JP2007159286A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の発熱した電機子巻線の熱量を回収できる機能を損なうことなく、冷却構造の気密性及び製造工程上の作業性の改善を図ることができるリニアモータを提供する。
【解決手段】 界磁ヨーク４上に配置した複数の永久磁石３と、界磁２の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置され、結線基板９の両側に電機子巻線１０を設けた電機子６とを備えたリニアモータにおいて、結線基板９は。該基板の両面に配置された電機子巻線１０を構成する成形コイル１０ａ、１０ｂの整列方向に沿って、該コイルの外周を覆うように密着させると共に内部に冷媒を流す複数の冷媒パイプ１８を設け、電機子巻線１０および結線基板９並びに冷媒パイプ１８をモールド樹脂１１により一体成形し、電機子の両端には冷媒を外部から冷媒パイプ１８に供給するための冷媒ヘッダ１７ａ、１７ｂを設けると共に、冷媒パイプ１８の外周とモールド樹脂１１の間をＯリングにより封止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体露光装置、液晶露光装置関連のステッパ駆動装置や工作機のテーブル送り装置等に用いられ、特に、超精密位置決め、高推力、高速化、高出力化を実現し、低温度上昇であることを要求されるリニアモータに関する。

従来、例えば半導体露光装置、液晶露光装置関連のステッパ駆動装置や工作機のテーブル送り装置等に用いられ、特に、超精密位置決め、高推力、高速化、高出力化を実現し、低温度上昇であることを要求されるリニアモータは、図３、図４のようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
図３は従来のリニアモータの全体構成を示す斜視図であって、後述する本発明と共通な全体斜視図となっている。
図３において、１はリニアモータ、２は界磁、３は永久磁石、４は界磁ヨーク、５はヨーク固定ベース、６は電機子、７は冷媒入口、８は冷媒出口、１４は電機子ベースである。
リニアモータ１は固定子と可動子で構成されている。このうち、一方の固定子は平板状の界磁ヨーク４と、界磁ヨーク４を組付けるヨーク固定ベース５と、界磁ヨーク４上に交互に極性が異なるように配置して接着された複数の永久磁石３とからなる界磁２を構成している。また、他方の可動子は永久磁石３と磁気的空隙を介して対向配置され、ベース７と後述する電機子巻線とからなる電機子６を構成している。

図４は図３のＡ−Ａ線に沿う従来のリニアモータを示す正断面図である。
図４において、９は結線基板、１０は電機子巻線、１０ａ、１０ｂは成形コイル、１１はモールド樹脂、１２は冷媒流路、１３ａおよび１３ｂは冷媒ジャケット、１５はジャケット結合部である。
電機子巻線１０は集中巻にした複数個のコイル群を平板状に成形してなる成形コイル１０ａおよび１０ｂを結線基板９の両面に長手方向に沿って２列に並べて整列させたものであって、結線基板９上に予め設けた図示しない突起等に各成形コイルを嵌め込み位置決め固定している。また、この複数の各成形コイル１０ａ、１０ｂ間、各成形コイルと電機子外部間を結線基板９との間でハンダ付けを行うことにより電気的に接続している。それから、結線を行った結線基板９を電機子ベース１４の凹部１４ａに嵌め込み、結線基板９の固定および絶縁保護を行うために各成形コイル１０ａ、１０ｂの外周と電機子ベース１４の凹部１４ａとの間にモールド樹脂１１を充填して固着する。
また、モールド樹脂１１の周囲に平板状のプレートからなる二つの冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂを設けると共に、該両ジャケットを組み合わせると、その両端部および底部並びに外側面が閉じた、いわゆる筐体状のジャケットになるように構成してあり、モールド樹脂１１と冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂ間に冷媒を流通させるための冷媒通路１２を形成している。冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂは電機子と界磁間の磁気回路内を移動する際に生じる渦電流を低減させるために、非導電性材料の樹脂が主に使用されている。樹脂製の冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂは形状の制約または製法上の限界により分割化による製作が主流となっており、強度と気密性を確保するように両方の冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂを結合するジャケット結合部１５にシール剤を塗布している。

このように構成された電機子において、電気的相対位置に応じた３相交流電流を成形コイル１０ａと成形コイル１０ｂに流すことにより、図示しない永久磁石の作る磁界と作用して、電機子に対して図示しない界磁ヨークに推力が発生する。この際、電機子６には電機子ベース１４に設けた冷媒入口７に冷媒が流入すると、冷媒は加圧された状態で冷媒ジャケット１３ａ、１３ｂ内を流れてモールド樹脂１１の表面を効率よく冷却するため、冷媒が通電により発熱した電機子巻線１０の熱量をモールド樹脂１１の表面から奪い、電機子自体の表面の温度を低減するようになっている。
特開２００１−２３１２４６号公報 特開２００４−８８８４４号公報

ところが、従来技術では、電機子の冷媒ジャケットを結合するジャケット結合部にシール剤を塗布する工程が作業効率の低下を招いていた。また、該ジャケット結合部のシール剤の塗布が不完全であると、気密性が保持できない等、製造工程に影響を与えることがあった。そこで、リニアモータとしては、従来のごとく発熱した電機子巻線の熱量を効率よく回収できるような機能を損なうことなく、上記の問題を解決できる冷却構造が望まれていた。
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、従来のように発熱した電機子巻線の熱量を回収できる機能を損なうことなく、冷却構造の気密性及び製造工程上の作業性の改善を図ることができる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、界磁ヨークと、前記界磁ヨーク上に交互に極性が異なるように並べて配置した複数の永久磁石とより構成される界磁と、前記界磁の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置すると共に、結線基板の両側に該基板の長手方向に向かって複数個のコイル群を平板状に成形してなる成形コイルを２列に並べて整列させた電機子巻線と、前記結線基板上に整列された電機子巻線の一端を固着する電機子ベースとより構成される電機子と、を備え、前記界磁と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、前記結線基板は。該基板の両面に配置された前記電機子巻線を構成する成形コイルの整列方向に沿って、該コイルの外周を覆うように密着させると共に内部に冷媒を流す複数の冷媒パイプを設けてあり、前記電機子巻線および前記結線基板並びに前記冷媒パイプをモールド樹脂により一体成形してあり、前記電機子の両端には冷媒を外部から前記冷媒パイプに供給するための冷媒ヘッダを設けると共に、前記冷媒パイプの外周と前記モールド樹脂の間をＯリングにより封止するためのＯリング溝を設けてある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記載のリニアモータにおいて、前記冷媒パイプは、ステンレスで構成されたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明は、電機子巻線に複数の冷媒パイプを密着させるといった冷却構造にしたため、従来のように発熱した電機子巻線の熱量を回収できる機能を損なうことなく、気密性及び製造工程上の作業性の改善を実現できる。
請求項２に記載の発明は、冷媒パイプをステンレスで構成したため、従来の樹脂製のジャケットのように筐体状のジャケットを製作するために必要であったジャケット結合部を無くすことで機密性が保たれ、製造工程上の作業性の改善を実現できる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。

図１は本発明の実施例を示すリニアモータの電機子であって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は、（ａ）の電機子巻線の冷却構造の詳細を示した斜視図、図２は図１、（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う正断面図を示したものである。なお、本発明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、異なる点のみ説明する。

図１および図２において、１６はネジ、１７ａ、１７ｂは冷媒ヘッダ、１８は冷媒パイプ、１９はＯリング溝である。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、図１および図２において、本発明に係るリニアモータ１は、結線基板９は。該基板の両面に配置された電機子巻線１０を構成する成形コイル１０ａ、１０ｂの整列方向に沿って、該コイルの外周を覆うように密着させると共に内部に冷媒を流す複数の冷媒パイプ１８を設けてあり、電機子巻線１０および結線基板９並びに冷媒パイプ１８をモールド樹脂１１により一体成形してあり、電機子の両端には冷媒を外部から冷媒パイプ１８に供給するための冷媒ヘッダ１７ａ、１７ｂを設けると共に、冷媒パイプ１８の外周とモールド樹脂１１の間をＯリングにより封止するためのＯリング溝１９を設けた点である。
また、冷媒パイプ１８は、ステンレスで構成したものとなっている。
なお、冷媒ヘッダ１７ａ、１７ｂはモールド樹脂１１に対してねじ１６により締結されている。

次に動作について説明する。
図において、リニアモータの電機子６の端子台（不図示）に外部から電力を供給し、電機子巻線１０に電流を通電すると、電機子巻線１０が銅損により発熱する。これと並行して、冷媒を電機子１０に設けた冷媒入口７に供給しており、冷媒が冷媒パイプ１８を流れた後、冷媒出口８に向かって排出され、冷媒が冷媒パイプ１８中を循環することで、銅損により発熱する電機子巻線１０を冷却し、電機子の表面温度上昇が小さくなると共に、冷却効果が向上する。
このとき、冷媒パイプ１８の外周とモールド樹脂１１の間におけるＯリングによる封止により、冷媒が冷媒ヘッダ１７ａ、１７ｂと電機子６の間から液漏れが発生することはなく、電機子の絶縁抵抗低下や絶縁破壊といった問題が皆無となる。

