JP3668940B2 - リニアモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はコイルに電流を流されたコイルと永久磁石とをローレンツ力を利用して相対的に移動させるリニアモータ、特に各種精密度加工機、半導体露光装置などの精密な位置決めなどに使用されるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータにおいて精密な位置決めを行うためにはそのリニアモータの移動量や移動位置を高い精度で測定する必要がある。その測定装置は温度の影響を受けるものが多い。リニアモータにおいてコイルに電流を流すことによってジュール熱が生じ、この発熱に基づき、そのリニアモータの位置や移動量の測定が影響されるおそれがあった。この点からコイルをジャケット内に収容し、そのジャケット内に気体あるいは液体の冷媒を流入、流出させてコイルを冷却することが行われている。この際に冷却効果を高めるためにはジャケット内の冷媒の圧力を高める必要がある。一方リニアモータを小型で比較的強い推進力で動作させる、つまり効率的に動作させるには永久磁石とコイルとをなるべく接近させた方がよい。このような点からジャケット内に補強部材を設けるリニアモータが特開平１０−３０９０７１号公報により提案されている。
【０００３】
この提案されているリニアモータを図５を参照して説明する。薄い直方体状のジャケット１１内に、ほぼ方形状に巻回したコイル１２が収容される。ジャケット１１は方形状枠状部１１Ａとその両側の開放面を塞ぐシート状部１１Ｂ，１１Ｃにより構成される。コイル１２はジャケットの内周面と間隔を保ち枠状部１１Ａに支持部１３により取付けられ、コイル１２の空芯部１４内においてそのほぼ中心部においてジャケット１１の対向する部分間を連結する補強部材１５が固定される。図に示していないがジャケット１１内に冷媒を流入する流入口、ジャケット１１内から冷媒を排出する排出口が設けられている。
【０００４】
ジャケット１１の両シート状部１１Ｂ，１１Ｃの各外面とそれぞれ近接対向して永久磁石１６及び１７が配され、これら永久磁石のジャケット１１と反対側の面が磁気ヨーク１８により連結されている。永久磁石１６および１７間の磁束がコイル１２にほぼ直角に通りコイル１２の対向する部分においてはその磁束が反対向きとされている。よってこの永久磁石の磁束とコイル１２の流れる電流との間でローレンツ力が作用し、永久磁石１６および１７とコイル１２とがジャケットのシート状部の面と平行な方向において相対的に移動する。
この構成によると補強部材１５の存在によりシート状部１１Ｂ，１１Ｃが変形し難く、薄いものとすることができ、それだけ永久磁石１６および１７とコイル１２とを近づけることができる。よって小型で効率の良いリニアモータが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のリニアモータにおいてはコイルと永久磁石の相対的移動方向はジャケットのシート状部と平行な面であるため、その移動方向における形状が大きくなるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によればほぼ平行した少なくとも二つの直線状部を持つ環状コイルが、その環状コイルにほぼ沿って全周面を包むように構成されたジャケットに収容される。そのジャケットの内周壁及び外周壁の外側においてコイルの両直線状部を挟むようにそれぞれ永久磁石が配され、これら各一対の永久磁石はジャケットの外側において磁気ヨークとそれぞれ連結されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照してこの発明の実施形態を説明する。
図１の中央部に示すようにコイル２１はこの例ではレーストラック状をしており二つのほぼ平行した直線状部２１Ａ，２１Ｂを有する環状コイルとされた場合である。直線状部２１Ａ，２１Ｂは並んで設けられていることになる。このコイル２１を収容するジャケット２２はこのコイル２１の全周面にほぼ沿ってコイル２１を包むような形状とされている。つまりジャケット２２はコイル２１の外周面に沿った形状の外壁部２２Ａと、コイル２１の内周面に沿った形状の内壁部２２Ｂと、その外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂ間の一方の開放面を塞ぐ板リング状部２２Ｃと、他方の開放面を塞ぐ板リング状部２２Ｄとを有する。この例では外壁部２２Ａと内壁部２２Ｂと板リング状部２２Ｄとが一体に形成されこれらによりコイル収容部２３が構成され、これにコイル２１が収容された状態で板リング状部２２Ｃにより蓋される。