TW200937810A - Cylindrical linear motor, and its stator manufacturing method - Google Patents

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200937810 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於驅動半導體製造裝置和液晶製造裝置等 產業用機械（例如步進式曝光機（Stepper))之載台的圓 . 筒形線型馬達及其之固定子製造方法。 【先前技術】 0 近年來’半導體製造裝置和液晶製造裝置等產業用機 械’在定位精確度、一定速度傳送時的傳送精確度、以及 產能的要求規格方面皆已提高。裝載在產業用機械的線型 馬達被要求有高精確度、高速度、高輸出性能，而一般已 知滿足高速度、高輸出性能的手段有三種。 第一是使用磁通密度高的永久磁鐵，第二是增加線圈 捲繞數，第三是增大流到線圈的電流。一般是以第二之增 加線圈捲繞數來對應處理。但是，於該情形下，線圈發熱 φ 量増大且線型馬達表面溫度上昇所帶來的熱，可能對產業 - 用機械周圍造成不良影響，因此必須在線型馬達裝設冷卻 . 構造。 習知之可動子具備線圏（電樞）、固定子具備永久磁 鐵（磁場）的線型馬達，係具備可動子（電樞）側和固定 子（磁場）側兩方或一方具有冷媒流動管路之冷卻構造者 〇 可動子（電樞）側的冷卻構造有對於被外殼覆蓋的複 數線圈，在外殼内部流過冷媒之構造（例如，參照專利文 200937810 獻1)。又，固定子（磁場）側的冷卻構造有在圓筒狀磁 鐵的中央設有冷媒管路者（例如，參照專利文獻2)、或 以外殼覆蓋磁鐵周圍，在外殼内部流過冷媒之構造（例如 ，參照專利文獻1 )。 . 第7圖係以往的圓筒形線型馬達的固定子之剖視圖。 圖中，「固定子10係於非磁性之圓筒狀構件（圓管）12 内包多數之永久磁鐵11，利用未圖示的兩端之塊體將多數 0 之永久磁鐵1 1封入。永久磁鐵1 1係圓柱形，同極彼此係 以相對向的方式被配置在圓筒狀構件12内。又，雖未圖 示，但同極磁鐵之間以夾著圓柱形磁性體當作極片的方式 ，可緩和組入時磁鐵彼此的推斥力。磁鐵和磁鐵、或磁鐵 和極片係藉由接合劑固着，且藉由將圓筒狀構件12兩端 各自固定在非磁性塊體（未圖示）的方式，保持磁鐵列。 可動子20大致分爲由線圈組裝體21、線圈支撐體22、包 圍線圈組裝體21的外殼23所構成。線圈組裝體21係圓 φ 筒形狀，由在與圓筒狀構件12大致同心狀的圓筒管具有 - 複數圓筒線圈的圓筒線圏2 1 c、和將圓筒線圏2 1 c—體地 . 固定之非磁性且非導電體製外皮2 1 s所構成」者。 又，該冷卻構造係「右蓋23r設有配管口 26a、26b， 係對應二系統之通路20a、20b (以下稱第1通路20a、第 2通路2 0b)」，「第1通路20a係藉由内管23u、中管 23η、右蓋23r、及未圖示的左蓋所形成。另一方面，第2 通路20b係藉由中管23η、外管23g、右蓋23r及未圖示 的左蓋所形成。該第1通路20a和第2通路20b係獨立， 200937810 在外殼23内不交叉。此外’供給到第1通路20a和第2 通路20b的冷媒爲非活性冷媒爲佳，液體或氣體皆可。又 ，在第1通路20a和第2通路20b流過相同的冷媒亦可’ 流過熱吸收效率不同的冷媒亦可」，「藉由使第1通路 20a和第2通路20b的冷媒流動方向相反的方式，抑制外 殼23表面溫度不均」。 第8圖係其他習知之圓筒形線型馬達的固定子之剖視 圖。圖中係「圓筒之永久磁鐵11的空洞部配置有非磁性 之管1 3，進而將圓筒之永久磁鐵1 1插入非磁性之圓筒狀 構件1 2，兩端各以非磁性之塊體（未圖示）固定。再者， 在未圖示之塊體各自設有配管口，藉由使非磁性之管13 内部和配管口連通的方式，在固定子1 〇的中心軸形成流 體用通路（以下稱第3通路20c」者。 「因而，藉由在第3通路20c流過冷媒的方式，可使 固定子10的溫度均一。