经冷却剂冷却的直线电动机的制作方法

专利名称：经冷却剂冷却的直线电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及经冷却剂冷却的直线电动机。
背景技术：
传统方式中，已经提出了一种在工厂自动化设备中使用以驱动半导体曝光装置或 液晶曝光装置的载物台(stage)或进给机床的工作台的直线电动机。为了实现进给操作或 处理操作的速度和精度的提高，直线电动机包括组成场磁体的永磁体和具有面对磁空间中 的永磁体的磁极表面的电枢绕组的电枢。直线电动机的电枢包括电枢绕组、用于放置电枢绕组并将其固定在适当位置的基 板、用于将基板固定在适当的位置的框架(frame)以及用于密封该框架的盖。该框架包括 了在其中央区域形成的大型冷却剂槽。电枢绕组被容纳在该冷却剂槽内。冷却剂槽的侧表 面被盖密封住。该框架设置有冷却剂入口和冷却剂出口。在该框架的芯内，形成了分别连 通冷却剂入口和冷却剂出口的冷却剂进入通路和冷却剂输出通路(例如，参见日本专利申 请公开 No. 2006-121813)。然而，在传统的直线电动机的电枢中，在框架的冷却剂槽中限定的电枢绕组安装 空间从电磁方面而言不是必须的。这导致包括了框架的电枢的整体体积增大，使得在电枢 中产生推力。因此，难以增加每单位体积的推力(或者推力密度)。为了增加电枢的每单位 体积的推力，需要使直线电动机刚性高且重量轻。从缩小尺寸和增强强度的角度来看，已知充当冷却剂槽的框架或冷却套 (coolantjacket)是由纤维树脂材料制成的。纤维树脂材料在平面方向上表现出高的热导 率。然而，纤维树脂材料在厚度方向上的热导率仅取决于基础树脂而不取决于纤维。因此， 纤维树脂材料在厚度方向上表现出下降的热导率。这使得难以将电枢绕组中产生的热传递 给保存在冷却剂槽中的冷却剂，导致冷却性能不足。在电枢绕组承受急剧的温度升高的情况下，电枢绕组热膨胀。相反，冷却套一直被 冷却剂冷却，因此承受有限的温度升高并表现出较小的热膨胀。由于热膨胀的差异，在电枢 绕组和冷却套之间产生了内部应力。同时，通过改变场磁体的形状，能够使直线电动机重量轻。然而，在这种情况下，场 磁体中产生的磁场减小。此外，如果将场磁体用作可移动体，则增大了流过电枢的电流。这 导致在电枢中产生的热量增加。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种经冷却剂冷却的直线电动机，该直线电动机能够 在不降低电枢的推力密度和场磁体单元中产生的磁场的情况下享有增强的温度性能、表现 出提高的冷却效率并实现提高的刚性和减轻的重量。根据本发明一个方面，提供了一种经冷却剂冷却的直线电动机，该直线电动机包 括电枢，该电枢包括电枢绕组和被布置成包围所述电枢绕组的冷却套单元，所述冷却套单元包括限定了与所述电枢的延伸方向平行的四个侧面的四个冷却套和限定了在所述电枢 的延伸方向上相对的两个端面的两个端块，所述冷却套和所述端块彼此连接为盒形，所述 冷却套中的每一个都具有将要被供应冷却剂的内部空间；和场磁体单元，该场磁体单元包 括由铁磁材料制成的轭和设置在所述轭中的永磁体，所述电枢与所述场磁体单元中的一个 相对于另一个进行相对移动。 所述冷却套中的每一个都可以具有平板形状，并包括在所述冷却套中限定的多个 冷却剂流动通路。 所述冷却套中的每一个都可以由纤维增强塑料、陶瓷或无磁性不锈钢制成。所述端块可以分别包括冷却剂入口和冷却剂出口。所述冷却套中的每一个都可以包括限定了所述内部空间的内壁和外壁、设置在所 述内壁中的第一加强部件以及设置在所述外壁和相应的第一加强部件之间的第二加强部 件，所述第一加强部件在热导率方面高于所述内壁，所述第二加强部件在热导率方面低于 所述第一加强部件。所述第一加强部件和对应的第二加强部件可以通过粘接的方式彼此固定。所述第一加强部件中的每一个都可以包括在所述第一加强部件的周围部分处形 成的法兰部；被固定至所述冷却套中的每一个的所述内壁的插入螺母；以及穿过所述法兰 部而被拧紧到相对应的插入螺母的螺栓，该螺栓将所述第一加强部件固定至所述冷却套中 的每一个的所述内壁。所述第一加强部件中的每一个都可以包括流动通路侧表面和在所述流动通路侧 表面上形成的凹入部，所述第二加强部件中的每一个都包括用于与相对应的第一加强部件 的所述凹入部咬合的突出部，附加的插入螺母通过粘接的方式固定至所述突出部，并且一 螺栓从相对应的冷却套的所述外壁被拧紧到所述附加的插入螺母。所述第一加强部件和所述第二加强部件可以被设置在沿所述电枢绕组中的每一 个的周围的指定位置处。所述第一加强部件和所述第二加强部件可以被设置为在所述电枢的的延伸方向 上横跨所述电枢绕组延伸。