JP6327890B2 - Linear motor armature and cooling pipe fixing method - Google Patents
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Description
本発明は、リニアモータの固定子又は可動子として用いられる電機子と、電機子のコアに冷却管を固定するための方法に関する。 The present invention relates to an armature used as a stator or mover of a linear motor, and a method for fixing a cooling pipe to a core of the armature.
リニアモータに用いられる電機子は、コアと、コアに駆動方向に複数設けられるティース部と、ティース部に巻き回されるコイルを備える。コイルが通電により発熱すると、電機子コアの温度上昇により電機子の性能に悪影響を及ぼしかねない。この対策として、通常、ティース部間に形成されるスロット部には冷却管が配置される(特許文献1参照)。冷却管内に供給される冷媒によりコアが冷却され、その温度上昇が抑えられる。 An armature used for a linear motor includes a core, a plurality of teeth provided on the core in the driving direction, and a coil wound around the teeth. If the coil generates heat when energized, the temperature of the armature core may increase and the performance of the armature may be adversely affected. As a countermeasure, a cooling pipe is usually disposed in a slot portion formed between the tooth portions (see Patent Document 1). The core is cooled by the refrigerant supplied into the cooling pipe, and the temperature rise is suppressed.
冷却管は、一般に、その外周面の平面度(円筒度)を確保し難く、スロット部内での接触面積が管軸方向の位置により変化する。よって、スロット部と冷却管の間で発生する接触熱抵抗が増大し易く、冷却管によるコアの冷却性能の低下を招く。 Generally, it is difficult to ensure the flatness (cylindricity) of the outer peripheral surface of the cooling pipe, and the contact area in the slot portion varies depending on the position in the pipe axis direction. Therefore, the contact thermal resistance generated between the slot portion and the cooling pipe is likely to increase, and the cooling performance of the core by the cooling pipe is reduced.
本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却管によるコアの冷却性能を改善できる技術を提供することにある。 This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the technique which can improve the cooling performance of the core by a cooling pipe.
本発明のある態様は、リニアモータ用電機子に関する。リニアモータ用電機子は、コアと、コアに形成される溝部と、溝部内に配置される冷却管と、溝部内の開口側に配置され、冷却管を溝部の底側に押し込んだ状態で固定される押し込み部材と、を備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention relates to an armature for a linear motor. The armature for the linear motor is arranged in the state where the core, the groove formed in the core, the cooling pipe arranged in the groove, and the opening side in the groove are pushed into the bottom of the groove. And a pushing member to be provided.
本発明の別の態様は、冷却管の固定方法に関する。冷却管の固定方法は、コアと、コアに形成される溝部とを備えるリニアモータ用電機子の溝部内に冷却管を固定するための方法であって、溝部内に冷却管を配置し、溝部の開口側から底側に向けて押し込み部材により冷却管を押し込み、その状態で押し込み部材を固定することを特徴とする。 Another aspect of the present invention relates to a cooling pipe fixing method. A cooling pipe fixing method is a method for fixing a cooling pipe in a groove part of a linear motor armature including a core and a groove part formed in the core, the cooling pipe being disposed in the groove part, and the groove part The cooling pipe is pushed by a pushing member from the opening side to the bottom side of the opening, and the pushing member is fixed in that state.
これら態様によれば、冷却管が押し込み部材により溝部の底側に押し込まれるため、冷却管と溝部の内壁面の接触面積が大きくなる。よって、冷却管と溝部間での接触熱抵抗が低減し、これらの接触部分を通して熱伝達され易くなり、冷却管によるコアの冷却性能が良好となる。 According to these aspects, since the cooling pipe is pushed into the bottom of the groove by the pushing member, the contact area between the cooling pipe and the inner wall surface of the groove becomes large. Therefore, the contact thermal resistance between the cooling pipe and the groove portion is reduced, heat is easily transferred through these contact portions, and the core cooling performance by the cooling pipe is improved.
