(57)【要約】【課題】モータの発生損失を増大させることなく冷却性能を向上させ、テーブルの熱変形を抑制し、モータ可動子形状の増大を抑制することができるリニアモータの冷却構造を提供する。【解決手段】リニアモータの冷却構造において、電機子取付板７とテーブル１５の間に中間プレート１２が設けられ、中間プレート１２の内部および電機子取付板７の内部に電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路１７を設けてある。また、冷却通路１７に流す冷媒を、中間プレート１２から流入し、電機子取付板７から吐出する構造にしてある。【選択図】    図１
2004304932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台上に垂直方向に互いに間隔を置いて対向配設した磁性体からなる二つの界磁ヨークと該界磁ヨークに沿って交互に磁極が異なる複数の永久磁石よりなる界磁部と、
前記界磁部間に空隙を介して前記固定台と平行に配置した電機子コアと該電機子コアに巻装された電機子コイルよりなる電機子部と、
前記電機子部の上部に設けられ、該電機子部を固定するための電機子取付板と、
前記電機子取付板の上部に設けられ、ワークを搭載するためのテーブルと、
を備えたリニアモータにおいて、
前記電機子取付板と前記テーブルの間に中間プレートが設けられ、
前記中間プレートの内部および前記電機子取付板の内部に前記電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路を設けたことを特徴とするリニアモータの冷却構造。
【請求項２】
前記冷却通路に流す冷媒を、前記中間プレートから流入し、前記電機子取付板から吐出する構造にしたことを特徴とする請求項１記載のリニアモ−タの冷却構造。
【請求項３】
前記冷却通路は、銅製の冷却管で構成されてい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の冷却構造。
【請求項４】
前記テーブル、前記中間プレートおよび前記電機子取付板をボルトねじにより一体に締結したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のリニアモータの冷却構造。
【請求項５】
前記中間プレートおよび前記電機子取付板の冷媒入口、冷媒出口には、前記中間プレートの冷媒出口および前記電機子取付板の冷媒入口を結合するジョイントを設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のリニアモータの冷却構造。
【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構造に関し、特に磁気吸引力相殺構造のリニアモータ可動子の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワークを搭載するためのテーブルを固定台に対して自在に移動させることのできる吸引力相殺形のリニアモータは、図５のようになっている。なお、図５は第１従来技術を示すリニアモータの正断面図である。
図５において、１は固定台、２は固定台１上で左右両端に設けたガイドレール、３はガイドレール２と対でリニアガイドを構成するスライダである。４はリニアモータ、５は固定台１と垂直方向に互いに対向して固定した平板状の界磁ヨーク、６は界磁ヨーク５上に沿って（紙面と垂直方向）交互に磁極が異なるように複数配設した永久磁石、７は電機子を固定するための電機子取付板、８は永久磁石６と磁気的空隙を介して対向して設けられ、かつ、Ｉ字状の例えば珪素鋼板からなる電磁鋼板を永久磁石６の高さ方向に積層して成る電機子コアで、該コアを積層した後は溶接または接着することにより構成されている。９は１つ１つの電機子コア８の巻線収納部に巻回して成る電機子コイルである。界磁ヨーク５と永久磁石６とで固定子（界磁部）を構成し、電機子コア８と電機子コイル９とで可動子（電機子部）を構成している。なお、上記電機子部は１つ１つの電機子コア８の巻線収納部に電機子コイル９を巻回した後、１つ１つの電機子コア８を、所定の直線路に沿って順次繋がいでブロックビルド形の電機子を完成したものとなっている。
また、１０は電機子の下部に設けられ、電機子コイルを構成するコイル導体の渡り線及び中性点の接続処理を容易にするためのガラスエポキシ材でできた結線基板、１１は電機子コイル９および結線基板１０を固定するモールド樹脂、１５は電機子固定板７の上に設けたテーブルである。電機子固定板７は、テーブル１５側から雄ねじを有するボルトねじ１６を貫通穴１５ａに通した後、電機子固定板７に設けた雌ねじ７ａにねじ込んでテーブル１５に締結される。それから、電機子コア８は電機子コア８の下部側からボルトねじ１３を貫通穴８ａに通して電機子固定板７に設けた雌ねじ７ｂにねじ込み、電機子固定板７に締結される。なお、リニアモータ４は可動子の移動方向の位置を検出するために、一般にリニアスケールとセンサヘッドより構成される光学式リニアエンコーダが設けられるが、図５ではその図示を省略している。
