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技術 リニアモーター用アーマチュア

出願人 フォードグローバルテクノロジーズ、エルエルシー
発明者 シーザーゴンザレズ
出願日 1998年2月4日 (21年9ヶ月経過) 出願番号 1998-022461
公開日 1998年10月9日 (21年1ヶ月経過) 公開番号 1998-271797
状態 特許登録済
技術分野 電動機、発電機の冷却 リニアモータ
主要キーワード アーマチュア部分 非導電性流体 積層スタック アーマチュア巻線 線形力 推進能力 流動チャンネル 中央室
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年10月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

リニアモーターアーマチュアにおいて、先行技術においてコイル組立体および積層スタックを包囲しているエポキシを排除して、エポキシによる放熱低下および性能低下を解決し、また製造費の低減およびワイヤーハーネス損傷防止湿気からの保護の達成を目的とする。

解決手段

内部に中央室14が形成された密封可能な金属ケース12を準備し、少なくとも一つのコイルおよび積層スタックの組立体52を中央室14の内部に取付ける。中央室14をカバーで密封し、積層スタックおよびコイル組立体52を冷却するために中央室14に非導電性流体を供給する。本発明では、中央室14を通して双方向冷却を行うように冷却油が反対方向に流される。

概要

背景

多くの製造応用例においては、加工装置を駆動するのに線形力の発生を必要としている。従来の交流(A/C)および直流(D/C)モーター軸線のまわりに回転トルクを発生し、この回転トルクはそれらの応用例で使用できるようにするには線形力に変換しなければならない。このような変換は数ある設計のなかでスクリューおよびナット滑車およびケーブル、またはラックおよびピニオンによって行われている。これらの設計は、それらの部材が比較的早期に摩耗してしまう傾向のあること、またそれらが高い線形速度を発生できないことが問題である。

リニアモーター電気入力に応じて線形力を直接に発生することも知られている。典型的に、リニアモーターは磁性部材の極面に形成されている溝の付近に発生する可変磁気抵抗を利用する。磁性材料で作られたアーマチュアは内部に巻線を有しており、溝で形成されるような極面に沿って位置から位置へと段階的に推進されるか、またはこの代わりに磁性部材が可動とされ、アーマチュアが静止される。

このような設計では、アーマチュア部分は通常は、積層スタック内部に配置されてエポキシブロックで囲まれたコイルを含んでいる。冷却管がエポキシブロックに接近して典型的に備えられて、アーマチュアから熱を奪うように成されている。

概要

リニアモーター用アーマチュアにおいて、先行技術においてコイル組立体および積層スタックを包囲しているエポキシを排除して、エポキシによる放熱低下および性能低下を解決し、また製造費の低減およびワイヤーハーネス損傷防止湿気からの保護の達成を目的とする。

内部に中央室14が形成された密封可能な金属ケース12を準備し、少なくとも一つのコイルおよび積層スタックの組立体52を中央室14の内部に取付ける。中央室14をカバーで密封し、積層スタックおよびコイル組立体52を冷却するために中央室14に非導電性流体を供給する。本発明では、中央室14を通して双方向冷却を行うように冷却油が反対方向に流される。

目的

このような設計による他の問題点は、エポキシ材モールド成形がアーマチュアの製造を困難にすることである。エポキシ材は典型的には別のモールド型の内部でコイルおよび積層スタックの周囲に典型的にモールド成形される。その後モールド型から取外されて修正され、そのモールド型は次のモールド成形作業に備えて浄化される。これらの段階は操作過程を必要とし、これが製造費用を増大させる。したがって、ワイヤーハーネスはエポキシ材のモールド成形およびエポキシブロックの研磨時に典型的に濡れて損傷を生じることになる。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

内部に中央室が形成されている密封された金属ケースと、中央室の内部に配置された積層スタックと、積層スタックの内部に配置されたコイル組立体とを含み、前記積層スタックおよびコイル組立体を冷却するために中央室が非導電性流体供給流動されていることを特徴とするリニアモーターアーマチュア

請求項2

前記アーマチュアが双方向冷却を行うために中央室の内部で冷却油を反対方向に向けて導くように形状を付されていることを特徴とする、請求項1記載のリニアモーター用アーマチュア。

技術分野

0001

本発明はリニアモーターに係わり、特にアーマチュアが冷却のために油のような非導電性流体供給流動されている完全封入されたリニアモーターアーマチュアに関する。

背景技術

0002

多くの製造応用例においては、加工装置を駆動するのに線形力の発生を必要としている。従来の交流(A/C)および直流(D/C)モーター軸線のまわりに回転トルクを発生し、この回転トルクはそれらの応用例で使用できるようにするには線形力に変換しなければならない。このような変換は数ある設計のなかでスクリューおよびナット滑車およびケーブル、またはラックおよびピニオンによって行われている。これらの設計は、それらの部材が比較的早期に摩耗してしまう傾向のあること、またそれらが高い線形速度を発生できないことが問題である。

