JP2002238238A - リニアモータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで、メンテナンスが不要で、電機子の
冷却性能を向上できるリニアモータの冷却装置を提供す
る。 【解決手段】永久磁石５，界磁ヨーク６とよりなる固定
子と、コア３に電機子コイル７を巻装した電機子２より
なる可動子と、冷却ユニット１０とを備えたリニアモー
タの冷却装置において、冷却ユニット１０は、ブロック
状の高熱伝導部材で形成され、電機子取付板４に対して
取り外し自在で、テーブル１４と空間を介して配設して
ある。また、冷却ユニット１０の内部に複数のヒートパ
イプ１１を設けると共に、ヒートパイプ１１の受熱部を
電機子２の長手方向の中央部側に、放熱部を電機子２の
長手方向の端部側となるよう配置し、ヒートパイプ１１
の放熱側が配置される外周面にフィン付きのヒートシン
ク１３を接触させて設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の送り機
構や半導体製造装置の位置決め装置に利用されるリニア
モータの冷却装置に関する。

【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電機子を可動子
に、界磁極を固定子として、電機子を界磁極の長手方向
に沿って相対的に走行させるムービングコイル形リニア
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。図において、３１はリ
ニアモータ、３2は電機子、３３はコア、３４は電機子
取付板、３５は永久磁石、３６は界磁ヨーク、３７は電
機子コイル、３８は取付ボルト、３９は冷媒通路、４０
はモールド樹脂である。このような構成において、コ字
状断面を有する界磁ヨーク３６上の長手方向（紙面と垂
直方向）に沿って交互に極性が異なるように複数の永久
磁石３５が配置されており、界磁ヨーク３６と永久磁石
３５とで固定子を構成している。この永久磁石３５と磁
気的空隙を介して対向して電磁鋼板を永久磁石３５の高
さ方向に積層してなるコア３３が設けられている。コア
３３は、そのスロット内部に電機子コイル３７を巻装し
て周囲をモールド樹脂４０で固着しており、コア３３と
電機子コイル３７とで可動子を構成している。コア３３
および電機子取付板３４は、電機子取付板３４に設けた
雌ねじ部（不図示）に取付ボルト３８をねじ込んで締結
されている。また、電機子３２には電機子コイル３７に
対向する位置に冷媒通路３９が設けられており、冷媒通
路３９との間をモールド樹脂４０により固着し、電機子
３２と冷媒通路３９とで一体構造の冷却ユニットを構成
している。なお、電機子取付板３４は、テーブル（不図
示）を介してリニアガイド（不図示）により支持され、
リニアガイドを用いてリニアモータをテーブルの長手方
向（紙面と垂直方向）に沿って摺動するようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は以下の問題があった。 （１）リニアモータ３１の推力を上げるために、図示し
ない電源から電機子コイル３７に駆動電流を供給し続け
ると、電機子コイル３７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、電機子コイル３
７からの発熱は冷媒通路３９側へ伝熱し、冷媒の強制対
流による熱伝達で熱交換される。その一方で、コア３３
は鉄損の増大により温度が上昇して発熱量が増大する。
コア３３からの発熱は電機子取付板３４を介して電機子
取付板３４の上部に固定されるテーブル（不図示）に伝
熱するが、コア３３からテーブル側を経由して外部へ放
出する熱は自然対流による熱伝達によるところが大き
く、強制対流熱伝達に比べると冷却能力が小さいため、
コア３３およびテーブルの熱変形を生じさせるという問
題があった。特にコア３３の長手方向に沿う反りが大き
い。また、テーブルへの伝熱に伴う熱変形は、リニアガ
イドや検出器（何れも不図示）に悪影響を与え、位置決
め精度の誤差を生じることから、高精度位置決めに支障
をきたす原因となっていた。 （２）電機子コイル３７の温度上昇の影響に伴って、例
えば、電機子コイル３７自体が絶縁劣化を生じると、電
機子３２の交換に応じて、冷却ユニットの交換も必要に
なる、また、電機子コイル３７の周囲を覆っている樹脂
モールド４０が熱変形を起こした際、その熱変形による
破損の影響に伴って、冷媒通路３９から冷媒（液体）が
漏れたりすると、冷却ユニットの交換に応じて、電機子
３２の交換も必要になる、したがって、電機子３２と冷
却ユニットは一体構造のため、何れか一方が損傷した場
合は全てを新製する必要があり、リニアモータ本体のコ
ストがかかっていた。 （３）上述のように電機子３２が液冷の冷却ユニットを
備えて可動子を構成する場合、外部に設置されるポンプ
（不図示）および該ポンプと接続するための配管（不図
示）が必要となり、構成が複雑でメンテナンスもかかる
上、周辺機器を含めた設計・製造上のコストがかかって
いた。本発明では、上記問題を解決するためになされた
ものであり、低コストで、メンテナンスが不要で、電機
子の冷却性能を向上できるリニアモータの冷却装置を提
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
に、請求項１の本発明は、交互に極性が異なる複数の永
久磁石を隣り合わせに並べて配置した界磁ヨークよりな
る固定子と、前記界磁ヨークの長手方向に沿って前記永
久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると
共にコアに電機子コイルを巻装した電機子よりなる可動
子と、前記固定子または前記可動子より生じる熱を外部
に放熱できるよう熱交換する冷却ユニットとを備えたリ
ニアモータの冷却装置において、前記電機子の上部の長
手方向に沿って配設された前記電機子を取り付けるため
の電機子取付板と、前記電機子取付板の両側に断熱板を
介して取り付けた負荷を搭載するためのテーブルとが備
えられ、前記冷却ユニットは、前記テーブルとの間に空
間を介して設けられ、かつ、前記電機子取付板と前記テ
ーブルの間に挟み込むように設けられたブロック状の高
熱伝導部材で形成されており、前記冷却ユニットの内部
には複数のヒートパイプが設けられると共に、前記ヒー
トパイプの放熱側が配置される外周面にフィンを有する
ヒートシンクが設けられたものである。請求項２の本発
明は、請求項１記載のリニアモータの冷却装置におい
て、前記ヒートパイプは、一方の受熱部を前記電機子の
長手方向の中央部側に、他方の放熱部を前記電機子の長
手方向の端部側となるように配置されたものである。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
ータの冷却装置において、前記ヒートパイプは、前記電
機子コイルと相対して向き合う位置に配設されたもので
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の冷却装置において、前記冷
却ユニットを、前記電機子取付板に対して自在に取り外
しできるよう、締結用の取付ボルトにより固定したもの
である。請求項５の本発明は、請求項１〜４までの何れ
か１項に記載のリニアモータの冷却装置において、前記
ヒートシンクの放熱側にファンモータを設けたものであ
る。請求項６の本発明は、請求項１〜５までの何れか１
項に記載のリニアモータの冷却装置において、前記冷却
ユニットを、内部に蛇行した中空状の細管を多数並べた
構造を有する薄型のシート状ヒートパイプで構成したも
のである。請求項７の本発明は、請求項１〜６までの何
れか1項に記載のリニアモータの冷却装置において、前
記コアは、分割された複数のコアブロックを順次に並べ
て嵌合連結したものである。