所述第一加强部件中的每一个都可以由包含沿厚度方向取向的纤维的纤维增强 塑料、填充了高热导率的填料的树脂材料或无磁性金属制成。所述电枢绕组和基座可以通过树脂模塑而初步集成为一体，然后被所述冷却套覆 盖，并且在所述基座与所述冷却套之间留有气隙，所述气隙被具有提高的热导率的密封剂 或者弹性树脂填充。 所述电枢还可以包括设置在所述电枢绕组与所述基座之间的加强部件。所述第一块和所述第二块中的每一个都具有迷宫式结构，该迷宫式结构具有用来 阻碍所述冷却剂的流动的隔板。所述永磁体可以包括沿着所述电枢的延伸方向交替布置在所述轭上以具有 Halbach阵列结构的主磁极磁体和副磁极磁体。所述轭可以包括与所述副磁极磁体对准地形成的气隙，所述气隙的宽度小于所述 副磁极磁体的宽度。所述轭包括被布置在所述气隙中并由不同于所述永磁体和所述轭的材料制成的无磁性部件。根据本发明另一个方面，提供了一种经冷却剂冷却的直线电动机，该直线电动机 包括电枢，该电枢包括电枢绕组和被布置为包围所述电枢绕组的冷却套单元，所述冷却套 单元包括限定了与所述电枢的延伸方向平行的三个侧面的三个冷却套、限定了与所述电枢 的延伸方向平行的一个侧面的平板形状的基座以及限定了所述电枢的延伸方向上的两个 相对的端面的两个端块，所述冷却套和所述端块彼此连接成盒形，所述冷却套中的每一个 都具有将要被供应冷却剂的内部空间；和场磁体单元，该场磁体单元包括由铁磁材料制成 的轭和布置在所述轭中的永磁体，所述电枢与所述场磁体单元中的一个相对于另一个进行 相对移动。所述冷却套单元还可以包括将所述冷却套连接至所述基座的法兰。所述冷却套和所述法兰可以由碳纤维一体地制成。根据本发明，在所述电枢中没有设置框架。这样能够使绕组线容纳空间变宽，这非 常有助于提高直线电动机的性能和推力密度。冷却套由包含玻璃纤维或碳纤维的纤维增强 塑料、陶瓷或作为无磁性金属中的一种的不锈钢制成。这有助于使得所述冷却套刚性非常
高并且重量轻。此外，可以高效地将热从所述电枢绕组传送至所述冷却剂，从而抑制所述冷却套 的外表面上的温度升高并且提高冷却效率。此外，可以吸收由于所述电枢绕组的温度的急剧升高而产生的内部应力，从而避 免冷却效率的下降。并且，可以增强所述电枢的刚性和防震性能。此外，即使当在所述直线电动机中任意设置所述电枢的接合姿态时，也可以保持 冷却效率不变。此外，可以减轻所述场磁体单元的重量，并且增加所述场磁体单元的每单位质量 的推力。由于驱动所述电枢过程中所需的推力减小，所以可以减少所述电枢的发热量。


根据结合附图给出的实施方式的如下说明，本发明的以上和其它的目的和特征将 变得明显，在附图中图1是示出了根据本发明第一实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的立体图；图2A是示出了在第一实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机中采用的电枢的分 解立体图，图2B是图2A中用“A”表示的区域的部分放大立体图；图3是示出了根据本发明第二实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 截面图；图4是示出了直线电动机的电枢绕组与冷却套单元的加强部件之间的位置关系 的顶视图；图5是示出了根据本发明第三实施方式的加强部件的固定部的放大侧视截面图；图6是示出了根据本发明第四实施方式的加强部件的固定部的放大侧视截面图；图7是示出了根据本发明第五实施方式的多个加强部件的平面图，该多个加强部 件被布置在冷却套单元内部且沿着电枢的延伸方向直线延伸；
图8是图7中用“B”表示的区域的放大图，其示出了加强部件与电枢绕组之间的 位置关系；图9是示出了根据本发明第六实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的立体图；图10是示出了在第六实施方式的直线电动机中采用的电枢的分解立体图；图11是示出了第六实施方式的直线电动机的电枢的前视截面图，该电枢处于组 装状态；图12是示出了直线电动机的电枢中的法兰部的另一个接合示例的前视截面图；图13是示出了根据本发明第七实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图；图14是图13所示的电枢的前视截面图；图15是示出了根据本发明第八实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图；图16是示出了根据本发明第九实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图；图17是示出了根据本发明第十实施方式的冷却套单元的立体图；图18A是示出了作为图17所示的冷却套单元的组成部分中的一个的具有冷却剂 入口的第一块的分解立体图，而图18B是示出作为图17所示的冷却套单元的组成部分中的 另一个的具有冷却剂出口的第二块的分解立体图；图19是示出了根据本发明第十实施方式的电枢的前视截面图，其中，限制了电枢 的接合方向；图20是示出了根据本发明第十一实施方式的直线电动机的场磁体单元的平视截 面图；以及图21是示出了根据本发明第十一实施方式的直线电动机的场磁体单元的另一示 例的平视截面图。
