(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる磁極が交互に配列された固定子と、固定子に対向配置され、第１方向に沿って直線運動する可動子とを備えるリニアモータであって、
可動子は、固定子に向けて磁界を発生するコイルと、コイルの周囲を覆うハウジング部材とを備え、
ハウジング部材は、第１方向に対して交差する第１面と、第１方向に沿った第２面を有し、
第１面と第２面が交差する角部が、曲面状に形成され、
角部には、放熱フィンが設置され、
放熱フィンは、第１面に対して平行に延びる第１仮想面、および第２面に対して平行に延びる第２仮想面で規定される空間内に収まる
ことを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
放熱フィンは、ハウジング部材と同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。
【請求項３】
放熱フィンは、第１方向と平行に設置した複数の平板状フィンであることを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項４】
放熱フィンの厚さは、フィン先端に向かって単調減少することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のリニアモータ。
【請求項５】
放熱フィンは、複数のピン状フィンであることを特徴とする請求項１または２記載のリニアモータ。
【請求項６】
角部には、金属の放熱フィンと一体成形したベース部材を備えることを特徴とする、
請求項１または請求項３〜５のいずれかに記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄心と巻線とを有するコイルを可動子として備えるリニアモータに関し、特に空冷方式のリニアモータ放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータは、可動子と固定子とを備え、可動子の直線運動によって、可動子に取り付けられた天板も同時に直線運動する。可動子は、鉄心にコイルを嵌合させ、コイルを含む鉄心を電気絶縁材であるエポキシ樹脂等により樹脂モールドして成るものである。樹脂モールド部は、鉄心に対するコイルの固定と通電励磁時の振動防止等のために必要なものである。反面、通電励磁時に発熱するコイルを熱伝導作用の悪い樹脂モールド部で取り囲むことになり、樹脂モールド部内に熱がこもる。そのため、コイルの冷却効果は非常に低く抑えられ、リニアモータ使用時の効率を高めることができないという課題がある。
【０００３】
この課題を解決するために、例えば特許文献１において、少なくとも樹脂モールド部の表面に接して鉄心の上半分を覆う金属製ケースを設けると共に、ケースの左右両側面に放熱用フィンを一体に連設し、コイルの表面域からケースの内面域に熱を伝達するヒートパイプを樹脂モールド部に内装して成るリニアモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１８３２５８号公報（３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
可動子は一般的に直方体形状をしている。この形状を有する可動子が直線運動する場合、直線運動方向に垂直な可動子の前面の中央部によどみ域が生じ、熱伝達率が減少する。そのため、特許文献１の範囲のリニアモータ構造は、熱伝達率の減少を補うために金属製ケースで覆い、さらに、金属製ケース上に放熱フィンを設置し、放熱面積を増加させている。しかし、このような構造の場合、可動子全体が大型化、および重量化する。その結果、可動子内部のコイルに負荷がかかるため、さらに発熱量が増加するという課題を有する。
【０００６】
本発明の目的は、可動子全体を小型化、軽量化しつつ、表面からの放熱効果を高めた可動子を備えるリニアモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るリニアモータは、異なる磁極が交互に配列された固定子と、固定子に対向配置され、第１方向に沿って直線運動する可動子とを備えるリニアモータであって、可動子は、固定子に向けて磁界を発生するコイルと、コイルの周囲を覆うモールド部材とを備え、モールド部材は、第１方向に対して交差する第１面と、第１方向に沿った第２面を有し、第１面と第２面が交差する角部が、曲面状に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１面と第２面が交差する角部が、曲面状に形成されているため、可動子の直線運動時において、第１面に生じるよどみ域が減少する。そのため、第１面に係る平均熱伝達率が向上し、従来に比べ、可動子表面からの放熱効果を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るリニアモータの斜視図である。
