JP6740088B2 - Linear motor - Google Patents
Linear motor Download PDFInfo
- Publication number
- JP6740088B2 JP6740088B2 JP2016216999A JP2016216999A JP6740088B2 JP 6740088 B2 JP6740088 B2 JP 6740088B2 JP 2016216999 A JP2016216999 A JP 2016216999A JP 2016216999 A JP2016216999 A JP 2016216999A JP 6740088 B2 JP6740088 B2 JP 6740088B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- linear motor
- unit
- frame
- heat transfer
- wall portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Linear Motors (AREA)
Description
本発明は可動磁石型のリニアモータに関する。 The present invention relates to a movable magnet type linear motor.
カメラ、プリンタカートリッジなどの複雑な形状および構造を有する製品は、生産ラインで流れ作業により組み立てられることが多い。生産ラインにおいて、隣り合う組付装置は、搬送装置を介して接続されている。組付対象物であるワークは、搬送装置により各組付装置に順次移載され、連続的に処理される。数μm〜数十μmの高い組付精度が必要とされる場合、搬送装置により移載されたワークは、位置決め装置により位置決めされる。これにより、組付装置は所望の精度で組付けを行うことができる。 Products with complicated shapes and structures such as cameras and printer cartridges are often assembled by assembly line production lines. In the production line, adjacent assembling devices are connected via a carrying device. The work, which is the object to be assembled, is sequentially transferred to each of the assembling devices by the transport device and continuously processed. When a high assembling accuracy of several μm to several tens of μm is required, the work transferred by the transfer device is positioned by the positioning device. Thereby, the assembling apparatus can perform the assembling with desired accuracy.
搬送装置の駆動源として、可動子側を磁石、固定子側をコイルとする可動磁石型リニアモータが知られている。可動磁石型リニアモータは、可動子の走行軌道に沿って配列された複数のコイルを備えている。可動磁石型リニアモータは、複数のコイルに駆動電流を適宜通電することにより磁気的に可動子を駆動し、長尺の搬送を行うことが可能である。可動子の走行軌道には、ボール循環式のスライダとガイドレールが使用され、可動子は高精度に直線移動を行うことが可能である。 As a drive source of a transfer device, a movable magnet type linear motor having a magnet on the mover side and a coil on the stator side is known. The movable magnet linear motor includes a plurality of coils arranged along the traveling path of the mover. The movable magnet linear motor can magnetically drive a mover by appropriately supplying a drive current to a plurality of coils to carry a long length of conveyance. A ball circulation slider and a guide rail are used for the traveling path of the mover, and the mover can perform linear movement with high accuracy.
リニアモータは、ボールネジ型の搬送装置と比較してバックラッシュがないことから、高い位置決め精度と高い繰返し再現性を有している。このために、リニアモータは精密機器の製造ライン用の高速搬送装置に用いられるようになっている。 Since the linear motor has no backlash as compared with the ball screw type transfer device, it has high positioning accuracy and high repeatability. For this reason, linear motors have come to be used in high-speed transport devices for production lines for precision equipment.
特許文献1には、永久磁石ユニットを有する可動子と電機子ユニットを有する固定子とを備えた可動磁石型リニアモータが開示されている。特許文献1においては、電機子ユニットが永久磁石ユニットを挟むように配置されているため、電機子ユニットの励磁コアと永久磁石ユニットの永久磁石との間で作用する吸引力が相殺される。これにより、吸引力による固定子フレームの変形を抑制することができる。
しかしながら、特許文献1において可動子の高速化、高密度化を行うと、コイルの発熱量は増加し、コイルからの熱はコイルを固定するフレームに伝達する。フレームの熱膨張により、フレームにたわみが生じるため、フレーム上のガイドレールに沿って移動する可動子の停止精度が悪化してしまう。また、フレームの熱膨張により、位置検出器の位置がずれるため、可動子の位置の検出精度も悪化してしまう。
However, in
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、コイル発熱によるフレームの変形を抑制し、可動子の位置決め精度を向上させることが可能なリニアモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a linear motor capable of suppressing deformation of the frame due to coil heat generation and improving positioning accuracy of the mover.
本発明の一実施形態に係るリニアモータは、永久磁石を有する可動子ユニットが移動可能なガイドレールと、前記ガイドレールを支持するとともにコイルユニットが連結されたフレームと、前記コイルユニットと前記フレームとの間に設けられた断熱部材と、一端が前記コイルユニットに連結され、他端が放熱部に連結された伝熱部材とを備え、前記フレームは前記ガイドレールに沿って延在する壁部を有し、前記壁部には前記伝熱部材が貫通する貫通穴が形成され、前記貫通穴と前記伝熱部材との間には断熱層が設けられたことを特徴とする。 A linear motor according to an embodiment of the present invention includes a guide rail to which a mover unit having a permanent magnet is movable, a frame supporting the guide rail and connected to a coil unit, the coil unit and the frame. And a heat transfer member having one end connected to the coil unit and the other end connected to a heat radiating portion, and the frame has a wall portion extending along the guide rail. A through hole through which the heat transfer member penetrates is formed in the wall portion, and a heat insulating layer is provided between the through hole and the heat transfer member.