具体实施例方式现在将参照构成本发明实施方式的一部分的附图来描述本发明的实施方式。(第一实施方式)图1是示出根据本发明第一实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的立体图。在 图1中，附图标记“1”表示电枢，附图标记“2”表示基座，附图标记“3”表示电枢绕组，附图 标记“8”表示冷却套单元，附图标记“ 15”表示场磁体单元，附图标记“ 16”表示轭，附图标 记“ 16a”表示轭固定板，并且附图标记“ 17”表示场生成永磁体。参照图1，经冷却剂冷却的直线电动机包括电枢1(所谓的平板型直线电动机电 枢)和场磁体单元15。电枢1包括基板2、固定到基板2的电枢绕组3和被设置成包围电 枢绕组3的冷却套单元8。场磁体单元15被设置为包围电枢1的冷却套单元8并与冷却套 单元8间具有气隙。场磁体单元15包括由铁磁材料制成的轭16和多个场生成永磁体17， 该多个场生成永磁体17被沿着直线电动机的移动方向排布并固定至轭16。轭16由轭固定 板16a支承。在图1所示的直线电动机的结构中，电枢1是固定单元，并且场磁体单元15是能
7够相对于电枢1移动的可移动单元。另选地，相对于被用作固定单元的场磁体单元15，电枢 1可以用作可移动单元。图2A是示出了在第一实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机中采用的电枢的分 解立体图，图2B是图2A中用“A”表示的区域的部分放大立体图。如图2A和图2B所示，冷却套单元8包括第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d以及 第一和第二块4和5，其中，第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d被设置为包围电枢绕组3并 限定电枢1的与电枢1的延伸方向平行的四个侧面，第一和第二块4和5限定了电枢1的 在电枢1的延伸方向上的两个相对的端面。冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个都具有内壁 和外壁，内壁和外壁限定了将被提供冷却剂的内部空间。通过按照相互相对的关系来设置 第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d以及第一和第二块4和5，冷却套单元8形成为具有盒状 的结构。冷却套单元8被形成为平板形，并且由例如包含玻璃纤维或碳纤维的纤维增强塑 料(即，碳纤维增强塑料(CFRP)或玻璃纤维增强塑料(GFRP))、陶瓷或如无磁性的不锈钢的 无磁性金属制成，从而使得冷却套单元8具有很高的刚性。具体地说，在图2A所示的盒状冷却套单元8中，在第一至第四冷却套8a、8b、8c和 8d的纵向相对的端部处设置了具有冷却剂入口 6的第一块4和具有冷却剂出口 7的第二块 5，使得冷却剂能够(在电枢1的延伸方向上)从冷却套单元8的一个端部朝向冷却套单元 8的另一个端部流动。第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d的冷却剂流动通路的入口与第一 块4的冷却剂入口 6连通，而第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d的冷却剂流动通路的出口 与第二块5的冷却剂出口 7连通。第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d的通孔hi与在第一 块4和第二块5的上表面、下表面、左表面和右表面上形成的螺纹孔h2对准。螺栓M通过 通孔hi插入并被拧紧到螺纹孔h2中，从而将第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d固定至第 一块4和第二块5。如图2B所示，0环9被设置在第一块4与第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d之间， 以确保冷却剂入口 6周围的冷却剂流动通路的流体密封性。