(57)【要約】  水冷却仕様のキャンド・リニアモータ電機子の絶縁信頼性を向上すると共に、リニアモータ表面と電機子巻線の両方の温度上昇を低減し、さらには、冷媒圧力が増大してもキャンの破壊がなく、キャンの変形を抑え、電機子の軽量化が可能で、粘性制動力を低減するキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータを提供する。  キャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線（１０４）を額縁状の筐体（１１１）で囲み、筐体（１１１）の両開口部を平板状のキャン（１２１）で密閉すると共に、キャン（１２１）の内部に複数の冷媒流路（１３１）を設け、冷媒流路（１３１）を電機子巻線（１０４）のコイル辺上面に配置する。
2008152876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状に形成されたコイルよりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を囲むように額縁状に形成された筐体と、前記筐体の開口部を密閉する平板状のキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
前記キャンの内部に複数の冷媒流路を設けると共に、前記冷媒流路を前記電機子巻線のコイル辺上面に配置したことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項２】
前記冷媒流路を蛇行状に形成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。
【請求項３】
前記キャンの前記冷媒流路が形成されていない箇所に長穴を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項４】
前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚の薄板部材同士を、該凹部が対面するように拡散接合により一体に構成すると共に、
前記凹部が対面して作られた空洞を前記冷媒流路と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。
【請求項５】
前記キャンは、前記電機子巻線の長手方向に向かって複数個並列させた薄肉パイプと、前記薄板パイプの端面にろう付けにより接合された角型部材とより一体に構成されると共に、前記薄肉パイプの内部を前記冷媒流路としたことを特徴とする請求項１に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項６】
前記キャンを構成する前記２枚の前記薄板部材は、銅製薄板部材とステンレス製薄板部材を拡散接合により一体に構成したものであり、
前記キャンの銅製薄板部材を前記電機子巻線側に向けて配置させたことを特徴とする請求項４記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項７】
平板状に形成されたコイルよりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を囲むように額縁状とした筐体と、前記筐体の開口部を密閉する平板状のキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
前記電機子巻線を集中巻コイルで形成してあり、
前記キャンの内部に冷媒流路と支柱を設けてあり、
前記電機子巻線の集中巻コイル辺上面に前記冷媒流路を配置すると共に、前記電機子巻線の集中巻コイル空心上面に前記支柱を配置してあり、
前記電機子巻線と前記筐体との間に隙間を設けると共に、前記電機子巻線を前記キャンに固定し、さらに、前記キャンを前記筐体に固定したことを特徴とするキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項８】
前記電機子巻線を固定する巻線固定部材を設けてあり、
前記電機子巻線を、前記巻線固定部材を介して前記キャンに機械的に固定したことを特徴とする請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項９】
前記電機子巻線と前記キャンの間に良熱伝導性材を挿入したことを特徴とする請求項７または８に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１０】
前記電機子巻線と前記キャンを接着により固定したことを特徴とする請求項７または８に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１１】
前記隙間に断熱材を入れたことを特徴とする請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１２】
前記キャン内部の冷媒流路を前記電機子巻線側に寄せて配置したことを特徴とする請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１３】
前記キャンの内部に、前記冷媒流路側に突出した凸部を設けたことを特徴とする請求項７または１２に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１４】
前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚の金属製の薄板部材同士を、該凹部が対面するように拡散接合により一体に構成してあり、
前記凹部が対面して作られた空洞を前記冷媒流路としたことを特徴とする請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１５】
前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚のカーボン繊維強化プラスチック製の薄板部材同士を、該凹部が対面するように接着もしくは機械的な締結により一体に構成してあり、
前記凹部が対面して作られた空洞を前記冷媒流路としたことを特徴とする請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１６】
リニアモータの長ストローク化を行うことを目的とした場合であって、当該リニアモータの電機子の長さを推力発生方向に延長するのに応じて、前記キャンを少なくとも２つ用いると共に、当該キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で、当該キャン内部の冷媒流路同士の延長接続を行なうことを特徴とする請求項１または７に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１７】
前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ当該キャンの接続部となるように、厚み方向に段付き形状を有し、かつ、前記冷媒通路と連通した段付部を設けており、当該段付部の何れか一方を他方に対し上下逆さになるように対向配置させて嵌合してあることを特徴とする請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１８】
前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ当該キャンの接続部となるように、前記第１キャンと前記第２キャンの何れか一方の接続部が凹部を有し、他方の接続部が凸部を有すると共に、前記凹凸部が冷媒通路と連通してあり、当該両接続部同士を嵌合してあることを特徴とする請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項１９】
前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ前記冷媒通路と連通した直線状またはＬ字状に伸びる接続部を有すると共に、当該両キャンの接続部に対し中空形状のジョイントを対向配置させて嵌合してあることを特徴とする請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項２０】
前記両キャン同士は、ステンレスもしくは銅を拡散接合により一体化するか、あるいはカーボン繊維強化プラスチックからなる薄板部材により接着もしくは機械的締結により一体化して構成したことを特徴とする請求項１７または１８に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項２１】
前記両キャンおよび前記ジョイントは、ステンレスもしくは銅を拡散接合により一体化するか、あるいはカーボン繊維強化プラスチックからなる薄板部材により接着もしくは機械的締結により一体化して構成したことを特徴とする請求項１９に記載のキャンド・リニアモータ電機子。
【請求項２２】
請求項１〜２１の何れか１項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記キャンド・リニアモータ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、前記キャンド・リニアモータ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、前記界磁と前記キャンド・リニアモータ電機子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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置のステージ駆動や工作機のテーブル送りに使われると共に、リニアモータ表面と電機子巻線の温度上昇低減、絶縁信頼性の向上、軽量化、粘性制動力の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。【０００２】
