WO2004105219A1 - リニアモータ電機子およびこれを用いたリニアモータ - Google Patents

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Jianping Yu
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Yaskawa Electric Corp
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    • H02K9/16—Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle wherein the cooling medium circulates through ducts or tubes within the casing

Definitions

  • the present invention relates to a linear motor armature used for, for example, a semiconductor exposure apparatus, a liquid crystal exposure apparatus, and the like, which require a low temperature rise, and a linear motor using the same.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an overall appearance common to a conventional linear motor.
  • 1 is an armature
  • 2 is a can
  • 3 is a frame
  • 4 is a refrigerant outlet
  • 5 is a permanent magnet
  • 6 is a yoke
  • 7 is a base
  • 8 is a magnetic field
  • 10 is a refrigerant inlet.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the armature showing the first related art.
  • 11 is an armature winding
  • 12 is a board
  • 13 is a screw.
  • the linear motor includes an armature 1 as a mover and a field 8 as a stator, and the armature 1 is supported by a linear guide, an air slider or a slide guide (not shown). Is moved in the traveling direction indicated by the arrow.
  • the field 8 comprises a flat yoke 6, a plurality of permanent magnets 5 arranged side by side on the yoke 6 alternately so as to have different polarities, and a base 7 on which the yoke 6 is assembled. Is done.
  • the permanent magnets 5 are fixed to the yoke 6 by bonding, and are arranged on both sides of the electronic device 1 described later with gaps therebetween.
  • the armature 1 includes an armature winding 11 formed by forming a copper wire into a concentrated winding, a board 12 for arranging and positioning and fixing the armature winding 11, and a board 12.
  • the can 2 is basically made of a non-magnetic material, such as stainless steel, resin, ceramics, etc. It is composed of a thin plate.
  • the frame 3 is formed of stainless steel, and a hole 3A necessary for accommodating the armature winding 11 and the substrate 12 is formed in a central portion thereof.
  • the opposite part (bottom part) is provided with a thickness corresponding to the thickness of the can 2. Further, a coolant inlet 10 for flowing a coolant is provided at one end of both ends in the longitudinal direction of the frame 3, and a coolant outlet 4 is provided at the other end.
  • the can 2 and the frame 3 form a sealed body by joining the joint surface with the frame 3 by welding. Since the board 12 requires its own strength, stainless steel is often used.
  • Fig. 6 is a front view of the armature shown in Fig. 5, and Fig. 7 is along the line A-A in Fig. 6.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view, in which reference numeral 14 denotes a refrigerant passage.
  • a refrigerant passage 14 is provided inside the motor in order to reduce the temperature rise of the armature winding 11.
  • the refrigerant flows through the refrigerant passage 14 between the armature winding 11 and the can 2.
  • a predetermined current which was at the position of the mover itself, flows through the armature winding 11 so that the mover acts on the magnetic field created by the permanent magnet 5 of the stator. The child produces thrust. Then, the armature winding 11 generates heat due to the copper loss, and the temperature rises.
  • the heat generated by the armature winding wire 11 whose temperature has increased is recovered by the refrigerant, but the amount of heat not recovered increases the temperature of the frame 3.
  • the temperature rise value of the substrate 12 is substantially equal to the temperature rise value of the armature winding wire 11 because the portion of the substrate 12 that contacts the refrigerant is small. Therefore, a temperature difference occurs between the frame 3 and the substrate 12 (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of an armature showing a second conventional technique
  • FIG. 9 is a front view of the armature shown in FIG. 8
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the description of the components of the second prior art that are the same as those of the first prior art is omitted, and only the differences are described.
  • an O-ring 17 is provided between the support 18 and the can 2 and between the support 18 and the frame 3 to prevent refrigerant leakage.
  • the can 2 and the frame 3 side are also fixed with flat screws 16.
  • Patent Document 1 JP 2001-25227 A (page 2, FIG. 4)
  • Patent document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-231246 (specification, page 4, FIG. 2)
  • the thermal expansion of the frame 12 and the thermal expansion of the frame 3 differ from each other, so that the substrate 12 may be deformed due to thermal stress.
  • the O-ring 17 and the countersunk screw 16 are used to reduce the deformation of the can 2 and the frame 3, so that there are many components and the structure is complicated.
