JP2011188622A - キャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】キャンド・リニアモータ電機子の厚さを大きくせずに、電機子表面の温度上昇を低減し、かつ、電機子表面への断熱性能の経年変化を起こさないキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供する。
【解決手段】複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線１０５と、前記電機子巻線１０５の表面に配置したキャン１０２と、前記キャン１０２の内部に形成された冷媒流路１１０とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線１０５は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体１０１の中に設けられると共に、筐体１０１の両開口部をキャン１０２により密封してあり、キャン１０２の外周面に内部を真空にして密閉した平板状真空容器１２１を設けてあり、キャン１０２と筐体１０１と電機子巻線１０５に囲まれた空間に真空部分１２２を構成したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使用されると共に、リニアモータ本体の温度上昇低減が要求されるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・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使用されると共に、リニアモータ本体の温度上昇低減が要求されるキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータとして、図５、図６、図７に示されるものが提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。

図５は従来技術に共通なキャンド・リニアモータの全体斜視図である。
図５において、１００は電機子を構成する固定子、１０１は筐体、１０２はキャン、１０３はキャン固定用ボルト、１０４は押え板、１０５は電機子巻線、１０６は端子台、１０７は冷媒供給口、１０８は冷媒排出口、２００は界磁を構成する可動子、２０１は界磁ヨーク支持部材、２０２は界磁ヨーク、２０３は永久磁石である。
可動子２００は、上下方向に設けられた２枚の平板状の界磁ヨーク２０２と、２枚の界磁ヨーク２０２の内側対向面に各々設けられた永久磁石２０３と、該界磁ヨーク２０２の四隅に所定の長さ分の距離を隔てて上下方向に設けられた界磁ヨーク支持部材２０１と、から構成されており、図示しない直線転がり案内や静圧軸受案内等によって支持されている。
また、固定子１００は、永久磁石２０３と磁気的空隙を介して対向し、且つ、可動子２００の進行方向に沿って直線状に設けると共に複数のコイル群よりなる平板状に成形された３相の電機子巻線１０５と、電機子巻線１０５を保持する巻線固定部材１１１と、電機子巻線１０５を額縁状（口の字形）に囲むように設けた内部を中空とする金属製の筐体１０１と、筐体１０１の両開口部を密閉するため筐体１０１の外形を象ったキャン１０２と、キャン１０２を筐体１０１に固定するためのキャン固定用ボルト１０３と、キャン固定用ボルト１０３の通し穴を持ちキャン１０２を均等な荷重でもって押えるための押え板１０４とから構成されている。
このような構成において、電機子巻線１０５への電力供給は、筐体１０１ に取り付けられた端子台１０６から行われる。端子台１０６と電機子巻線１０５はリード線（図示しない）で各々電気的に接続されている。所定の電流を電機子巻線１０５に流すと永久磁石２０３の作る磁界との作用により可動子２００に推力が発生し、可動子２００は矢印で示す進行方向に移動する。

図６は特許文献１を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットした部分に相当する。
図６において、1０９はＯリング、１１０は冷媒流路である。
電機子巻線１０５は、巻線固定部材１１１と一体に樹脂モールドされており、電機子巻線１０５と一体になった巻線固定部材１１１は、筐体１０１の中空内に配置され、巻線固定部材１１１と筐体１０１とがボルト（図示しない）により固定される。筐体１０１の表裏の縁には、周回した溝が設けられると共に、その溝に筐体１０１の中空部より少し大き目に象られたＯリング１０９が配置されており、Ｏリング１０９で冷媒の液漏れを防ぐようにシールしている。そして、電機子巻線１０５とキャン１０２の間には冷媒流路１１０が設けられており、該冷媒流路１１０に冷媒を流すことで、電機子巻線が発生するコイルの銅損による熱を回収し、リニアモータ表面の温度上昇を低減している。

