直线或曲线移动式电动机及其散热器

摘要

本发明的目的是提供一种用于消除直线或曲线移动式电动机的转子及传送件的热变形的直线或曲线移动式电动机用散热器，以及使用该散热器的高精度、高可靠性的直线或曲线移动式电动机，该直线或曲线移动式电动机具有：磁场磁极，沿着磁场轭铁交替配置有磁极互异的多个永磁铁；以及电枢，通过磁空隙与前述磁场磁极相对配置，并卷绕有一个或多个线圈而成；将前述磁场磁极作为定子，将前述电枢作为转子，使前述转子沿着前述定子的长度方向相对移动，在前述转子线圈表面上，与通过磁空隙相对的面平行地、密切接触有内部具有用于使工作液流动的细孔的薄板型热管，构成吸热部，使前述薄板型热管的端部或一部分从前述磁空隙突出，构成散热部。

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床及半导体制造装置传送所使用的作为定子的磁场磁极和作为转子的电枢相对移动的直线或曲线移动式电动机及其转子散热结构。

背景技术

以往，作为机床或半导体制造装置传送所使用的、作为定子的磁场磁极与作为转子的电枢相对移动的直线移动式电动机，有图9所示的电动机。图9是现有的直线移动式电动机的正面剖视图。此处，以将电枢作为转子的可圈型直线移动式电动机为例加以说明。在图9的直线移动式电动机中，252是定子，255是转子，250是一对相对固定的平板型的磁场轭铁，251是沿着磁场轭铁250上(垂直于纸面的方向)交替配置有磁极互异地配置的多个永磁铁，由磁场轭铁250和永磁铁251构成的磁场磁极构成定子252。255是具有框架254的转子，在前述框架254上，设有通过磁空隙与永磁铁251相对设置的多个线圈253。线圈253由未图示的的树脂模型(Resin molding)固定，框架254和线圈253构成电枢。此外，框架254既可固定用于承载负荷的传送件，也可将其自身作为传送件。磁场轭铁250的底面和侧面上，配置有管260、256。管260、256与末图示的鼓风机连接，可使空气在管内流动。磁场轭铁250上留有连通转子255和定子252间的空隙与管260的通气孔257，以便使管内流动的气体流入前述空隙。此外，磁场轭铁250和永磁铁251上留有用于连通转子255和定子252间的空隙与管256的通气孔258，以便使管内流动的空气流入前述空隙。公开了一种通过具有此种构成，在直线移动式电动机中，在为了提高电动机的推力而由电源向线圈253连续提供驱动电流，由于线圈253的内阻增大，温度上升，发热量增加时，对转子的热进行散热的方法(特开2000-341911号公报)。

然而，在上述现有技术中，仅仅通过向线圈吹风来散热，因而仍然存在下述问题：在长时间连续驱动电动机的情况下，或电动机高负载运转的情况下，不能充分散热，依然会由于线圈的内阻增大，温度上升，发热量增加，通过框架传热到框架或固定在框架上部的传送件上，从而导致框架及传送件产生热变形的问题并没有消除。尤其是在框架与永磁铁相对的部分上，随着时间的经过，线圈的温度逐渐上升，向着长度方向产生的热变形引起的弯曲变大。此外，如果直线或曲线移动式电动机的线圈发热变大，则框架与永磁铁的磁铁列相对方向上的变形也将增大，会引起线圈和永磁铁间的磁空隙变动。其结果是由于使直线移动式电动机的行进性能恶化，产生定位精度的误差，因而难以实现高精度的定位。此外，由于磁空隙产生变动，因而即使消除了热变形，也难以提供能进行有空隙变动的曲线移动的电动机。

本发明正是为了解决上述问题而提出来的，其目的在于提供一种几乎可全部消除框架及传送件的热变形的直线或曲线移动式电动机用散热器，以及使用了该散热器的高精度及高可靠性的直线或曲线移动式电动机。