【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は本発明の第１の実施例を示すリニ
アモータであって、図２の矢視Ｂ方向から見た正面図で
ある。図２は図１におけるリニアモータの電機子を矢視
Ａ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。１はリニアモータ、２は電機子、３はコア、
４は電機子取付板、５は永久磁石、６は界磁ヨーク、７
は電機子コイル、８は取付ボルト、９は固定ベース、１
０は冷却ユニット、１１はヒートパイプ、１２は断熱
板、１３はヒートシンク、１４はテーブル、１５、１６
は取付ボルトである。それから１７はモータリード線と
外部電源等を接続するコネクタである。なお、コア３お
よび電機子コイル７とよりなる電機子２を可動子に、永
久磁石５および界磁ヨーク６よりなる界磁極を固定子と
して電機子２を走行させるといったリニアモータの基本
的な構成は従来技術と同じである。本発明の構成は以下
のとおりである。図において、リニアモータ１の電機子
２の上部には、長手方向に向かって電機子２を取り付け
るための電機子取付板４が配設され、電機子取付板４の
両側に負荷を搭載するためのテーブル１４が樹脂等でで
きた断熱板１２を介して取り付けられている。電機子取
付板４およびテーブル１４は、電機子取付板４に設けた
雌ねじ部（不図示）に締結用の取付ボルト１５をねじ込
んで固定される。また、コア３および電機子取付板４
は、電機子取付板４に設けた雌ねじ部（不図示）に取付
ボルト８をねじ込んで固定されている。そして、冷却ユ
ニット１０は、電機子取付板４に対して自在に取り外し
できるように構成されている。すなわち、冷却ユニット
１０と電機子取付板４は、冷却ユニット１０に設けた通
し孔（不図示）側に締結用となる取付ボルト１６を通し
た後、電機子取付板４に設けた雌ねじ部（不図示）に向
かって取付ボルト１６をねじ込んで固定される。この冷
却ユニット１０は、テーブル１４との間に空間Ｓを介し
て設けられ、かつ、電機子取付板４とテーブル１４の間
に挟み込むように設けられたブロック状の高熱伝導部材
で形成されている。冷却ユニット１０の内部には複数の
ヒートパイプ１１が設けられると共に、このヒートパイ
プ１１は、一方の受熱部を電機子２の長手方向の中央部
側に、他方の放熱部を電機子２の長手方向の端部側とな
るように配置されている。また、ヒートパイプ１１は、
リニアモータ１の正面から見ると、電機子コイル７とち
ょうど相対して向き合う位置に配設されている。さら
に、冷却ユニット１０におけるヒートパイプ１１の放熱
側が配置される外周面にフィンを有するヒートシンク１
３が設けられ、取付ボルト１６により固定されている。
ここで、電機子取付板４と冷却ユニット１０の間には、
電機子2からの熱伝達を冷却ユニット１０に効率よく行
うことができるよう、シリコングリース等が塗布されて
いる。

