JP2668482B2 - リニアモーターシステムのステータ - Google Patents
リニアモーターシステムのステータInfo
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Description
テムのステータの改良、特に、熱的に安定したステータ
の改良に関するものである。
いる技術の一つとして、1989年4月14日に特許の
米国特許第4,823,062 号の特許明細書に開示されたX−
Y方向の二方向へ移動するリニアモーターを備えたリニ
アモーターシステムがある。このリニアモーターシステ
ムは、強磁性素材からなるステータ(固定板または固定
部材)またはプラテンの面にそってX−Y方向へ移動す
るリニアモーターを備えており、該モーターの移動は、
前記ステータまたはプラテンの面(ワーク面)に形成さ
れた所定の間隔をおいて配列された垂直の縦列と平行の
横列の直交する格子状の線または溝により囲まれる複数
の平面スクエアー形状のティース(駒)ごとに移動する
もので、このような構成のリニアモーターは、ジネティ
ックス・コーポレーションにより製造されている。この
リニアモーターは、前記のような格子状に区画されたテ
ィース(駒)をもつプラテンのワーク面と共同して、互
いに垂直なX−Y方向へ移動する電磁場を作り、これに
よってリニアモーターを少なくとも0.001 インチの精度
をもって前記強磁性プラテンワーク面にそい移動させ、
リニアモーターを所定の位置へ位置させる。そして、前
記プラテンの面上を移動する電磁場により、渦電流発熱
作用が前記電磁場の動く前記プラテンの面の部分に発生
する。このような発熱作用は、前記プラテンの面に局部
的に発生し、このように局部的に発熱し、温度が高くな
った部分(ホットスポット)の発生により、前記プラテ
ンの温度分布が平衡を失い、局部的な加熱により前記プ
ラテンの寸法精度に狂いが生じ、前記格子状の線または
溝、そしてティース部分に歪みや崩れが出て、極めて高
精度の動きのリニアモーターの作用に欠陥が生ずる。
の技術においては、前記プラテンの局部的な発熱による
寸法精度の崩壊が問題点となっており、これが、本発明
の解決課題である。
るために、本発明は、リニアモーターシステムに使用さ
れる強磁性ステータまたはプラテンに、複数の小室に区
分された熱交換室を設け、これら小室にクーラントを循
環させて、前記ステータに発生したホットスポットを冷
却し、前記ステータの温度を均一なものにして、前記ス
テータの部分的な発熱現象による熱的作用の悪影響を防
ぐ構成によって、前記課題を解決するものである。
前記プラテンの温度分布を均一なものとするように、前
記プラテンの局部的発熱による温度分布のアンバランス
を平衡化する手段を提供することにある。
記プラテン、特に、ワーク面の温度分布を均一なものと
するように、前記プラテンのワーク面の局部的発熱によ
る温度分布のアンバランスを平衡化し、リニアモーター
の動きに高精度の的確性を付与する手段を提供すること
にある。
記プラテン、特に、ワーク面の温度分布を均一なものと
するように、前記プラテンのワーク面の局部的発熱によ
る温度分布のアンバランスを平衡化し、リニアモーター
の動きに高精度の的確性を付与するプラテンを提供する
ことにある。
記プラテン、特に、ワーク面の温度分布を均一なものと
するように、前記プラテンのワーク面の局部的発熱によ
る温度分布のアンバランスを平衡化するための冷却手段
を有し、リニアモーターの動きに高精度の的確性を付与
するプラテンを提供することにある。
単に示す斜視図であり、リニアモーター10は、プラテ
ン12のワーク面にそって縦横の互いに直交する方向へ
移動可能になっている。プラテン12の面には、互いに
直交する複数本の格子状の線14,16が形成されてい
てる。これらの線は、プラテンの面に研磨、研削などの
手段で形成され、各線の間に規則正しいマトリックステ
ィース18(駒)が設けられ、これらティース18は、
リニアモーター10に設けられている互いに垂直なフォ
ーサー(駆動体)と共同してリニアモーター10を所定
の態様でプラテン12の面に沿って移動するようになっ
ている。
に垂直なフォーサーの各々については、米国特許4,823,
062 号にその詳細が開示されており、前記フォーサー
は、電磁石から構成され、これら電磁石は、正弦波電流
により駆動され、正弦波電流は、互いに位相がずれてい
て、前記駆動電流が3600にわたって回転する度ごとに前
記フォーサーを一つのツースピッチ(駒ピッチ)(代表
的には0.040 インチ)づつ移動させる。各フォーサーへ
の電流は、”マイクロステップ”と称されている、それ
ぞれはっきりと分かれたステップで前進または後退され
る。例えば、1ピッチ当り400 マイクロステップとすれ
ば、フォーサーの動きは、かなり連続的になる。プラテ
ン12のティース18(駒)は、格子状の線または溝1
4,16により区画されている。
ク面との間に空気膜または空気層を形成することで、リ
ニアモーター10を前記ワーク面に対し無接触の状態
で、摩擦無しに移動させることができ、このような空気
膜または空気層の形成は、加圧空気移送ケーブル10a
により加圧された空気をリニアモーターへ供給すること
によって行われる。空気膜または空気層の形成のため
に、リニアモーターの底面(プラテンのワーク面に対面
する面)に微細な開口が設けてあり、これら開口から加
圧された空気がプラテン12のワーク面へ向けて噴出
し、リニアモーター10を前記ワーク面上に浮上させ
る。また、このような空気膜または空気層の代わりに、
リニアベアリングを用いることもできる。
グナルは、CPUから指令され、該シグナルは、位置、
速度ならびに加速データの形態で与えられ、該データ
は、前記シグナルをリニアモーター10のフォーサーへ
カップリングするコントローラー20によりインタープ
リートされるアナログ波形のものである。
上を所定の位置を占めるように移動する。リニアモータ
ーは、不規則なパターンで、例えば、本出願人に付与さ
れている1989年12月26日に特許された米国特許
第4,890,241 号に開示されているロボットシステムのよ
うなロボットシステムにおける動作のような動きをする
ので、動作サイクルの間、リニアモーター10により発
生の電磁場が通過する強磁性素材のプラテン面の位置ま
たは場所部分にバラつきがあり、頻繁に電磁場が通過す
る位置または場所部分と殆ど通過しない位置または場所
部分があり、このようなリニアモーターの動きで、電磁
場が通過するプラテンのワーク面の部分には、”ホット
スポット”と称される発熱部分が発生し、このようなプ
ラテンのワーク面における不均一な加熱作用により、極
めて正確な高精度の格子状パターンのティースをもつプ
ラテンの格子状の面の寸法精度が崩れ、誤動作や位置誤
差が生じ、これによってリニアモーターが所望の動きを
しなくなったり、所定の正しい位置に到達しなくなった
りする。
均一な加熱による部分的な発熱部分”ホットスポット”
の発生を防ぎ、”ホットスポット”の存在による寸法的
な崩れを防ぐことが必要であり、このために、プラテン
の冷却手段を講ずることが重要となる。
1のプラテンの内部が部分的に示されている。
空の熱交換作用室が設けられていて、この熱交換室は、
隔壁Bによって仕切られた複数の独立したコンパートメ
ント(小室)C1〜Cnから構成され、各コンパートメ
ントを仕切る隔壁部分には、クーラントを通す上位通路
Uと下位通路Lとがそれぞれ形成されている。クーラン
トは、一方のコンパートメントから隣り合うコンパート
メントへ自然流通または図3に示す強制ポンプ手段によ
る強制流通の状態で前記通路U,Lを介して流れる。
許明細書に開示された例では、プラテン12のワーク面
12aは、図2に示すように、下向きになっているが、
上向きの物でも浴、この場合には、符号12aで示され
ている面は、プラテンの底面となり、ワーク面は、図2
において開放さている側の面である。そして、前記コン
パートメントそれぞれには、例えば、水と不凍クーラン
