(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子と、前記電機子を固定し、かつ、ヒートシンクを具備するフレームとを備え、前記電機子は、複数個のコイル群を平板状に並べて成形してなる少なくとも２列の電機子コイルで構成してあり、
前記複数のコイル列の間に前記電機子の長手方向に沿って、金属製の薄板部材の内部に吸熱部と放熱部を有する蛇行した中空状の細管を多数並べた平板状のヒートパイプを配設すると共に、前記コイル列を覆うように樹脂モールドで固着してあり、
前記ヒートパイプは、その吸熱部の一部を前記電機子コイルに固着し、かつ、その放熱部を前記ヒートシンクの内部に挿入するように配置してあることを特徴とするリニアモータ電機子。
【請求項２】
前記ヒートパイプにおける電機子コイルが固着される部分と前記ヒートシンク内部に挿入される部分との間に前記フレームに固定するためのブロック状の係止部材を設けてあることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ電機子。
【請求項３】
前記フレームは、前記ヒートシンクを構成し、かつ、前記ヒートパイプの放熱部を内部に挿入するための中空状の凹部と、前記凹部の開口側にに形成されると共に前記係止部材と係止できるようにした段差を有する係止段差部とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のリニアモータ電機子。
【請求項４】
前記ヒートシンクは、冷媒により熱交換するようにした冷媒通路で構成されたことを特徴とする１から３までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子。
【請求項５】
前記ヒートパイプは、薄板部材の内部に作動液を封入する蛇行した中空状の細管を備えたことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子。
【請求項６】
前記ヒートパイプの材質をステンレスとしたことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載のリニアモータ電機子と、前記電機子の両側に磁気的空隙を介して対向配置されると共に、交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を固定子に、他方を可動子としたことを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ機器の搬送システムなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するリニアモータ電機子およびリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＦＡ機器の搬送システムなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するリニアモータは、図１のようになっている。図１は、一般的なリニアモータの全体斜視図であって、後述する本発明と共通な全体構成を示している。また、図５は、従来のリニアモータの冷却構造を示すものであって、図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図に相当する。なお、本例のリニアモータは電機子を可動子とし、電機子の両側に磁気的空隙を介して配置する界磁用の永久磁石を固定子とするムービングコイル式であって、かつ、磁束貫通型構造のものを用いて説明する。
図において、１はリニアモータ、２は界磁ヨーク、３は永久磁石、４はヨークベース、５は電機子、６は電機子コイル、９は樹脂モールド、１３は巻線固定枠、１４はフレーム、１５は冷媒通路である。
リニアモータ１は、Ｎ極、Ｓ極の極性が交互に異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石３が２列の界磁ヨーク２の側面に直線状に並べて配置され、各々の界磁ヨーク２の間にヨークベース４を配設して固定子を構成している。また、リニアモータ１は、永久磁石３の磁石列と磁気的空隙を介して電機子５を平行に対向配置している。電機子５は複数個のコイル群を平板状に成形してなる２列のコアレス型の電機子コイル６を有すると共に、電機子コイル６をステンレス等の金属からなる巻線固定枠１３の両面に直線状に並べて配置し、これら巻線固定枠１３および電機子コイル６を樹脂モールド９により固着している。