本発明によれば、コイル発熱によるフレームの変形を抑制し、可動子の位置決め精度を向上させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress the deformation of the frame due to the heat generation of the coil and improve the positioning accuracy of the mover.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
まず、図1および図2を用いて本実施形態に係るリニアモータの構造を説明する。図1は、本実施形態に係るリニアモータの側面図である。図2は、図1のA−A’線におけるリニアモータの断面図である。リニアモータ1は、可動磁石型のリニアモータであり、可動子ユニット10と固定子ユニット20とを備えている。図1において、X方向(矢印方向)は、可動子ユニット10の移動方向を表し、Y方向は、可動子ユニット10の幅方向を表している。Z方向は、接地面に鉛直な方向であって、X方向およびY方向に直交する上下方向を表している。固定子ユニット20は、可動子ユニット10の移動方向(X方向)に沿って複数併設されている。複数の固定子ユニット20上には、複数の可動子ユニット10が移動可能となるように載置される。図1においては、便宜上、2つの可動子ユニット10と2つの固定子ユニット20のみが示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, the structure of the linear motor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a side view of the linear motor according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the linear motor taken along the line AA′ in FIG. The
固定子ユニット20は、フレーム30、コイルユニット33、貫通穴29、伝熱材25、放熱板26、断熱スペーサ23、固定ネジ24、断熱層32、エンコーダ27、ブラケット28、ガイドレール31を備えている。
The
フレーム30は、U字型または凹型の断面形状を有しており、XY平面に平行な底部30Cと、底部30Cから鉛直方向(Z方向)に延在する壁部30A、30Bとを有している。壁部30A、30Bのそれぞれの上面にはガイドレール31が固定され、壁部30A、30Bの間には空隙が形成され、空隙内にコイルユニット33が配設される。フレーム30は、例えば鋳物により形成され、高い剛性を有することが好ましい。
The frame 30 has a U-shaped or concave cross-sectional shape, and has a
コイルユニット33は対をなし、フレーム30の壁部30A、30Bの内側にそれぞれ設けられている。コイルユニット33は複数のコイル21を有し、コイル21は励磁コア22に巻回されている。複数のコイル21は、コイルユニット33においてX方向に配列されている。一対のコイルユニット33の間には空隙が形成され、空隙を可動子ユニット10の磁石部12が通過可能である。励磁コア22は鉄製であり、固定ネジ24により壁部30A、30Bに固定されている。可動子ユニット10の位置に応じて、電流が供給されるコイル21を適宜切り替えることにより、可動子ユニット10の磁石部12は、X方向に推進力を受ける。よって、可動子ユニット10は、固定子ユニット20に沿って移動することができる。
The
フレーム30の壁部30A、30Bおよび底部30Cは、高精度に一体加工されており、励磁コア22の磁石部12に対するギャップは均一になっている。これにより、励磁コア22と磁石部12との間で作用する左右方向(Y方向)の吸引力を相殺することができる。
The
貫通穴29は、フレーム30の壁部30A、30Bに複数形成されている。貫通穴29は、図1に示すように、X方向においてエンコーダ27の間に形成される。貫通穴29は壁部30A、30Bにおいてそれぞれ対称となる位置に形成されている。すなわち、一方の壁部30Aには、他方の壁部30Bの貫通穴29と対向する位置に貫通穴29が形成されている。
A plurality of through
貫通穴29の径は、伝熱材25の径よりも大きく、貫通穴29には伝熱材25が通される。貫通穴29と伝熱材25との間には空隙が設けられ、空隙は貫通穴29の周方向(XZ面方向)において均一である。なお、貫通穴29と伝熱材25の空隙は必ずしも均一でなくてもよい。例えば、熱は上部方向に伝達しやすいため、貫通穴29の上部を長穴にし、上部の空隙を広くしてもよい。すなわち、貫通穴29は、フレーム30の壁部30A、30B上のガイドレール31に対して鉛直方向に長い径を有する楕円形をなしていてもよい。なお、貫通穴29の形状は円形、楕円形に限定されず、矩形、六角形などの多角形であってもよい。貫通穴29の開口面積は、フレーム30の壁部30A、30Bの側面積および厚さに応じて、フレーム30の剛性が保たれるように適宜設計可能である。例えば、フレーム30の壁部30A、30Bの側面積に対して、貫通穴29の開口面積を5乃至10%以下(5%以下、10%以下など)とすることができる。また、貫通穴29の径は、フレーム30の剛性を確保するため、壁部30A、30Bの厚さよりも小さいことが好ましい。
The diameter of the
伝熱材25は、円柱状をなし、好ましくは銅、アルミニウムなどの200[W/m・K]以上の熱伝導率をもつ材料で形成される。また、伝熱材25は、軸方向に熱が伝わりやすい異方性の結晶構造を有していても良い。なお、伝熱材25の断面形状は、円形に限定されず、多角形であっても良い。伝熱材25は、貫通穴29を通してフレーム30の壁部30A、30Bの外側まで延伸している。伝熱材25は、フレーム30の壁部30A、30Bに対して垂直方向(Y方向)に配置されている。伝熱材25の一端は励磁コア22に連結され、他端は放熱板26に連結されている。すなわち、コイルユニット33と放熱板26とは伝熱材25を介して連結され、コイルユニット33において生じた熱が伝熱材25に伝達する。伝熱材25は伝熱部材を構成する。