发明内容

为了解决上述问题，技术方案1的本发明是一种用于直线或曲线移动式电动机的散热器，所述直线或曲线移动式电动机具有：磁场磁极，沿磁场轭铁交替配置有磁极互异的多个永磁铁；以及电枢，通过磁空隙与前述磁场磁极相对配置，并卷绕有一个或多个线圈而成，将前述磁场磁极作为定子，将前述电枢作为转子，使前述转子沿前述定子的长度方向相对移动，所述散热器的特征在于，在前述转子的线圈表面上密切接触有内部具有用于使工作液流通的细孔的薄板型热管，构成吸热部，使前述薄板型热管的端部或一部分从包括前述电枢在内的直线或曲线移动式电动机突出，构成散热部。可以是永磁铁和线圈呈平面状并列排列，永磁铁和线圈通过空隙相向配置，构成直线电动机，也可以将永磁铁设定为圆柱形(圆筒形)，将线圈通过空隙在该圆柱形永磁铁的周围呈同心圆状地卷绕成圆筒形，构成直线电动机。还可与之相反，圆筒形的永磁铁配置成同心圆状，覆盖卷绕成圆柱形(圆筒形)的线圈周围，构成直线电动机。卷绕电枢线圈的框架的铁心部分若设定为非磁性体或空洞，则由于在磁场磁极和铁心之间引力不起作用，因而可抑制定子和转子之间因横向力作用引起的接触。此外，在将铁心作为空洞的情况下，可使配线穿过该空洞内，无需另外设置配线的配置空间。此外，也可将定子的永磁铁作为线圈。此外，通过使从前述直线或曲线移动式电动机突出的薄板型热管向垂直于转子的行进方向的方向突出，与向转子的行进方向突出时相比，由于可缩短发热线圈与散热部的板型热管的热转移距离，因而可减少转移中途向散热部转移期间逃逸的热量。此外，一般而言，转子的线圈部分与垂直于行进方向的面相比，沿行进方向的面的面积更大，因而将该面积较大的侧面作为吸热部，利用板型热管将热量从吸热部向最短距离的轴在放射方向上转移，相对于轴在放射方向上构成散热部，作为直线或曲线移动式电动机的散热器在提高散热效率方面最为适合。

根据技术方案1涉及的发明，由于在转子上与作为定子的永磁铁的磁铁列相向的面上密切接触有薄板型热管，使板状热管的受热部向转子的表面突出，使散热部从定子和转子间的空隙向外突出，因而例如使转子以高推力移动的情况下，可利用结构简单的板状热管有效将转子线圈上产生的热散热。

技术方案2的发明是一种直线或曲线移动式电动机，具有：磁场磁极，沿着磁场轭铁交替配置有磁极互异的多个永磁铁；以及电枢，通过磁空隙与前述磁场磁极相对配置，并卷绕有一个或多个线圈而成；将前述磁场磁极作为定子，将前述电枢作为转子，使前述转子沿前述定子的长度方向相对移动，在前述转子的转子表面上密切接触有内部具有用于使工作液流通的细孔的薄板型热管，构成吸热部，使前述薄板型热管的端部或一部分从前述电枢突出，构成散热部。磁场磁极的线圈和电枢的线圈既可平面状地并列配置，将磁场磁极和电枢通过空隙相对配置，构成直线电动机，也可以将磁场磁极的线圈设定为圆筒形，将电枢线圈在该圆筒形的柱状磁场磁极周围卷绕成圆筒状，使磁场磁极和电枢通过空隙同心配置，构成直线电动机。此外，还可与之相反，以同心圆状地覆盖卷绕成圆柱形(圆筒形)的电枢的线圈周围的方式配置磁场磁极的线圈，通过空隙同心状地配置磁场磁极和电枢，构成直线电动机。若将卷绕有电枢线圈的框架的铁心部分设定为非磁性体或空洞，由于在磁场磁极和铁心之间引力不起作用，因而可抑制定子和转子间的接触。此外，在将铁心设定为空洞的情况下，可使配线穿过该空洞内，不需要另行设置配线的配置空间。此外，若预先设置将散热器与直线或曲线移动式电动机一体组装的树脂模型，可容易地组装到装置上。还有，若将散热部配置在装置的无用空间内，可不使装置大型化地配置直线或曲线移动式电动机。

