JPS6318956A - リニアモ−タ用冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気機械製ｊδに関連するものて、さらに詳し
く言えばリニアモータ用冷却装置に関するものである。

〔従来の技術〕

あらゆる電気機械かその材料において抵抗性のうず′Ｉ
′ｉｆ流損による加熱を経験する。そのような加熱は電
気機械か果たし得る最大限の性能を限定する。うず電流
Ｈ１およびそれに付随する加熱は、そのような損を受は
易い部品を薄い、相互に絶縁された層から作ることによ
って軽減される。電流伝停部材における抵抗性加熱はス
ペースか許す限り拡大した導体の直径を使用することに
よって限定される。

本米国特許出願７３ｇ３．３５１号（ｉＶてに許可され
ているが発行されていない）に発表したりニアモータは
、直線方向可動部材に配置された数を少なくした永久磁
１１と相互作用する直線軸に沿って配置された数多くの
電機子巻線を具備することによって、うず電流および抵
抗性加熱の両問題を少なくとも幾分解決する。永久磁石
と共に移動するため取イ４けられた整流子装置は永久磁
石の磁気影響を受ける範囲内にある電Ｒ丁−巻線のみを
生かし、残りの電機ｆ巻線はタヒな゛せたままにしてお
く。リニアモータか永久磁石を含んている可動部材の長
さに匹敵する電機子をイｊする場合、可動部材が概ね一
定した動作状態にある場合、うず電流および抵抗性加熱
が生ずる区域は直線軸に沿って絶えず移動する。′Ｉ′
「種子の死んでいる部分は従って、放射的、対流的冷却
によって熱を空気中に放出する実質トの機会を提供する
。

リニアモータか可動部材の長さにほぼ近い長さの電機ｔ
を存する場合、あるいはりニアモータの動作条件か、実
質上の力を加え続けている間はぼ同し位置に可動部材を
保持する場合、生かされた電機子は耐え得る限度を越え
た熱の上昇を経験するかも知れない。作動せずに実質上
の力を発生させる一般的な方法には、リニモータが運動
を駆り立てようと試みる拘束された負荷か含まれる。大
体において、従来型の巻線はおよそ３００°Ｆまでの温
度に耐えることができる。

〔発明か解決しようとする問題点〕

巻線に含まれる導体を通る電流によって生ずる抵抗性加
熱およびスロット付構造物に生ずるうず電流加熱の内、
巻線の直線走行部ではその場所から芦を放出１−る機会
かほとんどないので、リニアモータか作動１１目ｊヒな
最大持続時間は突起間のすき間の直線走行部から一２故
できる熱のｈｌによって制限される。

〔問題点を解決するための１段〕 先行技術の欠点を克服するりニアモータ用冷却装置を提
供することが本発明の１つの目的である。

冷却剤を搬送するチューブか、電機子巻線およびスロッ
ト付構造物から熱を吸収するために隣接する由の間にコ
ースを決められているスロット付電機子を具備する形式
のりニアモータ用冷却装置を提供することか本発明のも
う１つの目的である。

電機子の隣接する歯の間のすき＃ｊＪ内に嵌合ざｊｔた
Ｓ形冷却用チューブを採用し、少なくとも１回′Ｉ′を
種子の長さに沿って冷却剤を通過させるリニアモータの
電機子用の一方向性Ｓ形冷却装置を提供することが本発
明のざらにもう１つの目的である。

電機子の隣接する歯の間のすき回内に嵌合されたＳ形冷
却用チューブを採用し、電機子の長さに沿った第１方向
に冷却剤を通過させ、次に電機子の長さに沿った逆の方
向に通過させるリニアモータの′１−に様子用の送り・
戻り型Ｓ形冷却装置を提供することが本発明のさらにも
う１つの目的である。

梯形冷却機構が電機子の隣接する尚の間に位置決めされ
たほぼ一゛に行な複数個の冷却用チューブを含み、電機
子の一方側にある人「１ヘツダと電機γ−の他方側の出
［１ヘツダの間で冷却剤を通過させる形のりニアモータ
の電機ｒ−川の冷却装置を提供することか本発明のざら
もう１つの目的である。