The
放熱板26は、フレーム30の壁部30A、30Bの外側に設けられ、伝熱材25からの熱を大気中に放出する。放熱板26は、エンコーダ27と接触しないようにフレーム30の壁部30Aに対してエンコーダ27のさらに外側に設けられている。放熱板26は、伝熱材25と同様に例えば銅、アルミニウムなどの200[W/m・K]以上の熱伝導率をもつ材料で形成される。放熱板26は、伝熱材25と比較して大きな表面積と断面積を確保し易いため、製造コストの観点から、アルミニウムなどの安価な材料を使用することが好ましい。放熱効率を上げるために、冷却ファン、冷却フィンなどの冷却機器を放熱板26に取り付けてもよい。放熱板26は放熱部を構成する。
The
放熱板26は、フレーム30の壁部30A、30Bに対向して配置され、略長方形の板状をなしている。ガイドレール31に沿った方向(X方向)における放熱板26の長さは、ガイドレール31に沿った方向におけるフレーム30の長さよりも僅かに短い。したがって、放熱板26同士が干渉することなく複数の固定子ユニット20を隣接して設置することができる。
The
断熱スペーサ23は、断熱部材であり、例えばポリアセタール系樹脂などの0.5[W/m・K]以下の熱伝導率をもつ材料で形成されている。断熱スペーサ23は、コイルユニット33とフレーム30との間に設けられている。固定ネジ24は、頭部と胴部とを有し、断熱スペーサ23とともに使用される。すなわち、励磁コア22とフレーム30の壁部30A、30Bとの固定部分、およびフレーム30の壁部30A、30Bと固定ネジ24の頭部との固定部分に、断熱スペーサ23が配置される。断熱スペーサ23を使用しない場合と比較して、励磁コア22とフレーム30との接触面積は小さくなる。固定ネジ24とフレーム30との間には、空気層(空間)が設けられており、固定ネジ24はフレーム30に接触していない。断熱スペーサ23は断熱部を構成する。
The
断熱層32は、熱伝導率の低い層、例えば空気層であり、貫通穴29と伝熱材25との間に設けられている。断熱層32は、伝熱材25の熱抵抗よりも大きい熱抵抗を有し、伝熱材25からフレーム30への伝熱を防止または抑制する。フレーム30の剛性を保つため、断熱層32を薄くし、貫通穴29の径を小さくすることが好ましい。
The
エンコーダ27は、板状のブラケット28の上端部に固定され、放熱板26とフレーム30の壁部30Aとの間に配置されている。ブラケット28の下端部は、架台40上に固定されており、エンコーダ27はフレーム30から熱絶縁されている。ブラケット28の下端部は、冷媒式などの冷却装置に接続されていてもよい。エンコーダ27には、読み取りヘッド27aが設けられている。読み取りヘッド27aは、例えば発光素子、受光デバイスを備え、リニアスケール14の目盛りを検出することができる。エンコーダ27は検出部を構成し、X方向における可動子ユニット10の位置を、例えば読み取りヘッド27aに対する相対位置として検出する。
The
リニアスケール14のX方向の長さは、エンコーダ27の読み取りヘッド27aの設置間隔よりも長い。したがって、可動子ユニット10が固定子ユニット20上のどこに位置していても、エンコーダ27のいずれか1つによって可動子ユニット10の位置を検出することができる。
The length of the
1つのエンコーダ27は、3つのコイル21に対応して配置される。3つのコイル21は、それぞれU相、V相、W相を構成し、3相交流電力を出力する駆動装置(不図示)に接続されている。3つのコイル21に3相交流電力を供給することにより、可動子ユニット10の移動を制御することができる。
One
ガイドレール31は、平行な1対のレールから構成され、フレーム30の壁部30A、30Bの上面にそれぞれ固定されている。ガイドレール31上には、スライダ13を介して可動子ユニット10が移動可能に装着される。ガイドレール31は、可動子ユニット10の走行路を形成している。上述のように、励磁コア22と磁石部12との間で作用する吸引力は相殺されるため、スライダ13およびガイドレール31に必要とされるY方向の剛性は低減される。したがって、吸引力の相殺が小さい場合と比較して、ガイドレール31およびスライダ13の幅を狭くすることができる。
The
可動子ユニット10は、ワークホルダ11、磁石部12、スライダ13、リニアスケール14、スケールブラケット15を備えている。ワークホルダ11は、可動子ユニット10の上部に配置され、ワーク100を載置するステージ、ワーク100を着脱するための機構などを有している。ワークホルダ11の中央部分には、ワーク100の形状に合わせた空間が形成されており、ワーク100は、この空間において着脱可能に保持される。
The
ワークホルダ11の下面には、XZ面に延在する板状の磁石部12が突出して設けられている。磁石部12は、永久磁石とブラケットを有し、永久磁石はブラケットの表面に固着されている。ブラケットは板状の支持部材であり、ブラケットの上端はワークホルダ11の下面中央部に固定されている。磁石部12は、1対のコイルユニット33の空隙をX方向に移動可能である。
On the lower surface of the
さらに、ワークホルダ11の下面には、スライダ13が固定されている。スライダ13は、ワークホルダ11の下面両端部にX方向に沿って1対に配置されている。スライダ13の断面は下方向に開いた凹型形状であり、スライダ13はガイドレール31に跨るように装着されている。スライダ13はボール循環式のスライド機構を有しており、ワークホルダ11はガイドレール31に沿って小さな抵抗で移動可能である。
Further, a
リニアスケール14は、X方向に延びる帯状の部材であり、スケールブラケット15の下端部分に固着されている。スケールブラケット15は、板状の支持部材であり、スケールブラケット15の上端部分は、ワークホルダ11の側面下部に固定されている。リニアスケール14は光学式または磁気式の目盛りを有し、リニアスケール14に対向するように設けられた複数のエンコーダ27により読み取られる。
The
