JP2003244926A - リニアモータの冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電機子部からテーブルに伝熱する熱を少なく
し、熱変形を抑制できる高精度のリニアモータの冷却装
置を提供する。 【解決手段】リニアモータ１において、電機子２の界磁
との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管１
３を設けると共に、冷却管１３は、冷却空気を吐出する
複数の吐出孔１３ｂを、界磁との対向面側に設けるよう
にした。また、電機子２を、当該電機子コア３の両側面
に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、電機子２
を固定するための電機子取付板９の幅Ｗｐが、電機子２
の幅Ｗｃより小さくしてあり、冷却管１３に設ける複数
の吐出孔１３ｂを、電機子取付板９との対向面に設けた
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械あるいは
半導体製造装置等の精密送りの用途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、工作機械あるいは半導体製造装置
等の精密送りの用途に利用されるリニアモータは図４の
ようになっている。図４は、一般的なリニアモータの全
体構成を示す正断面図であり、磁束貫通型構造のものを
例にあげて説明する。１はリニアモータ、２は磁束を通
す電機子、３は平板状の電磁鋼板を上下に積層してなる
電機子コア、４は電機子コア３に巻装された電機子巻
線、５は電機子コア３の両側に磁気的空隙を介して対向
配置された界磁で、例えば平滑形の界磁用永久磁石で構
成されている。６は界磁用永久磁石５を固着した磁束を
通す強磁性体からなる平滑形のヨーク、７はテーブル、
８はリニアガイド、８ａはガイドレール、８ｂはスライ
ダ、１０、１１は締結ボルト、１２は固定台、１９は電
機子取付板、１９ａ、１９ｂは雌ねじ部である。このよ
うなリニアモータ１は、界磁を備えたヨーク６が固定台
１２上に固定され、電機子２が電機子コア３の貫通穴３
ａを介して電機子取付板１９の雌ねじ部１９ａに締結ボ
ルト１０をねじ込んで締結されている。また、テーブル
７は貫通穴７ａを介して電機子取付板９に設けた雌ねじ
部１９ｂに締結ボルト１１をねじ込んで締結されてい
る。さらに、リニアモータ１はガイドレール８ａとスラ
イダ８ｂとからなるリニアガイド８により支持されると
共に、テーブル７を搭載した電機子２が、永久磁石５の
磁石列方向（紙面と垂直方向）に沿って推力を発生し、
滑らかな直線移動を可能にしている。それから、上記の
電機子２の冷却については、図５に示す構成のものが提
案されている。図５は、従来のリニアモータの冷却装置
であって、電機子コアの中央部からスロット開口部の片
側を上面から見た図である。３ｂはティース、３ｃはス
ロット、２０は電機子コア３のスロット３ｃ内部に設け
られた冷却管である、この方法により、冷却管２０内に
冷却空気などの冷媒を流すことにより、電機子巻線４で
発生する熱を熱交換し、外部に熱を取り去るようになっ
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、リニアモータの電機子部において、電機子コア３の
スロット３ｃ底部の内周および電機子巻線４のスロット
３ｃ底部側における先端部は、樹脂モールドを介して冷
却管２０の外周と接しているため、冷却管２０の放熱面
積は当該管２０内部を流れる冷却空気と接する内側の表
面面積のみとなる。ここで、放熱量は次式で表せる。 放熱量＝熱伝達率×放熱面積×冷媒の温度上昇 上式の観点から見ると、図５に示す電機子構造では、冷
却管２０の放熱面積が電機子巻線４のスロット３ｃ内周
に対向する表面面積に比べて小さいため、冷却管２０に
流す一定の冷却空気量だけでは冷却能力に限界がある。
すなわち、電機子２の冷却が不十分であると、電機子２
の熱が電機子固定板１９を介してテーブル７に伝導して
熱変形を生じたり、テーブル７に取り付けたリニアガイ
ド８や図示しないリニアスケール等に悪影響を与え、テ
ーブル７の位置決め精度の誤差が生じるという問題があ
った。また、電機子自体の発熱を除去できないと、、電
機子で生じた熱は界磁側に熱伝達すると共に、界磁側の
温度上昇、熱変形を増加させ、界磁と電機子との間の磁
気的空隙長に影響を与えることになり、テーブル７の位
置決め精度の誤差を生じる原因となっていた。そこで、
電機子部の冷却性能を上げるためには、径の大きい冷却
管を使用して放熱面積を大きくする必要があるが、この
ことは逆に電機子のサイズを大きくする要因になりリニ
アモータの小型化に不利であった。 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、電機子部からテーブル、界磁に伝熱する熱を少なく
し、熱変形を抑制できる、小型で高精度のリニアモータ
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、強磁性体で構成してなるヨー
ク上に沿って交互に磁極が異なるように設けた界磁と、
前記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置した
電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子とを備
え、前記界磁と前記電機子との何れか一方を相対移動す
る可動子に、他方を固定子とするリニアモータにおい
て、前記電機子の界磁との対向面側に、内部に冷却空気
を流通させる冷却管を設けたものである。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、前記冷却管は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔
を、前記界磁との対向面側に設けたものである。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、前記電機子を、当該電機子コアの
両側面に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、前
記電機子を固定するための電機子取付板の幅Ｗｐが、前
記電機子の幅Ｗｃより小さくしてあり、前記冷却管に設
ける複数の吐出孔を、電機子取付板との対向面に設けた
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、
前記電機子巻線は、３相で、かつ、その単一コイルを一
つのティースに１つのコイルを巻き込む集中巻き方式で
構成すると共に、そのＵＶＷの三相配分を、連続するテ
ィースのうち３つのティースを１つのグループとする相
巻線で構成して、３つの相巻線間を直列結線したもので
あり、このとき、前記連続する３つのティースのうち１
番目、３番目のティースに巻装したコイル線径Φｂを２
番目のティースに巻装したコイルの線径Φａより小さく
することにより前記電機子コアのスロットオープニング
部にコイルが存在しない空間部を設け、前記Φｂのコイ
ルのみが巻装されるスロットの空間部に、前記冷却管を
配置したものである。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、前記界磁を、複数の界磁用永久磁石を配置した
ものとし、この界磁用永久磁石の表面に、隣接磁石間に
生じる凹凸部が無くなるように板状のマグネットカバー
を設けたものである。請求項６の本発明は、請求項１〜
４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、前記複数の界磁用永久磁石間に、樹脂モールドを充
填したものである。