0003

リニアモーターは電気入力に応じて線形力を直接に発生することも知られている。典型的に、リニアモーターは磁性部材の極面に形成されている溝の付近に発生する可変磁気抵抗を利用する。磁性材料で作られたアーマチュアは内部に巻線を有しており、溝で形成されるような極面に沿って位置から位置へと段階的に推進されるか、またはこの代わりに磁性部材が可動とされ、アーマチュアが静止される。

0004

このような設計では、アーマチュア部分は通常は、積層スタック内部に配置されてエポキシブロックで囲まれたコイルを含んでいる。冷却管がエポキシブロックに接近して典型的に備えられて、アーマチュアから熱を奪うように成されている。

発明が解決しようとする課題

0005

このようなリニアモーターが発生することのできる力は、モーターのアーマチュア巻線での抵抗加熱によって制限される。通常使用される銅製の冷却管はエポキシ製ケースの内部に機械的に保持されることを必要とし、エポキシ材自体がコイル組立体に対して断熱材として作用することから、多少とも制限されたアーマチュア冷却能力を与えることになる。熱放散が減少されることによって、リニアモーターの性能は不利な影響を受け、また前進能力減退される。したがって、冷却容量を増大した改良されたアーマチュア設計の提供が望まれるのである。

0006

このような設計による他の問題点は、エポキシ材のモールド成形がアーマチュアの製造を困難にすることである。エポキシ材は典型的には別のモールド型の内部でコイルおよび積層スタックの周囲に典型的にモールド成形される。その後モールド型から取外されて修正され、そのモールド型は次のモールド成形作業に備えて浄化される。これらの段階は操作過程を必要とし、これが製造費用を増大させる。したがって、ワイヤーハーネスはエポキシ材のモールド成形およびエポキシブロックの研磨時に典型的に濡れて損傷を生じることになる。

0007

先行技術の設計による他の欠点は、リニアモーターの運転時にエポキシブロックから延在するワイヤーハーネスが典型的には保護されず、損傷や湿気に対して露出されることである。ワイヤーハーネスの損傷は装置にかなりの運転休止をもたらすことになりかねない。

0008

先行技術の設計によるさらに他の欠点は、そのような設計がアーマチュアの一端から他端へ向かって冷却流体が流れるような単一流れの冷却構造に典型的に限定されることである。この構造では、冷却流体はそれがアーマチュアの他端へ至るまでの時間において実質的に加熱されることになり、それ故に不均質な冷却が行われることになる。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、密封された金属ケース内に完全に封入されたアーマチュアを有し、非導電性流体が積層スタックと直接に接触する状態でケース内部を循環されて、その積層スタックおよびコイル組立体を冷却するように成されたリニアモーターを提供することにより、上述で参照した先行技術のリニアモーターの欠点を解決する。先行技術のエポキシブロックを排除することにより冷却効率は著しく向上され、これがモーターの線形推進能力を改善する。この構造においては、密封された金属ケースは機械的な取付けと関連して、コイルに湿気が触れてモーターをショートすなわち短絡させてしまうことを防止する。

0010

さらに詳しくは、本発明は内部に中央室を有する密封された金属ケースを含むリニアモーター用アーマチュアを提供する。積層スタックは中央室の内部に配置され、少なくとも一つのコイルが積層スタックの内部に配置される。中央室は非導電性流体を供給流動されて、積層スタックおよびコイルを直接冷却するようになされる。

0011

本発明の他の概念はリニアモーター用アーマチュアの製造方法を提供することであり、この方法は、(1)内部に中央室が形成された密封可能な金属ケースを準備する、(2)少なくとも一つのコイルおよび積層スタックを中央室の内部に取付ける、(3)中央室を密封する、そして(4)積層スタックおよびコイル組立体を冷却するために中央室と通じた非導電性流体の供給源を準備することを含む。好ましい実施例において、この方法は、中央室を通して双方向冷却を行うように冷却油を反対方向に流すことをさらに含む。

0012

したがって本発明の目的は、性能の向上のために積層スタックを横断して非導電性流体を流すことでコイルおよび積層スタックを冷却することによって熱放散が向上された改良されたリニアモーター用アーマチュアを提供することである。

0013

本発明の上述の目的および他の目的および利点は、添付図面に関連して以下の本発明を実施する最良形態の詳細な説明から容易に明白となる。

0014

図1および図2を参照すれば本発明によるリニアモーター用アーマチュア10が示されている。このリニアモーター用アーマチュア10は密封された金属ケース12を含み、この金属ケース12はアルミニウムまたは鋼製であるのが好ましく、内部に中央室14を形成されている。中央室14はカバー16で密封されており、このカバー16はボルト18,20でケース12に取付けられており、ボルト18,20は開口22,24をそれぞれ通して延在されている。カバー16はケース12に接着または溶接されることもできる。中央室14の内部にはコイル組立体26が配置され、このコイル組立体26は積層スタック28の内部に配置されている。

