(57)【要約】【課題】冷却管による電機子のコアの冷却性能を改善できる技術を提供する。【解決手段】電機子４０は、リニアモータ用の電機子である。界磁子３０と間隔を空けて配置される。電機子４０は、Ｘ方向に延在するヨーク部４２とそこから界磁子３０側に突出する複数のティース部４３とを含む電機子コア４１と、ティース部４３に巻き回されるコイル４９と、電機子コア４１を冷却するための冷却管６０と、を備える。ヨーク部４２には、冷却管６０の少なくとも一部が収容される溝５１が形成される。溝５１は、界磁子３０と対向するヨーク部４２の下面４２ｂから離間した位置に形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、
モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、
前記ティース部に巻き回されるコイルと、
前記コアを冷却するための冷却部材と、を備え、
前記ヨーク部には、前記冷却部材の少なくとも一部が収容される収容部が形成され、
前記収容部は、界磁子と対向する前記ヨーク部の面から離間した位置に形成されることを特徴とするリニアモータ用電機子。
【請求項２】
前記収容部は、前記コイルとの距離が、前記ティース部のモータ駆動方向における厚みの１／２以上となるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ用電機子。
【請求項３】
前記収容部は、前記コイルとの距離が、前記ティース部のモータ駆動方向における厚みの前記ティース部のモータ駆動方向における厚み以上となるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ用電機子。
【請求項４】
前記収容部は、前記ヨーク部の前記コイルと反対側の面に形成される溝であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータ用電機子。
【請求項５】
界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、
モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、
前記ティース部に巻き回されるコイルと、
前記コアを冷却するための冷却部材と、備え、
前記ヨーク部には、前記冷却部材の少なくとも一部が収容される収容部が形成され、
前記収容部と、前記収容部に最も近いコイルとの間に、磁路となる前記ヨーク部の部分が存在することを特徴とするリニアモータ用電機子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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に関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータに用いられる電機子は、電機子コアとコイルを備える。電機子コアは駆動方向に複数設けられるティース部を有し、このティース部にコイルが巻き回される。コイルが通電により発熱すると、電機子コアの温度が上昇し、電機子の性能に悪影響を及ぼす場合がある。この対策として、その内部を冷媒が流れる冷却管により電機子コアを冷却する技術が知られている。従来では、例えば特許文献１に記載の電機子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３５６９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されるような電機子では、ティース部間に形成されるスロット部に冷却管が配置される。すなわち、磁気回路上に冷却管が配置される。そのため、磁気特性が劣化する場合がある。磁気特性の悪化は、駆動電流の増大やジュール損の増大を招く。
【０００５】
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、磁気特性の劣化を低減できる電機子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様はリニアモータ用電機子である。このリニアモータ用電機子は、界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、ティース部に巻き回されるコイルと、コアを冷却するための冷却部材と、を備える。ヨーク部には、冷却部材の少なくとも一部が収容される収容部が形成され、収容部は、界磁子と対向するヨーク部の面から離間した位置に形成される。
【０００７】
本発明の別の態様もまた、リニアモータ用電機子である。このリニアモータ用電機子は、界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、ティース部に巻き回されるコイルと、コアを冷却するための冷却部材と、を備える。ヨーク部には、冷却部材の少なくとも一部が収容される収容部が形成され、収容部と、収容部に最も近いコイルとの間に、磁路となるヨーク部の部分が存在する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、磁気特性の劣化を低減できる電機子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る電機子が用いられるリニアモータを示す断面図である。
【図２】図１の電機子を示す斜視図である。
【図３】図１の一部を拡大して示す拡大断面図である。
【図４】変形例に係る電機子が用いられるリニアモータを示す断面図である。