したがって、本発明の実施例は、従来の結線基板の両面に配置された電機子巻線を筐体状の冷媒ジャケットで覆って冷媒通路を確保する構成に替えて、結線基板の両面に配置された電機子巻線を構成する成形コイルの整列方向に沿って、該コイルの外周を覆うように密着させると共に内部に冷媒を流す複数の冷媒パイプを設け、電機子巻線、結線基板、冷媒パイプをモールド樹脂により一体成形する構成にしたので、従来用いていたシール剤を廃止することができ、冷却構造の気密性及び製造工程上の作業性の改善を図り、しかも発熱した電機子巻線の熱量を効率よく回収することができる。

なお、本発明の実施例において、冷媒パイプはステンレスで構成したが、気密性が保たれ、しかも、放熱性を考慮して熱伝導性の良好な材料であれば特に限定されることはなく、銅、アルミ合金、樹脂などでも構わない。
また、本発明の実施例において、冷媒ヘッダに設けた冷媒出入口の位置は限定されるものではない。
また、本発明の実施例において、冷媒パイプの形状は円形状あるいは角形状のどちらでも構わず、特に限定されるものではない。
また、本発明の実施例において、冷媒パイプと冷媒ヘッダの封止はＯリングによるシールに限定されるものではなく、シール剤を塗布することによるシーも含まれる。
また、本発明の実施例において、リニアモータの固定子と可動子の何れか一方あるいは他方に電機子を配置するか、または界磁を配置するかの選択については特に限定するものではない。それから、リニアモータの通電方式についても直流通電、交流通電の限定をするものではない。

本発明は、複数本の冷媒パイプを電機子巻線の表面の外周に密着するように配置する構成にすることによって、電機子巻線、モールド樹脂から生じる熱量を効率良く奪って電機子自体を冷却し、電機子表面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ことが要求される半導体露光装置や液晶露光装置などの用途に適用することができる。

本発明の実施例を示すリニアモータの電機子であって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は、（ａ）の電機子巻線の冷却構造の詳細を示した斜視図 図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う正断面図を示したもの 従来のリニアモータの全体構成を示す斜視図で、本発明と共通な全体斜視図 図３のＡ−Ａ線に沿う従来のリニアモータを示す正断面図

符号の説明

１ リニアモータ、
２ 界磁、
３ 永久磁石、
４ 界磁ヨーク、
５ ヨーク固定ベース、
６ 電機子、
７ 冷媒入口、
８ 冷媒出口、
９ 結線基板、
１０ 電機子巻線、
１０ａ、１０ｂ 成形コイル、
１１ モールド樹脂、
１２ 冷媒流路、
１３ａ、１３ｂ 冷媒ジャケット、
１４ 電機子ベース、
１５ ジャケット結合部、
１６ ネジ、
１７ａ、１７ｂ 冷媒ヘッダ、
１８ 冷媒パイプ、
１９ Ｏリング溝

Claims (2)

1. 界磁ヨーク（４）と、前記界磁ヨーク（４）上に交互に極性が異なるように並べて配置した複数の永久磁石（３）とより構成される界磁（２）と、
   前記界磁（２）の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置すると共に、結線基板（９）の両側に該基板の長手方向に向かって複数個のコイル群を平板状に成形してなる成形コイル（１０ａ、１０ｂ）を２列に並べて整列させた電機子巻線（１０）と、前記結線基板（９）上に整列された電機子巻線（１０）の一端を固着する電機子ベース（１４）とより構成される電機子（６）と、
   を備え、
   前記界磁（２）と前記電機子（６）の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
   前記結線基板（９）は。該基板の両面に配置された前記電機子巻線（１０）を構成する成形コイル（１０ａ、１０ｂ）の整列方向に沿って、該コイルの外周を覆うように密着させると共に内部に冷媒を流す複数の冷媒パイプ（１８）を設けてあり、
   前記電機子巻線（１０）および前記結線基板（９）並びに前記冷媒パイプ（１８）をモールド樹脂（１１）により一体成形してあり、
   前記電機子（６）の両端には冷媒を外部から前記冷媒パイプ（１８）に供給するための冷媒ヘッダ（１７ａ、１７ｂ）を設けると共に、前記冷媒パイプ（１８）の外周と前記モールド樹脂（１１）の間をＯリングにより封止するためのＯリング溝（１９）を設けてあることを特徴とするリニアモータ。
2. 前記冷媒パイプ（１８）は、ステンレスで構成されたことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。

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