さらに、電機子５の上部にはその長手方向に沿って電機子５を固定すると共に、ステンレス等の金属からなるＴ字状断面を有するフレーム１４を設けている。電機子５とフレーム１４の固定は、フレームの凹部１４ａに巻線固定枠１３の一方端を挿入した後、ロウ付け、溶接あるいは接着などにより固定し一体化するようになっている。ここで、フレーム１４の内部には冷媒通路１５を設けてあり、図示しない冷媒供給装置から冷媒通路１５に冷媒を供給するようになっている。なお、リニアモータの可動子側および固定子側には、図示しないスライダとガイドレールからなるリニアガイドを取り付けると共に、可動子を固定子に対して直線移動させるようになっている。
このような構成において、図示しない電源より各相の電機子コイル６に電流を印加すると、電機子コイル６には永久磁石３との電磁作用により、電機子コイル６と永久磁石３間の磁気的空隙部中に形成された磁界から電機子コイル６の長手方向に向かって電磁力が働いて推力を発生し、滑らかな直線移動を行う。この際、可動子を推進させるための駆動電流が電機子コイル６に流れると、電機子コイル６は内部抵抗により発熱を起こすが、電機子コイル６で発生した熱は、樹脂モールド９と巻線固定枠１３を通じてフレーム１４に伝熱した後、冷媒通路１５の内部を循環する冷媒によって熱交換され、電機子５全体が冷却される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
・・・・
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、電機子コイルの熱をフレームに効率良く伝熱し、電機子コイルの温度上昇に伴う可動子の推力低下を防止することができる、小型で剛性の高いリニアモータ電機子およびリニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、電機子と、前記電機子を固定し、かつ、ヒートシンクを具備するフレームとを備え、前記電機子は、複数個のコイル群を平板状に並べて成形してなる少なくとも２列の電機子コイルで構成してあり、前記複数のコイル列の間に前記電機子の長手方向に沿って、金属製の薄板部材の内部に吸熱部と放熱部を有する蛇行した中空状の細管を多数並べた平板状のヒートパイプを配設すると共に、前記コイル列を覆うように樹脂モールドで固着してあり、前記ヒートパイプは、その吸熱部の一部を前記電機子コイルに固着し、かつ、その放熱部を前記ヒートシンクの内部に挿入するように配置したリニアモータ電機子である。請求項２の本発明は、請求項１に記載のリニアモータ電機子において、前記ヒートパイプにおける電機子コイルが固着される部分と前記ヒートシンク内部に挿入される部分との間に前記フレームに固定するためのブロック状の係止部材を設けたものである。請求項３の本発明は、請求項２に記載のリニアモータ電機子において、前記フレームは、前記ヒートシンクを構成し、かつ、前記ヒートパイプの放熱部を内部に挿入するための中空状の凹部と、前記凹部の開口側に形成されると共に前記係止部材と係止できるようにした段差を有する係止段差部とを備えたものである。請求項４の本発明は、請求項１から３までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子において、前記ヒートシンクは、冷媒により熱交換するようにした冷媒通路で構成されたものである。請求項５の本発明は、請求項１から４までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子において、前記ヒートパイプは、薄板部材の内部に作動液を封入する蛇行した中空状の細管を備えたものである。請求項６の本発明は、請求項１から５までの何れか１項に記載のリニアモータ電機子において、前記ヒートパイプの材質をステンレスとしたものである。請求項７の本発明は、請求項１から６の何れか１項に記載のリニアモータ電機子と、前記電機子の両側に磁気的空隙を介して対向配置されると共に、交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記界磁極と前記電機子との何れか一方を固定子に、他方を可動子としたリニアモータである。
【０００５】
【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２は本発明の実施例におけるリニアモータであって、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ―Ａ線に沿う正断面図である。なお、本発明が従来と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。また、本実施例は、従来例と同じく磁束貫通型構造のリニアモータの例を示している。
図において、７はヒートパイプ、８は係止部材、１０はフレーム。１０ａは凹部、１０ｂは係止端壁、１０ｃは係止段差部、１１はヒートシンクであり、ここでは冷媒により熱交換するようにした冷媒通路を示している。
本発明が従来と異なる点は、以下のとおりである。
電機子コイル６を構成する複数のコイル列の間に電機子５の長手方向に沿って平板状のヒートパイプ７を配設すると共に、コイル列を覆うように樹脂モールド９で固着してあり、具体的にはヒートパイプ７の吸熱部の一部を電機子コイル６に固着し、かつ、その放熱部を冷媒通路１１の内部に挿入するように配置してある点である。
また、ヒートパイプ７における電機子コイルが固着される部分と冷媒通路１１内部に挿入される部分との間にフレーム１０に固定するためのブロック状の係止部材８を設けてある。
さらに、フレーム１０は、冷媒通路１１を構成しヒートパイプ７の放熱部を内部に挿入するための中空状の凹部１０ａと、凹部１０ａの開口部側に形成されると共にヒートパイプ７に取り付けた係止部材８と係止できるようにした段差を有する係止段差部１０ｃとを備えている。
ここで、図３はヒートパイプの拡大斜視図であって、内部を透視したものを示している。
図３において、７１は細管、７１ａは吸熱部、７１ｂは放熱部である。ヒートパイプ７は、図に示すように、熱伝導の良い金属製の薄板部材の内部に蛇行した中空状の細管７１が多数並ぶ構造とし、フロン等の液相作動液と気相作動液からなる二相の作動液が細管７１に封入されたものであり、吸熱部７１ａおよび放熱部７１ｂを備える。
【０００６】
次にリニアモータを構成する電機子とフレームの組立について説明する。
図４は、図２のリニアモータを構成する電機子とフレームの組立工程を示す説明図である。電機子５とフレーム１０を固着する際は、まず、ヒートパイプ７の吸熱部に電機子コイル６を接着する。そして、ヒートパイプ７の電機子コイル６を固着した部分の上端部に係止部材８を溶接、ろう付けあるいは接着などにより固定する。次に、フレーム１０の凹部１０ａにヒートパイプ７の先端部を挿入した後、ヒートパイプ７に固着された係止部材８をフレーム１０の係止段差部１０ｃに接触させ、フレーム１０の係止端壁１０ｂの先端と係止部材８の先端とを溶接、ろう付けあるいは接着などにより電機子５とフレーム１０を固定して一体化するようになっている。
【０００７】
次に、リニアモータの冷却形態を説明する。
リニアモータの電機子コイル６に駆動電流を流すと、電機子コイル６は内部抵抗により発熱を起こす。電機子コイル６で発生した熱はヒートパイプ７の吸熱部に伝わり、この吸熱部で熱を吸収すると激しい核沸騰を発生する。核沸騰の断続による圧力波が振動波となって蛇行した細管７１に封入された作動液に振動を引き起こし、作動液の振動により放熱部に大量の熱が伝わる。そして、ヒートパイプ７の放熱部に伝熱した熱は冷媒通路１１に伝わる。結果として、電機子コイル６で発生した熱が効率よく冷媒通路１１で熱交換され、電機子コイル６の温度上昇が抑制される。
【０００８】
次に、本実施例によるリニアモータの冷却能力を計算すると、ヒートパイプ７の伝熱方向の熱伝導率は約２０００Ｗ／ｍ・℃以上となり、例えば、従来の巻線固定枠の材質がアルミ（熱伝導率＝約２００Ｗ／ｍ・℃）の場合の１０倍以上、また、樹脂モールド９の熱伝導率（約２Ｗ／ｍ・℃）の１０００倍以上の伝熱能力を有することになる。そのため、従来、電機子コイル６の熱抵抗が高い端部付近まで効率良く熱を奪うことが可能となり、電機子コイル６や樹脂モールド９の温度上昇を、従来の少なくとも１０分の１以下に低減することができる。
【０００９】
したがって、電機子コイル６を構成する複数のコイル列の間に電機子５の長手方向に沿って平板状のヒートパイプ７を配設すると共に、コイル列を覆うように樹脂モールド９で固着し、また、ヒートパイプ７の吸熱部の一部を電機子コイル６に固着し、かつ、その放熱部を冷媒通路１１の内部に挿入するように配置したので、電機子コイル６で生じた熱が冷媒通路１１に効率よく放熱されて、電機子コイル６の温度上昇を大幅に低減することができる。
また、電機子コイル６の発熱を効率よく放熱することが出来ることから、駆動電流を低下することなく、可動子の推力を上げることが出来る。
また、ヒートパイプ７における電機子コイル６が固着される部分と冷媒通路１１内部に挿入される部分との間にフレーム１０に固定するためのブロック状の係止部材８を設け、さらにフレーム１０は、冷媒通路１１を構成しヒートパイプ７の放熱部を内部に挿入するための中空状の凹部１０ａと、凹部１０ａの開口側に形成されると共にヒートパイプに取り付けた係止部材８と係止できるようにした段差を有する係止段差部１０ｃとを備えたので、電機子５とフレーム１０を係止部材８および係止段差部１０ｃとで容易に一体化することででき、可動子自体の剛性を上げることができる。その結果、可動子を走行させた場合に、可動子がその両側面に磁気的空隙を介して対向する固定子の方向に振動を発生させる問題もなくなり、運動精度を向上させることができる。