类似地，0环9被设置在第二块5与第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d之间，以确 保图2A所示的冷却剂出口 7周围的冷却剂流动通路的流体密封性。可以使用0环之外的 任意密封部件来提高冷却剂流动通路的流体密封性。可以像第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d那样将具有冷却剂入口 6的第一块4和 /或具有冷却剂出口 7的第二块5形成为平板形状。并且，第一块4和第二块5可以不配备 冷却剂入口和冷却剂出口，而仅作为将冷却套单元8保持为盒状形状的固定部件。在这种 情况下，向第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个提供冷却剂入口和冷却剂出口，使 得冷却剂能够独立地流动通过第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d。接着，将对经冷却剂冷却的直线电动机的操作进行说明。参照图2A，从第一块4的冷却剂入口 6进入的冷却剂流动通过在第一块4中形成 的冷却剂流动通路，并且分布至包围电枢绕组3并限定电枢1的与电枢1的延伸方向平行 的四个侧面的第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中。流动通过第一至第四冷却套8a、8b、8c 和8d的冷却剂在第二块5中聚集起来，并通过冷却剂出口 7排出。在此过程中，流过第一 至第四冷却套8a、8b、8c和8d的冷却剂散发了在电枢绕组3中产生的热。常规的经冷却剂冷却的直线电动机的缺点在于直线电动机的隔热可靠性受到冷却剂本身的隔热性能的影响，并且其缺点还在于由于使用框架将电枢绕组保持在适当的位 置而使绕组空间受到牺牲。然而，在本实施方式中，不需要使用框架来将电枢绕组保持在中 央区域。这成比例地增加了用来容纳电枢绕组的空间。与常规的直线电动机不同，冷却套 单元的用来覆盖电枢绕组的冷却套被设置在电枢1的四个侧面上，使得能够以增强的冷却 效率来冷却与电枢的延伸方向平行的所有四个侧面。这可以提高经冷却剂冷却的直线电动 机的降温性能。这还有助于提高直线电动机的性能和推力密度。此外，通过使用诸如CFRP、陶瓷或无磁性不锈钢的材料，可以避免冷却套单元的刚 性下降。(第二实施方式)图3是沿着图1中的线III-III截取的截面图，其示出了根据本发明第二实施方 式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢。第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个都具有在其自身中限定的冷却剂流 动通路11。并且，第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个都包括设置在其自身内壁 上的第一加强部件12和设置在其自身外壁上的第二加强部件13。第一加强部件12在热导 率方面高于冷却套8a、8b、8c和8d的壁。第二加强部件13在热导率方面低于第一加强部 件12。第一加强部件12和第二加强部件13通过粘接或其它固定方法固定至冷却套8a、 8b、8c和8d。因此，第一加强部件12由在其厚度方向上具有增强的高热导率的材料制成， 这些材料例如为包含沿厚度方向取向的纤维的CFRP、填充了高热导率的填料的树脂材料、 无磁性金属等。因此，第一加强部件12能够高效地将电枢绕组3的热量传递至冷却剂。通 过将由热导率比第一加强部件12的热导率低的材料(如树脂等)制成的第二加强部件13 设置在第一加强部件12与第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个的外壁之间，可以 限制热量传递至外壁，从而抑制第一至第四冷却套8a、8b、8c和8d的外壁上的温度升高。图4是例示了经冷却剂冷却的直线电动机的电枢绕组中的每一个与冷却套的第 一加强部件12之间的位置关系的顶视图，在该图中去除了上部的套8a和第二加强部件13。如图4所示，第一加强部件12具有圆形横截面并沿着电枢绕组3中的每一个的周 围布置在指定位置(图4中未示出第二加强部件1 。这种布置有助于增加热传递面积，从 而可以高效地将热从电枢绕组3传递至冷却剂。此外，第一加强部件12的这种布置使得可 以对平板形状的冷却套8a、8b、8c和8d进行可靠地加强，冷却套8a、8b、8c和8d中的每一 个都与冷却剂流动通路11具有很窄的间隙。另选地，第一加强部件12可以具有矩形截面 而不是圆形截面。这对于第二加强部件13也同样成立。