  • the plate thickness needed to sink the screw head was necessary, which hindered the miniaturization of the motor.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and a linear motor electric machine capable of simplifying and reducing the size of a motor structure while reducing deformation of a substrate, a can, and a frame. And a linear motor using the same.
  • the invention of claim 1 provides an armature winding fixed to both side surfaces of a board, and a seal and a frame provided to cover the armature winding.
  • a linear motor armature having a body and cooling by flowing a refrigerant around the armature winding, wherein the can and the can facing each other are reduced so as to reduce the deformation of the can and the frame due to the pressure of the refrigerant.
  • a strut is provided between frames, and the strut is joined by welding.
  • At least one groove is provided perpendicular to a longitudinal direction of the substrate.
  • the invention according to claim 3 relates to a linear motor, and comprises the linear motor armature according to claim 1 or 2, and a field disposed so as to face the armature with a gap therebetween.
  • the field is composed of a yoke and a plurality of permanent magnets arranged side by side on the yoke alternately so as to have different polarities.
  • the other is a stationary element.
  • the present invention has the following effects.
  • the linear motor armature according to the first embodiment is provided with a support between the opposing can and the frame, and the support is welded so that the can and the deformation of the frame due to the pressure of the refrigerant can be reduced.
  • the o-ring used in the prior art is provided with a support between the opposing can and the frame, and the support is welded so that the can and the deformation of the frame due to the pressure of the refrigerant can be reduced.
  • the number of parts can be reduced and assembly can be simplified. Further, since the thickness for sinking the screw head of the flat screw provided in the conventional can is not required, the can can be made thinner. Furthermore, by eliminating the fastening with flat screws, it is possible to reduce the size of the columns, and to achieve a smaller motor or higher thrust.
  • the grooves are provided perpendicular to the longitudinal direction of the substrate. It can be alleviated and deformation can be reduced.
  • FIG. 1 is a front view of an armature of a linear motor showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. The description of the components of the present invention that are the same as in the prior art will be omitted, and only the differences will be described.
  • the linear motor armature according to the first embodiment is In order to reduce the deformation of (3), the support (9) is provided between the can (2) and the frame (3) facing each other, and the support (9) is joined by welding. In other words, it is possible to maintain a reduction in deformation. Further, since the O-ring 17 and the countersunk screw 16 used in the prior art are not required, the number of parts can be reduced and the assembly can be simplified. Further, since the thickness for sinking the screw head of the countersunk screw 16 provided in the conventional can 2 is not required, the can 2 can be made thinner. Furthermore, the elimination of the fastening with the flathead screw enables the support column 9 to be made smaller, thereby realizing a smaller motor or a higher thrust.
  • FIG. 3 is a front view of a substrate used for an armature of a linear motor according to a second embodiment of the present invention.
  • two grooves 2A are provided perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 12. As described above, in the second embodiment, since the groove 12A is provided perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 12, the substrate 1
  • the thermal stress can be relieved by the expansion and contraction of the groove 12A, and the deformation can be reduced.
  • the present invention is applied to, for example, a linear motor armature used in a semiconductor exposure apparatus, a liquid crystal exposure apparatus, and the like, and a linear motor using the same, and provides a can linear motor that requires a particularly low temperature rise. It is useful in the field to do.
  • FIG. 1 is a front view of an armature of a linear motor showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of a substrate used for an armature of a linear motor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 A perspective view showing the overall appearance common to conventional linear motors.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of an armature showing a first prior art.
  • FIG. 6 Front view of the armature shown in FIG.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of an armature showing a second related art.
  • FIG. 9 Front view of armature shown in FIG. 8
  • FIG. 10 Cross-sectional view taken along line AA in FIG. 9