このジャケット２２の内部にコイル保持部２４が一体に形成された場合で内壁部２２Ｂの板リング状部２２Ｄ側に段部２４Ｂが形成され、この段部と連接して板リング状部２２Ｄに段部２４Ａが形成され、段部２４Ａ，２４Ｂによりコイル２１が保持される。この場合コイル２１は段部２４Ａとの接触が段部２４Ｂとの接触よりも大きな面積で行われている。これら段部２４Ａ，２４Ｂの段の高さによってコイル２１とジャケットの内周面との各対向面の間隔がほぼ同一となるように選定されている。また板リング状部２２Ｃを蓋する際にその一部が外壁部２２Ａ，２２Ｂ間に挿入接触し、その接触部２５Ａ，２５Ｂにより十分強固な固定がなされるように接触部２５Ａ，２５Ｂの大きさが選ばれている。この連結固定は接着剤あるいはネジ止めなどにより行われる。ジャケット２２は非磁性材料、例えばＰＥＥＫなどの高分子樹脂材料やセラミックス材料が好ましい。このジャケット２２の例えば外壁部２２Ａに流入口２６および排出口２７が形成され、流入口２６より冷媒をジャケット内に供給し、ジャケット内のコイルとの間を通って排出口から冷媒が排出されるようになされている。
【０００８】
ジャケット２２の外側においてコイル２１の直線状部２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ挟むように永久磁石３１，３２，３３，３４が配される。これら永久磁石３１〜３４は例えば短冊状をしておりジャケットの外壁部、内壁部と近接対向してコイルの直線状部２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ挟むようにされている。各永久磁石は厚み方向に着磁され、直線状部２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ互に異なる極性で挟み、かつその直線状部において形成される磁束の方向が互に逆向きとなるようにされている。永久磁石３１と３２また３３と３４は磁気ヨークにそれぞれ連結される。この例ではこれら磁気ヨークを共通とし、つまりジャケット２２の一方の板リング状部２２Ｃと対向して方形ヨーク部３５Ａが設けられそのヨーク部３５Ａの両端に短冊状ヨーク部３５Ｂ，３５Ｃが連結され、短冊状ヨーク部３５Ｂ，３５Ｃの互の内面に永久磁石３１，３４が対接固定される。更にヨーク部３５Ａのヨーク部３５Ｂおよび３５Ｃのほぼ真中において、中央ヨーク部３５Ｄがヨーク部３５Ｂ，３５Ｃ側に一体に立てられ、この中央ヨーク部３５Ｄの両側の面に永久磁石３２，３３が対接固定される。ヨーク部３５Ａ乃至３５Ｄにより磁気ヨーク３５が構成される。この例では永久磁石とコイルの相対的動きを大きくできるようにヨーク部３５Ａのジャケット２２と対向する面に凹部３６が形成されジャケット２２の一部が凹部３６内に入ることができるようにされている。
【０００９】
ジャケット２２の他方の板リング状部２２Ｄにこれと接触してジャケット保持部３７が設けられ、これにジャケット２２が保持される。
この構成においてコイル２１に電流を流すとこの電流と永久磁石３１，３２間に生じる磁束、３３，３４間に生じる磁束とによりローレンツ力が作用し、コイル２１と永久磁石３１〜３４とがコイルの軸心と平行な方向において相対的に移動する。ジャケット２２の外壁部２２Ａ，２２Ｂの各厚さを薄くしてもコイルと比較的接近した位置で板リング状部２２Ｃ，２２Ｄに固定されているため冷媒の圧力を強くしても変形するおそれがなく、永久磁石とコイルの間隔を接近させることができ、冷却効率をあげ、かつ推力を大とすることができ、かつ小型に形成することができる。しかもこの場合コイル２１と永久磁石の相対的移動方向はコイルの軸心と平行な方向であるからこの方向におけるリニアモータの寸法は図５に示した従来のものと比べてかなり小さなものとすることができる。またコイル２１の空芯部分に永久磁石３２，３３、磁気ヨークの一部３５Ｄが配されコイル２１の空芯部分が有効に使われ、この点においてもリニアモータの全体としての形状を小さくすることができる。
【００１０】
ジャケット２２は必ずしも二体で構成する場合に限らず、例えば図３に示すように外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂ、板リング状部２２Ｃ，２２Ｄを各別体とした四体構成としてもよい。その他各種の構成方法とすることができることが容易に理解されよう。
上述したコイルのほぼ全周を包むようなジャケット構成とし、コイル、永久磁石の相対移動方向を従来と同様にしてもよい。その例を図４に図２Ｂに対応する部分に同一符号を付けて示す。この場合はジャケット２２の板リング状部２２Ｃ，２２Ｄをなるべく薄いものとし、その外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂによりこれら薄い板リング状部２２Ｃ，２２Ｄの強度が保持されるようにする。コイル保持部２４は例えば内壁部２２Ｂに形成された段部２４Ｂとコイルとの接触面積を大きくし、板リング状部２２Ｄ側の段部２４Ａとの接触は小さくすることが望ましい。コイルの直線状部２１Ａ，２１Ｂと対応してジャケットの板リング状部２２Ｃ，２２Ｄの外側にこれと近接対向して永久磁石４１，４２，４３，４４が配され、永久磁石４１，４２，４３，４４のジャケットと反対側の面に磁気ヨーク４５が連結されている。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によればコイルの冷却効率を高くしまた推力を高くしコイルと永久磁石の相対移動方向における寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す分解斜視図。
【図２】Ａはこの発明の実施形態の側面図、Ｂは図２ＡのＺ−Ｚ線断面図である。
【図３】この発明のリニアモータのジャケットの変形例を示す断面図。
【図４】この発明の他の実施形態を示す断面図。
【図５】従来のリニアモータを示す断面図。
【発明の属する技術分野】
この発明はコイルに電流を流されたコイルと永久磁石とをローレンツ力を利用して相対的に移動させるリニアモータ、特に各種精密度加工機、半導体露光装置などの精密な位置決めなどに使用されるリニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリニアモータにおいて精密な位置決めを行うためにはそのリニアモータの移動量や移動位置を高い精度で測定する必要がある。その測定装置は温度の影響を受けるものが多い。リニアモータにおいてコイルに電流を流すことによってジュール熱が生じ、この発熱に基づき、そのリニアモータの位置や移動量の測定が影響されるおそれがあった。この点からコイルをジャケット内に収容し、そのジャケット内に気体あるいは液体の冷媒を流入、流出させてコイルを冷却することが行われている。この際に冷却効果を高めるためにはジャケット内の冷媒の圧力を高める必要がある。一方リニアモータを小型で比較的強い推進力で動作させる、つまり効率的に動作させるには永久磁石とコイルとをなるべく接近させた方がよい。このような点からジャケット内に補強部材を設けるリニアモータが特開平１０−３０９０７１号公報により提案されている。
【０００３】
この提案されているリニアモータを図５を参照して説明する。薄い直方体状のジャケット１１内に、ほぼ方形状に巻回したコイル１２が収容される。ジャケット１１は方形状枠状部１１Ａとその両側の開放面を塞ぐシート状部１１Ｂ，１１Ｃにより構成される。コイル１２はジャケットの内周面と間隔を保ち枠状部１１Ａに支持部１３により取付けられ、コイル１２の空芯部１４内においてそのほぼ中心部においてジャケット１１の対向する部分間を連結する補強部材１５が固定される。図に示していないがジャケット１１内に冷媒を流入する流入口、ジャケット１１内から冷媒を排出する排出口が設けられている。
【０００４】
ジャケット１１の両シート状部１１Ｂ，１１Ｃの各外面とそれぞれ近接対向して永久磁石１６及び１７が配され、これら永久磁石のジャケット１１と反対側の面が磁気ヨーク１８により連結されている。永久磁石１６および１７間の磁束がコイル１２にほぼ直角に通りコイル１２の対向する部分においてはその磁束が反対向きとされている。よってこの永久磁石の磁束とコイル１２の流れる電流との間でローレンツ力が作用し、永久磁石１６および１７とコイル１２とがジャケットのシート状部の面と平行な方向において相対的に移動する。
この構成によると補強部材１５の存在によりシート状部１１Ｂ，１１Ｃが変形し難く、薄いものとすることができ、それだけ永久磁石１６および１７とコイル１２とを近づけることができる。よって小型で効率の良いリニアモータが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のリニアモータにおいてはコイルと永久磁石の相対的移動方向はジャケットのシート状部と平行な面であるため、その移動方向における形状が大きくなるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によればほぼ平行した少なくとも二つの直線状部を持つ環状コイルが、その環状コイルにほぼ沿って全周面を包むように構成されたジャケットに収容される。そのジャケットの内周壁及び外周壁の外側においてコイルの両直線状部を挟むようにそれぞれ永久磁石が配され、これら各一対の永久磁石はジャケットの外側において磁気ヨークとそれぞれ連結されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照してこの発明の実施形態を説明する。
図１の中央部に示すようにコイル２１はこの例ではレーストラック状をしており二つのほぼ平行した直線状部２１Ａ，２１Ｂを有する環状コイルとされた場合である。直線状部２１Ａ，２１Ｂは並んで設けられていることになる。このコイル２１を収容するジャケット２２はこのコイル２１の全周面にほぼ沿ってコイル２１を包むような形状とされている。つまりジャケット２２はコイル２１の外周面に沿った形状の外壁部２２Ａと、コイル２１の内周面に沿った形状の内壁部２２Ｂと、その外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂ間の一方の開放面を塞ぐ板リング状部２２Ｃと、他方の開放面を塞ぐ板リング状部２２Ｄとを有する。この例では外壁部２２Ａと内壁部２２Ｂと板リング状部２２Ｄとが一体に形成されこれらによりコイル収容部２３が構成され、これにコイル２１が収容された状態で板リング状部２２Ｃにより蓋される。このジャケット２２の内部にコイル保持部２４が一体に形成された場合で内壁部２２Ｂの板リング状部２２Ｄ側に段部２４Ｂが形成され、この段部と連接して板リング状部２２Ｄに段部２４Ａが形成され、段部２４Ａ，２４Ｂによりコイル２１が保持される。この場合コイル２１は段部２４Ａとの接触が段部２４Ｂとの接触よりも大きな面積で行われている。これら段部２４Ａ，２４Ｂの段の高さによってコイル２１とジャケットの内周面との各対向面の間隔がほぼ同一となるように選定されている。また板リング状部２２Ｃを蓋する際にその一部が外壁部２２Ａ，２２Ｂ間に挿入接触し、その接触部２５Ａ，２５Ｂにより十分強固な固定がなされるように接触部２５Ａ，２５Ｂの大きさが選ばれている。この連結固定は接着剤あるいはネジ止めなどにより行われる。ジャケット２２は非磁性材料、例えばＰＥＥＫなどの高分子樹脂材料やセラミックス材料が好ましい。このジャケット２２の例えば外壁部２２Ａに流入口２６および排出口２７が形成され、流入口２６より冷媒をジャケット内に供給し、ジャケット内のコイルとの間を通って排出口から冷媒が排出されるようになされている。
【０００８】
ジャケット２２の外側においてコイル２１の直線状部２１Ａ，２１Ｂとそれぞれ挟むように永久磁石３１，３２，３３，３４が配される。これら永久磁石３１〜３４は例えば短冊状をしておりジャケットの外壁部、内壁部と近接対向してコイルの直線状部２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ挟むようにされている。各永久磁石は厚み方向に着磁され、直線状部２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ互に異なる極性で挟み、かつその直線状部において形成される磁束の方向が互に逆向きとなるようにされている。永久磁石３１と３２また３３と３４は磁気ヨークにそれぞれ連結される。この例ではこれら磁気ヨークを共通とし、つまりジャケット２２の一方の板リング状部２２Ｃと対向して方形ヨーク部３５Ａが設けられそのヨーク部３５Ａの両端に短冊状ヨーク部３５Ｂ，３５Ｃが連結され、短冊状ヨーク部３５Ｂ，３５Ｃの互の内面に永久磁石３１，３４が対接固定される。更にヨーク部３５Ａのヨーク部３５Ｂおよび３５Ｃのほぼ真中において、中央ヨーク部３５Ｄがヨーク部３５Ｂ，３５Ｃ側に一体に立てられ、この中央ヨーク部３５Ｄの両側の面に永久磁石３２，３３が対接固定される。ヨーク部３５Ａ乃至３５Ｄにより磁気ヨーク３５が構成される。この例では永久磁石とコイルの相対的動きを大きくできるようにヨーク部３５Ａのジャケット２２と対向する面に凹部３６が形成されジャケット２２の一部が凹部３６内に入ることができるようにされている。
【０００９】
ジャケット２２の他方の板リング状部２２Ｄにこれと接触してジャケット保持部３７が設けられ、これにジャケット２２が保持される。
この構成においてコイル２１に電流を流すとこの電流と永久磁石３１，３２間に生じる磁束、３３，３４間に生じる磁束とによりローレンツ力が作用し、コイル２１と永久磁石３１〜３４とがコイルの軸心と平行な方向において相対的に移動する。ジャケット２２の外壁部２２Ａ，２２Ｂの各厚さを薄くしてもコイルと比較的接近した位置で板リング状部２２Ｃ，２２Ｄに固定されているため冷媒の圧力を強くしても変形するおそれがなく、永久磁石とコイルの間隔を接近させることができ、冷却効率をあげ、かつ推力を大とすることができ、かつ小型に形成することができる。しかもこの場合コイル２１と永久磁石の相対的移動方向はコイルの軸心と平行な方向であるからこの方向におけるリニアモータの寸法は図５に示した従来のものと比べてかなり小さなものとすることができる。またコイル２１の空芯部分に永久磁石３２，３３、磁気ヨークの一部３５Ｄが配されコイル２１の空芯部分が有効に使われ、この点においてもリニアモータの全体としての形状を小さくすることができる。
【００１０】
ジャケット２２は必ずしも二体で構成する場合に限らず、例えば図３に示すように外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂ、板リング状部２２Ｃ，２２Ｄを各別体とした四体構成としてもよい。その他各種の構成方法とすることができることが容易に理解されよう。
上述したコイルのほぼ全周を包むようなジャケット構成とし、コイル、永久磁石の相対移動方向を従来と同様にしてもよい。その例を図４に図２Ｂに対応する部分に同一符号を付けて示す。この場合はジャケット２２の板リング状部２２Ｃ，２２Ｄをなるべく薄いものとし、その外壁部２２Ａ、内壁部２２Ｂによりこれら薄い板リング状部２２Ｃ，２２Ｄの強度が保持されるようにする。コイル保持部２４は例えば内壁部２２Ｂに形成された段部２４Ｂとコイルとの接触面積を大きくし、板リング状部２２Ｄ側の段部２４Ａとの接触は小さくすることが望ましい。コイルの直線状部２１Ａ，２１Ｂと対応してジャケットの板リング状部２２Ｃ，２２Ｄの外側にこれと近接対向して永久磁石４１，４２，４３，４４が配され、永久磁石４１，４２，４３，４４のジャケットと反対側の面に磁気ヨーク４５が連結されている。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によればコイルの冷却効率を高くしまた推力を高くしコイルと永久磁石の相対移動方向における寸法を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を示す分解斜視図。
【図２】Ａはこの発明の実施形態の側面図、Ｂは図２ＡのＺ−Ｚ線断面図である。
【図３】この発明のリニアモータのジャケットの変形例を示す断面図。
【図４】この発明の他の実施形態を示す断面図。
【図５】従来のリニアモータを示す断面図。
Claims (1)
- ２つの並べられた直線状部を有する環状コイルと、
この環状コイルが収容され、この環状コイルに沿ってその全周面を包み、内部空間に冷媒を流出入させる流入口、排出口を有するジャケットと、
上記ジャケットの外周壁及び内周壁と近接して上記コイルの上記両直線状部をそれぞれ挟むように配置された２対の永久磁石と、
上記ジャケットの外側に配され、上記対をなす永久磁石とそれぞれ連結された磁気ヨークと
を具備するリニアモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002094734A JP3668940B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | リニアモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002094734A JP3668940B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | リニアモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003299338A JP2003299338A (ja) | 2003-10-17 |
| JP3668940B2 true JP3668940B2 (ja) | 2005-07-06 |
Family
ID=29387043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002094734A Expired - Fee Related JP3668940B2 (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | リニアモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3668940B2 (ja) |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002094734A patent/JP3668940B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003299338A (ja) | 2003-10-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050217 |
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| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |