(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨークの長手方向に複数個の永久磁石を交互に磁極が異なるように配設し、前記永久磁石の表面に沿って形成された磁気空間内にコイルを備えた可動子を前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けるようにした可動コイル形リニアモータにおいて、前記ヨークの磁石配設面に長手方向に連続した凹溝を形成すると共に、前記永久磁石は凹溝を覆うように所定間隔をあけて配設し、前記凹溝にエアーを供給することによって前記永久磁石の間隙よりエアーを前記磁気空間内に吹き付け、前記コイルを冷却することを特徴とする可動コイル形リニアモータ。
【請求項２】
隣り合う永久磁石間の所定間隙は０．０５〜５ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の可動コイル形リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対向するヨークの間に形成された磁気空間内を可動子コイルが直線移動する形式のリニアモータに関し、可動子コイルの最大電流値の維持および永久磁石の熱減磁抑制により、最大推力を向上させ得る可動コイル形リニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、数１０〜１００ｃｍといった比較的長いストロークの範囲内で物体の位置決めを行うための駆動装置としては、例えば特公昭５８−４９１００号や実開昭６３−９３７８３号によって開示されているような可動コイル形リニアモータが使用されている。この可動コイル形リニアモータについて図８を参照して説明する。先ず、１はヨークであり鉄板のような強磁性材料により、例えばＵ字あるいは平板を組み立てて門形に形成したものである。２は永久磁石で厚さ方向に着磁し表面にＮＳ磁極が交互に出現するようにヨーク１の長手方向に配設固着し、さらに左右ヨーク１の内側対向面にも磁気空間３を介して永久磁石２の異極同士が対向するように配設されている。４は支持板で前記ヨーク１と同様の強磁性材料からなり前記磁気空間３を確保するためにヨーク１の長手方向両端部に固着したものである。
【０００３】
次に、５はコイルとホルダー等を一体に備えた可動子であり前記磁気空間３における磁束と巻線方向が直交するような偏平の多相コイルによって形成している。これは例えば３相コイルを永久磁石２の配設方向に若干量ずらして並べ、磁極の方向を磁界検出素子（ＭＲセンサ）等の手段を介して検出するようになし、単相または３相の正弦波電流を通電して駆動とその方向を切り替えるように構成されている。尚、可動子には図中点線で示すテーブル６等が取り付けられることになり、これの直線移動を利用することになる。
【０００４】
以上の構成により、コイル５に電流を流すとコイル５の巻線方向が永久磁石２による磁束と直交しているので、コイル５はフレミングの左手の法則により、ヨーク１の長手方向の駆動力を得ることになり、コイル５を一体に支持している可動子はヨーク１の長手方向に移動する。次にコイル５に前記と逆方向の電流を流すと、コイル５には前記と逆方向の駆動力が作用するから可動子は前記と逆方向に移動する。従って、コイル５への通電とその方向を選択し、且つその位置をＭＲセンサで検知することにより可動子を所定位置に移動制御させることが出来る。
【０００５】
この可動コイル形リニアモータによれば、磁気回路部にセンターヨークがなく、しかも磁気空間内で磁束が複数個の閉ループを構成し、磁路の一部に磁束が集中しないようになっているので、長いストロークの全域に亘って一様な磁束密度を発生させることが出来る。さらに、可動子の質量が小さく、コギングトルクも小さいことから速応性の良好なリニアモータになるという利点を有している。
【０００６】
しかしながら、その反面狭い磁気空間内にコイルが多数配置されているため自然対流による熱交換や熱拡散の効率が悪く、しかも発熱源であるコイル５が可動子側に存在するため冷却手段が採りにくいという構造上の問題がある。さらに、コイル５の発熱によりコイル自体の電気抵抗値が上昇しジュール熱損失が増大することから実効電力が減少する。このためコイル５に対する供給電力は、コイル発熱が実用上問題とならない程度の値以下に制限して使用されている。また一方で、対向する永久磁石２にもコイル５からの熱が伝達されて永久磁石２の温度が上昇し熱減磁により発生磁束が減少する。以上のことから発生推力が減少するという性能上の問題がある。
【０００７】