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Abstract

基板、キャンおよびフレームの変形を低減しつつ、モータ構造の簡素化及び小型化を図ることができるリニアモータ電機子およびこれを用いたリニアモータを提供することを目的とする。 基板（１２）の両側面に固定された電機子巻線（１１）と、電機子巻線（１１）を覆うように設けられたキャン（２）とフレーム（３）よりなる密封体を備え、電機子巻線（１１）の周囲に冷媒を流して冷却するようにしたリニアモータ電機子であって、基板（１２）に電機子巻線（１１）を接着固定し、それをフレーム（３）に組付けた後、キャン（２）とフレーム（３）の間に支柱（９）を配設し、キャン（２）と支柱（９）、フレーム（３）と支柱（９）を夫々溶接により接合したものである。

Description

明 細 書
リニアモータ電機子およびこれを用いたリニアモータ
技術分野
[0001] 本発明は低温度上昇を要求される、例えば半導体露光装置、液晶露光装置等に 使用されるリニアモータ電機子およびこれを用いたリニアモータに関するものである 背景技術
[0002] 従来、例えば半導体露光装置、液晶露光装置などの高精度位置決め装置は、高 速化、高出力化が年々高まってきている。高精度位置決め装置の高性能化のため、 その構成部品であるリニアモータにおいては低温度上昇が要求される。このようなリ ユアモータは、例えば図 4のようになっている。以下、ステージ装置駆動用のボイスコ ィル型のものを例に上げて説明する。
図 4は従来のリニアモータに共通な全体の外観を示す斜視図である。 1は電機子、 2はキャン、 3はフレーム、 4は冷媒流出口、 5は永久磁石、 6はヨーク、 7はベース、 8 は界磁、 10は冷媒流入口である。また、図 5は第 1従来技術を示す電機子の分解斜 視図である。 11は電機子卷線、 12は基板、 13はねじである。
図 4において、リニアモータは電機子 1を可動子とし、界磁 8を固定子として構成さ れると共に、電機子 1は図示しないリニアガイド、エアスライダもしくは滑り案内等によ つて支持され、可動子を矢印で示す進行方向に移動させるものとなって 、る。
具体的には、界磁 8は平板状のヨーク 6と、該ヨーク 6上に交互に極性が異なるよう に隣り合わせに複数個並べて配設した永久磁石 5と、ヨーク 6を組付けるベース 7で 構成される。永久磁石 5はヨーク 6に対して接着により固定されると共に、後述する電 機子 1の両側にギャップを介して配置される。
また、電機子 1は、図 5に示すように銅線を集中卷により成形してなる電機子卷線 1 1と、電機子卷線 11を配列し位置決め固定するための基板 12と、基板 12の四隅を ネジ 13で固定するためのフレーム 3と、基板 12の両側面に固定された電機子卷線 1 1の外側を覆うようにフレーム 3内で密封するためのキャン 2で構成される。なお、キヤ ン 2は基本的に非磁性材料とされ、例えばステンレス、榭脂、セラミックスなどなどの 薄板で構成される。また、フレーム 3はステンレスの铸物で形成されると共に、中央部 は電機子卷線 11、基板 12を収納するために必要な孔部 3Aが穿設されており、孔部 3Aのキャン 2に対向する部分 (底部）にはキャン 2の厚みに相当する厚みが設けられ ている。そして、フレーム 3の長手方向における両端の一方端に冷媒を流すための冷 媒流入口 10を、他方端に冷媒流出口 4を各々備えている。キャン 2はフレーム 3との 接合面を溶接によって接合することで、キャン 2とフレーム 3は密封体を構成する。そ れから、基板 12はそれ自身の強度を要求されるため、ステンレスがよく使われている さらに、図 6は図 5の電機子の正面図、図 7は図 6の A— A線に沿う断面図を示して おり、図において、 14は冷媒通路を示している。
図 6、図 7に示すように、電機子卷線 11の温度上昇を低減させるため、モータ内部 に冷媒通路 14を設けている。冷媒を冷媒流入口 10から供給して冷媒流出口 4より排 出することにより、冷媒は電機子卷線 11とキャン 2の間にある冷媒通路 14を流れる。 このように構成されたリニアモータは、可動子自身の位置にあった所定の電流を電 機子卷線 11に流すことにより、可動子が固定子の永久磁石 5の作る磁界と作用し、 可動子は推力を発生する。そして、銅損によって電機子卷線 11が発熱して温度上昇 する。温度上昇した電機子卷線 11の発熱は冷媒により熱回収されるが、熱回収され ない熱量がフレーム 3の温度上昇となる。基板 12の温度上昇値は、基板 12が冷媒と 接する部分が少ないため、電機子卷線 11の温度上昇値とほぼ等しくなる。従ってフ レーム 3と基板 12に温度差が生じる（例えば、特許文献 1を参照)。
次に、第 2従来技術を説明する。
図 8は第 2従来技術を示す電機子の分解斜視図、図 9は図 8に示す電機子の正面 図、図 10は図 9の A-A線に沿う断面図である。第 2従来技術の構成要素が第 1従来 技術と同じものについては説明を省略し、異なる点のみを説明する。
すなわち、支柱 18とキャン 2の間、支柱 18とフレーム 3の間に冷媒漏洩防止のため の Oリング 17を挟み、キャン 2、フレーム 3および基板 12の中心部に孔を設けて、基 板 12をキャン 2、フレーム 3側カもサラネジ 16で固定した点である。このような構成に より、供給された冷媒の圧力によるキャン 2、フレーム 3の変形を低減させる構造とな つている、なお、リニアモータの動作については、第 1従来技術と同じなので説明を 省略する（例えば、特許文献 2を参照)。
特許文献 1 :特開 2001-25227号公報（明細書第 2頁、図 4)
特許文献 2 :特開 2001—231246号公報（明細書第 4頁、図 2)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところが従来技術では以下の問題があった。
(1)第 1従来技術では、温度上昇した基板 12の熱膨張量と、フレーム 3の熱膨張量 が異なるため、基板 12に熱応力が発生し変形することがあった。
(2)第 2従来技術では、 Oリング 17、サラネジ 16を使用してキャン 2、フレーム 3の変 形低減を図っていたため部品が多く構造も複雑である。また、 Oリング 17で封止する ため封止面が必要であり、支柱 18の径寸法にはある程度の面積が必要であるという 制約があった。キャン 2にお ヽてもネジ頭を沈めるだけの板厚が必要でありモータの 小形ィ匕を妨げていた。
[0005] 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板、キャンおよびフレ ームの変形を低減しつつ、モータ構造の簡素化及び小型化を図ることができるリニア モータ電機子およびこれを用いたリニアモータを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 上記課題を解決するために、請求項 1の発明は、基板の両側面に固定された電機 子卷線と、前記電機子卷線を覆うように設けられたキャンとフレームよりなる密封体を 備え、前記電機子卷線の周囲に冷媒を流して冷却するようにしたリニアモータ電機子 であって、冷媒の圧力によるキャン並びにフレームの変形を低減できるように、互い に対向するキャンとフレームの間に支柱を設け、前記支柱を溶接により接合したもの である。
請求項 2の発明は、請求項 1に記載のリニアモータ電機子において、前記基板の長 手方向と垂直に少なくとも 1本の溝を設けたものである。
請求項 3の発明は、リニアモータに係るものであり、請求項 1または 2に記載のリニア モータ電機子と、当該電機子とギャップを介して互いに対向配置させた界磁とを備え 、前記界磁は、ヨークと、前記ヨーク上に交互に極性が異なるように隣り合わせに複 数個並べて配置させた永久磁石とで構成され、前記電機子と前記界磁部の何れか 一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするものである。
発明の効果
[0007] 本発明によれば、以下の効果がある。
(1)第 1実施例に係るリニアモータ電機子は、冷媒の圧力によるキャン並びにフレー ムの変形を低減できるように、互いに対向するキャンとフレームの間に支柱を設け、 支柱を溶接により接合したため、従来技術に対してキャンおよびフレームの変形低減 を損なうことなぐ変形低減を維持することができる。また、従来技術で用いた oリング
、サラネジが不要となるため、部品数の削減及び組立ての簡素化を図ることができる 。また、従来技術のキャンに設けられたサラネジのネジ頭を沈めるための厚みが不要 となるため、キャンの薄肉化を図ることができる。さらにサラネジによる締結を無くすこ とで、支柱の細小化が図れ、モータの小型化または高推力化を実現することができる
(2)第 2実施例に係るリニアモータ電機子は、基板の長手方向と垂直に溝を設けたた め、基板は熱応力が発生しても、溝の部分が伸縮することにより熱応力を緩和でき、 変形を低減させることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
