JP2010166704A - コアレスリニアモータ電機子およびコアレスリニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷電流の集中によるリニアモータ電機子巻線の焼損および電機子巻線の温度差によるモータ特性の低下を防止することが可能なコアレスリニアモータ電機子およびコアレスリニアモータを提供する。
【解決手段】 コイルを集中巻きしてなる電機子巻線１２ａ、１２ｂを有するコアレスリニアモータ電機子において、該電機子巻線を固定する電機子取付板１６は、ベース部１６ａと、該ベース部１６ａに固定されると共に電機子巻線１２ａ、１２ｂを取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部１６ｂとから構成されており、電機子取付板１６の同一平面上には、電機子巻線１２ａ、１２ｂの配線パターンを有する櫛状の基板２１が櫛状の巻線取付部１６ｂの間に交互に噛み合うように対向配置し、これら電機子巻線及び基板並びに巻線取付部を覆うようにモールド樹脂２３により一体成形してある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コアレスリニアモータ電機子およびコアレスリニアモータに関する。

従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに用いられるコアレスリニアモータは、例えば、特許文献１、特許文献２に示されるものが提案されている。
図５は本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモータの全体斜視図、図６は従来のコアレスリニアモータの正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ線に沿う断面に相当するもの、図７は図６におけるコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図である。ここでは、特許文献１記載のコアレスリニアモータを中心に説明する。
図５〜図７において、１はコアレスリニアモータ、１０は可動子、１１は電機子、１２ａ、１２ｂは電機子巻線、１３は基板、１４はモールド樹脂、１５は電機子取付板、１９は給電ケーブル、３０は固定子、３１ａ、３１ｂは永久磁石、３２は界磁ヨークである。
固定子３０は略コ字状の界磁ヨーク３２と、界磁ヨーク３２上に交互に極性が異なるように一定ピッチごとに直線状に配置してなる複数の永久磁石３１ａ、３１ｂからなり、該永久磁石の磁石列を２列対向させた界磁を構成している。また、電機子を挟んで対向する永久磁石同士の極性も互いに異極になるように配置されている。
可動子１０は電機子１１と、該電機子１１を固定する非磁性金属からなる電機子取付板１５と、給電ケーブル１９から構成されている。この電機子１１は、永久磁石３１ａ、３１ｂの２列の磁石列の内側に磁気的空隙を介して平行に配置されている。また、電機子１１は中央に基板１３が配置されると共に、基板１３の左右両側に電機子巻線１２ａ、１２ｂが配置され、基板１３と電機子巻線１２ａ、１２ｂがモールド樹脂１４により一体成形されている。さらに、電機子１１はモールド樹脂１４によって電機子取付板１５にも固着されている。ここで、電機子巻線１２ａ、１２ｂは、例えばＵ、Ｖ、Ｗ相の３相からなる集中巻きに巻回された複数個のコイルにより構成されている。それから、基板１３は例えばガラス繊維を充填したエポキシ樹脂（ＧＦＲＰ）の板に銅箔のパターンを施したものであり、電機子巻線１２ａ、１２ｂの複数個のコイル群を結線するために用いる。なお、可動子１０は図示しないリニアガイド等によって支持されている。
このような構成のリニアモータに給電ケーブル１９を介して電機子巻線１２ａ、１２ｂに所定の電流を流すと、永久磁石３１ａ、３１ｂの作る磁界との作用により可動子１０に推力が発生し、可動子１０は矢印で示す進行方向に移動するようになっている。

特開２００１−１９７７１８号公報 特開２００２−２７７３０号公報

従来のコアレスリニアモータの構造は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相からなる電機子巻線に均等に負荷電流が与えられることを前提として設計されている。ところが、サーボロック時などのＵ、Ｖ、Ｗの電機子巻線の１相に負荷電流が集中する状況では、ＧＦＲＰ基板とモールド樹脂の熱伝導率がアルミ、ステンレスなどの非磁性金属の熱伝導率に比べて悪いため、以下のような問題があった。
（１）電機子巻線で発生したジュール熱が電機子巻線と密着しているモールド樹脂および基板を通して可動子全体に均等に分散せず負荷電流が集中した電機子巻線が焼損する。
（２）負荷電流の集中したある１相の電機子巻線の温度が他の２相の電機子巻線温度よりも上昇し、電機子巻線の抵抗値が均等ではなくなるためモータ特性が低下する。
本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、負荷電流の集中によるリニアモータ電機子巻線の焼損および電機子巻線の温度差によるモータ特性の低下を防止することが可能なコアレスリニアモータ電機子およびコアレスリニアモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、コイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線と前記電機子巻線を固定するための電機子取付板とを有する電機子を備えたコアレスリニアモータ電機子において、前記電機子取付板は、ベース部と、該ベース部に固定されると共に前記電機子巻線を取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部とから構成されており、前記電機子取付板の同一平面上には、前記電機子巻線の配線パターンを有する基板を配置されており、前記電機子巻線および前記基板並びに前記巻線取付部を覆うようにモールド樹脂により一体成形したことを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載のコアレスリニアモータにおいて、前記基板を櫛状に構成すると共に、該基板を前記電機子取付板に配置された櫛状の巻線取付部の間に交互に噛み合うように対向配置したことを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載のコアレスリニアモータにおいて、前記基板を平板状に構成すると共に、前記電機子取付板の巻線取付部は、前記電機子巻線を位置決め固定するための凹状の溝部が設けられたことを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか1項に記載の電機子と、前期電機子と磁気的空隙を介して配置されると共に界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石を等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、を備え、前記電機子と前記界磁磁極の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータを構成したことを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、コイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線と前記電機子巻線を固定するための電機子取付板とを有する電機子を備えたコアレスリニアモータ電機子において、前記電機子取付板は、ベース部と、該ベース部に固定されると共に前記電機子巻線を取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部とから構成されており、前記巻線取付板の内部には、前記電機子巻線を配線するための銅箔のパターンが形成されてあり、前記電機子巻線および前記巻線取付部を覆うようにモールド樹脂により一体成形したことを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電機子と、前期電機子と磁気的空隙を介して配置されると共に界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石を等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、を備え、前記電機子と前記界磁磁極の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータを構成したことを特徴としている。

請求項１、２に記載の発明によると、電機子取付板に配置された櫛状の巻線取付部の間に、同じく櫛状に構成された基板を交互に噛み合うように対向配置する構成にしたので、電機子巻線に発生したジュール熱を電機子巻線と密着している基板及び電機子取付板を構成する巻線取付部から、同じく電機子取付板を構成するベース部に向かって可動子全体に均等に分散させることができ、電機子巻線に負荷電流が集中して電機子巻線が焼損する問題はなく、電機子巻線の温度差によるモータ特性の低下を防止することができる。
また、請求項１、請求項３に記載の発明によると、電機子巻線を電機子取付板の巻線取付部の溝部上に位置決め固定することで、電機子巻線の支持剛性を高めることができると共に、電機子巻線で発生したジュール熱が電機子巻線と密着している基板及び電機子取付板を構成する巻線取付部から、同じく電機子取付板を構成するベース部に向かって可動子全体に均等に分散するため、電機子巻線に負荷電流が集中して電機子巻線が焼損する問題はなく、電機子巻線の温度差によるモータ特性の低下を防止することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、請求項１〜３に記載のコアレスリニアモータ電機子の効果を有するコアレスリニアモータを提供することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、電機子取付板の内部に電機子巻線を配線するための銅箔のパターンを形成し、対向配置する構成にしたので、電機子巻線に発生したジュール熱を電機子巻線と密着している電機子取付板を構成する巻線取付部から、同じく電機子取付板を構成するベース部に向かって可動子全体に均等に分散させることができ、電機子巻線に負荷電流が集中して電機子巻線が焼損する問題はなく、電機子巻線の温度差によるモータ特性の低下を防止することができる。
また、請求項６に記載の発明によると、請求項５に記載のコアレスリニアモータ電機子の効果を有するコアレスリニアモータを提供することができる。

本発明および従来技術で示すコアレスリニアモータ可動子の斜視図 本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図 本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図 本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図 本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモータの全体斜視図、 従来のコアレスリニアモータの正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ線に沿う断面に相当するもの 図６におけるコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータの全体斜視図、図２は図１におけるコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものついては説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図１、図２において、１６は非磁性体からなる電機子取付板、１６ａはベース部、１６ｂは巻線取付部、２１はＧＦＲＰ製の基板、２３はモールド樹脂、である。
本発明が従来技術と異なる点は以下の通りである。
すなわち、コイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線と前記電機子巻線を固定するための電機子取付板とを有する電機子を備えたコアレスリニアモータ電機子において、電機子取付板１６は、ベース部１６ａと、該ベース部１６ａに固定されると共に電機子巻線１２ａ、１２ｂを取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部１６ｂとから構成されており、電機子取付板１６の同一平面上には、電機子巻線１２ａ、１２ｂの配線パターンを有する基板２１が配置されており、電機子巻線１６および基板２１並びに電機子取付部１６ｂを覆うようにモールド樹脂により一体成形した点である。
この場合、基板２１は櫛状に構成されると共に、該基板２１を電機子取付板１６に配置された櫛状の巻線取付部１６ｂの間に交互に噛み合うように対向配置したものとなっている。

次に動作について説明する。
負荷電流の集中によってある１相の電機子巻線より発生したジュール熱が、ＧＦＲＰ製の基板よりも熱伝導率が高い非磁性体からなる電機子取付板を通して他の２相の電機子巻線およびモールド樹脂にて覆われていない電機子取付板表面から大気中へと熱交換される。

図３は本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図である。
図３において、１７は非磁性体からなる電機子取付板、１７ａはベース部、１７ｂは巻線取付部、１７ｃは溝部、２２はＧＦＲＰ製の基板、２４はモールド樹脂である。
なお、本発明の第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、基板２２は平板状に構成されると共に、電機子取付板１７の巻線取付部１７ｂは、電機子巻線１２ａ、１２ｂを位置決め固定するための凹状の溝部１７ｃが設けられた点である。

次に動作について説明する。
第２実施例は上記構成にすると、第１実施例と同様に負荷電流の集中によってある１相の電機子巻線より発生したジュール熱が、ＧＦＲＰ基板よりも熱伝導率が高い非磁性体からなる電機子取付板を通して他の２相の電機子巻線およびモールド樹脂にて覆われていない電機子取付板表面から大気中へと熱交換される。

図４は本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータ可動子の分解斜視図である。
図４において、１８は非磁性体からなる電機子取付板、１８ａはベース部、１８ｂは巻線取付部、２５はモールド樹脂である。
なお、本発明の第３実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、電機子取付板１８は、ベース部１８ａと、該ベース部１８ａに固定されると共に電機子巻線１２ａ、１２ｂを取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部１８ｂとから構成されており、巻線取付部１８ｂの内部には、電機子巻線を配線するための銅箔のパターンが形成されてあり、電機子巻線１２ａ、１２ｂおよび巻線取付部１８ｂを覆うようにモールド樹脂２５により一体成形した点である。

次に動作について説明する。
第３実施例は上記構成にすると、第１実施例と同様に負荷電流の集中によってある１相の電機子巻線より発生したジュール熱が、ＧＦＲＰ基板よりも熱伝導率が高い非磁性体からなる電機子取付板を通して他の２相の電機子巻線およびモールド樹脂にて覆われていない電機子取付板表面から大気中へと熱交換される。

１ コアレスリニアモータ
１０ 可動子
１１ 電機子
１２ａ、１２ｂ 電機子巻線
１３、２１，２２ 基板
１４、２３、２４、２５ モールド樹脂
１５、１６、１７，１８ 電機子取付板
１６ａ、１７ａ、１８ａ べース部
１６ｂ、１７ｂ、１８ｂ 巻線取付部
１７ｃ 溝部
１９ 給電ケーブル
３０ 固定子
３１ａ、３１ｂ 永久磁石
３２ 界磁ヨーク

Claims (6)

1. コイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線と前記電機子巻線を固定するための電機子取付板とを有する電機子を備えたコアレスリニアモータ電機子において、
   前記電機子取付板は、ベース部と、該ベース部に固定されると共に前記電機子巻線を取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部とから構成されており、
   前記電機子取付板の同一平面上には、前記電機子巻線の配線パターンを有する基板を配置されており、
   前記電機子巻線および前記基板並びに前記巻線取付部を覆うようにモールド樹脂により一体成形したことを特徴とするコアレスリニアモータ電機子。
2. 前記基板を櫛状に構成すると共に、該基板を前記電機子取付板に配置された櫛状の巻線取付部の間に交互に噛み合うように対向配置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電機子。
3. 前記基板を平板状に構成すると共に、前記電機子取付板の巻線取付部は、前記電機子巻線を位置決め固定するための凹状の溝部が設けられ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電機子。
4. 請求項１〜３の何れか1項に記載の電機子と、
   前期電機子と磁気的空隙を介して配置されると共に界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石を等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、を備え、
   前記電機子と前記界磁磁極の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータ。
5. コイルを集中巻きに巻回してなる電機子巻線と前記電機子巻線を固定するための電機子取付板とを有する電機子を備えたコアレスリニアモータ電機子において、
   前記電機子取付板は、ベース部と、該ベース部に固定されると共に前記電機子巻線を取り付けるための等ピッチで櫛状に形成された複数の巻線取付部とから構成されており、
   前記巻線取付板の内部には、前記電機子巻線を配線するための銅箔のパターンが形成されてあり、
   前記電機子巻線および前記巻線取付部を覆うようにモールド樹脂により一体成形したことを特徴とするコアレスリニアモータ電機子。
6. 請求項５に記載の電機子と、
   前期電機子と磁気的空隙を介して配置されると共に界磁ヨーク上に交互に極性が異なる複数の永久磁石を等ピッチで直線状に配列した界磁磁極と、を備え、
   前記電機子と前記界磁磁極の何れか一方を固定子とし、他方を可動子として相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータ。

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