(57)【要約】  推力リップルおよび電機子の温度上昇を限りなく小さくし、組立性に優れ、良好なモータ特性が得られる円筒状リニアモータ電機子および円筒状リニアモータを提供する。  アルミフレーム（１ｃ）に冷却管（１ｄ）を数本配し、エア又は水、油、フロリナート等絶縁冷媒を流すことにより、電機子コイルで発生した熱を回収し、テーブルを介した負荷への伝熱、エアギャップを介した界磁への伝熱を極めて低減するようにした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、
前記アルミフレームに複数本の冷却管を配設したことを特徴とする円筒状リニアモータ電機子。
【請求項２】
前記アルミフレームにテーブルを取り付けると共に、前記アルミフレームの前記テーブル取付面側に前記冷却管を数本並べて配置したことを特徴とする請求項１記載の円筒状リニアモータ電機子。
【請求項３】
前記アルミフレーム内にヒートパイプを円周状に配置したことを特徴とする請求項１記載の円筒状リニアモータ電機子。
【請求項４】
磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、
前記円筒状コイルが巻回されたボビンの軸を通る断面での前記ボビンの形状をＬ字形とし、かつコイル巻き始め用の切り欠きを前記ボビンに設けたことを特徴とする円筒状リニアモータ電機子。
【請求項５】
磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、
前記ボビンの軸を通る断面での断面形状をＵ字形とし、前記ボビンに巻き始めコイル逃げ用の凹みを設けたことを特徴とする円筒状リニアモータ電機子。
【請求項６】
前記ボビンの前記円筒状コイル外周より一定距離離れた場所に、コイル引っ掛かり用の切り欠きを設け、この切り欠きに前記各円筒状コイル間同士の渡り線を配置したことを特徴とする請求項５記載の円筒状リニアモータ電機子。
【請求項７】
磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、
前記複数個のコイルを一筆巻きして前記円筒状コイルの１相分を構成したことを特徴とする円筒状リニアモータ電機子。
【請求項８】
前記複数相のコイルを互い違いに配置して固定したことを特徴とする請求項７記載の円筒状リニアモータ電機子。
【請求項９】
前記コイル外周部に構成される前記円筒状ヨークの内周部に一筆巻きして構成したコイルの渡り線を通す切り欠き溝を設けたことを特徴とする請求項７記載の円筒状リニアモータ電機子。
【請求項１０】
軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に磁化方向が交互に異なるように配置し、前記各マグネット間には磁性体からなる円柱状のポールピースを介在させ、前記ステンレスパイプの両端をエンドブロックで塞いでなる界磁と、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる電機子と、を備え、前記界磁と電機子は磁気ギャップを介して同軸上となるように配置し、前記界磁を固定子に、前記電機子を可動子として相対的に走行するようにした円筒状リニアモータにおいて、
前記電機子が、請求項１〜９のいずれか１項記載の円筒状リニアモータ電機子であることを特徴とする円筒状リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状リニアモータ電機子および円筒状リニアモータに関し、特に電機子コイルの温度上昇を抑える構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来公知の円筒状リニアモータとしては、図１０にその側断面図で示すようなリニアモータが知られている。図１０において、界磁９２は、ステンレスパイプ９２ｃと、軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネット９２ａ、磁性体からなる円柱状のポールピース９２ｂ、ステンレスパイプ９２ｃの軸方向両端に備えたエンドブロック９２ｄから構成される。
マグネット９２ａは極性が交互に異なるように配置しており、また、各マグネット間にはポールピース９２ｂが備えられている。
更に、各マグネット間に生じる反発力を抑えるため、ステンレスパイプ９２ｃの両端部にエンドブロック９２ｄを取り付けた構造となっている。
電機子９１は、円筒状コイル９１ａと、磁性体からなる円筒状ヨーク９１ｂ、アルミフレーム９１ｃから構成される。円筒状コイル９１ａを複数個軸方向に並べたものを円筒状ヨーク９１ｂの内側に配し、更に、円筒状ヨーク９１ｂの外側をアルミフレーム９１ｃで覆った構造となっている。
電機子９１と界磁９２とが磁気ギャップを介してそれぞれが同軸上に配置され、電機子９１を可動子とし、界磁９２を固定子にして相対的に走行するようにしてリニアモータが構成される。【０００３】
図１１は図１０の円筒状リニアモータの円筒状コイル近傍の側断面図である。図１１において、電機子９１は軸方向に並べて配置された複数の円筒状コイル９１ａと、円筒状コイル９１ａの外側には磁性体からなる円筒状ヨーク９１ｂ、さらに外側にはアルミフレーム９１ｃ、各円筒状コイル間に間挿される円板状の絶縁紙９１ｄが配置される。また、円筒状コイル９１ａの内側には樹脂製スペーサ９１ｅが配置される。コイル群の結線処理は、円筒状コイル９１ａとアルミフレーム９１ｃの間のスペースで行い、このスペースは更にモールド樹脂９１ｆにて成形され、円筒状コイル９１ａとアルミフレーム９１ｃおよびスペーサ９１ｅは機械的に固定されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の円筒状リニアモータにあっては、発熱源が円筒状コイルであり、該コイルの発熱により電機子全体が温度上昇すると、コイルから半径方向外側へ逃げる熱がアルミフレームやテーブルを介して負荷に伝わるため、液晶・半導体製造装置をはじめ、精密部品の製造・検査装置等、負荷への伝熱を嫌う用途には適用できなかった。
また、コイルから半径方向内側へ逃げる熱は、エアギャップを介して四方から界磁に伝わり、マグネットが温度上昇により熱減磁しやすくなるという問題点があった。
また、各円筒状コイルを円筒状ヨークに組付ける場合、該コイルの軸方向寸法の出来上がり精度がばらつくと、各円筒状コイルを等間隔に配置できず、各相コイルに誘起される電圧位相がずれてしまうため、推力リップルが大きくなるという問題があった。
さらに、コイルをボビンに巻いた場合、円筒状コイルのコイル巻き始めが内周部となるので、巻き始めのコイルがボビンに巻回しにくく、更にボビン寸法がコイル占有面積を低下させ、電機子部の温度上昇につながるという問題もあった。
そして、各円筒状コイル同士をつなぐ渡り線と各円筒状コイル間の絶縁性を保つため、絶縁用部品を円筒状コイルの外周部や、渡り線外周に配置するという組立性が良くない問題があった。
また、従来の円筒状コイルを使用して円筒状ヨークを用いた場合、各相別でコイル線を接続するための基板が必要となり、コイルと円筒状ヨークの間に基板スペースを設ける必要があったため、その分コイル巻数を下げ、モータ特性を下げてしまう問題があった。
本発明は、上記課題を解決されるためになされたものであり、推力リップルおよび電機子の温度上昇を限りなく小さくし、組立性に優れ、良好なモータ特性が得られる円筒状リニアモータ電機子および円筒状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】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１記載の円筒状リニアモータ電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、前記アルミフレームに複数本の冷却管を配設したことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の円筒状リニアモータ電機子において、前記アルミフレームにテーブルを取り付けると共に、前記アルミフレームの前記テーブル取付面側に前記冷却管を数本並べて配置したことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の円筒状リニアモータ電機子において、前記アルミフレーム内にヒートパイプを円周状に配置したことを特徴としている。【０００６】
請求項４記載の円筒状リニアモータ電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、前記円筒状コイルが巻回されたボビンの軸を通る断面での前記ボビンの形状をＬ字形とし、かつコイル巻き始め用の切り欠きを前記ボビンに設けたことを特徴としている。
請求項５記載の円筒状リニアモータ電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、前記ボビンの軸を通る断面での断面形状をＵ字形とし、前記ボビンに巻き始めコイル逃げ用の凹みを設けたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の円筒状リニアモータ電機子において、前記ボビンの前記円筒状コイル外周より一定距離離れた場所に、コイル引っ掛かり用の切り欠きを設け、この切り欠きに前記各円筒状コイル間同士の渡り線を配置したことを特徴としている。【０００７】
請求項７記載の円筒状リニアモータ電機子の発明は、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる円筒状リニアモータ電機子において、前記複数個のコイルを一筆巻きして前記円筒状コイルの１相分を構成したことを特徴としている。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の円筒状リニアモータ電機子において、前記複数相のコイルを互い違いに配置して固定したことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項７記載の円筒状リニアモータ電機子において、前記コイル外周部に構成される前記円筒状ヨークの内周部に一筆巻きして構成したコイルの渡り線を通す切り欠き溝を設けたことを特徴としている。
請求項１０記載の円筒状リニアモータの発明は、軸方向に磁化された複数の円柱状のマグネットをステンレスパイプの内側に磁化方向が交互に異なるように配置し、前記各マグネット間には磁性体からなる円柱状のポールピースを介在させ、前記ステンレスパイプの両端をエンドブロックで塞いでなる界磁と、磁性体からなる円筒状ヨークの内側に複数個の円筒状コイルを軸方向に並べ、前記円筒状ヨークの外側をアルミフレームで覆ってなる電機子と、を備え、前記界磁と電機子は磁気ギャップを介して同軸上となるように配置し、前記界磁を固定子に、前記電機子を可動子として相対的に走行するようにした円筒状リニアモータにおいて、前記電機子が、請求項１〜９のいずれか１項記載の円筒状リニアモータ電機子であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、アルミフレームに複数本の冷却管を配したことにより、これにエア又は水、油、フロリナート等絶縁冷媒を流すことによって、円筒状コイルにて発生した熱を回収し、負荷への伝熱、界磁への伝熱を極めて低減することが可能となり、液晶・半導体製造装置や、精密部品の製造・検査装置等、電機子周りの大気への伝熱を嫌う用途への適用が可能となる。
また、請求項２に記載の発明によると、アルミフレームにおいてテーブル取付面側に冷却管を数本並べて配置した構造とすることにより、発熱源である円筒状コイルとテーブル間を断熱し、負荷への伝熱を極めて低減することが可能となり、液晶・半導体製造装置や、精密部品の製造・検査装置等、負荷への伝熱を嫌う用途への適用が可能となる。
更に、請求項３に記載の発明によると、ヒートパイプをアルミフレームに円周状に配置した構造とすることにより、円筒状コイルから発生した熱をヒートパイプにて回収し、電機子周りへの伝熱、界磁への伝熱を極めて低減することが可能となり、液晶・半導体製造装置や、精密部品の製造・検査装置等への適用が可能となる。
請求項４および５記載の発明によると、ボビンに巻回された円筒状コイルを軸方向に複数個等間隔で並べて配置させることができるので、推力リップルおよび温度上昇を限りなくを低減させることができる。
請求項６記載の発明によると、各円筒状コイル間の渡り線の位置決めができるので、組立性を向上させることができる。
請求項７〜９記載の発明によると、一筆巻きされたコイルとすることで、円筒状リニアモータ電機子の必要なスペースを最小限に抑えることができ、従来の同体格の円筒状リニアモータよりモータ特性が優れた円筒型リニアモータが得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る電機子を備えた円筒状リニアモータであって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は軸を含む垂直面で切った断面図、（ｃ）は電機子部分の拡大斜視図である。
【図２】本発明の実施例２に係る電機子の斜視図である。
【図３】本発明の実施例３に係る電機子の正面図である。
【図４】本発明の実施例４に係る円筒状リニアモータの円筒状コイル近傍の側断面図である。
【図５】本発明の実施例４に係る円筒状コイルおよびボビンであって、（ａ）は円筒状コイルおよびボビンの正面図と、（ｂ）は側断面図である。
【図６】本発明の実施例５を示す円筒状コイルおよびボビンであって、（ａ）は平面図、（ｂ−Ａ）は正面図、（ｂ−Ｂ）は側断面図である。
【図７】本発明の実施例６を示す円筒状リニアモータの縦断面図である。
【図８】図７のリニアモータのコイル斜視図である。
【図９】図７のリニアモータのバックヨーク断面図である。
【図１０】従来公知の円筒状リニアモータ全体の側断面図である。
【図１１】従来公知の円筒状リニアモータの円筒状コイル近傍の側断面図である。
【符号の説明】
【００１０】
１  電機子
１ａ  円筒状コイル
１ｂ  円筒状ヨーク
１ｃ  アルミフレーム
１ｄ  冷却管
１ｅ  冷媒入口
