JP2005137105A

JP2005137105A - キャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータ

Info

Publication number: JP2005137105A
Application number: JP2003369768A
Authority: JP
Inventors: Toru Shikayama; 透鹿山; Yoshiyuki Nagamatsu; 良之永松
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】冷媒が純水や水であっても絶縁破壊が生じず、キャン部等の温度上昇を極めて低減できるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供する。
【解決手段】固定子１００ａは、電機子巻線１０８を額縁状に囲むように形成してなる筐体１０１ａと、筐体１０１ａの開口部を密閉すると共に筐体１０１ａおよび電機子巻線１０８の両側面を保持してなる巻線固定枠１０９ａと、巻線固定枠１０９ａを間に挟み筐体１０１ａの両側面に設けられた額縁状の筐体１０１ｂと、筐体１０１ｂの開口部を密閉するキャン１０２ａと、巻線固定枠１０９ａ、筐体１０１ｂおよびキャン１０２ａで囲まれた空間に形成された冷媒通路１１０ａと、押え板１０４、キャン１０２ａ、筐体１０１ｂ、巻線固定枠１０９ａおよび筐体１０１ａを貫通するキャン固定用ボルト１０３を介して、これらの部材を結合して、電機子を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使われると共に、リニアモータ本体の低温度上昇が要求されるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータに関する。

従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに用いられると共に、リニアモータ本体の低温度上昇が要求されるキャンド・リニアモータは、例えば図５のようになっている（特許文献１、特許文献２を参照）。
図５は従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図である。
図５において、１ｘはキャンド・リニアモータ、１００ｘは固定子、１０１ｘは筐体、１０２ｘはキャン、１０３はキャン固定用ボルト、１０４は押え板、１０５は端子台、１０６は冷媒供給口、１０７は冷媒排出口、２００は可動子、２０１は界磁ヨーク支持部材、２０２は界磁ヨーク、２０３は永久磁石である。
可動子２００は、上下に対向する２つの界磁ヨーク２０２と、該界磁ヨーク２０２の間に配置されると共にその四隅に設けられた界磁ヨーク支持部材２０１と、該界磁ヨーク２０２の互いの対向面に夫々取り付けられた永久磁石２０３とから構成されており、界磁ヨーク２０２と界磁ヨーク支持部材２０１の組立後の形状は、進行方向の断面で見ると、ちょうど中空空間を有した略ロの字状の断面形状となっている。そして、可動子２００の中空空間内に固定子１００が挿入され、その場合、永久磁石２０３が固定子１００の電機子１０８と対向するように配置される。可動子２００は、図示しないリニアガイド等によって支持されている。
図６は、図５のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図である。また、図７は図６のキャン１０２ｘを取り除いた状態を示す固定子内部構造を説明するための側面図である。
図６、図７において、固定子１００ｘは、内部を中空とする額縁状の金属製筐体１０１ｘと、この筐体１０１ｘの中空部分を覆うための、筐体１０１ｘの外形を象った板状のキャン１０２と、キャン１０２ｘを筐体１０１ｘに固定するためのキャン固定用ボルト１０３の通し穴を持ちキャンを均等な荷重でもって押えるための押え板１０４と、筐体１０１ｘの中空内に配置された３相の電機子巻線１０８と、電機子巻線１０８を固定してなる平板状の巻線固定枠１０９ｘと、筐体１０１ｘとキャン１０２ｘの縁より少し大き目に象られたＯリング１１１と、巻線固定枠１０９ｘと筐体１０１ｘを固定するための巻線固定用ボルト１１３ｘにより構成されている。キャン１０２ｘおよび巻線固定枠１０９ｘの材質は樹脂製であり、例えばエポキシ樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂が用いられる。筐体１０１ｘの空洞部の形状は、電機子巻線１０８の外周を囲うように象られている。電機子巻線１０８は板状に形成された巻線固定枠１０９ｘの両面に配置されている。電機子巻線１０８と一体になった巻線固定枠１０９ｘは、筐体１０１ｘの中空内に配置され、巻線固定用ボルト１１２で筐体１０９ｘと固定される。筐体１０１ｘの表裏の縁には、周回した溝１２１が設けられており、そこにＯリング１１１が配置される。そして、筐体１０１ｘにふたをするようにキャン１０２が筐体１０１ｘの表裏に配置される。キャン１０２ｘの上から筐体１０１ｘの縁に沿って押え板１０４が敷かれ、キャン固定用ボルト１０３にて締め付けられ、キャン１０２ｘと筐体１０１ｘは固定される。電機子巻線１０８は、複数の集中巻コイルを３相分用意したもので構成され、平板状の巻線固定枠１０９ｘの左右両側に貼り付けられている。電機子巻線１０８への電力供給は、筐体１０１ｘに取り付けられた端子台１０５から行われる。端子台１０５と電機子巻線１０８はリード線（図示しない）で各々電気的に接続されている。また、冷媒は筐体１０１ｘに設けた冷媒供給口１０６より供給され、冷媒排出口１０７より排出される。その間に、冷媒は電機子巻線１０８とキャン１０２ｘの間にある冷媒通路１１０ｘを流れ、発熱する電機子巻線１０８を冷却する。
このように、従来のキャンド・リニアモータは、可動子２００と固定子１００ｘの電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線１０８に流すことにより、永久磁石２０３の作る磁界と作用して可動子２００に推力が発生し、可動子２００は矢印で示す進行方向に移動することとなる。この際、銅損によって発熱した電機子巻線１０８は冷媒通路を流れる冷媒により冷却されるので、キャン１０２ｘの表面温度上昇を抑えることができる。
特開２００２−２７７３０号公報特開２０００−４５７２号公報

ところが、従来のキャンド・リニアモータは、冷媒通路１１０ｘを通る冷媒が電機子巻線１０８の表面を流れることにより、以下のような問題が起きた。
（１）一般に電機子巻線を構成する導線には絶縁のための被覆層を有するエナメル線を使用するが、巻線作業時や電機子巻線固定時に起こる導線と他物体間との接触により、導線の被服層には微小なキズ（ピンホール）が生じる。導電率の大きい冷媒、例えば導電率が１（μＳ／ｍ）を超える純水や水を使用した場合、大きなピンホール箇所から絶縁破壊が生じた。さらに、ピンホールの穴径や深さが微小なものであっても、電機子巻線にかかる推力の反作用や温度上昇などの外的ストレスによって、ピンホールが大きくなるように進行し、絶縁破壊が生じた。
（２）導電率の小さい冷媒（例えば住友３Ｍ製ハイドロフルエーテル（ＨＦＥ）：導電率２×１０^−３（μＳ／ｍ））を使用した場合、上記（１）の問題を防ぐことができるが、導電率の大きい冷媒である水に比べ冷却能力が低く、キャン表面の温度上昇を低減することができなかった。ＨＦＥの熱伝導率は０．０７（Ｗ／（ｍ・ｋ））であるのに対し、水は約８倍の０．６（Ｗ／（ｍ・ｋ））である。ＨＦＥの動粘性係数は４×１０^−７（ｍ^２／ｓｅｃ）であるのに対し、水は約２倍の１×１０^−６（ｍ^２／ｓｅｃ）である。ＨＦＥは水に比べ、動粘性係数が小さいので冷媒の乱れの大きさを表すレイノルズ数を大きくすることができるが、熱伝導率が圧倒的に小さい。この結果、ＨＦＥの電機子巻線と冷媒間の熱伝達率は水に比べ小さくなる。ＨＦＥは水に対し、電機子巻線から冷媒への熱移動量が少なく、キャン表面への熱移動量が多くなり、キャン表面温度上昇が高くなる。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、冷媒に対する電機子巻線の耐絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能としたキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電機子巻線をキャンにより密封し、密閉空間内に配置された該電機子巻線を冷媒により冷却するキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子は、前記電機子巻線を額縁状に囲むように形成してなる第１筐体と、前記第１筐体の開口部を密閉すると共に前記第１筐体および前記電機子巻線の両側面を保持してなる平板状の巻線固定枠と、前記巻線固定枠を間に挟み前記第１筐体の両側面に設けられた額縁状の第２筐体と、前記第２筐体の開口部を密閉するキャンと、前記巻線固定枠、前記第２筐体および前記キャンで囲まれた空間に形成された冷媒通路と、前記キャンの外側面に設けられた押さえ板と、前記第２筐体の両側面の縁に周回するように形成した溝に配置されたＯリングとを備え、前記押え板、前記キャン、前記第２筐体、前記巻線固定枠および前記第１筐体を貫通するキャン固定用ボルトを介して、前記押え板、前記キャン、前記第２筐体、前記巻線固定枠および前記第１筐体とを結合して前記電機子を構成するものである。
請求項２に記載の発明は、電機子巻線をキャンにより密封し、密閉空間内に配置された該電機子巻線を冷媒により冷却するキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子は、平板の上下端をそれぞれ内側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部および前記上下端にそれぞれ設けた段差部の間に形成された直線部を有する巻線固定枠と、平板の上下端をそれぞれ外側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部および前記上下端に設けた段差部の間に形成された直線部を有すキャンと、前記巻線固定枠の直線部間に保持された電機子巻線と、前記キャンの段差部と前記巻線固定枠の段差部との間に保持されると共に額縁状に囲むように形成してなる筐体と、前記キャンの直線部、前記巻線固定枠の直線部および前記筐体の間の空間に形成された冷媒通路と、前記キャンの外側面に設けられた押さえ板と、前記筐体の両側面の縁に周回するように形成した溝に配置されたＯリングとを備え、前記押え板、前記キャン、前記筐体および前記巻線固定枠を貫通するキャン固定用ボルトを介して、前記押え板、前記キャン、前記筐体および前記巻線固定枠とを結合して前記電機子を構成するものである。
また、請求項３に記載の発明は、キャンド・リニアモータに関するものであり、請求項１または２に記載の電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨークの何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたものである。

