(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁ヨークに交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁極と、
前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に平板状の巻線固定枠の両面に複数個のコイル群で構成される電機子巻線を樹脂モールドにより固着したコアレス型の電機子と、
を備え、
前記界磁極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、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータであって、
前記巻線固定枠の両端部を、該巻線固定枠の長手方向に向かって前記永久磁石の磁極ピッチλに相当する長さだけ傾斜させると共に、かつ、該巻線固定枠の形状を櫛歯状に成形したことを特徴とするコアレスリニアモータ。
【請求項２】
前記巻線固定枠を非磁性のステンレスとしたことを特徴とする請求項１記載のコアレスリニアモータ。
【請求項３】
前記巻線固定枠の表面に、各々のコイル群の位置決めを行うための突起を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のコアレスリニアモータ。
【請求項４】
前記巻線固定枠に該巻線固定枠を位置決め固定するための電機子固定板を設けると共に、前記電機子固定板の内部に、冷媒を循環させる冷媒通路を設けたことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載のコアレスリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置のステッパ駆動装置や工作機械のテーブル送りなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するコアレスリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置のステッパ駆動や工作機械のテーブル送りなど、超精密位置決め・高推力が要求される用途に適するリニアモータは、図１、２のようになっている。
図１は本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモータの全体斜視図、図２は図１における電機子の正断面図である。また、図７は従来のコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。なお、本発明および従来技術ともムービングコイル型リニアモータを例示して説明する。
図において、１はコアレスリニアモータ、２は界磁ヨーク固定板、３は界磁ヨーク、４は永久磁石、５は電機子固定板、６は電機子、７１は巻線固定枠、８は電機子巻線、９は樹脂モールドである。
コアレスリニアモータ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３の側面に直線状に並べて配置され、各々の界磁ヨーク３の間に界磁ヨーク固定板２を配設して固定子を構成している。また、前記永久磁石４の磁石列の長手方向には、磁気的空隙を介して複数個の集中巻したコイル群を平板状に成形してなるコアレス型の電機子巻線８が対向配置されており、可動子を構成している。ここで、電機子巻線８は、図７に示すように、強度と絶縁性を向上できるよう、ステンレスやＦＲＰなどの非磁性部材からなる長方形状の平板からなる巻線固定枠７１の両面に保持されており、電機子の長手方向に沿って、巻線固定枠７１、電機子固定板５と共に樹脂モールド９により固着し固定されている。
このような構成で、可動子を構成する電機子巻線８に電流を流すと各コイル群に磁束が発生し、この磁束と永久磁石４との電磁作用により、可動子が進行方向へ移動する。この時、電機子巻線８に電流を流すことによって発生した熱は、電機子固定板５を通して放熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、ステンレスからなる巻線固定枠７１を単に長方形状に成形しものでは、巻線固定枠７１において、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って渦電流が発生し、これにより巻線固定枠７１に粘性制動力が引き起こされ、この粘性制動力のリップルが一定速送りを阻害するという問題があった。
また、ステンレスを用いた巻線固定枠７１の長手方向における長さを、Ｌ＝（Ｎ＋１／２）×λ（但し、Ｎは正の整数、λは永久磁石の磁極ピッチ）とし、粘性制動力のリップルの低減を図る方法も提案されているが、単に巻線固定枠７１の長手方向の長さを数値限定するだけでは、大幅な粘性制動力のリップルの低減は期待できないという問題があった。
さらに、巻線固定枠７１にＦＲＰを用いた場合は、熱伝導率が悪く、電機子巻線８、樹脂モールド９および電機子固定板５間の熱抵抗が大きいことから、電機子巻線８からの発生熱を巻線固定枠７１を介して電機子固定板５に効率よく放熱させて、電機子巻線８の温度上昇を抑えることは限界があった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、巻線固定枠に発生する渦電流による粘性制動力のリップルを限りなく零にすることができ、電機子巻線の温度上昇を効率的に放熱することが可能なコアレスリ二アモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項１の本発明は、界磁ヨークに交互に極性が異なるように複数の永久磁石を直線状に並べて配置した界磁極と、前記永久磁石の磁石列と磁気的空隙を介して対向配置されると共に平板状の巻線固定枠の両面に複数個のコイル群で構成される電機子巻線を樹脂モールドにより固着したコアレス型の電機子と、を備え、前記界磁極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、前記界磁極と前記電機子を相対的に走行するようにしたコアレスリニアモータであって、前記巻線固定枠の両端部を、該巻線固定枠の長手方向に向かって前記永久磁石の磁極ピッチλに相当する長さだけ傾斜させると共に、かつ、該巻線固定枠の形状を櫛歯状に成形したことを特徴としている。
請求項２の本発明は、請求項１記載のコアレスリニアモータにおいて、前記巻線固定枠を非磁性のステンレスとしたことを特徴としている。
請求項３の本発明は、請求項１または２に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記巻線固定枠の表面に、各々のコイル群の位置決めを行うための突起を設けたことを特徴としている。
請求項４の本発明は、請求項１から３までの何れか１項に記載のコアレスリニアモータにおいて、前記巻線固定枠に該巻線固定枠を位置決め固定するための電機子固定板を設けると共に、前記電機子固定板の内部に、冷媒を循環させる冷媒通路を設けたことを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図３は本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。
図において、７は巻線固定枠である。
本発明が従来と異なる点は、以下のとおりである。
巻線固定枠７は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）などの非磁性薄肉部材で構成してあり、巻線固定枠７の両端部は、巻線固定枠７の長手方向に向かって永久磁石の磁極ピッチλに相当する長さλCの範囲だけ傾斜させて成形したものである。なお、組立の際には巻線固定枠７を電機子固定板５に挿入し位置決めした後、巻線固定枠７の両側面に電機子巻線８を沿うように配設して、電機子巻線８を電機子固定板５および巻線固定枠７に対して注型などの方法を用いて樹脂モールド９で一体に固着するようになっている。
次に、動作について説明する。
図示しない電源から駆動電流を電機子巻線８に供給することにより、リニアモータの可動子である電機子が一定推力を発生し移動すると、非磁性部材からなる巻線固定枠は、その両端部が傾斜した形状（いわゆるスキュー）を有しているため、永久磁石４の磁界内を巻線固定枠７が移動しても巻線固定枠７内での磁束変動が一定となり、粘性制動力が変動しない。その結果、リニアモータは一定速度で安定して走行する。
また、駆動電流を電機子巻線８に供給すると同時に、コアレスリニアモータ１の電機子６部で発生した熱は、ＦＲＰに比べて熱伝導性の高いステンレスよりなる巻線固定枠７を媒体として電機子固定板５に伝達して熱交換され、電機子巻線８の温度上昇が抑えられる。
したがって、巻線固定枠７を、例えばステンレスなどの非磁性の薄肉部材で構成すると共に、巻線固定枠７の両端部を、巻線固定枠７の長手方向に向かって永久磁石の磁極ピッチλに相当する長さλCの範囲だけ傾斜させて成形したので、永久磁石４の磁界内を巻線固定枠７が移動した際に巻線固定枠７内での磁束変動が一定となることから、渦電流が発生せず、粘性制動力の変動を抑えることができる。その結果、リニアモータの一定速送りを確実に行うことができる。
また、巻線固定枠７は、ステンレスで構成されているため、従来のＦＲＰに比べると熱伝導率が高いため、電機子固定板５への冷却効率も向上することができる。その結果、同推力のモータならば小型化が可能になり、同体型のモータならばより大きな推力を出すことができる。
【０００６】
次に本発明の第２の実施例について説明する。
図４は本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。
第2実施例が第1実施例と異なる点は、巻線固定枠７を櫛歯状に成形し、かつ、巻線固定枠７の根元の部分が電機子固定板５に設けた凹部５Ａに挿入できるように配置した点である。
次に動作について説明する。
図示しない電源から駆動電流を電機子巻線８に供給することにより、リニアモータの可動子である電機子が一定推力を発生し移動すると、非磁性部材からなる巻線固定枠は、櫛歯状に成形されているので、電機子で発生する渦電流は、その硫路が櫛歯間の切込みによって断たれ、細分化される。これによって、巻線固定枠７は、可動子である電機子の磁界の作る磁束と鎖交することなく、渦電流が発生しない。その結果、リニアモータは粘性制動力が引き起こされることもなく、粘性制動力のリップルを更に限りなく零にすると共に、一定速度で安定して走行する。なお、電機子の伝熱に関する動作については、第１実施例と同じなので省略する。
次に、本実施例による効果の確認について、説明する。
図５はリニアモータのストローク位置における推力特性を説明した図であって、（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明の特性を示したものである。
図に示すように、従来技術では、ストローク位置が変わる毎に、推力のリップルが変動しているの対して、本発明では推力のリップルの変動はかなり減少しておることがわかる。
本実施例は、このような構成にすることにより、巻線固定枠の形状を単に傾斜させる構成にするだけでなく、櫛歯状に形成することで、粘性制動力のリップルを更に限りなく零にすることができると共に、電機子巻線の温度上昇も効率的に放熱することができる。
【０００７】
次に本発明の第３の実施例について説明する。
図６は本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子の正断面図である。
第３実施例が第1、２実施例と異なる点は、巻線固定枠７の表面に、各々のコイル群の位置決めを行うための突起７Ａを設けるようにした点である。
また、電機子固定板５の内部に、冷媒を循環させる冷媒通路１０を設けたものである。
このように、巻線固定枠７の表面に、突起７Ａを設けることにより、巻線固定枠７に各コイル群の位置決めを正確に行うことができるようになることから、その結果、推力リップルを抑え、推力特性のバラツキを抑えることができる。
また、電機子固定板５の内部に冷媒通路１０を設けることにより、電機子固定板５と巻線固定枠７間の熱抵抗が小さくなるので、電機子巻線８の温度上昇をより効率的に放熱することができる。
なお、本発明では電機子を可動子とするムービングコイル型リニアモータを例示して説明したが、界磁極を可動子とするムービングマグネット型リニアモータに適用しても構わない。
また、本発明では、リニアモータの電機子巻線を集中巻の例を用いて例示したが、ヘリカル巻や整列巻等による他の巻線方法でも構わず、限定されることはない。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は以下の効果がある。
（１）コアレスリニアモータの巻線固定枠を、例えばステンレスなどの非磁性の薄肉部材で構成すると共に、巻線固定枠の両端部を、巻線固定枠の長手方向に向かって永久磁石の磁極ピッチλに相当する長さλCの範囲だけ傾斜させて成形したため、永久磁石４の磁界内を巻線固定枠７が移動した際に巻線固定枠７内での磁束変動が一定となることから、渦電流による粘性制動力の変動を抑えることができる。その結果、リニアモータの一定速送りを確実に行うことができる。
（２）また、巻線固定枠の形状を単に傾斜させる構成にするだけでなく、櫛歯状に形成することで、粘性制動力のリップルを更に限りなく零にすることができる。
（３）巻線固定枠は、ステンレス構成されているため、従来のＦＲＰに比べて熱伝導率が高いため、電機子固定板５への冷却効率も向上することができる。その結果、同推力のモータならば小型化が可能になり、同体型のモータならばより大きな推力を出すことができる。
（４）巻線固定枠は、その表面に突起を設けたため、巻線固定枠に各コイル群の位置決めを正確に行うことができるようになり、その結果、推力リップルを抑え、推力特性のバラツキを抑えることができる。
（５）電機子固定板は、その内部に冷媒通路を設けたため、電機子固定板と巻線固定枠間の熱抵抗が小さくなり、電機子巻線の温度上昇をより効率的に放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明と従来技術に共通なコアレスリニアモータの全体斜視図である。
【図２】図１における電機子の正断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。
【図４】本発明の第２の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。
【図５】リニアモータのストローク位置における推力特性を説明した図であって、（ａ）は従来技術、（ｂ）は本発明の特性を示したものである。
【図６】本発明の第３の実施例を示すコアレスリニアモータの電機子の正断面図である。
【図７】従来のコアレスリニアモータの電機子であって、図２の電機子を側面から見たものに相当する。
【符号の説明】
１  コアレスリニアモータ
２  界磁ヨーク固定板
３  界磁ヨーク
４  永久磁石
５  電機子固定板
６  電機子
７  巻線固定枠
７Ａ  突起
８  電機子巻線
９  樹脂モールド
１０  冷媒通路
【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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