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、電機子巻線をキャンで覆い、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で、電機子巻線が発生する熱を冷媒で回収し、リニアモータ表面の温度上昇を低減している（例えば、特許文献１、２、３、４、５、６参照）。【０００３】
図３４は第１従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図である。
図３４において、１００はキャンド・リニアモータ電機子（以下、電機子と略す）、１０１は端子台、１０２は冷媒供給口、１０３は冷媒排出口、１１０は筐体、１２０はキャン、２００は界磁、２０１は永久磁石、２０２は界磁ヨーク、２０３は界磁ヨーク支持部材である。ここで、界磁２００は、図３４の斜視図では一部が隠れているが、上下に対向する２つの界磁ヨーク２０２と、該界磁ヨーク２０２の間に配置された界磁ヨーク支持部材２０３と、該界磁ヨーク２０２の互いの対向面に夫々取り付けられた永久磁石２０１とから構成されており、界磁ヨーク２０２と界磁ヨーク支持部材２０３の組立後の形状は、進行方向の断面で見ると、端部が開口する構成でちょうど略コ字状の断面形状となっている。
図３５は図３４のキャンド・リニアモータに用いる電機子の全体斜視図である。
電機子１００はコ字状断面をした界磁２００の開口する空間内に挿入され、その場合、電機子１００の内部に収納された図示しない電機子巻線（図２７、２７に記載）が永久磁石２０１と磁気的空隙を介して対向するように配置されている。界磁２００は、電機子１００に対し相対移動できるように、図示しないリニアガイドもしくは直線転がり案内または静圧軸受案内等によって支持されている。【０００４】
図３６は、図３５の上面から見た電機子の平面図であり、説明上、キャン１２０の一部を切り欠いて内部の構造がわかるように示したものである。図３７は、図３６におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。
図において、１０４が電機子巻線、１０５が基板、１０６がモールド樹脂、１０７が基板固定用ボルト、１０８がＯリング、１０９がＯリング固定用ボルト、１３０が冷媒流路である。電機子１００は、額縁状に形成した金属製の筐体１１０の内部に、基板１０５の両面に電機子巻線１０４を配置し周囲をモールド樹脂１０６により一体にしたものを、基板固定用ボルト１０７で筐体１１０と固定している。筐体１１０の両開口部を同じく金属製で平板状のキャン１２０で覆い、外周を溶接している。金属製の筐体１１０とキャン１２０には例えばステンレスを用いる。モールド樹脂１０６の上面とキャン１２０の間には、冷媒流路１３０が形成される。筐体１１０には、冷媒を供給または排出する配管を施し、その配管の先に冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３がＯリング１０８を介して漏れないように、Ｏリング固定用ボルト１０９にて締め付け固定している。冷媒は冷媒供給口１０２より供給されると、図３６、３７の矢印で示すとおり、モールド樹脂１０６の上面とキャン１２０の間の冷媒流路１３０に均等に流れる。また、筐体１１０には電機子巻線１０４に電力を供給するための端子台１０１が取り付けられ、端子台１０１と電機子巻線１０４とがリード線（図示なし）により接続される。【０００５】
このように構成されたキャンド・リニアモータは、界磁とキャンド・リニアモータ電機子の電気的相対位置に応じた電流を電機子巻線に流すことにより、永久磁石の作る磁界と作用して界磁２００に推力が発生する。このとき銅損によって発熱した電機子巻線１０４は冷媒流路１３０を流れる冷媒により冷却されるので、キャン１２０の表面温度上昇を抑えることができる。更に、従来は導電率が極めて小さく絶縁性のある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））を用いていたが、フッ素系不活性冷媒に替えて、熱伝導率と比熱が大きく熱回収力の高い水（純水および超純水も含む）を使用することで、キャン１２０の表面温度上昇を更に低く抑えることができる。【０００６】
また、ステンレス製のキャンを用いた場合、永久磁石がキャンに対し動くことで、ステンレスのキャンには渦電流が発生し、界磁の走行抵抗となる粘性制動力が生じる。従来技術のキャンド・リニアモータ電機子に発生する渦電流を図３８（ａ）に示す。キャン１２０の表面には、永久磁石２０１と対向する箇所に、大きな渦電流１５１が発生する。この渦電流１５１を細分化する方法として、キャンにスリットを設けているものもある。【０００７】
図３９は第２従来技術を示すキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図である。
図において、１００はキャンド・リニアモータ電機子（以下、電機子と略す）、１０１は端子台、１０２は冷媒供給口、１０３は冷媒排出口、１１０は筐体、１２０はキャン、２００は界磁、２０１は永久磁石、２０２は界磁ヨーク、２０３は界磁ヨーク支持部材、１０４が電機子巻線、１０５が基板、１０６がモールド樹脂、１０７が基板固定用ボルト、１０８がＯリング、１３０が冷媒流路、１６０がキャン固定用ボルト、１６１がキャン押さえ板である。ここで、界磁２００は、図２９の斜視図では一部が隠れているが、上下に対向する２つの界磁ヨーク２０２と、該界磁ヨーク２０２の間に配置された界磁ヨーク支持部材２０３と、該界磁ヨーク２０２の互いの対向面に夫々取り付けられた永久磁石２０１とから構成されており、界磁ヨーク２０２と界磁ヨーク支持部材２０３の組立後の形状は、進行方向の断面で見ると、端部が開口する構成でちょうど略口字状の断面形状となっている。
図４０は図３９のキャンド・リニアモータに用いる電機子の全体斜視図である。
電機子１００はロ字状断面をした界磁２００の開口する空間内に挿入され、その場合、電機子１００内部に収納された電機子巻線１０４が永久磁石２０１と磁気的空隙を介して対向するように配置されている。界磁２００は、電機子１００に対し相対移動できるように、図示しないリニアガイドもしくは直線転がり案内、または静圧軸受案内等によって支持されている。【０００８】
図４１は、図４０の上面から見た電機子の平面図であり、説明上、キャン１２０の一部を切り欠いて内部の構造がわかるように示したものである。図４２は、図４１におけるＡ−Ａ線に沿う側断面図である。図４１において、１０３は冷媒排出口である。
電機子１００は、額縁状に形成した筐体１１０の内部に、基板１０５の両面に平板上のコイルより形成された電機子巻線１０４を配置し、その周囲をモールド樹脂１０６により一体にしたものを、基板固定用ボルト１０７で筐体１１０と固定している。筐体１１０には開口部の面にＯリング１０８が入る溝を設けており、その溝にＯリング１０８を挿入し、上から平板状のキャン１２０で覆っている。そして、キャン１２０の縁をキャン押さえ板１６１とキャン固定用ボルト１６０で筐体１１０に固定している。例えば、筐体１１０の材質にはステンレスなどの非磁性の金属、基板１０５にはガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、キャン１２０には同じくステンレスやＧＦＲＰ、カーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ポリカーボネートなどを用いる。
モールド樹脂１０６の上面とキャン１２０の間には、冷媒流路１３０が形成される。筐体１１０には、冷媒を供給または排出する配管を施し、その配管の先に冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３を取り付けている。冷媒は冷媒供給口１０２より供給されると、図４１における太線矢印で示すとおり、モールド樹脂１０６の上面とキャン１２０の間の冷媒流路１３０に均等に流れる。また、筐体１１０には電機子巻線１０４に電力を供給するための端子台１０１が取り付けられ、端子台１０１と電機子巻線１０４がリード線（図示なし）により接続される。【０００９】
このように構成されたキャンド・リニアモータは、界磁２００と電機子１００の電気的相対位置に応じた電流を電機子巻線１０４に流すことにより、永久磁石２０１の作る磁界と作用して界磁２００に推力が発生する。このとき銅損によって発熱した電機子巻線１０４は冷媒流路１３０を流れる冷媒により冷却されるので、キャン１２０の表面温度上昇を抑えることができる。更に、従来は導電率が極めて小さく絶縁性のある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））を用いていたが、フッ素系不活性冷媒に替えて、熱伝導率と比熱が大きく熱回収力の高い水（純水および超純水も含む）を使用することで、キャン１２０の表面温度上昇を更に低く抑えることができる。【００１０】
また、キャンの材質をセラミックとし、キャンの内部に多数の冷媒流路と支柱を設けて構成しているものがある。同じく、冷媒に水を使用することができ、キャンの表面温度上昇を低く抑えることができる。