根据技术方案2涉及的发明，构成直线或曲线移动式电动机的情况下，可抑制线圈和永磁铁间的磁空隙因发热变形引起的变动，以及转子及定子因热膨胀而引起的变形，可提供一种可高精度定位的直线或曲线移动式电动机。

技术方案3的发明是在前述薄板型热管的散热部上设置了散热设备。作为散热设备，虽然也可以使用风扇或带风扇的散热片或散热器，但最好仅使用不需要动力的散热片及散热器。由于转子的活动，可强制性地使空气流入散热片及散热器内，因而即使仅使用散热片及散热器也能获得足够的散热效率。此外，散热片及散热器若设定为在转子行进方向的面较大且空气易流通的结构，则可提高散热效率。例如，在使用板状的散热片或散热器的情况下，只要斜向于行进方向配置即可。

根据技术方案3涉及的发明，通过使散热片直接和转子一起动作的散热部密切接触，以及使散热器直接密切接触，可在散热部上产生长期存在的气流，从而提高散热效率。还有，通过组装风扇，可大幅度提高散热效率。

根据技术方案4的发明，在前述转子上，隔着绝热的板型热管配置有用于承载负荷的传送件。作为绝热设备，既可用绝热材料覆盖板型热管，如有空间余地，也可以将传送件和板型热管不接触地配置。

根据技术方案4涉及的发明，由于可抑制转子线圈上产生的热向传送件热传导，因而可抑制传送件的热变形。例如当使用机器人传送及配置半导体等精密部件时，能够提供一种不受线圈发热影响、可以长时间高精度稳定定位的直线或曲线移动式电动机。

技术方案5的发明在前述板型热管的内部具有蛇行的中空路径的细孔结构。细孔截面形状只要在密封入工作液时，工作液利用表面张力将管内完全阻塞的状态，则无论是圆形还是四方形，任何形状均可。

根据技术方案5涉及的发明，由于将板型热管内部结构设定为具有蛇行的中空路径的细孔结构，因而相对于小型化结构，热传导率极高，可迅速进行热转移。此外，由于几乎不受板状热管的姿势影响，可以在峰值热量方式(top heat mode)动作，因而可不必在意吸热部和散热部的位置关系地进行配置。

技术方案6的发明，利用树脂模型将前述板型热管一体固定到前述转子表面。作为树脂模型，优选采用可电绝缘线圈和热管之间、且热传导率好的材料。此外，若用绝缘材料形成板型热管与线圈抵接的吸热部，或通过绝缘材料与线圈密切接触，对线圈实施绝缘覆膜处理，则可在使线圈与板型热管密切接触的状态下进行树脂模型化。

根据技术方案6涉及的发明，由于板型热管利用树脂模型一体固定在转子表面上，因而很容易将板型热管固定到转子表面上。除此而外，由于可抑制线圈温度的上升，因而可防止覆盖线圈的树脂模型因热变形而造成的破损。例如，即使在将直线或曲线移动式电动机用于真空环境的情况下，仍可防止由树脂模型的破坏部分表面产生的脱气，提供一种高可靠性的直线或曲线移动式电动机。

技术方案7的发明是前述转子线圈表面上，与通过磁空隙相对的面平行地、密切接触有内部具有用于使工作液流动的细孔的薄板型热管，构成吸热部，使前述薄板型热管的端部或一部分从前述磁空隙突出，构成散热部，当板型热管是用非磁性的铝制成的情况下，可将厚度设定为1mm以下，可以几乎不扰乱永磁铁和线圈间的磁空隙内的磁场地进行散热。还有，如果没有重量问题，也可用不锈钢及特氟隆(テフロン，注册商标)之类的材料构成板型热管。此外，如果没有强度问题，也可用塑料之类的材料构成板型热管。

根据技术方案7涉及的本发明，利用线圈和永磁铁间的磁空隙，不必进行特别加工就可将来自线圈的热转移到直线或曲线移动式电动机之外。

此外，根据本发明，由于与线圈密切接触的板型热管配置在转子和定子间的空隙内，很容易将板型热管延伸到尚有用于配置散热设备的空间余地的地方，在该空间内在热管上安装散热设备，因而可更有效地消除线圈上产生的热，不勉强空出用于配置散热部的空间，可使直线或曲线移动式电动机小型化。