ワーク100は、ワークホルダ11に積載され、不図示の組付装置に搬送される。組付装置は、ワーク100の上面に各種部品を組付ける。図2において、白抜き矢印は、ワーク100に対する組付け時に可動子ユニット10に掛かる組付荷重の方向および位置を表している。すなわち、組付荷重Fmは、磁石部12の中心線に沿って下方向に印加される。組付荷重Fm[N]は、モーメントによる荷重を考慮し、下記(1)式により求められる。
Fm=F+Co(F×Lr)/Ma+Co((F^2)×Lp)/Ma ・・・(1)
The
Fm=F+Co(F×Lr)/Ma+Co((F^2)×Lp)/Ma (1)
ここで、F[N]は可動子ユニット10に掛かる荷重、Co[N]は静定格荷重、Lr[m]はローリング方向の荷重位置、Lp[m]はピッチング方向の荷重位置、Ma[Nm]はピッチング方向の静的許容モーメントを表している。
Here, F[N] is a load applied to the
ローリング方向の荷重位置Lrは0であるため、可動子ユニット10には、ピッチング方向の荷重位置Lpに応じたモーメントが加わる。ガイドレール31は、フレーム30の壁部30A、30B上に平行に2本配置されており、組付荷重が掛かる位置までの距離が等しい。このために、可動子ユニット10からの荷重は、スライダ13およびガイドレール31を介して、フレーム30の壁部30A、30Bに同じ大きさで左右逆方向に印加される。
Since the load position Lr in the rolling direction is 0, a moment corresponding to the load position Lp in the pitching direction is applied to the
よって、可動子ユニット10からの荷重によりフレーム30の壁部30A、30Bが変形した場合であっても、フレーム30の壁部30A、30Bのそれぞれの変形量は略同じである。変形の方向は逆方向であるため、壁部30Aに固定された励磁コア22と磁石部12との間隔および壁部30Bに固定された励磁コア22と磁石部12との間隔は、同様に変化する。これにより、組付け時における可動子ユニット10の左右方向(Y方向)の変位は抑制され、可動子ユニット10の位置決め精度を維持することができる。
Therefore, even when the
なお、ワーク100に対する組付け開始時には、フレーム30に初期変形が発生する可能性がある。フレーム30の初期変形量は、例えば組付装置のロボットを教示し、フレーム30に予圧を与えておくことにより低減することができる。
Note that there is a possibility that initial deformation will occur in the frame 30 at the start of assembly to the
図3は、本実施形態に係る伝熱構造を説明するための図である。図3は、リニアモータの断面図であり、図2において一点破線に対して右半分の構成を示している。図3において、白抜き矢印は、熱の伝達経路を示している。ここでは、壁部30Bのコイルユニット33からの伝熱を説明するが、他の壁部30Aのコイルユニット33からの伝熱も同様である。なお、以下の説明における数値、材料はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
FIG. 3 is a diagram for explaining the heat transfer structure according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the linear motor, and shows the configuration of the right half with respect to the dashed-dotted line in FIG. In FIG. 3, white arrows indicate heat transfer paths. Here, heat transfer from the
コイル21で発生した熱は、励磁コア22に伝達し、さらに固定ネジ24と伝熱材25に伝達する。上述のように、固定ネジ24の頭部には断熱スペーサ23が配置されているため、固定ネジ24の頭部からフレーム30の壁部30Bへの伝熱は抑制される。また、固定ネジ24の胴部の周囲には空気層が設けられているため、固定ネジ24の胴部からフレーム30の壁部30Bへの伝熱も抑制される。
The heat generated in the
伝熱材25とフレーム30の壁部30Bとの隙間には、伝熱材25の表面からの伝熱を抑える断熱材または空気で満たされた断熱層32が設けられている。断熱層32により、伝熱材25からフレーム30の壁部30Bへの伝熱は抑制される。したがって、伝熱材25に伝達した熱は、さらに放熱板26に伝達し、放熱板26から大気中へ放出される。
In the gap between the
コイル21からの伝熱による温度上昇量は、伝熱量および各部材の熱抵抗から試算できる。各部材の熱抵抗Rth[K/W]は、下記(2)式により求められる。
Rth=d/(λ×A) ・・・(2)
The amount of temperature increase due to heat transfer from the
Rth=d/(λ×A) (2)
ここで、d[m]は、部材の厚さ(熱伝導の長さ)、λ[w/(m・k)]は、部材の熱伝導率、A[m2]は、部材の断面積を表している。各部材の温度上昇量は、充分に時間が経過すると伝熱量に熱抵抗をかけた値に到達する。 Here, d[m] is the thickness of the member (length of heat conduction), λ[w/(m·k)] is the thermal conductivity of the member, and A[m 2 ] is the cross-sectional area of the member. Is represented. The temperature rise amount of each member reaches a value obtained by multiplying the heat transfer amount by the thermal resistance after a sufficient time has elapsed.