【０００６】次に、リニアモータの冷却装置の動作を説
明する。上記構成において、図示しない電源から駆動電
流を電機子コイル７に供給すると、電機子２が一定推力
を発生すると共に、電機子コイル７およびコア３は発熱
を起こす。電機子コイル７およびコア３で発生した熱
は、電機子取付板４を経由して冷却ユニット１０のヒー
トパイプ１１の受熱部に伝わり、この受熱部で熱を吸収
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ヒートパイプ１１内部に封入され
た作動液に振動を引き起こし、作動液の振動によりヒー
トパイプ１１の放熱部に大量の熱が伝わる。そして、ヒ
ートパイプ１１の放熱部に伝熱した熱は冷却ユニット１
０の放熱面側に設けたヒートシンク１３に伝わる。この
電機子部２で発生した熱がヒートパイプ１１、ヒートシ
ンク１３によって取り去られ、熱交換される。電機子コ
イル７の温度上昇が抑制されることで、電機子取付板４
と熱絶縁されたテーブル１４側へ一切伝熱されるとな
く、テーブル１４への伝熱、熱変形を抑制できる。

【０００７】したがって、本発明は、電機子２の上部の
長手方向に沿って配設された電機子２を取り付けるため
の電機子取付板４と、電機子取付板４の両側に断熱板１
２を介して取り付けた負荷を搭載するためのテーブル１
４とを備え、冷却ユニット１０がテーブル１４との間に
空間Ｓを介して設けられ、かつ、電機子取付板４とテー
ブル１４の間に挟み込むように設けられたブロック状の
高熱伝導部材で形成され、冷却ユニット１０の内部に複
数のヒートパイプ１１を設け、ヒートパイプ１１の放熱
側が配置される外周面にフィンを有するヒートシンク１
３を設ける構成にしたので、冷却ユニット１０が熱絶縁
されたテーブル１４と直接接触せず、電機子取付板４と
直接接触した構造を取ることで、電機子で生じた発熱を
冷却ユニット１０側のみ伝熱することができる。その結
果、テーブル１４への伝熱に伴う熱変形をなくし、リニ
アガイドや検出器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、ヒートパイプ１１は、
一方の受熱部を電機子２の長手方向の中央部側に、他方
の放熱部を電機子２の長手方向の端部側となるように配
置した構成にしたので、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２の熱を、電機子２の端
部に設けたヒートパイプ１１とヒートシンク１３によっ
て、電機子２の中央部側から端部側へ効率的に除去する
ことができる。その結果、電機子のコア部３の長手方向
における反りを防ぎ、熱変形を抑制することができる。
また、ヒートパイプ１１は、電機子コイル７と相対して
向き合う位置に配設されたので、電機子コイル７とヒー
トパイプ１１との伝熱経路を最短の距離にすることで、
電機子コイル７とヒートパイプ１１間の熱抵抗を小さく
し、熱伝達を上げることができ、効率よく冷却すること
ができる。また、冷却ユニット１０を、電機子２を取り
付ける電機子取付板４に対して取付ボルト１６により取
り外し自在にできる構成にしたので、電機子２と冷却ユ
ニット１０の何れか一方が損傷した場合でもリニアモー
タ電機子全てを新製することなく、電機子２、テーブル
１４の組立、分解に手間とコストがかからなくなること
から、リニアモータ本体を低コストに抑えることができ
る。そして、従来、周辺機器と配管等の接続の際に生じ
たメンテナンスの煩わしさ等も一切不要にすることがで
き、周辺機器を含めた設計・製造上のコストも抑えるこ
とができる。

