JP7841867B2 - コアレスリニアモータ、及び可動子 - Google Patents

Description

本発明は、コアレスリニアモータおよび可動子に関する。

コアレスリニアモータは、基本的に、永久磁石を有する固定子とコイルを有する可動子とで構成されている。コアレスリニアモータの形態は、Ｕ字状を有する固定子の溝部内に移動可能に可動子を挿入した形態が一般的である。

コアレスリニアモータは、一般的に搬送装置の高速化を図るため、コイルに流す通電電流が増加する傾向にある。そのため、コイルユニットの発熱量が増加し、周辺部材が熱変形する恐れがある。

特許文献１には、コイルユニットから生じる熱を効率的に放出するために、コイルユニットの表面に冷却フィンを備えたリニアモータが開示されている。特許文献２には、コイルユニットから生じる熱を効率的に放出するために、コイルユニットの周縁に貫通孔を備えたリニアモータが開示されている。

特開２０２０－１７４４２２号公報 特許第６６７７０４８号公報

しかしながら、コアレスコイルを用いたリニアモータの場合、引用文献１に開示されている冷却フィン、引用文献２に開示されている貫通孔では、デッドスペースであるコアレスコイルの中央の空隙を有効活用できない。よって、冷却性能を備えたコアレスリニアモータの小型化を図ることが困難である。

本発明は、冷却性能を備えた小型のコアレスリニアモータを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るコアレスリニアモータは、
固定子と、前記固定子の長手方向に動く可動子とを有するコアレスリニアモータであって、
前記可動子は、巻き回された巻き線の中央に空隙部が設けられたコアレスコイルと、前記コアレスコイルが埋め込まれた樹脂製のコイルモールド部を有し、
前記空隙部に、前記コイルモールド部と一体の放熱部が設けられている。

また、本発明の一側面に係る可動子は、
コアレスリニアモータの長手方向に動く可動子であって、
巻き回された巻き線の中央に空隙部が設けられたコアレスコイルと、
前記コアレスコイルが埋め込まれた樹脂製のコイルモールド部を有し、
前記空隙部に前記コイルモールド部と一体の放熱部が設けられている。

本発明によれば、コアレスコイルの中央の空隙を有効活用することで、冷却性能を備えた小型のコアレスリニアモータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るコアレスリニアモータの斜視図である。 コアレスリニアモータの可動子を示す斜視図である。 可動子を構成するコイルモールド部の正面図である。 図３のＢ－Ｂ断面斜視図である。 他の実施形態に係る、図３のＢ－Ｂ断面斜視図である。 コイルモールド部の製造工程を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係るコアレスリニアモータの一例を示す斜視図である。
図１に示すように、コアレスリニアモータ１は、固定子２と、固定子２に対して相対的に移動可能な可動子３と、を備えている。

固定子２は、ヨーク２１と、ヨーク２１に取り付けられた永久磁石２２と、を有している。ヨーク２１は、平板状に形成された一対の側板ヨーク２１ａ，２１ｂと、一対の側板ヨーク２１ａ，２１ｂを連結する底板ヨーク２１ｃと、で構成されている。ヨーク２１は、金属材料、例えば、鉄等で形成されている。一対の側板ヨーク２１ａ，２１ｂは、互いに対向して配置されている。側板ヨーク２１ａと２１ｂは、固定子２の長手方向（図１において矢印Ａで示す方向）に直交する方向の一方の端部同士が底板ヨーク２１ｃによって連結されている。側板ヨーク２１ａ，２１ｂと底板ヨーク２１ｃとは、例えば、ボルト２３で固定されている。側板ヨーク２１ａ，２１ｂと底板ヨーク２１ｃとが連結されることにより、側板ヨーク２１ａ，２１ｂと底板ヨーク２１ｃとの間には、長手方向Ａに延びる溝部が形成される。ヨーク２１は、長手方向Ａに沿って見たときの形状が略Ｕ字状となるように構成されている。