0015

ワイヤーハーネスを通してコイル組立体26に電流を与えるために、機械的取付け部32,34が備えられている。これらの機械的取付け部32,34はコイル組立体26に対するワイヤーハーネスの湿気防止取付けを容易に行えるようにする。

0016

エチレングリコールまたは冷却油30のような非導電性流体が中央室14の内部の積層スタック28およびコイル組立体26の周囲を循環されて、そのコイル組立体26を冷却するようになされる。冷却油30は冷却油ポート38,40を経て中央室14に流入し、流出する。

0017

ケース12は図3図6に一層明確に示されている。図示されるように、ケース12はコイル組立体26および積層スタック28を収容するための中央室14を含む。ケース12は複数のライザーすなわち足42も含んでいる。足42はケース12の底部48に溶接されており、それぞれのコイル26がアタッチメント取付け穴50によってケース12に固定されている。

0018

図7に示されるように、中央室14はコイル組立体52(すなわちコイル組立体26および積層スタック28)と協働して第一および第二の冷却チャンネル54,56をコイル組立体52の周囲に形成し、これによりコイル組立体52から熱を奪うように成される。図3および図7に示されるように、第一流動チャンネル54は入口ポート60からチャンネル54に沿って出口ポート62へ延在している。第二流動チャンネル56は冷却油を入口ポート64から出口ポート66へ運ぶ。このように、双方向冷却流れが形成され、これはアーマチュアの長さを横断して均等な冷却を行う。図3に示されるように、取付け部70,72が例えば図7に示された入口ポート60および出口ポート66と連通されて備えられる。

0019

図7にさらに示されるように、アーマチュア10の取扱いのためにアイボルト穴74,76が備えられている。

0020

上述構造において、ケース12の流れ制限部分78,80が双方向の流れを容易にさせるために、反対方向の冷却油の流れを隔離している。これらの部分78,80の一つが解除されるならば、流動チャンネル54,56は連結されて一つのチャンネルとして作用することになり、油はアーマチュア10の同一側にて流入および流出を行うようになされる。

0021

本発明は油を流動チャンネル54,56に供給流動させることでコイル組立体52を直接に冷却して熱放散を向上させる。この線形は熱放散の問題点および先行技術で使用されているエポキシブロックの他の欠点を軽減する。さらに、機械的な取付け部32,34はコイル組立体に対する電気コネクタの湿気のない取付けを容易にする。さらに、金属ケースを中央室カバー16で密封することで、アーマチュア10に対する湿気の侵入は防止され、これによりコイルがショートすなわち短絡することは防止される。

0022

本発明はまた線形アーマチュアの製造方法も提供し、この接続方法は、(1)内部に中央室が形成された密封可能な金属ケースを準備する、(2)少なくとも一つのコイルおよび積層スタックを中央室の内部に取付ける、(3)中央室を密封する、そして(4)コイルを冷却するために中央室と通じた非導電性流体の供給源を準備することを含む。好ましい実施例において、この方法は、双方向冷却を行うように冷却油を反対方向に流すことをさらに含む。この方法は少なくとも二つの湿気に対して密封された機械的取付け部を金属ケースに備えて電気コネクタをコイルに密封状態で取付けできるようにすることをさらに含む。

0023

コイル組立体52での直接的な冷却油による熱放散を行わせることで、また双方向冷却を行うことで、熱放散が向上されて性能向上が達成される。

0024

本発明を遂行するための最良形態を詳細に説明したが、本発明の関係する当業者には特許請求の範囲の欄に記載された範囲に含まれる様々な代替設計および本発明を実施する代替実施例が認識されよう。

図面の簡単な説明

0025

図1本発明によるリニアモーターの概略的構成を示す部分分解側面図。
図2図1に示されたアーマチュアの長手方向断面図。
図3本発明によるモーターケース組立体の平面図。
図4図3のモーターケース組立体の端面図
図5図3のモーターケース組立体の側面図。
図6図3のモーターケース組立体の底面図。
図7本発明によるアーマチュアの平面図。
図8図7のアーマチュアの端面図。
図9図7のアーマチュアの側面図。

--

0026

10リニアモーター用アーマチュア
12金属ケース
14中央室
16カバー
26コイル組立体
28積層スタック
30冷却油
32,34機械的取付け部
52 コイル組立体
54,56冷却チャンネル
60,62 冷却油の入口および出口ポート
70,72 取付け部

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