JP2005039959A

JP2005039959A - 吸引力相殺形リニアモータ

Info

Publication number: JP2005039959A
Application number: JP2003276089A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yamamoto; 雅也山本; Takashi Yamada; 孝史山田; Tadahiro Miyamoto; 恭祐宮本; Takao Fujii; 崇男藤井
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】リニアモータをＸＹ軸方向の平面内を移動するＸＹステージに適用した場合に、移動方向によらず冷却性能の優れた吸引力相殺形リニアモータを提供する。
【解決手段】吸引力相殺形のリニアモータの可動子７は、ピンフィン３１を有するヒートシンク３０を設けることでフィン表面積が大きくなり、モータの移動方向によらず、モータを効果的に冷却できる。また、ピンフィン３１の上部に冷却風を導入する冷却ファン１２を設けると共に、ピンフィン３１の上端近傍の外周にピンフィン３１の上端からの冷却風の漏れを防ぐためのカバー１３を設けることで、リニアモータ停止時にも大きな放熱を得ることができる。また、冷却ファン１２を取り付けた場合、ピンフィン３１にカバー１３を取り付けることによりピンフィン３１の上端からの冷却風の漏れがなくなり、効果的な冷却を行うことができる。
【選択図】図３

Description

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吸引力相殺形リニアモータに関し、特にコア付リニアモータの冷却装置に関する。

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の両側に界磁を配置した吸引力相殺形のリニアモータは図５のようになっている。なお、図５は従来の吸引力相殺形リニアモータの正断面図である（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００―３７０７０号公報（明細書第３頁〜４頁、第１図）

図５において、１はリニアモータ、２はリニアガイド、３は固定台、４は固定子、５は界磁ヨーク、６は永久磁石、７は可動子、８は電機子コイル、９はコア、９Ａはスロット、９Ｂは貫通穴、１０はテーブル、１０ａは雌ねじ部、１１ボルトである。
このような構成において、界磁ヨーク５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６が隣り合わせに並べて配置されており、界磁ヨーク５と永久磁石６とで固定子４を構成しており、固定子４は固定台３上に二つ設けられている。この２つの固定子４の間に永久磁石６の磁石列と磁気的空隙を介して対向して電磁鋼板を永久磁石６の高さ方向に積層してなるコア９が設けられている。コア９は、そのスロット９Ａ内部に電機子コイル８を巻装して周囲をモールド樹脂で固着しており、コア９と電機子コイル８とで可動子７を構成している。また、コア９の上にはテーブル１０が設けられている。コア９とテーブル１０の取り付けは、コア９の雌ねじ部１０Ａにボルト１１を通した後、テーブル１０の雌ねじ部１０Ａにボルト１１をねじ込んで締結されている。そして、テーブル１０はガイドレール２Ａとスライダ２Ｂからなるリニアガイド２により支持され、固定台３に設けたガイドレール２Ａ上をテーブル１０に設けたスライダ２Ｂがテーブル１０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。

上記の吸引力相殺形のリニアモータにおいて、可動子に電機子が装備された場合は電機子コイルから発生される熱を考慮して、可動子の過熱を割けるため冷却対策が講じられていた。冷却対策の一例として、例えば、図６および図７に示すものがある。なお、図６は従来のリニアモータ可動子の側面図である。図７は図６を矢視Ａ方向から見たリニアモータ可動子の平面図である。
図６および図７において、電機子コイル８から発生される熱をテーブル１０を介して外部に放熱させるため、テーブル１０の移動方向に沿って平行に配置された複数の平形フィン２１を有したヒートシンク２０が設けられたものとなっている。このように構成されたリニアモータ１は、ヒートシンク２０を用いてテーブル１０に密着させ放熱表面積を大きくすることで冷却効果を高めている。また、可動子７が移動方向に移動することで空冷効果も得ることができる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−６９７４５号公報（明細書第３頁〜4頁、第１図）