永久磁石２２は、側板ヨーク２１ａ，２１ｂの対向する面のそれぞれに取り付けられている。永久磁石２２は、極性の異なる永久磁石２２ａと永久磁石２２ｂとを有する。永久磁石２２ａ，２２ｂは、それぞれ底板ヨーク２１ｃから長手方向Ａに直交する方向へ側板ヨーク２１ａ，２１ｂに沿って延びる長細い平板状に形成されている。永久磁石２２ａ，２２ｂは、側板ヨーク２１ａ，２１ｂの対向する面に長手方向Ａへ並列して配列されている。永久磁石２２ａ，２２ｂは、底板ヨーク２１ｃ側の端部が底板ヨーク２１ｃから所定距離だけ離隔した状態で側板ヨーク２１ａ，２１ｂに取り付けられている。このため、側板ヨーク２１ａ，２１ｂの底板ヨーク２１ｃ側には、永久磁石２２ａ，２２ｂが設けられていない領域が存在している。

永久磁石２２ａ，２２ｂは、隣接する磁石同士が互いに極性が異なるとともに、対向する磁石同士も互いに極性が異なるように配列されている。すなわち、図１に示すように、例えば、Ｎ極を有する永久磁石２２ａとＳ極を有する永久磁石２２ｂとが、互いに隣接するとともに、互いに対向するように配列されている。可動子３は、永久磁石２２ａ，２２ｂが取り付けられている側板ヨーク２１ａと２１ｂとの間の溝部２４内を長手方向Ａへ沿って移動する。対向する永久磁石２２ａと２２ｂとの間隔（溝部２４ａの幅）は、当該溝部２４内を移動する可動子３のコイルモールド部３０の厚みよりも僅かに大きくなるように構成されている。また、側板ヨーク２１ａ，２１ｂの底板ヨーク２１ｃ側の永久磁石２２ａ，２２ｂが設けられていない領域の側板ヨーク２１ａと２１ｂとの間隔（溝部２４ｂの幅）は、永久磁石２２ａと２２ｂの厚み分だけ溝部２４ａよりも大きく構成されている。

図２は、可動子３を示す斜視図である。
図２に示すように、可動子３は、コイルモールド部３０と、結線部化粧板５０、動力線ケーブル６０、および放熱部３５と、を有している。

コイルモールド部３０は、複数のコイルを樹脂で一体的にモールドした板状の部材であり、固定子２の永久磁石２２に対向する一対の対向面３７、３８を有している。
結線部化粧板５０は、コイルモールド部３０の長手方向Ａに直交する方向（図２における上下方向）の一方（図２における上方）の端部に取り付けられている。

動力線ケーブル６０は、結線部化粧板５０から突出するように設けられている。動力線ケーブル６０は、コイルモールド部３０のコイルに電力を供給するケーブルである。動力線ケーブル６０には、コイルモールド部３０のコイルにつながる回路結線が接続されている。コイルモールド部３０のコイルにつながる回路結線は、結線部化粧板５０が形成する空間に収納されている。

放熱部３５は、コイルモールド部３０と一体的に、薄板状の樹脂が柵状に設けられることにより形成されている。

可動子３は、結線部化粧板５０が取り付けられていないコイルモールド部３０の部分が固定子２の溝部２４内に配置され、結線部化粧板５０が取り付けられているコイルモールド部３０の部分が固定子２の溝部２４の外に配置される（図１参照）。

図３は、コイルモールド部３０の正面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ断面斜視図である。
図３、４に示すように、コイルモールド部３０は、並列に配列された複数（図示の例では３個）のコイルを樹脂部３１でモールドした矩形状の板状部材であり、並列に配列された複数の放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃを有する。コイルは、空隙部３３を有するコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃで構成されている。３個のコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、可動子３の移動方向（長手方向Ａと同じ方向）に沿って配列されていて、それぞれの空隙部３３には放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃが配置されている。図示の例では、３個のコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルで構成されている。コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃをモールドする樹脂部３１は、コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの空隙部３３内にも流し込まれて、放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃが形成される。

放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、長手方向Ａと垂直な方向Ｙの両端部に位置する一対の放熱ベース部３５Ｂａ，３５Ｂｂ，３５Ｂｃと、方向Ｙに延びる放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃと、を有する。放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃは、一方の対向面３７から他方の対向面３８まで延びていて、それぞれの放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃの空間部分であるスリット部は、一方の対向面３７から他方の対向面３８まで貫通している。このように、放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃが各々のコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの空隙部３３に形成されることで、可動子全体で均一な冷却効果が得られる。