【図２】比較例を示す斜視図である。
【図３】比較例のリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面（第１面）に生じる熱伝達率分布を示す。
【図４】比較例のリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面を＋ｚ方向から見た場合のＡ−Ａ’断面の気流速度の様子を示す。
【図５】本発明の実施の形態１に係るリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面に生じる熱伝達率分布を示す。
【図６】本発明の実施の形態１に係るリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面を＋ｚ方向から見た場合のＢ−Ｂ’断面の気流速度の様子を示す。
【図７】本発明の実施の形態２に係るリニアモータの斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るリニアモータの可動子に設置されたピン状フィンを示す。
【図９】本発明の実施の形態２に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンの斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の実施の形態３に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンの斜視図であり、図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンを＋ｘ方向から−ｘ方向に向かって見たｙｚ面を示す。
【図１１】本発明の実施の形態３に係るリニアモータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態であるリニアモータについて、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るリニアモータの斜視図である。リニアモータの可動子２０は、複数のコイル１３、および複数のコイル１３の周囲を覆うモールド部材２１を備える。コイル１３は、直方体形状の鉄心１１周りに巻線１２を巻いた構造である。図中では６つのコイル１３を図示しているが、６つに限定されない。鉄心１１と巻線１２との間は電気絶縁材料（不図示）によって電気絶縁されている。隣り合うコイル１３どうしは非接触であり、モールド部材２１により電気絶縁状態が保持される。モールド部材２１は、コイル１３を収容するハウジング部材として機能し、電気絶縁性のモールド樹脂で形成してもよい。
【００１２】
固定子２は、ｘ方向に沿って交互に配列された異なる磁極の直方体形状の永久磁石３を備え、例えば取付板に対してモールド樹脂で固定される。可動子２０は、ガイド（不図示）を介して固定子２の上面に、例えば１．０ｍｍ以下の距離を隔てて対向配置されている。
【００１３】
コイル１３は、電源およびコントローラ（不図示）に接続されている。複数のコイル１３を通電すると、直線運動に伴って磁極変化を繰り返す磁界が発生する。可動子２０は、該磁界と永久磁石３との間に生じる吸引力および反発力により推進力を得て、ｘ方向（第１方向）に直線運動する。可動子２０は、コントローラによって運動速度を制御され、＋ｘ方向および−ｘ方向に往復運動する。図１に複数のコイル１３の１つを取り出して示すように、モールド部材２１の頂面２６には複数の締結棒１５を介して天板１６が取り付けられており、天板１６は、可動子２０と一体となって直線運動する。
【００１４】
通電している間、巻線１２にはジュール熱が発生する。また、鉄心１１にも誘導加熱によるジュール熱が発生する。コイル１３で発生した熱は、コイル１３を覆うモールド部材２１に熱伝導して、モールド部材２１の表面から周囲へ放熱される。
【００１５】
可動子２０のモールド部材２１は、略直方体形状を有し、前面２２、後面２３、側面２４、２５、頂面２６、底面２７を有する。可動子２０は、前述のように＋ｘ方向および−ｘ方向に往復運動する。＋ｘ方向に運動する間は、面２２が前面、面２３が後面であり、−ｘ方向に運動する間は、面２３が前面、面２２が後面である。本実施形態において、モールド部材２１の前面２２および後面２３と側面２４、２５が交差する角部３１〜３４が曲面状、例えば断面円弧状、断面楕円弧状、断面放物線状、または断面多角形状に形成されている。これによる放熱効果を以下で説明する。
【００１６】