このような構成のリニアモータ４において、図示しない電源より電機子コイル９に電流を印加すると、電機子と界磁の電磁作用により、リニアモータ４は永久磁石の長手方向に沿って推力を発生し、直線運動を行う（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２のリニアモータでは、モータの推力を上げて電機子部のコイル導体の発熱量が増加した場合、電機子コイル９で生じた熱の大半は電機子コア８、電機子取付板７を介して、テーブル１５に熱伝導する。該リニアモータ４は、何の冷却対策も講じていないため冷却性能に限界があり、テーブル１５が電機子コイル９からの熱伝導により温度上昇して熱変形を生じたり、テーブル１５に取り付けたリニアガイドや図示しないリニアスケール等に悪影響を与え、テーブル１５の位置決め精度の誤差が生じるといった問題があった。
【０００４】
上記の特許文献１、２の問題を解消するため、ブロックビルド形の電機子を有するリニアモータに対して、電機子に発生する熱を効率的に冷却し、高精度の位置決め制御特性が得られるよう、電機子コア自体に冷却構造を付加したリニアモータが提案されている（例えば、特許文献３を参照）。
【０００５】
図６は第２従来技術を示すリニアモータの平面図であり、ベースプレート上に取り付けられた電機子と冷却部材との全体的な構成が示されている。
図において、３０はリニアモータ電機子、３１はベースプレート、３２は電機子コア、３３はコイル、３４は扁平冷却管であり、３５、３６はマニホールド、３７は折り返し部材である。リニアモータ電機子３０は、Ｉ字状の電磁鋼板が積層された電機子コア３２とその凹部に巻回されたコイル３３とからなる複数個の電機子ブロックを整列配置させ、該電機子ブロックを冷却する冷却部材が、隣り合う前記電機子ブロックの間隙を縫うように一端３４ａから他端３４ｂに向かって連続的にＳ字状に折り返されて配設された扁平中空状の扁平冷却配管３４により構成されている。なお、該扁平冷却配管３４の両端３４ａおよび３４ｂは、第１のマニホールド３５、第２のマニホールド３６に溶接されて配管されている。また、電機子コア３２はベースプレート３１に図示しないボルトねじで固定されている。このように、従来の冷却構造は、コイル近傍に冷媒を流すことによりコイルの発熱を除去しモータ外部へ移送するものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３７０７０号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３３４３２号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２８４３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第２従来技術である特許文献３の冷却構造において、下記のような問題が存在した。
（１）電機子部は、扁平冷却管でコイル近傍のみしか冷却されることになるので、冷却性能に限界がある。つまり、電機子コイルで発生した熱の一部はコイルが巻かれている電機子コアティースへ伝わり、容易に電機子取付板、テーブル部へ伝熱されることになり、熱変形による精度面への悪影響をおよぼした。
（２）扁平冷却管が、電機子コイルの配置スペースに存在するため、導体の占積率を犠牲にしており、モータの発生損失を増大させているという問題があった。
（３）扁平冷却管が、図示のように波状をしており、コイル間を縫うように配置固定されているのでコイルエンド両端のさらに外側に、前記冷媒管が存在することでリニアモータの可動子形状（幅寸法）を増大させることとなった。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、モータの発生損失を増大させることなく冷却性能を向上させ、テーブルの熱変形を抑制し、モータ可動子形状の増大を抑制することができるリニアモータの冷却構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載のリニアモータの冷却構造に係る発明は、固定台上に垂直方向に互いに間隔を置いて対向配設した磁性体からなる二つの界磁ヨークと該界磁ヨークに沿って交互に磁極が異なる複数の永久磁石よりなる界磁部と、前記界磁部間に空隙を介して前記固定台と平行に配置した電機子コアと該電機子コアに巻装された電機子コイルよりなる電機子部と、前記電機子取付板の上部に設けられ、該電機子部を固定するための電機子取付板と、前記電機子部の上部に設けられ、ワークを搭載するためのテーブルと、を備えたリニアモータにおいて、前記電機子取付板と前記テーブルの間に中間プレートが設けられ、前記中間プレートの内部および前記電機子取付板の内部に前記電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路を設けたものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のリニアモ−タの冷却構造において、前記冷却通路に流す冷媒を、前記中間プレートから流入し、前記電機子取付板から吐出する構造にしたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のリニアモータの冷却構造において、前記冷却通路は、銅製の冷却管で構成されたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のリニアモータの冷却構造において、前記テーブル、前記中間プレートおよび前記電機子取付板をボルトねじにより一体に締結したものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載のリニアモータの冷却構造において、前記中間プレートおよび前記電機子取付板の冷媒入口、冷媒出口には、前記中間プレートの冷媒出口および前記電機子取付板の冷媒入口を結合するジョイントを設けたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示すリニアモータの正断面図である。図２は図１のリニアモータ可動子の側面図であり、このうち、冷媒通路１７の部分は図１のＡ−Ａ線に沿う断面を破断したもの、ボルト２１、２２の部分は夫々図１のＢ―Ｂ線、Ｃ―Ｃ線に沿う断面を破断したものとなっている。図３はリニアモータ可動子における冷媒通路入口、出口のジョイントを接続した状態を示す正面図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては、同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１、２において、１２は中間プレート、１７は冷却通路である。また、図３において、１７ａは中間プレート１２に設けた冷媒通路１７の冷媒入口、１７ｂは中間プレート１２側の冷媒出口、１７ｃは電機子取付板７に設けた冷媒通路１７の冷媒入口、１７ｄは電機子取付板７側の冷媒出口、２３はジョイントである。
【００１１】
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、電機子取付板７とテーブル１５の間に中間プレート１２が設けられ、中間プレート１２の内部および電機子取付板７の内部に電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路１７を設けた点である。
また、冷却通路１７に流す冷媒を、中間プレート１２から流入し、電機子取付板７から吐出する構造にしたものとなっている。
また、冷却通路１７は、銅製の冷却管で構成されたものとなっている。
さらに、テーブル１５、中間プレート１２および電機子取付板７をボルトねじ２１、２２により一体に締結したものである。なお、電機子取付板７には雌ねじ７ａが設けられ、各雌ねじ７ａにボルトねじ２１、２２がねじ込まれてテーブル１５、中間プレート１２および電機子取付板７が一体化される。
またさらに、中間プレート１２および電機子取付板７の冷媒入口、冷媒出口には、中間プレート１２の冷媒出口１７ｂおよび電機子取付板７の冷媒入口１７ｃを結合するジョイント２３を設けてある。
【００１２】
次に動作を説明する。
図４は本実施例における冷媒通路の冷媒の流れを説明するための模式図である。なお、図において、冷媒入口１７ａ、１７ｃ、冷媒入口１７ｂ、１７ｄは、丸印で囲んだ部分を示している。
まず、冷媒が外部の冷媒供給源（不図示）より中間プレート１２の冷媒入口１７ａに流入すると、冷媒は中間プレート１２を冷却した後、冷媒出口１７ｂから流出する。次に冷媒出口１７ｂから出た冷媒は、電機子取付板７の冷媒入口１７ｃに入り、電機子取付板７を冷却した後、冷媒出口１７ｄから流出する。このように、冷媒により中間プレート１２が先に冷却された後、電機子取付板７が後に冷却される。
【００１３】
したがって、本発明の実施例は電機子取付板７とテーブル１５の間に中間プレート１２を設け、中間プレート１２の内部および電機子取付板７の内部に電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路１７を設けるようにしたので、リニアモータの電機子コイル９の発熱を中間プレート１２と電機子取付板７に夫々設けられた冷却通路１７に冷媒を流すことにより除去し、モータの発生損失を増大させることなく冷却性能を向上させ、テーブル１５の熱変形を抑制することができる。その結果、テーブル１５の温度上昇に伴う熱変形よる精度悪化の影響を極力小さくすることができる。また、テーブル１５に取り付けたリニアガイドや図示しないリニアスケール等に悪影響を与えることなく、テーブル１５の位置決め精度を良好に保つことができる。
