專利名稱：經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機。
背景技術：
傳統(tǒng)方式中，已經(jīng)提出了一種在工廠自動化設備中使用以驅動半導體曝光裝置或 液晶曝光裝置的載物臺(stage)或進給機床的工作臺的直線電動機。為了實現(xiàn)進給操作或 處理操作的速度和精度的提高，直線電動機包括組成場磁體的永磁體和具有面對磁空間中 的永磁體的磁極表面的電樞繞組的電樞。直線電動機的電樞包括電樞繞組、用于放置電樞繞組并將其固定在適當位置的基 板、用于將基板固定在適當?shù)奈恢玫目蚣?frame)以及用于密封該框架的蓋。該框架包括 了在其中央?yún)^(qū)域形成的大型冷卻劑槽。電樞繞組被容納在該冷卻劑槽內(nèi)。冷卻劑槽的側表 面被蓋密封住。該框架設置有冷卻劑入口和冷卻劑出口。在該框架的芯內(nèi)，形成了分別連 通冷卻劑入口和冷卻劑出口的冷卻劑進入通路和冷卻劑輸出通路(例如，參見日本專利申 請公開 No. 2006-121813)。然而，在傳統(tǒng)的直線電動機的電樞中，在框架的冷卻劑槽中限定的電樞繞組安裝 空間從電磁方面而言不是必須的。這導致包括了框架的電樞的整體體積增大，使得在電樞 中產(chǎn)生推力。因此，難以增加每單位體積的推力(或者推力密度)。為了增加電樞的每單位 體積的推力，需要使直線電動機剛性高且重量輕。從縮小尺寸和增強強度的角度來看，已知充當冷卻劑槽的框架或冷卻套 (coolantjacket)是由纖維樹脂材料制成的。纖維樹脂材料在平面方向上表現(xiàn)出高的熱導 率。然而，纖維樹脂材料在厚度方向上的熱導率僅取決于基礎樹脂而不取決于纖維。因此， 纖維樹脂材料在厚度方向上表現(xiàn)出下降的熱導率。這使得難以將電樞繞組中產(chǎn)生的熱傳遞 給保存在冷卻劑槽中的冷卻劑，導致冷卻性能不足。在電樞繞組承受急劇的溫度升高的情況下，電樞繞組熱膨脹。相反，冷卻套一直被 冷卻劑冷卻，因此承受有限的溫度升高并表現(xiàn)出較小的熱膨脹。由于熱膨脹的差異，在電樞 繞組和冷卻套之間產(chǎn)生了內(nèi)部應力。同時，通過改變場磁體的形狀，能夠使直線電動機重量輕。然而，在這種情況下，場 磁體中產(chǎn)生的磁場減小。此外，如果將場磁體用作可移動體，則增大了流過電樞的電流。這 導致在電樞中產(chǎn)生的熱量增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該直線電動機能夠 在不降低電樞的推力密度和場磁體單元中產(chǎn)生的磁場的情況下享有增強的溫度性能、表現(xiàn) 出提高的冷卻效率并實現(xiàn)提高的剛性和減輕的重量。根據(jù)本發(fā)明一個方面，提供了一種經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該直線電動機包 括電樞，該電樞包括電樞繞組和被布置成包圍所述電樞繞組的冷卻套單元，所述冷卻套單元包括限定了與所述電樞的延伸方向平行的四個側面的四個冷卻套和限定了在所述電樞 的延伸方向上相對的兩個端面的兩個端塊，所述冷卻套和所述端塊彼此連接為盒形，所述 冷卻套中的每一個都具有將要被供應冷卻劑的內(nèi)部空間；和場磁體單元，該場磁體單元包 括由鐵磁材料制成的軛和設置在所述軛中的永磁體，所述電樞與所述場磁體單元中的一個 相對于另一個進行相對移動。 所述冷卻套中的每一個都可以具有平板形狀，并包括在所述冷卻套中限定的多個 冷卻劑流動通路。 所述冷卻套中的每一個都可以由纖維增強塑料、陶瓷或無磁性不銹鋼制成。所述端塊可以分別包括冷卻劑入口和冷卻劑出口。所述冷卻套中的每一個都可以包括限定了所述內(nèi)部空間的內(nèi)壁和外壁、設置在所 述內(nèi)壁中的第一加強部件以及設置在所述外壁和相應的第一加強部件之間的第二加強部 件，所述第一加強部件在熱導率方面高于所述內(nèi)壁，所述第二加強部件在熱導率方面低于 所述第一加強部件。所述第一加強部件和對應的第二加強部件可以通過粘接的方式彼此固定。所述第一加強部件中的每一個都可以包括在所述第一加強部件的周圍部分處形 成的法蘭部；被固定至所述冷卻套中的每一個的所述內(nèi)壁的插入螺母；以及穿過所述法蘭 部而被擰緊到相對應的插入螺母的螺栓，該螺栓將所述第一加強部件固定至所述冷卻套中 的每一個的所述內(nèi)壁。所述第一加強部件中的每一個都可以包括流動通路側表面和在所述流動通路側 表面上形成的凹入部，所述第二加強部件中的每一個都包括用于與相對應的第一加強部件 的所述凹入部咬合的突出部，附加的插入螺母通過粘接的方式固定至所述突出部，并且一 螺栓從相對應的冷卻套的所述外壁被擰緊到所述附加的插入螺母。所述第一加強部件和所述第二加強部件可以被設置在沿所述電樞繞組中的每一 個的周圍的指定位置處。所述第一加強部件和所述第二加強部件可以被設置為在所述電樞的的延伸方向 上橫跨所述電樞繞組延伸。所述第一加強部件中的每一個都可以由包含沿厚度方向取向的纖維的纖維增強 塑料、填充了高熱導率的填料的樹脂材料或無磁性金屬制成。