因此，可防止因爲來自可動子20 的熱等而使固定子1〇内的圓筒之永久磁鐵11溫度改變， 磁通密度產生變化而使線型馬達的推力變動」。 如此地，習知之線型馬達係以在可動子（電樞）側和 固定子（磁場）側兩方或一方裝設冷媒流動管路之方式， 使可動子（電樞）側外殼或固定子（磁場）側的永久磁鐵 表面溫度降低。 專利文獻1:日本專利特開2003-209962號公報（第 3-6頁、第2、5圖） 專利文獻2 :日本專利特開2005 -3 994 1號公報（第4- 200937810 5頁、第1圖） 【發明內容】 如此地裝載在產業用機械的線型馬達，係可動子（電 , 樞）側和固定子（磁場）側兩方或一方必須有冷卻構造。 尤其’在可動子（電樞）側裝設冷卻構造會造成大型化、 反輕量化，且可動子要一邊拉冷卻用配管同時可動，因此 φ 造成馬達性能降低。且冷卻構造須有配管而有裝置複雜化 之問題。 本發明係鑑於這種問題而硏發者，其目的在於提供圓 筒形線型馬達及其之固定子製造方法，該圓筒形線型馬達 可謀求提供在圓筒形線型馬達不設可動子（電樞）側的冷 卻用配管、將可動子（電樞）側和固定子（磁場）側兩方 同時冷卻之構造，且冷卻構造簡單化、線型馬達小型化、 輕量化、低價格化、裝載線型馬達的裝置（產業用機械等 φ )簡單化者。 - 爲了解決上述問題，本發明係以下述方式構成。 . 申請專利範圍第1項記載之發明係圓筒形線型馬達， 具備：可動子，係外殼内部具有複數之線圈；及固定子， 係圓筒狀構件内部交替配置著中空圓筒狀磁鐵和極片，且 前述中空圓筒狀磁鐵内徑側具有冷媒管路；其特徵爲：前 述極片具有冷媒通路，且前述圓筒狀構件具有對應前述極 片的前述冷媒通路之數量相同且位置相同的冷卻孔。 又’申請專利範圍第2項記載之發明，係申請專利範 200937810 圍第1項記載之發明中的前述極片的前述冷媒通 述極片的軸中心朝圓周方向形成放射狀。 又’申請專利範圍第3項記載之發明，係申 圍第1項記載之發明中的前述圓筒狀構件的前述 . 配置在前述圓筒狀構件的外周面，自前述圓筒狀 中心朝圓周方向形成放射狀。 又，申請專利範圍第4項記載之發明，係通 Φ 利範圍第1項記載之發明中的前述冷媒管路及前 前述冷媒通路、以及前述圓筒狀構件的前述冷卻 爲氣體狀。 申請專利範圍第5項記載之發明係圓筒形線 固定子製造方法’該圓筒形線型馬達具備：可動 殼内部具有複數之線圈；及固定子，係圓筒狀構 替配置著中空圓筒狀磁鐵和極片，且前述中空圓 的内徑側具有冷媒管路；該圓筒形線型馬達的固 φ 方法係以下述程序進行處理：將前述固定子的一 - 塊體和前述圓筒狀構件熔接或接合封住，將預先 . 著的前述中空圓筒狀磁鐵和前述極片之1組，自 子的開口端面插入，將前述中空圓筒狀磁鐵和前 1組’加壓保持一定時間，將前述極片的冷媒通 圓筒狀構件的冷卻孔予以對位且定位，依序反覆 、前述加壓保持、前述定位後，將前述固定子的 ，與其他塊體和前述圓筒狀構件熔接或接合封住 根據申請專利範圍第i或4項記載之發明， 路爲自前 請專利範 冷卻孔被 構件的軸 過申請專 述極片的 孔之冷媒 型馬達的 子，係外 件内部交 筒狀磁鐵 定子製造 端面，與 接合固定 則述固定 述極片之 路和前述 前述插入 開口端面 〇 可謀求不 -8- 200937810 設可動子（電樞）側的冷卻用配管，能將可動子（電樞） 側和固定子（磁場）側兩方同時冷卻，且線型馬達小型化 、輕量化、低價格化、裝載線型馬達的裝置（產業用機械 等）簡單化。 又，根據申請專利範圍第2或3項記載之發明，可將 冷卻構造簡單化。 根據申請專利範圍第5項記載之發明，可容易地將不 設可動子（電樞）側的冷卻用配管、能將可動子（電樞） 側和固定子（磁場）側兩方同時冷卻的圓筒形線型馬達予 以安定地製造，且可謀求提高圓筒形線型馬達之可靠性。 可藉由相同的冷卻管路同時地冷卻可動子和固定子， 而能將裝置的冷卻構造簡易化。 【實施方式】 以下，參照圖式說明本發明之實施形態。 ❹ . 實施例 1 第1圖係本發明之實施例1所相關的圓筒形線型馬達 之全體槪略圖。圖中，1爲可動子、2爲固定子、la爲用 於將電流供給到可動子的電樞之電線、2e爲冷卻孔。該圓 筒型線型馬達係由電樞亦即可動子1、磁場亦即固定子2 、以及用於固定固定子2的未圖示之固定子支撐零件所構 成。又，可動子1的支撐零件係藉由未圖示之線型導件所 固定。在電線1 a施加電流，則可動子1朝可動方向3進 -9- 200937810 行動作。 第2圖係本發明之實施例1所相關的固定子之剖視圖 。圖中’ 2a係形成固定子2外觀之不鏽鋼製圓筒狀構件， 2b係產生磁場的中空圓筒形永久磁鐵，2c係磁性體之中 . 空圓筒形極片’用於緩和永久磁鐵2b組入時的永久磁鐵 2b彼此之推斥力，且用於確保在軸方向（長方向）的大範 圍有高磁通密度’ 2d係冷媒管路。固定子2係由永久磁鐵 ❹ 2b、極片2c、用於封住固定子2端面的未圖示之不鏽鋼製 塊體、以及覆蓋固定子2各零件外周的圓筒狀構件2a所 構成。 此處’由於在軸方向（長方向）被磁化的永久磁鐵2b 係同極彼此突抵的構造，因此磁通集中在空隙方向（短方 向）’但藉由在永久磁鐵2b間插入極片2c的方式，可確 保軸方向（長方向）的大範圍有高磁通密度。 又’圓筒狀構件2a和極片2c具有後述之冷卻孔。 φ 本發明和習知技術不同的部分係具備各具有冷卻孔的 • 圓筒狀構件2a和極片2c的部分。 第3圖係本發明之實施例1所相關的極片之全體立體 圖，第4圖係本發明之實施例1所相關的極片之剖視圖。 圖中，2 f爲冷卻孔。 磁性體亦即中空圓筒形之極片2c係藉由切削加工、 脫臘造模或模具成型所製作。 冷卻孔2f係如圖示，從極片2c的軸中心朝圓周方向 以放射狀形成冷媒通路。 -10- 200937810 第5圖係本發明之實施例丨所相關的圓筒狀構件之全 體立體圖。圖中，2e爲冷卻孔。 冷卻孔2e係於圓筒狀構件2a外周面，被配置成對應 於極片2c的冷卻孔2f之數量相同、位置相同者，與極片 2c的冷卻孔2f同樣’從圓筒狀構件2a的軸中心朝圓周方 向形成放射狀。又，冷卻孔2e係藉由切削加工或開孔加 工所製作。 此處’說明關於固定子2的冷媒流路。此外，本發明 所用的冷媒爲空氣（Air)等氣體。 若從第1圖中的固定子2之未圖示之冷媒口（例如， 固定子2的右端或左端）流入冷媒，則冷媒通過第2圖中 的冷媒管路2d’透過第3圖或第4圖中的極片2c之冷卻 孔2f、第5圖中的中空圓筒狀構件2a之冷卻孔2e，釋出 到固定子2外部。釋出到固定子2外部的冷媒係對第1圖 中的固定子2透過某些空隙朝可動方向3噴附到可動的可 動子1，而可將固定子2及可動子1同時冷卻。 再者，說明關於固定子2之製造方法。 第2圖中，將用於封住未圖示之固定子2的右端面或 左端面之不鏽鋼製塊體中的單側之塊體、和熔接圓筒狀構 件2a且在封住的圓筒狀構件2a内部從圓筒狀構件2a開 口端預先接合固定著的永久磁鐵2b和極片2c之組合，依 必要數份順序插入。此時，永久磁鐵2b係形成同極彼此 透過極片2c被接合之配置，因此產生推斥力。爲了不產 生該推斥力造成的配置隙間，因此藉由未圖示之圓棒狀工 -11 - 200937810 具予以加壓保持到接合劑達到必要強度之時間後，結束圓 筒狀構件2a内部的永久磁鐵2b和極片2c之配置。 又，圓筒狀構件2a的冷卻孔2e和極片2c的冷卻孔 2f係藉由未圖示的定位工具，互相地被對位且定位。 最後，藉由塊體封住圓筒狀構件2a的開口端，結束 固定子2的製造。此外，針對封住，也是將永久磁鐵2b 和極片2c和塊體之接合藉由具有永久磁鐵2b彼此的推斥 力以上之固定力的接合劑予以固定。 即，首先將固定子2的單端面封住後，將預先接合固 定著的永久磁鐵2b和極片2c之1組，從圓筒狀構件2a 的開口端插入，其次藉由未圖示之圓棒狀工具加壓保持一 定時間，其次藉由未圖示之定位工具將圓筒狀構件2a的 冷卻孔2e和極片2c的冷卻孔2f予以定位。 反覆進行該永久磁鐵2b和極片2c之組合的插入、一 定時間加壓保持、冷卻孔定位之作業，最後藉由塊體封住 圓筒狀構件2a的開口端。 第6圖係本發明之實施例1所相關的可動子之剖視圖 。圖中，可動子1係朝軸方向並排配置有複數個捲繞在線 軸lb的圓筒形之線圏lc。線軸lb係以樹脂成形製作，因 此尺寸沒有不均，線圈U係朝軸方向以等間隔配置。線 圈lc外側配置有磁性體所構成的圓筒形之軛Id，更外側 配置有鋁框If (相當於外殻）。 又，線圏羣的結線處理係於線圈lc和鋁框If之間未 圖示之空間進行，該空間進而以模壓樹脂le成形。軛Id -12- 200937810 和is框if係藉由未圖示之定位銷被機械式固定。 本發明係說明關於驅動半導體製造裝置和液晶製造裝 置等產業用機械（例如步進式曝光機）之載台的圓筒形線 型馬達及其之固定子製造方法，但可適用圓筒形線型馬達 之用途’例如工作機械、射出成型機、金屬加工機等產業 用機械皆可適用。 【圖式簡單說明】 第1圖表示本發明之第1實施例之圓筒形線型馬達的 全體槪略圖。 第2圖係本發明之實施例i所相關的固定子之剖視圖 〇 第3圖係本發明之實施例〗所相關的極片之全體立體 圖。 第4圖係本發明之第〗實施例所相關的極片之剖視圖 〇 第5圖係本發明之實施例丨所相關的圓筒狀構件之全 體立體圖。 第6圖係本發明之實施例丨所相關的可動子之剖視圖 〇 第7圖係習知之圓筒形線型馬達的固定子之剖視圖。 第8圖係其他習知之圓筒形線型馬達的固定子之剖視 圖。 -13- 200937810 【主要元件符號說明】 1、 20 :可動子 la :電線 1 b :線軸 lc :線圈 Id :軛

le :模壓樹脂 If :鋁框 2、 1 0 :固定子 2a :圓筒狀構件 2b、1 1 :永久磁鐵 2 c .極片 2d :冷媒管路 2e、2f :冷卻孔 3 :可動方向 1 2 :圓筒狀構件（圓管） 13 ··管 20a :第1通路 20b :第2通路 20c :第3通路 21 :線圈組裝體 21 c _圓同線圈 2 1 s :外皮 22 :線圈支撐體 -14 200937810 2 3 :外殻 23g :外管 23η :中管 23r :右蓋 23u :內管 24a、 24b ： Ο 形環 2 5 a :接合劑

26a 、 26b ：配管口 2 8 :連接器

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Claims (1)

1. 200937810 十、申請專利範圍 種圓筒形線型馬達，具備：可動子，係外殻内部 具有複數之線圏；及固定子’係在圓筒狀構件内部交替配 置著中空圓筒狀磁鐵和極片，且在前述中空圓筒狀磁鐵的 . 内徑側具有冷媒管路；其特徴爲：前述極片具有冷媒通路 ’且前述圓筒狀構件具有對應前述極片的前述冷媒通路之 相同數量且相同位置的冷卻孔。 0 2.如申請專利範圍第1項之圓筒形線型馬達，其中， 前述極片的前述冷媒通路係自前述極片的軸中心朝圓周方 向形成放射狀。 3.如申請專利範圍第1項之圓筒形線型馬達，其中， 前述圓筒狀構件的前述冷卻孔被配置在前述圓筒狀構件的 外周面’自前述圓筒狀構件的軸中心朝圓周方向形成放射 狀。 4 .如申g靑專利範圍第1項之圓筒形線型馬達，其中， φ 通過前述冷媒管路及前述極片的前述冷媒通路、以及前述 - 圓筒狀構件的前述冷卻孔之冷媒爲氣體狀。 . 5. 一種圓筒形線型馬達的固定子製造方法，該圓筒形 線型馬達具備：可動子，係在外殻内部具有複數之線圈； 及固定子，係在圓筒狀構件内部交替配置著中空圓筒狀磁 鐵和極片，且在前述中空圓筒狀磁鐵的内徑側具有冷媒管 路；其特徵在於以下述程序進行處理：將前述固定子的— 端面’與塊體和前述圓筒狀構件做熔接或接合密封，將預 先接合固定著的1組前述中空圓筒狀磁鐵和前述極片，自 -16- 200937810 前述固定子的開口端面插入，將1組前述中空圓筒狀磁鐵 和前述極片，加壓保持一定時間，將前述極片的冷媒通路 和前述圓筒狀構件的冷卻孔予以對位且定位，依序反覆前 述插入、前述加壓保持、前述定位後，將前述固定子的開 口端面，與其他塊體和前述圓筒狀構件做熔接或接合密封

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