要約すると、本発明はりニアモータのスロット付電機Ｙ
−の突起間のすき回内に嵌合された冷却用チューブを採
用しているリニアモータ用冷却装置を提供するものであ
る。本発明の第１実施態扛では、冷却剤の流れは人［１
ヘツダを出口ヘッダに接続させている複数個の冷却用チ
ューブを通って平行に通過する。外部の流れは開放式、
閉鎖式のいず打てもよい。本発明の第２実施態様では、
Ｓ形冷却装置かスロット付電機子の一方端から他方端へ
端と端を接続した冷却用チューブを通り連続的に冷却剤
を通ず。ｂう１つの実ｈｆｓ態様では、Ｓ形の流わが送
り・戻り式になっている。

本発明の実施態様に従って、スロット付電機子をイｆす
る巻線形固定子を含むリニアモータにおいて、補記スロ
ット付電機子は、ベース部および複数個の歯を含み、ｎ
ｅｔ記複数個の歯の隣接する両市の突起間には、すき間
を有し、＠記すき回内には複数個の巻線の一部分か配置
され、第１．第２のすき回内には首記スロット付電機ｆ
の一方側から他方側へ通じる少なくとも第１．第２の冷
却用チューブか配置され、前記第１．第２の冷却用チュ
ーブに冷却剤を供給する供給機構を備えるリニアモータ
用冷却装置か提供される。

本発明の上記、およびその他の目的、特徴および利点は
添付図面と合わせて下記説明を読むことによって明白に
なると思われるか、図面では同一要素は同一照合番号て
示しである。

〔作用〕

リニアモータのスロット付電機子の突起間のすき間に嵌
合された冷却用チューブに冷却剤を通過させ、すき開山
の巻線の直線走行部およびスロット付電機子から発生す
る熱を吸収させる。

Ｃ実施例〕 第１図を参照すると、本発明による冷却方式が特別に適
合されているリニアモータが概ね１０で示されている。

０字形溝１２は、例えば位置調整テーブル（図示されて
いない）内の面のような取付は面１４上に取付けられて
いる。巻線形固定子１６はＵ字形溝内に配置されている
。可動要素１８はその下部面が巻線形Ｌ４定γ−１６の
上？；Ｉ５而２０に而する形に配置されている。

可動要素１８を支えることの池に、両頭矢印２２で示さ
れるような０字形溝１２および巻線形固定子１６の軸に
平行な直線軸に沿って同要素を動かすこともできる例え
ば位置調整テーブルの如き従来型の機構（図示されてい
ない）によって、可動要素１８け上部面２０に接触せず
接近している下部面により適所に支えられている。

第２図を参照すると、０字形溝１２を内部の詳細かよく
見えるように除去しである巻線形固定ｒ１６および可動
要、Ａ１８の−・部分の側面図が示ざわている。巻線１
ｔユ固定子１６は複数個の相互に絶縁された薄層（その
中の１つの側面か図示されている）によって従来式の方
法で作り上げたスロット付電機子２４を含む。スロット
付電機子２４は１材２８の各々隣接する対の間に配置さ
れた突起間のずさ間３０を備えた複数個の歯２８を有す
るベース２６を含む。複数個の巻線３２は、直線走行部
（図示ざわていないンがそれぞれのすきｌ１１３０に沿
って通り、末端屈曲部３４は直線走行部を相互接続する
形でベース２６に巻かれている。

可動要素１８は、巻線形固定子１６に面している交番磁
極を有する複数個の永久磁石３８が下側に固着している
キャリア３６を含んでいる。

キャリア３６は、例えば可動要素１８支えるほかに同要
素を直線軸に沿って運動するよう案内する位置５３１整
テーブルのテーブルの如き適当な案内装置に固着されて
いる。参考ずへき私の先行特許に詳しく説明した通り、
如何なる取付は負イゴでも同様に、希望する力で希望す
る方向に、連続的にかつ可動要素１８を押しやるのに有
効な大きさで動力が巻線３２に供給される。

本発明の図解による実施態様には、三相制御装置によっ
て使用するためにアレンジされた１組の３木の巻線３２
しか含まれていない。当業者はこれ以上の組の巻線を提
示するのが望ましいと考えると、巴わわるか、表示−を
明確にするために図面から削除したものである。

リニアモータｌＯによって作り出される力はさ線３２に
含まれる導体を通る′電流に関連性かある。増加電流は
スロット付電機子２４に増加したうず電流加熱を生じ５
巻線３２には抵抗性の加熱を生ずる。抵抗性の加熱は、
各突起間のすき１７ｉ３０内にある巻線３２の直線走行
部では、その場所から熱を放出する機会がほとんどない
のて、特に厳しい。従って、リニアモータ１０が作動可
能な最大持続時間は、すき間３０内の直線走行部から発
散できる熱の；ｉによって限定される。

第３図を参照すると、少なくともいくつかの突起間のす
き間３０の底部に設置された冷却用チューブ含むこと以
外は第２図に示されたものと同様なスロット付電機子２
４を巻線形固定子が含んでいるリニアモータ４０の一部
分が示されている。冷却用チューブ４４内を流れている
、例えば使い紡いガスまたは液体の冷却剤流体は突起間
のすきｔ１η３０の中の巻線３２の直線走行部およびス
ロット付電機子２４から熱を吸収する。吸収された熱は
中の電流の所定値に対し、巻線３２か被る温度上ｙ／を
低減させ、それによって電流を高めさせ、その結果とし
て、巻線形固定子４２および特に巻線３２が耐えること
のり能な最高温度を越えない範囲で強力な力を生ずるこ
とになる。

スロット付電機−ｆ−２４か破線で示しである第４図を
参照すると、梯状冷却装置４６は各々のすき間３０内に
配置されだすへての冷却用チューブ４４に使い幼い何ら
かの供給源から受は入れた冷却剤の流れを平行的に接続
し”Ｃいる人口ヘッダ−４８を含む。冷却剤は冷却用チ
ューブ４４を通過し、冷却剤を吐出する出「１ヘツダー
へと流れる。梯状冷却装置４６への外部の冷却剤の流わ
は（図示されていない）例えば水のような新鮮な冷却剤
が供給源から継続的に確保され、吐出した冷却剤は排水
系へ放出される形の開放式にすることかてきる。

あるいはまた、外部の流れを、冷却用チューブ４４によ
って吸収された熱の少なくともいくらかか冷却剤を人口
ヘッダ４８へ戻す而に冷却剤から除去される形の閉鎖式
にすることもできる。閉鎖式の１つの実施態様では、熱
交換器（図示されていない）が吸収された熱を外部の媒
体へ移す。このような閉鎖式の一例として、周辺の空気
の流れか通過する熱交換コイル（図示されていない）を
通って流れる水冷却剤が含まれる。閉鎖式のもう１つの
型として、例えばフレオンなどの冷却剤が蒸気に膨張さ
れて、冷却用チューブ４４を通過し、人口ヘッダ・−４
８へ戻されるｔ）ηにコンデンサ内で圧縮され、擬、縮
されて液化１−る形の機械約６、ｑ１方式を採り大むる
こともでさる。

全ての冷却用チューブ４４は同寸法で［メ１示されてい
るけれども、必ずしもそっである必要はない。人口ヘッ
ダ４８および出口ヘッダ５０におけるｒ！擦抗力のため
に、吸込口および吐出口から離れた場所よりもそれに近
い場所の方が冷却用チューブ４４を通って多ｊ辻の冷Ｉ
ＪＪ　１ｆｆ１１が流れる傾向かある。この傾向は、梯
状冷却装置４６にｄ）って冷却用チューブ４４の直径を
拡大させて、各冷却用チューブ４４てほぼ等しい熱吸収
能力を達成することによって防ぐことができる。冷却用
チューブ４４の直径を変える代わりに、個々の冷却用チ
ューブ４４への冷却剤の流（１１に影響を及ぼすオリフ
ィスの大きさを変えながら配置することによって同じよ
うな効果を挙げることができる。

リニアモータ４０の実施態様の中にはスロット付′＃「
様子２４のｔめ決められた場所に不均衡な熱Ａｔを集中
できるものもある。例えば、リニアモータ４０は−Ｌ丁
シて本来の位置から始動され１１？る。

始動電流の方が運転７「流よりも数倍も大きいので、本
来の位置近辺で発生する熱量はスロット付電機子２４の
他のどの場所で発生する熱量をはるかに越えたものにな
る。

梯状冷却装置４６には本来の位置近辺で熱吸収能力を増
大させる設備を含むことができる。もし本来の位置か第
４図の上部に示されるスロット付電機子２４の末端部に
配置される場合は、最初の数個のすき間３０の中の冷却
用チューブ４４を拡大された直径で作るか、あるいは２
．３本またはそれ以」二の平行なチューブの直線走行部
で構成することによって、余剰の熱散逸設備をそれを会
費とする位置に配置することができる。