(第三实施方式)图5是示出了根据本发明第三实施方式将第一加强部件12中的每一个固定至第 一至第四冷却套8a、8b、8c和8d中的每一个的结构的放大的侧视截面图，在该图中代表性 地例示了冷却套8a。第三实施方式与第二实施方式的不同之处在于第一加强部件12中的每一个都 配备了位于该加强部件的外围部分的法兰部12a、在与冷却剂流动通路11相对的一侧被固 定至冷却套8a的内壁上的插入螺母14a以及穿过法兰部1 被拧紧至相应的螺母14a以 将第一加强部件12中的每一个固定至冷却套8a的内壁的螺钉14b。第一加强部件12、第二加强部件13和冷却套8a的外壁彼此以粘接的方式接合起来。0环9’被设置在第一加强 部件12中的每一个的法兰部1 与冷却套8a的内壁之间，以确保冷却剂流动通路11的流 体密封性。这样，第一加强部件12和冷却套8a以机械方式彼此固定，而无需借助于粘接。这 样可以确保冷却剂流动通路11的提高的流体密封性。可以使用0环9’之外的任何密封部 件以确保冷却剂流动通路11的流体密封性。尽管在本实施方式中使用螺母1 将第一加 强部件12中的每一个固定至冷却套8a的内壁，但是不使用螺母而是通过将螺钉14b直接 固定至冷却套8a的内壁，可以将第一加强部件12固定至冷却套8a的内壁。(第四实施方式)图6是示出了根据本发明第四实施方式将第二加强部件13中的每一个固定至第 一至第四冷却套8a、8b、8c和8d的结构的放大的侧视截面图，在该图中代表性地例示了冷 却套8a。第四实施方式与第三实施方式的不同之处在于第一加强部件12中的每一个都 具有在冷却剂流动通路11的旁边形成在第一加强部件12的表面中的凹入部12b，在第二加 强部件13中的每一个中形成有用于与凹入部12b咬合的突出部13a，插入螺母14a’通过粘 合剂初步固定在突出部13a的下沉部分中，以及螺钉14b’从冷却套8a的外壁拧紧至插入 螺母Ha’。这样可以比第三实施方式更可靠和更牢固地将第二加强部件13固定在冷却套8a 的外壁与第一加强部件12之间。即使从冷却套8a的外壁将螺钉14b’拧紧，也可以限制热 从电枢绕组3传递至冷却套8a的表面。将第一加强部件12中的每一个固定至冷却套8a 的内壁的方法与第三实施方式中采用的方法相同。此外，也使用了 0环9’来确保冷却剂流 动通路11的流体密封性。(第五实施方式)图7是示出了根据本发明第五实施方式的多个第三加强部件的平面图，该多个第 三加强部件被布置在各个冷却套内部且沿着电枢的延伸方向直线延伸。图8是图7中用 “B”表示的区域的放大图，其示出了第三加强部件与电枢绕组之间的位置关系。第五实施方式与第二至第四实施方式的不同之处在于取代了第二至第四实施方 式的第一加强部件12和第二加强部件13，多个第三加强部件22沿着电枢1的延伸方向直 线延伸，并且在这些第三加强部件22之间限定了多个冷却剂流动通路11，如图7所示。因 此，从示出了第三加强部件22与电枢绕组3之间的位置关系的图8中可以看出，第三加强 部件22被设置为横跨电枢绕组3延伸。第三加强部件22中的每一个都可以由诸如第一和 第二加强部件12和13的具有不同热导率的两个不同部件形成。如图7和图8所示，与其中沿着电枢绕组3中的每一个布置第一加强部件12和第 二加强部件13的结构不同，通过采用设置在冷却套8a(或8c)内部沿着电枢1的延伸方向 直线延伸的第三加强部22，可以提供多个冷却剂流动通路11。这使得冷却剂的流速增加并 且热传递面积增大，从而使得可以高效地从电枢绕组3向冷却剂传递热，并且可以显著增 强冷却套单元的刚性。(第六实施方式)图9是示出了根据本发明第六实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的立体图。 在图9中，附图标记“ 100”表示电枢，附图标记“ 110”表示基座，附图标记“115”表示场磁
10体单元，附图标记“116”表示轭，并且附图标记“117”表示场生成永磁体。图10是示出了 在第六实施方式的直线电动机中采用的电枢的分解立体图。第六实施方式与第一实施方式的不同之处在于在与电枢的延伸方向平行的四个 侧面中的一个侧面上没有设置一个冷却套而设置了平板状的基座110。此外，尽管在第一实 施方式的直线电动机中采用的电枢是平板状的，但第六实施方式的电枢是所谓的T型。具体地说，如图10所示，经冷却剂冷却的直线电动机的电枢包括电枢绕组103 ； 用来容纳电枢绕组103的盒状的冷却套单元；以及接合至冷却套单元的敞开端的平板形状 或棱柱形状的基座110。冷却套单元包括三个冷却套108a、108b和108c，其用来限定冷却 套单元的与电枢的延伸方向平行的三个侧面；和两个端套部件108e和108f，其用来限定与 电枢的延伸方向平行的冷却套的两个相对的端面。常常出现电枢绕组103粘接至基座102 并在其中连接起来的情况。在本实施方式中，电枢绕组103通过粘接或树脂注模固定至由 五个套部件108a、108b、108c、108e和108f形成的盒状的冷却套单元。在直线电动机具有 不同的固定结构的情况下，可以在多个面上设置套部件并且可以增强降温性能。尽管图10示出了直线电动机的电枢的分解立体图，但是由于套部件与第一实施 方式中的套部件类似，因此将不对相应的套部件的接合结构进行详细说明。图11是示出了第六实施方式的直线电动机的电枢的正视截面图，该电枢处于组 装后的状态。图12是示出图11所示的直线电动机的电枢中的法兰部的另一个接合示例的 正视图。在图11所示的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢中，盒状冷却套单元通过作为 分隔部件的法兰123以粘接的方式固定至基座110。另选地，与图11所示的其中盒状冷却套单元以粘接的方式固定至法兰123的结构 不同的是，图12示出了利用例如CFRP将盒状冷却套单元与法兰123彼此一体地形成的示 例。与图11所示的结构相比，图12所示的结构能够增加电枢的强度。在冷却套单元的角 部中，在与推力方向垂直的方向上设置了碳纤维，使得即使按照水平姿态使用电枢也足够 支承电枢的质量。(第七实施方式)图13是示出了根据本发明第七实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图。图14是图13所示的电枢的前视截面图。第七实施方式与第六实施方式的不 同之处在于如图13和图14所示，通过树脂注模IM初步地结合了电枢绕组103和基座 110，然后利用盒状冷却套单元108来覆盖电枢绕组103和基座110。更具体地说，在树脂注模IM与左冷却套108a、右冷却套108b和下冷却套108c之 间设置有气隙125，如图1所示。从图13可看出，在树脂注模IM与端套部件108e之间也 设置有气隙125。在气隙125中填充了具有高热导率的密封剂或弹性树脂125’。如图13和图14所示，在第七实施方式中在树脂注模124与冷却套单元108之间 设置气隙125确保了即使树脂注模124由于电枢绕组103的温度急剧升高而膨胀也可以由 气隙125吸收该膨胀。这消除了向冷却套单元108施加应力的可能性。此外，在树脂注模 124与冷却套单元108之间的气隙125中填充的具有高热导率的密封剂或弹性树脂有助于 提高从电枢绕组103至冷却剂的热传递，这使得可以避免冷却效率降低。这扩展了电枢绕 组103中的温度上升的许可范围，因此提高了直线电动机的推力性能。
(第八实施方式)图15是示出了根据本发明第八实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图。第八实施方式与第六和第七实施方式的不同之处在于在安装了其中具有多 个冷却剂流动通路的冷却套单元的经冷却剂冷却的直线电动机中，在电枢绕组103的相对 侧表面与基座110之间设置了第四加强部件126，并且通过树脂注模IM将第四加强部件 126固定至电枢绕组103。在第八实施方式中，如图15所示，第四加强部件1 设置在电枢绕组103的相对 侧表面与基座110之间。这使得可以增强电枢的刚性和抗震性。通过在电枢绕组103之间 以及在电枢的纵向相对的端部设置第四加强部件126，可以预期进一步增强的加强效果。(第九实施方式)图16是示出了根据本发明第九实施方式的经冷却剂冷却的直线电动机的电枢的 侧视截面图。第九实施方式与第八实施方式的不同之处在于在安装了其中具有多个冷却 剂流动通路的冷却套单元的经冷却剂冷却的直线电动机中，在相邻的绕线之间的上部空间 与基座110之间设置了各自具有大体上V型的尖端的第五加强部件127，并且通过树脂注模 1 将第五加强部件127固定至电枢绕组103。如图16所示，在第九实施方式中在上部的绕线间的空间与基座110之间设置第五 加强部件127确保了即使由于电枢绕组103的间隙较窄而不能在电枢绕组103之间设置加 强部件时也能够增强电枢的刚性和抗震性。(第十实施方式)图17是示出了根据本发明第十实施方式的冷却套单元的立体图。图18A是示出 了具有冷却剂入口 206的第一块204的分解立体图，并且图18B是示出了具有冷却剂出口 207的第二块205的分解立体图，第一和第二块204和205是图17所示的冷却套单元的组 成部分。图19是示出了根据本发明第十实施方式的电枢的前视截面图，在该图中，电枢的 接合方向与第六实施方式中的结合方向相反。示出第十实施方式是为了更具体地说明图10 所示的第六实施方式。