JP2004312869A

JP2004312869A - リニアモータ

Info

Publication number: JP2004312869A
Application number: JP2003102620A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Masago; 一朗眞砂
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】推力効率と冷却効率のよいリニアモータを提供する。
【解決手段】外周にコイル１５を巻回した内ヨーク１３は磁束密度の低い中央部に冷媒２１を通す中空孔１３ａを有し、さらにその中に金属パイプ１４を配設しており、マグネット１２の磁極とコイル１５に流す電流の向きによって外ヨーク１１側が移動し、マグネット１２と対向するコイル１５の全周にわたり推力に変換できるため推力効率がよい。内ヨーク１３、金属パイプ１４および冷媒２１によって、コイル１５を効率よく冷却し、温度上昇による推力低下を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイスコイル型リニアモータの冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器の小型高性能化により、機器の駆動用に使われるモータの高性能化の要望が強くなり、回転電機とボールネジの組合せでは対応できない用途にリニアモータが検討されている。
【０００３】
従来の外ヨークにマグネットを備えたボイスコイル型のリニアモータについて説明する。
【０００４】
図３において、外ヨーク３１、内ヨーク３２と側ヨーク３３とで日の字形の閉鎖磁気回路を構成し、外ヨーク３１と内ヨーク３２で構成される対向面に同じ幅のマグネット３４を極性が異なるようにストローク方向に２組を上下に固着している。非磁性体のコイルボビン３５にコイル３６を設け、マグネット３４と空隙を介して軸方向に移動自在にしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、推力低下を防止する冷却構造として、上記の電機子を保持し、かつ、各々のヨークの周囲を覆うように設けたカバーと、各々のヨークとが対向する面の間に液冷却管を設け、液冷却管は給水口から排水口に至る管路を立体的に曲げて一体成形している（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２１４５３０号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７７２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のボイスコイル型リニアモータは、発熱部であるコイルを冷却するためコイルボビンに冷媒を通す構造にすると、コイルの冷却効果は期待できるものの、今度は磁気ギャップが広くなり推力が低下し、課題があった。
【０００８】
一方、特許文献２のボイスコイル型リニアモータのように、固定部である外ヨーク、内ヨークを冷却する場合、発熱部であるコイルに直接接していないため冷却効率が悪く、かつ外ヨーク、内ヨークが磁路のため磁路が小さくなった分、磁気飽和しやすくなり、大推力を得る上で課題があった。
【０００９】
特に、ダイボンダのような半導体製造装置は、生産性向上や高精度化のため大推力で温度上昇を低くする必要があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、推力効率と冷却効率のよいリニアモータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明のリニアモータは、中空部を有する外ヨークとその中空部の内周全面を単一極で覆い固着したマグネットとを有する外ヨークユニットと、柱状の内ヨークとその外周に巻回したコイルとを有する内ヨークユニットとを備え、前記内ヨークは磁束密度の低い中央部に冷媒を通す中空孔を備えたものである。
【００１２】
また、内ヨークの中空孔に複数の金属パイプを備えたものである。
【００１３】
さらに、複数の外ヨークユニットは、互いに隣り合う磁極を異極とし、内ヨークユニットのコイルは、マグネットに対応して複数組接続され、互いに隣り合うコイルの電流の向きが反対になるように通電し、外ヨークユニットを可動させるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１記載のリニアモータは、磁束密度の低い中央部に冷媒を通す中空孔を備えたもので、発熱部であるコイルを効率よく冷却でき、推力低下を防止できる。
【００１５】
また、請求項２記載のリニアモータは、中空孔に複数の金属パイプを設けることで冷却効果がより増加し、温度上昇を抑制する。
【００１６】
また、請求項３記載のリニアモータは、マグネットと対向するコイルの全周にわたり推力に変換できるため推力効率と冷却効率のよいリニアモータが得られる。
【００１７】
さらに、上記のリニアモータを搭載することで半導体チップを供給するノズル駆動装置の小型・軽量化が可能となり、高速化を実現できる。
【００１８】
【実施例】
以下、外ヨークユニットが可動する本発明のリニアモータについて、図を参照して説明する。
【００１９】
図１において、１２角形の中空部を有する外ヨーク１１の中空内周全面にマグネット１２を固着し、内周面を単一極にしている。一方、内ヨーク１３の外周面を絶縁処理して、コイル１５を巻回している。
【００２０】
この内ヨーク１３の磁束密度の低い中央部には、冷媒２１を流す中空孔１３ａを設けており、その中に複数の金属パイプ１４を配設している。
【００２１】
