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JP6223547B2 - リニアモータの放熱構造 - Google Patents

リニアモータの放熱構造 Download PDF

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Description

本発明は、放熱性能を向上させたリニアモータの放熱構造に関する発明である。
従来のリニアモータの放熱構造としては、例えば、特許文献１（特開２００８−６１４５８号公報）に記載されているように、電機子コアのスロットの底面とコイルとの間にヒートパイプ等の放熱部材を挟み込んで、コイルで発生した熱を放熱部材を通して外部に放熱するようにしたものがある。
特開２００８−６１４５８号公報
上記特許文献１のリニアモータの放熱構造では、発熱源となるコイルで発生した熱を直接的に放熱部材に伝達して放熱できる利点があるが、電機子コアのスロットに収容したコイルの平坦な側面（コイル巻回方向と直交する方向の面）をスロットの底面に挿入した放熱部材に接触させる構成であるため、部品公差や組立公差によってコイルの平坦な側面と放熱部材との接触具合（伝熱抵抗）に大きなばらつきが生じて、コイルから放熱部材への伝熱性能が安定せず、部品公差や組立公差によって放熱性能がばらつきやすいという欠点があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、部品公差や組立公差によるコイルと放熱部材との接触具合（伝熱抵抗）のばらつきを小さくできて、高い放熱性能を安定して得ることができるリニアモータの放熱構造を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明は、所定間隔でリニアに配列された複数のティースにそれぞれ角筒型のボビンに巻回したコイルを装着したリニアモータの放熱構造において、隣接する前記コイル間に、該コイルで発生した熱を外部に伝導して放熱する放熱部材を配置し、該コイルのうちの該コイルの弾性力により前記角筒型のボビンのエッジ間で外側へ湾曲状に浮き上がって膨らんだ部分で該放熱部材を挟み込むことを特徴とするものである。
この放熱構造では、隣接するコイル間に配置した放熱部材を、該コイルのうちの該コイルの弾性力により角筒型のボビンのエッジ間で外側へ湾曲状に浮き上がって膨らんだ部分で挟み込むため、部品公差や組立公差があっても、その公差をコイルの膨らみ部分の弾性変形により吸収してコイルと放熱部材との接触具合（伝熱抵抗）のばらつきを小さくでき、高い放熱性能を安定して得ることができる。
また、本発明は、角筒型のボビンのエッジ間の部分のうちの放熱部材が挟み込まれる部分を凹状に形成し又は無くすことにより、該放熱部材でコイルの膨らみ部分を内側に押し込むように該放熱部材を挟み込むようにしても良い。このようにすれば、放熱部材を挟み込むコイルの弾性変形量（押し込み量）を増大できるため、コイルと放熱部材とをより強く接触させて、両者間の伝熱抵抗をより小さくして放熱性能を一層高めることができると共に、コイル間に放熱部材を挟み込むことによるコイル間隔の増加量を減らすことができる。
更に、本発明は、角筒型のボビンのエッジ部分の丸みの曲率半径を調整することによりコイルの膨らみ量を調整するようにしても良い。例えば、角筒型のボビンのエッジ部分の丸みの曲率半径を小さくすると、そのボビンに巻回したコイルの弾性変形可能な膨らみ量が大きくなって、部品公差や組立公差をコイルの弾性変形により吸収できる余裕度が大きくなると共に、放熱部材を挟み込むコイルの弾性変形量が大きくなることにより放熱部材へのコイルの押し付け力が大きくなる。反対に、角筒型のボビンのエッジ部分の丸みの曲率半径を大きくすると、そのボビンに巻回したコイルの弾性変形可能な膨らみ量が小さくなって、部品公差や組立公差をコイルの弾性変形により吸収できる余裕度が減少すると共に、放熱部材を挟み込むコイルの弾性変形量が減少することにより放熱部材へのコイルの押し付け力が減少する。
図１は本発明の実施例１のリニアモータの可動子を示す斜視図である。 図２は実施例１のコイル間に放熱部材を挟み込んだ状態を示す断面図である。 図３（ａ）は実施例１の放熱部材を挟み込む前のコイルの状態を示す断面図、同図（ｂ）は実施例１の放熱部材を挟み込んだコイルの状態を示す断面図である。 図４（ａ）乃至（ｃ）は、実施例１の角筒型のボビンのエッジ部分の丸みの曲率半径とコイルの膨らみ量との関係を説明する断面図である。 図５（ａ）は実施例２の放熱部材を挟み込む前のコイルの状態を示す断面図、同図（ｂ）は実施例２の放熱部材を挟み込んだコイルの状態を示す断面図である。 図６（ａ）は実施例３の放熱部材を挟み込む前のコイルの状態を示す断面図、同図（ｂ）は実施例３の放熱部材を挟み込んだコイルの状態を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した３つの実施例１〜３を説明する。
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、リニアモータの可動子１１は、複数のティース１２を所定間隔でリニアに配列すると共に、各ティース１２にそれぞれ角筒型のボビン１４に巻回したコイル１５を装着し、これら全体を固定枠１６で連結固定して一体化した構成となっている。尚、図示はしないが、固定子は、コア上に複数の永久磁石を交互に異極となるようにリニアに等ピッチで配列して構成され、この固定子の永久磁石の配列に沿って可動子１１が移動するようになっている。
隣接するコイル１５間には、該コイル１５で発生した熱を外部に伝導して放熱する放熱部材１７が配置されている。放熱部材１７は、ヒートパイプ等の高熱伝導部材により形成され、該放熱部材１７のうちの可動子１１の外側に突出する部分には、放熱フィン１８又はヒートシンク等が設けられている。