請求項１記載の発明によると、電機子巻線と冷媒との接触を全く無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠によって電機子巻線が水と隔離されるため、電機子巻線の導線にピンホールが生じていたとしても、水による絶縁破壊を防ぐことができる。冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。
また、請求項２記載の発明によると、請求項１と同様に、巻線固定枠によって電機子巻線が水と隔離されるため、電機子巻線の導線にピンホールが生じていたとしても、水による絶縁破壊を防ぐことができる。冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。
また、請求項３記載の発明によると、電機子巻線の冷媒に対する耐絶縁性が高く、冷却能力の高い水を冷媒として使用することでキャン表面温度上昇の小さい電機子が得られ、これに界磁ヨークを対向配置させることで発熱のないキャンド・リニアモータを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は本発明のキャンド・リニアモータの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図、図３は図２のキャンを取り除いた状態を示す固定子内部構造を説明するための側面図である。以下、本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。

図において、１ａはキャンド・リニアモータ、１００ａは固定子、１０２ａはキャン、１０１ａ、１０１ｂは筐体、１０９ａは巻線固定枠、１１０ａは冷媒通路である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、固定子１００ａとなる電機子は、電機子巻線１０８を内部を中空とする額縁状に囲むように形成してなる筐体１０１ａと、筐体１０１ａの開口部を密閉すると共に筐体１０１ａおよび電機子巻線１０８の両側面を保持してなる巻線固定枠１０９ａと、巻線固定枠１０９ａを間に挟み筐体１０１ａの両側面に設けられた額縁状の筐体１０１ｂと、筐体１０１ｂの開口部を密閉するキャン１０２ａと、巻線固定枠１０９ａ、筐体１０１ｂおよびキャン１０２ａで囲まれた空間に形成された冷媒通路１１０ａと、キャン１０２ａの外側面に設けられた押さえ板１０４と、押え板１０４、キャン１０２ａ、筐体１０１ｂ、巻線固定枠１０９ａおよび筐体１０１ａにそれぞれ形成された通し穴１０４―ｈ、１０２ａ―ｈ、１０１ｂ―ｈ、１０９ａ―ｈおよび１０１ａ―ｈと、該通し穴を貫通するキャン固定用ボルト１０３と、キャン固定用ボルト１０３と螺合するナット１２０とを備え、キャン固定用ボルト１０３を介して、押え板１０４、キャン１０２ａ、筐体１０１ｂ、巻線固定枠１０９ａおよび筐体１０１ａとを結合して、電機子を構成するようにした点である。
また、筐体１０１ｂの両側面の縁には、周回した溝１２１にＯリング１１１が配置されている。
なお、キャン１０２ａおよび巻線固定枠１０９ａの材質は樹脂製としており、例えばエポキシ樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂を使用すると良い。また、筐体１０１ａ、１０１ｂは金属もしくは熱硬化性樹脂を使用している。
また、筐体１０１ｂには、冷媒供給口１０６および冷媒排出口１０７が設けられており、冷媒が冷媒供給口１０６より供給され、冷媒排出口１０７より排出される途中、冷媒は巻線固定枠１０９ａとキャン１０２ａの間にある冷媒通路１１０ａを流れ、発熱する電機子巻線１０８を冷却するようになっている。

このような構成により、従来技術で問題となっていた冷媒と電機子巻線の接触を無くすことができる。第１の実施例によれば、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠とＯリングによって電機子巻線が水と隔離されるため、電機子巻線の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。

図４は第２の実施例を示すキャンド・リニアモータの正断面図である。以下、本発明の構成要素が第１実施例と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なる点のみ説明する。

図において、１００ｂは固定子、１０２ｂはキャン、１０１ｃは筐体、１０９ｂは巻線固定枠、１１０ｂは冷媒通路である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、固定子１００ｂとなる電機子は、平板の上下端をそれぞれ内側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部１０９ｂ―ｄおよび上下端にそれぞれ設けた段差部１０９ｂ―ｄの間に形成された直線部１０９ｂ―ｓを有する巻線固定枠１０９ｂと、平板の上下端をそれぞれ外側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部１０２ｂ―ｄおよび該上下端に設けた段差部１０２ｂ―ｄの間に形成された直線部１０２ｂ―ｓを有すキャン１０２ｂと、巻線固定枠１０９ｂの直線部１０９ｂ―ｓ間に保持された電機子巻線１０８と、キャン１０２ｂの段差部１０２ｂ―ｄと巻線固定枠１０９ｂの段差部１０９ｂ―ｄとの間に保持されると共に額縁状に囲むように形成してなる筐体１０１ｃと、キャン１０２ｂの直線部１０２ｂ―ｓ、巻線固定枠１０９ｂの直線部１０９ｂ―ｓおよび筐体１０１ｃの間の空間に形成された冷媒通路１１０ｂと、キャン１０２ｂの外側面に設けられた押さえ板１０４と、押え板１０４、キャン１０２ｂ、筐体１０１ｃおよび巻線固定枠１０９ｂにそれぞれ形成された通し穴１０４―ｈ、キャン１０２ｂ―ｈ、筐体１０１ｃ―ｈおよび巻線固定枠１０９ｂ―ｈと、該通し穴を貫通するキャン固定用ボルト１０３と、キャン固定用ボルト１０３と螺合するナット１２０とを備え、キャン固定用ボルト１０３を介して、押え板１０４、キャン１０２ｂ、筐体１０１ｃおよび巻線固定枠１０９ｂとを結合して、電機子を構成するようにした点である。
また、筐体１０１ｃの両側面の縁には、周回した溝にＯリング１１１が配置されている。

このような構成により、従来技術で問題となっていた冷媒と電機子巻線の接触を無くすことができる。第１実施例同様、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠とＯリングによって電機子巻線が水と隔離されるため、電機子巻線の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。

なお、以上の実施例では、固定子に電機子巻線、可動子に界磁とした永久磁石を持つ構造で説明したが、固定子に永久磁石、可動子に電機子巻線を持つ逆の構造としても良い。また、可動子の形状を断面が略口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。

本発明のキャンド・リニアモータは、極めて絶縁性の高い巻線固定枠を介在させ、冷媒と電機子巻線の接触を無くすことによって冷媒を水にすることができるので、洗浄液などとして純水を使用する半導体製造装置の位置決め機構にも適用することができる。

本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図図２のキャンを取り除いた状態を示す固定子内部構造を説明するための側面図本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図図５のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図図６のキャンを取り除いた状態を示す固定子内部構造を説明するための側面図

符号の説明

１ａ、１ｘキャンド・リニアモータ
１００ａ、１００ｂ、１００ｘ固定子
１０１ａ筐体（第１筐体）
１０１ｂ筐体（第２筐体）
１０１ｃ、１０１ｘ筐体
１０１ａ―ｈ、１０１ｂ―ｈ、１０１ｃ―ｈ通し穴
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｘキャン
１０２ａ―ｈ、１０２ｂ―ｈ通し穴
１０３キャン固定用ボルト
１０４押え板
１０４―ｈ通し穴
１０５端子台
１０６冷媒供給口
１０７冷媒排出口
１０８電機子巻線
１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｘ巻線固定枠
１０９ａ―ｈ、１０９ｂ―ｈ通し穴
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｘ冷媒通路
１０２ａ―ｈ、１０２ｂ―ｈ、１０４―ｈ、１０９ａ―ｈ、１０９ｂ―ｈ通し穴
１１１Ｏリング
１１２巻線固定用ボルト
１２０ナット
１２１溝
２００可動子
２０１界磁ヨーク支持部材
２０２界磁ヨーク
２０３永久磁石

Claims

電機子巻線をキャンにより密封し、密閉空間内に配置された該電機子巻線を冷媒により冷却するキャンド・リニアモータ電機子において、
前記電機子は、前記電機子巻線を額縁状に囲むように形成してなる第１筐体と、
前記第１筐体の開口部を密閉すると共に前記第１筐体および前記電機子巻線の両側面を保持してなる平板状の巻線固定枠と、
前記巻線固定枠を間に挟み前記第１筐体の両側面に設けられた額縁状の第２筐体と、
前記第２筐体の開口部を密閉するキャンと、
前記巻線固定枠、前記第２筐体および前記キャンで囲まれた空間に形成された冷媒通路と、
前記キャンの外側面に設けられた押さえ板と、
前記第２筐体の両側面の縁に周回するように形成した溝に配置されたＯリングとを備え、
前記押え板、前記キャン、前記第２筐体、前記巻線固定枠および前記第１筐体を貫通するキャン固定用ボルトを介して、前記押え板、前記キャン、前記第２筐体、前記巻線固定枠および前記第１筐体とを結合して前記電機子を構成することを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
電機子巻線をキャンにより密封し、密閉空間内に配置された該電機子巻線を冷媒により冷却するキャンド・リニアモータ電機子において、
前記電機子は、平板の上下端をそれぞれ内側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部および前記上下端にそれぞれ設けた段差部の間に形成された直線部を有する巻線固定枠と、
平板の上下端をそれぞれ外側に凸状に折り曲げ成形してなる段差部および前記上下端に設けた段差部の間に形成された直線部を有すキャンと、
前記巻線固定枠の直線部間に保持された電機子巻線と、
前記キャンの段差部と前記巻線固定枠の段差部との間に保持されると共に額縁状に囲むように形成してなる筐体と、
前記キャンの直線部、前記巻線固定枠の直線部および前記筐体の間の空間に形成された冷媒通路と、
前記キャンの外側面に設けられた押さえ板と、
前記筐体の両側面の縁に周回するよう形成した溝に配置されたＯリングとを備え、
前記押え板、前記キャン、前記筐体および前記巻線固定枠を貫通するキャン固定用ボルトを介して、前記押え板、前記キャン、前記筐体および前記巻線固定枠とを結合して前記電機子を構成することを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
請求項１または２に記載の電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨークの何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴とするキャンド・リニアモータ。