また、温度上昇量と熱膨張による部材の伸びとの関係は、下記(3)式で表される。
ΔT=ΔL/(L×α) ・・・(3)
The relationship between the amount of temperature rise and the elongation of the member due to thermal expansion is expressed by the following equation (3).
ΔT=ΔL/(L×α) (3)
ここで、ΔL[m]は、熱膨張による部材の伸び、α[/K]は、部材の線膨張率、ΔT[K]は、温度上昇前後の温度差、L[m]は、部材の長さを表している。 Here, ΔL[m] is the elongation of the member due to thermal expansion, α[/K] is the linear expansion coefficient of the member, ΔT[K] is the temperature difference before and after the temperature rise, and L[m] is the member's It represents the length.
フレーム30の壁部30Bは、例えば線膨張係数(線膨張率)αが10.5×10−6[/K]の鋳物で形成される。フレーム30の壁部30Bのサイズは、例えば縦(Z方向)44mm、横(X方向)181mmである。また、フレーム30の壁部30Bの厚さ(伝熱の長さ)Lは、例えば30mmである。このような設計値でフレーム30の壁部30Bの厚さ方向における伸びΔLを数ミクロン以下に抑えようとすると、(1)式より温度差ΔTを5K以下に抑える必要がある。
The
次に、励磁コア22からのY方向への伝熱について説明する。図3に示すように、励磁コア22の熱は、励磁コア22の側面に対して垂直な方向(Y方向)に伝達する。励磁コア22の側面のサイズは、例えば縦(Z方向)30mm、横(X方向)150mmである。
Next, heat transfer from the
伝熱材25は、励磁コア22の側面に連結され、例えば熱伝導率が398[W/(m・k)]の銅で形成される。伝熱材25の形状は、例えば半径6mm、長さ40mmの円柱である。伝熱材25の熱抵抗は、(2)式より0.44[K/W]となる。
The
放熱板26は、上述のように表面積、断面積の確保が比較的容易であるために、設計の自由度が高い。伝熱材25から効率良く伝熱できるように、放熱板26の熱抵抗は、例えば0.32[K/W]に設計される。伝熱材25と放熱板26の合成熱抵抗は、0.76(=0.44+0.32)[K/W]で近似される。
The
断熱スペーサ23は、例えば熱伝導率が0.25[w/(m・K)]のポリアセタール系樹脂で形成される。断熱スペーサ23の形状は、例えば外径φ10mm、内径φ4.3mm、厚さ5mmのリング状である。断熱スペーサ23は、励磁コア22に対して例えば6個配置される。断熱スペーサ23の熱抵抗は、(2)式より312[K/W]となる。また、励磁コア22に隣接するその他の空間は、熱伝導率が0.024[w/(m・K)]の空気で満たされており、励磁コア22とフレームの壁部30Bと間の空間の熱抵抗は、(2)式より47.4[K/W]となる。
The
このように、伝熱材25および放熱板26における熱の伝わりやすさは、空気に対して約60倍、断熱スペーサ23に対して約410倍である。したがって、励磁コア22の熱の大部分は、伝熱材25および放熱板26に伝達する。
As described above, the ease with which heat is transmitted through the
次に、伝熱材25におけるXZ面方向への伝熱について説明する。貫通穴29の径を例えば22mmとし、伝熱材25を貫通穴29の中心に配置する。すなわち、伝熱材25と貫通穴29の中心軸は一致している。伝熱材25と貫通穴29との間の断熱層32の厚さを例えば5mm(一定)とする。XZ面方向への伝熱の断面積Aは、伝熱材25の周方向の表面積に等しく、断熱層32のXZ面方向の熱抵抗は、(2)式により176[K/W]となる。このように、断熱層32は、伝熱材25に対して約400倍の熱抵抗を有しているため、伝熱材25の熱の大部分はY方向、すなわち放熱板26に伝達する。
Next, heat transfer in the XZ plane direction in the
本実施形態によれば、固定子ユニット20のフレーム30に貫通穴29を設け、貫通穴29に通された伝熱材25にコイルユニット33からの発熱を伝達させる。伝熱材25に伝達した熱は、フレーム30の外側に設けられた放熱板26から放出される。断熱層32によって伝熱材25からフレーム30への伝熱が防げられるために、フレーム30の熱膨張は抑制され、フレーム30に支持されたガイドレール31の変位は低減される。これにより、ガイドレール31上の可動子ユニット10の変位を抑制し、可動子ユニット10の位置決め精度を向上させることができる。また、可動子ユニット10に保持されたワーク100上面の平面度を良好に維持することが可能となり、高精度な組付け精度を実現できる。また、伝熱材25を用いて放熱板26に効率良く熱を伝えることで、コイルユニット33とフレーム30との間に配置される断熱スペーサ23を薄くすることができる。
According to this embodiment, the frame 30 of the
従来のリニアモータでは、コイルで発生した熱を除去するために、コイルと励磁コア間に冷却用ユニットが設けられる場合がある。そのような場合、以下の問題が生じ得る。すなわち、冷却効率を上げるためには、冷媒循環ユニットが走行路の端部に配置され、冷媒の流路がコイル配列方向に平行に配置される。しかし、リニアモータを長尺化すると冷媒の流路が長くなり、熱交換効率が落ちる。逆に熱交換効率を維持しようとすると長尺化が限られる。また、リニアモータを長尺化した場合、冷却用ユニットを複数化もしくは大容量化する必要があり、コストが増加する。さらに、コイルによって駆動される永久磁石とガイドレールとの距離が長くなるため、ガイドレールに加わるモーメントが増加する。ガイドレールの剛性を上げるためにガイドレールの幅を広げる必要が生じるが、さらにモーメントが増加してしまう。本実施形態によれば、コイルと励磁コア間に冷却用ユニットを設ける必要がないため、このような問題を回避することができる。 