この中空孔１３ａと金属パイプ１４内部に冷媒２１を流すと、通電によってコイル１５が発生する熱を内ヨーク１３から冷媒２１、冷媒２１から金属パイプ１４、金属パイプ１４から冷媒２１に効率よく放散できる。
【００２２】
図２において、１１は外ヨーク、１２はマグネット、１３は内ヨーク、１３ａは中空孔、１４は金属パイプ、１５はコイル、１６、１７は取付台、１８はマグネット押え板、１９は連結スペーサ、２０はリニアガイドである。
【００２３】
図１で説明したように外ヨーク１１にマグネット１２を固着したものを２組（ただし、マグネット内周面は異極）を、磁性体で構成した連結スペーサ１９の両側に配置する。さらに、マグネット押え板１８を外ヨーク１１の両外側に配置し、それぞれを一体に連結して外ヨークユニットを構成する。このマグネット押え板１８は、温度変化や高速駆動などでマグネット１２の固着力が低下して移動または脱落するのを防止する。
【００２４】
一方、絶縁処理した内ヨーク１３外周上に、２組のマグネット１２と対応するように２区間に分け、電流の向きが反対になるように逆巻回したコイル１５を接続して内ヨークユニットを構成する。
【００２５】
マグネット１２とコイル１５との推力方向の寸法差がストロークとなり、本実施例ではコイル１５を大きくしている。また、連結スペーサ１９とストローク長は概ね同じ寸法にする。
【００２６】
外ヨークユニットと内ヨークユニットのギャップが一定になるように内ヨーク１３の両端を取付台１６、取付台１７で保持し、さらにリニアガイド２０の可動側と外ヨークユニットを連結する。
【００２７】
ここで磁路について説明する。２つの外ヨークと磁極の異なる２つマグネット、１つの内ヨークと２つのコイル、連結スペーサ（磁性体）で閉鎖磁路が構成される。すなわち、マグネット内面（仮にＮ極とする）から内ヨークへ、そして順次、内ヨーク内から隣り合うマグネットの内面（Ｓ極）、マグネット内から外周（Ｎ極）、外ヨークから連結スペーサ、元の外ヨーク内を経て元のマグネット外周（Ｓ極）に環流する。
【００２８】
コイル１５はこの閉鎖磁路内で鎖交しており、コイル１５に通電すると、マグネット１２と対向したコイル１５の全周にわたり推力に変換され、２つのコイル１５に流れる電流の向きと、２組のマグネット１２の磁極（異極）とによって決まる推力方向が同じとなり、外ヨークユニットが移動する。
【００２９】
一方、冷媒２１を流す中空孔１３ａは、内ヨーク１３の磁束密度の低い中央部に設けており、この磁路に対して悪影響を与えることはない。
【００３０】
コイル側を固定（マグネット側を可動）する構成であり、コイル断線や冷媒パイプ破断の心配がなく、コイルを効果的に冷却できる。
【００３１】
このように、温度上昇と推力低下を抑制できるため、高速、高精度を必要とするダイボンダなどの直線駆動源に適している。
【００３２】
なお、本実施例では中空孔に複数の金属パイプを配設して説明したが、コイルの発熱が小さい場合は金属パイプなしでも実施できる。また、中空孔は中央付近に複数設けてもよい。冷媒もコイルの発熱を考慮して、気体冷却あるいは液体冷却を決定する。
【００３３】
また、外ヨークの中空部形状を１２角形、内ヨークの外形を円形としたが、ヨークの加工性、接着や巻線の作業性を考慮し、マグネットとコイルのギャップを小さくして磁束を有効利用すればよい。また、外ヨークは磁性板をプレス積層して構成すれば、多角形や凹部の形成が容易となる。
【００３４】
また、マグネットとコイルを２組（直列）で説明したが、３組以上でも実施できる。特に、４組（本実施例２組を並列）の場合、連結スペーサを非磁性体で構成し、互いに隣り合う磁極を異極にして連結し、互いに隣り合うコイルの電流の向きを反対にすればよく、大推力を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように請求項１記載の発明によれば、内ヨークの磁束密度の低い中央部に冷媒を通す中空孔を備えたので、コイルを効率よく冷却でき、推力低下を防止できる。
【００３６】
また、請求項２記載の発明によれば、中空孔に複数の金属パイプを設けることで冷却効果がより増加し、温度上昇を抑制することができる。
【００３７】
また、請求項３記載の発明によれば、マグネットと対向するコイルの全周にわたり推力に変換できるため推力効率と冷却効率のよいリニアモータが得られる。
【００３８】
さらに、上記リニアモータで半導体チップを供給するノズルを駆動すれば、温度上昇が抑制され推力低下がなく、高速、高精度の設備が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における要部説明図
【図２】本発明の一実施例におけるリニアモータの断面図
【図３】従来のボイスコイル型リニアモータの要部説明図
【符号の説明】
１１外ヨーク
１２マグネット
１３内ヨーク
１３ａ中空孔
１４金属パイプ
１５コイル
２１冷媒

Claims

中空部を有する外ヨークとその中空部の内周全面を単一極で覆い固着したマグネットとを有する外ヨークユニットと、柱状の内ヨークとその外周に巻回したコイルとを有する内ヨークユニットとを備え、前記内ヨークは磁束密度の低い中央部に冷媒を通す中空孔を備え、前記マグネット内面とコイル外周とのギャップを保持し、コイルに流す電流の向きによって一方のユニットが移動するリニアモータ。
内ヨークの中空孔に複数の金属パイプを備えた請求項１に記載のリニアモータ。
複数の外ヨークユニットは、互いに隣り合う磁極を異極とし、内ヨークユニットのコイルは、マグネットに対応して複数組接続され、互いに隣り合うコイルの電流の向きが反対になるように通電し、外ヨークユニットを可動させる請求項１または請求項２記載のリニアモータ。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリニアモータで半導体チップを供給するノズルを駆動するノズル駆動装置。