所述電樞繞組和基座可以通過樹脂模塑而初步集成為一體，然后被所述冷卻套覆 蓋，并且在所述基座與所述冷卻套之間留有氣隙，所述氣隙被具有提高的熱導率的密封劑 或者彈性樹脂填充。 所述電樞還可以包括設置在所述電樞繞組與所述基座之間的加強部件。所述第一塊和所述第二塊中的每一個都具有迷宮式結構，該迷宮式結構具有用來 阻礙所述冷卻劑的流動的隔板。所述永磁體可以包括沿著所述電樞的延伸方向交替布置在所述軛上以具有 Halbach陣列結構的主磁極磁體和副磁極磁體。所述軛可以包括與所述副磁極磁體對準地形成的氣隙，所述氣隙的寬度小于所述 副磁極磁體的寬度。所述軛包括被布置在所述氣隙中并由不同于所述永磁體和所述軛的材料制成的無磁性部件。根據(jù)本發(fā)明另一個方面，提供了一種經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該直線電動機 包括電樞，該電樞包括電樞繞組和被布置為包圍所述電樞繞組的冷卻套單元，所述冷卻套 單元包括限定了與所述電樞的延伸方向平行的三個側面的三個冷卻套、限定了與所述電樞 的延伸方向平行的一個側面的平板形狀的基座以及限定了所述電樞的延伸方向上的兩個 相對的端面的兩個端塊，所述冷卻套和所述端塊彼此連接成盒形，所述冷卻套中的每一個 都具有將要被供應冷卻劑的內(nèi)部空間；和場磁體單元，該場磁體單元包括由鐵磁材料制成 的軛和布置在所述軛中的永磁體，所述電樞與所述場磁體單元中的一個相對于另一個進行 相對移動。所述冷卻套單元還可以包括將所述冷卻套連接至所述基座的法蘭。所述冷卻套和所述法蘭可以由碳纖維一體地制成。根據(jù)本發(fā)明，在所述電樞中沒有設置框架。這樣能夠使繞組線容納空間變寬，這非 常有助于提高直線電動機的性能和推力密度。冷卻套由包含玻璃纖維或碳纖維的纖維增強 塑料、陶瓷或作為無磁性金屬中的一種的不銹鋼制成。這有助于使得所述冷卻套剛性非常
高并且重量輕。此外，可以高效地將熱從所述電樞繞組傳送至所述冷卻劑，從而抑制所述冷卻套 的外表面上的溫度升高并且提高冷卻效率。此外，可以吸收由于所述電樞繞組的溫度的急劇升高而產(chǎn)生的內(nèi)部應力，從而避 免冷卻效率的下降。并且，可以增強所述電樞的剛性和防震性能。此外，即使當在所述直線電動機中任意設置所述電樞的接合姿態(tài)時，也可以保持 冷卻效率不變。此外，可以減輕所述場磁體單元的重量，并且增加所述場磁體單元的每單位質量 的推力。由于驅動所述電樞過程中所需的推力減小，所以可以減少所述電樞的發(fā)熱量。


根據(jù)結合附圖給出的實施方式的如下說明，本發(fā)明的以上和其它的目的和特征將 變得明顯，在附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的立體圖；圖2A是示出了在第一實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機中采用的電樞的分 解立體圖，圖2B是圖2A中用“A”表示的區(qū)域的部分放大立體圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 截面圖；圖4是示出了直線電動機的電樞繞組與冷卻套單元的加強部件之間的位置關系 的頂視圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的加強部件的固定部的放大側視截面圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式的加強部件的固定部的放大側視截面圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的多個加強部件的平面圖，該多個加強部 件被布置在冷卻套單元內(nèi)部且沿著電樞的延伸方向直線延伸；
圖8是圖7中用“B”表示的區(qū)域的放大圖，其示出了加強部件與電樞繞組之間的 位置關系；圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的立體圖；圖10是示出了在第六實施方式的直線電動機中采用的電樞的分解立體圖；圖11是示出了第六實施方式的直線電動機的電樞的前視截面圖，該電樞處于組 裝狀態(tài)；圖12是示出了直線電動機的電樞中的法蘭部的另一個接合示例的前視截面圖；圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖；圖14是圖13所示的電樞的前視截面圖；圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明第八實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖；圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖；圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實施方式的冷卻套單元的立體圖；圖18A是示出了作為圖17所示的冷卻套單元的組成部分中的一個的具有冷卻劑 入口的第一塊的分解立體圖，而圖18B是示出作為圖17所示的冷卻套單元的組成部分中的 