JP2008067492A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】リニアモータの可動子の放熱性を高めながら、スライドテーブルの温度上昇、熱膨張を抑制できるようにする。
【解決手段】スライドテーブル１６と可動子１９とを連結する放熱部材を、レール１５とほぼ平行に配置された多数枚の放熱プレート１８により構成する。これにより、放熱プレート１８を薄く形成して放熱プレート１８の枚数を多くすることで、放熱面積を大きくすると共に、各放熱プレート１９の薄型化により各放熱プレート１９の温度分布にスライドテーブル１６側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせて、スライドテーブル１６の温度上昇、熱膨張を抑制する。この構成では、可動子１９が熱膨張しても、各放熱プレート１８の間隔は、可動子１９側の間隔のみが変化するだけであり、可動子１９とスライドテーブル１６との熱膨張差によってスライドテーブル１６が変形することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レールにスライド自在に支持されたスライド部材に放熱部材を介して可動子を連結したリニアモータに関する発明である。

一般に、リニアモータは、リニアに延びる固定子の両側に沿って一対のレールを平行に延びるように設けると共に、両レールにスライドテーブルをスライド自在に支持させ、このスライドテーブルに固定した可動子を固定子と対向させ、可動子の移動位置に応じて可動子の各コイルへの通電を切り換えることで、可動子とスライドテーブルとを一体的にレールに沿ってスライド移動させるようにしている。このリニアモータの稼働中は、可動子のコイルへの通電により発熱するため、この熱が可動子からスライドテーブルに伝達されてスライドテーブルの温度が上昇し、それによって、スライドテーブルが熱膨張してスライドテーブルのレール幅方向の寸法が変化するため、スライドテーブルとレールとの摺動部の摺動抵抗が増大して摩耗が増大し、寿命が短くなるという問題があった。しかも、スライドテーブルの熱膨張による寸法変化によってスライドテーブル上の位置決め対象物の位置決め精度が低下するという問題もあった。

これらの問題を解決するために、特許文献１（特開２００４−８８９８１号公報）に記載されているように、スライドテーブルと可動子との間に断熱材を介在させて、可動子からスライドテーブルへの熱伝達を断熱材により防止するようにしたものがある。

しかし、この構成では、可動子の放熱性が悪く、可動子のコイル温度が過昇温する問題が発生するため、特許文献１に記載された他の実施例では、スライドテーブルと可動子との間にヒートシンクを設けて可動子の放熱性を確保すると共に、このヒートシンクとスライドテーブルとの結合部に断熱性の変形吸収部材（積層ガラスエポキシ）を介在させることで、ヒートシンクからスライドテーブルへの熱伝達を断熱性の変形吸収部材により防止しながら、ヒートシンクとスライドテーブルとの熱膨張差に応じて変形吸収部材が変形することで、ヒートシンクの熱膨張によってスライドテーブルが変形することを防止するようにしている。
特開２００４−８８９８１号公報（第１頁、第１２頁〜第１４頁）

しかしながら、上記構成では、リニアモータの始動／停止毎に可動子の温度が上下動してヒートシンクが膨張／収縮し、その都度、変形吸収部材の変形が繰り返されるため、その繰り返し応力により変形吸収部材に疲労破壊が発生する可能性があり、耐久性に問題がある。しかも、取付強度を確保するためにヒートシンクとスライドテーブルとを変形吸収部材を挟み込んだ状態でボルトで締め付け固定しているため、ボルトを強く締め付けると、変形吸収部材の変形性がボルトで阻害されてしまい、反対に、ボルトを緩く締め付けると、振動によりボルトが簡単に緩んでしまい、変形吸収部材の変形性の確保と取付強度の確保とを両立させることが困難である。更に、ヒートシンクとスライドテーブルとの連結構造も複雑になるという欠点もある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、可動子の放熱性を高めながら、スライド部材（スライドテーブル）の温度上昇、熱膨張を抑制でき、しかも、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができるリニアモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、リニアに延びる固定子と、この固定子の両側に沿って平行に延びる一対のレールにスライド自在に支持されたスライド部材と、このスライド部材に放熱部材を介して連結されて前記固定子と対向する可動子とを備えたリニアモータにおいて、前記放熱部材を、前記レールとほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレートにより構成したものである。