そこで、コイルを冷却することが望まれ、例えば実開平４−３４８７８号によれば固定ヨークの側面部に複数個の軸流ファンを設けてコイルを冷却することが提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した実開平４−３４８７８号の冷却手段では、軸流ファンを設けることによってリニアモータの大型化と構造の複雑化を招来する結果となる。通常、可動磁石型リニアモータの場合は、コイル側は動かないので、これを冷却する手段は水冷または空冷のいずれでも比較的効率良く実施可能であるが、可動コイル形リニアモータの場合はコイル側が動くことから効率的な冷却構造をとることは困難であった。従って、可動コイル形リニアモータにあっては冷却手段を備えていないのが実状である。
【０００９】
そこで本発明は、上記した後者の従来技術に関与しその問題点を解消するもので、コイルの冷却構造を安価で簡易なものとすると共に効率的な冷却効果が得られるような空冷手段を備えた可動コイル形リニアモータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ヨークの長手方向に複数個の永久磁石を交互に磁極が異なるように配設し、前記永久磁石の表面に沿って形成された磁気空間内にコイルを備えた可動子を前記永久磁石の配設方向に移動可能に設けるようにした可動コイル形リニアモータにおいて、前記ヨークの磁石配設面に長手方向に連続した凹溝を形成すると共に、前記永久磁石は凹溝を覆うように所定間隔をあけて配設し、前記凹溝にエアーを供給することによって前記永久磁石の間隙よりエアーを前記磁気空間内に吹き付け、前記コイルを冷却するようにした可動コイル形リニアモータである。
【００１１】
本発明は、隣り合う永久磁石との間に所定間隙を設けたことよって、この間隙からエアーを磁気空間内に吹き付けてコイルを効率的に空冷できる。そして、エアー供給通路を凹溝に形成するので、長尺のヨークであっても加工が極めて容易にできヨーク長さに制約を受けない。よって、駆動距離が１０ｃｍ以上のヨークを有するリニアモータなど、特に長尺のリニアモータに適している。以上によって、可動コイル形リニアモータであっても簡単かつ安価な冷却手段を備えることができ、コイル側の熱損失と磁石側の熱減磁を共に減少させてリニアモータの高推力を達成し、これを維持することができる。
【００１２】
また、永久磁石間に間隙を持たせたことは、磁束分布を正弦波化することに作用し、その制御性の向上に寄与する。通常は、隣り合う永久磁石間の所定間隙Ｌｇは、対向する永久磁石間における磁束量を有効に発生させるために交番磁界周期をＬｍとすると、Ｌｍ／３〜Ｌｍ／８の範囲内に収まるように設定される。例えば、交番磁界の周期が１６〜１００ｍｍの場合は、永久磁石間の間隙は４〜２５ｍｍ程度の範囲に設定される。しかしながら、本発明においては、磁石配設面に形成した凹溝からエアーを吹き出させる構造とするので、冷却の効率も考慮して吹き出し口にノズル機能を持たせるために、Ｌｇは０．０５〜５ｍｍ程度の範囲内とすることが好ましい。また、上記凹溝は、ヨークや磁石が大型のものになれば複数本設けることが効率的である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示すリニアモータの一部上面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図３は参考例を示すリニアモータの一部上面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。図５は図４の変形例を示す要部断面図である。図６は本発明の他の実施例を示すリニアモータの一部上面図である。図７は他の参考例を示すリニアモータの一部上面図である。尚、これらの図は構造の概略を模式的に示す図であり、実際のリニアモータと完全に一致するものではない。また、図８に示す従来と同様の構成については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００１４】
図１、図２に示すように、ヨーク７は、左右に対向配置された、軟鋼のような強磁性材料からなる平板と、同じく平板状の下部ヨーク７３とから構成されており、対向するヨーク間で磁石表面に沿って磁気空間３が形成されている。尚、下部ヨークは、対向する平板と一体のものでもまた別体のものでもよい。そしてヨーク７の長手方向の磁石配設面７１には、永久磁石、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系異方性焼結磁石２をその極性が交互に異なるように、かつ対向する永久磁石同士の極性が異なるように配設固着している。磁気空間３内には上述した従来技術と同様に多相コイルからなる可動子５が配置されており、この多相コイルに駆動回路（図示せず）からの正弦波駆動電流を供給して直線移動（紙面上下方向）させるように構成されている。尚、永久磁石２と可動子５との間隔は、例えば０．０５〜２ｍｍ程度に設定されている。また、永久磁石の材質や可動子の構造は、上記の実施例に限定されるものではない。
【００１５】