従来の吸引力相殺形リニアモータはフィンの形状が平形状であるため、リニアモータがフィンの長手方向に移動する場合にはモータの発熱に対して大きな冷却効果を得ることができる。しかしながら、図８のＸＹステージの例に示すように、例えばリニアモータを、ＸＹ軸方向の平面内を移動し、ウエハの位置決めを行うためのＸＹステージに適用した場合は、リニアモータ１０１、１０２が、フィンの長手方向と直交する向きに移動した場合にはフィンの長手方向に移動する場合と比べると小さな冷却効果しか望めず、リニアモータ１０１、１０２を充分に冷却することが難しいという問題があった。また、モータの冷却が不十分であると、テーブルの熱変形が生じて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。
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、リニアモータをＸＹ軸方向の平面内を移動するＸＹステージに適用した場合にモータの移動方向によらず、冷却性能の優れた吸引力相殺形リニアモータを提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、請求項１の発明は、界磁ヨーク上に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てなる２つの固定子と、前記２つの固定子の間に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電機子コイルを巻装した電機子よりなる可動子とを備えた吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記可動子の上部に前記可動子または前記固定子より生じる熱を外部に放熱するように複数本のピンフィンを設けたものであることを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記ピンフィンの上部に冷却風を導入する冷却ファンを設けたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記ピンフィンの上端近傍の外周に、前記ピンフィンの上端からの冷却風の漏れを防ぐためのカバーを設けたことをを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記ピンフィンの前端または後端の近傍に、冷却風を導入する冷却ファンを設け、前記ピンフィンと前記冷却ファンとの距離が冷却ファンの中心部で長く、外側で短いことを特徴とするとしている。
請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の何れか1項に記載の吸引力相殺形リニアモータにおいて、前記ヒートシンクと前記可動子の間に高熱伝導性のグリースを塗布したことを特徴としている。

本発明によれば次のような効果がある。
（１）ヒートシンクのフィン形状を平形からピンに変えることで、フィン表面積が大きくなると共に、モータの移動方向によらず、モータを効果的に冷却することができる。
（２）フィンの上部に冷却ファンを取り付けることでモータ停止時にも大きな放熱を得ることができる。
（３）冷却ファンを取り付けた場合フィンにカバーを取り付けることにより、ピンフィンの上端からの冷却風の漏れがなくなり効果的な冷却を行うことができる。
（４）ピンフィンの冷却ファンとの距離が冷却ファンの中心部で長く、外側で短い構成にすることで、冷却ファンにより発生された冷却風が冷却ファンからの距離が短い外側のピンフィン群によって、内側に導かれ．中央部のピンフィン群に多く流れるようになるため、より効率よく冷却することができる。
（５）可動子の一部を構成するテーブルとヒートシンクの間にシリコングリース等を塗布することで接触熱伝達が上がり、冷却効果を向上させることができる。

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可動子の側面図、図２は図１を矢視Ａ方向から見たリニアモータ可動子の平面図である。なお、電機子を可動子に、界磁を固定子とするリニアモータの基本的な構成は従来技術と同じであり、本発明の構成要素が従来技術と異なる点のみ説明する。
図において、３０はヒートシンク、３１はピンフィンである。
本発明の特徴は以下の通りである。
すなわち、可動子７の上部に可動子７、固定子４より生じる熱を外部に放熱するように複数本のピンフィン３１を有するヒートシンク３０を設けた点である。

次に、リニアモータ１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８に供給すると、可動子７が一定推力を発生すると共に、電機子コイル８およびコア９は発熱を起こす。電機子コイル８およびコア９で発生した熱は、テーブル１０を経由してヒートシンク３０のピンフィン３１に伝わり、発熱はピンフィン３１からの自然対流によって取り去られ、外気と熱交換される。このように電機子コイル８の温度上昇が抑制されることで、テーブル１０への伝熱による熱変形を抑制できる。
したがって、第１実施例はヒートシンク３０のフィン形状がピン形状を有することから、フィン表面積が大きくなると共に、リニアモータをＸＹ軸方向の平面内を移動するＸＹステージに適用した場合に、リニアモータの移動方向によらず、モータを効果的に冷却することができる。