１ｆ  冷媒出口
１ｇ  ヒートパイプ
２  界磁
２ａ  マグネット
２ｂ  ポールピース
２ｃ  ステンレスパイプ
２ｄ  エンドブロック
３  テーブル
４１ａ  円筒状コイル
４１ｃ  円筒状ヨーク
４１ｄ  アルミフレーム
４１ｆ  モールド樹脂
４１ｇ  ボビン
４１ｈ  切り欠き
４１ｉ  逃げ用の凹み
４１ｊ  切り欠き
７１  円筒状コイル
７２  アルミフレーム
７３  バックヨーク
７４  リング状コイル
７５  コイル渡り線
７６  切り欠き溝
９１  電機子
９１ａ  円筒状コイル
９１ｂ  円筒状ヨーク
９１ｃ  アルミフレーム
９１ｄ  絶縁紙
９１ｅ  樹脂製スペーサ
９１ｆ  モールド樹脂
９２  界磁極
９２ａ  マグネット
９２ｂ  ポールピース
９２ｃ  ステンレスパイプ
９２ｄ  エンドブロック
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
なお、本発明が従来のものと同じ構成要素については同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の実施例１に係る電機子を備えた円筒状リニアモータであって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は軸を含む垂直面で切った断面図、（ｃ）は電機子部分の拡大斜視図である。図１において、実施例１によれば、アルミフレーム１ｃに複数本の冷却管１ｄを配設したのが特徴である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、冷却管１ｄをアルミフレーム１ｃに複数本配設し、冷媒入口１ｅよりエア又は水、油、フロリナート等の絶縁冷媒を冷却管１ｄに流し、冷媒出口１ｆより回収することにより、円筒状コイル１ａにて発生する熱を回収し、テーブル３を介した負荷への伝熱、また、エアギャップを介した界磁２への伝熱を極めて低減することが可能となる。なお、図１（ｃ）に示すように、電機子断面において、対角線上に４本冷却管１ｄを対称配置した場合、アルミフレーム１ｃの上下面と側面の４面に均等に熱が逃げるため、アルミフレーム１ｃの表面の温度上昇を均等に下げることが可能となる。【００１３】
以上、実施例１によれば冷却管により大きな冷却能力が得られるので、筒液晶・半導体製造装置をはじめ、精密部品の製造・検査装置等、負荷への伝熱や大気への伝熱を嫌う用途への適用が可能となる。
【実施例２】
【００１４】
図２は本発明の実施例２に係る電機子の斜視図である。
図２において、実施例２の円筒状リニアモータ電機子のアルミフレームのみ記載している。図２において、冷却管１ｄの配置に関してアルミフレーム１ｃのテーブル３の取付面側に冷却管１ｄを数本並べて、中でそれぞれ接続して蛇行した１本の冷却管としている。
このように、アルミフレームにおいてテーブル取付面側に冷却管を数本（図２では４本）並べて配置し、冷媒入口１ｅよりエア又は水、油、フロリナート等の絶縁冷媒を冷却管１ｄに流し、冷媒出口１ｆより回収することにより、円筒状コイルにて発生する熱を回収し、テーブルを介した負荷への伝熱、また、エアギャップを介した界磁への伝熱を極めて低減することが可能となる。
以上、実施例２によれば冷却管により大きな冷却能力が得られるので、液晶・半導体製造装置をはじめ、精密部品の製造・検査装置等、負荷への伝熱を嫌う用途への適用が可能となる。
【実施例３】
【００１５】
図３は本発明の実施例３に係る電機子の正面図である。
図３において、アルミフレーム１ｃのみ記載している。図３では円筒状リニアモータの冷却構造に関しヒートパイプ１ｇをアルミフレーム１ｃの円周上に連続配置した構造としている。
図３に示すように、アルミフレーム断面において円周上にヒートパイプを連続配置し、このヒートパイプでアルミフレーム１ｃの内部の熱を速やかに外部に運び出すことにより、円筒状コイルにて発生する熱を効率良く回収し、テーブルを介した負荷への伝熱、エアギャップを介した界磁への伝熱を極めて低減することが可能となる。
【実施例４】
【００１６】
図４は本発明の実施例４に係る円筒状リニアモータの円筒状コイル近傍の側断面図である。図４において、ボビン４１ｇに巻回された円筒状コイル４１ａは、軸方向に複数個並べて配置されている。ボビン４１ｇは樹脂成形で作製されるため寸法ばらつきがなく、円筒状コイル４１ａは軸方向に等間隔で配置される。円筒状コイル４１ａの外側には磁性体からなる円筒状ヨーク４１ｃ、さらに外側にはアルミフレーム４１ｄが配置される。コイル群の結線処理は、円筒状コイル４１ａと円筒状ヨーク４１ｃの間のスペースで行い、このスペースは更にモールド樹脂４１ｆにて成形され、円筒状コイル４１ａと円筒状ヨーク４１ｃは機械的に固定されている。
