより、前記可動子鉄心と前記可動ステージ板が固定されることを特徴とする、リニアモータ。
請求項１に記載のリニアモータであって、
前記ティースは、前記ベース部材の延設方向に沿って複数設けられ、
前記可動ステージ板の貫通孔は、隣り合う前記ティースの間隙に配置されることを特徴とする、リニアモータ。