另一個的具有冷卻劑出口的第二塊的分解立體圖；圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實施方式的電樞的前視截面圖，其中，限制了電樞 的接合方向；圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實施方式的直線電動機的場磁體單元的平視截 面圖；以及圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實施方式的直線電動機的場磁體單元的另一示 例的平視截面圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照構成本發(fā)明實施方式的一部分的附圖來描述本發(fā)明的實施方式。(第一實施方式)圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的立體圖。在 圖1中，附圖標記“1”表示電樞，附圖標記“2”表示基座，附圖標記“3”表示電樞繞組，附圖 標記“8”表示冷卻套單元，附圖標記“ 15”表示場磁體單元，附圖標記“ 16”表示軛，附圖標 記“ 16a”表示軛固定板，并且附圖標記“ 17”表示場生成永磁體。參照圖1，經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機包括電樞1(所謂的平板型直線電動機電 樞)和場磁體單元15。電樞1包括基板2、固定到基板2的電樞繞組3和被設置成包圍電 樞繞組3的冷卻套單元8。場磁體單元15被設置為包圍電樞1的冷卻套單元8并與冷卻套 單元8間具有氣隙。場磁體單元15包括由鐵磁材料制成的軛16和多個場生成永磁體17， 該多個場生成永磁體17被沿著直線電動機的移動方向排布并固定至軛16。軛16由軛固定 板16a支承。在圖1所示的直線電動機的結構中，電樞1是固定單元，并且場磁體單元15是能
7夠相對于電樞1移動的可移動單元。另選地，相對于被用作固定單元的場磁體單元15，電樞 1可以用作可移動單元。圖2A是示出了在第一實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機中采用的電樞的分 解立體圖，圖2B是圖2A中用“A”表示的區(qū)域的部分放大立體圖。如圖2A和圖2B所示，冷卻套單元8包括第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d以及 第一和第二塊4和5，其中，第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d被設置為包圍電樞繞組3并 限定電樞1的與電樞1的延伸方向平行的四個側面，第一和第二塊4和5限定了電樞1的 在電樞1的延伸方向上的兩個相對的端面。冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個都具有內(nèi)壁 和外壁，內(nèi)壁和外壁限定了將被提供冷卻劑的內(nèi)部空間。通過按照相互相對的關系來設置 第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d以及第一和第二塊4和5，冷卻套單元8形成為具有盒狀 的結構。冷卻套單元8被形成為平板形，并且由例如包含玻璃纖維或碳纖維的纖維增強塑 料(即，碳纖維增強塑料(CFRP)或玻璃纖維增強塑料(GFRP))、陶瓷或如無磁性的不銹鋼的 無磁性金屬制成，從而使得冷卻套單元8具有很高的剛性。具體地說，在圖2A所示的盒狀冷卻套單元8中，在第一至第四冷卻套8a、8b、8c和 8d的縱向相對的端部處設置了具有冷卻劑入口 6的第一塊4和具有冷卻劑出口 7的第二塊 5，使得冷卻劑能夠(在電樞1的延伸方向上)從冷卻套單元8的一個端部朝向冷卻套單元 8的另一個端部流動。第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的冷卻劑流動通路的入口與第一 塊4的冷卻劑入口 6連通，而第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的冷卻劑流動通路的出口 與第二塊5的冷卻劑出口 7連通。第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的通孔hi與在第一 塊4和第二塊5的上表面、下表面、左表面和右表面上形成的螺紋孔h2對準。螺栓M通過 通孔hi插入并被擰緊到螺紋孔h2中，從而將第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d固定至第 一塊4和第二塊5。如圖2B所示，0環(huán)9被設置在第一塊4與第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d之間， 以確保冷卻劑入口 6周圍的冷卻劑流動通路的流體密封性。類似地，0環(huán)9被設置在第二塊5與第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d之間，以確 保圖2A所示的冷卻劑出口 7周圍的冷卻劑流動通路的流體密封性。