(57)【要約】【課題】電機子巻線で生じる熱を迅速且つ効果的に除去し、電機子巻線の温度上昇に伴う可動子の推力低下を防止する事が出来る、高性能で且つ信頼性の高いリニアモータを提供する。【解決手段】界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークと、永久磁石列と磁気的空隙を介して平行に対向した電機子と、電機子を固定するフレームとを備え、電機子は、その長手方向に向かって複数個のコイル群を並べて平板状に成形した電機子巻線と、電機子巻線を両面に装着した非磁性の金属や樹脂からなる巻線固定板とで構成され、界磁ヨークと電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、界磁ヨークと電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、巻線固定板の両側に、電機子巻線の空心部および外周部に沿った形状を持つ巻線枠体が形成され、電機子巻線と巻線枠体の間隙を樹脂モールドにより封止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して平行に対向した電機子と、前記電機子を固定するフレームとを備え、前記電機子は、その長手方向に向かって複数個のコイル群を並べて平板状に成形した電機子巻線と、前記電機子巻線を両面に装着した非磁性の金属や樹脂からなる巻線固定板とで構成され、前記界磁ヨーク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、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、
前記巻線固定板の両側に、前記電機子巻線の空心部および外周部に沿った形状を持つ巻線枠体が形成され、前記電機子巻線と前記巻線枠体の間隙を樹脂モールドにより封止してあることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
前記巻線枠体に推力方向に対して平行方向または垂直方向の何れか一方、またはその両方向に、前記巻線固定板にまで至る深さの溝が複数本形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項３】
前記巻線枠体が、電機子巻線群の空心部および外周部に沿った額縁状の形状であることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ。
【請求項４】
前記巻線枠体が、非磁性の金属またはセラミックスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載のリニアモータ。
【請求項５】
前記樹脂モールドの熱伝導率が、２．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載のリニアモータ。
【請求項６】
前記巻線固定板と前記巻線枠体が一体的に成形されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のリニアモータ。
【請求項７】
前記巻線枠体が前記巻線固定板に固着されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載のリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＦＡ機器の搬送システムなど、超精密位置決め・高推力が要求されるリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータについて、図を用いて説明する。なお、従来のリニアモータの全体構成については、後述する本発明と共通な図１を用いて説明する。また図９はリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図、図１０は従来のリニアモータの可動子の斜視図であって、電機子巻線を透視したものである。本例では、電機子の両側に磁気的空隙を介して永久磁石列を配置してなる磁束貫通型構造のリニアモータの例を示している。図において、１はリニアモータ、２は可動子、３は固定子、４は永久磁石、５はヨークベース、６は界磁ヨーク、７は電機子巻線、８は金属製のフレーム、９は巻線固定板、１０は樹脂モールドである。
リニアモータ１は、Ｎ極、Ｓ極の極性が交互に異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石４が２列の界磁ヨーク６の側面に直線状に並べて配置され、各々の界磁ヨーク６の間にヨークベース５を配設して固定子３を構成している。
また、リニアモータ１は、永久磁石４の列と磁気的空隙を介して対向し、且つ、複数個の電機子巻線群を平板状に成形して２列の巻線列から構成される電機子巻線群を有するコアレス型の電機子がステンレス等の金属や樹脂からなる巻線固定板９の両面に、直線状に並べて配置され、この電機子巻線群を樹脂モールド１０により固定して可動子２を構成している。さらに、電機子巻線群の上部にはその長手方向に沿って、巻線固定板９により保持された電機子巻線群を固定するためのフレーム８が設けられている。なお、リニアモータの可動子２および固定子３には、図示しないスライダとガイドレールからなるリニアガイドが取付けられ、可動子２を固定子３に対して直線移動させるようになっている。このような構成において、図示しない電源より各相の電機子巻線７に電流を印加すると、電機子巻線７には永久磁石４との電磁作用により、電機子巻線７と永久磁石４間の磁気的空隙部中に形成された磁界から電機子巻線７の長手方向に向かって電磁力が働いて推力を発生し、滑らかな直線移動を行う。この時、可動子２を推進させるための駆動電流が電機子巻線７に流れると、電機子巻線７は内部抵抗により発熱を起こすが、電機子巻線７で発生した熱は、樹脂モールド１０と巻線固定板９を通じてフレーム８に伝熱し、放熱される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２７１５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のリニアモータには、次のような問題があった。
（１）電機子巻線７の周囲は、巻線固定板９やフレーム８と比べて熱伝導率が低い樹脂モールド１０で覆われている。よって、電機子巻線７から巻線固定板９への熱伝導が悪く、しかも電機子巻線７から樹脂モールド１０を経て巻線固定板９へ至る伝熱経路が長いため、電機子巻線７の温度上昇により生じた熱を効率良く放熱させる事が出来なかった。そのために、電機子巻線７の内部抵抗が上昇し、それに伴い駆動電流が低下することによりリニアモータ可動子２の推力を大幅に低下させていた。
（２）上記の様に樹脂モールド１０の放熱性が悪いと、駆動電流通電時において、電機子巻線７と樹脂モールド１０の温度上昇が大きくなる。これにより非通電時との温度差も大きくなり、その結果、このヒートサイクルにより樹脂モールド１０にクラックが発生し、絶縁不良等の不具合を引き起こす恐れがあった。
（３）また、リニアモータを真空環境中で動作させるような半導体製造装置等のステッパ駆動機構として用いる場合、電機子巻線７の発熱により樹脂モールド１０からガスが発生し、製造プロセスの真空環境を汚染する恐れがあった。
（４）放熱性の改善のため、電機子巻線７の近傍にステンレス等の金属を配置した場合、これがリニアモータの可動子の移動中に磁界の作る磁束と鎖交することにより渦電流が発生し、その結果粘性制動力が引き起こされ、一定送りを阻害する原因になっていた。
（５）また、放熱性を改善する他の手法として、樹脂モールド１０に高熱伝導性の樹脂を使用することが考えられるが、高熱伝導性の樹脂は、一般的にアルミナやシリカなどの無機充填材が高濃度に充填されている。例えば熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上のものでは、樹脂の中に無機充填材が７０ｗｔ％以上充填されている。
そのため粘度が高く、リニアモータの可動子をモールドする樹脂として使用できない。すなわち、リニアモータの可動子２のモールドは、巻線固定板９に電機子巻線７を取付けた後、これを金型内にセットして真空下で樹脂を導入するか、または加圧して樹脂を導入することでモールドする。ところが、リニアモータの可動子２のように長物で且つ、複雑な構造を持つ電機子巻線群を有するものは、樹脂モールド１０を注形する際の圧力損失が高くなり、特に粘度の高いものでは、可動子の端部や電機子巻線の微細な間隙に樹脂を導入する事が出来ず、そのため十分な放熱性を得ることが出来ないばかりか、電気絶縁性の低下や外観不良等の不具合を生じてしまう。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、電機子巻線で生じる熱を迅速且つ効果的に除去し、電機子巻線の温度上昇に伴う可動子の推力低下を防止する事が出来る、高性能で且つ信頼性の高いリニアモータを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成している。
請求項１記載のリニアモータは、交互に極性が異なるように界磁極を構成する複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁ヨークと、前記永久磁石列と磁気的空隙を介して平行に対向した電機子と、前記電機子を固定するフレームとを備え、前記電機子は、その長手方向に向かって複数個のコイル群を並べて平板状に成形した電機子巻線と、前記電機子巻線を両面に装着した非磁性の金属や樹脂からなる巻線固定板とで構成され、前記界磁ヨーク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、前記界磁ヨークと前記電機子を相対的に走行するようにしたリニアモータにおいて、巻線固定板の両側に、電機子巻線の空心部および外周部に沿った形状を持つ巻線枠体が形成され、電機子巻線と巻線枠体の間隙を樹脂モールドにより封止してある事を特徴とする。
このような構成にすることにより、電機子巻線から生じる熱を迅速に且つ効果的に除去することが可能となる。これにより、電機子巻線の駆動電流低下を抑制する事が可能となるため、可動子の推力を上げることが出来る。また、樹脂モールドの温度上昇が抑制されることから、クラックの発生による絶縁不良等の不具合発生が低減されると共に、さらには電機子巻線のみを樹脂モールドする構造としており、使用する樹脂量が少なくて済む事から、樹脂モールドからの脱ガスが抑制・低減され、対真空環境用途での信頼性を向上することができる。
請求項２に記載のリニアモータは、請求項１に記載のリニアモータにおいて、巻線枠体に推力方向に対して平行方向または垂直方向の何れか一方、またはその両方向に、巻線固定板にまで至る深さの溝が複数本形成されていることを特徴とする。このような構成にすることにより、リニアモータ可動子が永久磁石の列間に沿って推力方向に移動した際、巻線枠体部の渦電流の発生を大幅に低減する事が出来る。これにより、電機子巻線より発生する熱を効率良く放熱する事ができ、さらには可動子の粘性抵抗力の増加を抑制できるので、滑らかな一定送りが可能となる。
請求項３に記載のリニアモータは、請求項１に記載のリニアモータにおいて、巻線枠体が電機子巻線群の空心部および外周部に沿った額縁状の形状であることを特徴とする。このような構成にすることにより、巻線枠体を金属とした場合には、渦電流発生の原因となる金属部材を少なくする事が出来るため、請求項２記載と同様に、リニアモータ可動子が永久磁石の列間に沿って推力方向に移動した際、巻線枠体部の渦電流の発生を大幅に低減する事が可能となる。これにより、電機子巻線より発生する熱を効率良く放熱する事ができ、さらには可動子の粘性抵抗力の増加を抑制できるので、滑らかな一定送りが可能となる。
請求項４に記載のリニアモータは、請求項１〜３のいずれか１項記載のリニアモータにおいて、巻線枠体が、非磁性の金属またはセラミックスであることを特徴とする。このような構成にすることにより、電機子巻線から発生する熱を迅速にフレームへと放熱させる事が出来る。さらに、巻線枠体をセラミックスとした場合には、粘性制動力の影響を受ける事が無いので、滑らかな一定速送りが実現できる。
請求項５に記載のリニアモータは、請求項１〜４に記載のリニアモータにおいて、樹脂モールドの熱伝導率が、２．０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。このような構成にすることにより、電機子巻線から発生する熱を迅速に巻線枠体やフレームへと放熱する事が可能となる。
請求項６に記載のリニアモータは、請求項１〜５に記載のリニアモータにおいて、巻線固定板と巻線枠体が一体的に成形されてなることを特徴とする。このような構成にすることにより、リニアモータを大量生産する場合、予め巻線固定板に巻線枠体が形成されているので、生産性が高く、製造コストが低減できる。
請求項７に記載のリニアモータは、請求項１〜５に記載のリニアモータにおいて、巻線枠体が巻線固定板に固着されてなることを特徴とする。このような構成にすることにより、用途や仕様に応じて巻線枠体の材質を変更する事が可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は本発明と従来技術に共通なリニアモータの全体斜視図、図２は本発明の第１の実施例におけるリニアモータ可動子の斜視図である。また図３は図２の斜視図において、電機子巻線を透視したものである。また、図４は図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図である。
なお、本発明の中で従来と同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみを説明する。
本発明によるリニアモータの可動子２は、巻線固定板９、巻線枠体１１、樹脂モールド１０、電機子巻線７、フレーム８で構成されている。
巻線固定板９はステンレスから成り、その両側に巻線枠体１１が一体的に成形されている。巻線枠体１１も同じくステンレスから成り、電機子巻線群それぞれの空心部および外周部に沿った形状をしている。電機子巻線７は巻線枠体１１にそれぞれ嵌め込むように取付けられ、巻線固定板９の長手方向に向けて、その両面に並べて配置されている。また電機子巻線７と巻線枠体１１の間隙は樹脂モールド１０によってモールドされている。樹脂モールド１０には、例えばスタイキャスト２８５０ＫＴなどの、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性のエポキシ樹脂が使用される。
電機子巻線７のモールド方法は、加熱した樹脂モールド１０を電機子巻線７と巻線枠体１１の間隙に流し込み、脱泡後、硬化させる一般的な注形方式で行う事が出来る。これは、複数個の電機子巻線７がそれぞれ巻線枠体１１により囲われているので、電機子巻線７を個別にモールドする事が出来る。そのため、注形時の圧力損失が低く、スタイキャスト２８５０ＫＴの様な粘度の高い樹脂においても、電機子巻線７と巻線枠体１１の間隙へ隙間無くモールドする事が可能となる。
次に、リニアモータの動作を説明する。リニアモータ可動子２の電機子巻線７に図示しない電源より駆動電流を流すと、電機子巻線７は内部抵抗により発熱する。電機子巻線７で発生した熱は、電機子巻線７と巻線固定板９とが接する面からフレーム８へと至る放熱経路と、さらに電機子巻線７の空心部および外周部から高熱伝導性の樹脂モールド１０を介して巻線枠体１１へと伝わり、そして巻線固定板９からフレーム８へと至る放熱経路とによって放熱される。
この様に、電機子巻線７の周囲を高熱伝導性の樹脂モールド１０でモールドすることができ、さらに良熱伝導性の巻線枠体１１を電機子巻線７の周囲のごく近傍に配置した構造としたため、電機子巻線７から生じる熱を迅速に且つ効果的に除去することが可能となる。これにより、電機子巻線７の駆動電流低下を抑制する事が出来るため、可動子の推力を上げることが出来る。また、樹脂モールド１０の温度上昇が抑制されることから、クラックの発生による絶縁不良等の不具合発生が低減され、さらには電機子巻線７のみを樹脂モールド１０する構造としており、使用する樹脂量が少なくて済む事から、樹脂モールド１０からの脱ガスが抑制・低減され、対真空環境用途での信頼性が向上する。
【０００７】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例を説明する。図５は本発明の第２実施例におけるリニアモータ可動子２の斜視図であって、電機子巻線７を透視したものである。第２実施例が、第１実施例と異なる点は、巻線枠体１１に推力方向に対して平行方向および垂直方向にそれぞれ巻線固定板９にまで至る深さの溝１２を形成している事である。なお、動作については第１実施例と基本的に同じであるので省略する。本実施例はステンレスから成る巻線枠体１１をこのような構造にしたので、リニアモータ可動子２が永久磁石４の列間に沿って推力方向に移動した際、巻線枠体１１部の渦電流の発生を大幅に低減する事が出来る。これにより、電機子巻線７より発生する熱を効率良く放熱する事ができ、さらには可動子２の粘性抵抗力の増加を抑制できるので、滑らかな一定送りが可能となる。
【０００８】
（第３実施例）
次に、本発明の第３実施例を説明する。図６は本発明の第３実施例におけるリニアモータの正断面図であり、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図である。また図７は、可動子２の斜視図であって、電機子巻線７を透視したものである。第３実施例が、他の実施例と異なる点は、ステンレスから成る巻線枠体１１が、電機子巻線群の空心部および外周部にそれぞれ沿った額縁状の形状をしていることである。なお、動作については他の実施例と基本的に同じであるので省略する。本実施例は巻線枠体１２をこのような構造にし、渦電流発生の原因となる金属部材を必要最小限にしたので、リニアモータ可動子２が永久磁石４の列間に沿って推力方向に移動した際、巻線枠体１２部の渦電流の発生を大幅に低減する事が出来る。これにより、可動子２の粘性抵抗力を増加させる事無く、電機子巻線７より発生する熱を効率良く放熱する事が出来る。
【０００９】
（第４実施例）
次に、本発明の第４実施例を説明する。図８は本発明の第４実施例におけるリニアモータの正断面図であり、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図である。第４の実施例が第３実施例と異なる点は、電機子巻線群の空心部および外周部にそれぞれ沿った額縁状の形状からなる巻線枠体１１がセラミックスからなり、巻線固定板９に接着剤１３で固着されている点である。本実施例において、巻線枠体１１は（株）ＭＡＲＵＷＡ製のアルミナ板を用いた。また、これを巻線固定板９に固着する接着剤１３としてダイマット社製の高熱伝導性接着剤ＤＭ５０３０Ｐを用いた。なお、動作については他の実施例と基本的に同じであるので省略する。本実施例はこのような構成にしたので、粘性制動力の影響を受ける事無く、一定速送りを実現できる。またアルミナ板および接着剤ＤＭ５０３０Ｐの熱伝導率は、共に約２０Ｗ／ｍ・Ｋと高いため、電機子巻線７より発生する熱を効率良く放熱する事が出来る。
【００１０】