【０００８】次に本発明の第２の実施例を説明する。図
３は本発明の第２の実施例を示すリニアモータであっ
て、図４の矢視Ｄ方向から見た正面図である。図４は図
３におけるリニアモータの電機子を矢視Ｃ方向から見た
側面図である。図において、１８はヒートシンク、１９
はファンモータ、２０はケーシングである。第２の実施
例が第１の実施例と異なる点は、ヒートシンク１８の放
熱側には、フィン部を覆うようにファンモータ１９を設
け、強制的に冷却を行なうようにしたものである。ファ
ンモータ１９はケーシング２０に取り付けられている。
なお、動作については、第１の実施例と同じでなので、
説明を省略する。第２の実施例は、ヒートシンク１８に
ファンモータ１９を設けることで、冷却ユニット１０か
らヒートシンク１８側に伝熱された熱ががファンモータ
１９の排気により外部に向かって強制的に放熱され、よ
り効果的に冷却効果を高めることができる。

【０００９】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
図５は本発明の第３の実施例を示す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。第
３実施例が第１および第２の実施例と異なる点は、第１
および第２の実施例の図１〜図４で示した冷却ユニット
の代わりに薄型で折り曲げ自在のシート状ヒートパイプ
が設けられている点である。シート状ヒートパイプの内
部構造を図５に示して具体的に以下説明する。なお、該
シート状ヒートパイプをリニアモータに組み込んだ図示
は省略する。シート状ヒートパイプ２１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２１
Ａ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２１Ａに封入されたも
のである。シート状ヒートパイプ２１を電機子に固着す
る際は、シート状ヒートパイプ２１の受熱部２１Ｂを電
機子の表面に接触させ、放熱部２１Ｃの一部をヒートシ
ンクに接触させるようにする。このようにして第３の実
施例は、冷却ユニットを、内部に蛇行した中空状の細管
２１Ａを多数並べた構造とするシート状ヒートパイプ２
１としたので、小型の割には熱伝導率が極めて高く、熱
の移動を迅速に行うことができ、第1、第２実施例に比
べて冷却効果を向上することができる。なお、本実施例
では、電機子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、電機
子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、同様に本発明
に適用することができる。また、電機子のコアは、分割
された複数のコアブロックを順次に並べて嵌合連結した
ものとしても構わず、ユーザからリニアモータの長スト
ローク化の要求があった際に電機子に分割コアを採用す
ることで、電機子およびテーブルの長さ、取付位置に応
じて冷却ユニットおよびヒートシンクを所望の位置に取
り付けることが可能となり、リニアモータの設計仕様に
影響されることなく冷却装置の設置性向上することがで
きる。

【００１０】

【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）第１の実施例において、電機子の上部の長手方向
に沿って配設された電機子を取り付けるための電機子取
付板と、電機子取付板の両側に断熱板を介して取り付け
た負荷を搭載するためのテーブルとを備え、冷却ユニッ
トがテーブルとの間に空間を介して設けられ、かつ、電
機子取付板とテーブルの間に挟み込むように設けられた
ブロック状の高熱伝導部材で形成され、冷却ユニットの
内部に複数のヒートパイプを設け、ヒートパイプの放熱
側が配置される外周面にフィンを有するヒートシンクを
設ける構成にしたので、冷却ユニットが熱絶縁されたテ
ーブルと直接接触せず、電機子取付板と直接接触した構
造を取ることで、電機子で生じた発熱を冷却ユニット側
のみ伝熱することができる。その結果、テーブルへの伝
熱に伴う熱変形をなくし、リニアガイドや検出器等の位
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、ヒートパイプは、一方の受熱部を電機子の長
手方向の中央部側に、他方の放熱部を電機子の長手方向
の端部側となるように配置した構成にしたので、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、電機子の端部に設けたヒートパイプとヒート
シンクによって、電機子の中央部側から端部側へ効率的
に除去することができる。その結果、電機子のコア部の
長手方向の反りを防ぎ、熱変形を抑制することができ
る。また、ヒートパイプは、電機子コイルと相対して向
き合う位置に配設されたので、電機子コイルとヒートパ
イプとの伝熱経路を最短の距離にすることで、電機子コ
イルとヒートパイプ間の熱抵抗を小さくし、熱伝達を上
げることができ、効率よく冷却することができる。ま
た、冷却ユニットを、電機子を取り付ける電機子取付板
に対して取付ボルトにより取り外し自在にできる構成に
したので、電機子と冷却ユニットの何れか一方が損傷し
た場合でもリニアモータ電機子全てを新製することな
く、電機子、テーブルの組立、分解に手間とコストがか
からなくなることから、リニアモータ本体を低コストに
抑えることができる。そして、従来、周辺機器と配管等
の接続の際に生じたメンテナンスの煩わしさ等も一切不
要にすることができ、周辺機器を含めた設計・製造上の
コストも抑えることができる。 （２）第２の実施例において、ヒートシンクにファンモ
ータを設けることで、冷却ユニットからヒートシンク側
に伝熱された熱ががファンモータの排気により外部に向
かって強制的に放熱され、より効果的に冷却効果を高め
ることができる。 （３）第３の実施例において、冷却ユニットを、内部に
蛇行した中空状の細管を多数並べた構造とするシート状
ヒートパイプとしたので、小型の割には熱伝導率が極め
て高く、熱の移動を迅速に行うことができ、第1、第２
実施例に比べて冷却効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータであ
って、図２の矢視Ｂ方向から見た正面図である。