トとの混合液である適当なクーラントが充満されてい
る。この混合液は、水が20〜80%で、不凍性クーラ
ントが80〜20%の組成になっているが、好ましい比
率は、水50%、クーラント50%である。また、他の
適当な冷媒液体も使用できる。
のワーク面が部分的に加熱され、”ホットスポット”が
発生すると、ワーク面の温度差によりクーラントが熱交
換室の各コンパートメントを循環しだし、熱的平衡を求
める。クーラントの循環は、前記上位通路、下位通路を
介して行われ、温度の高いクーラントは、上位通路を、
温度の低いクーラントは、下位通路を介して各コンパー
トメントを循環し、且つ、各コンパートメント内を対流
する。
けての周囲空気冷却作用を許す。
ンプPと冷却ラジエータまたは適当な熱交換器22をプ
ラテン12の左右側に接続の導管20を介して連結し、
クーラントを符号A1からA2の方向に強制循環させな
がら、クーラントの放熱を行って、プラテンの冷却を促
進させてもよい。
のではなく、他の変形も十分に本発明の技術的範囲に含
まれるものである。
ラテンのワーク面がクーラントにより冷却されるので、
該ワーク面に部分的に発生する発熱部分が冷却されて、
ワーク面全体が均一な温度帯域となり、リニアモーター
の動きを規制する格子状の線または溝の位置精度が確実
に保たれ、リニアモーターの動きの精度を維持すること
ができる。
システムの一例を示す斜視図である。
切断斜視図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 少なくともX−Yの二方向へ移動するリ
ニアモーターを備えたリニアモーターシステムのステー
タであって、このステータは、以下の構成を備えている
ことを特徴とするもの:強磁性素材からなる部材であっ
て、実質的に平坦な面を有し、この面に整然とした均一
な格子状のパターンからなる複数のティースを備え、前
記リニアモーターにより発生される電磁場と共同して前
記平坦な面にそうように前記リニアモータを動かす部
材;前記部材は、前記面に接する中空の領域部分を有
し、前記中空の領域部分が隔壁によって複数の小室の区
分されている前記部材;開口を備えた前記隔壁;前記中
空の領域に供給されるクーラント;および、 前記クーラントが前記隔壁の開口を介して前記小室を循
環し、前記部材の前記面を面全体が均一な温度になるよ
うに冷却するための前記隔壁の開口。 - 【請求項2】 前記クーラントが流体クーラントである
請求項1のステータ。 - 【請求項3】 前記流体クーラントが液体クーラントで
ある請求項2のステータ。 - 【請求項4】 前記液体クーラントが水を含むものであ
る請求項3のステータ。 - 【請求項5】 前記クーラントが水とアルコールからな
る請求項3のステータ。 - 【請求項6】 前記クーラントが水と不凍性クーラント
からなる請求項3のステータ。 - 【請求項7】 クーラント混合液が水20乃至80%、
不凍性クーラント80乃至20%のものである請求項6
のステータ。 - 【請求項8】 前記小室が複数の仕切り壁により仕切ら
れ、各仕切り壁には、前記クーラントを循環させる少な
くとも一つの開口が設けられている請求項1のステー
タ。 - 【請求項9】 前記小室が複数の仕切壁により仕切ら
れ、各仕切壁には、前記クーラントを循環させる二つの
開口が高さ位置を変えて設けられていて、上位の開口を
介し温度の高いクーラントを通し、下位の開口を介し温
度の低いクーラントを通す請求項8のステータ。 - 【請求項10】 前記開口の一つは、前記部材の前記面
に近接し、他方の開口は、前記部材の前記面からさらに
離れている請求項9のステータ。 - 【請求項11】 前記ステータの外部に設けたポンプに
より前記クーラントを前記複数の小室に強制循環させる
構成の請求項1のステータ。 - 【請求項12】 前記ステータと前記ポンプとの間に熱
交換器が設けられ、前記循環のクーラントを強制冷却す
る請求項11のステータ。
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