図７は特許文献２を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットした部分に相当する。
特許文献２が特許文献１と異なる点は、電機子表面の温度上昇を低減させるため、キャン外周面を覆うように薄い真空断熱材を設けた点である。
図７において、１２０が真空断熱材である。真空断熱材１２０はキャン１０２と同じ外形に象られており、縁が表裏の外袋を接合した部分となっている。真空断熱材１２０は、外袋に樹脂や金属製のラミネートフィルム、芯材に断熱材となるシリカ粉末やグラスウールやポリエステルが用いられ、内部を真空にして構成されている。このように構成されたキャンド・リニアモータは、電機子表面から周囲へ逃げる熱を真空断熱材１２０により流れにくくし、電機子表面である真空断熱材１２０の外表面での温度上昇を小さくしている。

特開２００２−２７７３０号公報（第６頁、図２） 特開２００６−３２５３５１号公報（第１２頁、図２）

しかしながら、従来のキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータは、電機子巻線とキャンの間に設けた冷媒流路に冷媒を流すことにより、電機子巻線が発生する熱を冷媒で回収しているが、一部の熱がキャンに流れ、電機子表面の温度上昇低減に限界があった。
また、キャンの外周面を覆うように薄い真空断熱材を設けたキャンド・リニアモータ電機子では、真空断熱材が外気に接触しているため、外傷による真空破壊がおこるという問題があった。さらに、芯材である断熱材を覆っているラミネートフィルムなどの外袋部において、キャンや筐体の両開口部との密着性が悪く、経年的な真空漏れが発生してしまい断熱性能の低下がおこるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電機子本体の厚さを大きくせずに、電機子表面の温度上昇を低減し、かつ、電機子表面への断熱性能の経年変化を起こさないキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・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、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンの外周面に、内部を真空にして密閉した平板状真空容器を設けたことを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封したことを特徴としている。
請求項３に記載の発明は、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封してあり、前記キャンと前記筐体と前記電機子巻線に囲まれた空間に真空部分を構成したことを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封してあり、前記キャンの外周面に、内部を真空にして密閉した平板状真空容器を設けてあり、前記キャンと前記筐体と前記電機子巻線に囲まれた空間に真空部分を構成したことを特徴としている。
請求項５に記載の発明は、キャンド・リニアモータに係り、請求項１〜４の何れか１項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記電機子と前記界磁を相対的に走行するように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、熱伝導率が極めて小さい内部を真空にして密閉した平板状真空容器で、キャンの外周面を覆っているため、平板状真空容器を通って逃げる熱流量を遮断することができ、電機子表面での温度上昇を低減することができる。
また、平板状真空容器と冷媒流路を内蔵したキャンを重ね合わせているため、冷媒の流量を多くし、冷媒の熱回収率を高めつつ、冷媒の圧力によるキャン変形を低減することができる。
さらに、薄い真空断熱材でキャンを覆っている場合と比べ、外傷に強く、真空破壊による断熱性能の低下を防ぐことができる。
また、請求項３に記載の発明によると、電機子内部全体を熱伝導率が極めて小さい真空状態にしているため、冷媒流路を内蔵したキャンに伝導する熱流量を減少させることができ、さらに冷媒流路を流れる冷媒により熱を回収するため、電機子厚を大きくすることなく電機子表面での温度上昇を低減することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、電機子内部全体を熱伝導率が極めて小さい真空状態にしているため、キャンに伝導する熱流量を減少させることができ、さらに、熱伝導率が極めて小さい内部を真空にして密閉した平板状真空容器で、キャンの外周面を覆っているため、平板状真空容器を通って逃げる熱流量を遮断することができ、電機子表面での温度上昇を低減することができる。
また、平板状真空容器と冷媒流路を内蔵したキャンを重ね合わせているため、冷媒の流量を多くし、冷媒の熱回収率を高めつつ、冷媒の圧力によるキャン変形を低減することができる。さらに、薄い真空断熱材でキャンを覆っている場合と比べ、外傷に強く、真空破壊による断熱性能の低下を防ぐことができる。
また、請求項５に記載の発明によると、キャンド・リニアモータの電機子と永久磁石を有する界磁とを対向させて、電機子と界磁の何れか一方を固定子、他方を可動子として構成しているので、請求項１〜４の効果を有するキャンド・リニアモータを提供することができる。