【特許文献１】実開平６−４１３８１号公報（第５〜６頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２３８４２８号公報（第５〜６頁、図２）
【特許文献３】特開２００２−２７７３０号公報（第３〜５頁、図１）
【特許文献４】特開２００４−３１２８７７号公報（第４〜５頁、図１）
【特許文献５】特開２００５−２０６７１号公報（第４〜６頁、図４）
【特許文献６】特開２００１−２８４２４７号公報（第５〜９頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来のキャンド・リニアモータ電機子およびキャンド・リニアモータには、以下のような問題があった。
（１）  冷媒に水を用いているために、モールド樹脂のピンホールや基板との間の隙間に水が浸入し、電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊が生じた。
（２）  （１）の問題を回避するため、電機子巻線と冷媒流路との間のモールド樹脂を厚くしたり、新たに絶縁層を設けたりすると、その分、電機子巻線の厚さを小さくしなければならず、その結果、所定の推力に対する電流が大きくなり、銅損の増大、ひいては電機子巻線とキャン表面の温度上昇が大きくなった。
（３）  また、絶縁層が厚くなることで電機子巻線から冷媒流路までの熱抵抗が大きくなり、通電時に電機子巻線の温度上昇が大きくなると共に、熱時定数も大きくなった。その結果、高頻度に通電したり連続通電するような使用時に、電機子巻線が焼損するおそれがあった。
（４）  （２）において、電機子巻線の代わりにキャンを薄くすることで（２）（３）の問題を回避することができる。しかし、冷媒の圧力により薄くなったキャンが外側に膨らみ、永久磁石とキャンの間のギャップが狭くなることから、キャンの変形により永久磁石との接触が生じるという問題が起きた。
（５）  また、永久磁石がキャンに対し動くことで、ステンレスのキャンには渦電流が発生し、界磁の走行抵抗となる粘性制動力が生じた。この粘性制動力を低減するために、キャンにスリットを設け、スリットの箇所を漏れ防止シートにて接着固定するものがある。しかし、長期間使用した場合、接着剤の剥離によってスリットから冷媒が漏れるおそれがあった。
（６）  一方、（１）の問題を回避するため、セラミック製のキャンの内部に多くの冷媒流路と支柱を設け、そこに冷媒を流すことで、絶縁抵抗の低下や絶縁破壊を起さないようにできる。しかし、電機子巻線の上面に多くのキャンの支柱が配置されているため、電機子巻線に発生した熱がその支柱を伝導し、キャン表面の温度上昇が高くなった。
（７）  さらに（６）において、セラミック製のキャンの内部には支柱が多く、冷媒流路断面が細いために、冷媒流路の配管抵抗が極めて大きくなった。その配管抵抗に打ち勝つために所定の流量の冷媒を流そうとすると、圧力が増大した。その結果、冷媒の極めて大きな圧力がセラミックに掛かるので、応力が集中する支柱根元付近で、セラミックが破壊した。特にセラミックは脆性があるために、冷媒の圧力増大により破壊しやすかった。
（８）  （７）の問題を回避するために、冷媒の流量を小さくし、圧力を下げることが考えられる。しかし、冷媒の流量が下がると冷媒の熱回収率が悪くなり、電機子巻線とキャン表面の温度上昇が高くなった。
（９）  同じく（７）の問題を回避するために、支柱の数を減らすことで配管抵抗を低減することが考えられる。しかし、大幅に支柱の数を減らしてしまうと１本の支柱根元にかかる圧力が増大するため、同じくセラミック製のキャンが破壊した。
（１０）  また、電機子を構成する部材のうち、最も大きな重量を占めるものが筐体である。筐体には巻線固定用ボルトを留めるための凸部、Ｏリング挿入のための溝が必要であるため、どうしても断面寸法が大きくなり重量が増大した。また、キャン押さえ板も筐体の次に重いものであった。その結果、電機子重量が増大した。【００１２】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、水冷却仕様のキャンド・リニアモータ電機子の絶縁信頼性を向上すると共に、リニアモータ表面と電機子巻線の両方の温度上昇を低減し、さらには、冷媒圧力が増大してもキャンの破壊がなく、キャンの変形を抑え、電機子の軽量化が可能で、粘性制動力を低減することができるキャンド・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】
【００１３】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、平板状に形成されたコイルよりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を囲むように額縁状に形成された筐体と、前記筐体の開口部を密閉する平板状のキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンの内部に複数の冷媒流路を設け、前記冷媒流路を前記電機子巻線のコイル辺上面に配置したことを特徴としている。
また、請求項２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、前記冷媒流路を蛇行状に形成したことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンの前記冷媒流路が形成されていない箇所に長穴を設けたことを特徴としている。
また、請求項４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、前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚の薄板部材同士を、該凹部が対面するように拡散接合により一体に構成すると共に、前記凹部の対面により作られた空洞を前記冷媒流路としたことを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、請求項１に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンは、前記電機子巻線の長手方向に向かって複数個並列させた薄肉パイプと、前記薄板パイプの端面にろう付けにより接合された角型部材とより一体に構成されると共に、前記薄肉パイプの内部を前記冷媒流路としたことを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンを構成する前記２枚の前記薄板部材は、銅製薄板部材とステンレス製薄板部材を拡散接合により一体に構成したものであり、前記キャンの銅製薄板部材を前記電機子巻線側に向けて配置させたことを特徴としている。
請求項７記載の発明は、平板状に形成されたコイルよりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を囲むように額縁状とした筐体と、前記筐体の開口部を密閉する平板状のキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線を集中巻コイルで形成してあり、前記キャンの内部に冷媒流路と支柱を設けてあり、前記電機子巻線の集中巻コイル辺上面に前記冷媒流路を配置すると共に、前記電機子巻線の集中巻コイル空心上面に前記支柱を配置してあり、前記電機子巻線と前記筐体との間に隙間を設けると共に、前記電機子巻線を前記キャンに固定し、さらに、前記キャンを前記筐体に固定したことを特徴としている。
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線を固定する巻線固定部材を設けると共に、前記電機子巻線を、前記巻線固定部材を介して前記キャンに機械的に固定したことを特徴としている。
また、請求項９記載の発明は、請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線と前記キャンの間に良熱伝導性材を挿入したことを特徴としている。
また、請求項１０記載の発明は、請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線と前記キャンを接着により固定したことを特徴としている。
また、請求項１１記載の発明は、請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記隙間に断熱材を入れたことを特徴としている。
また、請求項１２記載の発明は、請求項７記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャン内部の冷媒流路を前記電機子巻線側に寄せて配置したことを特徴としている。
また、請求項１３記載の発明は、請求項７または１２記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンの内部に、前記冷媒流路側に突出した凸部を設けたことを特徴としている。
また、請求項１４記載の発明は、請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚の金属製の薄板部材同士を、該凹部が対面するように拡散接合により一体に構成すると共に、前記凹部が対面して作られた空洞を前記冷媒流路としたことを特徴としている。
また、請求項１５記載の発明は、請求項７または８記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンは、表面に凹部を形成してなる２枚のカーボン繊維強化プラスチック製の薄板部材同士を、該凹部が対面するように接着もしくは機械的な締結により一体に構成すると共に、前記凹部が対面して作られた空洞を前記冷媒流路としたことを特徴としている。
また、請求項１６記載の発明は、請求項１または７に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、リニアモータの長ストローク化を行うことを目的とした場合であって、当該リニアモータの電機子の長さを推力発生方向に延長するのに応じて、前記キャンを少なくとも２つ用いると共に、当該キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で、当該キャン内部の冷媒流路同士の延長接続を行なうことを特徴としている。
また、請求項１７記載の発明は、請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ当該キャンの接続部となるように、厚み方向に段付き形状を有し、かつ、前記冷媒通路と連通した段付部を設けており、当該段付部の何れか一方を他方に対し上下逆さになるように対向配置させて嵌合してあることを特徴としている。
また、請求項１８記載の発明は、請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ当該キャンの接続部となるように、前記第１キャンと前記第２キャンの何れか一方の接続部が凹部を有し、他方の接続部が凸部を有すると共に、前記凹凸部が冷媒通路と連通してあり、当該両接続部同士を嵌合してあることを特徴としている。
また、請求項１９記載の発明は、請求項１６に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記キャンを第１キャンおよび第２キャンで構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ前記冷媒通路と連通した直線状またはＬ字状に伸びる接続部を有すると共に、当該両キャンの接続部に対し中空形状のジョイントを対向配置させて嵌合してあることを特徴としている。
また、請求項２０記載の発明は、請求項１７または１８に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記両キャン同士は、ステンレスもしくは銅を拡散接合により一体化するか、あるいはカーボン繊維強化プラスチックからなる薄板部材により接着もしくは機械的締結により一体化して構成したことを特徴としている。
また、請求項２１記載の発明は、請求項１９に記載のキャンド・リニアモータ電機子において、前記両キャンおよび前記ジョイントは、ステンレスもしくは銅を拡散接合により一体化するか、あるいはカーボン繊維強化プラスチックからなる薄板部材により接着もしくは機械的締結により一体化して構成したことを特徴としている。
また、請求項２２記載の発明は、請求項１〜２１の何れか１項に記載のキャンド・リニアモータ電機子と、前記キャンド・リニアモータ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、前記キャンド・リニアモータ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、前記界磁と前記キャンド・リニアモータ電機子を相対的に走行するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によると、キャンの内部に複数の冷媒流路を設けているため、直接冷媒が電機子巻線とそれを覆うモールド樹脂に触れることがない。その結果、冷媒に水を用いても電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊の問題を解消できる。さらに、電機子巻線のコイル辺上面に冷媒流路を形成しているので、電機子巻線から出た熱を効率よく冷媒で回収することができ、電機子巻線の温度上昇を大幅に低減できる。また、冷媒が熱を回収することで、冷媒からキャンに熱伝達し、キャン全体に熱伝導する。キャン全体に熱が拡散し放熱するので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。さらに、キャン内部の冷媒流路の幅が従来に比べ小さくしているので、冷媒の圧力に伴うキャンの外側への膨らみを抑えることができる。
請求項２記載の発明によると、請求項２記載で示した冷媒流路の形状を蛇行状としているので、コイル辺上面での伝熱面積が大きくなり、請求項１記載に比べ電機子巻線の温度上昇をさらに低減できる。
請求項３記載の発明によると、キャンに設けた長穴が渦電流を細分化するので、粘性制動力を低減できる。さらに、長穴を冷媒流路に触れないようにキャンの厚肉部分に施しているため、長穴からの冷媒漏れは一切起こらない。
請求項４、５記載の発明によると、キャンを内部に冷媒流路を形成するように２枚の薄板部材を拡散接合により一体に構成したり、キャンを複数の薄板パイプと角型部材とでろう付け接合により一体に構成しているので、請求項１から３記載の効果を得ることができる。
請求項６記載の発明によると、電機子巻線のコイル辺上面には熱伝導率の高い銅製薄板部材が配置することで、電機子巻線で発生した熱が銅製薄板部材に効率良く伝導し、他方のキャン側には熱伝導率の低いステンレス製薄板部材を配置することで、熱がキャン表面に伝導し難くなり、電機子巻線とキャン表面の両者の温度上昇を低減することができる。
請求項７記載の発明によると、キャンの内部に冷媒流路を設けているため、直接冷媒が電機子巻線に触れることがない。その結果、冷媒に水を用いても電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊の問題を解消できる。
また、電機子巻線の集中巻コイル辺上面に冷媒流路を形成しているので、電機子巻線から出た熱を効率よく冷媒で回収することができ、電機子巻線の温度上昇を低減できる。
また、集中巻コイル空心上面に支柱を形成しているので、電機子巻線の熱が支柱へ伝わりにくく、キャン表面全体の温度上昇を低減できる。
さらに、電機子巻線をキャンに取り付け、電機子巻線と筐体との間に隙間を設けるようにしているため、電機子巻線の熱が筐体へ伝わりにくく、電機子表面全体の温度上昇を低減できる。
さらにまた、冷媒の圧力が増大しても、支柱があるためにキャンの変形を抑えることができる。それからさらに、キャンと筐体との間のＯリングや電機子巻線を固定するための凸部がなく、筐体の断面寸法を小さくでき、筐体の重量を低減するこができる。これにより、キャン押さえ板もなくすことができるため、電機子全体の重量を大幅に低減することができる。
請求項８記載の発明によると、電機子巻線を収納する巻線固定部材を設け、その巻線固定部材とキャンとの間を機械的に締結するようにしており、電機子巻線が受ける推力の反作用を、キャンを介して筐体で支持するようにしている。よって、電機子は十分な推力を発生させることができ、請求項７と同じ効果を得ることができる。特に、電機子巻線が巻線固定部材を介してキャンに固定されているため、従来の電機子巻線をこていするための筐体の凸部を無くしており、筐体の軽量化を実現する構造となっている。
請求項９記載の発明によると、電機子巻線とキャンの間に良熱伝導性材を挿入しているので、電機子巻線に発生した熱をキャンの冷媒流路へ効率良く伝導させることができ、電機子巻線の温度上昇を大幅に低減することができる。
請求項１０記載の発明によると、電機子巻線とキャンを接着により固定しているため、請求項７と同じ効果が得られる。さらに、請求項８では機械的な締結のためのボルトやねじを必要としたが、請求項１０ではそれが不要となるため、さらに電機子を軽量化することができる。
請求項１１記載の発明によると、電機子巻線と筐体との隙間に断熱材を入れているので、電機子巻線から隙間の空気を介して筐体へ伝わる熱を抑制することができ、筐体の温度上昇をも低減できる。よって、キャン表面のみならず、電機子表面全体の温度上昇を低減できる。
請求項１２記載の発明によると、キャン内部の冷媒流路を電機子巻線側に寄せて配置しているので、電機子巻線から冷媒流路までの熱抵抗を低減し、かつ、冷媒流路からキャン表面までの熱抵抗を増大できる。よって、電機子巻線とキャン表面の温度上昇をさらに低減できる。
請求項１３記載の発明によると、キャンの内部に冷媒流路側に突出した凸部を設けているので、キャンの剛性を高めることができる。冷媒の圧力が増大してもキャンの変形を抑えることができる。
請求項１４記載の発明によると、内部に冷媒流路を形成するように２枚の金属製の薄板部材同士を拡散接合により一体に構成してキャンを構成しているので、請求項７〜１３記載のキャンを実現することができる。ステンレスなどの金属はセラミックのような脆性がないために、冷媒の圧力が増大してもキャンが破壊することがない。また、支柱を減らすことができるので、配管抵抗も小さくなり、冷媒の圧力が低下する。低下した分、冷媒の流量を増やすことができ、その結果、冷媒の熱回収力が高くなり、キャン表面および電機子巻線の温度上昇を低減できる。
請求項１５記載の発明によると、内部に冷媒流路を形成するように２枚のカーボン繊維強化プラスチック製の薄板部材同士を接着もしくは機械的な締結により一体に構成してキャンを構成しているので、請求項１４と同様の効果が得られる。
請求項１６〜１９記載の発明によると、リニアモータの長ストローク化を行うことを目的とした場合であって、当該リニアモータの電機子の長さを推力発生方向に延長するのに応じて、キャンを少なくとも２つ用いると共に、当該キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で、当該キャン内部の冷媒流路同士の延長接続を行なうようにしたので、冷媒の漏れに対する信頼性の高い接続が可能であり、キャンの延長接続手段によってリニアモータの断面寸法が大きくなったり、重量が増大したりすることがなく、電機子またはキャンド・リニアモータの小型軽量化を図れる、ストロークの大きいリニアモータを得ることができる。
請求項２０記載の発明によると、キャン同士をステンレス製もしくは銅製の薄板部材を拡散接合により構成したり、またはカーボン繊維強化プラスチック製の薄板部材同士を接着もしくは機械的締結により構請求項１７または１８記載の複雑な構造のキャンを実現することができるので、冷媒の漏れに対する信頼性の高い接続が可能で、かつ電機子またはキャンド・リニアモータの小型軽量化を図ることができる。
請求項２１記載の発明によると、キャン同士およびジョイントをテンレス製もしくは銅製薄板部材を拡散接合あいたり、カーボン繊維強化プラスチック製薄板部材同士を接着もしくは機械的締結により構成することにより、請求項１９記載の複雑な構造のキャンを実現することができるので、冷媒の漏れに対する信頼性の高い接続が可能で、かつ電機子またはキャンド・リニアモータの小型軽量化を図ることができる。
請求項２２記載の発明によると、請求項１〜２１の何れかのキャンド・リニアモータ電機子と永久磁石を有する界磁とを対向させて、キャンド・リニアモータ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１〜１５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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例〜第５実施例に共通なキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図２】本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子の斜視図
【図３】図２の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの
【図４】図２の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの
【図５】図３におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図
【図６】本発明の第２実施例を示すキャンの上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの
【図７】本発明の第３実施例を示すキャンの上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの
【図８】本発明の第４実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図
【図９】本発明の第４実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子の斜視図
【図１０】図９の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの
【図１１】図９の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの
【図１２】図１０におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図
【図１３】本発明の第５実施例であって、図１０のＡ−Ａ線に沿う電機子の変形例を示す側断面図
【図１４】本発明の第６実施例〜第１１実施例に共通なキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図１５】本発明の第６実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子の斜視図
【図１６】図１５の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの
【図１７】図１５の上面から見たキャンの平面図であり、キャン表面の一部を切り欠いて冷媒流路と電機子巻線との位置関係を明示したもの
【図１８】図１６におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図
【図１９】本発明の第７実施例における図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図２０】本発明の第８実施例における図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図２１】本発明の第９実施例における図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図２２】(ａ)は第６実施例のキャンから電機子巻線の接合部分の拡大図、（ｂ）は第１０実施例におけるキャンから電機子巻線の接合部分の拡大図
【図２３】（ａ）は第１１実施例における電機子上面から見たキャンの平面図であり、キャン表面の一部を切り欠いて冷媒流路と電機子巻線との位置関係を明示したもの、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う側断面図
【図２４】本発明の第１２実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図
【図２５】図２４のキャン接続部を分解した側断面図
【図２６】本発明の第１２実施例の変形実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部の側断面図
【図２７】図２６のキャン接続部を分解した側断面図
【図２８】本発明の第１３実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図
【図２９】図２８のキャン接続部を分解した側断面図
【図３０】本発明の第１４実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図
【図３１】図３０のキャン接続部を分解した側断面図
【図３２】本発明の第１５実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のの平面図
【図３３】図３２のキャン接続部を分解した側断面図
【図３４】第１従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図
【図３５】図３４のキャンド・リニアモータに用いる電機子の全体斜視図
【図３６】図３５の上面から見た電機子の平面図
【図３７】図３６のＡ−Ａ線に沿う側断面図
【図３８】キャンド・リニアモータ電機子に発生する渦電流を説明するための斜視図であって、（ａ）は従来技術、（ｂ）は第３実施例、（ｃ）は第４実施例のそれぞれの記載に対応したもの
【図３９】第２従来技術を示すキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）Ｘ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図
【図４０】図３９のキャンド・リニアモータ電機子の斜視図
【図４１】図４０の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの
【図４２】図４１におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図
【符号の説明】
【００１６】
１００  電機子
１０１  端子台
１０２  冷媒供給口
１０３  冷媒排出口
１０４  電機子巻線
１０５  基板
１０６  モールド樹脂
１０７  基板固定用ボルト
１０８  Ｏリング
１０９  Ｏリング固定用ボルト
１１０、１１１、１１３  筐体
１１２  筐体流路口
１２０、１２１、１２２、１２３  キャン
１２３ａ  薄肉パイプ
１２３ｂ  角型部材
１２９  キャン
１２９ａ  銅製薄板部材
１２９ｂ  ステンレス製薄板部材
１３０、１３１、１３２、１３３  冷媒流路
１３４  支柱
１３５  凸部
１４０  流路口
１４１  貫通穴
１４２  キャップ
１５０  長穴
１５１、１５２，１５３  渦電流
１６０  キャン固定用ボルト
１６１  キャン押さえ板
１６２  巻線固定部材
１６３  巻線固定用ボルト
１６４  巻線固定用皿ねじ
１７０  隙間
１７１  断熱材
１８０  良熱伝導性材
２００  界磁
２０１  永久磁石
２０２  界磁ヨーク
２０３  界磁ヨーク支持部材
３０１、３１１、３２１、３３１  第１キャン
３０２、３１２、３２２、３３２  第２キャン
３０１ａ、３０２ａ  段付部
３０１ｂ、３０２ｂ、３１１ｂ、３１２ｂ、３２１ｂ、３２２ｂ、３３１ｂ、３３２ｂ  冷媒通路
３０２ｃ  凹部
３０３  Ｏリング
３０４  ボルトネジ
３０５  スペーサ
３０６、３０７  ジョイント
３１１ａ  凹部
３１２ａ  凸部
３２１ａ、３２２ａ、３３１ａ、３３２ａ  接続部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の第１実施例〜第５実施例に共通なキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図である。また、図２は本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子の斜視図、図３は図２の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの、図４は図２の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの、図５は図３におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図である。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極力省略し、異なる点を中心に説明する。ここで、図１（ｂ）で示した界磁２００の構成は従来技術と同じである。【００１９】
本発明が従来技術と異なる点は、図１（ｂ）に示されるキャンド・リニアモータ電機子におけるキャン１２１の内部に複数の冷媒流路１３１を設けた点であり、従来技術のキャンと電機子巻線との間に冷媒流路を設ける構成と明らかに区別されるものとなっている。図１（ｂ）および図３に示すように、電機子１００は額縁状の筐体１１１の内部において、基板１０５の両面に電機子巻線１０４を配置してあり、基板１０５及び電機子巻線１０４の周囲をモールド樹脂１０６により一体にしたものを筐体１１１に対して、図３に示す基板固定用ボルト１０７で固定している。筐体１１１には、従来技術と同様にステンレスを用いているが、軽量で高い強度を得られるＣＦＲＰやセラミックを用いても良い。
さらに、図１（ｂ）、図２、図３において、筐体１１１の両開口部をキャン１２１で両側から覆っており、このとき、図１（ｂ）でモールド樹脂１０６の上面とキャン１２１の間には隙間を設けることなく接触させている。また、図４において、キャン１２１には冷媒が出入りする流路口１４０と、図３に示すＯリング固定用ボルト１０９を通すための貫通穴１４１を設けている。筐体１１１にも冷媒を供給または排出する配管を施し、その配管の先でキャン１２１の流路口１４０とつなげている。それから図５において、流路口１４０の上には冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３があり、Ｏリング１０８を介して冷媒供給口１０２もしくは冷媒排出口１０３とキャン１２１と筐体１１１の間で漏れないように図３に示すＯリング固定用ボルト１０９により締め付け固定している。また、冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３が取り付いた面の反対面を、キャップ１４２により封止している。【００２０】
一方、キャン１２１の内部には図４に示すような冷媒流路１３１を形成している。なお、図４には冷媒流路１３１と電機子巻線１０４のコイル辺との位置関係がわかるように、電機子巻線１０４を点線で示している。キャン１２１は、図１（ｂ）及び図５において、表面に凹部を形成してなる２枚の薄板部材同士を、該凹部が対面するように拡散接合で一体にし、該凹部を対面させることで形成された空洞を冷媒流路１３１としている。キャン１２１には、拡散接合により製造できる材料であるステンレス、銅などを用いている。また、図４に示すように冷媒流路１３１を電機子巻線１０４のコイル辺上面に位置するようにドーナツ状に形成している。冷媒は冷媒供給口１０２より供給されると、図４、５の矢印で示すとおり、キャン１２１内部の冷媒流路１３１に流れ、冷媒排出口１０３から排出される。その間に、冷媒は銅損により発熱する電機子巻線１０４から熱を回収する。また、冷媒には熱伝導率と比熱が大きく熱回収力の極めて高い水（純水および超純水も含む）が使用される。【００２１】
このような構成により、冷媒が電機子巻線やそれを覆うモールド樹脂に直接触れることがないため、冷媒に水を用いても電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊が起こらない。さらに、電機子巻線から出た熱を効率よく冷媒で回収することができ、電機子巻線の温度上昇を大幅に低減できる。また、冷媒が熱を回収することで、冷媒からキャンに熱伝達し、キャン全体に熱伝導する。キャン全体に熱が拡散し放熱するので、キャン表面の温度上昇も低減することができる。さらに、キャン内部の冷媒流路の幅が従来に比べ小さくしているので、冷媒の圧力にともなうキャンの外側への膨らみを抑えることができる。
【実施例２】
【００２２】
次に本発明の第２実施例について説明する。
図６は第２実施例を示すキャンの上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したものである。第２実施例が第１実施例と異なる点は、キャン１２２に設けた冷媒流路１３２を電機子巻線１０４のコイル辺上面のところで蛇行状に形成した点である。【００２３】
このような構成により、冷媒流路を蛇行状に形成すると、冷媒流速の増大に伴って熱伝達率が増加し、また、電機子巻線のコイル辺上面でキャンへの伝熱面積が大きくなることから、第１実施例に比べ電機子巻線の温度上昇をさらに低減できる。
【実施例３】
【００２４】
次に本発明の第３実施例について説明する。
図７は第３実施例を示すキャンの上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したものである。第３実施例が第２実施例と異なる点は、キャン１２２の厚肉部分に長穴１５０を設けた点である。【００２５】
このような構成により、図３８（ｂ）に示すように渦電流１５２が細分化されることになる。よって、従来技術、第１実施例および第２実施例よりも粘性制動力を低減することができる。さらに、冷媒流路と触れることなく長穴を設けているので、長穴からの冷媒漏れが一切起こらない。
【実施例４】
【００２６】
次に本発明の第４実施例について説明する。
図８は本発明の第４実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図、図９は図８に示すキャンド・リニアモータ電機子の全体斜視図である。図１０は図９の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と基板の位置関係を明示したもの、図１１は図９の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したものである。図１２は図１０におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図である。【００２７】
第４実施例が第１実施例〜第３実施例と異なる点は、図８．図９に示すようにキャン１２３を、３個の薄肉パイプ１２３ａと２個の角型部材１２３ｂより構成した点である。薄肉パイプ１２３ａは、内部を冷媒流路とした円筒状パイプを平板状に成形したもので構成したり、内部に冷媒流路ができるように薄肉板を折り曲げ、その端面をろう付けして平板状パイプとして構成したものである。図１０、図１１において、角型部材１２３ｂには、冷媒が出入りする流路口１４０を設け、その流路口１４０から薄肉パイプ１２３ａの流路につながるように内部に配管を設けている。このように構成した薄肉パイプ１２３ａを、電機子巻線１０４のコイル辺上面に位置するように３個並列させ、その両端面に角型部材１２３ｂを配置し、薄肉パイプ１２３ａと角型部材１２３ｂをろう付けにより接合し、キャン１２３として一体に構成している。なお、薄肉パイプ１２３ａと角型部材１２３ｂには、ろう付け接合が可能なステンレスを用いる。【００２８】
また、図１１において、角型部材１２３ｂには図１０に示すＯリング固定用ボルト１０９を通すための貫通穴１４１も設けている。筐体１１３にも冷媒を供給または排出する配管を施し、その配管の先で角型部材１２３ｂの流路口１４０とつながるようにしている。流路口１４０の上には図１０に示すように冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３があり、Ｏリング１０８を介して冷媒供給口１０２もしくは冷媒排出口１０３とキャン１２３と筐体１１３の間で漏れないようにＯリング固定用ボルト１０９により締め付け固定している。また、図１２において、冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３が取り付いた面の反対面を、キャップ１４２により封止している。冷媒は、図１１、図１２の矢印で示すように、薄肉パイプ１２３ｂ内の冷媒流路１３３の３箇所を流れる。【００２９】
このような構成により、第１実施例と同様に、直接冷媒が電機子巻線とそれを覆うモールド樹脂に触れることがないため、冷媒に水を用いても電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊を起こさないようにできる。さらに、電機子巻線から出た熱を効率よく冷媒で回収することができ、電機子巻線の温度上昇を大幅に低減できる。また、図３８（ｃ）に示すように渦電流１５３が細分化されるので、第３実施例同様に粘性制動力を低減できる。
【実施例５】
【００３０】
次に本発明の第５実施例について説明する。
図１３は本発明の第５実施例であって、図１０のＡ−Ａ線に沿う電機子の変形例を示す側断面図に相当する。図１３において、１２９はキャン、１２９ａは銅製薄板部材、１２９ｂはステンレス製薄板部材である。
第５実施例が第１実施例と異なる点は、銅製薄板部材１２９ａとステンレス製薄板部材１２９ｂの異種金属を拡散接合により一体に製造すると共に、電機子巻線１０４側に銅製薄板部材１２９ａがくるように配置させた点である。なお、銅の熱伝導率は約３８０Ｗ／ｍ・ｋ、ステンレス（ＳＵＳ３０４）の熱伝導率は１６Ｗ／ｍ・ｋであり、銅がステンレスに比べ２４倍ほど大きい。
このような構成により、電機子巻線のコイル辺上面には熱伝導率の高い銅製薄板部材が配置されているので、電機子巻線が発生した熱が銅製薄板部材に効率良く伝導し、さらに、その外側には熱伝導率の低いステンレス製薄板部材が配置されているので、熱がキャン表面に伝導しにくくなっている。つまり、電機子巻線とキャン表面の両者の温度上昇を低減することができる。
【実施例６】
【００３１】
図１４は本発明の第６実施例〜第１１実施例に共通なキャンド・リニアモータであって、（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図である。また、図１５は本発明の第６実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子の斜視図、図１６は図１５の上面から見た電機子の平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子内部の電機子巻線の位置関係を明示したもの、図１７は図１５の上面から見たキャンの平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したもの、図１８は図１６におけるＡ−Ａ線に沿う電機子の側断面図である。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極力省略し、異なる点を中心に説明する。ここで、図１４（ｂ）で示した界磁２００の構成は従来技術と同じである。
ここで、１３４は支柱、１６２は巻線固定部材である。【００３２】
本発明が従来技術と異なる点は、図１４（ｂ）に示されるキャンド・リニアモータ電機子において、キャン１２１の内部に冷媒流路１３１を設けた点、その冷媒流路１３１を電機子巻線１０４の集中巻コイル辺上面に配置した点、冷媒流路１３１内にある支柱１３４を電機子巻線１０４の集中巻コイル空心上面に配置した点、電機子巻線１０４をキャン１２１に取り付けキャン１２１を筐体１１１に取り付けた点であり、従来技術の構成と明らかに区別されるものとなっている。図１４（ｂ）および図１６に示すように、電機子１００は額縁状の筐体１１１の内部において、基板１０５の両面に、集中巻コイルで構成した電機子巻線１０４を配置し、基板１０５および電機子巻線１０４の周囲をモールド樹脂１０６により一体にしたものを、筐体１１１に接触させることなく隙間１７０を開けて、基板１０５の縁に設けた巻線固定部材１６２とキャン１２１を巻線固定用ボルト１６３で固定している。この際、筐体１１１の両開口部をキャン１２１で両側から覆っており、図１４（ｂ）でモールド樹脂１０６の上面とキャン１２１の間に良熱伝導性材１８０を介在させて、電機子巻線１０４からキャン１２１まで隙間無く接触させている。そして、キャン１２１の縁で筐体１１１とキャン固定用ボルト１６０で固定している。ここで、筐体の材料には、非磁性材のステンレス、より比重が軽量化できるチタン、セラミックなどを用いる。基板１０５にはＧＦＲＰを用いる。良熱伝導性材には、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・ｋを超えるような熱伝導性シリコーングリース、熱伝導性シリコーンゴムシート、またはシリコーン樹脂にセラミックスフィラーを混ぜた放熱シートなどを用いる。また、図１６、１８において、筐体１１０には冷媒が通る筐体流路口１１２とキャン１２１と、筐体流路口１１２を囲い冷媒漏れを防ぐためのＯリング１０８が入る溝が設けられている。そして、筐体１１１の前後で冷媒供給口１０２と冷媒排出口１０３が取り付けられている。【００３３】
一方、キャン１２１の内部には図１７に示すような冷媒流路１３１を形成している。なお、図１７には冷媒流路１３１や支柱１３４と電機子巻線１０４の位置関係がわかるように、電機子巻線１０４を点線で示している。キャン１２１は、図１４（ｂ）及び図１８において、表面に凹部を形成してなる２枚の薄板部材同士を、該凹部が対面するように一体にしたものである。このキャン１２１の薄板部材には、拡散接合で一体に接合できる金属のステンレスや銅、または、エポキシ樹脂などで一体に接着できるＣＦＲＰを用いる。また、図１７に示すように冷媒流路１３１の外形を電機子巻線１０４の外形よりも少し大きめに形成し、さらに、電機子巻線１０４の集中巻コイル空心上面に支柱１３４を設けている。冷媒は冷媒供給口１０２より供給されると、図１７、図１８の矢印に示すとおり、キャン１２１内部の冷媒流路１３１に流れ、冷媒排出口１０３から排出される。その間に、冷媒は銅損により発熱する電機子巻線１０４から熱を回収する。また、冷媒には熱伝導率と比熱が大きく熱回収力の極めて高い水（純水および超純水含む）が使用される。【００３４】
このような構成により、キャンの内部に冷媒流路を設けているため、直接冷媒が電機子巻線に触れることがない。その結果、冷媒に水を用いても電機子巻線の絶縁抵抗低下や絶縁破壊の問題を解消できる。さらに、電機子巻線の集中巻コイル辺上面に冷媒流路を形成しているので、電機子巻線から出た熱を効率よく冷媒で回収することができ、電機子巻線の温度上昇を低減できる。さらに、集中巻コイル空心上面に支柱を形成しているので、電機子巻線の熱が支柱へ伝わりにくく、キャン表面全体の温度上昇を低減できる。また、電機子巻線をキャンに取り付け、電機子巻線と筐体との間に隙間を設けるようにしているため、電機子巻線の熱が筐体へ伝わりにくく、電機子表面全体の温度上昇を低減できる。また、冷媒の圧力が増大しても、支柱があるためにキャンの変形を抑えることができる。さらに、キャンと筐体との間のＯリングや電機子巻線を固定するための凸部がなく、筐体の断面寸法を小さくでき、筐体の重量を低減するこができる。さらに、キャン押さえ板もなくすことができる。よって、電機子全体の重量を大幅に低減することができる。
【実施例７】
【００３５】
次に本発明の第７実施例について説明する。
図１９は第７実施例を示す図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図であり、電機子のみ示したものである。第７実施例が第６実施例と異なる点は、巻線固定部材１６２を電機子巻線１０４の集中巻コイル空心に設け、キャン１２１の支柱１３４との間を巻線固定用皿ねじ１６４で固定した点である。【００３６】
このような構成により、第６実施例と同じような効果が得られる。特に、電機子の幅が小さいものを要求された場合、第６実施例のように巻線固定部材を電機子巻線の左右両側に置くものよりも電機子の幅を小さくできる。
【実施例８】
【００３７】
次に本発明の第８実施例について説明する。
図２０は第８実施例を示す図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図であり、電機子のみ示したものである。第８実施例が第６実施例と異なる点は、巻線固定部材や巻線固定ボルトをなくし、電機子巻線１０４、基板１０５、キャン１２１をモールド樹脂１０６により一体に接着した点である。【００３８】
このような構成により、第６実施例および第７実施例と同じ効果が得られる。さらに、第６実施例および第７実施例では機械的な締結のためのボルトやねじを必要としたが、第８実施例では使用していない。そのため、電機子をさらに軽量化することができる。
【実施例９】
【００３９】
次に本発明の第９実施例について説明する。
図２１は第９実施例を示す図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図であり、電機子のみ示したものである。第９実施例が第６実施例と異なる点は、第６実施例において電機子巻線１０４と筐体１１１の間に設けた隙間１７０の部分に、断熱材１７１を挿入した点である。断熱材１９１には、熱伝導率が０．０５Ｗ／ｍ・ｋ未満のグラスウール、ウレタンフォーム、または芯材にウレタンフォーム、ポリエステル、グラスウールなどを用いた真空断熱材を用いる。【００４０】
このような構成により、電機子巻線から隙間を介して筐体へ伝わる熱を抑制し、筐体の温度上昇を低減できる。よって、キャン表面のみならず、電機子表面全体の温度上昇を低減できる。
【実施例１０】
【００４１】
次に本発明の第１０実施例について説明する。
図２２は第１０実施例を示す図１４（ａ）のＸ方向から見たＢ−Ｂ線に沿う正断面図であり、キャンと電機子巻線の接合部分を拡大したものである。図２２（ａ）は第６実施例におけるキャン１２１と冷媒流路１３１である。冷媒流路１３１はキャン１２１の中心に位置している。一方、図２２（ｂ）は第１０実施例におけるキャン１２２と冷媒流路１３１である。冷媒流路１３１の形状は同じであるが、冷媒流路１３１全体がキャン１２２の中心から電機子巻線１０４側に寄せて配置されている。【００４２】
このような構成により、電機子巻線から冷媒流路までの熱抵抗を低減し、冷媒流路からキャン表面までの熱抵抗を増大できる。よって、第６実施例のものよりも、電機子巻線とキャン表面の温度上昇を低減できる。
【実施例１１】
【００４３】
次に第１１実施例について説明する。
図２３（ａ）は第１１実施例を示す図１５の上面から見たキャンの平面図であり、キャンの一部を切り欠いて電機子巻線と冷媒流路の位置関係を明示したものである。図２３（ｂ）は（ａ）においてＣ−Ｃ線に沿う側断面図である。第１１実施例が第６実施例と異なる点は、キャン１２３の内部に、冷媒流路１３１側に突出した凸部１３５を設けた点である。凸部１３５は、支柱１３４とは異なり、冷媒が通る隙間を残して突出させている。また、凸部１３５は電機子のＸ方向に沿って棒状を形成しており、冷媒流路１３１内の冷媒の流れを妨げないように配置させている。【００４４】
