JP2002165433A

JP2002165433A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2002165433A
Application number: JP2000354010A
Authority: JP
Inventors: Masashi Tamai; 真史玉井; Takao Fujii; 崇男藤井
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP3750793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コアおよびテーブルの熱変形をなくし、高精度
で信頼性の高いリニアモータを提供する。【解決手段】交互に磁極が異なる複数の永久磁石を配置
した固定子４と、固定子４と磁気的空隙を介して配置さ
れると共にスロット８Ａを有するコア８に複数のコイル
０を巻装してなる電機子を構成する可動子５とを備えた
リニアモータ３において、可動子５と負荷を搭載するテ
ーブル１０の間に冷媒通路１３を有した冷却ユニット１
２を設け、可動子５には、固定子４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薄型のシート状ヒー
トパイプ１４を設け、シート状ヒートパイプ１４の受熱
部を可動子５の表面に、放熱部の一部を冷却ユニット１
２に接触させた。これにより、電機子の発生熱がシート
状ヒートパイプ１４により効率的に除去され、コア８、
テーブル１０への伝熱、熱変形が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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８
Ａ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、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に直交する方向の面に
薄型のシート状ヒートパイプが設けられており、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１
３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１
２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１
４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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H609 BB08 PP09 QQ10 QQ23 RR26 RR37 RR61 RR62 RR74 5H641 BB06 BB18 BB19 GG02 GG03 GG04 GG08 GG11 HH02 HH03 HH05 HH06 HH08 JB03 JB05 JB09 JB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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
する面に直交する方向の面に薄型のシート状ヒートパイ
プが設けられており、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。
【請求項２】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。
【請求項３】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。
【請求項４】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。