実施例 1
[0009] 図 1は本発明の第 1実施例を示すリニアモータの電機子の正面図である。図 2は図 1の B— B線に沿う断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについて は説明を省略し、異なる点のみを説明する。
すなわち、基板 12に電機子卷線 11を接着固定し、それをフレーム 3に組付けた後 、互いに対向するキャン 2とフレーム 3の間に支柱 9を配設し、キャン 2と支柱 9、フレ ーム 3と支柱 9を夫々溶接により接合した点である。なおリニアモータの動作につ！、て は、従来技術と同じなので説明を省略する。
第 1実施例に係るリニアモータ電機子は、冷媒の圧力によるキャン 2並びにフレーム 3の変形を低減できるように、互いに対向するキャン 2とフレーム 3の間に支柱 9を設 け、支柱 9を溶接により接合したので、従来技術に対してキャン 2およびフレーム 3の 変形低減を損なうことなぐ変形低減を維持することができる。また、従来技術で用い た Oリング 17、サラネジ 16が不要となるため、部品数の削減及び組立ての簡素化を 図ることができる。また、従来技術のキャン 2に設けられたサラネジ 16のネジ頭を沈め るための厚みが不要となるため、キャン 2の薄肉化を図ることができる。さらにサラネジ による締結を無くすことで、支柱 9の細小化が図れ、モータの小型化または高推力化 を実現することができる。
実施例 2
[0010] 図 3は本発明の第 2実施例を示すリニアモータの電機子に用いられる基板の正面 図である。
図において、基板 12の長手方向と垂直に 2本の溝 2Aを設けた点である。 このように第 2実施例は、基板 12の長手方向と垂直に溝 12Aを設けたので、基板 1
2は熱応力が発生しても、溝 12Aの部分が伸縮することにより熱応力を緩和でき、変 形を低減させることができる。
産業上の利用可能性
[0011] 本発明は例えば半導体露光装置、液晶露光装置等に使用されるリニアモータ電機 子およびこれを用いたリニアモータに適用して、特に低温度上昇を要求されるキャン ド ·リニアモータを提供する分野に有用である。 図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明の第 1実施例を示すリニアモータの電機子の正面図である。
[図 2]図 1の B— B線に沿う断面図
[図 3]本発明の第 2実施例を示すリニアモータの電機子に用いられる基板の正面図
[図 4]従来のリニアモータに共通な全体の外観を示す斜視図
[図 5]第 1従来技術を示す電機子の分解斜視図
[図 6]図 5に示す電機子の正面図
[図 7]図 6の A— A線に沿う断面図
[図 8]第 2従来技術を示す電機子の分解斜視図 [図 9]図 8に示す電機子の正面図 [図 10]図 9の A-A線に沿う断面図 符号の説明
1 電機子
2 キャン
2A 溝
3 フレーム
3A 孔部
4 冷媒流出口
5 永久磁石
6 ヨーク
7 ベース
8 界磁
9 支柱
9A, 9B 接合面
10 冷媒流入口
11 電機子卷線
12 基板
13 ネジ
14 冷媒通路
16 サラネジ
17 Oリング
18 支柱

Claims

請求の範囲
[1] 基板の両側面に固定された電機子卷線と、前記電機子卷線を覆うように設けられ たキャンとフレームよりなる密封体を備え、前記電機子卷線の周囲に冷媒を流して冷 却するようにしたリニアモータ電機子であって、
冷媒の圧力によるキャン並びにフレームの変形を低減できるように、互いに対向す るキャンとフレームの間に支柱を設け、前記支柱を溶接により接合したことを特徴とす るリニアモータ電機子。
[2] 前記基板の長手方向と垂直に少なくとも 1本の溝を設けたことを特徴とする請求項 1 に記載のリニアモータ電機子。
[3] 請求項 1または 2に記載のリニアモータ電機子と、当該電機子とギャップを介して互 いに対向配置させた界磁とを備え、前記界磁は、ヨークと、前記ヨーク上に交互に極 性が異なるように隣り合わせに複数個並べて配置させた永久磁石とで構成され、前 記電機子と前記界磁部の何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とす ることを特徴とするリニアモータ。
PCT/JP2004/006446 2003-05-20 2004-05-13 リニアモータ電機子およびこれを用いたリニアモータ Ceased WO2004105219A1 (ja)

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