このような構成により、配管抵抗を上げることなく、キャンの剛性を高めることができ、冷媒の流量を増やし圧力が増大したとしても、キャンの変形を抑えることができる。【００４５】
なお、第１実施例〜第５実施例では、界磁の形状を略コ字状としたが、略口字状や片側に永久磁石を並べるだけの構造（ギャップ対向型）としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。また、第１実施例において、キャンの筐体への固定には、Ｏリング固定用ボルトを用いたが、筐体との接合面を接着材により固定したり、４隅に穴を設けボルトで固定しても良い（図示なし）。さらに、集中巻コイルを１個設けたボイスコイルモータ（ＶＣＭ）として説明したが、電機子巻線を複数の集中巻コイルで構成される３相の交流リニアモータとしたり、複数個の集中巻コイルを１つの電機子に設け、複数台の可動子を駆動可能としたＶＣＭとしても良い。【００４６】
なお、第６実施例〜第１１実施例では、界磁の形状を略口字状としたが、略コ字状や片側に永久磁石を並べるだけの構造（ギャップ対向型）としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。また、電機子巻線については複数の集中巻コイルで構成される３相の交流リニアモータとして説明したが、集中巻コイルを１個設けたボイスコイルモータ（ＶＣＭ）としたり、複数個の集中巻コイルを１つの電機子に設け、複数台の可動子を駆動可能としたＶＣＭとしても良い。また、表面に凹部を形成してなる２枚のカーボン繊維強化プラスチック製の薄板部材同士を凹部が対面するように接着して構成するようにしたが、薄板部材同士を凹部が対面するように間にＯリングやパッキンを挿入し機械的に締結して一体に構成しても良い。
【実施例１２】
【００４７】
次に、本発明の第１２実施例について説明する。なお、本発明の第１２実施例以降の実施例は、第１実施例乃至第１１実施例で説明したリニアモータの長ストローク化を想定した場合であって、当該リニアモータの電機子の長さを推力発生方向に延長するのに応じて、冷媒流路を内蔵するキャンを延長するための幾つかの手段について説明する。
図２４は本発明の第１２実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、図２５は図２４のキャン接続部を分解した側断面図である。また、図２６は本発明の第１２実施例の変形実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部の側断面図、図２７は図２６のキャン接続部を分解した側断面図である。【００４８】
まず、冷媒流路を内蔵するキャンを推力方向に延長する手段としての大きな特徴は、キャンを少なくとも２つ用いると共に、当該キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で、当該キャン内部の冷媒流路同士の延長接続を行なう点である。
具体的には、図２４（ａ）、図２５において、キャンを第１キャン３０１、第２キャン３０２で構成してあり、両キャンの軸方向端部の一方がそれぞれ当該キャンの接続部となるように、厚み方向に段付き形状を有し、かつ、冷媒通路と連通した段付部３０１ａ、３０２ａを設けており、段付部３０１ａを段付部３０２ａに対し上下逆さになるように対向配置させて嵌合するとうになっている。こうすることで、両キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で、両キャンに内蔵された冷媒通路３０１ｂ、３０２ｂを接続することができる。
また、図２５において、第２キャン３０２の段付部３０２ａに凹部３０２ｃを設けると共に、当該凹部３０２ｃにＯリング３０３を配設することで、第１キャン３０１と第２キャン３０２の段付部の接触部位を密封するようにしている。それから、図２４（ｂ）に示すように、第１キャン３０１と第２キャン３０２の段付部を利用して、それぞれキャン３０１、３０２と密着している図示しない筐体にボルトネジ３０４などの機械的結合により固定している。
また、別の実施例として、図２６、図２７に開示するものがある。キャンに図２４で示したＯリングを固定配置するための凹部を設ける替わりに、図２６、図２７に示すように、キャンとは別部材であるスペーサ３０５を第２キャン３０２に配設するようにしても構わない。
上記のような二つのキャンを用いて推力方向に延長接続する際に、キャンの延長接続手段によってリニアモータの断面寸法が大きくなったり、重量が増大したりすることなく、ストロークの大きいリニアモータを得ることができる。
【実施例１３】
【００４９】
次に本発明の第１３実施例について説明する。
図２８は本発明の第１３実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、図２９は図２８のキャン接続部を分解した側断面図である。【００５０】
第１３実施例が第１２実施例と異なる点は、図２８（ａ）、図２９において、両キャンの軸方向端部の一方が、それぞれ当該キャンの接続部となるように、一方の第１キャン３１１の接続部が凹部３１１ａを有し、他方の第２キャン３１２の接続部が凸部３１２ａを有しており、また、当該両キャンの凹部３１１ａと凸部３１２ａからなる接続部同士を嵌合して、両キャンに内蔵された冷媒通路３１１ｂ、３１２ｂと連通するように接続した点である。
図２８では、キャン３１２にはＯリング３０３を配設する部位が形成されているが、Ｏリングの配設部位はキャン３１１側に設けても構わない。
上記のキャン３１１とキャン３１２とを、図２８（ｂ）に示すようにＯリング３０３を間に介在させ、それぞれの図示しない筐体に機械的結合により固定配置させることで、二つのキャンを用いて推力方向に延長接続することができ、しかもリニアモータの断面寸法が大きくなったり、重量が増大したりすることなく、ストロークの大きいリニアモータを得ることができる。
【実施例１４】
【００５１】
次に本発明の第１４実施例について説明する。
図３０は本発明の第１４実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）の平面図、図３１は図３０のキャン接続部を分解した側断面図である。【００５２】
第１４実施例が第１２実施例と異なる点は、図３０（ａ）、図３１において、第１キャン３２１、第２キャン３２２の軸方向端部の一方が、それぞれ当該キャンに内蔵された冷媒通路３２１ｂ、３２２ｂと連通した直線状に伸びる接続部３２１ａ、３２２ａを有すると共に、当該両キャンの接続部に対し中空形状のジョイント３０６を直列に対向配置するように嵌合してある。このようにして、両キャンの推力方向と直交する方向の厚みスペースの範囲内で接続できるようになっている。
上記のキャン３２１とキャン３２２の間に、ジョイント３０６を介在させ、それぞれ図示しない筐体にボルトネジ３０４などの機械的結合により固定配置させることで、二つのキャンを用いて推力方向に延長接続することができ、リニアモータの断面寸法が大きくなったり、重量が増大したりすることがなく、ストロークの大きいリニアモータを得ることができる。
【実施例１５】
【００５３】
次に本発明の第１５実施例について説明する。
図３２は本発明の第１５実施例を示すキャンド・リニアモータ電機子のキャン接続部であって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）は（ａ）のの平面図、図３３は図３２のキャン接続部を分解した側断面図である。【００５４】
第１５実施例の特徴は、図３１において、第１キャン３３１、第２キャン３３２の軸方向端部の一方が、それぞれ当該キャンに内蔵された冷媒通路３３１ｂ、３３２ｂと連通したＬ字状に伸びる接続部３３１ａ、３３２ａを有すると共に、当該両キャンの接続部に対し中空形状のジョイント３０７を並列に対向配置するように嵌合してある。また、両キャン３３１、３３２と、ジョイント３０７との間にはＯリング３０３を介在させ、それぞれ図示しない筐体に対して、ボルトネジ３０４などの機械的結合により固定配置させている。【００５５】
上記の第１２実施例乃至第１５実施例に述べたキャン、あるいはキャンとジョイントをステンレス製もしくは銅製薄板部材を拡散接合により構成したり、またカーボン繊維強化プラスチック製薄板部材同士を接着もしくは機械的締結により構成すると、冷媒流路と隣接する冷媒流路を延長接続することができ、冷媒の漏れに対する信頼性の高い接続が可能で、かつ電機子またはキャンド・リニアモータの小型軽量化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、水冷却仕様のキャンド・リニアモータの電機子巻線を額縁状の筐体で囲み、筐体の両開口部を平板状のキャンで密閉すると共に、キャンの内部に複数の冷媒流路を設けて、冷媒流路を電機子巻線のコイル辺上面に配置する構成することによって、リニアモータ表面と電機子巻線の温度上昇低減、絶縁信頼性の向上、電機子の軽量化、粘性制動力の低減が要求される半導体製造装置のステージ駆動や工作機のテーブル送り、検査装置などの用途に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【国際調査報告】
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