此外，由于可利用板型热管有效去除以高推力使转子移动的情况下转子部产生的热，因而可抑制线圈和永磁铁间的磁空隙由于热变形而产生变动，以及转子及定子因热胀产生的变形，提供一种可高精度定位的直线或曲线移动式电动机。

附图说明

图1是本发明的散热器的侧视图。

图2是图1的散热器的A-A向视图。

图3是本发明的板型蛇行细孔通道热管的路径图。

图4是本发明的板型平行细孔通道热管的路径图。

图5是将使用了两个图1的散热器的本发明中的直线或曲线移动式电动机用于传送装置的第1实施例的截面图。

图6是图5的B-B向视图。

图7是将本发明中的直线或曲线移动式电动机用于传送传送装置的第2实施例的截面图。

图8是本发明的散热器的第2实施例的截面图。

图9是现有的直线或曲线移动式电动机的截面图。

具体实施方式

图1及图2是本发明的散热器的图。图1是散热器的侧视图。图2是图1的A-A向视图(截面图)。101是板型热管(板型细孔通道热管)。在本实施例中并列使用了两块板型热管。板型热管101为了在中央附近与电动机的转子线圈密切接触，根据转子的形状弯曲加工而成。在本实施方式的情况下，为了与卷绕成圆柱状的线圈的半圆部分密切接触，板型热管101的中央附近102被弯曲加工成半圆形。被弯曲加工成该半圆形的部分构成吸收来自线圈的热的吸热部。

从该吸热部延伸的板型热管101在弯曲部103被弯曲成直角，相对于吸热部向放射方向延伸，构成散热部105。板型热管101的一端还有被弯曲加工成直角的部分107，但这是为了保护将工作液注入板型热管101中的注入管109。在散热部105与被弯曲加工成半圆形的部分102并列的一侧，通过焊接及钎焊等方法安装有散热片110。此处使用的是散热片，但也可安装散热器及风扇或由这些组合而成的装置。

如上所述，在使用板型热管101的情况下，由于可灵活地进行弯曲加工，因此不受电动机形状及散热部的限制，在使用电动机的装置中无需重新设置用于散热的空间，可将散热部纳入无用的空置空间。例如，在用于机床及半导体制造装置的传送装置的驱动部的情况下，传送台的下侧形成空洞，若在该部分中形成散热部，则可形成新的散热空间，不会产生装置大型化的问题，因而可防止装置不必要的大型化。

此处，利用图3、图4说明板型细孔通道热管101的结构。

图3表示板型蛇行细孔通道热管的细孔路径。板型蛇行细孔通道热管使用由铝及镁等材料制作而成的多孔扁平管。该多孔扁平管51整体具有平板状的外形，在内部利用挤压模塑法形成平行配置的多个贯穿细孔57a、57b。蛇行细孔通道通过下述办法形成：在多孔扁平管51的贯穿细孔组的一端，将相邻的通道的间隔壁每隔一个地切除预定深度，在另一端，将一端未切除的相邻的每隔一个的通道的间隔壁切除预定深度。两端部去除间隔壁后，与工作液注入管一并通过压焊及钎焊形成蛇行细孔通道管。通过工作液注入管向蛇行细孔通道管内注入丁烷、水等与使用条件相对应的工作液，密封工作液注入管，由此形成板型蛇行细孔通道热管。

图4表示板型平行细孔通道热管的细孔路径。板型平行细孔通道热管与板型蛇行细孔通道热管同样地使用铝、镁等轻金属多孔扁平管。该多孔扁平管61整体具有平板状的外形，在内部利用挤压模塑法形成平行配置的多个贯穿细孔68a、68b。通过将该贯穿细孔通道组的相邻的所有间隔壁在两端面切除预定深度，形成平行细孔通道的相邻的通道间的连通路径。两端部去除间隔壁后，与工作液注入管一并通过压焊及钎焊形成平行细孔通道管。通过工作液注入管向平行细孔通道管内注入丁烷、水等与使用条件相对应的工作液，密封工作液注入管，由此形成板型平行细孔通道热管。

此处说明了蛇行细孔和平行细孔，但只要所有的细孔通道可在端部连通，端部的连通路径可以是任何形态。

下面说明本发明中的细孔通道热管的基本动作原理。

细孔通道热管被密封成细孔(热介质通道)的两端相互自由流通地连接。通过使发热体与该细孔的某一部分接触，使外部分作为受热部，其他的某一部分作为散热部，其余的部分作为热转移部。如上所述，在该细孔通道内，受热部与散热部交替配置(如有热转移部，则经由该热转移部，受热部和散热部交替配设)。细孔的内壁截面的直径被设定为工作液(液态和气态的二相凝缩性工作流体)在利用表面张力一直封闭在管内的状态下能够循环或移动的最大流体直径以下。在受热部，液相泡核沸腾，生成气相，这样即可使封闭在管内的液相部移动。由于该泡核沸腾在受热部上随机的位置上连续产生，因而在管内产生液相的振动及移动，向散热部传导热。

通过使用此种的细管热管，无论细管热管在发热体上的安装姿势如何，均可进行热传送。本发明正是将此种板型细孔通道热管作为基本动作原理而实现其散热量的大容量化的。

图5及图6是使用安装有本发明的散热器的直线或曲线移动式电动机的传送装置的第1实施例。

图5是在直线或曲线移动式电动机上安装了两个图1及图2所示的散热器时的直线或曲线移动式电动机的平面截面图。图6是图5的直线或曲线移动式电动机的B-B向视图(截面图)。

在图5及图6中，100是本发明的散热器。该散热器100如图5所示被固定成将中央部弯曲成半圆圆弧状的部分102与转子151的圆柱形线圈的半面密切接触。转子151的线圈通过将铜线至少卷绕成一个圆筒形而形成电枢。此外，构成散热器的板型细孔通道热管的半圆的圆弧部102的两端延长部在与前述圆柱形线圈的半径大致相同的直线部113的端部103被弯曲成90度，可利用板型细孔通道热管将圆柱形线圈所产生的热相对于圆柱形线圈的轴向向放射方向扩散。

圆柱形线圈和板型细孔通道热管101的固定使用热传导率好、绝缘性高的金属粘接剂粘接。此外，为了进一步增加固定强度，也可以使用固定部件进行加强固定(未图示)。

在将圆柱形线圈作为电枢的转子151内侧，永磁铁与转子133呈同心圆状地、N极和S极交互排列，构成定子。转子151沿该定子移动，由此构成电动机。

在作为前述板型细孔通道热管101的散热部的水平部139上，利用焊接及钎焊等方法，将与圆柱形线圈的直径大致相同长度的散热片110与圆柱状线圈并列配置地固定在水平部139整体上。前述板型细孔通道热管101的水平部101端部延伸到不超出直线或曲线移动式电动机上固定的传送台135的部位(图5中的135是传送台，设定为不超出此传送台)。

通过采用此种构成，由于可利用板型细孔通道热管101，将从圆柱形线圈吸收的热相对于圆柱形线圈的中心轴向放射方向转移，进而通过安装在板型细孔通道热管101上的散热片110散热，由此能够利用小型散热器100有效地由直线或曲线移动式电动机的圆柱形线圈散热，因而可使直线或曲线移动式电动机小型化，以及增大圆柱形线圈中流动的电流，增大驱动转矩。作为散热片，可安装波状散热片等。

此外，可在以往作为无用空间的传送台135和底座137之间的空间内配置构成散热部的散热片，此外，作为吸热部的板型细孔通道热管101的半圆部102也可配置在转子151和传送台135之间，因而可不使装置大型化地配置散热器100。

在底板137上，为了使直线或曲线移动时平台稳定地移动，安装有导向件125。

还有，如图5所示，安装有风扇131(141)，来自两端的风扇131(141)的风向着空间133(143)吹送，在空间133(143)处，来自两端的风扇131(141)的风发生冲突，从空间133(143)向外跑出，进一步提高散热效率。也可颠倒两个风扇131(141)的风向，变成从空间133(143)吸气的方向。此外，虽然也可以使两端的风扇131(141)构成为风向与转子的行进方向相同，但由于在下游侧的散热片利用上游侧的热气流散热，因而与前述风扇的使用方法相比，其散热效率下降。也就是说，若使两端的风扇131(141)分别向相反方向旋转，就可防止一方的散热片被已在另一方的散热片被加热的空气吹过，从而提高冷却效率。

