JP2006060969A - コアレスリニアモータ用電機子およびリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 ベースにアリ溝を形成することで、樹脂モールドの機械的抜け防止効果が得られ、その結果、巻線樹脂モールドの固定信頼性が向上するコアレスリニアモータ用電機子を提供する。
【解決手段】 ベース８と電機子巻線６とをモールド樹脂９によって一体構成するコアレスリニアモータ用電機子において、ベース８の長さ方向内側にアリ溝８ａを形成し、モールド樹脂９をこのアリ溝８ａに充填することによりモールド樹脂９がベース８から抜け落ちるのを防止をした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、特に半導体関連装置や工作機械に使用されるコアレスリニアモータ用電機子およびリニアモータに関するものである。

コアレスリニアモータは、固定子側および可動子側のいずれかに界磁となる永久磁石と、他方にこの永久磁石とわずかな空隙を介して電機子巻線を備えて成るモータで、その電機子巻線は、ヘリカル巻あるいは集中巻に成形しており、動力伝達部材となる金属等で形成されたベースを有している（特許文献１および２参照）。
特開平１１−３３２２１２号公報 特開２００２−１６５４３４号公報

特許文献１記載のリニアモータは、取付ベースの熱変形を防止するもので、電機子巻線支持体に凹部を形成し、冷媒通路とすることにより、冷媒が電機子巻線支持体の部分を通ることができ、電機子巻線支持体と冷媒との熱伝達面積が増すとともに、電機子巻線と冷媒との熱伝達面積が増して、冷媒への熱伝達量が増加するようにしている。
また、特許文献２記載のリニアモータは、電機子巻線の固定枠に発生する渦電流による電機子巻線の温度上昇を抑制するもので、電機子巻線固定枠をステンレスなどの非磁性の薄肉部材で構成し、かつ電機子巻線固定枠の両端部を巻線固定枠の長手方向に向かって永久磁石の磁極ピッチに相当する長さの範囲だけ傾斜させて成形するようにしている。

しかしながらこれらの従来技術に関するコアレスリニアモータは、共通して次ぎのような２つの課題を有していた。それらの課題について図４および図５を用いて説明する。
図４は従来技術に係るコアレスリニアモータの樹脂モールド部分を説明する図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は進行方向に対して直角に切った断面図である。
図において、１は界磁組、２はヨーク、３は永久磁石、４はブロック、１５は電機子、６は電機子巻線、７は巻線位置決め用を兼ねる基板、１８はベース、１９はモールド樹脂である。界磁組１はヨーク２と永久磁石３とブロック４とから構成される。電機子１５は、電機子巻線６と巻線位置決め用を兼ねる基板７とベース１８とから構成され、モールド樹脂１９によって一体化されている。コアレスリニアモータは、磁界内に配置された電機子巻線６に通電することでフレミングの左手の法則により直線運動し、図４（ａ）において電機子１５が図で左右方向に、図４（ｂ）で紙面に垂直方向に移動する。
しかしながら、この従来技術に係るコアレスリニアモータには次のような課題（第１の課題）があった。図４において、ベース１８の溝はストレート溝１８ａであるため、巻線６と基板７とベース１８を一体構造とするモールド樹脂１９の固定はモールド樹脂１９の固着力に頼るしかなかった。
したがって、固定の信頼性が低く、過度の外力に対し、外れる危険性があった。

図５は従来技術に係るコアレスリニアモータの第２の課題を説明する図で、冷却部分の分解斜視図である。
図において、２１はジャケット、２２はジャケット、２３はベース、２４はコイルモールド、２５はコイル、５１ａは第１シール材、５１ｂは第２シール材、２９ａ，２９ｂはネジである。
従来技術のベース２３に樹脂で一体モールドされた電機子巻線２５を有する液冷仕様のリニアモータ電機子において、２分割したジャケット２１とジャケット２２の合わせ面にはシール材５１ａが塗布され、ネジ２９ａでのネジ締結により封止が確保されている。
一方、ベース２３とジャケット２１、ジャケット２２の合わせ面にもシール材５１ｂが塗布され、ネジ２９ｂによりネジ締結され、封止性能が与えられている。
このように従来の液冷ジャケットは２分割したジャケット２１，２２同士の合わせ面とジャケット２１．２２とベース２３の合わせ面をそれぞれシール材５１ａ、５１ｂで封止していたのである。
ところが、ジャケット２１とジャケット２２とベース２３の合わせ面をシール材５１ｂで封止しているので、保存時あるいは使用時の周囲温度変化や使用時の発熱によるジャケット２１，２２，ベース２３が温度変化にさらされると、ジャケット２１，２２とベース２３の線膨張係数の違いからシール材５１ｂの剥離を起こし、封止性能を破壊する問題があった。
また、電機子が長手方向に長い場合にその影響が顕著に現れるという問題があった。
さらに、幅方向にはジャケット２１、２２の合わせ面のシール材５１ａが剥離を起こす問題もあった。