In a conventional linear motor, a cooling unit may be provided between the coil and the exciting core in order to remove heat generated in the coil. In such a case, the following problems may occur. That is, in order to improve the cooling efficiency, the refrigerant circulation unit is arranged at the end of the traveling path, and the refrigerant passages are arranged in parallel with the coil arrangement direction. However, if the linear motor is made longer, the flow path of the refrigerant becomes longer, and the heat exchange efficiency is reduced. On the contrary, if the heat exchange efficiency is to be maintained, lengthening is limited. Further, when the length of the linear motor is increased, it is necessary to increase the number of cooling units or increase the capacity, which increases the cost. Furthermore, since the distance between the permanent magnet driven by the coil and the guide rail becomes long, the moment applied to the guide rail increases. It is necessary to widen the width of the guide rail in order to increase the rigidity of the guide rail, but the moment increases further. According to the present embodiment, since it is not necessary to provide a cooling unit between the coil and the exciting core, such a problem can be avoided.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るリニアモータを説明する。本実施形態に係るリニアモータ2の固定子ユニット20には、1本のガイドレール31が設けられている。説明の簡略のために、第1実施形態との差異を中心に説明する。
(Second embodiment)
Next, a linear motor according to the second embodiment of the present invention will be described. The
図4は、本実施形態に係るリニアモータ2の断面図である。本実施形態においては、1本のガイドレール31がフレーム30の一方の壁部30Aの上面に設けられている。固定子ユニット20は、フレーム30の壁部30Aによって支持された1本のガイドレール31を有している。ワークホルダ11の下面端部にはスライダ13が設けられ、スライダ13は1本のガイドレール31に装着される。ワークホルダ11は、スライダ13の鉛直上方でワーク100を保持している。
FIG. 4 is a sectional view of the
図4の一点破線は、フレーム30の壁部30Aの中心線を表している。壁部30Aの中心線は、壁部30Aの断面を厚さ方向で二等分する線である。ガイドレール31およびスライダ13の幅方向の中心は、壁部30Aの中心線上に位置している。ワークホルダ11において、ワーク100は壁部30Aの中心線上に載置され、不図示の組付装置によりワーク100に対して上方から組付けが行われる。図4の白抜き矢印は、可動子ユニット10に掛かる組付荷重の方向および位置を表している。
The dashed-dotted line in FIG. 4 represents the center line of the
組付け装置は、可動子ユニット10からの荷重が1本のガイドレール31を介してフレームの壁部30Aの中心線上に印加されるように配置される。これにより、組付け時におけるフレーム30の壁部30Aの左右方向(Y方向)のたわみが抑制される。磁石部12と励磁コア22との間隔は、荷重がフレーム30に印加されても大きく影響を受けない。つまり、フレーム30の変位による幅方向の負荷増加を抑制する効果が得られる。したがって、1本のガイドレール31を採用した場合であっても、ガイドレール31の幅を増加させることなく、高い位置決め精度を得ることができる。
The assembling device is arranged so that the load from the
フレーム30の壁部30A、30Bには第1実施形態と同様に貫通穴29が形成され、貫通穴29には伝熱材25が通されている。伝熱材25の一端はコイルユニット33に連結され、他端は放熱板26に連結されている。伝熱材25と貫通穴29との間には断熱層32が形成され、コイルユニット33において生じた熱は伝熱材25を介して放熱板26に伝播される。
Through
本実施形態においても、固定子ユニット20のフレーム30に貫通穴29を設け、貫通穴29に通された伝熱材25にコイルユニット33からの発熱を伝達させる。伝熱材25に伝達した熱は、フレーム30の外側に設けられた放熱板26から放出される。断熱層32によって伝熱材25からフレーム30への伝熱が防げられるために、フレーム30の熱膨張は抑制され、フレーム30に支持されたガイドレール31の変位は低減される。これにより、ガイドレール31上の可動子ユニット10の変位を抑制し、可動子ユニット10の位置決め精度を向上させることができる。また。断熱スペーサ23の厚さ(Y方向の長さ)を小さくすることができ、ガイドレール31と磁石部12の長さを短くすることができる。これにより、可動子ユニット10に発生し得るモーメントは小さくなり、1本のガイドレール31に要求される剛性は軽減される。
Also in this embodiment, the frame 30 of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るリニアモータを説明する。本実施形態に係るリニアモータ3の固定子ユニット20には、3つのコイル21からなるコイルユニット33が設けられている。説明の簡略のために、第1実施形態との差異を中心に説明する。
(Third Embodiment)
Next, a linear motor according to the third embodiment of the present invention will be described. The
図5は、本実施形態に係るリニアモータ3の側面図である。リニアモータ3は、複数の固定子ユニット20A〜20Fを備えている。固定子ユニット20A〜20Fのそれぞれのコイルユニット33は、3つのコイル21を有している。3つのコイル21は、UVW相の3相をそれぞれ構成し、1つの3相交流電力系統に接続されている。すなわち、コイルユニット33はUVW相の電力系統の最小単位を構成している。固定子ユニット20A〜20Fのコイルユニット33はそれぞれ独立に制御される。なお、図5の各固定子ユニットにおいて、放熱板26の図示は省略されている。
FIG. 5 is a side view of the
また、固定子ユニット20A〜20Fは、それぞれ1つのエンコーダ27を有している。例えば図5において、可動子ユニット10のリニアスケール14は、固定子ユニット20Cの読み取りヘッド27aのみにより検出される。すなわち、図5において、可動子ユニット10のリニアスケール14は、固定子ユニット20Cの両側の固定子ユニット20B、20Dの読み取りヘッド27aにより検出されない。各固定子ユニットの側面(XZ面)において、エンコーダ27は、V相のコイル21に対応して配置され、伝熱材25は、U相とW相のコイル21に対応して配置されている。このような配置により、伝熱材25とエンコーダ27とが干渉することなく、コイルユニット33で発生した熱をY方向手前まで、すなわちコイルユニット33から見てエンコーダ27の外側にまで伝達させることができる。
In addition, each of the
図5に示されたように、固定子ユニット20Cの中央付近に可動子ユニット10が位置しているとする。この際には、磁石部12が固定子ユニット20Bと固定子ユニット20Dとによって駆動制御されるのを避けるため、リニアスケール14が同時に複数のエンコーダ27に検出されないことが望ましい。このため、本実施形態においては、1つのエンコーダ27に対して1つのリニアスケール14が位置するように、エンコーダ27およびリニアスケール14が構成されている。また、固定子ユニット20は1組の3相のコイル21からなるコイルユニット33で構成され、それぞれのコイルユニット33は独立に制御される。したがって、可動子ユニット10が隣接する2つの固定子ユニット20から同時に駆動されるのを回避することができ、複数の可動子ユニット10を高密度に配置することができる。
As shown in FIG. 5, it is assumed that the
(第4実施形態)
次に、上述の実施形態に係るリニアモータを用いて物品を製造するための方法を説明する。物品は、搬送装置と複数の組付装置とを備えた製造ラインによって製造される。搬送装置は、上述の実施形態に係るリニアモータを用いて構成されている。以下、第1の実施形態に係るリニアモータ1を例として説明する。本実施形態において物品とは、ワーク100に対して組付けを行うことによって得られる製品である。
(Fourth Embodiment)
Next, a method for manufacturing an article using the linear motor according to the above embodiment will be described. The article is manufactured by a manufacturing line including a transport device and a plurality of assembling devices. The transfer device is configured using the linear motor according to the above-described embodiment. Hereinafter, the
リニアモータ1は、製造ラインに沿って設けられ、複数の組付装置にワーク100を順次搬送する。ワーク100は、可動子ユニット10のワークホルダ11に保持される。まず、リニアモータ1は、可動子ユニット10を第1の組付装置に移動する。リニアモータ1は、エンコーダ27から取得した可動子ユニット10の位置情報に基づいて可動子ユニット10を所定の位置に停止させる。第1の組付装置は、ワーク100に対して第1の組付処理を行う。
The
第1の組付処理の終了後、リニアモータ1は、可動子ユニット10を第2の組付装置に移動する。リニアモータ1は、エンコーダ27から取得した可動子ユニット10の位置情報に基づいて可動子ユニット10を所定の位置に停止させる。第2の組付装置は、ワーク100に対して第2の組付処理を行う。このように、リニアモータ1がワーク100を組付装置に順次搬送し、組付装置がワーク100に対して組付けを行うことにより、最終的に、製品を得ることができる。
After the completion of the first assembling process, the
(他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、固定子ユニット20のフレーム30に設けられる貫通穴29および貫通穴29に通される伝熱材25の数は限定されない。貫通穴29および伝熱材25は、フレーム30の壁部30A、30Bにそれぞれ1〜4個もしくはそれ以上設けられてもよい。また、貫通穴29および伝熱材25は、フレーム30の壁部30A、30Bにおいて上下方向に並べて設けられていてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the number of the through
1 リニアモータ
10 可動子ユニット
12 磁石部
23 断熱スペーサ(断熱部)
25 伝熱材(伝熱部材)
26 放熱板(放熱部)
29 貫通穴
30 フレーム
30A、30B 壁部
31 ガイドレール
32 断熱層
33 コイルユニット
1
25 Heat transfer material (heat transfer member)
26 Heat sink (heat sink)
29 Through Hole 30
Claims (13)
前記ガイドレールを支持するとともにコイルユニットが連結されたフレームと、
前記コイルユニットと前記フレームとの間に設けられた断熱部材と、
一端が前記コイルユニットに連結され、他端が放熱部に連結された伝熱部材とを備え、
前記フレームは前記ガイドレールに沿って延在する壁部を有し、前記壁部には前記伝熱部材が貫通する貫通穴が形成され、前記貫通穴と前記伝熱部材との間には断熱層が設けられたことを特徴とするリニアモータ。 A guide rail in which a mover unit having a permanent magnet can move,
A frame supporting the guide rail and connected to the coil unit,
A heat insulating member provided between the coil unit and the frame,
A heat transfer member having one end connected to the coil unit and the other end connected to the heat dissipation portion,
The frame has a wall portion extending along the guide rail, a through hole through which the heat transfer member penetrates is formed in the wall portion, and heat insulation is provided between the through hole and the heat transfer member. A linear motor characterized in that layers are provided.