图7是将安装有本发明的散热器的直线或曲线移动式电动机用于传送装置的第二实施例的截面图。

图7中，构成驱动部的电动机部配置有三套转子333(334及335)和定子336(337及338)，其中，所述转子333(334及335)通过将线圈绕成圆柱形而内置电枢，所述定子336(337及338)在转子333(334及335)的内侧上，以与转子333(334及335)构成同心圆的方式使永磁铁的N极和S极交替配置。如上所述，通过配置多套转子和定子，可获得很大的驱动力，进而通过相邻配置，可抑制各驱动件和转子的控制性的不一致所引起的传送台339的扭歪偏离。中央的转子334上，用于将线圈上产生的热转移到配置在传送装置两端的空间内的散热部的板型细孔通道热管340如实施例1所示，以中央部附近与转子334的线圈密切接触的方式使中央部弯曲成半圆形，两端部沿底座334向散热部延伸。在两端的转子333以及335上，设有用来将线圈产生的热转移到散热部的板型细孔通道热管341及342，该板型细孔通道热管341及342的一端被弯曲成半圆部，以使与转子线圈的上半部分密切接触，另一端沿着底座344向散热部延伸，与板型细孔通道热管340密切接触，使热向板型细孔通道热管340的散热部传导。在板型细孔通道热管340的散热部上，以不超出以往作为无用空间的传送台339和底座344间的空间的方式密切接触地配置有散热片345，形成散热部。在本实施例中，使板型细孔通道热管340以及板型细孔通道热管341、与板型细孔通道热管340以及板型细孔通道热管342的两端部的散热部密切接触，但也可以使一方沿底座配置，使另一方沿着传送台配置，在两个板型细孔通道热管之间固定配置散热片。

转子333(334及335)的圆柱形线圈和板型细孔通道热管340、341及342的固定，可用热传导率好、绝缘性高的金属用粘接剂粘接。此外，为了进一步提高固定强度，也可以利用固定件进行加强固定(未图示)。此外，在与转子333(334及335)密切接触的部分的板型细孔通道热管341(340及342)，对与转子333(334及335)密切接触部分的板型细孔通道热管341(340及342)的振动进行吸收并进行固定的部件346被固定在传送台339上。

在底板344上安装有导向件347，以使直线或曲线移动时，平台稳定地移动。

此外，正如本发明所述，即使在将转子333(334及335)配置在定子外周上的情况下，本发明的散热器也可以在传送台339和转子333(334及335)之间的很小空间内将板式细孔通道热管341(340及342)与线圈密切接触地配置，因而无需设置用于配置吸热部的新空间，不必消耗多余的制造成本。

图8是本发明的散热器的第2实施例的截面图。301是板型热管(板型细孔通道热管)。板型热管301是为了使一端部与电动机的转子密切接触，按照转子的形状弯曲加工而成。在本实施方式的情况下，为了与卷绕成圆柱型的线圈的圆柱部分密切接触，板型热管301的一端302被弯曲加工成圆形。被弯曲加工成该圆形的部分构成吸收来自线圈的热量的吸热部。

从该吸热部延伸出的板型热管301在弯曲部303处被弯曲成直角，相对于吸热部向放射方向延伸，构成散热部305。板型热管301的另一端还有被进一步弯曲加工成直角的部分307，但这是为了保护向板型热管301注入工作液的注入管309，在与散热部305被弯曲加工成半圆形的部分302并列的一侧，利用焊接及钎焊等方法安装有散热片310。此处使用的是散热片，但也可安装散热器及风扇以及将此二者组合的装置。

如上所述，通过将一端作为吸热部，将另一端作为散热部，可获得很大的吸热部，有效地吸热。此外，在散热空间只在热源一方的情况下也很有效。此外，也可将本发明的直线或曲线移动式电动机用于与传送台相应的实施例中。

产业化前景

本发明涉及一种机床或半导体制造装置传送用的、使作为定子的磁场磁极和作为转子的电枢相对性移动的直线或曲线移动式电动机及其转子散热结构。