(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略コ字形状の固定子ヨークと、前記固定子ヨークの対向する内側面にそれぞれ設けられる永久磁石とからなる固定子と、
前記固定子の永久磁石の間に空隙を介して設けられるコイルユニットと、前記コイルユニットの上部に固定される可動子ヨークとからなる可動子とを含むリニアモータにおいて、
前記可動子ヨークの内部にその長手方向に沿って形成される一つ以上の第１エアホールと、
前記第１エアホールに連通されて冷却空気を前記コイルユニットの上側から下側に向かって噴射する複数個の第１エアノズルと、
前記コイルユニットの底部に配置されるフレームの内部にその長手方向に沿って形成されて冷却空気が供給される第２エアホールと、
前記コイルユニットの両側へ冷却空気が噴射されるように前記第２エアホールに連通されて、冷却空気を前記コイルユニットの下側から上側に向かって噴射する複数個の第２エアノズルとを含み、
前記フレームは、略コ字形状に形成されてその両側の垂直部が前記可動子ヨークの前後両側にそれぞれ連結されることにより、冷却空気が前記第２エアホールと前記第１エアホールの双方に分岐して供給されるようになっていることを特徴とするリニアモータの冷却装置。
【請求項２】
略コ字形状の固定子ヨークと、前記固定子ヨークの対向する内側面にそれぞれ設けられる永久磁石とからなる固定子と、
前記固定子の永久磁石の間に空隙を介して設けられるコイルユニットと、前記コイルユニットの上部に固定される可動子ヨークとからなる可動子とを含むリニアモータにおいて、
前記可動子ヨークの内部にその長手方向に沿って形成される一つ以上の第１エアホールと、
前記第１エアホールに連通され、前記空隙に向かって冷却空気を下方向に噴射する複数個の第１エアノズルと、
前記コイルユニットの底部に配置されるフレームの内部にその長手方向に沿って形成されて冷却空気が供給される第２エアホールと、
前記第２エアホールに連通され、前記空隙に向かって冷却空気を上方向に噴射する複数個の第２エアノズルとを含み、
前記第１エアノズルから噴射された冷却空気は前記空隙の上側から中央側へ流れ、前記第２エアノズルから噴射された冷却空気は前記空隙の下側から中央側へ流れて、前記コイルユニットと前記永久磁石全体を冷却するようになっていることを特徴とするリニアモータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リニアモータの冷却装置に係るもので、特に、リニアモータのすべての部分を均一に冷却することができるようにしたリニアモータの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可動コイル型リニアモータは、回転運動をする一般モータと違って直線的な運動をするため早い動作速度と精密な位置制御が可能な次世代モータ製品として脚光を浴びている。
可動コイル型リニアモータは、コイルユニットと永久磁石の間に発生される推力によって可動子が直線移動するもので、永久磁石の設置数量、位置によって片側式と両側式とに区分される。すなわち、可動コイル型リニアモータは固定子である永久磁石がコイルユニットの一側、または両側に設けられるかによって片側式と両側式とに区分される。
【０００３】
両側式リニアモータは、図１１に示すように、固定子１と可動子２からなる。
固定子１は、略コ字形状の固定子ヨーク３と、固定子ヨーク３の向かい合う面に対向されるように順次配列されると共にＮ、Ｓ極性が交互に設けられる多数の永久磁石４とからなる。
可動子２は、固定子ヨーク３の上側の開口部側に配置される可動子ヨーク５と、可動子ヨーク５の底部に配置され両側の永久磁石４間に一定の空隙Ｃを介して設けられるコイルユニット６とからなる。
このように固定子１と可動子２が空隙Ｃを介して所定間隔離隔された状態で、コイルユニット６に電流を印加すると、対向して設けられた永久磁石４間にフレミングの左手法則によって推力が発生し、この推力によって可動子２が直接駆動されて直線運動を行う。
【０００４】
前記のようなリニアモータの動作を説明すると、図示されない制御装置からコイルユニット６に電流を印加すると、コイルユニット６を構成するコイルに電流が印加されて磁界が発生し、更に固定子ヨーク３の内側に設けられた永久磁石４とコイルユニット６間に推力が発生して可動子２が前後に移動する。そして、可動子２の移動速度と移動による推力などはコイルの巻き数と、供給される電流などに基づいて図示されない制御装置によって制御される。