以上のように、従来技術に係るコアレスリニアモータには、巻線と基板とベースを一体構造とするモールド樹脂の固定はモールド樹脂の固着力に頼るしかないため、固定の信頼性が低く、過度の外力に対し、外れる危険性があったので、これを解決し、ベースと電機子巻線の固定の信頼性向上を図ることを第１の課題としている。
また、ジャケットとベースの線膨張係数の違いが封止性能に与える影響を排除できる構造にすることを第２の課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、コアレスリニアモータ用電機子に係り、ベースと電機子巻線とをモールド樹脂によって一体構成するコアレスリニアモータ用電機子において、前記ベースの長さ方向内側にアリ溝を形成し、前記モールド樹脂を前記アリ溝に充填することにより前記モールド樹脂の抜け防止をしたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のコアレスリニアモータ用電機子に係り、前記電機子巻線を位置決め固定した基板の端部を前記アリ溝に収納した状態で前記モールド樹脂を前記アリ溝に充填したことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のコアレスリニアモータ用電機子に係り、前記ベースを金属製ベースで構成し、前記金属製ベースと前記電機子巻線とをモールド樹脂によって一体構成し、樹脂モールドされた前記電機子巻線部分を包み込み密閉する樹脂製のジャケットとを有するコアレスリニアモータ電機子において、前記ジャケットが第１ジャケットと第２ジャケットに２分割され、前記第２ジャケットが前記第１ジャケットに対し第１Ｏリングで封止され、前記第１ジャケットが前記金属製ベースに対し第２Ｏリングで封止されていることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のコアレスリニアモータ用電機子に係り、前記第１ジャケットと前記第２ジャケット間に前記樹脂モールドを貫通する支柱を立て、前記支柱を挟んで締結したことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、コアレスリニアモータに係り、永久磁石を配設したヨークと前記ヨークを支持するブロックとから成る界磁組と、前記永久磁石に空隙を介して前記電機子巻線を対向させるように前記界磁組近傍に配置させて成る請求項１又は２記載のコアレスリニアモータ用電機子と、から構成することを特徴としている。

このようにベースにアリ溝を形成することで、樹脂モールドの機械的抜け防止効果が得られ、その結果、巻線樹脂モールドの固定信頼性が向上する。
また、ジャケット間をＯリングで封止し、その合わせ面をベースに接しないようにすることで、保存時あるいは使用時の周囲温度変化や使用時の発熱によりジャケット、ベースが温度変化にさらされてもジャケット、ベースの線膨張係数の違いによる封止性能の破壊を生じないようにすることができる。
また、ジャケットと金属製ベース間をＯリングで封止することによって、ジャケットとベースの線膨張係数の違いが封止性能に影響しなくなる。
さらに、ジャケットの間に多数の支柱を立てることで、冷媒を循環させる際に発生するジャケット内圧力によりジャケットが外側へ変形し、可動子と固定子間の空隙を狭まることを抑制することができる。
また、冷媒流量を高く設定できることから、ジャケット表面の温度上昇を抑制できる、またはリニアモータの発生推力を大きくすることができる。

以下、コアレスリニアモータの本発明の第１の実施例に係る樹脂モールド部分を図１に基づいて説明する。
図１は本発明に係るコアレスリニアモータの断面図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は進行方向に対して直角に切った断面図である。
図において、図４と同じ符号は同一部材を指すので重複説明は省略する。
電機子５は、電機子巻線６と巻線位置決め用を兼ねる基板７とベース８とから構成され、モールド樹脂９によって一体化されている。図１のベース８とモールド樹脂９は図４のベース１８とモールド樹脂１９と形状が異なっているのが第１の実施例の特徴である。すなわち、ベース８には抜け防止型のアリ溝８ａを形成し、アリ溝８ａに電機子巻線６および基板７を垂直状態に挿入した状態でモールド樹脂９を充填・固化している。
このようにしたことで、基板７に落下方向に過度の外力がかかってもモールド樹脂９がアリ溝８ａから抜け落ち難くなるので、外れる危険性がなくなった。このようにモールド樹脂９の機械的抜け防止効果により、ベース８と電機子巻線６の固定信頼性を向上することとなった。

さらに、アリ溝８ａ内に収容される基板７の部位に貫通孔を複数箇所に設けておくことにより、充填されたモールド樹脂９が貫通孔を介して一体に固化するため、機械的抜け防止効果がさらに向上する。

以上述べたように、本発明により、ベースと電機子巻線をモールド樹脂によって一体構成するコアレスリニアモータにおいて、ベースに抜け防止のアリ溝を形成することで、樹脂モールドの機械的抜け防止効果となる。ベースと電機子巻線の固定信頼性向上に貢献する。

図２は、コアレスリニアモータの本発明の第２の実施例に係る冷却部分を説明する分解斜視図である。
図において、図５と同じ符号は同一部材を指すので重複説明は省略する。
第１ジャケット２１はベース２３に電機子巻線２５が樹脂で一体モールドされたコイルモールドに覆い被さるように挿入され、第２Ｏリング２７ｂを介してベース２３にネジ２７ｂで締結されることでベース２３との接合面を封止している。Ｏリングには弾性があるため、保存時あるいは使用時の周囲温度変化や使用時の発熱により第１ジャケット２１とベース２３が温度変化にさらされても第１ジャケット２１とベース２３の線膨張係数の違いによる封止性能の破壊を生じないようにすることができる。
また、第２ジャケット２２は第１ジャケット２１に対して第１Ｏリング２７ａを介してネジ２９ａで締結されており、接合面がベース２３と接しておらず、保存時あるいは使用時の周囲温度変化や使用時の発熱による温度変化にさらされても封止性能へ影響しないようにすることができる。

図３は、コアレスリニアモータの本発明の第３の実施例に係る冷却部分を説明する分解斜視図である。
図において、ジャケット２１の構成は実施例２と同様であるので、重複説明は省略する。コイルモールド内の電機子巻線２５は集中巻きで、各電機子巻線の空芯部にモールドごと表裏に貫通する穴が１個以上あけられている。第１ジャケット２１をベース２３にネジ２９ｂで締結した後、２個のＯリング３３を装着した支柱３２を前記貫通穴に挿入し、第２ジャケット２２を第１ジャケット２１に第１Ｏリング２７ａを介してネジ２９ａで締結する。第１ジャケット２１、第２ジャケット２２は支柱３２に対してもそれぞれＯリング３３を介してネジ締結する。第１ジャケット２１側から支柱３２に締結するネジは図示していない。
このようにすることで、第２実施例の持つ効果をここでも同様に持つ他、冷媒を循環させる際に発生するジャケット内圧力によりジャケット２１，２２が外側へ変形し、可動子と固定子間の空隙を狭めることを抑制することができる。
また、冷媒流量を高く設定できることから、ジャケット表面の温度上昇を抑制できる、またはリニアモータの発生推力を大きくすることができる。

このように第２および第３実施例によれば、ベースとジャケット間がＯリングで封止されており、またジャケット同士の合わせ面がベースと接触しないことによって、周囲温度や使用時の発熱にさらされても封止性能が破壊を生じないようにできるので、あらゆる用途で液冷が必要なリニアモータのジャケット構造に適用できる。

コアレスリニアモータの本発明の第１実施例に係る樹脂モールド部分を説明する図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は進行方向に対して直角に切った断面図である。 リニアモータの本発明の第２実施例に係る液冷ジャケットの斜視図である。 第２実施例の改良版である第３実施例に係る液冷ジャケットの斜視図である。 従来技術に係るコアレスリニアモータの樹脂モールド部分を説明する図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は進行方向に対して直角に切った断面図である。 従来のリニアモータの液冷ジャケットの斜視図である。

符号の説明

１ 界磁組
２ ヨーク
３ 永久磁石
４ ブロック
５ 電機子
６ 電機子巻線
７ 基板
８ 本発明に係るベース
８ａ アリ溝
９ 本発明に係るモールド樹脂
１５ 電機子
１８ 従来のベース
１８ａ ストレート溝
１９ 従来のモールド樹脂
２１ 第１ジャケット
２２ 第２ジャケット
２３ ベース
２４ コイルモールド
２５ 電機子巻線
２６ Ｏリング溝
２７、３３ Ｏリング
２９ ネジ
３２ 支柱

Claims (5)

1. ベースと電機子巻線とをモールド樹脂によって一体構成するコアレスリニアモータ用電機子において、前記ベースの長さ方向内側にアリ溝を形成し、前記モールド樹脂を前記アリ溝に充填することにより前記モールド樹脂の抜け防止をしたことを特徴とするコアレスリニアモータ用電機子。
2. 前記電機子巻線を位置決め固定した基板の端部を前記アリ溝に収納した状態で前記モールド樹脂を前記アリ溝に充填したことを特徴とする請求項１記載のコアレスリニアモータ用電機子。
3. 前記ベースを金属製ベースで構成し、前記金属製ベースと前記電機子巻線とをモールド樹脂によって一体構成し、樹脂モールドされた前記電機子巻線部分を包み込み密閉する樹脂製のジャケットとを有するコアレスリニアモータ電機子において、前記ジャケットが第１ジャケットと第２ジャケットに２分割され、前記第２ジャケットが前記第１ジャケットに対し第１Ｏリングで封止され、前記第１ジャケットが前記金属製ベースに対し第２Ｏリングで封止されていることを特徴とする請求項１又は２記載のコアレスリニアモータ用電機子。
4. 前記第１ジャケットと前記第２ジャケット間に前記樹脂モールドを貫通する支柱を立て、前記支柱を挟んで締結したことを特徴とする請求項３記載のコアレスリニアモータ用電機子。
5. 永久磁石を配設したヨークと前記ヨークを支持するブロックとから成る界磁組と、前記永久磁石に空隙を介して前記電機子巻線を対向させるように前記界磁組近傍に配置させて成る請求項１又は２記載のコアレスリニアモータ用電機子と、から構成されることを特徴とするコアレスリニアモータ。

Images