図５は本発明の実施例４に係る円筒状コイルおよびボビンであって、（ａ）は円筒状コイルおよびボビンの正面図と、（ｂ）は側断面図である。
図において、ボビン４１ｇは断面形状をＬ字形とし、コイル巻き始め用に切り欠き４１ｇを設けている。この切り欠き４１ｇからコイルを引っ掛け巻き始める。コイルを巻き終わった後は、図のようにコイルをボビン切り欠き４１ｈの中に収まるように曲げる。このコイルを複数個軸方向に並べて電機子部を構成している。
このように、実施例４によれば、ボビン４１ｇに巻回された円筒状コイル４１ａを軸方向に複数個等間隔で並べて配置させることができるので、推力リップルを低減させることができる。また、ボビン４１ｇの断面形状をＬ字形としているため、コイル占有面積を向上させ、温度上昇抑制に貢献している。
【実施例５】
【００１７】
図６は本発明の実施例５を示す円筒状コイルおよびボビンであって、（ａ）は平面図、（ｂ−Ａ）は正面図、（ｂ−Ｂ）は側断面図である。
図において、ボビン４１ｇの断面形状はＵ字形とし、コイル巻き始め用に逃げ用の凹み４１ｉを設けている。また、コイルは、ボビンの円筒状コイル外周より一定距離れた場所に配置した切り欠き４１ｊに引っ掛けた後ボビン４１ｇに巻回する。
この切り欠き４１ｊは巻き始め部と巻き終わり部の両側に配置し、各円筒状コイル４１ａの渡り線を配置するためにも使用する。
このように、実施例５によれば、ボビン４１ｇに巻回された円筒状コイル４１ａを軸方向に複数個等間隔で並べて配置させることができ、推力リップルを低減させることができる。また、各円筒状コイル４１ａ間の渡り線の位置決めができ、組立性を向上することができる。
【実施例６】
【００１８】
図７は本発明の実施例６を示す円筒状リニアモータの縦断面図、図８は図７のリニアモータのコイル斜視図、図９は図７のリニアモータのバックヨーク断面図である。
図７のコイルは一筆巻きされたコイル７１と切り欠きを設けたバックヨーク７３とで構成されている。これにより、実施例６の円筒型リニアモータは、コイルとバックヨークのスペースが最小限に抑えられることができる。すなわち、図８から判るように、このコイルは、一筆巻きされたリング状のコイル７４を、複数相分互い違いに、なおかつコイル渡り線７５を一箇所に集中するよう配置し、接着剤を塗布し硬化させたものである。図８のように構成されたコイルを図９に示すバックヨーク内に挿入するため、バックヨーク内径部にコイル渡り線を通すスペースを確保できる寸法の切り欠き溝７６を設けている。【００１９】
以上、本発明によれば、アルミフレームに複数本の冷却管を配したことにより、これにエア又は水、油、フロリナート等絶縁冷媒を流すことによって、円筒状コイルにて発生した熱を回収し、負荷への伝熱、界磁への伝熱を極めて低減することが可能となり、液晶・半導体製造装置や、精密部品の製造・検査装置等、電機子周りの大気への伝熱を嫌う用途への適用が可能となる。
また、ボビンに巻回された円筒状コイルを軸方向に複数個等間隔で並べて配置させることができるので、温度上昇を限りなくを低減させることができ、また推力リップルを低減させることができる。
さらに、各円筒状コイル間の渡り線の位置決めができるので、組立性を向上させることができ、一筆巻きされたコイルとすることで、円筒状リニアモータ電機子の必要なスペースを最小限に抑えることができ、従来の同体格の円筒状リニアモータと比べてモータ特性が優れた円筒型リニアモータが得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の円筒状リニアモータによると、推力リップルおよび電機子の温度上昇を限りなく小さくし、組立性に優れ、良好なモータ特性を有する円筒状リニアモータ電機子を得ることが可能なので、高精度な位置決めや微小送りを必要とする液晶・半導体製造装置や、精密部品の製造・検査装置等の用途へ適用することが有用となる。
【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】
2009025162.tif 000011
【図１０】
2009025162.tif 000012
【図１１】
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【国際調査報告】
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2009025162.tif 000015
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2009025162.tif 000019
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