【図２】図１におけるリニアモータの電機子を矢視Ａ方
向から見た側面図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すリニアモータであ
って、図４の矢視Ｄ方向から見た正面図である。

【図４】図３におけるリニアモータの電機子を矢視Ｃ方
向から見た側面図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示すシート状ヒートパ
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】従来技術を示すリニアモータの正断面図であ
る。

【符号の説明】

１：リニアモータ ２：電機子 ３：コア ４：電機子取付板 ５：永久磁石 ６：界磁ヨーク ７：電機子コイル ８：取付ボルト ９：固定ベース １０：冷却ユニット １１：ヒートパイプ １２：断熱板 １３：ヒートシンク １４：テーブル １５、１６：取付ボルト １７；コネクタ １８；ヒートシンク １９；ファンモータ ２０；ケーシング ２１：シート状ヒートパイプ ２１Ａ：細管 ２１Ｂ：受熱部 ２１Ｃ：放熱部 Ｓ：空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H609 BB08 BB12 PP02 PP05 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ23 RR59 RR63 5H641 BB02 GG03 GG04 HH02 JB03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り
   合わせに並べて配置した界磁ヨークよりなる固定子と、
   前記界磁ヨークの長手方向に沿って前記永久磁石の磁石
   列と磁気的空隙を介して対向配置されると共にコアに電
   機子コイルを巻装した電機子よりなる可動子と、前記固
   定子または前記可動子より生じる熱を外部に放熱できる
   よう熱交換する冷却ユニットとを備えたリニアモータの
   冷却装置において、 前記電機子の上部の長手方向に沿って配設された前記電
   機子を取り付けるための電機子取付板と、前記電機子取
   付板の両側に断熱板を介して取り付けた負荷を搭載する
   ためのテーブルとが備えられ、 前記冷却ユニットは、前記テーブルとの間に空間を介し
   て設けられ、かつ、前記電機子取付板と前記テーブルの
   間に挟み込むように設けられたブロック状の高熱伝導部
   材で形成されており、 前記冷却ユニットの内部には複数のヒートパイプが設け
   られると共に、前記ヒートパイプの放熱側が配置される
   外周面にフィンを有するヒートシンクが設けられている
   ことを特徴とするリニアモータの冷却装置。
2. 【請求項２】前記ヒートパイプは、一方の受熱部を前記
   電機子の長手方向の中央部側に、他方の放熱部を前記電
   機子の長手方向の端部側となるように配置されたことを
   特徴とする請求項１記載のリニアモータの冷却装置。
3. 【請求項３】前記ヒートパイプは、前記電機子コイルと
   相対して向き合う位置に配設された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の冷却装置。
4. 【請求項４】前記冷却ユニットを、前記電機子取付板に
   対して自在に取り外しできるよう、締結用の取付ボルト
   により固定した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の冷却装置。
5. 【請求項５】前記ヒートシンクの放熱側に、ファンモー
   タを設けたことを特徴とする請求項１〜４までの何れか
   １項に記載のリニアモータの冷却装置。
6. 【請求項６】前記冷却ユニットを、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薄型のシート状ヒー
   トパイプで構成したことを特徴とする請求項１〜５まで
   の何れか１項に記載のリニアモータの冷却装置。
7. 【請求項７】前記コアは、分割された複数のコアブロッ
   クを順次に並べて嵌合連結したものであることを特徴と
   する請求項１〜６までの何れか1項に記載のリニアモー
   タの冷却装置。