このように可動子２が固定子１の一側から繰り返し移動するに従ってコイルユニット６と永久磁石４の間にはコイルに流れる電流などによって比較的高い熱が発生する。この熱によって固定子、可動子の磁界特性が変化し、これによってリニアモータの特性が変化してリニアモータの精密な制御が難しくなるという問題点がある。
そこで、このような問題点を解決するため、リニアモータの冷却装置が提案されている。
【０００５】
リニアモータの冷却装置の一例として、図１１に示すリニアモータの可動子ヨーク５の内部には長手方向に沿って一つ以上のエアホール７が形成され、このエアホール７には、固定子１側に向かって開口されてエアホール７に沿って流れる冷却空気を永久磁石４とコイルユニット６間の空隙Ｃに噴射する多数個のエアノズル８が一定間隔を隔てて形成されている。
即ち、リニアモータの温度が設定値より上昇すると、制御装置によってエアポンプが作動し冷却空気がエアホール７に供給される。この冷却空気はそれぞれのエアノズル８を通じてその下側の永久磁石４とコイルユニット６間の空隙Ｃに供給される。この空隙Ｃに供給された冷却空気は、永久磁石４およびコイルユニット６を冷却することによってリニアモータを適正温度で維持する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、従来技術のリニアモータの冷却装置によると、冷却空気が永久磁石４とコイルユニット６間の空隙Ｃに供給されてこれら永久磁石４とコイルユニット６を冷却するように構成されているが、冷却空気が上側のエアノズル８からだけの供給であり、しかも冷却空気の供給される空隙Ｃが小さいので冷却空気が空隙Ｃの下端部まで到達できないため、リニアモータのすべての部分の温度が均一とならない。そのため、リニアモータが誤動作するおそれがあり、リニアモータの冷却装置としての信頼性が低下する。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、リニアモータのすべての部分を均一に冷却することができるリニアモータの冷却装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明によるリニアモータの冷却装置は、略コ字形状の固定子ヨークと、前記固定子ヨークの対向する内側面にそれぞれ設けられる永久磁石とからなる固定子と、
前記固定子の永久磁石の間に空隙を介して設けられるコイルユニットと、前記コイルユニットの上部に固定される可動子ヨークとからなる可動子とを含むリニアモータにおいて、
前記可動子ヨークの内部にその長手方向に沿って形成される一つ以上の第１エアホールと、前記第１エアホールに連通されて冷却空気を前記コイルユニットの上側から下側に向かって噴射する複数個の第１エアノズルと、前記コイルユニットの底部に配置されるフレームの内部にその長手方向に沿って形成されて冷却空気が供給される第２エアホールと、前記コイルユニットの両側へ冷却空気が噴射されるように前記第２エアホールに連通されて、冷却空気を前記コイルユニットの下側から上側に向かって噴射する複数個の第２エアノズルとを含み、前記フレームは、略コ字形状に形成されてその両側の垂直部が前記可動子ヨークの前後両側にそれぞれ連結されることにより、冷却空気が前記第２エアホールと前記第１エアホールの双方に分岐して供給されるようになっていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明によるリニアモータの冷却装置は、略コ字形状の固定子ヨークと、前記固定子ヨークの対向する内側面にそれぞれ設けられる永久磁石とからなる固定子と、
前記固定子の永久磁石の間に空隙を介して設けられるコイルユニットと、前記コイルユニットの上部に固定される可動子ヨークとからなる可動子とを含むリニアモータにおいて、
前記可動子ヨークの内部にその長手方向に沿って形成される一つ以上の第１エアホールと、前記第１エアホールに連通され、前記空隙に向かって冷却空気を下方向に噴射する複数個の第１エアノズルと、前記コイルユニットの底部に配置されるフレームの内部にその長手方向に沿って形成されて冷却空気が供給される第２エアホールと、前記第２エアホールに連通され、前記空隙に向かって冷却空気を上方向に噴射する複数個の第２エアノズルとを含み、
前記第１エアノズルから噴射された冷却空気は前記空隙の上側から中央側へ流れ、前記第２エアノズルから噴射された冷却空気は前記空隙の下側から中央側へ流れて、前記コイルユニットと前記永久磁石全体を冷却するようになっていることを特徴とする。
【００１０】
前記第２エアホールは前記フレームの中央１箇所に形成されて、前記第２エアノズルは前記コイルユニットの両側へ冷却空気が噴射されるように、前記第２エアホールの両側からそれぞれ導出されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた次の詳細な説明で更に明らかとなろう。
図１は本発明によるリニアモータの冷却装置が適用されたリニアモータの正面図で、図２は本発明によるリニアモータの冷却装置が適用された可動子の側面図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明によるリニアモータの冷却装置は、リニアモータのコイルユニット６の上部に設けられる可動子ヨーク１０の内部にその長手方向に沿って少なくとも一つ以上形成される第１エアホール２０と、第１エアホール２０に一定間隔を隔てて下側（コイルユニット６と固定子の永久磁石４間の空隙Ｃ側）に向かって開口されるように形成されて冷却空気を下側へ噴射する第１エアノズル２１と、コイルユニット６の底部に配置されるフレーム３０と、フレーム３０の内部にその長手方向に沿って形成される第２エアホール４０と、第２エアホール４０に一定間隔を隔てて上側（コイルユニット６と永久磁石４間の空隙Ｃ側）に向かって開口されるように形成されて冷却空気を上側へ噴射する第２エアノズル４１と、前記第１、第２エアホール２０、４０に冷却空気を供給するポンプ（図示せず）と、リニアモータの温度を適正水準で維持するために冷却空気の供給を制御するバルブ（図示せず）とを含んで構成される。
【００１３】
第１、２エアノズル２１、４１は、コイルユニット６の上下両側にそれぞれ配置されている。これら第１、２エアノズル２１、４１の各々には、互いに独立の流路を通じて冷却空気が供給されるようになっている。すなわち、図２に示すように、略コ字形状に形成されたフレーム３０の両側の垂直部３１に沿って、第２エアホール４０が第１エアホール２０から分岐するように形成されており、これら第１エアホール２０および第２エアホール４０を介して、一つの供給源から第１、２エアノズル２１、４１の各々に冷却空気が供給されるようになっている。
【００１４】
第１エアホール２０は、可動子ヨーク１０内部の複数箇所に並列に形成することが可能であるが、図示例のように、２箇所に形成することが好ましい。また、第１エアノズル２１は、図示例のように、第１エアホール２０から空隙Cに向かって所定角度に傾斜した状態で設けるようにしてもよい。
第２エアホール４０は、図示例では、フレーム３０内部の中央１箇所に形成されている。このように第２エアホール４０が一つである場合には、コイルユニット６の両側に冷却空気を供給することができるように、第２エアノズル４１を第２エアホール４０の両側からそれぞれ導出して、その先端側をコイルユニット６の両側に向けて形成するようにすればよい。
冷却空気は第１エアホール２０両側の導入部２２を通じて供給される。この両側の導入部２２には、それぞれポンプを連結することが可能であるが、例えば、両側の導入部２２を一つのポンプで連結するようにしてもよい。
【００１５】
このように構成された本発明によるリニアモータの冷却装置の作用は次のようになる。
リニアモータを動作させるためにコイルユニット６に電流を印加するとコイルユニット６と永久磁石４間に推力が発生し、これによって可動子２が移動する。
この際、コイル６に高温の熱が発生し、この温度が設定値より高くなると、本発明による冷却装置が作動する。
制御装置によりポンプが稼働されてその圧送力によって冷却空気が図示されていないエア循環管に沿って第１エアホール２０の両側導入部２２に供給される。
【００１６】
導入部２２に供給された冷却空気中の一部は第１エアホール２０に沿って流れて、残りは第１エアホール２０から分岐する第２エアホール４０に供給されて、各エアホール２０、４０に供給された冷却空気は第１及び第２エアノズル２１、４１を通じてコイルユニット６と永久磁石４間の空隙Ｃに噴射される。
第１エアノズル２１から噴射された冷却空気は空隙Ｃの上側から中央側へ流れ、第２エアノズル４１から噴射された冷却空気は空隙の下側から中央側へ流れてコイルユニット６と永久磁石４全体を冷却する。
コイルユニット６、永久磁石４及びその間の空隙Ｃが正常温度に戻ると、制御装置によってバルブがエア循環管を閉鎖して、ポンプの駆動を停止させる。
【００１７】
本発明のリニアモータ冷却装置によるリニアモータの温度と従来技術によるリニアモータの温度を、図３、図４および図５に示すように、理解し易く数値で比べて説明すると次のようになる。