次に、図６を参照して、コイルモールド部３０の製造工程について説明する。
図６のステップＳ１において、コイルモールド部３０を製造するための第一可動金型８０を準備する。第一可動金型８０には、コイルモールド部３０に対応する大きさの凹部８１が形成されている。凹部８１の深さは、コイルモールド部３０の厚みの略半分の深さとなるように形成されている。凹部８１内には、モールドされるコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置を決めるための位置決めブロック８２ａ，８２ｂ，８２ｃが設けられている。位置決めブロック８２ａ，８２ｂ，８２ｃは、長さＬがコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの空隙部３３の長さと対応するように、幅Ｗが空隙部３２の幅と対応するように、厚みＨが凹部８１の深さと同じでコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの厚みの略半分の深さとなるように形成されている。また、凹部８１内には、第一可動金型８０の位置を決めるための位置決め孔８３が設けられている。

図６のステップＳ２において、第一可動金型８０にコアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃをセットする。コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、空隙部３２に第一可動金型８０の位置決めブロック８２ａ，８２ｂ，８２ｃを嵌合させようにしてセットする。

図６のステップＳ３において、コイルモールド部３０を製造するための固定金型９０を準備する。固定金型９０には、コイルモールド部３０に対応する大きさの凹部９１が形成されている。凹部９１の深さは、コイルモールド部３０の厚みの半分よりも僅かに深くなるように形成されている。また、凹部９１内には、放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃを形成するための複数の柵状ブロック８４ａ，８４ｂ，８４ｃ、第一可動金型８０に対する固定金型９０の位置を決めるための位置決めピン９２が設けられている。複数の柵状ブロック８４ａ，８４ｂ，８４ｃの高さは、凹部９１の深さと略同一であり、一方の対向面３７を貫通するスリット部が形成されるように設定されている。位置決めピン９２は、第一可動金型８０の位置決め孔８３と対応するように設けられている。

図６のステップＳ４において、コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃをセットした第一可動金型８０に固定金型９０を取り付ける。第一可動金型８０に対する固定金型９０の取り付けは、第一可動金型８０の位置決め孔８３に固定金型９０の位置決めピン９２を嵌合させて取り付ける。第一可動金型８０に固定金型９０を取り付けた後、一回目の樹脂モールドを行う。一回目の樹脂モールドにより、コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃにおける固定金型９０側の厚み半分の部分が樹脂でモールドされる。

図６のステップＳ５において、一回目の樹脂モールドの後、固定金型９０から第一可動金型８０を取り外す。コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの空隙部３２には、第一可動金型８０の位置決めブロック８２ａ，８２ｂ，８２ｃに対応するスリット部９３が形成されている。

図６のステップＳ６において、コイルモールド部３０を製造するための第二可動金型８５を準備する。第二可動金型８５には、コイルモールド部３０に対応する大きさの凹部８６が形成されている。凹部８６の深さは、コイルモールド部３０の厚みの半分よりも僅かに深くなるように形成されている。凹部８１内には、放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃを形成するための複数の柵状ブロック８８ａ，８８ｂ，８８ｃ、第二可動金型８５の位置を決めるための位置決め孔８７が設けられている。複数の柵状ブロック８８ａ，８８ｂ，８８ｃの高さは、凹部８６の深さと凹部９１の深さの合計と略同一であり、一方の対向面３７と他方の対向面３８を貫通するスリット部が形成されるように設定されている。

図６のステップＳ７において、コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃが取り付けられている状態の固定金型９０に第二可動金型８５を取り付ける。固定金型９０に対する第二可動金型８５の取り付けは、第二可動金型８５の位置決め孔８７に固定金型９０の位置決めピン９２を嵌合させて取り付ける。第二可動金型８５に固定金型９０を取り付けた後、二回目の樹脂モールドを行う。二回目の樹脂モールドにより、コアレスコイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃにおける第二可動金型８５側の厚み半分の部分が樹脂でモールドされる。

