JP2004064874A

JP2004064874A - 高加速度形リニアモータ

Info

Publication number: JP2004064874A
Application number: JP2002219279A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Miyamoto; 宮本　恭祐; Yuji Nitta; 新田　裕治
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】リニアモータの磁気吸引力を相殺させて、リニアガイドの熱変形を防止すると共に、可動子の位置決め精度の誤差を防止することができ、良好な高加減速性能を得ることが可能な高加速度リニアモータを提供する。
【解決手段】高加速度リニアモータは、固定ベース１上の長手方向に沿って設けたゲート状のフレーム３と、固定ベース１上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けたリニアガイド２と、リニアガイド２に支持されると共に、平板状のマグネットホルダ５に固定された界磁永久磁石４からなる可動子と、界磁永久磁石４の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子６からなる固定子とを備え、一対の電機子６の一方をフレーム３に固定し、他方を固定ベース１に固定してあり、可動子を前記ガイドレール部２に沿って移動させる構成にしてある。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、電子部品組立装置あるいは半導体製造装置等の高速位置決め送りの用途に利用されると共に、加速度性能を向上させるために永久磁石を可動子側に、電機子を固定子側に配置してなるムービングマグネット構造を有した高加速度形リニアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機械、電子部品組立装置あるいは半導体製造装置等の高速位置決め送りの用途に利用されると共に、界磁永久磁石を可動子側に、電機子を固定子側に配置してなるムービングマグネット構造を有したリニアモータは、図３のようになっている。
図３は従来のリニアモータの正断面図であり、図４は従来のリニアモータの側面図である。詳細には図３は図４のＡ−Ａ線に沿うもので、図４は図３の矢視Ｂ方向から見たものとなっている。従来例では界磁永久磁石の片側で電機子が対向するギャップ対向形構造のものを例にあげて説明する。
図において、１は固定ベース、２はリニアガイド、２ａはガイドレール、２ｂはスライダ、１１は界磁永久磁石、１２は界磁ヨーク、１３は電機子、１４はテーブル、１５はリニアスケール、１６はスケールヘッド、１７はスケールホルダである。
ここで、可動子は磁束を通す強磁性体からなる平滑形の界磁ヨーク１２と、該界磁ヨーク１２に取付けた平滑形の界磁永久磁石１１とから構成されている。
また、固定子は界磁永久磁石１１と磁気的空隙を介して対向配置された電機子１３で構成されており、電機子１３は電機子コアに電機子コイルを巻装したものとなっている。
さらに、固定子ベース１に制御用のリニアスケール１５を配置し、可動子となるテーブル１４に、スケールホルダ１７を介して検出用のスケールヘッド１６を配置したものとなっている。なお、図示しないリニスケールリード線はスケールヘッド１６からテーブル１４の上部に向かって引き出される構成となっている。
このような可動子は、固定ベース１上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール２ａとスライダ２ｂとからなる一対のリニアガイド２により支持されると共に、界磁永久磁石１１の上部に取り付けたテーブル１４が、電機子１３の長手方向（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する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電子部品組立装置等の分野で高速位置決め送りの要求が強いワイヤボンダについては、その要求される動作から高加減速性能を有するリニアモータのニーズが高まっている。
例えば、上記に示した従来のリニアモータ構造を、図示しないワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石１１を有する可動子と、電機子１３を有する固定子の間に、以下の（１）式で示される磁気吸引力が働き、リニアガイド２に対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることになり、リニアガイド２の寿命を縮めるという問題があった。
Ｆ∝　Ｂ^２×Ｓｇ（Ｎ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１）
但し、磁気吸引力をＦ、ギャップ磁束密度をＢ、ギャップ表面積Ｓｇとする。
【０００４】
また、リニアモータの加速度仕様や実効推力が増大すると、電機子コイルの発熱が増大し、冷却が不十分であると、電機子１３の熱が固定ベース１を介してリニアガイド２に伝導した後、ガイドレール２ａが熱変形を生じたりあるいは固定ベース１に取付けるリニアスケール１５に悪影響を与え、その結果、可動子の位置決め精度の誤差を生じるという問題があった。
さらに、電機子１３自体の発熱を除去できないと、電機子１３で生じた熱は界磁側にギャップを介して熱伝達すると共に、界磁永久磁石１１側の温度上昇、熱変形を増加させ、界磁永久磁石１１と電機子１３との間の機械的なギャップ長に影響を与えることになり、可動子の位置決め精度の誤差を生じる原因となっていた。
そして、従来技術では、リニアスケール１５を固定子側に、スケールヘッド１６を可動子側に固定配置させているので、スケールヘッド１６側にあるリニアスケールリード線（不図示）を可動子側で引きずり回すことになり、リニアモータの高加減速性能を悪化させる原因となっていた。
【０００５】
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、リニアモータの磁気吸引力を相殺させて、リニアガイドの熱変形を防止すると共に、可動子の位置決め精度の誤差を防止することができ、しかも良好な高加減速性能を得ることが可能な高加速度形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】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る高加速度形リニアモータは、固定ベースと、前記固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、前記固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、前記リニアガイドに支持されると共に、前記スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、前記界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、前記界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、前記一対の電機子の一方を前記フレームに固定し、他方を前記ベースに固定してあり、前記可動子を前記ガイドレール部に沿って移動させるようにしたものである。
【０００７】
請求項２の本発明は、請求項１記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記可動子側に制御用のリニアスケールを配置し、前記固定子側に検出用のスケールヘッドを配置したものである。
【０００８】
請求項３の本発明は、請求項１記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記フレームおよび前記固定ベースに冷却ジャケットを設けたものである。
【０００９】
請求項４の本発明は、請求項１記載の高加速度形リニアモータにおいて、前記マグネットホルダは、非透磁率１．０〜１．０５、かつ、比重２．８ｇ／ｃｍ^３以下となる非磁性材料で構成したものである。
【００１０】
【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は本発明の実施例を示す高加速度形リニアモータの正断面図、図２は本発明の高加速度形リニアモータの側面図である。詳細には図１は図２のＡ−Ａ線に沿うもの、図２は図１の矢視Ｂ方向から見たものとなっている。なお、本発明の構成要素が従来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、異なるものについて説明する。
図において、３はフレーム、４は界磁永久磁石、５はマグネットホルダ、５ａは穴部、６は電機子、７は冷却ジャケット、７ａ、７ｂは冷媒孔、８はリニアスケール、９はスケールヘッド、９ａはリニアスケールリード線、１０はスケールホルダである。
本発明が従来と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、可動子は、リニアガイド２に支持されると共に、スライダ部２ｂと平行に取付けられた平板状のマグネットホルダ５と、該マグネットホルダ５の内部に設けた穴部５ａに挿入固定された界磁永久磁石４とより構成している。このマグネットホルダ５は、非透磁率１．０〜１．０５、かつ、比重２．８ｇ／ｃｍ^３以下となる非磁性材料であり、軽量化を図ったものとなっている。
また、固定子は、界磁永久磁石４と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石４の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた一対の電機子６であって、電機子６は電機子コアに電機子コイルを巻装したものとなっている。この一対の電機子６は、上部の電機子６ａと下部の電機子６ｂで構成されると共に、一方の電機子６ａは、固定ベース１上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレーム３に固定され、他方の電機子６ｂは固定ベース１に固定されている。
この場合、可動部である界磁永久磁石４と、固定部である電機子６の関係は、図２に示すように可動部の長さをＬ_ｍ、可動部の可動範囲（ストローク）をＬ_ｓｔとしたとき、固定部となる電機子６の長さＬ_ａは、Ｌ_ａ＞Ｌ_ｍ＋Ｌ_ｓｔとなっている。
【００１１】
また、可動子側のマグネットホルダ５には、制御用のリニアスケール８を配置し、固定子側のフレーム３には、スケールホルダ１０を介して検出用のスケールヘッド９を配置したものとなっている。なお、リニスケールリード線９ａはスケールヘッド９からフレーム３の上部に向かって引き出されている。
さらに、フレーム３および固定ベース１には、夫々冷媒孔７ａ、７ｂを設けると共に、フレーム３、固定ベース１の長手方向に向かって冷却ジャケット７を形成し、冷却ジャケット７の内部に冷媒を流して電機子６側を冷却するようになっている。
【００１２】
次に動作について説明する。
リニアモータの固定子内の電機子コイルに励磁されると、可動子と固定子との間に推力が発生し、可動子はリニアガイド２のガイドレール２ａ上を移動する。この時、リニアモータの可動子と固定子との間には吸引力が働くが、固定子を構成する一対の電機子６ａ、６ｂは、可動子を構成する界磁永久磁石４を間に挟み、界磁永久磁石４の鉛直方向に向かって向かい合う状態で取り付けられており、また、可動子は、平板状のマグネットプレート５に界磁永久磁石４を取り付けられているため、磁気吸引力によって作用する力は、この可動子と固定子で構成される系の中で相殺できる。そして、この吸引力が相殺されると、可動子やリニアガイド２に不要な力が作用することはない。
【００１３】
したがって、本発明の実施例に係るリニアモータは、固定ベース１と、固定ベース１上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレーム３と、固定ベース１上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール２ａ部とスライダ２ｂ部よりなる一対のリニアガイド２と、リニアガイド２に支持されると共に、スライダ２ｂ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダ５と該マグネットホルダ５に固定された界磁永久磁石４とよりなる可動子と、界磁永久磁石４と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石４の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子６からなる固定子とを備え、一対の電機子６の一方をフレーム３に固定し、他方を固定ベース１に固定してあり、可動子を前記ガイドレール２部に沿って移動させるようにしたので、本リニアモータをワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石４を有する可動子と電機子６を有する固定子の間で、磁気吸引力によって作用する力はこの系の中で相殺されることから、リニアガイド２に対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることはなく、リニアガイド２の寿命の低下を防止することができる。
【００１４】
また、本実施例は固定ベース１およびフレーム３に冷却ジャケット７を形成し、固定ベース１およびフレーム３の長手方向に沿って冷媒を流すようにしたので、電機子コイルで発生する熱を冷媒により熱交換し、外部に熱を率良く取り去ることができる。その結果、電機子６の熱が固定ベース１を介してリニアガイド２に伝導することによるガイドレール２ａの熱変形、あるいはリニアスケール８等に与える悪影響を解消することができ、これよりリニアガイド２の寿命の低下を防止し、可動子の位置決め精度を向上することができる。
【００１５】
また、本実施例は、可動部のマグネットプレートを非透磁率１．０〜１．０５、かつ、比重２．８ｇ／ｃｍ^３以下となる非磁性材料で構成したので、可動部の重量を軽量化できるため、ガイド寿命を長く且つ機構部の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
また、本実施例は、制御用のリニアスケール８を可動子側に、そしてスケールヘッド９を固定子側に固定配置させたので、スケールヘッド９側にあるリニアスケールリード線９ａを固定子側から引き出すことで、従来のように可動子側からリニアスケールリード線を引きずり回すことが無くなり、リニアモータの高加減速性能を向上させることができる。
【００１７】
【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。
本春明の実施例に係るリニアモータは、固定ベースと、固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、リニアガイドに支持されると共に、スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、一対の電機子の一方をフレームに固定し、他方を固定ベースに固定してあり、可動子をガイドレール部に沿って移動させるようにしたため、本リニアモータをワイヤボンダのような高加減速性能を要求する用途に適用した場合、界磁永久磁石を有する可動子と電機子を有する固定子の間で、磁気吸引力によって作用する力はこの系の中で相殺されることから、リニアガイドに対して、ラジアル荷重あるいはモーメント荷重といった力が加わることはなく、リニアガイドの寿命の低下を防止することができる。
【００１８】
また、本実施例は固定ベースおよびフレームに冷却ジャケットを形成し、固定ベースおよびフレームの長手方向に沿って冷媒を流すようにしたため、電機子コイルで発生する熱を冷媒により熱交換し、外部に熱を率良く取り去ることができる。その結果、電機子の熱が固定ベースを介してリニアガイドに伝導することによるガイドレール２ａの熱変形、あるいはリニアスケール８等に与える悪影響を解消することができ与えるといった問題を解消することができ、これよりリニアガイドの寿命の低下を防止し、可動子の位置決め精度を向上することができる。
【００１９】
また、本実施例は、可動部のマグネットプレートを非透磁率１．０〜１．０５、かつ、比重２．８ｇ／ｃｍ^３以下となる非磁性材料で構成したため、可動部の重量を軽量化でき、ガイド寿命を長く且つ機構部の信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、本実施例は、制御用のリニアスケールを可動子側に、そしてスケールヘッド側を固定子側に固定配置させたため、スケールヘッド側にあるリニアスケールリード線を固定子側から引き出すことで、従来のように可動子側からリニアスケールリード線を引きずり回すことが無くなり、リニアモータの高加減速性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す高加速度形リニアモータの正断面図である。
【図２】本発明の高加速度形リニアモータの側面図である。
【図３】従来のリニアモータの正断面図である。
【図４】従来のリニアモータの側面図である。
【符号の説明】
１：固定ベース
２：リニアガイド
２ａ：ガイドレール
２ｂ：スライダ
３：フレーム
４：界磁永久磁石
５：マグネットホルダ
６：電機子
７：冷却ジャケット
７ａ、７ｂ：冷媒孔
８：リニアスケール
９：スケールヘッド
９ａ：リニアスケールリード線
１０：スケールホルダ

Claims

固定ベースと、
前記固定ベース上の長手方向に沿って設けられたゲート状のフレームと、
前記固定ベース上の両側に平行に、且つ、長手方向に設けられたガイドレール部とスライダ部よりなる一対のリニアガイドと、
前記リニアガイドに支持されると共に、前記スライダ部と平行に取付けられた平板状のマグネットホルダと該マグネットホルダに固定された界磁永久磁石とよりなる可動子と、
前記界磁永久磁石と磁気的空隙を介して配置されると共に、前記界磁永久磁石の平行な二つの面のそれぞれに向かい合うように取り付けられた電機子コイルを有する一対の電機子からなる固定子とを備え、
前記一対の電機子の一方を前記フレームに固定し、他方を前記ベースに固定してあり、
前記可動子を前記ガイドレール部に沿って移動させるようにしたことを特徴とする高加速度形リニアモータ。
前記可動子側に制御用のリニアスケールを配置し、前記固定子側に検出用のスケールヘッドを配置したことを特徴とする請求項１記載の高加速度形リニアモータ。
前記フレームおよび前記固定ベースに冷却ジャケットを設けたことを特徴とする請求項１記載の高加速度形リニアモータ。
前記マグネットホルダは、非透磁率１．０〜１．０５、かつ、比重２．８ｇ／ｃｍ^３以下となる非磁性材料で構成したことを特徴とする請求項１記載の高加速度形リニアモータ。