本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図 図１におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットしたキャンド・リニアモータ固定子の正断面図 本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータ固定子の正断面図であり、図１におけるＡ−Ａ’線に沿う断面をカットした位置に相当するもの 本発明の第３実施例を示すキャンド・リニアモータであり、図１におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットしたキャンド・リニアモータ固定子の正断面図 従来技術に共通なキャンド・リニアモータの全体斜視図、 特許文献１を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットした部分に相当するもの、 特許文献２を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図であって、図５におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットした部分に相当するもの、

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実施形態を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図、図２は図１におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットしたキャンド・リニアモータ固定子の正断面図である。なお、本実施形態の構成要素が従来技術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、異なる点について説明する。
図１、図２において、１２１は平板状真空容器、１２２は真空部分である。
第１実施形態の可動子と固定子の基本的な構成要素は従来技術と同じであるが、固定子を構成する電機子の特徴については以下のとおりである。
すなわち、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線１０５は、巻線固定部材１１１と一体に樹脂モールドされており、電機子巻線１０５と一体になった巻線固定部材１１１は、筐体１０１の中空内に配置され、巻線固定部材１１１と筐体１０１とがボルト（図示しない）により固定されている。筐体１０１の表裏の縁には、周回した溝が設けられると共に、その溝に筐体１０１の中空部より少し大き目に象られたＯリング１０９が配置されており、Ｏリング１０９で冷媒の液漏れを防ぐようにシールしている。
また、電機子巻線１０５の表面にはキャン１０２が配置されると共に、キャン１０２の内部には冷媒が流れる冷媒流路１１０を設けられている。ここで、キャン１０２の材質には、例えば、ステンレスなどの非磁性金属もしくは熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂または熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、あるいはガラス繊維やカーボン繊維をエポキシ樹脂で含浸したＧＦＲＰやＣＦＲＰが使用されている。そして、冷媒流路１１０を流れる冷媒には導電率が極めて小さく、絶縁性が高いフッ素系不活性冷媒（例えば住友３Ｍ製ハイドロフルエーテル（ＨＦＥ））や純水が使用されている。
さらにまた、キャン１０２の外周表面には、内部を真空にして密閉した平板状真空容器１２１がキャン１０２と同じ外形に象られて配置されている。平板状真空容器１２１の材質は、キャン１０２と同様に、ステンレスなどの非磁性金属もしくは熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂または熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、あるいはガラス繊維やカーボン繊維をエポキシ樹脂で含浸したＧＦＲＰやＣＦＲＰで構成されている。平板状真空容器１２１の上から筐体１０１の縁に沿って押え板１０４が敷かれ、キャン固定用ボルト１０３にて締め付けられ、キャン１０２と平板状真空容器１２１と筐体１０１が一体に固定される。

第１実施形態はこのような構成にしたことにより、キャン１０２内部に形成された冷媒流路１１０に冷媒を流すことで、電機子巻線が発生するコイルの銅損による熱を冷媒で回収しているが、一部の熱がキャン１０２から平板状真空容器１２１に伝わったとしても、平板状真空容器１２１を通って逃げる熱流量を真空部分１２２で遮断することができ、電機子表面での温度上昇を低減することができる。また、平板状真空容器１２１と冷媒流路１１０を内蔵したキャン１０２を重ね合わせているため、冷媒の流量を多くし、冷媒の熱回収率を高めつつ、冷媒の圧力によるキャン変形を低減することができる。さらに、薄い真空断熱材１２０でキャン１０２を覆っている場合と比べ、外傷に強く、真空破壊による断熱性能の低下を防ぐことができる。

図３は、本発明の第２実施形態を示すキャンド・リニアモータ固定子の正断面図であり、図１におけるＡ−Ａ’線に沿う断面をカットした位置に相当するものである。なお、本実施形態の構成要素が従来技術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、異なる点について説明する。

図３において、１２２は真空部分である。
第２実施形態が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線１０５と、電機子巻線１０５の表面に配置したキャン１０２と、電機子巻線１０５とキャン１０２との間、もしくはキャン１０２内に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線１０５は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体１０１の中に設けられると共に、該筐体１０１の両開口部をキャン１０２により密封してあり、該電機子の内部におけるキャン１０２と筐体１０１と電機子巻線１０５に囲まれた空間に真空部分１２２を構成した点である。

第２実施形態はこのような構成にしたことにより、冷媒流路１１０を内蔵したキャン１０２に伝導する熱流量を減少させることができ、さらに冷媒流路１１０を流れる冷媒により熱を回収するため、電機子厚を大きくすることなく電機子表面での温度上昇を低減することができる。

図４は、本発明の第３実施形態を示すキャンド・リニアモータであり、図１におけるＡ−Ａ’線に沿って断面をカットしたキャンド・リニアモータ固定子の正断面図である。なお、本実施形態の構成要素が従来技術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、異なる点について説明する。
図４において、１２１は平板状真空容器、１２２は真空部分である。
第３実施形態が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線１０５と、電機子巻線１０５の表面に配置したキャン１０２と、電機子巻線１０５とキャン１０２との間、もしくはキャン１０２内に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線１０５は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体１０１の中に設けられると共に、筐体１０１の両開口部をキャン１０２により密封してあり、キャン１０２の外周面に、内部を真空にして密閉した平板状真空容器１２１を設けてあり、キャン１０２と筐体１０１と電機子巻線１０５に囲まれた空間に真空部分１２２を構成した点である。

第３実施形態はこのような構成にしたことにより、キャン１０２に伝導する熱流量を減少させることができ、さらに、平板状真空容器１２１を通って逃げる熱流量を遮断することができ、電機子表面での温度上昇を低減することができる。また、平板状真空容器１２１と冷媒流路１１０を内蔵したキャン１０２を重ね合わせているため、冷媒の流量を多くし、冷媒の熱回収率を高めつつ、冷媒の圧力によるキャン変形を低減することができる。さらに、薄い真空断熱材１２０でキャン１０２を覆っている場合と比べ、外傷に強く、真空破壊による断熱性能の低下を防ぐことができる。

本発明は、電機子内部を真空にし、キャンの外周面もしくは内周面に、平板状真空容器を設けることにより、キャンに伝導する熱流量を減少させることができ、さらに、電機子表面から周囲へ逃げる熱流量を遮断できるので、電機子表面での温度上昇を低減することができる。よって、温度上昇が極めて小さいことが要求される半導体露光装置や検査装置などの用途に適用することができる。

１００ 固定子
１０１ 筐体
１０２ キャン
１０３ キャン固定用ボルト
１０４ 押え板
１０５ 電機子巻線
１０６ 端子台
１０７ 冷媒供給口
１０８ 冷媒排出口
１０９ Ｏリング
１１０ 冷媒流路
１１１ 巻線固定部材
１２０ 真空断熱材
１２１ 平板状真空容器
１２２ 真空部分
１２３ 空隙部分
１４０ 保護カバー
２００ 可動子
２０１ 界磁ヨーク支持部材
２０２ 界磁ヨーク
２０３ 永久磁石

Claims (5)

1. 複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
   前記キャンの外周面に、内部を真空にして密閉した平板状真空容器を設けたことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
2. 前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封したことを特徴とする請求項１記載のキャンド・リニアモータ電機子。
3. 複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
   前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封してあり、
   前記キャンと前記筐体と前記電機子巻線に囲まれた空間に真空部分を構成したことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
4. 複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線と、前記電機子巻線の表面に配置したキャンと、前記キャンの内部に形成された冷媒流路とを具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
   前記電機子巻線は該巻線を額縁状に囲むように内部を中空とする金属製の筐体の中に設けられると共に、前記筐体の両開口部を前記キャンにより密封してあり、
   前記キャンの外周面に、内部を真空にして密閉した平板状真空容器を設けてあり、
   前記キャンと前記筐体と前記電機子巻線に囲まれた空間に真空部分を構成したことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記電機子と磁気的空隙を介して対向配置されると共に交互に極性が異なる複数の永久磁石を隣り合わせて並べて配置した界磁とを備え、前記電機子と前記界磁の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記電機子と前記界磁を相対的に走行するようにしたことを特徴とするキャンド・リニアモータ。

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