図３は本発明の第２の実施例を示すリニアモータの可動子の側面図である。
図において、１２は冷却ファンである。
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、ピンフィン３１の上部に冷却風を導入する冷却ファン１２を設け、ピンフィン３１の上端近傍の外周にピンフィン３１の上端からの冷却風の漏れを防ぐためのカバー１３を設けた点である。なお、ファンの取付方向を逆にしてファン上部から外気を吸い込み、下側のピンフィンの方向に吐き出させるといった冷却風の導入方向を変更するようにしても構わない。
したがって、第２実施例はピンフィン３１の上部に冷却ファン１２を取り付けることでリニアモータ停止時にも大きな放熱を得ることができる。また、冷却ファン１２を取り付けた場合、ピンフィン３１にカバー１３を取り付けることによりピンフィン３１の上端からの冷却風の漏れがなくなり、効果的な冷却を行うことができる。

図４は本発明の第３の実施例を示すリニアモータの可動子の平面図である。
第３の実施例が第２の実施例と異なる点は、ピンフィン３１の前端または後端の近傍に、冷却風を導入する冷却ファン１４を設け、ピンフィン３１と冷却ファン１４との距離が冷却ファン１４の中心部で長く、外側で短くした点である。
したがって、第３実施例はピンフィン３１の前端または後端の近傍に冷却風を導入する冷却ファン１４を設け、ピンフィン３１と冷却ファン１４との距離が冷却ファン１４の中心部で長く、外側で短い構成にしたので、各放熱フィンの通風抵抗による冷却ファンへの風圧が減り、冷却ファンにより発生された冷却風が冷却ファンからの距離が短い外側の放熱フィンによって、内側に導かれ．中央部の放熱フィンに多く流れるようになる。これにより発熱体により近く、温度が高い中央部の放熱フィンをより効率よく冷却することができる。
なお、可動子の一部を構成するテーブルとヒートシンクの間には、電機子からの熱伝達をヒートシンクに効率よく行うことができるよう、高熱伝導性のシリコングリース等を塗布すると、接触熱伝達が上がるため冷却効果を向上させることができる。

本発明の第１の実施例を示すリニアモータ可動子の側面図、図１を矢視Ａ方向から見たリニアモータ可動子の平面図本発明の第２の実施例を示すリニアモータ可動子の側面図本発明の第３の実施例を示すリニアモータ可動子の平面図従来の吸引力相殺形リニアモータの正断面図である。従来のリニアモータ可動子の側面図である。図６を矢視Ａ方向から見たリニアモータ可動子の平面図である。リニアモータを備えたＸＹステージの例を示す全体斜視図である。

符号の説明

１リニアモータ
２リニアガイド
３固定台
４固定子（界磁部）
５界磁ヨーク
６永久磁石
７可動子（電機子部）
８電機子コイル
９コア
９Ａスロット、
９Ｂ貫通穴
１０テーブル
１０Ａ雌ねじ部
１１ボルト
１２冷却ファン
１３カバー
１４冷却ファン
２０、３０ヒートシンク
２１、３１ピンフィン

Claims

界磁ヨーク上に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てなる２つの固定子と、前記２つの固定子の間に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電機子コイルを巻装した電機子よりなる可動子とを備えた吸引力相殺形リニアモータにおいて、
前記可動子の上部に前記可動子または前記固定子より生じる熱を外部に放熱するように複数本のピンフィンを設けたものであることを特徴とする吸引力相殺形リニアモータ。
前記ピンフィンの上部に冷却風を導入する冷却ファンを設けたことを特徴とする請求項１記載の吸引力相殺形リニアモータ。
前記ピンフィンの上端近傍の外周に、前記ピンフィンの上端からの冷却風の漏れを防ぐためのカバーを設けたことを特徴とする請求項２記載の吸引力相殺形リニアモータ。
前記ピンフィンの前端または後端の近傍に、冷却風を導入する冷却ファンを設け、前記ピンフィンと前記冷却ファンとの距離が冷却ファンの中心部で長く、外側で短いことを特徴とする請求項１記載の吸引力相殺形リニアモータ。
前記ヒートシンクと可動子の間に高熱伝導性のグリースを塗布したことを特徴とする請求項１、２、３または４の何れか1項に記載の吸引力相殺形リニアモータ。