可以使用0環(huán)之外的 任意密封部件來提高冷卻劑流動通路的流體密封性。可以像第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d那樣將具有冷卻劑入口 6的第一塊4和 /或具有冷卻劑出口 7的第二塊5形成為平板形狀。并且，第一塊4和第二塊5可以不配備 冷卻劑入口和冷卻劑出口，而僅作為將冷卻套單元8保持為盒狀形狀的固定部件。在這種 情況下，向第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個提供冷卻劑入口和冷卻劑出口，使 得冷卻劑能夠獨立地流動通過第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d。接著，將對經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的操作進行說明。參照圖2A，從第一塊4的冷卻劑入口 6進入的冷卻劑流動通過在第一塊4中形成 的冷卻劑流動通路，并且分布至包圍電樞繞組3并限定電樞1的與電樞1的延伸方向平行 的四個側面的第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中。流動通過第一至第四冷卻套8a、8b、8c 和8d的冷卻劑在第二塊5中聚集起來，并通過冷卻劑出口 7排出。在此過程中，流過第一 至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的冷卻劑散發(fā)了在電樞繞組3中產(chǎn)生的熱。常規(guī)的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的缺點在于直線電動機的隔熱可靠性受到冷卻劑本身的隔熱性能的影響，并且其缺點還在于由于使用框架將電樞繞組保持在適當?shù)奈?置而使繞組空間受到犧牲。然而，在本實施方式中，不需要使用框架來將電樞繞組保持在中 央?yún)^(qū)域。這成比例地增加了用來容納電樞繞組的空間。與常規(guī)的直線電動機不同，冷卻套 單元的用來覆蓋電樞繞組的冷卻套被設置在電樞1的四個側面上，使得能夠以增強的冷卻 效率來冷卻與電樞的延伸方向平行的所有四個側面。這可以提高經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動 機的降溫性能。這還有助于提高直線電動機的性能和推力密度。此外，通過使用諸如CFRP、陶瓷或無磁性不銹鋼的材料，可以避免冷卻套單元的剛 性下降。(第二實施方式)圖3是沿著圖1中的線III-III截取的截面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方 式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞。第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個都具有在其自身中限定的冷卻劑流 動通路11。并且，第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個都包括設置在其自身內(nèi)壁 上的第一加強部件12和設置在其自身外壁上的第二加強部件13。第一加強部件12在熱導 率方面高于冷卻套8a、8b、8c和8d的壁。第二加強部件13在熱導率方面低于第一加強部 件12。第一加強部件12和第二加強部件13通過粘接或其它固定方法固定至冷卻套8a、 8b、8c和8d。因此，第一加強部件12由在其厚度方向上具有增強的高熱導率的材料制成， 這些材料例如為包含沿厚度方向取向的纖維的CFRP、填充了高熱導率的填料的樹脂材料、 無磁性金屬等。因此，第一加強部件12能夠高效地將電樞繞組3的熱量傳遞至冷卻劑。通 過將由熱導率比第一加強部件12的熱導率低的材料(如樹脂等)制成的第二加強部件13 設置在第一加強部件12與第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個的外壁之間，可以 限制熱量傳遞至外壁，從而抑制第一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的外壁上的溫度升高。圖4是例示了經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞繞組中的每一個與冷卻套的第 一加強部件12之間的位置關系的頂視圖，在該圖中去除了上部的套8a和第二加強部件13。如圖4所示，第一加強部件12具有圓形橫截面并沿著電樞繞組3中的每一個的周 圍布置在指定位置(圖4中未示出第二加強部件1 。這種布置有助于增加熱傳遞面積，從 而可以高效地將熱從電樞繞組3傳遞至冷卻劑。此外，第一加強部件12的這種布置使得可 以對平板形狀的冷卻套8a、8b、8c和8d進行可靠地加強，冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一 個都與冷卻劑流動通路11具有很窄的間隙。