(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体で構成してなるヨーク上に沿って交互に磁極が異なるように設けた界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子と、を備え、
前記電機子の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管を設けてあり、
前記冷却管は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔を、前記界磁との対向面側に設けてあり、
前記界磁と前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするリニアモータにおいて、
前記電機子巻線は、３相で、かつ、その単一コイルを一つのティースに１つのコイルを巻き込む集中巻き方式で構成すると共に、そのＵＶＷの三相配分を、連続するティースのうち３つのティースを１つのグループとする相巻線で構成して、３つの相巻線間を直列結線したものであり、このとき、前記連続する３つのティースのうち１番目、３番目のティースに巻装したコイル線径Φｂを２番目のティースに巻装したコイルの線径Φａより小さくすることにより前記電機子コアのスロットオープニング部にコイルが存在しない空間部を設け、前記Φｂのコイルのみが巻装されるスロットの空間部に、前記冷却管を配置したことを特徴とするリニアモータの冷却装置。
【請求項２】
前記界磁を、複数の界磁用永久磁石を配置したものとし、この界磁用永久磁石の表面に、隣接磁石間に生じる凹凸部が無くなるように板状のマグネットカバーを設けたことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械あるいは半導体製造装置等の精密送りの用途に利用されるリニアモータの冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械あるいは半導体製造装置等の精密送りの用途に利用されるリニアモータは図４のようになっている。
図４は、一般的なリニアモータの全体構成を示す正断面図であり、磁束貫通型構造のものを例にあげて説明する。
１はリニアモータ、２は磁束を通す電機子、３は平板状の電磁鋼板を上下に積層してなる電機子コア、４は電機子コア３に巻装された電機子巻線、５は電機子コア３の両側に磁気的空隙を介して対向配置された界磁で、例えば平滑形の界磁用永久磁石で構成されている。６は界磁用永久磁石５を固着した磁束を通す強磁性体からなる平滑形のヨーク、７はテーブル、８はリニアガイド、８ａはガイドレール、８ｂはスライダ、１０、１１は締結ボルト、１２は固定台、１９は電機子取付板、１９ａ、１９ｂは雌ねじ部である。
このようなリニアモータ１は、界磁を備えたヨーク６が固定台１２上に固定され、電機子２が電機子コア３の貫通穴３ａを介して電機子取付板１９の雌ねじ部１９ａに締結ボルト１０をねじ込んで締結されている。また、テーブル７は貫通穴７ａを介して電機子取付板９に設けた雌ねじ部１９ｂに締結ボルト１１をねじ込んで締結されている。さらに、リニアモータ１はガイドレール８ａとスライダ８ｂとからなるリニアガイド８により支持されると共に、テーブル７を搭載した電機子２が、永久磁石５の磁石列方向（紙面と垂直方向）に沿って推力を発生し、滑らかな直線移動を可能にしている。
それから、上記の電機子２の冷却については、図５に示す構成のものが提案されている。図５は、従来のリニアモータの冷却装置であって、電機子コアの中央部からスロット開口部の片側を上面から見た図である。３ｂはティース、３ｃはスロット、２０は電機子コア３のスロット３ｃ内部に設けられた冷却管である、この方法により、冷却管２０内に冷却空気などの冷媒を流すことにより、電機子巻線４で発生する熱を熱交換し、外部に熱を取り去るようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来技術では、リニアモータの電機子部において、電機子コア３のスロット３ｃ底部の内周および電機子巻線４のスロット３ｃ底部側における先端部は、樹脂モールドを介して冷却管２０の外周と接しているため、冷却管２０の放熱面積は当該管２０内部を流れる冷却空気と接する内側の表面面積のみとなる。
ここで、放熱量は次式で表せる。
放熱量＝熱伝達率×放熱面積×冷媒の温度上昇
上式の観点から見ると、図５に示す電機子構造では、冷却管２０の放熱面積が電機子巻線４のスロット３ｃ内周に対向する表面面積に比べて小さいため、冷却管２０に流す一定の冷却空気量だけでは冷却能力に限界がある。すなわち、電機子２の冷却が不十分であると、電機子２の熱が電機子固定板１９を介してテーブル７に伝導して熱変形を生じたり、テーブル７に取り付けたリニアガイド８や図示しないリニアスケール等に悪影響を与え、テーブル７の位置決め精度の誤差が生じるという問題があった。また、電機子自体の発熱を除去できないと、、電機子で生じた熱は界磁側に熱伝達すると共に、界磁側の温度上昇、熱変形を増加させ、界磁と電機子との間の磁気的空隙長に影響を与えることになり、テーブル７の位置決め精度の誤差を生じる原因となっていた。