前記他の壁部のうち、前記壁部の前記貫通穴と対向する位置に貫通穴が形成されたことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータ。 The frame further has another wall portion facing the wall portion,
The linear motor according to claim 2, wherein a through hole is formed at a position of the other wall portion facing the through hole of the wall portion.
前記可動子ユニットを移動することにより、前記可動子ユニットに保持されたワークを組付装置に搬送する工程と、
前記組付装置によって前記ワークに対して組付けを行い、物品を製造する工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。 A method for manufacturing an article using the linear motor according to claim 1.
A step of transporting the work held by the mover unit to an assembly device by moving the mover unit;
And a step of assembling the work with the assembling device to produce an article.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016216999A JP6740088B2 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Linear motor |
JP2020119978A JP6972246B2 (en) | 2016-11-07 | 2020-07-13 | Manufacturing method of linear motors and articles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016216999A JP6740088B2 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Linear motor |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020119978A Division JP6972246B2 (en) | 2016-11-07 | 2020-07-13 | Manufacturing method of linear motors and articles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018078668A JP2018078668A (en) | 2018-05-17 |
JP6740088B2 true JP6740088B2 (en) | 2020-08-12 |
Family
ID=62150879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016216999A Active JP6740088B2 (en) | 2016-11-07 | 2016-11-07 | Linear motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6740088B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7271323B2 (en) | 2018-06-12 | 2023-05-11 | キヤノン株式会社 | Linear motors, transport devices, and production devices |
JP6664779B1 (en) | 2019-04-08 | 2020-03-13 | 道下鉄工株式会社 | Linear actuator and tufting machine using the same |
JP7321847B2 (en) * | 2019-09-04 | 2023-08-07 | キヤノン株式会社 | linear actuator |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3818342B2 (en) * | 1997-10-06 | 2006-09-06 | 株式会社安川電機 | Linear motor |
JP3523143B2 (en) * | 1999-08-13 | 2004-04-26 | ミラエ・コーポレーション | Linear motor with improved cooling structure |
JP4104810B2 (en) * | 2000-06-02 | 2008-06-18 | 日本トムソン株式会社 | Slide device with built-in movable magnet type linear motor |
JP2002078314A (en) * | 2000-08-24 | 2002-03-15 | Nikon Corp | Armature unit, electromagnetic actuator, stage equipment and method for manufacturing device using them |
JP4542305B2 (en) * | 2001-09-28 | 2010-09-15 | Thk株式会社 | Drive guide device |
JP2007195300A (en) * | 2006-01-18 | 2007-08-02 | Yaskawa Electric Corp | Moving magnet linear slider |
JP2008245474A (en) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Thk Co Ltd | Linear motor |
-
2016
- 2016-11-07 JP JP2016216999A patent/JP6740088B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018078668A (en) | 2018-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6946755B2 (en) | Linear motor | |
KR101189295B1 (en) | Linear motor actuator | |
TWI233249B (en) | Linear motor actuator | |
US7462959B2 (en) | Linear motor and stage device using the linear motor | |
JP6740088B2 (en) | Linear motor | |
US11502580B2 (en) | Linear actuator with improved heat transfer path | |
US7880344B2 (en) | X-Y table actuator | |
KR101321253B1 (en) | Magnet movable linear motor | |
US8664808B2 (en) | Linear motor coil assembly with cooling device | |
JP6972246B2 (en) | Manufacturing method of linear motors and articles | |
JP4488929B2 (en) | Linear motor actuator | |
US11843300B2 (en) | Linear motor, transport apparatus, and production apparatus | |
JP3750793B2 (en) | Linear motor | |
WO2020188791A1 (en) | Linear conveyor | |
JP4450674B2 (en) | Parts holding device | |
JP2009264586A (en) | Linear motor table | |
US20240055970A1 (en) | Linear motor, transport apparatus, and production apparatus | |
JP2005253194A (en) | Stator, moving table, and moving magnet type linear motor comprising them | |
JP2004064874A (en) | High acceleration type linear motor | |
JP5029830B2 (en) | Linear motor and table feeding device having the same | |
JP2008177451A (en) | Linear motion device and electronic component mounting apparatus | |
JP2005039959A (en) | Attraction force offset type linear motor | |
JP2010088225A (en) | Linear motor actuator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 Effective date: 20171214 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20180126 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191101 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200605 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200623 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200722 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6740088 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |