JP2004064874A - High acceleration type linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、電子部品組立装置あるいは半導体製造装置等の高速位置決め送りの用途に利用されると共に、加速度性能を向上させるために永久磁石を可動子側に、電機子を固定子側に配置してなるムービングマグネット構造を有した高加速度形リニアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、工作機械、電子部品組立装置あるいは半導体製造装置等の高速位置決め送りの用途に利用されると共に、界磁永久磁石を可動子側に、電機子を固定子側に配置してなるムービングマグネット構造を有したリニアモータは、図3のようになっている。
図3は従来のリニアモータの正断面図であり、図4は従来のリニアモータの側面図である。詳細には図3は図4のA−A線に沿うもので、図4は図3の矢視B方向から見たものとなっている。従来例では界磁永久磁石の片側で電機子が対向するギャップ対向形構造のものを例にあげて説明する。
図において、1は固定ベース、2はリニアガイド、2aはガイドレール、2bはスライダ、11は界磁永久磁石、12は界磁ヨーク、13は電機子、14はテーブル、15はリニアスケール、16はスケールヘッド、17はスケールホルダである。
ここで、可動子は磁束を通す強磁性体からなる平滑形の界磁ヨーク12と、該界磁ヨーク12に取付けた平滑形の界磁永久磁石11とから構成されている。
また、固定子は界磁永久磁石11と磁気的空隙を介して対向配置された電機子13で構成されており、電機子13は電機子コアに電機子コイルを巻装したものとなっている。
さらに、固定子ベース1に制御用のリニアスケール15を配置し、可動子となるテーブル14に、スケールホルダ17を介して検出用のスケールヘッド16を配置したものとなっている。なお、図示しないリニスケールリード線はスケールヘッド16からテーブル14の上部に向かって引き出される構成となっている。
このような可動子は、固定ベース1上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール2aとスライダ2bとからなる一対のリニアガイド2により支持されると共に、界磁永久磁石11の上部に取り付けたテーブル14が、電機子13の長手方向(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する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電子部品組立装置等の分野で高速位置決め送りの要求が強いワイヤボンダについては、その要求される動作から高加減速性能を有するリニアモータのニーズが高まっている。
例えば、上記に示した従来のリニアモータ構造を、図示しないワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石11を有する可動子と、電機子13を有する固定子の間に、以下の(1)式で示される磁気吸引力が働き、リニアガイド2に対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることになり、リニアガイド2の寿命を縮めるという問題があった。
F∝ B2×Sg(N) …(1)
但し、磁気吸引力をF、ギャップ磁束密度をB、ギャップ表面積Sgとする。
【0004】
また、リニアモータの加速度仕様や実効推力が増大すると、電機子コイルの発熱が増大し、冷却が不十分であると、電機子13の熱が固定ベース1を介してリニアガイド2に伝導した後、ガイドレール2aが熱変形を生じたりあるいは固定ベース1に取付けるリニアスケール15に悪影響を与え、その結果、可動子の位置決め精度の誤差を生じるという問題があった。
さらに、電機子13自体の発熱を除去できないと、電機子13で生じた熱は界磁側にギャップを介して熱伝達すると共に、界磁永久磁石11側の温度上昇、熱変形を増加させ、界磁永久磁石11と電機子13との間の機械的なギャップ長に影響を与えることになり、可動子の位置決め精度の誤差を生じる原因となっていた。
そして、従来技術では、リニアスケール15を固定子側に、スケールヘッド16を可動子側に固定配置させているので、スケールヘッド16側にあるリニアスケールリード線(不図示)を可動子側で引きずり回すことになり、リニアモータの高加減速性能を悪化させる原因となっていた。
【0005】
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、リニアモータの磁気吸引力を相殺させて、リニアガイドの熱変形を防止すると共に、可動子の位置決め精度の誤差を防止することができ、しかも良好な高加減速性能を得ることが可能な高加速度形リニアモータを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項1に係る高加速度形リニアモータは、固定ベースと、前記固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、前記固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、前記リニアガイドに支持されると共に、前記スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、前記界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、前記界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、前記一対の電機子の一方を前記フレームに固定し、他方を前記ベースに固定してあり、前記可動子を前記ガイドレール部に沿って移動させるようにしたものである。
【0007】
請求項2の本発明は、請求項1記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記可動子側に制御用のリニアスケールを配置し、前記固定子側に検出用のスケールヘッドを配置したものである。
【0008】
請求項3の本発明は、請求項1記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記フレームおよび前記固定ベースに冷却ジャケットを設けたものである。
【0009】
請求項4の本発明は、請求項1記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記マグネットホルダは、非透磁率1.0〜1.05、かつ、比重2.8g/cm3以下となる非磁性材料で構成したものである。
【0010】
【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高加速度形リニアモータの正断面図、図2は本発明の高加速度形リニアモータの側面図である。詳細には図1は図2のA−A線に沿うもの、図2は図1の矢視B方向から見たものとなっている。なお、本発明の構成要素が従来と同じものについては同一符号を付してその説明を省略し、異なるものについて説明する。
図において、3はフレーム、4は界磁永久磁石、5はマグネットホルダ、5aは穴部、6は電機子、7は冷却ジャケット、7a、7bは冷媒孔、8はリニアスケール、9はスケールヘッド、9aはリニアスケールリード線、10はスケールホルダである。
本発明が従来と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、可動子は、リニアガイド2に支持されると共に、スライダ部2bと平行に取付けられた平板状のマグネットホルダ5と、該マグネットホルダ5の内部に設けた穴部5aに挿入固定された界磁永久磁石4とより構成している。このマグネットホルダ5は、非透磁率1.0〜1.05、かつ、比重2.8g/cm3以下となる非磁性材料であり、軽量化を図ったものとなっている。
また、固定子は、界磁永久磁石4と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石4の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた一対の電機子6であって、電機子6は電機子コアに電機子コイルを巻装したものとなっている。この一対の電機子6は、上部の電機子6aと下部の電機子6bで構成されると共に、一方の電機子6aは、固定ベース1上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレーム3に固定され、他方の電機子6bは固定ベース1に固定されている。
この場合、可動部である界磁永久磁石4と、固定部である電機子6の関係は、図2に示すように可動部の長さをLm、可動部の可動範囲(ストローク)をLstとしたとき、固定部となる電機子6の長さLaは、La>Lm+Lstとなっている。
【0011】
また、可動子側のマグネットホルダ5には、制御用のリニアスケール8を配置し、固定子側のフレーム3には、スケールホルダ10を介して検出用のスケールヘッド9を配置したものとなっている。なお、リニスケールリード線9aはスケールヘッド9からフレーム3の上部に向かって引き出されている。
さらに、フレーム3および固定ベース1には、夫々冷媒孔7a、7bを設けると共に、フレーム3、固定ベース1の長手方向に向かって冷却ジャケット7を形成し、冷却ジャケット7の内部に冷媒を流して電機子6側を冷却するようになっている。
【0012】
次に動作について説明する。
リニアモータの固定子内の電機子コイルに励磁されると、可動子と固定子との間に推力が発生し、可動子はリニアガイド2のガイドレール2a上を移動する。この時、リニアモータの可動子と固定子との間には吸引力が働くが、固定子を構成する一対の電機子6a、6bは、可動子を構成する界磁永久磁石4を間に挟み、界磁永久磁石4の鉛直方向に向かって向かい合う状態で取り付けられており、また、可動子は、平板状のマグネットプレート5に界磁永久磁石4を取り付けられているため、磁気吸引力によって作用する力は、この可動子と固定子で構成される系の中で相殺できる。そして、この吸引力が相殺されると、可動子やリニアガイド2に不要な力が作用することはない。
【0013】
したがって、本発明の実施例に係るリニアモータは、固定ベース1と、固定ベース1上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレーム3と、固定ベース1上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール2a部とスライダ2b部よりなる一対のリニアガイド2と、リニアガイド2に支持されると共に、スライダ2b部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダ5と該マグネットホルダ5に固定された界磁永久磁石4とよりなる可動子と、界磁永久磁石4と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石4の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子6からなる固定子とを備え、一対の電機子6の一方をフレーム3に固定し、他方を固定ベース1に固定してあり、可動子を前記ガイドレール2部に沿って移動させるようにしたので、本リニアモータをワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石4を有する可動子と電機子6を有する固定子の間で、磁気吸引力によって作用する力はこの系の中で相殺されることから、リニアガイド2に対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることはなく、リニアガイド2の寿命の低下を防止することができる。
【0014】
また、本実施例は固定ベース1およびフレーム3に冷却ジャケット7を形成し、固定ベース1およびフレーム3の長手方向に沿って冷媒を流すようにしたので、電機子コイルで発生する熱を冷媒により熱交換し、外部に熱を率良く取り去ることができる。その結果、電機子6の熱が固定ベース1を介してリニアガイド2に伝導することによるガイドレール2aの熱変形、あるいはリニアスケール8等に与える悪影響を解消することができ、これよりリニアガイド2の寿命の低下を防止し、可動子の位置決め精度を向上することができる。
【0015】
また、本実施例は、可動部のマグネットプレートを非透磁率1.0〜1.05、かつ、比重2.8g/cm3以下となる非磁性材料で構成したので、可動部の重量を軽量化できるため、ガイド寿命を長く且つ機構部の信頼性を向上させることができる。
【0016】
また、本実施例は、制御用のリニアスケール8を可動子側に、そしてスケールヘッド9を固定子側に固定配置させたので、スケールヘッド9側にあるリニアスケールリード線9aを固定子側から引き出すことで、従来のように可動子側からリニアスケールリード線を引きずり回すことが無くなり、リニアモータの高加減速性能を向上させることができる。
【0017】
【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。
本春明の実施例に係るリニアモータは、固定ベースと、固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、リニアガイドに支持されると共に、スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、一対の電機子の一方をフレームに固定し、他方を固定ベースに固定してあり、可動子をガイドレール部に沿って移動させるようにしたため、本リニアモータをワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石を有する可動子と電機子を有する固定子の間で、磁気吸引力によって作用する力はこの系の中で相殺されることから、リニアガイドに対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることはなく、リニアガイドの寿命の低下を防止することができる。
【0018】
また、本実施例は固定ベースおよびフレームに冷却ジャケットを形成し、固定ベースおよびフレームの長手方向に沿って冷媒を流すようにしたため、電機子コイルで発生する熱を冷媒により熱交換し、外部に熱を率良く取り去ることができる。その結果、電機子の熱が固定ベースを介してリニアガイドに伝導することによるガイドレール2aの熱変形、あるいはリニアスケール8等に与える悪影響を解消することができ与えるといった問題を解消することができ、これよりリニアガイドの寿命の低下を防止し、可動子の位置決め精度を向上することができる。
【0019】
また、本実施例は、可動部のマグネットプレートを非透磁率1.0〜1.05、かつ、比重2.8g/cm3以下となる非磁性材料で構成したため、可動部の重量を軽量化でき、ガイド寿命を長く且つ機構部の信頼性を向上させることができる。
【0020】
また、本実施例は、制御用のリニアスケールを可動子側に、そしてスケールヘッド側を固定子側に固定配置させたため、スケールヘッド側にあるリニアスケールリード線を固定子側から引き出すことで、従来のように可動子側からリニアスケールリード線を引きずり回すことが無くなり、リニアモータの高加減速性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す高加速度形リニアモータの正断面図である。
【図2】本発明の高加速度形リニアモータの側面図である。
【図3】従来のリニアモータの正断面図である。
【図4】従来のリニアモータの側面図である。
【符号の説明】
1:固定ベース
2:リニアガイド
2a:ガイドレール
2b:スライダ
3:フレーム
4:界磁永久磁石
5:マグネットホルダ
6:電機子
7:冷却ジャケット
7a、7b:冷媒孔
8:リニアスケール
9:スケールヘッド
9a:リニアスケールリード線
10:スケールホルダ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used for high-speed positioning feed of a machine tool, an electronic component assembling apparatus, a semiconductor manufacturing apparatus, or the like. The present invention relates to a high acceleration linear motor having a moving magnet structure arranged.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a moving magnet structure that is used for high-speed positioning feed of machine tools, electronic component assembling equipment, semiconductor manufacturing equipment, etc., and has a field permanent magnet on the mover side and an armature on the stator side. Is as shown in FIG.
FIG. 3 is a front sectional view of a conventional linear motor, and FIG. 4 is a side view of the conventional linear motor. 3 is taken along the line AA of FIG. 4, and FIG. 4 is viewed from the direction of arrow B in FIG. In the conventional example, a gap-facing structure in which an armature faces one side of a field permanent magnet will be described as an example.
In the drawing, 1 is a fixed base, 2 is a linear guide, 2a is a guide rail, 2b is a slider, 11 is a field permanent magnet, 12 is a field yoke, 13 is an armature, 14 is a table, 15 is a linear scale, 16 Is a scale head, and 17 is a scale holder.
Here, the mover includes a
The stator is composed of a field
Further, a
Such a mover is supported by a pair of linear guides 2 each composed of a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
2. Description of the Related Art In general, for a wire bonder for which a high-speed positioning feed is strongly required in the field of an electronic component assembling apparatus or the like, there is an increasing need for a linear motor having high acceleration / deceleration performance from the required operation.
For example, when the above-described conventional linear motor structure is applied to an application requiring high acceleration / deceleration performance, such as a wire bonder (not shown), a mover having a field
F∝B 2 × Sg (N) (1)
Here, the magnetic attraction force is F, the gap magnetic flux density is B, and the gap surface area is Sg.
[0004]
Further, when the acceleration specification and the effective thrust of the linear motor increase, the heat generation of the armature coil increases, and when the cooling is insufficient, the heat of the
Further, if the heat generated by the
In the prior art, since the
[0005]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to prevent a linear guide from being thermally deformed by offsetting a magnetic attraction force of a linear motor and to prevent an error in positioning accuracy of a mover. It is an object of the present invention to provide a high-acceleration linear motor capable of achieving high acceleration / deceleration performance.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a high-acceleration linear motor according to claim 1 of the present invention includes a fixed base, a gate-shaped frame provided along a longitudinal direction on the fixed base, A pair of linear guides each comprising a guide rail portion and a slider portion provided in parallel with the both sides and in the longitudinal direction, and a flat magnet supported by the linear guides and mounted in parallel with the slider portions. A mover comprising a holder and a field permanent magnet fixed to the magnet holder; and a movable element arranged via the magnetic gap between the field permanent magnet and two parallel surfaces of the field permanent magnet. And a stator consisting of a pair of armatures having armature coils attached to face each other, fixing one of the pair of armatures to the frame and the other Is fixed at over scan, in which said movable member adapted to move along the guide rail unit.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the high-acceleration linear motor according to the first aspect, a linear scale for control is arranged on the mover side, and a scale head for detection is arranged on the stator side. .
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the high acceleration linear motor according to the first aspect, a cooling jacket is provided on the frame and the fixed base.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, in the high acceleration linear motor according to the first aspect, the magnet holder has a non-magnetic permeability of 1.0 to 1.05 and a specific gravity of 2.8 g / cm 3 or less. It is made of material.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front sectional view of a high acceleration linear motor showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the high acceleration linear motor of the present invention. 1 is taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 2 is viewed from the direction of arrow B in FIG. The components of the present invention that are the same as those in the related art are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the figure, 3 is a frame, 4 is a field permanent magnet, 5 is a magnet holder, 5a is a hole, 6 is an armature, 7 is a cooling jacket, 7a and 7b are refrigerant holes, 8 is a linear scale, and 9 is a scale head. , 9a are linear scale lead wires, and 10 is a scale holder.
The differences between the present invention and the prior art are as follows.
That is, the mover is supported by the linear guide 2 and has a plate-
In addition, the stator is a pair of
In this case, the relationship between the field
[0011]
Further, a
Further, the
[0012]
Next, the operation will be described.