尚、角部３１〜３４の円弧の曲率半径は大きい方が好ましいが、モールド部材２１と巻線１２との最小距離が５．０ｍｍである場合、曲率半径も５．０ｍｍ以上が好ましい。
【００１７】
図２は、比較例を示す斜視図である。比較例のモールド部材７１は、直方体形状を有する。モールド部材７１の前面７２と側面７４、７５は直交している。
【００１８】
図３は、比較例のリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面（第１面）に生じる熱伝達率分布を示す。前面７２の中央部分を中心として、熱伝達率の低い領域（１０〜２０Ｗ／ｍ２Ｋ）（以下「淀み域」）が広がっていることがわかる。また、前面７２の外周部に熱伝達率が少し大きくなる領域が存在することがわかる。
【００１９】
図４は、比較例のリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面を＋ｚ方向から見た場合のＡ−Ａ’断面の気流速度の様子を示す。前面７２の中央部分に、気流の衝突速度の小さい領域が存在することがわかる。熱伝達率は、気流の衝突速度と正の相関を有し、図４において衝突速度の小さい領域は、淀み域と対応している。図４において、モールド部材の角部３１〜３４において衝突速度の大きい領域が存在する。これは気流が淀み領域を避けて増速した結果であり、これにより、前述のように、前面７２の外周部に熱伝達率が少し大きくなる領域が生じる。しかし、同時に側面７４、７５の前方で気流が大きく剥離するため、側面７４、７５の熱伝達率は減少することが容易に予想できる。
【００２０】
図５は、本発明の実施の形態１に係るリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面に生じる熱伝達率分布を示す。可動子の前面と側面が交差する角部における円弧の効果をみるため、円弧の局率半径が前面の幅（ｙ方向）の半分である場合について示す。図３と比較して、淀み域が大きく減少していることがわかる。
【００２１】
図６は、本実施形態のリニアモータの可動子がｘ方向に速度１．０ｍ／ｓで移動した時の、前面を＋ｚ方向から見た場合のＢ−Ｂ’断面の気流速度の様子を示す。図４と比較して、前面２２の中央部分において、気流の衝突速度の小さい領域が減少していることがわかる。これにより、前述のように前面２２において淀み域が大きく減少し、熱伝達率が向上する。また、図４と比較して、気流が側面２４、２５の前方で剥離していないことがわかる。これにより、側面２４、２５の熱伝達率は、比較例の可動子の側面７４、７５に比較して増加する。
【００２２】
以上より、可動子の前面２２および後面２３と側面２４、２５が交差する角部３１〜３４を断面円弧状に形成することが、モールド部材２１の熱伝達率向上に極めて有効であることがわかる。
【００２３】
尚、本実施形態において、前面２２および後面２３と側面２４、２５が交差する角部３１〜３４のみを断面円弧状に形成しているが、それに限定されることなく、頂面２６および底面２７と側面２４、２５が交差する角部、頂面２６および底面２７と側面２４、２５が交差する角部を、曲面状、例えば断面円弧状、断面楕円弧状、断面放物線状、または断面多角形状に形成してもよい。
【００２４】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るリニアモータの斜視図である。本実施形態では、角部３１〜３４に放熱フィン４１〜４３を設置した構成について説明する。
【００２５】
実施の形態１において、モールド部材２１の角部３１〜３４を断面円弧状にすることで、前面２２、後面２３および側面２４、２５の熱伝達率が向上することを示した。一方、可動子のモールド面における表面積は、図２で示した従来構造の可動子の表面積に比べて減少している。可動子の表面積の減少による放熱量の減少量が、熱伝達率の向上による放熱量の増加量よりも大きい可能性もある。本実施形態により、放熱フィン４１〜４３を設置することで、表面積の減少が防止され、さらには増加するため、可動子表面からの優れた放熱特性を有する可動子２０を提供することができる。
【００２６】
放熱フィン４１〜４３は、モールド部材２１と同じ材料で形成されることが好ましい。この場合、放熱フィン４１〜４３とモールド部材２１を一体成形すると、製造コストを省き、製造工程を簡素化できる。
【００２７】
平板状フィン４１〜４３を複数設置する場合、気流がモールド部材２１の表面を円滑に流れるよう、放熱フィン４１〜４３を第１方向と平行に設置することが好ましい。
【００２８】
放熱フィン４１〜４３は、図８に示すように、複数のピン状フィン４５でもよい。ピン状フィン４５は、気流がモールド部材２１の表面を円滑に流れるよう、円弧状の角部３１〜３４に沿って間隔を存して複数配置することが好ましい。
【００２９】
図９は、本発明の実施の形態２に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンの斜視図である。放熱フィン４１〜４３は、前面２２および後面２３に対して平行に延びる第１仮想面３６と、側面２４、２５に対して平行に延びる第２仮想面３７で規定される空間内に収まるようにする。
【００３０】
これにより、可動子全体を小型化、軽量化しつつ、表面からの放熱効果を高めた可動子２０を備えるリニアモータを提供することができる。
【００３１】
実施の形態３．
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態３に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンの斜視図である。また、図１０（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係るリニアモータの可動子に設置された放熱フィンを＋ｘ方向から−ｘ方向に向かって見たｙｚ面を示す。本実施形態において、放熱フィン４１〜４３の厚さが、フィン根元からフィン先端に向かって単調減少する。
【００３２】
これにより、放熱フィン４１〜４３をモールド成形する際、容易に離型可能となり、製造コストを省き、製造工程を簡素化できる。また、根元での厚さは先端での厚さより大きいため、放熱フィン全体のフィン効率も向上する。この結果、放熱フィン４１〜４３が、熱伝導率の小さいモールド樹脂と同じ材料で形成された場合でも放熱特性に優れた放熱フィンを提供することができる。
【００３３】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態３に係るリニアモータの斜視図である。本実施形態では、可動子２０のモールド部材２１の角部３１〜３４は、金属の放熱フィン４１〜４４と一体成形したベース部材４１ａ〜４４ａを備える構成について説明する。ベース部材４１ａ〜４４ａとモールド部材２１とは、例えば熱伝導性接着剤のような接合剤で接合され、または螺合されるのが好ましい。
【００３４】
本実施形態を採用することにより、モールド部材２１の成形後、放熱フィン４１〜４３を可動子２０に設置するので、歩留まりを向上させることが可能である。
【００３５】
本実施形態の放熱フィン４１〜４４およびベース部材４１ａ〜４４ａにおいて、例えば銅、アルミニウム、鉄、その他熱伝導率の大きい金属材料を使用することが好ましい。前述のように、モールド部材２１および放熱フィン４１〜４４をモールド樹脂で成形した場合、モールド樹脂は一般に熱伝導率が小さいため、大きい放熱特性が期待できない。熱伝導率の大きい金属材料で成形した放熱フィン４１〜４４およびベース部材４１ａ〜４４ａを角部に備えることで、表面からの放熱特性に優れた可動子を有するリニアモータを提供することができる。
【００３６】
放熱フィン４１〜４４は、図８に示すように、複数のピン状フィン４５でもよい。ピン状フィン４５は、気流がモールド部材２１の表面を円滑に流れるよう、円弧状の角部３１〜３４に沿って間隔を存して複数配置することが好ましい。
【００３７】
尚、本発明に係るリニアモータは、鉄心を有しないコイル、および凹形状を有する固定子を備えるいわゆるコアレスタイプのリニアモータでもよい。
【００３８】
さらに、本発明に係るリニアモータは、円筒形状を有する固定子、および該固定子を取り囲むように配置される可動子を備えるいわゆるシャフト型リニアモータでもよい。
【符号の説明】
【００３９】
２，５２  固定子、  ３  永久磁石、  １１，６１  鉄心、  １２，６２  巻線、  １３，６３  コイル、  １５，６５  締結棒、  １６，６６  天板、  ２０，７０  可動子  ２１，７１  モールド部材、  ２２，７２  前面、  ２３，７３  後面、  ２４，２５，７４，７５  側面、  ２６，７６  頂面、  ２７，７７  底面、  ３１，３２，３３，３４  角部、  ４１，４２，４３，４４  放熱フィン、  ４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ  ベース、  ４５  ピン状フィン。  
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005797034.tif 000008
【図１０】
0005797034.tif 000009
【図１１】
0005797034.tif 000010
【図３】
0005797034.tif 000011
【図５】
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