CN1747293A - 线性电动机及线性移动载物台装置 - Google Patents

Abstract

一种线性电动机和使用该线性电动机的线性移动载物台装置。在该线性移动载物台装置中，由于磁铁间的磁吸引力的制约、线圈散热性等的理由而难以将其薄型化，在驱动时产生使控制性能降低的力偶。本发明的线性电动机包括：多个永久磁铁(6)，其配置在基座(2)侧，沿一个方向排列N极、S极；多个扁平状的线圈(5U～5W)，其作为电枢固定在载物台(3)侧，沿永久磁铁(6)的配置方向排列并且在与永久磁铁(6)之间夹着电磁隙而与其对面。在该载物台(3)侧的线圈固定面上形成有在该线圈固定面与线圈(5U～5W)之间用于限定间隙的凹部3B。

Description

线性电动机及线性移动载物台装置

技术领域

本发明涉及向一方向赋予自由线性移动的推进力的线性电动机，和具有该线性电动机并且能够由其移动载物台的线性移动载物台装置。

背景技术

作为现有的无铁心线性电动机具有可动磁铁型和可动线圈型。可动磁铁型线性电动机需要在磁铁侧(二次侧)的几乎遍及整个可动行程的与给电侧(一次侧)相对应的位置配置线圈。由此，可动磁铁型线性电动机易成为高价的装置。

而可动线圈型线性电动机没有上述那样的问题，在这方面是良好的。

作为可动线圈型线性电动机，公知有如下机构：即，在相对配置的磁铁之间插通移动体安装板，在该移动体安装板的厚度方向两侧配置扁平形(大致轨迹状)的线圈作为电枢(例如参照专利文献1)。

图10表示从与专利文献1中作为现有技术所记载的无铁心线性电动机的长度方向(可动方向)垂直的剖面看该无铁心线性电动机的结构图。图11表示固定在移动体安装板上的加强部件和嵌入加强部件中而固定的线圈的立体图。

图10所示的无铁心线性电动机100具有剖面コ形的侧轭101，在侧轭101的上片(上侧轭102)和下片(下侧轭103)的相对面上设有永久磁铁组104和105。此时，构成永久磁铁组104和105的各个磁铁在侧轭101的长度方向(电动机可动方向)的相邻磁铁之间极性各异地排列，并且，在上侧轭侧与下侧轭侧相对的磁铁的极性不同。在该相对的永久磁铁组104和105之间插通在开放端侧安装移动体的移动体安装板106，在其厚度方向的两侧固定有各安装了线圈107的加强部件108。

如图11所示，加强部件108具有大致平板形状，由树脂等非磁性材料构成。在加强部件108的一主面(磁铁相对面)上形成有与中空的线圈107的形状大致吻合的环状槽108A。图11所示的三相线圈电动机用的加强部件108沿电动机可动方向“A”形成三个环状槽108A，在各个环状槽108A上安装中空的线圈107。在各环状槽108A的大致中央部预先形成相当于线圈骨架的凸部108B，在该凸部108B上嵌入线圈的中空部107A。因此，安装后的各线圈107成为除磁铁相对面外的其他多个面被树脂等非磁性材料包围的状态。

如图10所示，安装有线圈107的加强部件108分别固定在移动体安装板106厚度方向的两侧，插入到侧轭101内的磁铁相对空间内。此时虽然没有作图示，但移动体安装板106被支承在侧轭101或者固定侧轭101的未图示的基座等中，可自如地线性移动。

在作为电枢的三个线圈107中流动三相交流电流时，则对作为可动件的移动体安装用的组装体、即移动体安装板106、线圈107以及加强部件108作用基于磁场及电场的洛伦兹力，其成为线性电动机的推进力。

可动线圈型的无铁心线性电动机能够用于各种用途，例如可作为工作机械、各种制造装置等所装备的小型线性移动载物台装置而使用。这种情况下，要求装置小型、控制性能高且耗电少。

专利文献1：特开2003-116262号公报(参照现有技术的记载)

然而，图10所示结构的无铁心线性电动机100在例如应用于线性移动载物台装置时具有如下所述的课题。

“第一课题”

在图10所示的线性电动机结构中，使扁平状的线圈107与永久磁铁组104或105相对。利用线圈107及永久磁铁组104或105、以及上侧轭102及下侧轭103构成磁回路。该结构，从以下的(1)～(4)点来看，难以进行薄型化。

(1)如图10所示，沿厚度方向配置两个线圈107，各个线圈107必须隔着所希望的磁隙与永久磁铁组104或105相对。

(2)磁回路的磁轭，从厚度方向看需要上侧轭102、下侧轭103这两个。该上侧轭102、下侧轭103需要一定程度的厚度，以不引起磁饱和。但是，即使磁饱和的影响小，能够将磁轭一定程度地减薄，在上侧轭102和下侧轭103之间也会作用强的磁吸引力，由于机械强度的制约必须使各磁轭一定程度地增厚。

(3)从机械强度的意义来说，移动体安装板106也必须一定程度地增厚。

(4)在上侧轭102的上方配置载物台(未图示)时，由于上侧轭102是固定的，故必须确保载物台和上侧轭102间的空间。

由以上(1)～(4)点来看，图10所示结构的线性电动机100自身较厚，故将其应用到线性移动载物台装置时具有在结构上难以将线性移动载物台装置薄型化的问题。

“第二课题”

线圈107的骨架由树脂等构成，如图11所示，由于磁铁相对面以外的多个面被树脂等加强部件108包围，故散热性差，在线圈107中流动电流时易形成过热状态。由此，不能在线圈107中流动太大电流，其结果，不得不提高磁场强度，这易导致构成永久磁铁组104和105的各磁铁的厚度增加，磁轭(上侧轭102和下侧轭103)等的厚度增加。

“第三课题”

由于从线圈107的安装部到推力作用点(即载物台位置)的距离长，且是通过剖面L形的移动安装板106向载物台传递推进力的，故特别容易引起偏摆(横摆)方向的振动，产生损害载物台性能的力偶。因此，导致控制增益降低，载物台速度的稳定性、载物台定位时的稳定时间以及保持精度等的降低成为问题。

发明内容

本发明针对上述课题，提供一种线性电动机，其能够降低线圈、磁铁等的零件数量，可消除由磁铁间的磁吸引力引起的机械强度上的制约，并且线圈的散热充分，不需要提高磁场强度，由此能够实现薄型化。

另外，本发明提供一种线性移动载物台装置，其薄型且控制增益高，与上述线性电动机同样实现薄型化，并且缩短线圈的安装部至推力作用点的距离，直接向载物台传递推进力，抑制力偶的产生。

本发明的线性电动机向可相对于定子沿一方向自如线性移动的可动件赋予推进力，其具有：多个永久磁铁，其配置在定子侧，沿所述一方向排列N极和S极；多个扁平状的线圈，其作为电枢固定在所述可动件侧，沿永久磁铁的配置方向排列并且与永久磁铁之间夹着电磁隙而相对，在可动件侧的线圈固定面上具有在该线圈固定面与所述线圈之间形成空隙的凹部。

本发明的线性移动载物台具有基座、相对基座可沿一方向自如线性移动地组装的载物台、向载物台赋予所述一方向的推进力的线性电动机，所述线性电动机具有：多个永久磁铁，其配置在基座上，沿所述一方向排列N极和S极；多个扁平状的线圈，其作为电枢固定在所述载物台上，沿永久磁铁的配置方向排列并且与永久磁铁之间夹着电磁隙而相对，在载物台侧的线圈固定面上具有在该线圈固定面与所述线圈之间形成空隙的凹部。

本发明的线性电动机具有如下优点，即能够降低线圈、磁铁等的零件数量，消除由磁铁间的磁吸引力引起的机械强度上的制约，并且线圈的散热充分，不需要提高磁场强度，由此可形成薄型。

另外，本发明的线性移动载物台装置在与上述线性电动机同样的优点之外，通过缩短线圈的安装部至推力作用点(载物台位置)的距离，直接向载物台传递推进力而抑制力偶的产生，其结果，具有控制增益高的优点。

附图说明

图1是第一实施方式的线性移动载物台装置的平面图；

图2是第一实施方式的线性移动载物台装置的侧面图；

图3是第一实施方式的图1的X-X线的剖面图；

图4是第一及第二实施方式的永久磁铁的上面图；

图5是第二实施方式的线性移动载物台装置的平面图；

图6是第二实施方式的线性移动载物台装置的侧面图；

图7是第二实施方式的图5的X-X线的剖面图；

图8(A)是第三实施方式的线性移动载物台装置的剖面图、(B)是表示接触冷却气体的位置的线圈的平面图；

图9是第四实施方式的线性移动载物台装置的剖面图；

图10是沿与作为现有技术的线性电动机的长度方向(可动方向)垂直的剖面看该线性电动机的结构图；

图11是图10所示的无铁心线性电动机的固定于移动体安装板上的加强部件和嵌入加强部件中而固定的线圈的立体图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明实施方式的线性移动载物台装置和赋予其驱动力的线性电动机。在此，主要叙述沿一个轴移动的情况，但在本发明中也可以将如下结构的线性移动载物台进行组合而构成能够双轴移动的线性移动载物台装置(X-Y工作台装置)。

〔第一实施方式〕

图1是表示第一实施方式的线性移动载物台装置的平面图。图2是表示载物台移动方向“A”的侧面图。图3是表示图1的X-X线的剖面图。

线性移动载物台装置1具有基座2、作为移动台的载物台3、设于基座2与载物台3之间的线性导向件4、向载物台3赋予在被支承于基座上的状态下可通过线性导向件4直线移动的推进力的线性电动机。另外，线性电动机一般由线圈、永久磁铁以及磁轭等构成，其各个结构要素在后文中叙述。

如图1～图3所示，基座2具有沿载物台3的移动方向“A”较长的平板形状。本实施方式的基座2例如由冷轧钢板(SPCC)或其他低碳钢等磁性材料构成，也作为磁轭而起作用。因此，基座2的厚度被限定为作为磁轭所必要的值。另外，基座2的材质和厚度还要考虑确保支承载物台3等的重量所必要的刚性这一点来决定。

在基座2的上面固定有永久磁铁6。关于永久磁铁6的叙述详见后文。

载物台3通过线性导向件4相对基座2可直线移动地被支承，其整体具有与基座2相对的大致平板形状。载物台3的上面是载置要通过该线性移动载物台装置1而直线移动的载置物(未图示)的面。载物台3为实现轻量化，例如由铝等轻型的非磁性金属材料构成。

如图1所示，载物台3的沿移动方向“A”的长度与基座2相比十分短，但在与移动方向垂直的宽度方向“B”的尺寸在此被限定成同基座2大致相同。

另外，载物台3的宽度不限于此，但为了增大用于载置载置物的上面的宽度并且谋求整体的小型化，最好将载物台3的宽度形成与基座2的宽度大致相同的程度。

线性导向件4包括：两根导轨41，其分别通过小螺钉等固定在基座2宽度方向的两侧；多个滑动部件42，其固定在工作台3的背面即与基座2相对的一面。在图示侧的情况下，每个导轨41上两个合计共四个滑动部件42固定在载物台背面的四角附近。

省略详细的图示，导轨41和各滑动部件42具有由各自的卡合部在导轨41的两侧面等咬合且不容易拔出的结构。

另外，滑动部件42的卡合部为了降低与导轨41的摩擦也可以具有轨道球(トラツクボ一ル)等。

滑动部件42的安装位置及个数不限于图示的例子，为了大致均等地向基座两侧传递载物台3及载置于其上面的载置物的重量，而最好在工作台3的移动方向“A”及宽度方向“B”上对称地设置滑动部件42。

在导轨41两端附近的基座2的长度方向的两端部，从基座2竖立设置端部件21。由此，能够防止载物台3在该线性移动载物台装置1上向使用位置移动时从导轨41脱落，或者在由导轨41引导的载物台3由于误动作等而越程的情况下也能够限制该载物台3的移动。

另外，虽然不是必须的结构，在图示例的情况下，在面对端部件21的基座中央侧的侧面上部设有缓冲部22，由此能够缓解冲击而限制载物台3的移动。

如图1及图3所示，在载物台3的一侧面设置在下面形成有线性标尺(未图示)的标尺固定板31，在与其下面的线性标尺相对的位置上，作为位置检测传感器设有例如编码器7。如图3所示，编码器7固定在传感器固定板21上，该传感器固定板21固定于基座2的侧面。

该编码器7在图1及图3中仅设置一个，但也能够以规定间距设置多个。设置多个编码器7的理由是，在基座长度长的情况下载物台3位于基座长度的任意位置时都能够由某一编码器检测出载物台3的位置。另外，若不需要检测载物台的位置，则不需要这些编码器7及用于安装编码器的传感器固定板21和标尺固定板31。

在载物台3的背面固定有三相线圈。如图1所示，三相线圈由U相、V相、W相的三个线圈5U、5V、5W构成，沿载物台3的移动方向“A”等间隔配置。

线圈5U～5W分别是面对永久磁铁6配置的扁平形(大致轨迹状)的绕组线圈，如图3所示，在兼作线圈骨架的由玻璃环氧树脂等构成的薄板形状的加强部件51的外周利用湿式卷绕多重地卷绕绕线而形成。这里的“湿式卷绕”是指卷入绕线而制成规定的线圈形状，并在其绕组的间隙中浸透环氧树脂等而维持线圈形状的状态下将绕线相互间固定的绕线方法。另外，也可以是空芯的湿式卷绕，或者是使用自融合绕线的绕组。

如图1所示，线圈5U～5W分别具有在载物台移动方向“A”上较长的侧部5A和在大致与永久磁铁6垂直的载物台宽度方向“B”上较长的部分5B，在载物台宽度方向“B”上较长的部分5B是有助于线性电机的推进力的线圈部分。

线圈5U～5W分别由两个侧部5A和其两端的角部固定在载物台3的背面。该固定如图3所示，为了使来自线圈5U～5W的散热向热容量大的载物台3逃逸，而通过作为热传导性固定材料的线圈固定膜52来进行。另外，可以使用烧焊涂敷、电镀涂敷或者薄树脂板来代替线圈固定膜52。

线圈固定膜52是用于将线圈5U～5W与载物台3热密固定的由薄绝缘膜构成的绝缘性传热膜，例如由Kapton薄膜(聚酰亚胺薄膜“Kapton”：“Kapton”是美国杜邦公司的注册商标)、聚脂薄膜、Teflon薄膜(氟树脂“Teflon”美国杜邦公司的注册商标)等构成，具有必要的绝缘强度，最好具有0.1mm左右，或者小于0.1mm的膜厚。

烧焊涂敷可以是环氧系、密胺系中的任一种。另外，作为薄的树脂板可以使用玻璃环氧布等。

这样，为了使来自线圈5U～5W的热有效地散热，最好在与线圈5U～5W热密地固定的载物台3上具有散热片。例如，如图3所示，最好在载物台背面的线圈固定部分和滑动部件42的固定部分之间设置几个散热片3A。

另外，若允许载物台3的上面的平坦性多少受些损失，则也可以将用于散热的散热片设置在载物台上面的任意位置例如靠近线圈固定部分。

如图3所示，在固定有线圈5W的载物台3的背面形成有凹部3B。在图1的例中，凹部3B的宽度方向“B”的尺寸与线圈的两个侧部5A的内侧边缘的距离大致相等，但也可以比其多少短一些。另外，凹部3B的载物台移动方向“A”的尺寸最好限定为使三个线圈5U～5W的与载物台移动方向“A”垂直的六个直线部分5B全部横断凹部3B。此时，更加理想的是，凹部3B的载物台移动方向“A”的端部从相邻的线圈5U或5W的直线部分充分离开，由此不会因为凹部3B而扰乱永久磁铁6和线圈5U～5W产生的电磁场。

在本实施方式中，通过设置有凹部3B，在线圈5U～5W以及加强部件51和载物台3之间形成有空隙。

如下地规定凹部3B的深度、即从载物台3的线圈固定面到凹部3B内的线圈对向面的高度方向的距离，其不会因永久磁铁6和线圈5U～5W产生的电磁场在凹部3B内的线圈对向面产生涡电流，或者即使产生涡电流也几乎不会使载物台3的温度上升。

换言之，凹部3B的深度限定为，在各线圈5U～5W中流动有用于得到载物台最大推进力的最大限定电流时，凹部3B内的线圈对向面的表面磁通小于或等于1000高斯。

另外，线圈5U～5W自身虽然如前所述具有加强部件51并且由于利用湿式卷绕而形成，故具有足够的强度，但在要进一步牢固地与载物台3相固定并且防止变形时，如图3所示，只要在凹部3B内的大致中央部设置突起3C，将该突起3C和加强部件51的大致中央附近固定即可。但是，为了不由该突起3C而扰乱电磁场，必须限定其尺寸并且充分确保其至线圈5U～5W的特别是直线部分5B的距离。

图4表示永久磁通6的上面图。在图4所示的俯视中，永久磁铁6相邻的极性各异，沿长度方向(载物台移动方向“A”)被起磁，由该起磁而形成的各单位磁铁61的磁通几乎不会到达上方，在相邻的磁性各异的单位磁铁61形成捷径。

另外，在永久磁铁6的长度方向两端设有使磁铁端部的磁场与其他位置相同的磁通吸引用辅助磁铁62。

由于希望尽可能缩小该线性移动载物台装置1的高度而进行薄型化，最好尽可能减薄永久磁铁6。只是，永久磁铁6的厚度根据必要的磁场强度被决定为所希望的值。这里所说的磁场强度是指隔着必要的空间相对永久磁铁6配置的线圈5U～5W的配置位置的磁场强度。

另外，在图4中相邻形成的单位磁铁61的N极和S极的间距越短，磁场的到达高度越被抑制。此时的磁场的到达高度被如下地限定，对线圈5U～5W供给大致垂直方向(法线方向)的磁场，但相对于载物台3的、特别是凹部3B内的线圈对向面(图3中的上面)，线圈5U～5W及永久磁铁6产生的电磁场几乎不影响。

另外，单位磁铁61的N极和S极的间距和磁场强度由如下的磁场分析而决定：即，考虑至线圈5U～5W的距离以及线圈5U～5W的配置间距，即使整体薄型化，也能够由线圈部分得到必要的磁场强度，并且在驱动时不会由载物台3的凹部3B对涡电流产生不良影响。

从线圈5U～5W的各绕组两端引出的各配线以及来自编码器7的配线相互绝缘，从电缆管道8内通过，与未图示的驱动电路连接。如图1所示，通过小螺钉等将用于支承电缆管道8的电缆支承板32固定在载物台3的上面宽度方向的一端侧。

从未图示的驱动电路向线圈5U～5W供给三相交流电流时，则对线圈5U～5W作用磁场及电场产生的洛伦兹力，其成为线性电动机的推进力。因此，固定于线圈5U～5W的载物台3支承在线性导向件4上直线移动。此时，通过编码器7检测出载物台3的位置，通过接受了该检测结果的驱动电路控制三相交流电流。

本实施方式的线性电动机和利用该线性电动机的线性移动载物台装置1与图10及图11所示的现有结构的线性电动机相比，具有如下的优点。

如图3所示，用于得到推进力的线性电动机的结构，在厚度方向看，包括：一层线圈(三相线圈5U～5W之任一)和一个永久磁铁6、兼用作磁轭的基座2，其整体被薄型化。另外，在线圈(三相线圈5U～5W之任一)的两侧不需要设置两个磁轭，线圈5U～5W通过薄的线圈固定膜52而固定在载物台3上，在这一点上也会使整体薄型化。

另外，线性电动机的结构简单，其零件数量少。

在该结构中，由于载物台3是由非磁性材料构成的，故在载物台3和永久磁铁6以及基座2之间完全不作用磁吸引力。因此，载物台3及基座2不受缘于磁吸引力的机械强度的制约，从而能够相应实现壁薄化。

另外，由于基座2也兼作磁轭，故需要不引起磁饱和的厚度和由线性导向件4支承载物台3的机械强度，但由于可以不考虑磁吸引力的影响，故对材质和厚度的选择自由度高。

在这样的结构中，由永久磁铁6的法线方向的磁通和线圈电流的积算所决定的洛伦兹力沿基座长度方向(载物台移动方向“A”)产生，其成为载物台3的线性移动的推进力。

此时，线圈5U～5W由于通过与载物台3的热传导性能高的线圈固定膜52而被固定，故能够大幅度缩短推力发生点(线圈位置)与推力作用点(载物台位置)的距离。因此，能够大幅度地抑制易导致控制性能降低的力偶。

特别是，由于在线圈5U～5W侧产生的推进力直接向载物台传递，故与通过弯曲刚性弱的移动体安装板106传递推进力的图10的情况相比较，力偶格外地小，也能够大幅度地抑制机械振动。

另外，在本实施方式中，几乎所有的部件都以图3所示的宽度方向剖面的中心轴左右对称地配置。

因此，作为推力作用点的载物台3和其上的载置物(未图示)的载重大致垂直地施加在推力发生点(线圈位置)上。因此，在载物台移动时，在载物台3的横摆的方向(偏摇方向)不产生力偶。

因此，与图10所示的现有线性电动机相比较，载物台移动时的力学干扰小，其结果了提高控制性能。

图11所示的现有情况下，除磁铁对向面之外的其他所有面被散热特性差的非磁性体包围。

若线圈被由非磁性体构成的加强部件包围，则其非磁性体的磁阻大，磁场减弱，效率下降。

而在本实施方式中，线圈5U～5W的被树脂等非磁性体包围的面少。

即，在本实施方式中，作为线圈骨架的加强部件51等有时为确保其强度而使用非磁性体(玻璃环氧树脂)，而其他线圈表面出了固定线圈5U～5W所必要的部分之外，大多曝露于空气中。

因此，散热效果高，为了得到所希望的推进力而在线圈5U～5W中流动的电流值比以往小。另外，由于由线圈5U～5W产生的磁场几乎不被过分减弱，故从这个意义上来说也能够减小在线圈中流动的电流值。

另外，线圈5U～5W的散热性好，则不需要为了补偿随散热性而降低的效率的降低量而得到所希望的推进力来增加永久磁铁6的壁厚并且提高磁场强度，这一点上亦有利于薄型化。

与重叠双层的线圈而由与上下的磁铁的磁作用承受力的图10所示的结构相比，具有能够大幅度提高固有振动数的优点。固有振动数高，则不易产生阻害控制性能的大振幅的振动，其结果，能够顺畅地进行线性移动，提高控制性能。

另外，几乎不使用重量大的铁系材料，而主要使用轻量的铝等材料。因此，尤其能够减轻载物台3的重量，这一点和线性电动机的结构简单、零件数量少相结合，能够飞跃地提高线性移动载物台装置1的控制性能。

(第二实施方式)

图5是表示第二实施方式的线性移动载物台装置的平面图。另外，图6是表示载物台移动方向的侧面图，图7是图5的X-X线的剖面图。

本实施方式的线性移动载物台装置1与第一实施方式的大的不同点在于，基座20的形状和磁轭30以及线圈散热结构(特别是，新设有散热板10)的不同。以下依次说明其不同。另外，其他部分因为基本上与第一实施方式相同，在附图上赋予相同的符号并省略说明。

本实施方式的基座20为了形成整体的轻量化而由例如铝等轻型非磁性金属材料构成，在其中埋入磁轭30。本例的线圈散热结构由于具有散热板10，故需要其配置空间。为了确保该散热板10及永久磁铁6的配置空间，增厚了基座20的宽度方向的两侧部分20A。如图7所示，基座20作为整体具有凹部形的剖面形状。

在基座20的宽度方向两侧部分20A的内侧的壁薄部，埋入磁轭30并牢固地固定。此时，由于磁轭30的刚性高，故能够确保该部分必要的刚性。

磁轭30是单层或多层层积薄壁的SPCC材料并通过精密冲压而形成，若减小磁铁的N极和S极的间距，则能够减小磁铁的磁通，故容易形成壁薄化。另外，磁轭30可以由其他低碳钢形成。

在该磁轭30上固定有永久磁铁6。永久磁铁6的材料及形状以及起磁与第一实施方式相同(参照图4)。

散热板10是夹在三相线圈5U～5W和载物台3之间的用于散热的部件。散热板10在与载物台3及线性导向件4隔热的状态下通过兼作衬垫的支承部件(以下称为衬垫)11而固定在载物台背面。

衬垫11具有用于确保载物台3和散热板10的空间的厚度和用于确保固定强度所必要的尺寸及材质，例如由热绝缘体构成以不将来自线圈5U～5W的热向载物台3传导。另外，衬垫11具有高刚性，故由此将载物台3与散热板10牢固地固定。作为具有上述作用的衬垫11的材料，最好为陶瓷或玻璃环氧树脂等。

在散热板10的永久磁铁侧的面上，通过作为热传导性固定材料的线圈固定膜52牢固地热性固定有与第一实施方式相同形状的线圈5U～5W。

散热板10根据在反复使用期间线圈5U～5W的温度上升到何种程度，而决定其必要的尺寸等。另外，也需要限制可收容散热板10的空间，并尽可能地轻型化，考虑到这方面而决定散热板10的尺寸和形状以及材料。

一般地，为了在允许的范围内增大热容量及表面积，并且使整体轻型化最好由轻型材料形成散热板10。在本实施方式中，由铝等热传导率较高的轻型材料构成散热板10。

在第一实施方式中在载物台3上设有凹部3B，但在本实施方式中在散热板10上设有凹部10B。

凹部10B相对于线圈5U～5W的固定位置的相对位置关系以及平面图中的尺寸与第一实施方式相同，另外，设置凹部的目的及其深度也与第一

实施方式大致相同。

即，凹部10B用于在线圈5U～5W及加强部件51和散热板10之间形成空隙，其深度被如下地限定，即，不会因永久磁铁6和线圈5U～5W产生的电磁场在凹部10B内的线圈对向面产生涡电流，或者即使产生涡电流也几乎不会使散热板10的温度上升。

换言之，凹部10B的深度限定为，在各线圈5U～5W中流动有用于得到载物台最大推进力的最大限定电流时，凹部10B内的线圈对向面的表面磁通小于或等于1000高斯。

最好在散热板10上具有用于提高散热效果的散热片。例如如图7所示，可以在散热板10的与载物台的对向面，或者线圈固定部分的周围设置几个散热片10A。另外，散热片也可以是一个。

在以上的散热结构中，若着眼于增大热容量和表面面积，则通过增厚散热板10能够进一步提高散热效果。

但是在本实施方式中，散热板10自身的热传导率高，另外，通过由凹部10B形成的与线圈5U～5W的间隙、以及由衬垫11形成的与载物台3的间隙，起到空冷效果，故即使减薄散热板10也能够充分散热。

根据第二实施方式的线性移动载物台装置，能够得到与第一实施方式相同的效果。

即，与现有结构相比，在本实施方式中能够进行薄型化及轻型化，由于不作用磁吸引力故没有强度制约，可缩短推力发生点与作用点的距离，抑制力偶的产生，基于对称结构的加重平衡好，可防止横摆，另外，固有振动数高，能够进行顺畅的线性移动，其结果飞跃性地提高控制性能。

另外，与第一实施方式比较，具有以下优点。

在第一实施方式中由于基座2兼作磁轭，故制约了板厚和刚性，但在第二实施方式的基座20中没有上述那样的制约。

因此在第二实施方式中，可通过改变基座20的材料及剖面形状，控制基座整体的刚性。特别是在线性移动载物台装置的情况下，为了顺畅地移动，需要如下地将基座20的刚性最佳化。

在载物台3被导轨4可移动地支承的状态下，若在载物台3上放置十分重的重物，则载物台3有时多少会弯曲。此时若基座20侧的刚性太高的话，则会在线性导向件4上施加横向的力，反倒使摩擦阻力增加，作为线性移动载物台装置的机械性能下降，在线圈5U～5W中流动的电流值也增大。

此时若使基座20侧一起某种程度地弯曲而抑制刚性，则能够防止这种摩擦增大，并且能够防止由其引起的机械性能的降低以及电流值的增大。

另外，特别是在第二实施方式中，在图7的剖面中，通过改变基座20的壁厚部20A的高度，能够将推力发生点(线圈固定位置附近)、移动体(载物台3、散热板10、线圈以及滑动部件42的组装体)的重心以及线性导向件4的支承点垂直方向的位置大致一致。这意味着“力产生的位置”、“该力作用的位置”以及“支承该力的相互作用的位置”在位置上平衡。因此，第二实施方式的线性移动载物台装置中，因该三处位置的不平衡引起的力偶极小，形成结构力学上稳定的结构。

因此，与现有结构的线性电动机相比，大幅度提高控制性能，另外即使与第一实施方式相比较在结构上也具有优点，相应地能够实现控制性能高的线性移动载物台装置。

另外，以上叙述了将本发明的线性电动机应用到线性移动载物台装置中的情况，也可以将本发明的线性电动机应用到可双轴移动的X-Y工作台装置中。

X-Y工作台装置可采用如下结构，其固定有：沿X轴或Y轴之一移动的第一线性移动载物台部；在第一线性移动载物台部的载物台上线性移动方向与其垂直的第二线性移动载物台部。此时，将第二线性移动载物台部的载物台作为用于最终放置要移动的物体的X-Y工作台。第一及第二线性移动载物台部分别由应用了本发明的上述结构构成。

在这种结构的X-Y工作台装置中，由于第一及第二线性移动载物台部被薄型化，故其整体也能够实现紧凑且薄型的装置。

另外，在这种结构的X-Y工作台装置中，特别是在位于下方的第一线性移动载物台部上承受更大的载重。但是，由于实现了线性移动载物台部的轻型化，相应地第一线性移动载物台部所承受的负担减小。

另外，上述的种种结构的优点、即相对推力发生点大致从正上方施力，并且由于相对通过移动轴的垂直面为对称结构而不易施加偏摇方向的力偶，另外，由于取得了重心等的位置平衡，这使得结构上稳定，故难以相互受到来自其他线性移动载物台部的振动(力学干扰)的影响，控制性能高。

另外，第一及第二线性移动载物台部薄型，与重叠线圈由于与上下的磁铁的磁作用而受力的图10的结构相比，具有能够大幅度提高第一线性移动载物台部的起伏方向的固有振动数。固有振动数高，则难以产生损害控制性能的大振幅的振动，其结果，能够顺畅地进行线性移动，提高了控制性能。

(第三实施方式)

在上述的第一及第二实施方式中，可以在载物台3或散热板10上设置冷却介质例如空气或水等气体或液体的通路。本实施方式表示设置有该通路的情况。

图8(A)是表示第三实施方式的线性移动载物台装置的剖面图。

在本例中，在载物台3或散热板10内埋入构成通路70的管。通路70的位置及数量任意，在本例中在线圈5的固定部分附近设有两条通路，在线圈5的中央附近设有一条通路70。更加理想的是，在中央附近的通路70上设置用于直接向线圈5吹附气体而进行冷却的冷却气体的排出口71。每个线圈所对应的冷却气体的排出口71的数量及位置是任意的，在本例中，如图8(B)所示，每个线圈可在两处吹附冷却气体。

因此，中央通路70的冷却介质必须是气体，但线圈固定位置附近的通路70中除气体之外也可流动液体。

在本实施方式中，由于在载物台30或散热板10上设有冷却介质通路70，故从线圈5传递到该载物台20或散热板10的热容易通过冷却介质排出外部。其结果，抑制了线圈5的温度上升，该线性载物台移动装置的控制性能与第一或第二实施方式的情况相比被进一步提高。

在设置冷却气体的排出口71的情况下，能够进一步提高线圈5的冷却效果。

另外，通过赋予这样的高散热效果，易于省略散热板100，这利于提高整体刚性。

(第四实施方式)

在上述第一～第三实施方式中，可以在接近线圈5的可动件侧部件、例如载物台3或散热板10上，设置支承线圈5的加强部件51并且用于将来自加强部件51的热散热的散热片。本实施方式表示设有该散热片的情况。

图9是表示第四实施方式的线性移动载物台装置的剖面图。

该图示例子的散热片80在图示的剖面方向上设有三个。其数量及形状是任意的，但散热片80的端面必须在线圈5的中心部与加强部件51相接。虽然未作图示，但最好在散热片80的端面与加强部件51之间存在与线圈固定膜52相同材料的层以及其他的烧焊涂敷层等，由此能够将二者热地牢固地机械固定。

另外，理想的是，决定散热片80的个数、位置以及宽度等尺寸，使其不对涡电流造成影响。另外，在能够充分抑制涡电流的产生的情况下，载物台3或散热板10的材料除铝等之外，还可以为不锈钢(SUS板)。

在本实施方式中，线圈5的散热效果好，另外，线圈5的固定牢固，因此，与没有设置该散热片80的情况相比，该线性移动载物台装置的控制性能以及刚性提高。

Claims (18)

1.一种线性电动机，其向可动件赋予推进力，该可动件能够相对于定子沿一方向自如地直线移动，其中，包括：

多个永久磁铁，其配置在定子侧，沿所述一方向排列N极、S极；

多个扁平状的线圈，其作为电枢固定在所述可动件侧，沿永久磁铁的配置方向排列，并且在与永久磁铁之间夹着电磁隙而与其面对。在该可动件侧的线圈固定面上形成有在该线圈固定面与所述线圈之间用于限定间隙的凹部。

2.如权利要求1所述的线性电动机，其中，具有所述凹部并且固定所述线圈的可动件侧部件由非磁性材料构成。

3.如权利要求1或2所述的线性电动机，其中，限定从所述线圈固定面至所述凹部内与所述线圈的对向面的深度，使由相对的磁铁的磁场引起的所述对向面的表面磁通小于或等于1000高斯。

4.如权利要求2所述的线性电动机，其中，所述可动件侧部件是通过热传导性固定材料在所述凹部的周围固定所述线圈的非磁性金属制的散热板。

5.如权利要求4所述的线性电动机，其中，在所述散热板上形成有散热片。

6.如权利要求5所述的线性电动机，其中，所述散热片在所述凹部内设置在所述线圈的中心附近，在散热片的端面上固定有该线圈的骨架部件。

7.如权利要求1所述的线性电动机，其中，在固定所述线圈的可动件侧部件上形成有制冷介质的通路。

8.如权利要求7所述的线性电动机，其中，将作为所述制冷介质的气体向所述线圈排出的排出部设置在所述制冷介质的通路中。

9.一种线性移动载物台装置，其具有基座、相对基座可沿一方向自如线性移动地组装的载物台、向载物台赋予所述一方向的推进力的线性电动机，其中，所述线性电动机包括：多个永久磁铁，其配置在基座上，沿所述一方向排列N极和S极；多个扁平状的线圈，其作为电枢固定在所述载物台上，沿永久磁铁的配置方向排列并且在与永久磁铁之间夹着电磁隙而与其相对，在载物台侧的线圈固定面上具有在该线圈固定面与所述线圈之间形成空隙的凹部。

10.如权利要求9所述的线性移动载物台装置，其中，所述载物台由非磁性材料构成，在该载物台上形成凹部，在该凹部周围的载物台面上固定有所述线圈。

11.如权利要求9所述的线性移动载物台装置，其中，在所述载物台上通过由热绝缘体构成的衬垫固定有散热板，在该散热板的与载物台相反的一侧的面上形成有所述凹部，在该凹部周围的散热板面上通过热传导性固定材料固定有所述线圈。

12.如权利要求9～11任一项所述的线性移动载物台装置，其中，限定从所述线圈的固定面至所述凹部内的与所述线圈的对向面的深度，使由相对的磁铁的磁场产生的所述对向面的表面磁通小于或等于1000高斯。

13.如权利要求9所述的线性移动载物台装置，其中，在所述散热板的载物台一侧的面上形成有散热片。

14.如权利要求13所述的线性移动载物台装置，其中，所述散热片在所述凹部内设置在所述线圈的中心附近，在散热片的端面上固定有该线圈的骨架部件。

15.如权利要求9所述的线性移动载物台装置，其中，在所述载物台上形成有制冷介质的通路。

16.如权利要求15所述的线性移动载物台装置，其中，将作为所述制冷介质的气体向所述线圈排出的排出部设置在所述制冷介质的通路中。

17.如权利要求11所述的线性移动载物台装置，其中，在所述散热板上形成有制冷介质的通路。

18.如权利要求17所述的线性移动载物台装置，其中，将作为所述制冷介质的气体向所述线圈排出的排出部设置在所述制冷介质的通路中。

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