JP2016059117A - リニアモータ用電機子 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却管による冷却が適格に制御された電機子を提供する。【解決手段】電機子４０は、界磁子と間隔を空けて配置される。電機子４０は、モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含む電機子コア４１と、ティース部に巻き回されるコイル４９と、内部を冷媒が流れる冷却管６０と、を備える。コイル４９は、電機子コア４１から突出するコイルエンド部４９ｂを含む。冷却管６０は、モータ駆動方向に略直交する方向でコイルエンド部４９ｂと対向する連設部６３を含む。コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の領域の少なくとも一部には、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第２部材７２部材が配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、リニアモータの固定子又は可動子として用いられる電機子に関する。

リニアモータに用いられる電機子は、電機子コアとコイルを備える。電機子コアは駆動方向に複数設けられるティース部を有し、このティース部にコイルが巻き回される。コイルが通電により発熱すると、電機子コアの温度が上昇し、電機子の性能に悪影響を及ぼす場合がある。この対策として、その内部を冷媒が流れる冷却管により電機子コアを冷却する技術が知られている。従来では、例えば特許文献１に記載の電機子が提案されている。

特開２００８−３５６９８号公報

特許文献１に記載されるような従来のリニアモータ用電機子では、冷却管による冷却が十分に制御されておらず、改善の余地がある。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却管による冷却が的確に制御された電機子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータ用電機子は、界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、ティース部に巻き回されるコイルと、内部を冷媒が流れる冷却管と、を備える。コイルは、コアから突出するコイルエンド部を含む。冷却管は、モータ駆動方向に略直交する方向でコイルエンド部と対向する対向部を含む。コイルエンド部と対向部との間の領域の少なくとも一部には、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の部材が配置されている。

本発明の別の態様もまた、リニアモータ用電機子である。このリニアモータ用電機子は、界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、ティース部に巻き回されるコイルと、内部を冷媒が流れる冷却管と、を備える。コイルは、コアから突出するコイルエンド部を含む。冷却管は、モータ駆動方向に略直交する方向でコイルエンド部と対向する対向部を含む。コイルエンド部および対向部は、コイルエンド部の絶縁領域を除いて、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の部材によって覆われている。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、冷却管による冷却が的確に制御された電機子を提供できる。

実施の形態に係る電機子が用いられるリニアモータを示す断面図である。 図１の電機子を示す斜視図である。 図１の電機子をリニアモータの駆動方向から見た図である。 図１の電機子の底面図である。 変形例に係る電機子を示す図である。 変形例に係る電機子を示す図である。 変形例に係る電機子を示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係る電機子４０が用いられるリニアモータ１０を示す断面図である。図２は、図１の電機子４０を示す斜視図である。図２では、冷却管６０を分離させた状態を示す。図１、２では第１部材および第２部材（いずれも後述）の表示は省略する。リニアモータ１０は、界磁子３０と、電機子４０と、を備える。界磁子３０が固定子であり、電機子４０が可動子である。
以降、界磁子３０から見て電機子４０側を上側として説明する。また、リニアモータ１０の駆動方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、両者に直交する方向をＺ方向として説明する。

界磁子３０は、界磁子コア３１と、複数の磁石３３と、を含む。界磁子コア３１はＸ方向に延在する直方体状の部材である。複数の磁石３３は永久磁石である。なお、複数の磁石３３は電磁石でもよい。複数の磁石３３は、界磁子コア３１の上面３１ａに設けられる。複数の磁石３３は特に、Ｘ方向に異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が交互に並ぶように設けられる。

電機子４０は、界磁子３０と間隔を空けて配置される。電機子４０は、電機子コア４１と、コイル４９と、冷却管６０と、を含む。電機子コア４１は、櫛歯状の板状体４７を複数枚積層しカシメ、溶着、接着剤などにより一体化して形成される。板状体４７は電磁鋼板である。なお、板状体４７は、他の金属板であってもよい。また、電機子コア４１は、フェライト等の粉末を焼結させたコアであってもよい。

電機子コア４１は、ヨーク部４２と、複数（図示は９個）のティース部４３と、一対のサイドヨーク部４４と、を含む。ヨーク部４２は、Ｘ方向に延在する直方体状の部材である。各ティース部４３は、ヨーク部４２から界磁子３０側（すなわちＹ方向）に突出する。隣接する２つのティース部４３の間には、スロット部４５が形成される。ティース部４３と、このスロット部４５とは、Ｘ方向に交互に並ぶ。各ティース部４３にはコイル４９が巻き回される。サイドヨーク部４４は、ヨーク部４２のＸ方向の両端部からＹ方向に突出する。

ヨーク部４２の上面４２ａには、複数（図示は１０個）の溝５１が形成される。溝５１は特に、スロット部４５の上方に形成される。溝５１は、ヨーク部４２をＺ方向に貫通する断面がＵ字状の凹部である。なお、溝５１は、断面がＶ字状、円形状、楕円形状、多角形状、その他の形状であってもよい。溝５１には、冷却管６０の少なくとも一部が収容される。