この構成では、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレートを薄く形成して、放熱プレートの枚数を多くすることで、放熱面積（空気との接触面積）を十分に大きくできるため、可動子の放熱性を確保して可動子の温度上昇を抑制できると共に、各放熱プレートの薄型化により各放熱プレートの温度分布にスライド部材側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることができ、スライド部材の温度上昇、熱膨張を抑制できる。しかも、各放熱プレートがレールとほぼ平行に配置されているため、可動子が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレートの間隔は、スライド部材側の間隔が変化せずに可動子側の間隔のみが可動子の熱膨張により変化するだけであり、可動子とスライド部材との熱膨張差によってスライド部材が変形することを防止できる。また、各放熱プレートをレールとほぼ平行に配置しているため、スライド部材の加減速時の荷重（レールと平行な方向に働く荷重）を各放熱プレートによって安定して支えることができると共に、前記特許文献１のような変形吸収部材を必要としないため、前述した変形吸収部材に起因する諸問題を解消することができ、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができる。

本発明は、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレートをそれぞれ別体に形成しても良いが、請求項２のように、複数枚の放熱プレートを、可動子側及び／又はスライド部材側の端部がつながるように一体に形成するようにしても良い。このようにすれば、リニアモータの組立作業が簡単となり、生産性を向上できる利点がある。

また、請求項３のように、複数枚の放熱プレートとスライド部材との間に断熱性部材を介在させて、各放熱プレートからスライド部材への熱伝達を断熱性部材により防止するようにしても良い。この場合、断熱性部材は変形する必要がないため、変形が必要とされる特許文献１のような問題は発生しない。

更に、請求項４のように、放熱部材を、断熱性部材を介して複数段に構成し、各段毎に放熱プレートを所定枚数ずつ配置するようにしても良い。これにより、放熱性を高めながら、スライド部材への熱伝達防止効果を高めることができる。

また、請求項５のように、各放熱プレートに放熱フィンを形成するようにしても良い。これにより、放熱性を更に高めることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した５つの実施例１〜５を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図３に基づいて説明する。
ここで、図１はリニアモータの縦断正面図、図２はリニアモータの縦断側面図、図３はリニアモータの可動子が熱膨張したときの作用を説明するための縦断正面図である。

Ｕ字溝型のベース１１の底面部には、リニアに延びる固定子１２が設けられている。固定子１２は、鉄板等のコア１３上に多数の永久磁石１４をＮ極とＳ極の磁界を交互に形成するように配列して構成されている。

ベース１１の両側壁部の上端には、固定子１２の両側に沿って平行に延びる一対のレール１５が取り付けられている。スライドテーブル１６（スライド部材）の下面両側部には、スライドガイド１７が取り付けられ、各スライドガイド１７が各レール１５に摺動自在に嵌合されることで、スライドテーブル１６が一対のレール１５にスライド自在に支持されている。

このスライドテーブル１６の下面には、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート１８が等間隔でレール１５とほぼ平行に且つ下向きに取り付けられ、これら各放熱プレート１８の下端部に可動子１９が取り付けられ、この可動子１９が固定子１２と所定のエアギャップを介して対向している。可動子１９は、電機子コアにコイルを装着して構成されている。

各放熱プレート１８は、熱伝導率の高い非磁性材料（例えば銅、アルミニウム、銀等）で形成され、且つ、スライドテーブル１６と可動子１９との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。この放熱プレート１８の薄型化により、(1) 放熱プレート１８の枚数を多くして放熱面積（空気との接触面積）を拡大することと、(2) 各放熱プレート１８の温度分布にスライドテーブル１６側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることが可能となる。

各放熱プレート１８をスライドテーブル１６と可動子１９に固定する構造は、例えば、スライドテーブル１６と可動子１９にそれぞれ嵌合溝を形成し、各嵌合溝に各放熱プレート１８を嵌め込んでろう付け又はねじ止め等により固定すれば良い。