さらに、ヒートパイプ７は、熱伝導の良い金属製の薄板部材の内部に吸熱部と放熱部を有する蛇行した中空状の細管６が多数並ぶ構造としたので、強度を下げることなく軽量化することができ、しかも従来の巻線固定枠の形状サイズを維持したままで、組立工数を少なくすることができる小形のリニアモータを提供することができる。
【００１０】
なお、本実施例では、リニアモータの電機子を可動子に、界磁極を固定子としたムービングコイル形の構成を例にとり説明したが、リニアモータの電機子を固定子に、界磁極を可動子としたムービングマグネット形の構成にしても構わない。
また、本実施例では、電機子コイルのコイル列が２列の例を用いて説明したが、コイル列が３列以上の構造のものでも良く、その際、コイル列数と相数の組合せが限定されるものでない。
また、ヒートパイプ７の材質は、ステンレスやアルミなどの金属を用いても構わない。ヒートパイプ７にステンレスのものを用いると、リニアモータの電機子が永久磁石３の列間に沿って推力方向に移動した際に生じるヒートパイプ７の金属部の渦電流が低減され、渦電流発生に伴う可動子の粘性抵抗力を低減することができる。
また、ヒートパイプ７は、蛇行した細管７１に液相作動液と気相作動液を封入して核沸騰現象を利用する冷却特性を有した例を示したが、このような冷却特性を満足するものであれば、他の構造のヒートパイプを用いても構わない。
また、ヒートシンク１１は、冷媒により熱交換するようにした冷媒通路としたが、フレーム１０の内部に設けた凹部１０Ａに高熱伝導性の金属ブロック（不図示）を嵌合させ、金属ブロックをフレーム１０の長手方向の長さから突出させて外気に放熱するような構成にしても構わない。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、以下の効果がある。
（１）電機子コイルを構成する複数のコイル列の間に電機子５の長手方向に沿って平板状のヒートパイプを配設すると共に、コイル列を覆うように樹脂モールドで固着し、また、ヒートパイプの吸熱部の一部を電機子コイルに固着し、かつ、その放熱部を冷媒通路の内部に挿入するように配置したため、電機子コイルで生じた熱が冷媒通路に効率よく放熱されて、電機子コイルの温度上昇を大幅に低減することができる。
（２）電機子コイルの発熱を効率よく放熱することが出来ることから、駆動電流を低下することなく、可動子の推力を上げることが出来る。
（３）ヒートパイプにおける電機子コイルが固着される部分と冷媒通路内部に挿入される部分との間にフレームに固定するためのブロック状の係止部材を設け、さらにフレームは、冷媒通路を構成し、かつ、ヒートパイプの放熱部を内部に挿入するための中空状の凹部と、凹部の開口側に形成されると共にヒートパイプに取り付けた係止部材と係止できるようにした段差を有する係止段差部とを備えたため、電機子とフレームを係止部材および係止段差部とで容易に一体化することででき、可動子自体の剛性を上げることができる。その結果、可動子を走行させた場合に、可動子がその両側面に磁気的空隙を介して対向する固定子の方向に振動を発生させる問題もなくなり、運動精度を向上させることができる。
（４）ヒートパイプは、熱伝導の良い金属製の薄板部材の内部に吸熱部と放熱部を有する蛇行した中空状の細管が多数並ぶ構造としたため、強度を下げることなく軽量化することができ、しかも従来の巻線固定枠の形状サイズを維持したままで、組立工数を少なくすることができる小形のリニアモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なリニアモータの全体斜視図であって、本発明と従来技術に共通な全体構成を示している。
【図２】本発明の実施例におけるリニアモータであって、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ―Ａ線に沿う正断面図である。
【図３】図３はヒートパイプの拡大斜視図で、内部を透視したものである。
【図４】図２のリニアモータを構成する電機子とフレームの組立工程を示す説明図である。
【図５】従来のリニアモータの冷却構造を示すものであって、図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図に相当する。
【符号の説明】
１  リニアモータ
２  界磁ヨーク
３  永久磁石
４  ヨークベース
５  電機子
６  電機子コイル
７  ヒートパイプ
７１  細管
７１ａ  吸熱部
７１ｂ  放熱部
８  係止部材
９  樹脂モールド
１０  フレーム
１０ａ  凹部
１０ｂ  係止端壁
１０ｃ  係止段差部
１１  冷媒通路（ヒートシンク）
【図１】
0004811550.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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