冷却管６０は銅等の金属材料を素材とする。冷却管６０は、Ｘ方向に間隔を空けて設けられる複数（図示は１０個）のコア冷却部６１と、隣り合うコア冷却部６１の端部をつなぐ連設部６３とを含む。冷却管６０は、溝５１の数に対応した数のコア冷却部６１を含む。コア冷却部６１および連設部６３は、断面が円形である円筒状に形成される。なお、これらは、断面が多角形である角筒状、その他の形状に形成されてもよい。冷却管６０は、各コア冷却部６１と連設部６３とが波状に蛇行するように形成され、その内部に連続した流路が形成される。冷却管６０は管体を曲げ加工することにより形成される。

複数のコア冷却部６１のそれぞれは、別々の溝５１に収容される。連設部６３は、電機子コア４１よりもＺ方向外側に配置される。冷却管６０に水等の冷媒を送り込むと、その流路の流入側Ｐ１から流出側Ｐ２に向かうＱ方向に冷媒が流れ、コア冷却部６１内の冷媒により電機子コア４１が冷却される。

図３は、電機子４０をＸ方向から見た図である。図４は、電機子４０の底面図である。コイル４９は、スロット挿入部４９ａと、コイルエンド部４９ｂと、を含む。スロット挿入部４９ａは、スロット部４５内に位置するコイル４９の部分である。コイルエンド部４９ｂは、Ｚ方向において電機子コア４１の外側に位置するコイル４９の部分である。別の言い方をすると、コイルエンド部４９ｂは、電機子コア４１から突出するコイル４９の部分である。コイルエンド部４９ｂは、連設部６３とＹ方向で対向する。

コイルエンド部４９ｂは、第１部材７０によって覆われる。第１部材７０は、樹脂材料によって形成される。なお、第１部材７０を形成する樹脂材料は、熱伝導率が高い材料であるほど望ましい。連設部６３は、第２部材７２によって覆われる。第２部材７２は、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料によって形成される。例えば、第２部材７２は、銅、アルミニウム、鉄、鉛などの金属材料によって形成される。第１部材７０と第２部材７２とは接触している。

連設部６３が第２部材７２によって覆われた結果、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間に熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である第２部材７２が存在する。そのため、例えばコイルエンド部４９ｂと連設部６３とがともに第１部材７０によって覆われる場合、すなわちコイルエンド部４９ｂと連設部６３との間に樹脂材料である第１部材７０だけが存在する場合に比べ、コイルエンド部４９ｂと連設部６３と間の熱抵抗が低減する。これにより、コイル４９に駆動電流が供給されたときにコイルエンド部４９ｂが発する熱を、より効率的に連設部６３に伝えることができる。

第１部材７０は、より具体的には、少なくともコイルエンド部４９ｂの絶縁領域４９ｃを充填するようコイルエンド部４９ｂを覆う。図３では、第１部材７０は、コイルエンド部４９ｂの絶縁領域を越えて上側に突出しないようコイルエンド部４９ｂを覆っている。また、第２部材７２は、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の領域のうちコイルエンド部４９ｂの絶縁領域を避けた部分を充填するよう連設部６３を覆っている。この場合、そうでない場合と比べてコイルエンド部４９ｂと連設部６３と間の熱抵抗がより低減する。

以上のように構成されたリニアモータ１０の動作を説明する。駆動電流がコイル４９に供給される。その駆動電流がコイル４９を流れることにより生じる磁界と磁石３３の磁界との相互作用により電機子４０に推力が発生し、Ｘ方向に電機子４０が移動する。同時に冷却管６０に冷媒を送り込むことによって、電機子コア４１ひいてはコイル４９が冷却される。

以上、実施の形態に係る電機子４０が用いられるリニアモータ１０について説明した。電機子コア４１は、主として、駆動電流が流れたときにコイル４９が発する熱により温度上昇する。電機子コア４１のＺ方向における中央部分は、主に、スロット挿入部４９ａが発する熱が伝わって温度上昇する。電機子コア４１のＺ方向における両端部分は、主に、スロット挿入部４９ａが発する熱に加え、コイルエンド部４９ｂが発する熱が伝わって温度上昇する。したがって、電機子コア４１のＺ方向における両端部分はその中央部分よりも高温になりやすい。つまり、電機子コア４１は、Ｚ方向に温度勾配が生じやすい。そのため、熱膨張によって電機子コア４１に反りが発生するおそれがある。

これに対し、本実施の形態に係る電機子４０によると、連設部６３は第２部材７２によって覆われる。その結果、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間には第２部材７２すなわち熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である部材が存在することになり、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の熱抵抗は比較的低減する。これにより、コイルエンド部４９ｂが発する熱は主に連設部６３に伝わり、連設部６３内を流れる冷媒によって吸熱される。つまり、実施の形態に係る電機子４０によれば、電機子コア４１のコイルエンド部４９ｂ側すなわちＺ方向における電機子コア４１の両端側がより効率的に冷却され、電機子コア４１にＺ方向の温度勾配が生じるのを抑えられ、熱膨張による電機子コア４１の反りが抑えられる。