角筒型のボビン１４に巻回したコイル１５は、放熱部材１７を挟み込む前の状態では、図３（ａ）に示すように、該コイル１５の弾性力により角筒型のボビン１４のエッジ間の部分が外側へ湾曲状に浮き上がって膨らんだ状態となり、該コイル１５の膨らみ量（浮き上がり量）の範囲内で該コイル１５の膨らみ部分が内側に押し込み可能（弾性変形可能）となっている。そこで、本実施例１では、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、各コイル１５の間隔を、挟み込んだ放熱部材１７が各コイル１５の弾性変形可能な膨らみ部分を内側に押し込む間隔に設定している。これにより、図２、図３（ｂ）に示すように、各コイル１５間に挟み込んだ放熱部材１７が各コイル１５の弾性変形可能な膨らみ部分を内側に押し込むように弾性変形させてその弾性力により各コイル１５を放熱部材１７の両面に密着させた状態に保持する。
更に、本実施例１では、図４に示すように、角筒型のボビン１４のエッジ部分の丸みの曲率半径Ｒを調整することによりコイル１５の膨らみ量（浮き上がり量）を調整するようにしている。例えば、図４（ａ）に示すように、角筒型のボビン１４のエッジ部分の丸みの曲率半径Ｒを小さくすると、そのボビン１４に巻回したコイル１５の弾性変形可能な膨らみ量が大きくなって、部品公差や組立公差をコイル１５の弾性変形により吸収できる余裕度が大きくなると共に、放熱部材１７を挟み込むコイル１５の弾性変形量が大きくなることにより放熱部材１７へのコイル１５の押し付け力が大きくなる。反対に、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、角筒型のボビン１４のエッジ部分の丸みの曲率半径Ｒを大きくするほど、そのボビン１４に巻回したコイル１５の弾性変形可能な膨らみ量が小さくなって、部品公差や組立公差をコイル１５の弾性変形により吸収できる余裕度が減少すると共に、放熱部材１７を挟み込むコイル１５の弾性変形量が減少することにより放熱部材１７へのコイル１５の押し付け力が減少する。従って、コイル１５の巻線自体の弾性係数のばらつきや、部品公差、組立公差や、放熱部材１７へのコイル１５の必要とされる押し付け力を考慮して、角筒型のボビン１４のエッジ部分の丸みの曲率半径Ｒを決定するようにすれば良い。
以上説明した本実施例１のリニアモータの放熱構造では、隣接するコイル１５間に配置した放熱部材１７を、該コイル１５のうちの該コイル１５の弾性力により角筒型のボビン１４のエッジ間で外側へ湾曲状に浮き上がって膨らんだ部分で挟み込むため、部品公差や組立公差があっても、その公差をコイル１５の膨らみ部分の弾性変形により吸収してコイル１５と放熱部材１７との接触具合（伝熱抵抗）のばらつきを小さくでき、高い放熱性能を安定して得ることができる。
図５に示す本発明の実施例２では、角筒型のボビン２４のエッジ間の部分のうちの放熱部材１７が挟み込まれる部分を凹状に形成して、該放熱部材１７でコイル１５の膨らみ部分をボビン２４の凹状部２５内に押し込むように該放熱部材１７を挟み込むようにしている。その他の構成は、前記実施例１と同じである。
本実施例２では、放熱部材１７を挟み込むコイル１５の弾性変形量（押し込み量）をボビン２４の凹状部２５の凹み分だけ増大できるため、部品公差や組立公差をコイル１５の弾性変形により吸収できる余裕度が大きくなると共に、放熱部材１７を挟み込むコイル１５の弾性変形量が大きくなることにより放熱部材１７へのコイル１５の押し付け力が大きくなり、両者間の伝熱抵抗をより小さくして放熱性能を一層高めることができる。しかも、コイル１５間に放熱部材１７を挟み込むことによるコイル１５間隔の増加量をボビン２４の凹状部２５の凹み分だけ減らすことができ、前記実施例１と比べてリニアモータをコンパクト化できる。
図６に示す本発明の実施例３では、角筒型のボビン３４のエッジ間の部分のうちの放熱部材１７が挟み込まれる部分を無くして開口部３５を形成し、該放熱部材１７でコイル１５の膨らみ部分をボビン３４の開口部３５内に押し込むように該放熱部材１７を挟み込むようにしている。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、放熱部材１７を挟み込むコイル１５の弾性変形量（押し込み量）をボビン３４の開口部３５の凹み分（ボビン３４の肉厚分）だけ前記実施例１よりも増大できるため、上記実施例２と同様の効果を得ることができる。
１１…可動子、１２…ティース、１４…ボビン、１５…コイル、１７…放熱部材、１８…放熱フィン、２４…ボビン、２５…凹状部、３４…ボビン、３５…開口部

Claims (3)

  1. 所定間隔でリニアに配列された複数のティースにそれぞれ角筒型のボビンに巻回したコイルを装着したリニアモータの放熱構造において、
    隣接する前記コイル間に、該コイルで発生した熱を外部に伝導して放熱する放熱部材を配置し、該コイルのうちの該コイルの弾性力により前記角筒型のボビンのエッジ間で外側へ湾曲状に浮き上がって膨らんだ部分で該放熱部材を挟み込むことを特徴とするリニアモータの放熱構造。
  2. 前記角筒型のボビンのエッジ間の部分のうちの前記放熱部材が挟み込まれる部分を凹状に形成し又は無くすことにより、該放熱部材で前記コイルの膨らみ部分を内側に押し込むように該放熱部材を挟み込むことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの放熱構造。
  3. 前記角筒型のボビンのエッジ部分の丸みの曲率半径を調整することにより、そのボビンに巻回した前記コイルの膨らみ量を調整す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の放熱構造。
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