第５図を参照すると、冷却剤か人口チューブ５４から各
々のすき間３０に設置された冷却用チューブ４４を通っ
て、出［１チユーブ５６へと一定方向に流れる一方向性
Ｓ形冷却装置５２を４＋−するスロット付電機子２４が
示されている。隣接冷却用チューブ４４は端チューブ５
８によって接続されている。

先行実施態様におけるように、一方向性Ｓ形冷ＩＩ装置
５２への外部の冷却剤の流わは開放式かあるいは閉鎖式
でよい。

第６図を参照すると、送り・戻り型Ｓ形冷却装置６０は
各すき間３０内に２木の冷却用デユープ４４を使用する
。流出側の冷却用チューブ４４は第５図に示した本発明
の実施態様と同様の方法で人「１チユーブ５４から冷却
剤を受は入れる。戻りループ６２は、ドレンまたは熱交
換器へ導く出口チューブ５６へ冷却剤を戻す冷却用チュ
ーブの戻り側４４へ冷却剤を逆流させる。本発明による
この実施！Ｓ様はスロット付電機子２４に沿った熱分布
の如何にかかわず、はぼ同じン闇度勾配が送り・戻り型
Ｓ形冷Ｈ１装置６０内を流れる冷却剤中に見出されると
いう利点を有する。従って、送り・戻り型Ｓ形冷却装置
６０の熱吸収に対する一方側の計算だけで、リニアモー
タ４０の１を実トの適用範囲を設定するのに有効である
。

数多くの種類のりニアモータにおいて、冷却用チューブ
４４および巻線３２の直線走行部にとって十分なスペー
スか突起間のすき間３０に存在ゴーる。第７図に示され
る本発明の実施態様では、少なくとも幾つかのすき間３
０の底部の中に冷ノ！’Ｉ　Ｊｌ’１チューブ４４か嵌
合されるノツチ６４を工（備することによって冷却用チ
ューブ４４を収容する。余分なスペースを１１：備する
のに加えて、木実ｈＫ悪態様は冷却用チューブ４４とベ
ース２６の間に付加的接触面ｈ７を１（備することによ
り、冷却用チューブ４４自身の巻線３２の直線走行部か
ら熱を吸収する能力を高めることができる。

第７図に示さ才する方法でノツチ６４を採用する代わり
に、冷却用チューブ４４がそこを通って嵌合され得る円
形の孔（図示さねていない）をへ−ス２６に具備するこ
ともできる。同円形孔はスロット付電機子２４を作る薄
層を形成する間に作ることができる 添付図面を参照しながら本発明の好適実施態様について
説明を行なったが、本発明はそれのような実施態様その
ものだけに限定されるものではなく、添付の特許請求の
範囲で限定する本発明の範囲お上び右１神から逸脱する
ものでない限り、当業者によって多様な変更および修＋
ｌＥか行なわれ得るものであることか理解ざわねばなら
ない。

以下に、本発明の上述した好ましい実施のｆＳ様を整理
して別記ｆわば次の通りである。

（１）スロット付７ｔｆ１機ｒ−を有する巻線形固定子
を含むリニアモータにおいて、１）ｒｆ記スロット付電
機ｒは、ベース部および複数個の歯を含み、１１１記複
数個の歯の隣接する両市の突起間には、すき間を存し、
１１η記すき同円には複数個の巻線の一部分か配置され
、第１．第２のすき同円には１ｉη記スロット付電機子
の一方…りから他方側へ通じる少なくとも第１．第２の
冷却用チューブか配置され、前記第１．第２の冷却用チ
ューブに冷却剤を供給する供給機構を備えるリニアモー
タ用冷却装置。

（２）供給機構は少なくとも第１．第２冷却用チユーブ
の全てに）行である前記第１項記載のりニアモータ用冷
却装置。

（３）供給機構は少なくとも第１．第２冷却用チユーブ
の全てに冷却剤を供給する人口ヘッダおよび少なくとも
第１．第２の冷却用チューブの全てから冷却剤を受は入
れる出口ヘッダを含む前記第２項記載のりニアモータ用
冷却装置。

（４）供給機構は少なくとも第１．第２冷却用チユーブ
の少なくとも幾つかに連続的に冷却剤を供給するための
機構を含む前記第１項記載のりニアモータ用冷却装置。

（５）少なくとも第１．第２の冷却用チューブおよび供
給機構か一方向性Ｓ形冷却装置を形成している前記第４
項記載のりニアモータ用冷却装置。

（６）一方向性Ｓ形冷却装置は第１冷却用チユーブから
冷却剤を受は入れ、第２冷却用チユーブへ冷却剤を供給
する少なくとも１つの端チューブを含む前記第５項記載
のりニアモータ用冷却装置。

（７）一方向性Ｓ形冷却装置は第１冷却用チユーブへ冷
却剤を供給する入口チューブおよび第２冷却用チユーブ
から冷却剤を受は入れる出「］チューブを含む１百「２
第６項記載のりニアモータ用冷却装置。

（８）少なくとも第１．第２冷却チユーブおよび供給機
構は送り・戻り型Ｓ形冷却装置を形成する＋ｉｆ記第４
項記・銭のりニアモータ用冷却装置。

（９）送り・戻り型Ｓ形冷却装置は戻りループを含み、
戻りループは該第１冷却用チユーブから冷却剤を受は入
れて第３冷却用チユーブへ冷却剤を供給し、前記第１．
第３冷却用チユーブは第１突起間のすき間に配置され、
それによって第１すき間か送り・戻り式に流れる冷却剤
によって冷却される１ｉ７１記第８項第８のりニアモー
タ用冷却装置。

（１０）第１．第２のすき間は第１２第２冷却用チユー
ブをそれぞ、ｔ′Ｌ嵌合するためのノツチを中に含む前
記第１項記載のりニアモータ用冷１］装置。

（１１）第１．第２冷却用チユーブは多様な熱吸収能力
を提供するための機構を含む前記第１項記載のりニアモ
ータ用冷却装置。

（１２）多様な熱吸収能力を提供するための機構は第１
．第２冷却用チユーブに対して多様な直径を３もｎｒｆ
記第１１項記載のりニアモータ用冷却装置。

（１３）多様な熱吸収能力を提供するための機梼は魔な
った数の冷却用チューブを第１．第２のすき間に含む前
記第１１項記載のリニアモータ用冷却装置。

〔発明の効果〕

本発明の構成に、より突起間のすき間３０の底部に設置
された冷却用チューブ内を流わる冷却剤により巻線３２
の直線走行部およびスロット付電機子２４から熱が吸収
されることにより、巻線３２を流れる電線の所定値に対
して巻線３２か被る温度上昇を低減させ、それによって
電流を高めさせ、その結果として巻線形固定子１６およ
び特に巻線３２が耐えることの可能な最高温度を越えな
い範囲で強力な力を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は５本発【す１の１つの実施例のりニアモータの
透視図、第２図は第１図のりニアモータの側面図、第３
図はすき間約の冷却用チューブの配置を示している第１
図のりニアモータの側［７Ｊｉ図、７ｔＸ４し１は梯状
冷却装置の冷却用チューブおよびヘッダの径路を示して
いる第３図スロット何重機ｆ゛のＰ・而し１、第５図は
一方向性Ｓ形冷却装置における冷却用チューブの径路を
示している第３図のスロット付電機−ｒ−の平面図、第
６図は、送り・戻り型Ｓ形冷力１装置における冷却用チ
ューブの径路を示している第３図のスロット付′電機子
の平面図であり、又第７区１はすきｔｉ′Ｊ１の底部に
設けられたノツチ内の冷却用チューブの配置を示してい
る第１図のりニアモータの側面図である。 １０．４０・・・・・・リニアモータ １６．４２・・・・・・巻線形固定子 １８・・・・・・可動要素 ２４・・・・・・スロット付電機子 ２６−−−−−−ベース ２８・・・・・・歯 ３０・・・・・・ずき間 ３２・−・・・巻線 ３６・・・・・・キャリア ３８−＝・・・永久磁石 ４４・・・・・・冷却用チューブ ４６・・・・・・梯状冷却装置 ４８・・・・・・人目ヘッダ ５０・・・・・・出口ヘッダ ５２・・・・・・一方向性Ｓ形冷却装置６０・・・・・
・送り・戻り型Ｓ形冷却装置６４・・・・・・ノッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. スロット付電機子を有する巻線形固定子を含むリニアモ
   ータにおいて、前記スロット付電機子は、ベース部およ
   び複数個の歯を含み、前記複数個の歯の隣接する両歯の
   突起間には、すき間を有し、前記すき間内には複数個の
   巻線の一部分が配置され、第１、第２のすき間内には前
   記スロット付電機子の一方側から他方側へ通じる少なく
   とも第１，第２の冷却用チューブが配置され、前記第１
   ，第２の冷却用チューブに冷却剤を供給する供給機構を
   備えるリニアモータ用冷却装置。