以上、本発明を幾つかの実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば、実施例では巻線枠体を巻線固定板へ固着する方法として接着を用いたが、巻線枠体や巻線固定板が金属の場合には溶接などの方法でも良い。また、実施例では巻線枠体の材質をステンレスやアルミナとしたが、他にもアルミニウム等の非磁性の金属やシリカ、シリコンカーバイト、窒化ケイ素および窒化アルミなどのセラミックスでも良い。また、リニアモータに耐薬品性などの環境性能向上が必要な時や、見た目など外観を良くする必要がある時は、電機子全体をさらに樹脂等でモールドしても良い。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリニアモータによれば、以下の様な効果がある。（１）電機子巻線の周囲を高熱伝導性の樹脂モールドで封止し、さらに良熱伝導性の巻線枠体を電機子巻線の周囲のごく近傍に配置した構造としたため、電機子巻線から生じる熱を迅速に且つ効果的に除去することが出来る。これにより、電機子巻線の駆動電流低下が抑制されるため、可動子の推力を上げることが出来る。また、樹脂モールドの温度上昇も抑制されることから、クラックの発生による絶縁不良等の不具合発生が低減され、さらには電機子巻線のみを樹脂モールドする構造としており、使用する樹脂量が少なくて済む事から、樹脂モールドからの脱ガスが抑制・低減され、対真空環境用途での信頼性が向上する。
（２）巻線枠体に推力方向に対して平行方向または垂直方向の何れか一方、またはその両方向にそれぞれ巻線固定板にまで至る深さの溝を形成しているので、電機子巻線より発生する熱を効率良く放熱する事ができる上、さらには可動子の粘性抵抗力の増加を抑制でき、滑らかな一定送りが可能となる。
（３）巻線枠体を電機子巻線の空心部および外周部にそれぞれ沿った額縁状の形状としたので、（２）と同じ効果を得る事が出来る。
（４）巻線枠体を非磁性の金属またはセラミックスとし、巻線枠体と電機子巻線との間隙を熱伝導率２．０Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導性樹脂モールドにより封止したことにより、電機子巻線から発生する熱を迅速にフレームへと放熱させる事が出来る。
（５）巻線固定板と巻線枠体が一体的に成形されている場合、予め巻線固定板に巻線枠体が形成されているので、生産性が高く、製造コストが低減できる。また、
巻線枠体が巻線固定板に固着されている場合は、用途や仕様に応じて巻線枠体の材質を変更する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と従来技術に共通なリニアモータの全体斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるリニアモータ可動子の斜視図である。
【図３】図２の斜視図において、電機子巻線を透視したものである。
【図４】第１実施例におけるリニアモータの正断面図であって、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図に相当する。
【図５】本発明の第２実施例におけるリニアモータ可動子の斜視図であって、電機子巻線を透視したものである。
【図６】本発明の第３実施例における、リニアモータの正断面図であり、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図である。
【図７】本発明の第３実施例における、可動子の斜視図であって、電機子巻線７を透視したものである。
【図８】本発明の第４実施例におけるリニアモータの正断面図であり、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図である。
【図９】従来のリニアモータの正断面図であって、図１のリニアモータを推力方向から見たＡ−Ａ線に沿う正断面図に相当する。
【図１０】従来のリニアモータの可動子の斜視図であって、電機子巻線を透視したものである。
【符号の説明】
１  リニアモータ
２  可動子
３  固定子
４  永久磁石
５  ヨークベース
６  界磁ヨーク
７  電機子巻線
８  フレーム
９  巻線固定板
１０  樹脂モールド
１１  巻線枠体
１２  溝
１３  接着剤
【図１】
2004350419.tif 000003
【図２】
2004350419.tif 000004
【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】
2004350419.tif 000009
【図８】
2004350419.tif 000010
【図９】
2004350419.tif 000011
【図１０】
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