另選地，第一加強部件12可以具有矩形截面 而不是圓形截面。這對于第二加強部件13也同樣成立。(第三實施方式)圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式將第一加強部件12中的每一個固定至第 一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d中的每一個的結構的放大的側視截面圖，在該圖中代表性 地例示了冷卻套8a。第三實施方式與第二實施方式的不同之處在于第一加強部件12中的每一個都 配備了位于該加強部件的外圍部分的法蘭部12a、在與冷卻劑流動通路11相對的一側被固 定至冷卻套8a的內(nèi)壁上的插入螺母14a以及穿過法蘭部1 被擰緊至相應的螺母14a以 將第一加強部件12中的每一個固定至冷卻套8a的內(nèi)壁的螺釘14b。第一加強部件12、第二加強部件13和冷卻套8a的外壁彼此以粘接的方式接合起來。0環(huán)9’被設置在第一加強 部件12中的每一個的法蘭部1 與冷卻套8a的內(nèi)壁之間，以確保冷卻劑流動通路11的流 體密封性。這樣，第一加強部件12和冷卻套8a以機械方式彼此固定，而無需借助于粘接。這 樣可以確保冷卻劑流動通路11的提高的流體密封性。可以使用0環(huán)9’之外的任何密封部 件以確保冷卻劑流動通路11的流體密封性。盡管在本實施方式中使用螺母1 將第一加 強部件12中的每一個固定至冷卻套8a的內(nèi)壁，但是不使用螺母而是通過將螺釘14b直接 固定至冷卻套8a的內(nèi)壁，可以將第一加強部件12固定至冷卻套8a的內(nèi)壁。(第四實施方式)圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施方式將第二加強部件13中的每一個固定至第 一至第四冷卻套8a、8b、8c和8d的結構的放大的側視截面圖，在該圖中代表性地例示了冷 卻套8a。第四實施方式與第三實施方式的不同之處在于第一加強部件12中的每一個都 具有在冷卻劑流動通路11的旁邊形成在第一加強部件12的表面中的凹入部12b，在第二加 強部件13中的每一個中形成有用于與凹入部12b咬合的突出部13a，插入螺母14a’通過粘 合劑初步固定在突出部13a的下沉部分中，以及螺釘14b’從冷卻套8a的外壁擰緊至插入 螺母Ha’。這樣可以比第三實施方式更可靠和更牢固地將第二加強部件13固定在冷卻套8a 的外壁與第一加強部件12之間。即使從冷卻套8a的外壁將螺釘14b’擰緊，也可以限制熱 從電樞繞組3傳遞至冷卻套8a的表面。將第一加強部件12中的每一個固定至冷卻套8a 的內(nèi)壁的方法與第三實施方式中采用的方法相同。此外，也使用了 0環(huán)9’來確保冷卻劑流 動通路11的流體密封性。(第五實施方式)圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施方式的多個第三加強部件的平面圖，該多個第 三加強部件被布置在各個冷卻套內(nèi)部且沿著電樞的延伸方向直線延伸。圖8是圖7中用 “B”表示的區(qū)域的放大圖，其示出了第三加強部件與電樞繞組之間的位置關系。第五實施方式與第二至第四實施方式的不同之處在于取代了第二至第四實施方 式的第一加強部件12和第二加強部件13，多個第三加強部件22沿著電樞1的延伸方向直 線延伸，并且在這些第三加強部件22之間限定了多個冷卻劑流動通路11，如圖7所示。因 此，從示出了第三加強部件22與電樞繞組3之間的位置關系的圖8中可以看出，第三加強 部件22被設置為橫跨電樞繞組3延伸。第三加強部件22中的每一個都可以由諸如第一和 第二加強部件12和13的具有不同熱導率的兩個不同部件形成。如圖7和圖8所示，與其中沿著電樞繞組3中的每一個布置第一加強部件12和第 二加強部件13的結構不同，通過采用設置在冷卻套8a(或8c)內(nèi)部沿著電樞1的延伸方向 直線延伸的第三加強部22，可以提供多個冷卻劑流動通路11。這使得冷卻劑的流速增加并 且熱傳遞面積增大，從而使得可以高效地從電樞繞組3向冷卻劑傳遞熱，并且可以顯著增 強冷卻套單元的剛性。(第六實施方式)圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的立體圖。 在圖9中，附圖標記“ 100”表示電樞，附圖標記“ 110”表示基座，附圖標記“115”表示場磁
10體單元，附圖標記“116”表示軛，并且附圖標記“117”表示場生成永磁體。圖10是示出了 在第六實施方式的直線電動機中采用的電樞的分解立體圖。第六實施方式與第一實施方式的不同之處在于在與電樞的延伸方向平行的四個 側面中的一個側面上沒有設置一個冷卻套而設置了平板狀的基座110。此外，盡管在第一實 施方式的直線電動機中采用的電樞是平板狀的，但第六實施方式的電樞是所謂的T型。具體地說，如圖10所示，經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞包括電樞繞組103 ； 用來容納電樞繞組103的盒狀的冷卻套單元；以及接合至冷卻套單元的敞開端的平板形狀 或棱柱形狀的基座110。冷卻套單元包括三個冷卻套108a、108b和108c，其用來限定冷卻 套單元的與電樞的延伸方向平行的三個側面；和兩個端套部件108e和108f，其用來限定與 電樞的延伸方向平行的冷卻套的兩個相對的端面。常常出現(xiàn)電樞繞組103粘接至基座102 并在其中連接起來的情況。在本實施方式中，電樞繞組103通過粘接或樹脂注模固定至由 五個套部件108a、108b、108c、108e和108f形成的盒狀的冷卻套單元。在直線電動機具有 不同的固定結構的情況下，可以在多個面上設置套部件并且可以增強降溫性能。盡管圖10示出了直線電動機的電樞的分解立體圖，但是由于套部件與第一實施 方式中的套部件類似，因此將不對相應的套部件的接合結構進行詳細說明。圖11是示出了第六實施方式的直線電動機的電樞的正視截面圖，該電樞處于組 裝后的狀態(tài)。圖12是示出圖11所示的直線電動機的電樞中的法蘭部的另一個接合示例的 正視圖。在圖11所示的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞中，盒狀冷卻套單元通過作為 分隔部件的法蘭123以粘接的方式固定至基座110。另選地，與圖11所示的其中盒狀冷卻套單元以粘接的方式固定至法蘭123的結構 不同的是，圖12示出了利用例如CFRP將盒狀冷卻套單元與法蘭123彼此一體地形成的示 例。與圖11所示的結構相比，圖12所示的結構能夠增加電樞的強度。在冷卻套單元的角 部中，在與推力方向垂直的方向上設置了碳纖維，使得即使按照水平姿態(tài)使用電樞也足夠 支承電樞的質量。(第七實施方式)圖13是示出了根據(jù)本發(fā)明第七實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖。圖14是圖13所示的電樞的前視截面圖。第七實施方式與第六實施方式的不 同之處在于如圖13和圖14所示，通過樹脂注模IM初步地結合了電樞繞組103和基座 110，然后利用盒狀冷卻套單元108來覆蓋電樞繞組103和基座110。更具體地說，在樹脂注模IM與左冷卻套108a、右冷卻套108b和下冷卻套108c之 間設置有氣隙125，如圖1所示。從圖13可看出，在樹脂注模IM與端套部件108e之間也 設置有氣隙125。在氣隙125中填充了具有高熱導率的密封劑或彈性樹脂125’。如圖13和圖14所示，在第七實施方式中在樹脂注模124與冷卻套單元108之間 設置氣隙125確保了即使樹脂注模124由于電樞繞組103的溫度急劇升高而膨脹也可以由 氣隙125吸收該膨脹。這消除了向冷卻套單元108施加應力的可能性。此外，在樹脂注模 124與冷卻套單元108之間的氣隙125中填充的具有高熱導率的密封劑或彈性樹脂有助于 提高從電樞繞組103至冷卻劑的熱傳遞，這使得可以避免冷卻效率降低。這擴展了電樞繞 組103中的溫度上升的許可范圍，因此提高了直線電動機的推力性能。
(第八實施方式)圖15是示出了根據(jù)本發(fā)明第八實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖。第八實施方式與第六和第七實施方式的不同之處在于在安裝了其中具有多 個冷卻劑流動通路的冷卻套單元的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機中，在電樞繞組103的相對 側表面與基座110之間設置了第四加強部件126，并且通過樹脂注模IM將第四加強部件 126固定至電樞繞組103。在第八實施方式中，如圖15所示，第四加強部件1 設置在電樞繞組103的相對 側表面與基座110之間。這使得可以增強電樞的剛性和抗震性。通過在電樞繞組103之間 以及在電樞的縱向相對的端部設置第四加強部件126，可以預期進一步增強的加強效果。(第九實施方式)圖16是示出了根據(jù)本發(fā)明第九實施方式的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機的電樞的 側視截面圖。第九實施方式與第八實施方式的不同之處在于在安裝了其中具有多個冷卻 劑流動通路的冷卻套單元的經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機中，在相鄰的繞線之間的上部空間 與基座110之間設置了各自具有大體上V型的尖端的第五加強部件127，并且通過樹脂注模 1 將第五加強部件127固定至電樞繞組103。如圖16所示，在第九實施方式中在上部的繞線間的空間與基座110之間設置第五 加強部件127確保了即使由于電樞繞組103的間隙較窄而不能在電樞繞組103之間設置加 強部件時也能夠增強電樞的剛性和抗震性。(第十實施方式)圖17是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實施方式的冷卻套單元的立體圖。圖18A是示出 了具有冷卻劑入口 206的第一塊204的分解立體圖，并且圖18B是示出了具有冷卻劑出口 207的第二塊205的分解立體圖，第一和第二塊204和205是圖17所示的冷卻套單元的組 成部分。