以上、実施の形態に係る電機子について説明した。これらの実施の形態は例示であり、各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

（変形例１）
実施の形態では、連設部６３全体が第２部材７２によって覆われる場合について説明したが、これに限られない。第１部材７０は、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の熱抵抗が低減するように、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の少なくとも一部に配置されればよい。

図５〜７は、変形例に係る電機子を示す。図５〜７はそれぞれ、図３に対応する。
図５では、第２部材７２は、コイルエンド部４９ｂの絶縁領域４９ｃと連設部６３とを繋ぐよう配置される。別の言い方をすると、第２部材７２は、コイルエンド部４９ｂが発した熱を連設部６３に導く路となるよう配置される。その他の部分は、第１部材７０によって覆われている。
図６では、第２部材７２は、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の領域のうち、コイルエンド部４９ｂの絶縁領域を避けた部分を充填するように第２部材７２が配置される。その他の部分は第１部材７０によって覆われている。
図７では、連設部６３とコイルエンド部４９ｂとは、コイルエンド部４９ｂの絶縁領域を除いて、第２部材７２で覆われている。この場合、第２部材７２の上側部分（連設部６３を覆う部分）と下側部分（コイルエンド部４９ｂを覆う部分）とを、異なる材料で形成してもよい。例えば第２部材７２の上側部分をアルミニウムにより形成し、下側部分をステンレスにより形成してもよい。

図５〜７に示す変形例に係る電機子によれば、実施の形態に係る電機子４０によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。

（変形例２）
実施の形態では特に言及しなかったが、第２部材７２は、ブロック体であっても、積層体であってもよい。積層体の場合、渦電流の発生を抑止することができる。

（変形例３）
電機子コア４１とスロット挿入部４９ａとは直接接しているのに対し、第２部材７２とコイルエンド部４９ｂとは樹脂材料である第１部材７０を介して熱的に接している。したがって、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の熱抵抗は、スロット挿入部４９ａとコア冷却部６１との間の熱抵抗よりも高くなる傾向にある。そのため、実施の形態では特に言及しなかったが、第２部材７２を電機子コア４１よりも熱伝導率の高い材料によって形成してもよい。これにより、コイルエンド部４９ｂと連設部６３との間の熱抵抗がスロット挿入部４９ａとコア冷却部６１との間の熱抵抗と同程度となるよう調整できる。

（変形例４）
実施の形態では、本発明に係る電機子４０を可動子に適用した例を説明したが、固定子に適用されてもよい。固定子に適用される場合も、電機子４０は、界磁子３０である可動子と対向する電機子コア４１の側部にティース部４３が設けられ、そのティース部４３にコイル４９が巻き回される。

上述した実施の形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

また、請求項に記載の各構成要件が果たすべき機能は、実施の形態および変形例において示された各構成要素の単体もしくはそれらの連係によって実現されることも当業者には理解されるところである。例えば、請求項に記載の対向部は、実施の形態に記載の連設部６３により実現されてもよい。

１０ リニアモータ、 ３０ 界磁子、 ３３ 磁石、 ４０ 電機子、 ４１ 電機子コア、 ４２ ヨーク部、 ４３ ティース部、 ４９ コイル、４９ａ スロット挿入部、４９ｂ コイルエンド部、 ６０ 冷却管、 ６１ コア冷却部、 ６３ 連設部、 ７０ 第１部材、 ７２ 第２部材。

Claims (4)

1. 界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、
   モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、
   前記ティース部に巻き回されるコイルと、
   内部を冷媒が流れる冷却管と、を備え、
   前記コイルは、前記コアから突出するコイルエンド部を含み、
   前記冷却管は、前記モータ駆動方向に略直交する方向で前記コイルエンド部と対向する対向部を含み、
   前記コイルエンド部と前記対向部との間の領域の少なくとも一部には、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の部材が配置されていることを特徴とするリニアモータ用電機子。
2. 前記部材は、前記コイルエンド部が発した熱を前記対向部に導くよう配置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用電機子。
3. 前記部材は、前記コイルエンド部と前記対向部との間の領域のうち、前記コイルエンド部の絶縁領域を避けた部分を充填するよう配置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用電機子。
4. 界磁子と間隔を空けて配置される電機子であって、
   モータ駆動方向に延在するヨーク部とそこから界磁子側に突出する複数のティース部とを含むコアと、
   前記ティース部に巻き回されるコイルと、
   内部を冷媒が流れる冷却管と、を備え、
   前記コイルは、前記コアから突出するコイルエンド部を含み、
   前記冷却管は、前記モータ駆動方向に略直交する方向で前記コイルエンド部と対向する対向部を含み、
   前記コイルエンド部および前記対向部は、前記コイルエンド部の絶縁領域を除いて、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の部材によって覆われていることを特徴とするリニアモータ用電機子。

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