本発明のある態様によれば、冷却管によるコアの冷却性能を改善できる。 According to an aspect of the present invention, the cooling performance of the core by the cooling pipe can be improved.
(第1の実施の形態)
図1は第1実施形態に係る電機子40が用いられるリニアモータ10を示す。リニアモータ10は、界磁子30と、電機子40を備える。界磁子30が固定子であり、電機子40が可動子である。以下、リニアモータ10の駆動方向を方向Xとし、方向Xの方向軸と垂直な面内において直交する2方向を方向Y、方向Zとして説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a
界磁子30は、界磁子コア31と、複数の磁石33を備える。界磁子コア31は駆動方向Xに延びる直方体状の部材である。各磁石33は永久磁石であるが、電磁石でもよい。各磁石33は、駆動方向Xに異なる磁極(N極、S極)が交互に位置するように設けられる。
The
電機子40は、界磁子30と間隔を空けて配置される。図2は電機子40の分解斜視図を示す。電機子40は、電機子コア41を備える。電機子コア41は、複数の積層体47を積層して構成される。積層体47は電磁鋼板であるが、他の金属板でもよい。また、電機子コア41は焼結フェライト等の焼結体により構成されてもよい。
The
電機子コア41は、駆動方向Xに延びる直方体状のヨーク部42と、ヨーク部42から突出する複数(図示は9個)のティース部43と、ティース部43に対して駆動方向Xの両側に形成される複数(図示は10個)のスロット部45を備える。ティース部43やスロット部45は、界磁子30と対向する電機子コア41の内側部41aに設けられる。また、電機子コア41は、その外側部41bにおいて、駆動方向Xに複数(図示は10個)の溝部51が設けられる。なお、方向Yはティース部43の突出方向に対応し、方向Zは電機子コア41の奥行方向(積層体47の積層方向)に対応する。
The
電機子コア41は、ティース部43とスロット部45が駆動方向Xに交互に設けられる凹凸形状、つまり、櫛歯形状を有する。各ティース部43にはそれぞれコイル49が巻き回され、スロット部45内にはコイル49が配置される。
The
以上のリニアモータ10は、コイル49の通電により生じる磁界と磁石33の磁界との相互作用により電機子40に推力が発生し、駆動方向Xに電機子40が移動する。
In the above
電機子40は、電機子コア41等の他に、冷却管60と、押し込み部材70を更に備える。
The
冷却管60は銅等の金属材料を素材とする。冷却管60は、駆動方向Xに間隔を空けて設けられる複数(図示は10個)のコア冷却部61と、隣り合うコア冷却部61の端部をつなぐ連設部63とを含む。コア冷却部61は溝部51の数に対応した数が設けられる。コア冷却部61の断面は円筒状に形成される。冷却管60は、各コア冷却部61と連設部63とが波状に蛇行するように設けられ、その内側に連続した流路が形成される。この冷却管60は管体を曲げ加工することにより製作される。
The
図3は溝部51内に配置される冷却管60を示す正面断面図である。冷却管60は、図1、図3に示すように、各コア冷却部61が別々の溝部51内に配置され、連設部63が電機子コア41より奥行方向Zの外側に配置される。冷却管60に水等の冷媒を送り込むと、その流路の流入側(図2のP1部)から流出側(図2のP2部)に向かう方向Qに冷媒が流れ、コア冷却部61内の冷媒により電機子コア41が冷却される。
FIG. 3 is a front sectional view showing the
図4は溝部51内に配置される冷却管60を示す拡大側面断面図である。溝部51は、図3、図4に示すように、電機子コア41の奥行方向Zに貫通する。溝部51はティース部43の突出方向Yに開口部53が形成される。溝部51の内壁面55には、底側の溝底面57と、溝底面57から溝部51の開口部53側に延びる一対の溝側面59とが含まれる。
FIG. 4 is an enlarged side sectional view showing the
溝底面57は、溝部51内に配置される冷却管60の外周面の底側部分60aに沿うように、溝部51の底側に凹状に湾曲する形状を有し、その底側部分60aに接触する。冷却管60の底側部分60aは溝部51内の底側の一部を塞ぐように嵌め込まれることになる。各溝側面59は平面状に形成される。
The
押し込み部材70は、溝部51内において冷却管60より開口側に配置される。押し込み部材70は、電機子コア41と同種の金属材料である鋼材により形成される。
The pushing
押し込み部材70は、溝部51の奥行方向Zに長いブロック体として形成され、その溝部51の長さL1と合わせた長さL2、つまり、長さL1と略一致する長さL2を有する。押し込み部材70は、冷却管60の外周面の開口側部分60bと、一対の溝側面59とにより囲まれる箇所を塞ぐように嵌め込まれる中実断面形状を有する。
The pushing
駆動方向X両側にある押し込み部材70の側壁面71は、これと対向する溝部51の溝側面59に沿って接触する。溝部51の底側にある押し込み部材70の底壁面73は、冷却管60の開口側部分60bに沿うように、開口側に凹状に湾曲する形状を有し、その開口側部分60aに沿って接触する。溝部51の開口側にある押し込み部材70の頂面75は、電機子コア41の外側面41cと面一となるように設けられる。
The side wall surfaces 71 of the push-in
押し込み部材70は、冷却管60を溝部51の底側に押し込んでおり、その状態で溶接(溶け込み溶接)により固定される。溶接は、電機子コア41の開口部53の周縁部53bと、これに突き合わせられる押し込み部材70の側端部77に行われる。この溶接により、電機子コア41と押し込み部材70の境界部分に沿って溶接接合部79が形成される。この溶接方法の詳細は後述する。
The pushing
次に、電機子コア41の溝部51内に冷却管60を固定するための方法を説明する。図5は溝部51内に冷却管60や押し込み部材70を配置するときの途中状態を示す。
Next, a method for fixing the cooling
まず、図5(a)に示すように、溝部51内に冷却管60を配置する。冷却管60は、その底側部分60aが溝部51の溝底面57に接触するまで移動させる。
First, as shown in FIG. 5A, the cooling
図5(b)に示すように、押し込み部材70の底壁面73を溝部51の底側に向けて、溝部51内に押し込み部材70を挿入する。このとき、押し込み部材70の各側壁面71を対向する溝部51の溝側面59に接触させた状態で挿入する。これにより、押し込み部材70が溝側面59により案内され、その押し込み作業が容易となる。
As shown in FIG. 5B, the pushing
押し込み部材70は、その底壁面73が冷却管60の開口側部分60bに接触するまで挿入する。ここで、冷却管60は、一般に、その外周面の平面度を確保し難いため、管軸方向(奥行方向Z)の位置により、ティース部43の突出方向Yに曲がるようなうねりが生じ易い。このうねりがあるときでも、冷却管60に接触する押し込み部材70の底側への押し込みにより、冷却管60が変形してうねりが矯正される。図5(c)に示すように、電機子コア41の外側面41cに対して押し込み部材70の頂面75が面一となる位置まで押し込んだら、押し込みを止める。
The pushing
次に、電機子コア41と押し込み部材70を溶接により接合する。溶接は摩擦攪拌接合により行う。図6はこれらを摩擦攪拌接合するときの途中状態を示す。
Next, the
摩擦攪拌接合では、摩擦攪拌工具として回転ツール100を用いる。回転ツール100は、円柱状の本体部101と、本体部101の先端部に設けられるプローブ103を備える。
In the friction stir welding, the
プローブ103を電機子コア41と押し込み部材70の突き合わせ部80に接触させ、プローブ103を回転させながら突き合わせ部80に沿って移動させる。電機子コア41や押し込み部材70とプローブ103の間の摩擦熱により、電機子コア41等のプローブ周辺部分が軟化する。また、プローブ103の回転により軟化部分が攪拌され、電機子コア41等の突き合わせ部80で塑性流動が生じる。プローブ103を奥行方向Zに移動させて軟化部分を通過させると、塑性流動した部分は冷却により固化され、電機子コア41と押し込み部材70の間にこれらを接合する溶接接合部79が形成される。
The probe 103 is brought into contact with the
本実施形態によれば、冷却管60が押し込み部材70により溝部51の底側に押し込まれるため、冷却管60と溝部51の内壁面55が密着するように両者の接触面積が大きくなる。よって、冷却管60と溝部51の間で発生する接触熱抵抗が低減し、これらの接触部分を通して熱伝達され易くなり、冷却管60による電機子コア41の冷却性能が良好となる。
According to this embodiment, since the cooling
また、冷却管60は管体を曲げ加工して製作されるため、曲げ加工時に加わる曲げ力により径方向のうねりが生じ易い。冷却管60のコア冷却部61に突出方向Yの大きいうねりがあると、溝部51の開口部52から冷却管60がはみ出してしまい、電機子40の組み立てが困難になり得る。この場合でも、押し込み部材70の押し込みによりうねりが抑えられ、電機子40の組み立て時の組み立て性が良好になる。
Further, since the cooling
また、冷却管60にうねりがあると、奥行方向Zでの位置により冷却管60と溝部51間での接触熱抵抗が変化するうえ、駆動方向Xの個々のコア冷却部61と溝部51間での接触熱抵抗も変化し得る。この結果、電機子コア41の駆動方向X、奥行方向Zの位置により、冷却管60による冷却性能にばらつきが生じる恐れがある。この点、本実施形態によれば、冷却管60のうねりが抑えられるため、電機子コア41の駆動方向X、奥行方向Zの位置による冷却性能のばらつきを抑えられる。
In addition, when the cooling
また、押し込み部材70は電機子コア41に溶接により接合されるため、押し込み部材70と電機子コア41の接触部分よりも、溶接接合部79を通して熱伝達され易くなる。よって、冷却管60による電機子コア41の冷却性能が良好となる。
In addition, since the pushing
特に、押し込み部材70は電機子コア41に摩擦攪拌接合により接合されるため、以下のメリットがある。摩擦攪拌接合は、接合対象となる母材をその融点未満の温度に加熱して接合する固相接合となる。接合対象となる母材を融点以上に加熱する溶融接合では、母材の金属組織が溶融凝固組織となり、その結晶粒が粗大化するうえ溶質元素の偏析を招く。一方、摩擦攪拌接合では、母材の結晶粒を微細化した状態を保てるうえ、溶質元素の偏析が生じ難く、溶接接合部79での塑性加工性を確保できるメリットがある。また、摩擦攪拌接合では、溶融接合と比較して、溶接接合部79での熱変形量を抑えられ、その接合精度が良好になるメリットがある。また、摩擦攪拌接合では、溶融接合と比較して、消費電力を抑えて小エネルギー化を図れるうえ、その作業に当たり熟練を要しないメリットがある。
In particular, since the pushing
また、押し込み部材70は、冷却管60と溝部51とにより囲まれる箇所を塞ぐように嵌め込まれるため、冷却管60や電機子コア41との接触面積が大きくなる。よって、冷却管60から押し込み部材70を通して電機子コア41に熱伝達され易くなり、冷却管60による冷却性能が良好となる。特に、押し込み部材70は中実断面形状であるため、中空断面形状を有するよりも熱伝導率に優れ、より冷却性能が良好となる。
Moreover, since the pushing
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎない。また、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, embodiment shows only the principle and application of this invention. In the embodiment, many modifications and arrangements can be made without departing from the spirit of the present invention defined in the claims.
