(57)【要約】【課題】リニアモータの温度性能を損なうことなく、絶縁信頼性の高い冷媒冷却リニアモータ電機子および冷媒冷却リニアモータを提供する。【解決手段】  巻線固定板１３と、巻線固定板１３に固定された電機子巻線１を額縁状に囲むように形成されてなるフレーム５と、フレーム５の開口部を密閉するように形成されてなる外キャン１０と、を備え、電機子巻線８を外キャン１０により密封し、密閉空間内に配置された電機子巻線１を冷媒により冷却する冷媒冷却リニアモータ電機子において、電機子１は、電機子巻線８の空芯部にモールドされると共に該巻線８の表面を薄肉コーティングされてなる樹脂モールド９と、リニアモータの駆動方向に対し、電機子巻線８の両側面にそれぞれ密着するように形成してなる内キャン１１と、フレーム５及び外キャン１０並びに内キャン１１で囲まれた空間に形成してなる冷媒流路１２とを設けた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線固定板と、前記巻線固定板に固定された電機子巻線を額縁状に囲むように形成されてなるフレームと、前記フレームの開口部を密閉するように形成されてなる外キャンと、を備え、前記電機子巻線を前記外キャンにより密封し、密閉空間内に配置された前記電機子巻線を冷媒により冷却する冷媒冷却リニアモータ電機子において、
前記電機子巻線の空芯部にモールドされると共に該巻線の表面を薄肉コーティングされてなる樹脂モールドと、
リニアモータの駆動方向に対し、前記電機子巻線の両側面にそれぞれ密着するように形成してなる内キャンと、
前記フレーム及び前記外キャン並びに前記内キャンで囲まれた空間に形成してなる冷媒通路と、
を設けたことを特徴とする冷媒冷却リニアモータ電機子。
【請求項２】
前記内キャンは前記電機子巻線と冷媒を完全に隔離するように、薄肉の非磁性体金属材料で構成されたことを特徴とする請求項１記載の冷媒冷却リニアモータ電機子。
【請求項３】
前記冷媒流路に流す冷媒を水もしくは純水としたことを特徴とする請求項１に記載の冷媒冷却リニアモータ電機子。
【請求項４】
請求項１に記載の電機子と、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界磁ヨーク上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部とを備え、前記電機子と前記界磁部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記電機子と前記界磁部を相対的に走行させることを特徴とする冷媒冷却リニアモータ。
【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冷媒冷却リニアモータ電機子および冷媒冷却リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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冷媒冷却リニアモータは、例えば図３に示すようになっている（特許文献１を参照）。
図３は従来技術と後述する本発明に共通な冷媒冷却リニアモータの全体構成を説明するための図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ｂ方向から見た正面図を示したものである。ここでは、可動磁石形リニアモータの例を示している。
図３において、１は電機子、２は界磁部、３は永久磁石、４は界磁ヨーク、５はフレーム、６は冷媒入口、７は冷媒出口である。
リニアモータは、電機子巻線８を内部に有すると共に固定子を構成する電機子１と、永久磁石３と界磁ヨーク４を有すると共に可動子を構成する界磁部２とで構成されている。該電機子１は内部に冷媒を流入循環させるためのジャケットとして、冷媒入口６と冷媒出口７を形成されてなるフレーム５を有している。なお、可動子は図示しないリニアガイド等によって支持されている。
【０００３】
次に、電機子の内部構造について、図２を用いて説明する。
図２は従来技術を示す冷媒冷却リニアモータの電機子であって、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う平断面図、（ｂ）は正断面図である。
図２において、８は電機子巻線、１０は外キャン、１２は冷媒流路、１３は巻線固定板である。
電機子１は、基本的に巻線固定板１３と、巻線固定板１３に固定された電機子巻線８と、電機子巻線８を額縁状に囲むように形成されてなるフレーム５と、フレーム５の開口部を密閉するように冷媒の流路を確保しつつ形成されてなる外キャン１０と、電機子巻線８の表面を薄肉コーティングしている樹脂モールド（不図示）と、より構成される。
該電機子巻線６への電力供給は、フレーム５に取り付けられた端子台から行われる。端子台と電機子巻線６はリード線（不図示）で各々電気的に接続されている。また、冷媒はフレーム5に設けた冷媒入口６から供給され、樹脂モールド（不図示）の表面に接する冷媒流路１２を通り、電機子巻線６から発する熱を回収し冷媒出口７から排出される。
このように電機子巻線を直接的に冷媒で冷却することにより、リニアモータの発熱を低減することが可能であり、リニアモータの高性能化を図っている。
【特許文献１】特許第３５３９４９３号（明細書第４頁〜５頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、図２に示すような従来の冷媒冷却リニアモータは、リニアモータの温度上昇を抑制しつつ、且つ、リニアモータの電気的絶縁性能を維持するため、非電導性を有する冷媒が採用されていた（例えば、導電率が極めて小さく絶縁性が高いフッ素系不活性冷媒；住友３Ｍ製ハイドロフルエーテル（ＨＦＥ））。しかし、非電導性の冷媒は、熱伝導率が低いという欠点がありリニアモータの冷却効果に限界が出てきた。
近年では更にリニアモータの低温度上昇仕様の要求が高く、熱伝導率に優れた冷媒を使用する必要が出てきている。
例えば、冷媒に純水を使用した場合、純水の絶縁性能は従来の冷媒に比べ桁違いに劣る。従来のリニアモータの電機子巻線は、リニアモータの絶縁性能の信頼性を高めるため、薄肉の樹脂モールドを施しているが、純水の使用においては不十分である。また、経年的な樹脂の吸水は避けられず、リニアモータの絶縁性能の長期信頼性を欠く可能性がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、リニアモータの温度性能を損なうことなく、絶縁信頼性の高い冷媒冷却リニアモータ電機子および冷媒冷却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】
上記問題を解決するために、本発明の請求項１は、巻線固定板と、前記巻線固定板に固定された電機子巻線を額縁状に囲むように形成されてなるフレームと、前記フレームの開口部を密閉するように形成されてなる外キャンと、を備え、前記電機子巻線を前記外キャンにより密封し、密閉空間内に配置された前記電機子巻線を冷媒により冷却する冷媒冷却リニアモータ電機子において、前記電機子巻線の空芯部にモールドされると共に該巻線の表面を薄肉コーティングされてなる樹脂モールドと、リニアモータの駆動方向に対し、前記電機子巻線の両側面にそれぞれ密着するように形成してなる内キャンと、前記フレーム及び前記外キャン並びに前記内キャンで囲まれた空間に形成してなる冷媒通路と、を備えたことを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の冷媒冷却リニアモータ電機子において、前記内キャンは前記電機子巻線と冷媒を完全に隔離するように、薄肉の非磁性体金属材料で構成されたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電機子と、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界磁ヨーク上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部とを備え、前記電機子と前記界磁部の何れか一方を固定子に、他方を可動子として、前記電機子と前記界磁部を相対的に走行させる冷媒冷却リニアモータを構成することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１の発明によれば、電機子巻線は冷媒流路を構成する内キャンに接触するように形成され、冷媒流路を流れる冷媒により直接的に冷却されるので、リニアモータの発熱を低減すると共に、外キャンの表面温度上昇を抑えることができる。
請求項２の発明によれば、電機子巻線と冷媒は非磁性薄肉金属よりなる内キャンで隔離されており、また、金属であるため吸水率はほぼゼロに近い。したがって、初期的な絶縁性能を経年的に維持することが可能であり、冷媒冷却リニアモータの絶縁信頼性を十分確保することができる。
請求項３の発明によれば、冷媒を従来のＨＦＥに比べ熱伝導率と定圧比熱の大きい純水とすることで、冷媒の熱回収率を高め、電機子表面の温度上昇を低減することができる。
請求項４の発明によれば、冷媒冷却リニアモータの電機子と永久磁石を有する界磁とを対向させて、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乃至３の効果を有する冷媒冷却リニアモータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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】
【０００８】
図１は本発明の実施例を示す冷媒冷却リニアモータの電機子であって、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う平断面図、（ｂ）は正断面図である。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省略し、異なる点のみ説明する。
【０００９】
図１において、１１は内キャン、９は樹脂モールドである。
本発明が従来技術と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、電機子１は、電機子巻線８の空芯部にモールドされると共に該巻線８の表面を薄肉コーティングされてなる樹脂モールド９と、リニアモータの駆動方向に対し、電機子巻線８の両側面にそれぞれ密着するように形成してなる内キャン１１と、フレーム５及び外キャン１０並びに内キャン１１で囲まれた空間に形成してなる冷媒流路１２とを設けた点である。
【００１０】
次に動作を図１.図３を用いて説明する。
リニアモータは、電機子１の端子台に外部から電力を供給し、可動子である界磁と固定子である電機子の電気的相対位置に応じた所定の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可動子に推力が発生し、可動子は矢印で示す進行方向に移動することとなる。
この際、電機子巻線が銅損により発熱する。電機子巻線で発生した熱が該巻線の空芯部および表面に薄肉コーティングされてなる樹脂モールド９に熱伝導し、さらにこれらの樹脂モールド９から内キャン１１に熱伝導する。これと並行して、冷媒を電機子のフレーム５に設けた冷媒入口６に供給しており、冷媒が外キャン１０と内キャン１１とフレーム５の間に一定の空間が形成されてなる冷媒流路１２を流れた後、冷媒出口７に向かって排出され、冷媒が冷媒流路１２の中を循環することで、銅損により発熱する電機子巻線１を冷却する。
【００１１】
したがって、本発明の実施例は、電機子巻線は冷媒流路を構成する内キャンに接触するように形成され、冷媒流路を流れる冷媒により直接的に冷却されるので、リニアモータの発熱を低減すると共に、外キャンの表面温度上昇を抑えることができる。
また、電機子巻線１の外表面を覆った内キャン１１を採用したので、内キャン１１が非磁性の薄肉金属でできているため、吸水率が非常に低く、樹脂モールド９に直接浸入することがなく、絶縁劣化を起こすこともない。
また、特に、冷媒に純水を使用する際は、リニアモータの温度性能を損なうことなく、絶縁信頼性の高い冷媒冷却リニアモータが得られる。
【００１２】
なお、外キャンおよび内キャン並びに巻線固定枠の材質は非磁性体金属材料に替えて、樹脂製の材料を用いても良く、例えばエポキシ樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の冷媒冷却リニアモータは、電機子巻線を薄肉の非磁性体金属材料完全に覆う構造のため、経年的な樹脂の吸水により、絶縁性能が低下することがないので、冷媒と電機子巻線の接触を無くすことによって冷媒を水にすることができ、その結果、例えば純水を使用する半導体製造装置の位置決め機構にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示す冷媒冷却リニアモータの電機子であって、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う平断面図、（ｂ）は正断面図である。
【図２】従来技術を示す冷媒冷却リニアモータの電機子であって、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う平断面図、（ｂ）は正断面図である。
【図３】従来技術と本発明に共通な冷媒冷却リニアモータの全体構成を説明するための図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は  （ａ）の矢視Ｂ方向から見た正面図を示したものである。
【符号の説明】
【００１５】
１  電機子
２  界磁部
３  永久磁石
４  界磁ヨーク
５  フレーム
６  冷媒入口
７  冷媒出口
８  電機子巻線
９  樹脂モールド
１０  外キャン
１１  内キャン
１２  冷媒流路
１３  巻線固定板
【図１】
2007336765.tif 000003
【図２】
2007336765.tif 000004
【図３】
2007336765.tif 000005