【図５】他の変形例に係る電機子が用いられるリニアモータを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【００１１】
図１は、実施形態に係る電機子４０が用いられるリニアモータ１０を示す断面図である。図２は、図１の電機子４０を示す斜視図である。図２では、冷却管６０を分離させた状態を示す。リニアモータ１０は、界磁子３０と、電機子４０と、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。
以降、界磁子３０から見て電機子４０側を上側として説明する。また、リニアモータ１０の駆動方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、両者に直交する方向をＺ方向として説明する。
【００１２】
界磁子３０は、界磁子コア３１と、複数の磁石３３と、を含む。界磁子コア３１はＸ方向に延在する直方体状の部材である。複数の磁石３３は永久磁石である。なお、複数の磁石３３は電磁石でもよい。複数の磁石３３は、界磁子コア３１の上面３１ａに設けられる。特に、複数の磁石３３は、Ｘ方向に異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が交互に並ぶように設けられる。
【００１３】
電機子４０は、界磁子３０と間隔を空けて配置される。電機子４０は、電機子コア４１と、コイル４９と、冷却管６０と、を含む。電機子コア４１は、櫛歯状の板状体４７を複数枚積層して形成される。板状体４７は電磁鋼板である。なお、板状体４７は、他の金属板であってもよい。
【００１４】
電機子コア４１は、Ｘ方向に延在する直方体状のヨーク部４２と、ヨーク部４２から界磁子３０側（すなわちＹ方向）に突出する複数（図示は９個）のティース部４３と、を含む。隣接する２つのティース部４３の間には、スロット部４５が形成される。ティース部４３と、このスロット部４５とは、Ｘ方向に交互に並ぶ。ティース部４３にはコイル４９が巻き回され、スロット部４５内にはコイル４９が収容される。
【００１５】
ヨーク部４２の上面４２ａには、ヨーク部４２をＺ方向に貫通する凹部である複数（図示は１０個）の溝５１が形成される。溝５１には、冷却管６０の少なくとも一部が収容される。
【００１６】
冷却管６０は銅等の金属材料を素材とする。冷却管６０は、Ｘ方向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。冷却管６０は、溝５１の数に対応した数のコア冷却部６１を含む。コア冷却部６１および連設部６３は、断面が円形である円筒状に形成される。もちろん、これらは、断面が多角形である角筒状、その他の形状に形成されてもよい。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形成され、その内部に連続した流路が形成される。冷却管６０は管体を曲げ加工することにより形成される。
【００１７】
複数のコア冷却部６１のそれぞれは、別々の溝５１内に収容される。連設部６３は、Ｚ方向において電機子コア４１より外側に配置される。冷却管６０に水等の冷媒を送り込むと、その流路の流入側Ｐ１から流出側Ｐ２に向かうＱ方向に冷媒が流れ、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。
【００１８】
図３は、図１の一部を拡大して示す拡大断面図である。溝５１は、スロット部４５の上方に形成される。溝５１は、ヨーク部４２の下面４２ｂから離間した位置に形成される。具体的には、溝５１は、その下端部５７が、ヨーク部４２の下面４２ｂよりも上側に位置するよう形成される。別の言い方をすると、溝５１は、スロット部４５から離間した位置に形成される。さらに別の言い方をすると、溝５１は、その溝５１に最も近いコイル４９との間に磁路となるヨーク部４２の部分が存在するよう形成される。この場合、ヨーク部４２の下面４２ｂ付近における磁路を確保することができる。
【００１９】
溝５１は、好ましくは、その下端部５７からコイル４９の上端部４９ａまでの距離Ｌ１が、Ｘ方向におけるティース部４３の寸法ｔの１／２以上となる形成される。溝５１は、より好ましくは、距離Ｌ１が寸法ｔ以上となるよう形成される。この場合、磁気回路を避けた位置に溝５１および冷却管６０が設けられるため、磁気特性の劣化を低減し得る。
【００２０】
以上のように構成されたリニアモータ１０の動作を説明する。駆動電流がコイル４９に供給される。その駆動電流がコイル４９を流れること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、Ｘ方向に電機子４０が移動する。同時に冷却管６０に冷媒を送り込みことによって、電機子コア４１ひいてはコイル４９が冷却される。
【００２１】
以上、実施の形態に係る電機子４０が用いられるリニアモータ１０について説明した。本実施の形態に係る電機子４０によれば、冷却管６０が配置される溝５１は、ヨーク部４２の下面４２ｂから離間した位置に形成される。つまり、スロット部４５から離間した位置に形成される。ここで、従来のようにスロット部に冷却管が存在する場合は冷却管面積分だけ有効磁路長が長くなるため磁気特性が劣化する。また、ヨーク部４２の上面４２ａ側には、電機子４０をリニアモータ１０に取り付けるための取付部（例えば鍵穴）が形成される場合があるところ、この場合は、スロット部に冷却管が存在することにより有効磁路長が長くなることに加え、磁束が通る面積も冷却管と取付部の間の狭い面積に限られるため磁気飽和しやすい状態となり、磁気特性がさらに劣化する。これに対し、本実施の形態に係る電機子４０ではヨーク部４２の下面４２ｂ付近における磁路を確保することができるため、有効磁路長は比較的短くなり、磁気特性の劣化を低減し得る。
【００２２】