さらに、冷却通路１７に流す冷媒を、中間プレート１２から流入し、電機子取付板７から吐出する構造にしたので、冷媒による熱交換量の小さい中間プレート１２を先に冷却し、中間プレート１２に比べて冷媒による熱交換量の大きい電機子取付板７を後に冷却するようことで、テーブル１５に直接接触する中間プレート１２における冷媒の熱交換による温度上昇を最小限に抑制することができる。
またさらに、冷却通路１７を、銅製の冷却管で構成するようしたので、冷媒に水を使用した場合ても、電食の危険性を無くすことができる。
そして、テーブル１５、中間プレート１２および電機子取付板７をボルトねじ２１、２２により一体に締結したので、各部材間の接触熱抵抗を向上させることができ、電機子部で発生する熱を効果的に冷却通路１７に放熱させることができる。
それから、中間プレート１２および電機子取付板７の冷媒入口、出口には、該冷媒入口、出口を結合するジョイントを設けたので、中間プレート１２および電機子取付板７の冷媒入口、出口の接続構造をコンパクトにかつ簡単にすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、以下の効果がある。
本発明の実施例は、電機子取付板とテーブルの間に中間プレートを設け、中間プレートの内部および電機子取付板の内部に電機子部の移動方向に連続的に折り返されて配設された冷却通路を設けるようにしたため、リニアモータの電機子コイルの発熱を中間プレートと電機子取付板に夫々設けられた冷却通路に冷媒を流すことにより除去し、モータの発生損失を増大させることなく冷却性能を向上させ、テーブルの熱変形を抑制することができる。その結果、テーブルの温度上昇に伴う熱変形よる精度悪化の影響を極力小さくすることができる。また、テーブルに取り付けたリニアガイドや図示しないリニアスケール等に悪影響を与えることなく、テーブルの位置決め精度を良好に保つことができる。
さらに、冷却通路に流す冷媒を、中間プレートから流入し、電機子取付板から吐出する構造にしたので、冷媒の温度上昇に伴う熱交換量の小さい中間プレートを先に冷却し、中間プレートに比べて冷媒による熱交換量の大きい電機子取付板を後に冷却するようことで、テーブルに直接接触する中間プレートおける冷媒の熱交換による温度上昇を最小限に抑制することができる。
またさらに、冷却通路を、銅製の冷却管で構成するようしたので、冷媒に水を使用した場合ても、電食の危険性を無くすことができる。
そして、テーブル、中間プレートおよび電機子取付板をボルトねじにより一体に締結したので、各部材間の接触熱抵抗を向上させることができ、電機子部で発生する熱を効果的に冷却通路に放熱させることができる。
それから、中間プレートおよび電機子取付板の冷媒入口、出口には、該冷媒入口、出口を結合するジョイントを設けたので、中間プレートおよび電機子取付板の冷媒入口、出口の接続構造をコンパクトにかつ簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すリニアモータの正断面図である。
【図２】図１のリニアモータ可動子の側面図であり、このうち、冷媒通路１７の部分は図１のＡ−Ａ線に沿う断面を破断したもの、ボルト２１、２２の部分は夫々図１のＢ―Ｂ線、Ｃ―Ｃ線に沿う断面を破断したものとなっている。
【図３】リニアモータ可動子における冷媒通路入口、出口のジョイントを接続した状態を示す正面図である。
【図４】本実施例における冷媒通路の冷媒の流れを説明するための模式図である。
【図５】第１従来技術を示すリニアモータの正断面図である。
【図６】第２従来技術を示すリニアモータの平面図であり、ベースプレート上に取り付けられた電機子と冷却部材との全体的な構成を示している。
【符号の説明】
１  固定台、
２  ガイドレール、
３  スライダ、
４  リニアモータ、
５  界磁ヨーク、
６  永久磁石、
７  電機子取付板、
７ａ  雌ねじ、
７ｂ  雌ねじ、
８  電機子コア、
８ａ  貫通穴、
９  電機子コイル、
１０  結線基板、
１１  モールド樹脂、
１２  中間プレート、
１３  ボルトねじ、
１５  テーブル、
１５ａ  貫通穴、
１６  ボルトねじ、
１７  冷却通路、
１７ａ  冷媒入口、
１７ｂ  冷媒出口、
１７ｃ  冷媒入口、
１７ｄ  冷媒出口、
２１、２２  ボルトねじ、
２３  ジョイント
【図１】
2004304932.tif 000003
【図２】
2004304932.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004304932.tif 000006
【図５】
2004304932.tif 000007
【図６】
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