【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
アモータの正断面図で、テーブル、固定台およびリニア
ガイドを省略して図示したものである。図２はリニアモ
ータの電機子の全体斜視図である。なお、本実施例は従
来技術と同様に磁束貫通型構造のリニアモータの例を示
すと共に、従来技術と同じ構成要素については、同一符
号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。図
１、図２において、９は電機子取付板、９ａ、９ｂは雌
ねじ部、１３は冷却管、１３ａは給気孔、１３ｂは吐出
孔、２０は樹脂モールド、２１、２２は熱絶縁部材、Ｆ
ａは冷却空気である。

【０００６】本発明が従来と異なる点を、以下説明す
る。すなわち、電機子２の界磁との対向面側に、内部に
冷却空気を流通させる冷却管１３を設けると共に、冷却
管１３は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔１３ｂを、
界磁用永久磁石５との対向面側に設けた点である。ま
た、電機子２を、当該電機子コア３の両側面に界磁を配
置する吸引力相殺形として構成し、電機子２を固定する
ための電機子取付板９の幅Ｗｐが、電機子２の幅Ｗｃよ
り小さくしてあり、冷却管１３に設ける複数の吐出孔１
３ｂを、電機子取付板９との対向面に設けたものであ
る。また、複数の界磁用永久磁石５間は、図示しない樹
脂モールドを充填したものとなっている。