各放熱プレート１８は、等間隔に平行に配置されることで、各放熱プレート１８間に偏平な空気通路が形成され、その一端側に電動ファン２０（図２参照）が取り付けられ、この電動ファン２０により各放熱プレート１８間の空気通路に空気を強制的に流して各放熱プレート１８を強制冷却するようにしている。

以上説明した本実施例１によれば、スライドテーブル１６と可動子１９とを連結する放熱部材を、レール１５とほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレート１８により構成したので、放熱プレート１８を十分に薄く形成して、放熱プレート１８の枚数を多くすることで、放熱面積（空気との接触面積）を十分に大きくすることができる。これにより、可動子１９の放熱性を確保できて可動子１９の温度上昇を抑制でき、可動子１９のコイルに大きな電流を流すことが可能となり、リニアモータの動力性能を十分に引き出すことができる。

しかも、各放熱プレート１８の薄型化により各放熱プレート１８の温度分布にスライドテーブル１６側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることができ、スライドテーブル１６の温度上昇、熱膨張を抑制できる。そして、各放熱プレート１８をレール１５とほぼ平行に配置しているため、可動子１９が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレート１８の間隔は、図３に示すように、スライドテーブル１６側の間隔が変化せずに可動子１９側の間隔のみが可動子１９の熱膨張により変化するだけであり、可動子１９とスライドテーブル１６との熱膨張差によってスライドテーブル１６が変形することを防止できる。

更に、各放熱プレート１８をレール１５とほぼ平行に配置することで、スライドテーブル１６の加減速時の荷重（レール１５と平行な方向に働く荷重）を各放熱プレート１８によって安定して支えることができると共に、前記特許文献１のような変形吸収部材を必要としないため、前述した変形吸収部材に起因する諸問題を解消することができ、耐久性向上、取付強度の確保、構成簡単化の要求を満たすことができる。

尚、本実施例１では、電動ファン２０により放熱プレート１８を強制冷却して可動子１９の冷却性能を高めるようにしたが、電動ファン２０を省略して、空気の自然対流により放熱プレート１８の放熱を生じさせる構成としても良い。

上記実施例１では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート１８をそれぞれ別体に形成したが、図４に示す本発明の実施例２では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート２１を可動子１９側とスライドテーブル１６側の端部が連結片２２，２３でつながるように一体に形成し、各連結片２２，２３をろう付け、ねじ止め等により可動子１９とスライドテーブル１６に固定するようにしている。この場合も、上記実施例１と同様に、各放熱プレート２１は、熱伝導率の高い非磁性材料（例えば銅、アルミニウム、銀等）を用いて等間隔でレール１５とほぼ平行に形成され、且つ、スライドテーブル１６と可動子１９との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例２では、多数枚の放熱プレート２１を可動子１９側とスライドテーブル１６側の端部が連結片２２，２３でつながるように一体に形成しているが、放熱プレート２１の薄型化により、各放熱プレート２１の温度分布にスライドテーブル１６側の温度が低くなるように十分な温度勾配を持たせることが可能となる。このため、可動子１９の発熱により各放熱プレート２１の可動子１９側の連結片２２が可動子１９と一体的に膨張しても、各放熱プレート２１の温度勾配により各放熱プレート２１のスライドテーブル１６側の連結片２３は、温度上昇が抑えられて、熱膨張が生じない状態に保たれる。その結果、前記実施例１と同様に、可動子１９が熱膨張してそのレール幅方向の寸法が変化しても、各放熱プレート２１の間隔は、スライドテーブル１６側の間隔が変化せずに可動子１９側の間隔のみが可動子１９の熱膨張により変化するだけであり、可動子１９とスライドテーブル１６との熱膨張差によってスライドテーブル１６が変形することを防止できる。

しかも、本実施例２では、放熱部材を構成する多数枚の放熱プレート２１を連結片２２，２３でつなげるように一体に形成しているため、リニアモータの組立作業が簡単となり、生産性を向上できる利点がある。

その他、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
尚、本実施例２では、各放熱プレート２１の両側の端部を連結片２２，２３でつなげるように一体に形成しているが、可動子１９側とスライドテーブル１６側のいずれか一方側のみを連結片でつなげるように一体に形成しても良い。