圖19是示出了根據(jù)本發(fā)明第十實施方式的電樞的前視截面圖，在該圖中，電樞的 接合方向與第六實施方式中的結合方向相反。示出第十實施方式是為了更具體地說明圖10 所示的第六實施方式。如圖17所示，第十實施方式的冷卻套單元208包括具有冷卻劑入口 206的第一塊 204和具有冷卻劑出口 207的第二塊205，第一塊204和第二塊205這兩者被設置在冷卻套 單元208的縱向相對的端部。第一塊204和第二塊205中的每一個都被配備了用于暫時阻 礙冷卻劑流動的隔板228、冷卻劑槽部229以及冷卻劑連通槽230。換言之，第十實施方式 采用了能夠確保冷卻劑的平滑流入及流出的迷宮式結構。接著，將對第一塊204和第二塊205的操作進行說明。參照圖17，首先在第一塊204的冷卻劑槽部229中累積從第一塊204的冷卻劑入 口 206進入的冷卻劑。接著，從圖18A可見，冷卻劑越過隔板2 流向冷卻劑連通槽230。 冷卻劑穿過冷卻劑連通孔231而分布至第一冷卻套208a、第二冷卻套208b和第三冷卻套 208c。之后，如圖18B所示，冷卻劑穿過第二塊205的冷卻劑連通孔231而積聚在冷卻劑 連通槽230中。因此，積聚的冷卻劑流過隔板228，并且穿過冷卻劑槽部209從冷卻劑出口 207排出。換言之，如果冷卻劑不流過設置在第二塊205中的隔板228，則不能向冷卻劑出 口 207排出冷卻劑。此外，如圖19所示，隔板觀延伸至比冷卻劑連通孔231高的高度。因此，冷卻劑被填充在整個流動通路中。類似地，通過調整隔板2 的高度，可以以冷卻劑來填充第二冷 卻套208b。上述的迷宮結構被設置在冷卻劑出口側以及冷卻劑入口側。因此，即使冷卻劑 入口與冷卻劑出口交換，冷卻劑也按照相同的原理填充在整個流動通路中。這可以有助于 使組件標準化以及提高工作的便捷性。前述說明涉及電樞按照圖19所示的姿態(tài)接合的情況。如果反轉電樞的接合姿態(tài)， 則冷卻劑入口和冷卻劑出口位于比整個流動通路高的位置處。在這種情況下，無論迷宮結 構如何，冷卻劑都填充在整個流動通路中。這使得可以任意地設置電樞的接合姿態(tài)。(第十一實施方式)圖20是示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實施方式的直線電動機的場磁體單元的平視截 面圖。在圖20中，附圖標記“16”表示軛，附圖標記“17”表示場生成永磁體，附圖標記“17a” 表示主磁極磁體，附圖標記“17b”表示副磁極磁體，并且附圖標記“18”表示氣隙。箭頭“20” 表示磁場方向。場生成永磁體17具有Halbach陣列結構，在該Halbach陣列結構中，主磁極磁體 17a與副磁極磁體17b沿著電樞的延伸方向交替地排布在軛16上。氣隙18形成在軛16的 與副磁極磁體17b相對應的區(qū)域中，氣隙18的寬度WB小于副磁極磁體17b的寬度W。圖21是示出了根據(jù)本發(fā)明第十一實施方式的直線電動機的場磁體單元的另一示 例的平視截面圖。在圖21中，附圖標記“19”表示無磁性部件。在圖21所示的場磁體單元中，使用由與永磁體17和軛16的材料不同的材料制成 的無磁性部件19來替換圖20所示的軛16的氣隙18。利用上述配置的第十一實施方式，在不損害具有Halbach陣列結構的場磁體單元 的直線電動機的推力增強特性和推力變化降低特性的情況下，可以使場磁體單元重量較 輕。此外，可以提供能夠降低電樞的發(fā)熱量的直線電動機。無磁性部件19可以由比軛16和永磁體17的材料更輕的任意材料(例如，樹脂、 陶瓷或者如鈦等的金屬)制成。 盡管以上單獨說明了本發(fā)明的各個實施方式，但是可以對第一至第十一實施方式 中的兩個或更多個實施方式進行組合。 盡管已經(jīng)針對實施方式示出和描述了本發(fā)明，但是本領域普通技術人員將理解的 是，在不脫離隨后的權利要求所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出多種變化和修改。
權利要求
1.一種經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該電動機包括電樞，該電樞包括電樞繞組和被設置為包圍所述電樞繞組的冷卻套單元，所述冷卻套 單元包括四個冷卻套和兩個端塊，所述四個冷卻套限定了與所述電樞的延伸方向平行的四 個側面，所述兩個端塊限定了所述電樞的延伸方向上的兩個相對的端面，所述冷卻套和所 述端塊彼此連接為盒形，所述冷卻套中的每一個都具有將要被供應冷卻劑的內(nèi)部空間；和場磁體單元，該場磁體單元包括由鐵磁材料制成的軛和設置在所述軛上的永磁體，所 述電樞與所述場磁體單元中的一個相對于另一個進行相對移動。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動機，其中，所述冷卻套中的每一個都具有平板形狀并且 包括限定在其自身中的多個冷卻劑流動通路。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電動機，其中，所述冷卻套中的每一個都由纖維增強塑 料、陶瓷或無磁性不銹鋼制成。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的電動機，其中，所述端塊分別包括冷卻劑入口和冷卻劑出
5.根據(jù)權利要求1或2所述的電動機，其中，所述冷卻套中的每一個都包括限定了所述 內(nèi)部空間的內(nèi)壁和外壁、設置在所述內(nèi)壁中的第一加強部件和設置在所述外壁與相應的第 一加強部件之間的第二加強部件，所述第一加強部件的熱導率高于所述內(nèi)壁的熱導率，所 述第二加強部件的熱導率低于所述第一加強部件的熱導率。
6.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述第一加強部件和對應的第二加強部件以 粘接的方式彼此固定。
7.根據(jù)權利要求6所述的電動機，其中，所述第一加強部件中的每一個都包括在所述 第一加強部件的周圍部分形成的法蘭部；固定至所述冷卻套中的每一個的所述內(nèi)壁的插入 螺母；以及穿過所述法蘭部而擰緊至相對應的插入螺母的螺栓，該螺栓將所述第一加強部 件固定至所述冷卻套中的每一個的所述內(nèi)壁。
8.根據(jù)權利要求7所述的電動機，其中，所述第一加強部件中的每一個都包括流動通 路側表面和在所述流動通路側表面上形成的凹入部，所述第二加強部件中的每一個都包括 用來與相對應的第一加強部件的所述凹入部咬合的突出部，附加的插入螺母以粘接的方式 固定至所述突出部，并且一螺栓從相對應的冷卻套的所述外壁擰緊至所述附加的插入螺 母。
9.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述第一加強部件和所述第二加強部件被布 置在沿所述電樞繞組中的每一個的周圍的指定位置處。
10.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述第一加強部件和所述第二加強部件被布 置為在所述電樞的延伸方向上橫跨所述電樞繞組延伸。
11.根據(jù)權利要求5所述的電動機，其中，所述第一加強部件中的每一個都由包含沿厚 度方向取向的纖維的纖維增強塑料、填充了具有高熱導率的填料的樹脂材料或者無磁性金 屬制成。
12.根據(jù)權利要求4所述的電動機，其中，所述第一塊和所述第二塊中的每一個都具有 迷宮式結構，該迷宮式結構具有用來阻礙所述冷卻劑的流動的隔板。
13.根據(jù)權利要求1所述的電動機，其中，所述永磁體包括主磁極磁體和副磁極磁體， 所述主磁極磁體和所述副磁極磁體沿著所述電樞的延伸方向交替地布置在所述軛上以具有Halbach陣列結構。
14.根據(jù)權利要求1或13所述的電動機，其中，所述軛包括與所述副磁極磁體對齊地形 成的氣隙，所述氣隙的寬度小于所述副磁極磁體的寬度。
15.根據(jù)權利要求14所述的電動機，其中，所述軛包括設置在所述氣隙中并由不同于 所述永磁體和所述軛的材料制成的無磁性部件。
16.一種經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該電動機包括電樞，該電樞包括電樞繞組和被設置為包圍所述電樞繞組的冷卻套單元，所述冷卻套 單元包括限定了與所述電樞的延伸方向平行的三個側面的三個冷卻套、限定了與所述電樞 的延伸方向平行的一個側面的平板狀的基座以及限定了所述電樞的延伸方向上的兩個相 對的端面的兩個端塊，所述冷卻套和所述端塊彼此連接為盒形，所述冷卻套中的每一個都 具有將要被供應冷卻劑的內(nèi)部空間；和場磁體單元，該場磁體單元包括由鐵磁材料制成的軛和設置在所述軛中的永磁體，所 述電樞與所述場磁體單元中的一個相對于另一個進行相對移動。
17.根據(jù)權利要求16所述的電動機，其中，所述冷卻套單元還包括將所述冷卻套連接 至所述基座的法蘭。
18.根據(jù)權利要求17所述的電動機，其中，所述冷卻套和所述法蘭由碳纖維一體地制成。
19.根據(jù)權利要求16所述的電動機，其中，所述電樞繞組和所述基座通過樹脂模塑初 步集成為一體，然后由所述冷卻套來覆蓋，在所述基座與所述冷卻套之間留有氣隙，所述氣 隙被填充了具有提高的熱導率的密封劑或者彈性樹脂。
20.根據(jù)權利要求19所述的電動機，其中，所述電樞還包括設置在所述電樞繞組與所 述基座之間的加強部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及經(jīng)冷卻劑冷卻的直線電動機，該直線電動機包括電樞，該電樞包括電樞繞組和被設置為包圍該電樞繞組的冷卻套單元，該冷卻套單元包括四個冷卻套和兩個端塊，該四個冷卻套限定了與電樞的延伸方向平行的四個側面，兩個端塊限定了所述電樞的延伸方向上的兩個相對的端面，冷卻套和端塊彼此連接為盒形，各個冷卻套都具有將要被供應冷卻劑的內(nèi)部空間；和場磁體單元，該場磁體單元包括由鐵磁材料制成的軛和設置在該軛中的永磁體，電樞與場磁單元中的一個相對于另一個進行相對移動。
文檔編號H02K41/02GK102136787SQ20111002889
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月26日 優(yōu)先權日2010年1月26日
發(fā)明者吉田秀作, 山岸俊幸, 渡邊和也, 田邊政彥 申請人:株式會社安川電機