図６のステップＳ８において、二回目の樹脂モールドの後、固定金型９０と第二可動金型８５を取り外す。放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃのスリット部が形成されることにより、一方の対向面３７から他方の対向面３８まで延びる放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃが形成されている。
コイルモールド部３０には、固定金型９０の位置決めピン９２が嵌合されることによって形成された位置決め孔３４ａとボルト孔３４ｂが形成されている。
放熱部３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、一対の対向面３７，３８から突き出ていない構造のため、コイルモールド部３０と固定子２のマグネットレールとの間の空気の流路を妨げない。放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃの端部が空気の流路に面するため、冷却効果を向上できる。

なお、上述した実施形態では、放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃは、長手方向Ａと垂直な方向Ｙに延びる構成であるが、長手方向Ａに延びる構成であってもよい。また、放熱フィン３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃは、一方の対向面３７から他方の対向面３８まで貫通しているスリットを有しているが、図５に示すように、一方の対向面３７と他方の対向面３８との中間平面上に板上の中心ベース部３５Ｃａ，３５Ｃｂ，３５Ｃｃを設けて、一方の対向面３７から他方の対向面３８まで非貫通のスリットを有してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

１ コアレスリニアモータ
２ 固定子
３ 可動子
２１ ヨーク
２１ａ，２１ｂ 側板ヨーク
２１ｃ 底板ヨーク
２２（２２ａ，２２ｂ） 永久磁石
２３，４１，５１，７１ ボルト
２４（２４ａ，２４ｂ） 溝部
３０ コイルモールド部
３１ 樹脂部
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ コアレスコイル
３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ） 空隙部
３５（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ） 放熱部
３５Ｂａ，３５Ｂｂ，３５Ｂｃ 放熱ベース部
３５Ｆａ，３５Ｆｂ，３５Ｆｃ 放熱フィン
３７，３８ 対向面
５０ 結線部化粧板
６０ 動力線ケーブル
８４ａ，８４ｂ，８４ｃ 柵状ブロック
８８ａ，８８ｂ，８８ｃ 柵状ブロック

Claims (10)

1. 固定子と、前記固定子の長手方向に動く可動子とを有するコアレスリニアモータであって、
   前記可動子は、巻き回された巻き線の中央に空隙部が設けられたコアレスコイルと、前記コアレスコイルが埋め込まれた樹脂製のコイルモールド部を有し、
   前記空隙部に、前記コイルモールド部と一体の放熱部が設けられており、
   前記放熱部は、前記コイルモールド部と同じ樹脂材料で一体成型されている、コアレスリニアモータ。
2. 前記コイルモールド部は複数の前記コアレスコイルを有し、
   各々の前記コアレスコイルの前記空隙部に、前記放熱部が設けられている、
   請求項１に記載のコアレスリニアモータ。
3. 前記コイルモールド部は、前記固定子の各々のマグネット部に対向する一対の対向面を有し、
   前記放熱部は一対の前記対向面から突き出ていない、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
4. 前記放熱部は複数のフィンを有し、
   互いに隣接する前記フィンの間にスリットが設けられている、請求項１から３の何れか１項に記載のコアレスリニアモータ。
5. 前記コイルモールド部は、前記固定子の各々のマグネット部に対向する一対の対向面を有し、
   前記スリットは、一対の前記対向面を貫通している、請求項４に記載のコアレスリニアモータ。
6. 前記放熱部は、前記長手方向に延びるベース部と、前記ベース部から突出するフィンを有する、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
7. 前記放熱部は前記長手方向に延びるフィンを有する、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
8. 前記放熱部は前記長手方向に直交する方向に延びている、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
9. 前記放熱部は、互いに平行に延びる複数のフィンを有する、請求項４から６の何れか１項に記載のコアレスリニアモータ。
10. コアレスリニアモータの長手方向に動く可動子であって、
    巻き回された巻き線の中央に空隙部が設けられたコアレスコイルと、
    前記コアレスコイルが埋め込まれた樹脂製のコイルモールド部を有し、
    前記空隙部に前記コイルモールド部と一体の放熱部が設けられており、
    前記放熱部は、前記コイルモールド部と同じ樹脂材料で一体成型されている、可動子。