図５に示す本発明の実施例３では、放熱部材を構成する複数枚の放熱プレート１８とスライドテーブル１６との間に、断熱樹脂等により形成した断熱性部材３１を介在させて、各放熱プレート１８からスライドテーブル１６への熱伝達を断熱性部材３１により防止するようにしている。更に、スライドテーブル１６に温度センサ３２を設けて、スライドテーブル１６の温度が所定温度以上に上昇したときに、リニアモータの速度を低下させたり、停止させるようにしている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例３では、各放熱プレート１８とスライドテーブル１６との間に介在させた断熱性部材３１により、各放熱プレート１８からスライドテーブル１６への熱伝達を防止できるため、スライドテーブル１６の温度上昇、熱膨張をより確実に抑制できる。この場合、断熱性部材３１は変形する必要がないため、変形が必要とされる特許文献１のような問題は発生しない。

尚、前記実施例２の構成においても、放熱プレート２１の連結片２３とスライドテーブル１６との間に断熱性部材を介在させる構成としても良い。

図６に示す本発明の実施例４では、各放熱プレート１８にそれぞれ放熱フィン４１を一体に形成して、放熱性を高めるようにしている。その他の構成は、前記実施例３と同じである。

尚、前記実施例１，２の構成においても、各放熱プレート１８，２１にそれぞれ放熱フィンを一体に形成するようにしても良い。

図７に示す本発明の実施例５では、スライドテーブル１６と可動子１９とを連結する放熱部材を、断熱性部材５１，５２を介して複数段に構成し、各段毎に放熱プレート５３を所定枚数ずつ配置するようにしている。断熱性部材５１，５２は、断熱樹脂等により形成され、各放熱プレート５３は、前記実施例１と同様に、熱伝導率の高い非磁性材料（例えば銅、アルミニウム、銀等）を用いて等間隔でレール１５とほぼ平行に形成され、且つ、スライドテーブル１６と可動子１９との連結強度を確保できる範囲内で十分に薄く形成されている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。

本実施例５では、多数の放熱プレート５３を断熱性部材５１，５２を介して複数段に組み立てた構成としているので、放熱性を高めながら、スライドテーブル１６への熱伝達防止効果を高めることができる。

尚、図７の構成例では、放熱プレート５３の組み立て段数を３段としたが、これを２段又は４段以上に組み立てるようにしても良い。
その他、本発明は、リニアモータの各部の構成を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。

本発明の実施例１のリニアモータの縦断正面図である。 本発明の実施例１のリニアモータの縦断側面図である。 本発明の実施例１のリニアモータの可動子が熱膨張したときの作用を説明するための縦断正面図である。 本発明の実施例２のリニアモータの縦断正面図である。 本発明の実施例３のリニアモータの縦断正面図である。 本発明の実施例４のリニアモータの縦断正面図である。 本発明の実施例５のリニアモータの縦断正面図である。

符号の説明

１１…ベース、１２…固定子、１４…永久磁石、１５…レール、１６…スライドテーブル（スライド部材）、１７…スライドガイド、１８…放熱プレート、１９…可動子、２０…電動ファン、２１…放熱プレート、２２，２３…連結片、３１…断熱性部材、４１…放熱フィン、５１，５２…断熱性部材、５３…放熱プレート

Claims (5)

1. リニアに延びる固定子と、この固定子の両側に沿って平行に延びる一対のレールにスライド自在に支持されたスライド部材と、このスライド部材に放熱部材を介して連結されて前記固定子と対向する可動子とを備えたリニアモータにおいて、
   前記放熱部材は、前記レールとほぼ平行に配置された複数枚の放熱プレートにより構成されていることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記複数枚の放熱プレートは、前記可動子側及び／又は前記スライド部材側の端部がつながるように一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
3. 前記複数枚の放熱プレートと前記スライド部材との間に断熱性部材が介在されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のリニアモータ。
4. 前記放熱部材は、断熱性部材を介して複数段に構成され、各段毎に前記放熱プレートが所定枚数ずつ配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のリニアモータ。
5. 前記放熱プレートには、放熱フィンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のリニアモータ。

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