【０００７】次に、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電機子巻線４
に供給することにより、可動子である電機子２が一定推
力を発生する。この結果、電機子２が固定台に対しガイ
ドレール上を移動するにつれて、冷却管１３の給気孔１
３ａに供給された冷却空気Ｆａが、図示の矢印のごとく
電機子２の界磁との対向面側に設けた吐出口１３ｂから
電機子取付板９や界磁用永久磁石５の表面に向かって吐
出される。このうち、冷却管１３の吐出口１３ｂから界
磁用永久磁石５の表面に衝突する冷却空気Ｆａは、界磁
用永久磁石５で発生した熱を取り去ると同時に、電機子
コア３の表面を洗うように流れＲため、電機子２の発熱
も効率よく取り去られる。また、電機子取付板９の幅Ｗ
ｐを電機子２の幅Ｗｃより小さくした構成とすること
で、冷却管１３の吐出口１３ｂから電機子取付板に向か
って衝突する冷却空気Ｆａの量が増大し、電機子２から
電機子取付板９を介してテーブル７へ伝わる熱が効率よ
く取り去られる。

【０００８】本発明の第１の実施例は、電機子２の界磁
との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管１
３を設けると共に、冷却管１３は、冷却空気を吐出する
複数の吐出孔１３ｂを、界磁用永久磁石５との対向面側
に設けた構成、さらに、電機子２を、当該電機子コア３
の両側面に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、
電機子２を固定するための電機子取付板９の幅Ｗｐを、
電機子２の幅Ｗｃより小さくし、冷却管１３に設ける複
数の吐出孔１３ｂを、電機子取付板９との対向面に設け
る構成にしたので、電機子取付板、電機子および界磁に
冷却空気を当てることで、電機子部からテーブル、界磁
に伝熱する熱を少なくし、テーブルの熱変形を抑制する
ことができる。また、テーブルの熱変形の防止のほか、
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なく、高精度のリニアモータを提供
することができる。

【０００９】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の電機子
巻線、冷却管およびマグネットカバーの配置構成を示し
た平面図である。なお、＃１〜＃９は電機子コア３のテ
ィースを表している。第２の実施例が第１の実施例と異
なる点は、以下のとおりである。図３において、電機子
巻線４は、３相で、かつ、その単一コイルを一つのティ
ースに１つのコイルを巻き込む集中巻き方式で構成する
と共に、そのＵＶＷの三相配分を、連続するティースの
うち、例えば３つのティース（＃１〜＃３）を１つのグ
ループとする相巻線で構成して、３つの相巻線間を直列
結線したものであり、このとき、前記連続する３つのテ
ィースのうち１番目、３番目のティース＃１、＃３に巻
装したコイル線径Φｂを２番目のティース＃２に巻装し
たコイルの線径Φａより小さくすることにより電機子コ
ア３のスロットオープニング部にコイルが存在しない空
間部を設け、Φｂのコイルのみが巻装されるスロットの
空間部に、冷却管１３を配置した点である。また、界磁
用永久磁石５の表面に、隣接する磁石間に生じる凹凸部
が無くなるように板状のマグネットカバー１４を設けて
ある。本発明の第２の実施例は、スロットオープニング
部を利用して冷却管１３を配置する構成にしたので、電
機子２の冷却装置の小型化を図ることができる。また、
マグネットカバー１４を界磁用永久磁石５間に設けたの
で、防塵の他に、冷却空気を界磁側に衝突させた後、電
機子コア３表面に衝突させる冷却空気量を増大させ、界
磁と電機子の冷却効果を向上することができる。なお、
磁束貫通形の例を用いて説明したが、リニアモータ電機
子部の片側にのみ、リニアモータ固定子部を対向配置す
る、いわゆるギャップ対向型構造に替えても差し支えな
い。

【００１０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、以下
の効果がある。本発明の第１の実施例は、電機子の界磁
との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管を
設けると共に、冷却管は、冷却空気を吐出する複数の吐
出孔を、界磁用永久磁石５との対向面側に設けた構成と
し、さらに、電機子を、電機子コアの両側面に界磁を配
置する吸引力相殺形として構成し、電機子を固定するた
めの電機子取付板の幅Ｗｐを、電機子の幅Ｗｃより小さ
くし、冷却管に設ける複数の吐出孔を、電機子取付板と
の対向面に設ける構成にしたため、電機子取付板、電機
子および界磁に冷却空気を当てることで、電機子部から
テーブル、界磁に伝熱する熱を少なくし、テーブルの熱
変形を抑制することができる。また、テーブルの熱変形
の防止のほか、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なく、高精度のリニ
アモータを提供することができる。本発明の第２の実施
例は、スロットオープニング部を利用して冷却管を配置
する構成にしたため、電機子の冷却装置の小型化を図る
ことができる。また、マグネットカバーを界磁用永久磁
石間に設けたため、冷却空気を界磁側に衝突させた後、
電機子コア表面に衝突させる冷却空気量を増大させ、界
磁と電機子の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の正
断面図で、テーブル、固定台およびリニアガイドを省略
して図示したものである。

【図２】リニアモータの電機子の全体斜視図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの電
機子巻線、冷却管およびマグネットカバーの配置構成を
示した平面図である。

【図４】一般的なリニアモータの全体構成を示す正断面
図であり、磁束貫通型構造のものを例にあげて説明す
る。

【図５】従来のリニアモータの冷却装置であって、電機
子コアの中央部からスロット開口部の片側を上面から見
た図である。

【符号の説明】

１ リニアモータ ２ 電機子 ３ 電機子コア ３ａ 貫通穴 ４ 電機子巻線 ５ 界磁用永久磁石 ６ ヨーク ７ テーブル ７ａ 貫通穴 ７ｂ 凹部 ８ リニアガイド ８ａ ガイドレール ８ｂ スライダ ９ 電機子取付板 ９ａ、９ｂ 雌ねじ部 １０、１１ 締結ボルト １２ 固定台 １３ 冷却管 １３ａ 給気孔 １３ｂ 吐出口 １４ マグネットカバー ２０ 樹脂モールド ２１、２２ 熱絶縁材 Ｆａ：冷却空気 Ｗｐ：電機子取付板の幅 Ｗｃ：電機子の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 崇男 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川テクノサポート内 Ｆターム(参考） 5H609 BB03 PP06 QQ02 5H641 BB06 GG03 HH02 JA02 JB04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強磁性体で構成してなるヨーク上に沿って
   交互に磁極が異なるように設けた界磁と、前記界磁と磁
   気的空隙を介して対向するように配置した電機子コアに
   電機子巻線を巻装してなる電機子とを備え、前記界磁と
   前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他
   方を固定子とするリニアモータにおいて、 前記電機子の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流
   通させる冷却管を設けたことを特徴とするリニアモータ
   の冷却装置。
2. 【請求項２】前記冷却管は、冷却空気を吐出する複数の
   吐出孔を、前記界磁との対向面側に設けたことを特徴と
   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】前記電機子を、当該電機子コアの両側面に
   界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、前記電機子
   を固定するための電機子取付板の幅Ｗｐが、前記電機子
   の幅Ｗｃより小さくしてあり、前記冷却管に設ける複数
   の吐出孔を、電機子取付板との対向面に設けたことを特
   徴とする請求項１また２に記載のリニアモータの冷却装
   置。
4. 【請求項４】前記電機子巻線は、３相で、かつ、その単
   一コイルを一つのティースに１つのコイルを巻き込む集
   中巻き方式で構成すると共に、そのＵＶＷの三相配分
   を、連続するティースのうち３つのティースを１つのグ
   ループとする相巻線で構成して、３つの相巻線間を直列
   結線したものであり、このとき、前記連続する３つのテ
   ィースのうち１番目、３番目のティースに巻装したコイ
   ル線径Φｂを２番目のティースに巻装したコイルの線径
   Φａより小さくすることにより前記電機子コアのスロッ
   トオープニング部にコイルが存在しない空間部を設け、
   前記Φｂのコイルのみが巻装されるスロットの空間部
   に、前記冷却管を配置したことを特徴とする請求項１〜
   ３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】前記界磁を、複数の界磁用永久磁石を配置
   したものとし、この界磁用永久磁石の表面に、隣接磁石
   間に生じる凹凸部が無くなるように板状のマグネットカ
   バーを設けたことを特徴とする請求項１〜４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】前記複数の界磁用永久磁石間に、樹脂モー
   ルドを充填したことを特徴とする請求項１〜４の何れか
   １項に記載のリニアモータの冷却装置。