JP2006121813A - Linear motor armature and linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度上昇を低く抑えることが要求される、例えば半導体露光装置、液晶露光装置等に使用されるリニアモータに関し、特にその電機子に関するものである。 The present invention relates to a linear motor used in, for example, a semiconductor exposure apparatus, a liquid crystal exposure apparatus or the like that is required to keep temperature rise low, and more particularly to an armature thereof.
半導体露光装置、液晶露光装置など高精度位置決め装置、送り装置は、高速化、高出力化が年々高まってきている。装置の高性能化のためその構成部品であるリニアモータにおいては、リニアモータ表面の温度上昇が大きくならないことが要求される。
そこで、リニアモータの電機子を構成するフレームの中央部に冷媒溜り部を設けこの冷媒溜り部に電機子巻線を収納し、キャンでこの冷媒溜り部を閉止して、外部からこの冷媒溜り部内に冷媒を通過させて冷却することが行なわれている(例えば、特許文献1参照)。
Therefore, a refrigerant reservoir is provided at the center of the frame constituting the armature of the linear motor, the armature winding is accommodated in the refrigerant reservoir, the refrigerant reservoir is closed with a can, and the refrigerant reservoir is Cooling is performed by allowing a refrigerant to pass through (see, for example, Patent Document 1).
図5は、第1従来技術を示すリニアモータの全体斜視図であり、特許文献1記載のキャンドリニアモータと同じ原理のステージ駆動用として使用されているものである。
図において、1’は可動子としての電機子側である。そして、電機子側1’には、キャン2、フレーム3、冷媒出口4、冷媒入口9が図で見えている。そして、10は電機子側1’の進む方向を示している。
一方、8は界磁側で、界磁側8は、永久磁石5と、この永久磁石5と接着することで磁気回路を形成するヨーク6と、このヨーク6を組付けるベース7とで構成されている。
FIG. 5 is an overall perspective view of the linear motor showing the first prior art, which is used for stage driving of the same principle as the canned linear motor described in
In the figure, 1 ′ is an armature side as a mover. On the armature side 1 ', a
On the other hand, 8 is a field side, and the
図6は図5の電機子側1’の構成を説明する分解斜視図である。
電機子側1(図5)は、銅線を巻いた電機子巻線12と、この電機子巻線12を位置決め固定するためのキバン11と、このキバン11を固定するためのフレーム3と、このフレーム3を密封するためのキャン2で構成されている。フレーム3には、中央部に冷媒溜り部(冷媒溜り部)13が設けられ、この冷媒溜り部13にはフレーム3の外部からそれぞれ冷媒入口9と冷媒出口4とが通じている。
FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the
The armature side 1 (FIG. 5) includes an armature winding 12 wound with a copper wire, a
図7は図6の電機子側1の組立後の正面図を示している。
冷媒は冷媒入口9から流入し、通電により発熱した電機子巻線12の熱量を回収できるように、冷媒溜まり部13に溜まり、冷媒出口4より流出していく。冷媒入口9と冷媒出口4の位置は電機子巻線12全体を浸漬させる必要があるため、電機子巻線12の上方部になければならない。
FIG. 7 shows a front view of the
The refrigerant flows in from the
ところが、第1従来技術は冷媒入口および出口が上方にあるので電機子巻線全体を十分浸漬させるのに問題はないが、下方の冷媒が澱みがちとなる共に冷媒出口にかかる圧力が低いため、冷媒の入れ替わりが悪いという問題があり、熱交換の効率が低いという欠点があった。
また、図8は第2従来技術を示すもので、冷媒入口9と冷媒出口4が電機子巻線12の下方部にある場合の冷媒の溜り状態を示す図である。
図から判るように、第2従来技術は、冷媒入口9と冷媒出口4が電機子巻線12の下方部に位置し、かつ、冷媒出口の冷媒溜り部側先端が下部にある場合を示すものである。第2従来技術は、第1従来技術(図6,7)に示す冷媒出口およびその冷媒溜り部側先端が上部に位置する場合に比べて冷媒出口にかかる圧力が高く、それに応じて冷媒出口から吐出される冷媒量が多くなるため、図に示すように冷媒はフレーム3の底辺を通過して冷媒出口4より流出し、電機子巻線12が全体に渡って冷媒に浸漬されることにはならない。 その結果、通電により発熱した電機子巻線12の熱回収量が少なくなり、リニアモータ表面の温度上昇を招いてしまった。
そこで、本発明は冷媒入口9および冷媒出口4の位置に関係なく冷媒が電機子巻線12の全体を浸漬させることが可能な構造を提供し、熱交換効率が良好で、しかもリニアモータ表面の温度上昇の低減を図ることを目的とする。
However, since the first prior art has the refrigerant inlet and outlet on the upper side, there is no problem in sufficiently immersing the entire armature winding, but the lower refrigerant tends to stagnate and the pressure on the refrigerant outlet is low. There was a problem that the replacement of the refrigerant was bad, and there was a drawback that the efficiency of heat exchange was low.