上述の実施形態では、本発明に係る電機子40を可動子に適用した例を説明したが、固定子に適用されてもよい。固定子に適用される場合も、電機子40は、界磁子30である可動子と対向する電機子コア41の側部にティース部43が設けられ、そのティース部43にコイル49が巻き回される。
In the above-described embodiment, the example in which the
電機子コア41の溝部51の形状は上述のものに限定されない。また、冷却管60が配置される溝部51は、スロット部45が形成される電機子コア41の内側部41aとは逆側の外側部41bに形成されたが、その溝部51としてスロット部45が用いられてもよい。この場合、溝部51としてのスロット部45の底側に冷却管60が配置され、スロット部45内において冷却管60より開口側に押し込み部材70が配置され、押し込み部材70より開口側にコイル49が配置されてもよい。
The shape of the
冷却管60に複数のコア冷却部61を設け、各コア冷却部61を複数の溝部51内に配置し、単一の冷却管60により一つの電機子コア41を冷却する例を説明した。他の変形例では、複数の溝部51内に別々の冷却管60を配置し、複数の冷却管60により一つの電機子コア41を冷却してもよい。また、コア冷却部61の断面は円筒状に形成されたが、角筒状等に形成されてもよい。
The example which provided the some
押し込み部材70は、中実断面形状ではなく中空断面形状でもよいし、その形状は上述のものに限定されない。
The pushing
押し込み部材70は、摩擦攪拌接合の他に、ろう接、アーク溶接等の融接、スポット溶接等の圧接のように、他の溶接方法により電機子コア41に接合されてもよい。また、押し込み部材70は、溶接の他に、圧入、焼きばめ等の他の接合方法により接合されてもよい。
In addition to friction stir welding, the pushing
10・・・リニアモータ、40・・・電機子、51・・・溝部、55・・・内壁面、60・・・冷却管、70・・・押し込み部材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
コアと、
前記コアに形成される溝部と、
前記溝部内に配置される冷却管と、
前記溝部内の開口側に配置され、前記冷却管を溝部の底側に押し込んだ状態で固定される押し込み部材と、を備え、
前記冷却管の外周面は、前記溝部の開口側にある開口側部分を有し、
前記押し込み部材は、前記冷却管の開口側部分に沿って接触する底壁面を有し、
前記冷却管は、前記押し込み部材により押し込まれることにより、前記溝部の内壁面と密着することを特徴とするリニアモータ用電機子。 An armature for a linear motor,
The core,
A groove formed in the core;
A cooling pipe disposed in the groove;
A pushing member disposed on the opening side in the groove and fixed in a state where the cooling pipe is pushed into the bottom of the groove ,
The outer peripheral surface of the cooling pipe has an opening side portion on the opening side of the groove,
The pushing member has a bottom wall surface that is in contact with the opening side portion of the cooling pipe,
Said cooling tube, said by being pushed by the pushing member, linear motor armature, characterized that you close contact with the inner wall surface of the groove.
前記溝部内に冷却管を配置し、前記溝部の開口側から底側に向けて押し込み部材により冷却管を押し込み、その状態で押し込み部材を固定し、
前記冷却管の外周面は、前記溝部の開口側にある開口側部分を有し、
前記押し込み部材は、前記冷却管の開口側部分に沿って接触する底壁面を有し、
前記冷却管は、前記押し込み部材により押し込まれることにより、前記溝部の内壁面と密着することを特徴とする冷却管の固定方法。 A method for fixing a cooling pipe in a groove portion of a linear motor armature comprising a core and a groove portion formed in the core,
A cooling pipe is disposed in the groove, and the cooling pipe is pushed by a pushing member from the opening side to the bottom side of the groove, and the pushing member is fixed in that state .
The outer peripheral surface of the cooling pipe has an opening side portion on the opening side of the groove,
The pushing member has a bottom wall surface that is in contact with the opening side portion of the cooling pipe,
The cooling pipe fixing method according to claim 1, wherein the cooling pipe is brought into close contact with an inner wall surface of the groove portion by being pushed in by the pushing member .
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