When the armature coil in the stator of the linear motor is excited, a thrust is generated between the mover and the stator, and the mover moves on the
[0013]
Therefore, the linear motor according to the embodiment of the present invention includes the fixed base 1, the gate-shaped
[0014]
Further, in the present embodiment, the cooling
[0015]
Further, in this embodiment, since the magnet plate of the movable portion is made of a non-magnetic material having a non-magnetic permeability of 1.0 to 1.05 and a specific gravity of 2.8 g / cm 3 or less, the weight of the movable portion is reduced. Therefore, the life of the guide can be extended and the reliability of the mechanism can be improved.
[0016]
Further, in this embodiment, since the control
[0017]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
The linear motor according to the embodiment of the present invention is provided with a fixed base, a gate-shaped frame provided along the longitudinal direction on the fixed base, and parallel to both sides on the fixed base and in the longitudinal direction. A pair of linear guides each including a guide rail portion and a slider portion, a plate-shaped magnet holder supported by the linear guide and mounted in parallel with the slider portion, and a field permanent magnet fixed to the magnet holder. The armature is composed of a pair of armatures having an armature and an armature coil disposed so as to face each of the two parallel surfaces of the field permanent magnet, the armature being disposed through the magnetic gap with the field permanent magnet. A pair of armatures, one of the pair of armatures is fixed to a frame, the other is fixed to a fixed base, and the mover is moved along the guide rail. Therefore, when this linear motor is applied to an application that requires high acceleration / deceleration performance such as a wire bonder, the force exerted by magnetic attraction between the mover having the field permanent magnet and the stator having the armature is Since the linear guide is canceled in this system, no force such as a radial load or a moment load is applied to the linear guide, and the life of the linear guide can be prevented from being shortened.
[0018]
Further, in the present embodiment, the cooling jacket is formed on the fixed base and the frame, and the refrigerant is caused to flow along the longitudinal direction of the fixed base and the frame. Heat can be removed efficiently. As a result, it is possible to solve the problem that the heat of the armature is conducted to the linear guide via the fixed base and the thermal deformation of the
[0019]
In this embodiment, the magnet plate of the movable portion is made of a non-magnetic material having a non-magnetic permeability of 1.0 to 1.05 and a specific gravity of 2.8 g / cm 3 or less, so that the weight of the movable portion is reduced. Thus, the guide life can be extended and the reliability of the mechanism can be improved.
[0020]
Also, in this embodiment, the linear scale for control is arranged on the mover side, and the scale head side is fixedly arranged on the stator side, so that the linear scale lead wire on the scale head side is pulled out from the stator side, Unlike the conventional case, the linear scale lead wire is not dragged from the mover side, and the high acceleration / deceleration performance of the linear motor can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view of a high-acceleration linear motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the high acceleration linear motor of the present invention.
FIG. 3 is a front sectional view of a conventional linear motor.
FIG. 4 is a side view of a conventional linear motor.
[Explanation of symbols]
1: Fixed base 2:
Claims (4)
前記固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、
前記固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、
前記リニアガイドに支持されると共に、前記スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、
前記界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、前記界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、
前記一対の電機子の一方を前記フレームに固定し、他方を前記ベースに固定してあり、
前記可動子を前記ガイドレール部に沿って移動させるようにしたことを特徴とする高加速度形リニアモータ。Fixed base,
A gate-shaped frame provided along the longitudinal direction on the fixed base,
A pair of linear guides comprising a guide rail portion and a slider portion provided in parallel with both sides on the fixed base and in the longitudinal direction,
A mover comprising a plate-like magnet holder mounted on the linear guide in parallel with the slider portion and a field permanent magnet fixed to the magnet holder,
A stator comprising a pair of armatures arranged with the field permanent magnet via a magnetic gap and having armature coils attached to each of two parallel surfaces of the field permanent magnet. With
One of the pair of armatures is fixed to the frame, the other is fixed to the base,
A high-acceleration linear motor, wherein the mover is moved along the guide rail portion.
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