FIG. 8 shows the second prior art, and is a diagram showing the state of refrigerant accumulation when the
As can be seen from the figure, the second prior art shows a case where the
Therefore, the present invention provides a structure in which the refrigerant can immerse the entire armature winding 12 regardless of the positions of the
上記問題を解決するため、請求項1記載の発明は、リニアモータ電機子に係り、中央部に設けられた冷媒溜り部と該冷媒溜り部にそれぞれ通じる冷媒入口通路と冷媒出口通路とを有するフレームと、該フレームに固定されて前記冷媒溜り部を閉止・形成するキャンと、前記冷媒溜り部に収納される電機子巻線と、を備えたリニアモータ電機子において、前記冷媒出口通路の前記冷媒溜り部側先端が、前記冷媒溜り部に溜められた冷媒の液位が前記電機子巻線の全体を浸漬するような上部部位に形成されたことを特徴としている。
請求項2記載の発明は、請求項1記載のリニアモータ電機子において、前記冷媒出口通路の外界側先端は前記フレームの任意の高さに設けられることを特徴としている。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載のリニアモータ電機子において、前記冷媒入口通路の外界側先端は前記フレームの任意の高さに設けられることを特徴としている。
請求項4記載の発明は、リニアモータに係り、前記請求項1〜3のいずれか1項記載のリニアモータ電機子と、該リニアモータ電機子に磁気的空隙を設けて対向配置される永久磁石と前記永久磁石と接着することで磁気回路を形成するヨークと前記ヨークを組付けるベースとで構成される界磁と、を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, an invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the linear motor armature according to the first aspect of the present invention, the front end of the refrigerant outlet passage is provided at an arbitrary height of the frame.
According to a third aspect of the present invention, in the linear motor armature according to the first or second aspect of the present invention, the front end of the refrigerant inlet passage is provided at an arbitrary height of the frame.
A fourth aspect of the present invention relates to a linear motor, and the linear motor armature according to any one of the first to third aspects, and a permanent magnet disposed opposite to the linear motor armature by providing a magnetic gap. And a field composed of a yoke that forms a magnetic circuit by being bonded to the permanent magnet and a base to which the yoke is assembled.
以上の構成により、冷媒が内部全体を通過するようになるため図5のような冷媒の澱む部分がなくなると共に、冷媒出入口の位置に関係なく電機子巻線を十分に浸漬させることが可能となり、したがって発熱した電機子巻線の熱回収が大幅に向上しリニアモータ表面の温度上昇を低く抑えることが実現できる。 With the above configuration, the refrigerant passes through the entire interior, so that the portion where the refrigerant stagnates as shown in FIG. 5 is eliminated, and the armature winding can be sufficiently immersed regardless of the position of the refrigerant inlet and outlet. Therefore, the heat recovery of the generated armature winding is greatly improved, and the temperature rise on the surface of the linear motor can be suppressed to a low level.
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は本発明のリニアモータの電機子側の構成を説明する分解斜視図である。
図において、電機子側1は、銅線を巻いた電機子巻線12と、この電機子巻線12を位置決め固定するためのキバン11と、このキバン11をネジ14(図2、図3)で固定するためのフレーム3と、このフレーム3を密封するためのキャン2とで構成されている。
フレーム3は中央部に冷媒溜り部13が大きく形成されており、この冷媒溜り部13に電機子巻線12が収納され、キャン2で冷媒溜り部13の側面を閉止した状態でキャン2がフレーム3に密閉固定されている。フレーム3のコア内には、コアの各入口9と4とから冷媒溜り部13にそれぞれ通じるように冷媒入口通路9aと冷媒出口通路4aとが形成されている。そして、本発明によれば、冷媒出口通路4aの冷媒溜り部側先端4bをフレーム3の上部に設けることを特徴としている。より正確に言えば、冷媒溜り部13に溜まった冷媒の液位が電機子巻線12の全体を浸漬するほどの上部に設けるものである。
次に、このように構成することによる作用効果について、図2および図3を用いて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating the configuration of the armature side of the linear motor of the present invention.
In the figure, an
The
Next, the effect by having such a structure is demonstrated using FIG. 2 and FIG.
図2は、図1の電機子側1を組立てた後の正面図、図3は図2のB−B断面図である。
両図において、冷媒は、電機子巻線12を冷却するために冷媒入口9から冷媒入口通路9aを通って冷媒溜り部13に流入して、ここに溜められる。冷媒出口4に対して上方に位置した冷媒出口通路4aの冷媒溜り部側先端4bは、冷媒出口の冷媒溜り部側先端が下方に位置する第2従来技術に比べて、冷媒が電機子巻線12の全体を浸漬するに十分な高い位置に形成してあり、しかも、冷媒出口の冷媒溜り部側先端にかかる圧力が低いことから、その位置に達するまで冷媒は冷媒溜り部13に十分に溜められていく(溜まった液位をハッチングで示している。)。
そして、冷媒が冷媒出口通路4aの冷媒溜り部側先端4bに達すると、オーバフロー分が冷媒溜り部側先端4bから冷媒出口通路4aを通って冷媒出口4に到達し、そこより流出される。
このように、冷媒出口通路4aの冷媒溜り部側先端4bが、電機子巻線12の全体が冷媒で浸漬されるのに十分な上部に形成されていることにより、冷媒は電機子巻線12を十分に浸漬できるので、発熱した電機子巻線12の熱回収が大幅に向上し、熱交換効率も良好になり、リニアモータ表面の温度上昇の低減を実現できる。
また、冷媒溜り部側先端4aが十分高い上部に形成されていることにより、冷媒出口4の位置は高さ方向に制限される必要はなくなり、設計の自由度が増える。
2 is a front view after the
In both figures, in order to cool the armature winding 12, the refrigerant flows from the
Then, when the refrigerant reaches the refrigerant
In this way, the refrigerant reservoir
In addition, since the coolant
図4は、本発明に係る電機子側をリニアモータに採用したときの全体斜視図である。図において、本発明に係るリニアモータは、電機子側1と界磁側8とで構成され、電機子側1は図示のない手段でベース7から浮上して10で示す方向に移動可能となっている。電機子側1はキャン2とフレーム3と(内部に電機子巻線と)を備え、フレーム3の下部にに冷媒出口4と冷媒入口9が形成されている。
一方、界磁側8は、永久磁石5と、この永久磁石5と接着することで磁気回路を形成するヨーク6と、このヨーク6を組付けるベース7とで構成されている。
そこで、電機子巻線12(図2,図3)に電流を流すことで電機子巻線12に磁界が発生し、これが界磁側8の永久磁石5と反発して10で示す方向に移動することとなる。
このように本発明に係るリニアモータは、第1従来技術である図5のリニアモータと比較すると判るように、冷媒出口4および冷媒入口9が上方ではなくてかなり低い位置に設けられている。このように、本発明に係る電機子側1をリニアモータに採用すると、冷媒出口4および冷媒入口9を上方に設ける必要がなくなるので、冷却能力は従来と同じでありながら設計の自由度が増すリニアモータが得られることとなると共に、冷媒入口9から冷媒溜り部側先端4bへ向かう冷媒が内部全体を通過するようになるため、図5のような冷媒の澱む部分がなくなり、熱交換効率が良好となる。また、第2従来技術である図8と比べても電機子巻線12が冷媒に完全に浸漬されるので電機子巻線12の熱回収量が多くなり、リニアモータ表面の温度上昇を抑えることが可能となる。
FIG. 4 is an overall perspective view when the armature side according to the present invention is employed in a linear motor. In the figure, the linear motor according to the present invention is composed of an
On the other hand, the
Therefore, when a current is passed through the armature winding 12 (FIGS. 2 and 3), a magnetic field is generated in the armature winding 12, which repels the
As described above, the linear motor according to the present invention is provided with the
なお、本発明のリニアモータは、固定子に電機子巻線を配置するか、または永久磁石を配置するかの選択が可能である。本発明はその選択を限定するものではない。また、通電方式についても直流通電、交流通電の限定をするものではない。
本発明のリニアモータは、産業上のあらゆる装置に利用可能である。
In the linear motor of the present invention, it is possible to select whether the armature winding is disposed on the stator or the permanent magnet is disposed. The present invention does not limit the selection. Further, the energization method is not limited to DC energization or AC energization.
The linear motor of the present invention can be used in any industrial apparatus.
1 電機子側
2 キャン
3 フレーム
4 冷媒出口
4a 冷媒出口通路
4b 冷媒出口通路の冷媒溜り部側先端
5 永久磁石
6 ヨーク
7 ベース
8 界磁側
9 冷媒入口
9a 冷媒入口通路
9b 冷媒入口通路の冷媒溜り部側先端
10 進行方向
11 キバン
12 電機子巻線
13 冷媒溜まり
14 ネジ
DESCRIPTION OF
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