この実施例では、ヨーク７の磁石配設面７１に長手方向に連続した凹溝７０が形成されており、この凹溝７０はフライス加工により簡単かつ安価に形成することができる。さらにこの凹溝７０を覆うように磁石配設面７１には永久磁石２を所定間隔をあけて直接接着剤で固着している。このときの永久磁石２の間隔は交番磁界がより完全な正弦波に近づくように選定されることが好ましいが、冷却用エアーを効率的に吹き付けるためには、数ｍｍ／１０〜数ｍｍ程度の大きさのノズル状にすることが好ましい。すなわち、本発明においては、交番磁界の形状と冷却エアーの吹き付け効率を考慮して永久磁石の間隔を選定すればよい。図示していない凹溝７０の一端部にはエアー供給口が設けられているので、凹溝７０は冷却用エアーの供給通路となる。従って、ヨーク７の一端に設けられたエアー供給口から空圧駆動源やコンプレッサ等によって冷却用エアーを供給すると、凹溝７０を通過する間に永久磁石２を背面から冷却すると共に、エアーは各永久磁石間の間隙（開口７２）から磁気空間３内に吹き出し可動子５を直接冷却することができる。上記の実施例によれば、下記の参考例のものと較べて冷却用エアーの供給通路を簡単に形成することが可能である。
【００１６】
冷却用エアーの供給通路は、図３及び図４に示すように構成することも可能であるが、構造がやや複雑になる。すなわちヨーク８の背面８６側に凹溝８０を設け、この凹溝８０を、シール部材を介してふた部材８５で密封してエアー供給通路を形成すると共に、ヨーク８に、凹溝８０に連通する連通孔８４を設け、連通孔８４の開口８２が各永久磁石２の間に位置するようにしたものであり、ヨーク８の一端から冷却用エアーを供給すると、密封された凹溝８０に連通する連通孔８４を通って開口８２から磁気空隙３内に冷却エアーが吹き出し可動子５のコイルを直接冷却できるが、上記実施例のものと較べて部品点数が増加する。また、図５に示すように、断面凹状で箱型部材８８を溶接などでヨーク８に固着した場合は、上記実施例のものと較べて大型化する。
【００１７】
図６は本発明の他の実施例を示すもので、センターヨークを備えた可動コイル形リニアモータに冷却用エアーの供給通路を設けた構造である。すなわち、冷却用エアーの供給通路を構成する凹溝７０を、ヨーク９のセンターヨーク側にも設け、しかも凹溝７０を並列に２個設けたものであり、ヨーク及び永久磁石が大型化しかつコイルが増加した場合には、このようにして冷却能力を高めてやることが好ましい。
【００１８】
なお、図７の参考例は、一対のヨーク９Ｒ、９Ｌのうち、片側のヨーク９Ｌのみに永久磁石を配設し、かつ両側のヨーク９Ｒ、９Ｌの背面側に凹溝９０を設けかつヨークに連通孔９４を設けたものであり、コイルに冷却エアーを吹き付けることはできるが、このリニアモータは上記実施例のものよりヨークの構造が複雑となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、可動コイル形リニアモータにおいて、ヨークの磁石配設面に長手方向に連続した凹溝を形成すると共に、永久磁石は凹溝を覆うように所定間隔をあけて配設し、凹溝にエアーを供給することによって隣接する永久磁石間の間隙よりエアーを磁気空間内に吹き付け、コイルを冷却するようにしたので、簡単な構造で可動コイルと永久磁石を冷却することができる。したがって、コイルの熱損失と磁石の熱減磁を共に減少させてリニアモータに供給する電流に制限を加える必要がなくなり、高推力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  参考例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図４】  図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】  図４の変形例を示す要部断面図である。
【図６】  本発明の他の実施例を示すリニアモータの横断面図である。
【図７】  別の参考例を示すリニアモータの一部上面図である。
【図８】  従来の可動コイル形リニアモータの一例を示す上面図である。
【符号の説明】
１：ヨーク                              ２：永久磁石
３：磁気空間                            ４：支持板
５：可動子                              ６：テーブル
７、８、９：ヨーク        ７０、８０、９０：凹溝
７１、８１：磁石配設面          ７２、８２：間隙開口
７３、８３：下部ベース          ８４、９４：連通孔
８５：ふた部材                        ８５：凹箱部材
【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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