(57)【要約】【課題】冷媒に対する電機子巻線の耐絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能とし、さらには、可動子と固定子の磁気的空隙へのキャン変形量を抑え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。【解決手段】キャンド・リニアモータ電機子において、電機子巻線１８の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠４で挟み込むように固定してあり、キャン３と巻線固定枠４との間に形成される空間内に冷媒通路５を設けてある、また、筐体２と巻線固定枠４との間隙には、冷媒通路５に流す冷媒が二つの巻線固定枠４で挟み込んだ電機子巻線１８に漏出し、電機子巻線１８が浸水しないようにシール材２４を設けてある。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状に成形された複数のコイル群よりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前記筐体の両開口部を密閉するキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、
前記電機子巻線の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠で挟み込むように固定してあり、
前記キャンと前記巻線固定枠との間に形成される空間内に冷媒通路を設けてあり、
前記筐体と前記巻線固定枠との間隙にシール材を設け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】
前記キャンを予め湾曲させて、前記キャンの湾曲した凸面同士を互いに前記巻線固定枠に対向するよう配置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】
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と、前記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ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨーク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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに使われると共に、リニアモータ本体の低温度上昇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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置や工作機のテーブル送りに用いられると共に、リニアモータ本体の低温度上昇が要求されるキャンド・リニアモータとして、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。このうち、特許文献１のリニアモータについて、以下、図を用いて説明する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７７３０号公報
【特許文献２】
特開２０００−４５７２号公報
【０００４】
図５は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５において、１０は固定子、１１は筐体、１２はキャン、１３はボルトねじ、１４は押え板、１５は端子台、１６は冷媒供給口、１７は冷媒排出口、２５は可動子、２６は界磁ヨーク支持部材、２７は界磁ヨーク、２８は永久磁石である。一方の可動子２５は、平板状の二つの界磁ヨーク２７と、各界磁ヨーク２７の表面に取付けた永久磁石２８と、二つの界磁ヨーク２７の間に挿入されると共に全体で合計４個の界磁ヨーク支持部材２６とから構成され、両端が開口した中空空間部を有している。そして、上記永久磁石２８は界磁ヨーク２７上に交互に極性が異なるように複数の磁石を隣り合わせに並べて配置したものとなっている。なお、可動子２５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等によって支持されている。
また、他方の固定子１０は、可動子２５の中空空間部内に可動子２５の永久磁石２８と磁気的空隙を介して対向するように電機子が配置されており、詳細は以下の図６で述べる。
図６は、図５のＡ−Ａ線に沿う本発明におけるキャンド・リニアモータの正断面図である。また、図７は図６のキャン１２を除いた固定子内部の構造を示している。図６および図７において、固定子１０は、内部を中空とする額縁状を有した金属製の筐体１１と、該筐体１１の中空部分を覆うために筐体１１の外形を象った板状のキャン１２と、該キャン１２を筐体１１に固定するためのボルトねじ１３と、該ボルトねじ１３の通し穴を有し、キャン１２を均等な荷重でもって押えるための押え板１４と、筐体１１の中空内に配置された電機子を構成する３相の電機子巻線１８と、電機子巻線１８を固定している巻線固定枠１９と、筐体１１とキャン１２の縁より少し大き目に象られたＯリング２１と、巻線固定枠１９と筐体１１を固定するためのボルトねじ２３とより構成されている。キャン１２および巻線固定枠１９の材質は樹脂製を採用しており、ここでは熱硬化性樹脂である例えばエポキシ樹脂や熱可塑性樹脂である例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を使用している。筐体１１の空洞部の形状は、電機子巻線１８の外周を囲うように象られている。電機子巻線１８は平板状に形成された巻線固定枠１９の両面に配置されている。電機子巻線１８と一体になった巻線固定枠１９は、筐体１１の中空内に配置され、ボルトねじ２３で筐体１１と固定される。筐体１１の表裏の縁には、周回した溝が設けられており、そこにＯリング２１が配置される。そして、筐体１１に蓋をするようにキャン１２が筐体１１の表裏に配置される。キャン１２の上から筐体１１の縁に沿って押え板１４が敷かれ、ボルトねじ１３にて締め付けられ、キャン１２と筐体１１は固定される。電機子巻線１８は、集中巻コイルを３相分用意した複数のコイル群で構成され、巻線固定枠１９の左右両側に貼り付けられている。電機子巻線１８への電力供給は、筐体１１に取り付けられた端子台１５から行われる。端子台１５と電機子巻線１８はリード線（図示しない）で各々電気的に接続されている。また、冷媒は筐体１１に設けた冷媒供給口１６より供給され、冷媒排出口１７より排出される。その間に、冷媒は電機子巻線１８とキャン１２の間にある冷媒通路２０を流れ、発熱する電機子巻線１８を冷却する。
このように構成されたキャンド・リニアモータは、可動子２５と固定子１０の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線１８に流すことにより、永久磁石２８の作る磁界と作用して可動子２５に推力が発生し、可動子１０は図５の矢印で示す進行方向に移動することとなる。この際、銅損によって発熱した電機子巻線１８は冷媒通路２０を流れる冷媒により冷却されるので、キャン１２の表面温度上昇を抑えることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術におけるキャンド・リニアモータは、冷媒通路２０を通る冷媒が電機子巻線１８の表面を流れることにより、以下のような問題が起きた。
（１）一般に電機子巻線１８を構成する導線には絶縁のための被覆層を有するエナメル線を使用するが、巻線作業時や電機子巻線固定時に起こる導線と他物体間との接触により、導線の被服層には微小なキズ（ピンホール）が生じる。導電率の大きい冷媒、例えば導電率が１（μＳ／ｍ）を超える純水や水を使用した場合、大きなピンホール箇所から絶縁破壊が生じた。さらに、ピンホールの穴径や深さが微小なものであっても、電機子巻線１８にかかる推力の反作用や温度上昇などの外的ストレスによって、ピンホールが大きくなるように進行し、絶縁破壊が生じた。
（２）導電率の小さい冷媒（例えば住友３Ｍ製ハイドロフルエーテル（ＨＦＥ）：導電率２×１３（μＳ／ｍ））を使用した場合、上記（１）の問題を防ぐことができるが、導電率の大きい冷媒である水に比べ冷却能力が低く、キャン１２表面の温度上昇を低減することができなかった。ＨＦＥの熱伝導率は０．０７（Ｗ／（ｍ・ｋ））であるのに対し、水は約８倍の０．６（Ｗ／（ｍ・ｋ））である。ＨＦＥの動粘性係数は４×１７（ｍ２／ｓｅｃ）であるのに対し、水は約２倍の１×１６（ｍ２／ｓｅｃ）である。ＨＦＥは水に比べ、動粘性係数が小さいので冷媒の乱れの大きさを表すレイノルズ数を大きくすることができるが、熱伝導率が圧倒的に小さい。この結果、ＨＦＥの電機子巻線と冷媒間の熱伝達率は水に比べ小さくなる。ＨＦＥは水に対し、電機子巻線から冷媒への熱移動量が少なく、キャン１２表面への熱移動量が多くなり、キャン表面温度上昇が高くなる。
（３）導電率の小さい冷媒（ＨＦＥ）を使用した上で水に匹敵する冷却能力を確保するために、キャン１２の厚さを薄くして冷媒通路２０の断面積を大きくしようとすると、冷媒通路２０を通過する冷媒の圧力によってキャン１２の変形（空隙へのキャンの膨らみ量）が大きくなり、冷媒流量を下げなければならなかった。その結果、キャン１２の温度上昇を低減することができなかった。
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、冷媒に対する電機子巻線の耐絶縁信頼性を高めることで冷却能力の極めて高い水による冷却を可能とし、さらには、可動子と固定子の磁気的空隙へのキャン変形量を抑え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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は平板状に成形された複数のコイル群よりなる電機子巻線と、前記電機子巻線を額縁状に囲むように設けた金属製の筐体と、前記筐体の両開口部を密閉するキャンと、を具備したキャンド・リニアモータ電機子において、前記電機子巻線の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠で挟み込むように固定してあり、前記キャンと前記巻線固定枠との間に形成される空間内に冷媒通路を設けてあり、前記筐体と前記巻線固定枠との間隙にシール材を設けたものである。
上記手段により、電機子巻線と冷媒との接触を全く無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したり、あるいは、電機子巻線の導線にピンホールが生じていたとしても、巻線固定枠によって電機子巻線が水と隔離されるため、水による絶縁破壊を防ぐことができる。それから、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン表面の温度上昇を低減することができる。
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、前記キャンを予め湾曲させて、前記キャンの湾曲した凸面同士を互いに前記巻線固定枠に対向するよう配置したものである。
上記手段により、冷媒の圧力による可動子に対向した空隙へのキャンの膨らみ量が小さくなるため、冷媒流量を増加することができ、請求項１記載の構成よりも、さらにキャン表面の温度上昇を低減できる。
また、請求項３の発明は、キャンド・リニアモータに係るものであって、請求項１または２に記載のキャンド・リニアモータの電機子と、前記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ヨークとを備え、前記電機子と前記界磁ヨーク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ものである。
上記手段により、電機子巻線の冷媒に対する耐絶縁性が高く、冷却能力の高い水を冷媒として使用することでキャン表面温度  上昇の小さい電機子が得られ、これに界磁ヨークを対向配置させることで発熱のないキャンド・リニアモータを得ることができる。
【０００７】
【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は本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う本発明におけるキャンド・リニアモータの正断面図、図３は図２のキャンを除いた固定子の内部構造を示す側面図である。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省略し、異なる点のみ説明する。また、可動子２５の構造は、従来技術と全く同じである。
図において、１は固定子、２は筐体、３はキャン、４は巻線固定枠、５は冷媒通路、６はボルトねじ、２２は巻線固定枠支持部材、２４はシール材である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、電機子巻線１８の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠４で挟み込むように固定してあり、キャン３と巻線固定枠４との間に形成される空間内に冷媒通路５を設けた点である。
また、筐体２と巻線固定枠４との間隙には、冷媒通路５に流す冷媒が二つの巻線固定枠４で挟み込んだ電機子巻線１８に漏出し、電機子巻線１８が浸水しないようにシール材２４を設けるようになっている。
また、電機子巻線１８の上下部には二つの巻線固定枠４の上下端部と筐体２の内周側を支持固定するための巻線固定枠支持部材２２が挿設されている。上記の筐体２と巻線固定枠支持部材２２はボルトねじ６を筐体２に設けた通し孔に通した後、巻線固定枠支持部材２２の雌ネジにねじ込むことで固定される。そして、上記のキャン３と筐体２はボルトねじ１３をキャン３に設けた通し孔に通した後、筐体２の雌ネジにねじ込むことで固定されるようになっている。なお、通し孔および雌ネジの矢視は省略している。
このような構成において、電機子巻線１８のコイル構成は従来技術と同じであるため、従来技術同様、本発明のキャンド・リニアモータも可動子２５と固定子１の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線１８に流すことにより、永久磁石２８の作る磁界と作用して可動子に推力が発生する。この際、冷媒がキャン３と巻線固定枠４の間に設けられた冷媒通路５を流れ、発熱する電機子巻線１８を冷却する。
したがって、本発明の第１実施例は、電機子巻線１８の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠４で挟み込むように固定し、キャン３と巻線固定枠４との間に形成される空間内に冷媒通路５を設けた構成、また、筐体２と巻線固定枠４との間隙にシール材２４を設ける構成にしたので、従来技術で問題となっていた冷媒と電機子巻線１８の接触を無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠４とシール材２４によって電機子巻線１８が水と隔離されるため、電機子巻線１８の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャン３の表面の温度上昇を低減することができる。
【０００８】
（第２実施例）
次に本発明の第２実施例について説明する。
図４は、本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例のキャン３が直線状の板であったのに対して、キャンを予め湾曲させて、キャンの湾曲した凸面同士を互いに巻線固定枠４に対向するよう配置したものである。図４において、３ａは予め湾曲させたキャン、５ａは湾曲したキャン３ａと巻線固定枠４との間の空間部に形成された冷媒通路を示している。すなわち、キャン３ａは、冷媒通路５ａに冷媒が流れていないとき、その中央部が巻線固定枠４側に対してわずかに接触しない程度に湾曲した形状に形成されている。冷媒通路５ａに冷媒が流れると、キャン３ａはその冷媒による圧力によって中央部が外側（巻線固定枠４と反対側）に張り出すように変形する。
したがって、このようにキャン３ａを予め湾曲させた形状としたので、第１実施例を凌ぐ効果として、冷媒の流量による可動子に対向する空隙へのキャン変形を抑えることができる。また、第１実施例よりも冷媒流量を増加でき、温度上昇をより低減することが可能となる。
【０００９】
なお、以上の実施例では、固定子に電機子巻線、可動子に界磁とした永久磁石を持つ構造で説明したが、固定子に永久磁石、可動子に電機子巻線を持つ逆の構造としても良い。
また、可動子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。
【００１０】
【発明の効果】
以上に説明した本発明の実施例におけるキャンド・リニアモータにより、以下のような効果がある。
（１）本発明の第１実施例は、電機子巻線の両側面を長手方向に向かって二つの巻線固定枠で挟み込むように固定し、キャンと巻線固定枠との間に形成される空間内に冷媒通路を設けた構成、また、筐体と巻線固定枠との間隙にシール材を設ける構成にしたため、従来技術で問題となっていた冷媒と電機子巻線の接触を無くすことができる。つまり、導電率の低い冷媒である水を使用したとしても、巻線固定枠とシール材によって電機子巻線が水と隔離されるため、電機子巻線の絶縁破壊を防ぐことができる。そして、冷媒を水にすることにより冷却能力が高まるので、キャンの表面の温度上昇を低減することができる。
（２）本発明の第２実施例は、キャン３ａを予め湾曲させた形状としたため、第１実施例を凌ぐ効果として、冷媒の流量による可動子に対向する空隙へのキャン変形を抑えることができる。また、第１実施例よりも冷媒流量を増加でき、温度上昇をより低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図
【図３】図２のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図
【図４】本発明の第２実施例を示すキャンド・リニアモータの固定子の正断面図
【図５】従来技術を示すキャンド・リニアモータの全体斜視図
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿うキャンド・リニアモータの正断面図
【図７】図６のキャンを取り除いた固定子内部の構造を示す側面図
【符号の説明】
１、１０  固定子
２、１１  筐体
３、３ａ、１２  キャン
４、１９  巻線固定枠
５、５ａ、２０  冷媒通路
６、２３  ボルトねじ
１３  ボルトねじ
１４  押え板
１５  端子台
１６  冷媒供給口
１７  冷媒排出口
１８  電機子巻線
２１  Ｏリング
２２  巻線固定枠支持部材
２４  シール材
２５  可動子
２６  界磁ヨーク支持部材
２７  界磁ヨーク
２８  永久磁石
【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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