図３は冷却空気を供給しない時、図４は可動子の上側からだけ冷却空気を供給する時、図５は本発明によって可動子の上下両側から冷却空気を供給する時の可動子の温度分布をそれぞれ示したものである。これら図面に示すように、冷却空気を供給しないＡタイプよりは可動子の上側からだけ冷却空気を供給するＢタイプの温度が低く、またＢタイプよりは本発明によって上下両側から冷却空気を供給するＣタイプの温度が低くなっていることがわかる。
【００１８】
図６は前述したＡ、Ｂ及びＣタイプの各部分(可動子、空隙、固定子)別の温度を比べるためのグラフである。このグラフに示すように、それぞれ可動子のコアの部分の温度はＡタイプの場合１３７℃まで上昇したが、Ｂタイプの場合にはＡタイプの場合よりだいたい５．５℃くらい低い温度分布となり、本発明によるＣタイプの場合にはＢタイプの場合よりだいたい３℃くらい低い温度分布となっている。
そして、固定子の表面温度はＡタイプの場合４５℃の温度を示し、Ｂタイプの場合には４１℃でＡタイプより約４℃低く、本発明によるＣタイプの場合にはＢタイプの場合より約３℃低い温度分布を示すことが見てとれる。
【００１９】
図７は可動子の表面温度、可動子及び固定子の温度を比べたグラフである。このグラフに示すように、Ａタイプの場合には１０６．６℃(max)位の温度分布が広い領域で示されているが、Ｂタイプの場合には表面温度が約４．２℃低い１０２．４℃(max)位の温度分布が中央以下の下部の方に存在し、本発明によるＣタイプの場合には表面温度がＢタイプの場合より約４．６℃低い９７．８℃(max)くらいの温度分布が中央部位にだけ分布していることがわかる。
【００２０】
図８はエアを注入していない場合を示す図面、図９は可動子の側にエアを注入した場合を示す図面、図１０は可動子及び固定子の側にエアを注入した場合を示す図面である。
図１０の場合には可動子及び固定子側のすべての部分にエアを供給することとなるので、図９の可動子の側にだけエアを供給したものに比べて冷却効果がずっと良好になることが、図面により確認することができる。
このように、本発明に係るリニアモータの冷却装置によれば、冷却空気がコイルユニット６の上下部から供給されて中央へ流れるようになって、コイルユニット６と永久磁石４間の空隙Ｃが小さくてもコイルユニット６と永久磁石４のすべての部分を均一に冷却することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるリニアモータの冷却装置によると、冷却空気が可動子の上下部から同時に供給されて可動子と固定子のすべての部分を均一に冷却することができるので、リニアモータの信頼性、耐久性を向上させることができて、リニアモータの冷却装置としての信頼性を向上させることができるなどの効果がある。
【００２２】
以上、本発明を本発明の原理を例示するための好ましい実施例と関連して説明して図示したが、本発明はそのように図示され説明されたそのままの構成及び作用に限定されるものではない。かえって、添付された特許請求範囲の思想及び範疇をはずれることなく本発明に関する多数の変更及び修正が可能であり、そのようなすべての適切な変更及び修正と均等物なども本発明の範囲に属するものとして理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による両側式リニアモータの冷却装置が適用されたリニアモータの正面図である。
【図２】本発明による両側式リニアモータの冷却装置が適用された可動子の平面図である。
【図３】従来技術による可動子の温度分布を示すグラフである。
【図４】従来技術による可動子の温度分布を示すグラフである。
【図５】本発明の両側式リニアモータ冷却装置による温度分布を示すグラフである。
【図６】本発明においてリニアモータ冷却装置による温度分布と従来案による温度分布を比べたグラフである。
【図７】本発明においてリニアモータ冷却装置による温度分布と従来案による温度分布を比べたグラフである。
【図８】本発明のリニアモータ冷却装置による冷却空気の流れを示す図である。
【図９】本発明のリニアモータ冷却装置による冷却空気の流れを示す図である。
【図１０】本発明のリニアモータ冷却装置による冷却空気の流れを示す図である。
【図１１】従来技術による冷却装置が適用された両側式リニアモータの構成図である。
【符号の説明】
４    永久磁石
６    コイルユニット
１０  可動子ヨーク
２０、４０エアホール
２１、４１エアノズル
３０  フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003640941.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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