如图17所示，第十实施方式的冷却套单元208包括具有冷却剂入口 206的第一块 204和具有冷却剂出口 207的第二块205，第一块204和第二块205这两者被设置在冷却套 单元208的纵向相对的端部。第一块204和第二块205中的每一个都被配备了用于暂时阻 碍冷却剂流动的隔板228、冷却剂槽部229以及冷却剂连通槽230。换言之，第十实施方式 采用了能够确保冷却剂的平滑流入及流出的迷宫式结构。接着，将对第一块204和第二块205的操作进行说明。参照图17，首先在第一块204的冷却剂槽部229中累积从第一块204的冷却剂入 口 206进入的冷却剂。接着，从图18A可见，冷却剂越过隔板2 流向冷却剂连通槽230。 冷却剂穿过冷却剂连通孔231而分布至第一冷却套208a、第二冷却套208b和第三冷却套 208c。之后，如图18B所示，冷却剂穿过第二块205的冷却剂连通孔231而积聚在冷却剂 连通槽230中。因此，积聚的冷却剂流过隔板228，并且穿过冷却剂槽部209从冷却剂出口 207排出。换言之，如果冷却剂不流过设置在第二块205中的隔板228，则不能向冷却剂出 口 207排出冷却剂。此外，如图19所示，隔板观延伸至比冷却剂连通孔231高的高度。因此，冷却剂被填充在整个流动通路中。类似地，通过调整隔板2 的高度，可以以冷却剂来填充第二冷 却套208b。上述的迷宫结构被设置在冷却剂出口侧以及冷却剂入口侧。因此，即使冷却剂 入口与冷却剂出口交换，冷却剂也按照相同的原理填充在整个流动通路中。这可以有助于 使组件标准化以及提高工作的便捷性。前述说明涉及电枢按照图19所示的姿态接合的情况。如果反转电枢的接合姿态， 则冷却剂入口和冷却剂出口位于比整个流动通路高的位置处。在这种情况下，无论迷宫结 构如何，冷却剂都填充在整个流动通路中。这使得可以任意地设置电枢的接合姿态。(第十一实施方式)图20是示出了根据本发明第十一实施方式的直线电动机的场磁体单元的平视截 面图。在图20中，附图标记“16”表示轭，附图标记“17”表示场生成永磁体，附图标记“17a” 表示主磁极磁体，附图标记“17b”表示副磁极磁体，并且附图标记“18”表示气隙。箭头“20” 表示磁场方向。场生成永磁体17具有Halbach阵列结构，在该Halbach阵列结构中，主磁极磁体 17a与副磁极磁体17b沿着电枢的延伸方向交替地排布在轭16上。气隙18形成在轭16的 与副磁极磁体17b相对应的区域中，气隙18的宽度WB小于副磁极磁体17b的宽度W。图21是示出了根据本发明第十一实施方式的直线电动机的场磁体单元的另一示 例的平视截面图。在图21中，附图标记“19”表示无磁性部件。在图21所示的场磁体单元中，使用由与永磁体17和轭16的材料不同的材料制成 的无磁性部件19来替换图20所示的轭16的气隙18。利用上述配置的第十一实施方式，在不损害具有Halbach阵列结构的场磁体单元 的直线电动机的推力增强特性和推力变化降低特性的情况下，可以使场磁体单元重量较 轻。此外，可以提供能够降低电枢的发热量的直线电动机。无磁性部件19可以由比轭16和永磁体17的材料更轻的任意材料(例如，树脂、 陶瓷或者如钛等的金属)制成。 尽管以上单独说明了本发明的各个实施方式，但是可以对第一至第十一实施方式 中的两个或更多个实施方式进行组合。 尽管已经针对实施方式示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解的 是，在不脱离随后的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以做出多种变化和修改。
权利要求
1.一种经冷却剂冷却的直线电动机，该电动机包括电枢，该电枢包括电枢绕组和被设置为包围所述电枢绕组的冷却套单元，所述冷却套 单元包括四个冷却套和两个端块，所述四个冷却套限定了与所述电枢的延伸方向平行的四 个侧面，所述两个端块限定了所述电枢的延伸方向上的两个相对的端面，所述冷却套和所 述端块彼此连接为盒形，所述冷却套中的每一个都具有将要被供应冷却剂的内部空间；和场磁体单元，该场磁体单元包括由铁磁材料制成的轭和设置在所述轭上的永磁体，所 述电枢与所述场磁体单元中的一个相对于另一个进行相对移动。
2.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述冷却套中的每一个都具有平板形状并且 包括限定在其自身中的多个冷却剂流动通路。
3.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，所述冷却套中的每一个都由纤维增强塑 料、陶瓷或无磁性不锈钢制成。
4.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，所述端块分别包括冷却剂入口和冷却剂出
5.根据权利要求1或2所述的电动机，其中，所述冷却套中的每一个都包括限定了所述 内部空间的内壁和外壁、设置在所述内壁中的第一加强部件和设置在所述外壁与相应的第 一加强部件之间的第二加强部件，所述第一加强部件的热导率高于所述内壁的热导率，所 述第二加强部件的热导率低于所述第一加强部件的热导率。
6.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述第一加强部件和对应的第二加强部件以 粘接的方式彼此固定。
7.根据权利要求6所述的电动机，其中，所述第一加强部件中的每一个都包括在所述 第一加强部件的周围部分形成的法兰部；固定至所述冷却套中的每一个的所述内壁的插入 螺母；以及穿过所述法兰部而拧紧至相对应的插入螺母的螺栓，该螺栓将所述第一加强部 件固定至所述冷却套中的每一个的所述内壁。
8.根据权利要求7所述的电动机，其中，所述第一加强部件中的每一个都包括流动通 路侧表面和在所述流动通路侧表面上形成的凹入部，所述第二加强部件中的每一个都包括 用来与相对应的第一加强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，并且一螺栓从相对应的冷却套的所述外壁拧紧至所述附加的插入螺 母。
9.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述第一加强部件和所述第二加强部件被布 置在沿所述电枢绕组中的每一个的周围的指定位置处。
10.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述第一加强部件和所述第二加强部件被布 置为在所述电枢的延伸方向上横跨所述电枢绕组延伸。
11.根据权利要求5所述的电动机，其中，所述第一加强部件中的每一个都由包含沿厚 度方向取向的纤维的纤维增强塑料、填充了具有高热导率的填料的树脂材料或者无磁性金 属制成。
12.根据权利要求4所述的电动机，其中，所述第一块和所述第二块中的每一个都具有 迷宫式结构，该迷宫式结构具有用来阻碍所述冷却剂的流动的隔板。
13.根据权利要求1所述的电动机，其中，所述永磁体包括主磁极磁体和副磁极磁体， 所述主磁极磁体和所述副磁极磁体沿着所述电枢的延伸方向交替地布置在所述轭上以具有Halbach阵列结构。
14.根据权利要求1或13所述的电动机，其中，所述轭包括与所述副磁极磁体对齐地形 成的气隙，所述气隙的宽度小于所述副磁极磁体的宽度。
15.根据权利要求14所述的电动机，其中，所述轭包括设置在所述气隙中并由不同于 所述永磁体和所述轭的材料制成的无磁性部件。
16.一种经冷却剂冷却的直线电动机，该电动机包括电枢，该电枢包括电枢绕组和被设置为包围所述电枢绕组的冷却套单元，所述冷却套 单元包括限定了与所述电枢的延伸方向平行的三个侧面的三个冷却套、限定了与所述电枢 的延伸方向平行的一个侧面的平板状的基座以及限定了所述电枢的延伸方向上的两个相 对的端面的两个端块，所述冷却套和所述端块彼此连接为盒形，所述冷却套中的每一个都 具有将要被供应冷却剂的内部空间；和场磁体单元，该场磁体单元包括由铁磁材料制成的轭和设置在所述轭中的永磁体，所 述电枢与所述场磁体单元中的一个相对于另一个进行相对移动。
17.根据权利要求16所述的电动机，其中，所述冷却套单元还包括将所述冷却套连接 至所述基座的法兰。
18.根据权利要求17所述的电动机，其中，所述冷却套和所述法兰由碳纤维一体地制成。
19.根据权利要求16所述的电动机，其中，所述电枢绕组和所述基座通过树脂模塑初 步集成为一体，然后由所述冷却套来覆盖，在所述基座与所述冷却套之间留有气隙，所述气 隙被填充了具有提高的热导率的密封剂或者弹性树脂。
20.根据权利要求19所述的电动机，其中，所述电枢还包括设置在所述电枢绕组与所 述基座之间的加强部件。
全文摘要
本发明涉及经冷却剂冷却的直线电动机，该直线电动机包括电枢，该电枢包括电枢绕组和被设置为包围该电枢绕组的冷却套单元，该冷却套单元包括四个冷却套和两个端块，该四个冷却套限定了与电枢的延伸方向平行的四个侧面，两个端块限定了所述电枢的延伸方向上的两个相对的端面，冷却套和端块彼此连接为盒形，各个冷却套都具有将要被供应冷却剂的内部空间；和场磁体单元，该场磁体单元包括由铁磁材料制成的轭和设置在该轭中的永磁体，电枢与场磁单元中的一个相对于另一个进行相对移动。
文档编号H02K41/02GK102136787SQ20111002889
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者吉田秀作, 山岸俊幸, 渡边和也, 田边政彦 申请人:株式会社安川电机