JP3750793B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置に用いられると共に、界磁極と電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に移動するようにしたリニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置に用いられると共に、界磁極と電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に移動するようにしたリニアモータは、図6のようになっている。なお、図6は従来のリニアモータの正断面図である。ここでは、従来技術並びに後述する本発明とも併せて、電機子を可動子とするムービングコイル型リニアモータの例を用いて説明する。
図において、1は固定台、2はリニアガイドであって、固定台1上で左右両端に設けたガイドレール2Aと、ガイドレール2Aと対でリニアガイドを構成するスライダ2Bより構成されている。3はリニアモータ、4は固定子、5は可動子、6は固定台1に互いに対向して固定された平板状の界磁ヨーク、7は界磁ヨーク6上に沿って(紙面と垂直方向)交互に磁極が異なるように複数配設した永久磁石であって、界磁ヨーク6と永久磁石7とよりなる界磁極で固定子4を構成している。8は永久磁石7と磁気的空隙を介して対向して設けられ、かつ、電磁鋼板を永久磁石7の高さ方向に積層してなるコア、9はコア8のスロット8Aの内部に巻装してなるコイルで、図示しない樹脂モールドで固着しており、コア8とコイル9とよりなる電機子で可動子5を構成している。10は負荷を搭載するためのテーブルであり、コア8をテーブル10に固定する際には、コア8に設けた貫通穴8Bに締結ボルト11を通した後、テーブル10に設けた雌ねじ部10Cに締結ボルト11をねじ込み、コア8とテーブル10を締結するようになっている。
このようなリニアモータ3は、各永久磁石7がコイル9の両側を挟み込むように設けられると共に、永久磁石7の磁力線がコイル9を貫通する構造,いわゆる磁束貫通型構造であるため、永久磁石7とコイル9の間に吸引力が生じることなく、テーブルに横方向の力が加わらない構造となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、図示したムービングコイル型のリニアモータ3において、モータの推力を上げるために、図示しない電源からコイル9に駆動電流を供給し続けると、コイル9の内部抵抗の増大により温度が上昇して発熱量が増加する。このため、コイル9からの発熱は、コア8を介してコア8の上部に固定されたテーブル10に伝熱し、コア8およびテーブル10の熱変形を生じさせるという問題があった。特に、コア8の固定台1に面した部分では、時間の経過に伴い、コイルの温度が上昇していくにしたがって、長手方向に向かって生じる熱変形による反りが大きい。
また、このようなムービングコイル型のリニアモータの他、界磁極を可動子とするムービングマグネット型のリニアモータ(図示せず)の場合においても以下の共通した問題があった。
(1)リニアモータ3のコイル9の発熱が大きいと、コア8の永久磁石7の磁石列と対向する方向の変形も大きくなり、コイル9と永久磁石7間の磁気的空隙が変動を起こしたりするので、コギング推力が発生する。その結果、コギング推力が大きくなると、リニアモータ3の走行性能を悪化させ、特に加工精度に大きく影響を与えていた。
(2)他方のテーブル10への伝熱に伴う熱変形は、テーブル10に取り付けたスライダ2Bや図示しないリニアエンコーダに用いるスケール等に悪影響を与え、位置決め精度の誤差を生じることから、高精度な位置決めを実現することが困難であった。
(3)リニアモータ3は、コイル9の温度上昇の影響に伴って、コイル9を覆っている樹脂モールド(図示せず)に熱変形が生じ、これにより樹脂モールドの破損が生じた。
(4)例えば、リニアモータ3を真空環境中で使用する場合に、樹脂モールドの破損が起こると、リニアモータ3は、樹脂モールドの表面から発生するガスにより発塵量が増大して、真空環境を悪化させることから、信頼性に欠けていた。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、コアおよびテーブルの熱変形をなくし、高精度でしかも信頼性の高いリニアモータを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項1の本発明は、界磁ヨークに沿って交互に磁極が異なる複数の永久磁石を配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して配置されると共にスロットを有するコアに複数のコイルを巻装してなる電機子と、を備え、前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記可動子を前記固定子の長手方向に沿って相対的に移動するようにしたリニアモータにおいて、前記可動子には、負荷を搭載するためのテーブルが備えられており、前記可動子と前記テーブルの間には、内部に冷媒を流通させるための冷媒通路を有した冷却ユニットが設けられてあり、前記可動子には、前記固定子と磁気的空隙を介して対向する面と直交する方向の面に受熱部と放熱部を有し、かつ、略L字状に折り曲げられた薄型のシート状ヒートパイプを設けられており、前記シート状ヒートパイプの受熱部を前記可動子の表面に、放熱部の一部を前記冷却ユニットに接触させたものである。
請求項2の本発明は、請求項1に記載のリニアモータにおいて、前記シート状ヒートパイプは、内部に蛇行した中空状の細管を多数並べた構造を有するものである。
請求項3の本発明は、請求項1または2に記載のリニアモータにおいて、前記シート状ヒートパイプは、前記可動子の表面に樹脂モールドにより一体に固着したものである。
請求項4の本発明は、請求項1〜3までの何れか1項に記載のリニアモータにおいて、前記冷却ユニットは、前記可動子または前記テーブルに対して、自在に取り外しできるよう、締結ボルトにより固定したものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施例を示すリニアモータであって、図2のA―A線に沿う正断面図である。図2は、図1におけるリニアモータの全体斜視図であって,テーブル、リニアガイドおよび固定台を取り外した状態を示したものである。図3は、図2のリニアモータの冷却ユニットおよび電機子を上方から見た平面図であって、その内部を透視したものである。図4は図3のリニアモータの冷却ユニットおよび電機子部を矢視B方向から見た側面図であって、その内部を透視したものである。なお、本発明の構成要素において、従来と同じ構成要素のものについては、同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図において、12は冷却ユニット、13は冷媒通路、13Aは冷媒入口、13Bは冷媒出口、14はシート状ヒートパイプ、15は樹脂モールドである。
本発明が従来と異なる点を、以下のとおりである。
可動子5である電機子とテーブル10の間に、内部に冷媒を流通させるための冷媒通路13を有した冷却ユニット12が設けられた点である。冷媒通路13は、冷却ユニット12の長手方向に向かって冷媒を流すように、冷却ユニット12の一方端に冷媒入口13Aが配設され、他方端に冷媒出口13Bが配設されている。また、冷却ユニット12は、テーブル10に対して自在に取り外しできるよう、テーブル10に設けた貫通穴10Aに締結ボルト16を通した後、冷却ユニット12の雌ねじ部12Aに締結ボルト16をねじ込んでテーブル10の凹部10Bを固定する構成となっている。さらに冷却ユニット12は、可動子5に対して自在に取り外しできるよう、コア8の貫通穴8Bに締結ボルト11を通した後、冷却ユニット12の雌ねじ部12Aに締結ボルト11をねじ込んで可動子5を固定する構成となっている。
可動子5には、固定子である永久磁石7の磁石列と磁気的空隙を介して対向する面に直交する方向の面に、受熱部と放熱部を有し、かつ、薄型で折り曲げ自在のシート状ヒートパイプ14が設けられている。図2、図4に示すように、シート状ヒートパイプ14を略L字状に折り曲げており、シート状ヒートパイプ14の受熱部を電機子の表面に接触させ、放熱部の一部を冷却ユニット12に接触させている。当該ヒートパイプは、受熱部と放熱部の設置方向を限定することなく、あらゆる設置方向に取り付けることができるものとなっている。
次に、上記シート状ヒートパイプ14の内部構造を具体的に説明する。図5はシート状ヒートパイプの全体斜視図であり、内部を透視したものである。
このシート状ヒートパイプ14は、熱伝導の良い金属製の薄板部材の内部に蛇行した中空状の細管14Aが多数並ぶ構造とし、フロン等の液相作動液と気相作動液からなる二相の作動液が細管14Aに封入されたものである。シート状ヒートパイプ14を電機子に固着する際は、図5に示すシート状ヒートパイプ14の受熱部14Bを略L状に折り曲げて、図4に示す電機子の表面、すなわち、コア8あるいはコイルエンド9Aの外部に露出した部分を覆うように配設して樹脂モールド15で一体に固着する。この時、シート状ヒートパイプ14の放熱部14Cは、冷却ユニット12に接触させるために、電機子の端面の先端から突出するように配置すると良い、
【0006】
次に、リニアモータの動作を説明する。
上記のような構成において、図示しない電源から駆動電流をコイル9に供給すると、可動子5が一定推力を発生すると共に、コイル9は内部抵抗により発熱を起こす。コイル9で発生した熱はシート状ヒートパイプ14の受熱部14Bに伝わり、この受熱部14Bで熱を吸収すると激しい核沸騰を発生する。核沸騰の断続による圧力波が振動波となって蛇行した細管14Aに封入された作動液に振動を引き起こし、作動液の振動により放熱部14Cに大量の熱が伝わる。そして、シート状ヒートパイプ14の放熱部14Cに伝熱した熱は冷却ユニット12の内部に設けた冷媒通路13に伝わる。この冷媒通路13の冷媒入口13Aに供給された冷媒が図示の矢印のごとく冷媒出口13Bに向かって流れ、電機子部で発生した熱が冷媒によって取り去られ、熱交換される。結果として、コイル9で発生した熱が効率よく冷却ユニット12で放熱され、コイル9の温度上昇が抑制されることで、テーブル10側へ伝熱されるとなく、テーブル10への伝熱、熱変形を抑制できる。
【0007】
したがって、本発明は、可動子5である電機子の上部に負荷を搭載するためのテーブル10を設け、可動子5とテーブル10の間に内部に冷媒を流通させるための冷媒通路13を有した冷却ユニット12を設けると共に、電機子には固定子4である永久磁石7の磁石列と対向する面に直交する方向の面に薄型のシート状ヒートパイプ14を設けて、シート状ヒートパイプ14の受熱部14Bを電機子の表面に、放熱部14Cの一部を冷却ユニット12に接触したので、例えば、可動子を高推力で移動させる場合に発生する電機子部の熱をシート状ヒートパイプ14と冷媒通路13によって効率的に除去することができる。その結果、電機子部の発熱をテーブル10へ伝熱することなく、電機子部およびテーブル10の熱変形を抑制することができると共に、コア8の長手方向の反りを防ぐことができる。また、コイル9と永久磁石7間の磁気的空隙が変動を起こすこともなくなるので、コギング推力の発生を抑え、高精度位置決め可能なリニアモータを提供することができる。
そして、テーブル10への伝熱に伴う熱変形もなくなるので、リニアガイド2やリニアスケール等の位置決め精度の誤差に影響を及ぼすこともなくなり、高精度位置決め可能なリニアモータを提供することができる。
それから、コイル9の温度上昇を抑えることが出来るため、コイル9を覆っている樹脂モールド15の熱変形による破損を防止することができるため、例えば、リニアモータを真空環境中で使用する場合でも、樹脂モールド15の表面からのガス発生を防止することができ、信頼性の高いリニアモータを提供することができる。
また、本発明は、シート状ヒートパイプ14を、内部に蛇行した中空状の細管14Aを多数並べた構造としたので、小型の割には熱伝導率が極めて高く、熱の移動が迅速にできる。
さらに、本発明は、シート状ヒートパイプ14を、可動子5の表面に樹脂モールド15により一体に固着したので、容易にシート状ヒートパイプ14を可動子5の表面に固定することができる。
またさらに、本発明は、冷却ユニット12を、可動子5またはテーブル10に対して、自在に取り外しできるよう、締結ボルト11、16により固定してあるので、可動子5、テーブル10との組立、分解が簡単で、手間とコストがかからなくなる。
なお、本実施例では、コイルの両側に永久磁石を配置した磁束貫通型構造のリニアモータの例を用いて説明したが、コイルの片側に永久磁石を配置する、いわゆるギャップ対向型構造のリニアモータにおいても本発明に同様に適用することができる。
【0008】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は以下の効果がある。
(1)請求項1にかかる本発明によれば、可動子である電機子の上部に負荷を搭載するためのテーブルを設け、可動子とテーブルの間に内部に冷媒を流通させるための冷媒通路を有した冷却ユニットを設けると共に、電機子には固定子である永久磁石の磁石列と対向する面に直交する方向の面に薄型のシート状ヒートパイプを設けて、シート状ヒートパイプの受熱部を電機子の表面に、放熱部の一部を冷媒通路に接触したので、例えば、可動子を高推力で移動させる場合に発生する電機子部の熱をシート状ヒートパイプと冷媒通路によって効率的に除去することができる。その結果、電機子部の発熱をテーブルへ伝熱することなく、電機子部およびテーブルの熱変形を抑制することができると共に、コアの長手方向の反りを防ぐことができる。また、コイルと永久磁石間の磁気的空隙が変動を起こすこともなくなるので、コギング推力の発生を抑え、高精度位置決め可能なリニアモータを提供することができる。
さらに、テーブルへの伝熱に伴う熱変形もなくなるので、リニアガイドやリニアスケール等の位置決め精度の誤差に影響を及ぼすこともなくなり、高精度位置決め可能なリニアモータを提供することができる。
またさらに、コイルの温度上昇を抑えることが出来るため、コイルを覆っている樹脂モールドの熱変形による破損を防止することができるため、例えば、リニアモータを真空環境中で使用する場合でも、樹脂モールドの表面からのガス発生を防止することができ、信頼性の高いリニアモータを提供することができる。
請求項2にかかる本発明によれば、シート状ヒートパイプを、内部に蛇行した中空状の細管を多数並べた構造としたので、小型の割には熱伝導率が極めて高く、熱の移動が迅速にできる。
請求項3にかかる本発明によれば、シート状ヒートパイプは、可動子の表面に樹脂モールドにより一体に固着したので、容易にシート状ヒートパイプを可動子の表面に固定することができる。
請求項4にかかる本発明によれば、冷却ユニットは、可動子またはテーブルに対して、自在に取り外しできるよう、締結ボルトにより固定してあるので、可動子、テーブルとの組立、分解が簡単で、手間とコストがかからなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すリニアモータであって、図2のA―A線に沿う正断面図である。
【図2】図1におけるリニアモータの全体斜視図であって,テーブル、リニアガイドおよび固定台を取り外した状態を示したものである。
【図3】図2のリニアモータの冷却ユニットおよび電機子を上方から見た平面図であって、その内部を透視したものである。
【図4】図3のリニアモータの冷却ユニットおよび電機子部を矢視B方向から見た側面図であって、その内部を透視したものである。
【図5】シート状ヒートパイプの全体斜視図であり、内部を透視したものである。
【図6】従来のリニアモータの正断面図である。
【符号の説明】
1:固定台
2:リニアガイド
2A:ガイドレール
2B:スライダ
3:リニアモータ
4:固定子(界磁部)
5:可動子(電機子部)
6:界磁ヨーク
7:永久磁石
8:コア
8A:スロット
8B:貫通穴
9:コイル
9A:コイルエンド
10:テーブル
10A:雌ねじ部
10B:凹部
11、16:締結ボルト
12:冷却ユニット
12A:雌ねじ部
13:冷媒通路
13A:冷媒入口
13B:冷媒出口
14:シート状ヒートパイプ
14A:細管
14B:受熱部
14C:放熱部
15:樹脂モールド
Claims (4)
- 界磁ヨークに沿って交互に磁極が異なる複数の永久磁石を配置した界磁極と、前記界磁極と磁気的空隙を介して配置されると共にスロットを有するコアに複数のコイルを巻装してなる電機子と、を備え、
前記界磁極と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記可動子を前記固定子の長手方向に沿って相対的に移動するようにしたものであって、
リニアモータにおいて、
前記可動子には、負荷を搭載するためのテーブルが備えられており、
前記可動子と前記テーブルの間には、内部に冷媒を流通させるための冷媒通路を有した冷却ユニットが設けられてあり、
前記可動子には、前記固定子と磁気的空隙を介して対向する面と直交する方向の面に受熱部と放熱部を有し、かつ、略L字状に折り曲げられた薄型のシート状ヒートパイプを設けられており、
前記シート状ヒートパイプの受熱部を前記可動子の表面に、放熱部の一部を前記冷却ユニットに接触させたことを特徴とするリニアモータ。 - 前記シート状ヒートパイプは、内部に蛇行した中空状の細管を多数並べた構造を有するものであることを特徴とする請求項1に記載のリニアモータ。
- 前記シート状ヒートパイプは、前記可動子の表面に樹脂モールドにより一体に固着してあることを特徴とする請求項1または2に記載のリニアモータ。
- 前記冷却ユニットは、前記可動子または前記テーブルに対して、自在に取り外しできるよう、締結ボルトにより固定してあることを特徴とする請求項1〜3までの何れか1項に記載のリニアモータ。
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