また、本実施の形態に係る電機子４０によれば、溝５１は、その下端部５７からコイル４９の上端部４９ａまでの距離Ｌ１が、Ｘ方向におけるティース部４３の寸法ｔの１／２以上となるよう形成される。そのため、磁気回路を避けた位置に溝５１および冷却管６０が配置されるため、磁気特性の劣化を低減し得る。これにより、所望の推力を得るための駆動電流が低減する。また、ジュール損も低減し、電機子４０の温度上昇が抑えられる。
【００２３】
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。
【００２４】
（変形例１）
実施形態では、電機子コア４１が積層コアである場合について説明したが、これに限られない。例えば、電機子コア４１は、フェライト等の粉末を焼結させたコアであってもよい。
【００２５】
（変形例２）
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。
【００２６】
（変形例３）
実施の形態では、ひとつの冷却管６０により電機子コア４１を冷却する場合について説明したが、これに限られない。複数の冷却管により電機子コア４１を冷却してもよい。
【００２７】
（変形例４）
実施の形態では、溝５１が、ヨーク部４２をＺ方向に貫通する凹部である場合について説明したが、これに限られない。溝５１は、Ｘ方向に貫通する凹部であっても、Ｘ方向およびＺ方向と交差する方向に貫通する凹部であってもよい。
【００２８】
（変形例５）
実施の形態では、ヨーク部４２に溝５１が形成され、この溝５１に冷却管６０が配置される場合について説明したが、これに限られない。ヨーク部に貫通孔が形成され、この貫通孔に冷却管６０が配置されてもよい。
【００２９】
図４は、変形例に係る電機子１４０が用いられるリニアモータの一部を拡大して示す拡大断面図である。図４は図３に対応する。電機子１４０は、電機子コア１４１と、コイル４９と、を含む。電機子コア１４１は、ヨーク部１４２と、複数のティース部４３と、を含む。ヨーク部１４２は、ヨーク部１４２をＺ方向に貫通する貫通孔１５１を有する。
【００３０】
貫通孔１５１は、実施の形態の溝５１と同様、その下端部１５７が、ヨーク部１４２の下面１４２ｂよりも上側に位置するよう形成される。貫通孔１５１は、好ましくは、その下端部１５７からコイル４９の上端部４９ａまでの距離Ｌ２が、Ｘ方向におけるティース部４３の寸法ｔの１／２以上となる形成される。貫通孔１５１は、より好ましくは、距離Ｌ２が寸法ｔ以上となるよう形成される。本変形例に係る電機子１４０によれば、実施の形態に係る電機子４０と同様の作用効果が奏される。
【００３１】
（変形例６）
実施の形態では、スロット部４５の上方に溝５１が形成され場合について説明したがこれに限られない。溝５１は、ティース部４３の上方に形成されてもよい。
図５は、変形例に係る電機子２４０が用いられるリニアモータの一部を拡大して示す拡大断面図である。図５は図３に対応する。電機子２４０は、電機子コア２４１と、コイル４９と、を含む。電機子コア２４１は、ヨーク部２４２と、複数のティース部４３と、を含む。ヨーク部２４２は、ティース部４３の上方に、溝２５１を有する。
【００３２】
溝２５１は、実施の形態の溝５１と同様、その下端部２５７が、ヨーク部２４２の下面２４２ｂよりも上側に位置するよう形成される。溝２５１は、好ましくは、その下端部２５７からコイル４９の上端部４９ａまでの距離Ｌ３が、Ｘ方向におけるティース部４３の寸法ｔの１／２以上となる形成される。溝２５１は、より好ましくは、距離Ｌ３が寸法ｔ以上となるよう形成される。
【００３３】
本変形例に係る電機子２４０によれば、実施の形態に係る電機子４０と同様の作用効果が奏される。また、コイル４９とティース部４３との接触面積は、コイル４９とヨーク部４２との接触面積よりも大きいため、コイル４９が発する熱の多くはティース部４３に伝達される。したがって、本変形例によれば、ティース部４３の上方、すなわちティース部４３により近い位置に溝２５１が形成される。したがって、ティース部４３により近い位置に冷却管６０が配置される。そのため、コイル４９が発する熱をより効率的に冷却することができる。
【００３４】
（変形例７）
実施の形態では特に言及しなかったが、コイル４９の上端部４９ａから溝５１までの距離Ｌ１は、溝５１ごとに異なっていてもよい。例えば、流出側Ｐ２に近いコア冷却部６１に対応する溝５１ほど、距離Ｌ１が短くなるよう形成されてもよい。ここで、冷却管６０を流れる冷媒は、電機子コア４１の熱を吸熱することにより、流出側に近づくほどその温度が上昇する。そのため、冷却管６０による冷却効果は、流出側に近づくほど低下する。その結果、電機子コア４１は、Ｘ方向に温度勾配を生じ、熱膨張による反りが生じるおそれがある。これに対し、上述のように、流出側に近いコア冷却部６１に対応する溝５１ほど距離Ｌ１が短くなるよう溝５１を形成すれば、流出側に近いコア冷却部６１ほどコイル４９に近づけることができる。すると、流出側に近くなるほど電機子コア４１は冷却管６０により冷却されやすくなり、Ｘ方向の温度勾配が生じるのを抑止できる。
【００３５】
上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【００３６】
１０  リニアモータ、  ３０  界磁子、  ３３  磁石、  ４０  電機子、  ４１  電機子コア、  ４２  ヨーク部、  ４３  ティース部、  ４９  コイル、  ５１  溝、  ６０  冷却管。
【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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