そこで、電機子部の冷却性能を上げるためには、径の大きい冷却管を使用して放熱面積を大きくする必要があるが、このことは逆に電機子のサイズを大きくする要因になりリニアモータの小型化に不利であった。
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、電機子部からテーブル、界磁に伝熱する熱を少なくし、熱変形を抑制できる、小型で高精度のリニ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、強磁性体で構成してなるヨーク上に沿って交互に磁極が異なるように設けた界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向するように配置した電機子コアに電機子巻線を巻装してなる電機子と、を備え、前記電機子の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管を設けてあり、前記冷却管は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔を、前記界磁との対向面側に設けてあり、前記界磁と前記電機子との何れか一方を相対移動する可動子に、他方を固定子とするリニアモータにおいて、前記電機子巻線は、３相で、かつ、その単一コイルを一つのティースに１つのコイルを巻き込む集中巻き方式で構成すると共に、そのＵＶＷの三相配分を、連続するティースのうち３つのティースを１つのグループとする相巻線で構成して、３つの相巻線間を直列結線したものであり、このとき、前記連続する３つのティースのうち１番目、３番目のティースに巻装したコイル線径Φｂを２番目のティースに巻装したコイルの線径Φａより小さくすることにより前記電機子コアのスロットオープニング部にコイルが存在しない空間部を設け、前記Φｂのコイルのみが巻装されるスロットの空間部に、前記冷却管を配置したリニアモータの冷却装置を構成することを特徴としている。
請求項２の本発明は、請求項１に記載のリニアモータの冷却装置において、前記界磁を、複数の界磁用永久磁石を配置したものとし、この界磁用永久磁石の表面に、隣接磁石間に生じる凹凸部が無くなるように板状のマグネットカバーを設けたものである。
【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１は本発明の第１の実施例を示すリニアモータの正断面図で、テーブル、固定台およびリニアガイドを省略して図示したものである。図２はリニアモータの電機子の全体斜視図である。なお、本実施例は従来技術と同様に磁束貫通型構造のリニアモータの例を示すと共に、従来技術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。
図１、図２において、９は電機子取付板、９ａ、９ｂは雌ねじ部、１３は冷却管、１３ａは給気孔、１３ｂは吐出孔、２０は樹脂モールド、２１、２２は熱絶縁部材、Ｆａは冷却空気である。
【０００６】
本発明が従来と異なる点を、以下説明する。
すなわち、電機子２の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管１３を設けると共に、冷却管１３は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔１３ｂを、界磁用永久磁石５との対向面側に設けた点である。
また、電機子２を、当該電機子コア３の両側面に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、電機子２を固定するための電機子取付板９の幅Ｗｐが、電機子２の幅Ｗｃより小さくしてあり、冷却管１３に設ける複数の吐出孔１３ｂを、電機子取付板９との対向面に設けたものである。
また、複数の界磁用永久磁石５間は、図示しない樹脂モールドを充填したものとなっている。
【０００７】
次に、動作を説明する。
上記のような構成において、図示しない電源から駆動電流を電機子巻線４に供給することにより、可動子である電機子２が一定推力を発生する。この結果、電機子２が固定台に対しガイドレール上を移動するにつれて、冷却管１３の給気孔１３ａに供給された冷却空気Ｆａが、図示の矢印のごとく電機子２の界磁との対向面側に設けた吐出口１３ｂから電機子取付板９や界磁用永久磁石５の表面に向かって吐出される。このうち、冷却管１３の吐出口１３ｂから界磁用永久磁石５の表面に衝突する冷却空気Ｆａは、界磁用永久磁石５で発生した熱を取り去ると同時に、電機子コア３の表面を洗うように流れＲため、電機子２の発熱も効率よく取り去られる。また、電機子取付板９の幅Ｗｐを電機子２の幅Ｗｃより小さくした構成とすることで、冷却管１３の吐出口１３ｂから電機子取付板に向かって衝突する冷却空気Ｆａの量が増大し、電機子２から電機子取付板９を介してテーブル７へ伝わる熱が効率よく取り去られる。
【０００８】
本発明の第１の実施例は、電機子２の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管１３を設けると共に、冷却管１３は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔１３ｂを、界磁用永久磁石５との対向面側に設けた構成、さらに、電機子２を、当該電機子コア３の両側面に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、電機子２を固定するための電機子取付板９の幅Ｗｐを、電機子２の幅Ｗｃより小さくし、冷却管１３に設ける複数の吐出孔１３ｂを、電機子取付板９との対向面に設ける構成にしたので、電機子取付板、電機子および界磁に冷却空気を当てることで、電機子部からテーブル、界磁に伝熱する熱を少なくし、テーブルの熱変形を抑制することができる。
また、テーブルの熱変形の防止のほか、リニアガイドやリニアスケール等の位置決め精度の誤差に影響を及ぼすことなく、高精度のリニアモータを提供することができる。
【０００９】
次に本発明の第２の実施例を説明する。
図３は本発明の第２の実施例を示すリニアモータの電機子巻線、冷却管およびマグネットカバーの配置構成を示した平面図である。なお、＃１〜＃９は電機子コア３のティースを表している。
第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、以下のとおりである。
図３において、電機子巻線４は、３相で、かつ、その単一コイルを一つのティースに１つのコイルを巻き込む集中巻き方式で構成すると共に、そのＵＶＷの三相配分を、連続するティースのうち、例えば３つのティース（＃１〜＃３）を１つのグループとする相巻線で構成して、３つの相巻線間を直列結線したものであり、このとき、前記連続する３つのティースのうち１番目、３番目のティース＃１、＃３に巻装したコイル線径Φｂを２番目のティース＃２に巻装したコイルの線径Φａより小さくすることにより電機子コア３のスロットオープニング部にコイルが存在しない空間部を設け、Φｂのコイルのみが巻装されるスロットの空間部に、冷却管１３を配置した点である。
また、界磁用永久磁石５の表面に、隣接する磁石間に生じる凹凸部が無くなるように板状のマグネットカバー１４を設けてある。
本発明の第２の実施例は、スロットオープニング部を利用して冷却管１３を配置する構成にしたので、電機子２の冷却装置の小型化を図ることができる。
また、マグネットカバー１４を界磁用永久磁石５間に設けたので、防塵の他に、冷却空気を界磁側に衝突させた後、電機子コア３表面に衝突させる冷却空気量を増大させ、界磁と電機子の冷却効果を向上することができる。
なお、磁束貫通形の例を用いて説明したが、リニアモータ電機子部の片側にのみ、リニアモータ固定子部を対向配置する、いわゆるギャップ対向型構造に替えても差し支えない。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、以下の効果がある。
本発明の第１の実施例は、電機子の界磁との対向面側に、内部に冷却空気を流通させる冷却管を設けると共に、冷却管は、冷却空気を吐出する複数の吐出孔を、界磁用永久磁石５との対向面側に設けた構成とし、さらに、電機子を、電機子コアの両側面に界磁を配置する吸引力相殺形として構成し、電機子を固定するための電機子取付板の幅Ｗｐを、電機子の幅Ｗｃより小さくし、冷却管に設ける複数の吐出孔を、電機子取付板との対向面に設ける構成にしたため、電機子取付板、電機子および界磁に冷却空気を当てることで、電機子部からテーブル、界磁に伝熱する熱を少なくし、テーブルの熱変形を抑制することができる。
また、テーブルの熱変形の防止のほか、リニアガイドやリニアスケール等の位置決め精度の誤差に影響を及ぼすことなく、高精度のリニアモータを提供することができる。
本発明の第２の実施例は、スロットオープニング部を利用して冷却管を配置する構成にしたため、電機子の冷却装置の小型化を図ることができる。
また、マグネットカバーを界磁用永久磁石間に設けたため、冷却空気を界磁側に衝突させた後、電機子コア表面に衝突させる冷却空気量を増大させ、界磁と電機子の冷却効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すリニアモータの正断面図で、テーブル、固定台およびリニアガイドを省略して図示したものである。
【図２】リニアモータの電機子の全体斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示すリニアモータの電機子巻線、冷却管およびマグネットカバーの配置構成を示した平面図である。
【図４】一般的なリニアモータの全体構成を示す正断面図であり、磁束貫通型構造のものを例にあげて説明する。
【図５】従来のリニアモータの冷却装置であって、電機子コアの中央部からスロット開口部の片側を上面から見た図である。
【符号の説明】
１  リニアモータ
２  電機子
３  電機子コア
３ａ  貫通穴
４  電機子巻線
５  界磁用永久磁石
６  ヨーク
７  テーブル
７ａ  貫通穴
７ｂ  凹部
８  リニアガイド
８ａ  ガイドレール
８ｂ  スライダ
９  電機子取付板
９ａ、９ｂ  雌ねじ部
１０、１１  締結ボルト
１２  固定台
１３  冷却管
１３ａ  給気孔
１３ｂ  吐出口
１４  マグネットカバー
２０  樹脂モールド
２１、２２  熱絶縁材
Ｆａ：冷却空気
Ｗｐ：電機子取付板の幅
Ｗｃ：電機子の幅
【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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