直线电机的制作方法_2

文档序号:8907344阅读:来源:国知局
50上形成有用于贯通螺栓的贯通孔(未图示)。载物台60 向电枢2和多构件组合间隔件50固定的固定结构为例示的结构。因此,所述固定结构不限 于第一实施方式公开的结构。 多构件组合间隔件50包括导热系数不同的两种以上的板状间隔件。 在图1和图2中,多构件组合间隔件50具有导热系数不同的两个板状间隔件51、52。 具体地说,电枢2-侧的间隔件51的材质例如为铝合金(日本工业标准:JISA5052)。A5052的导热系数为137W/m?K。 另一方面,载物台60 -侧的间隔件52的材质例如为不锈钢(日本工业标准:JIS SUS304)。SUS304 的导热系数为 16. 7W/m?K。 此外,在图3和图4中,多构件组合间隔件50包括导热系数不同的三个板状间隔件51、 52、53。 具体地说,电枢2-侧的间隔件51的材质例如为铝合金(日本工业标准:JISA5052)。A5052的导热系数为137W/m?K。 此外,中间的间隔件52的材质例如为不锈钢(日本工业标准JISSUS304)。SUS304的 导热系数为16. 7W/m?K。 另外,载物台60 -侧的间隔件53的材质例如为合成树脂材料(PPS/GF4 :纤维强化聚 亚苯基硫醚)。PPS/GF4的导热系数为0. 3W/m?K。 各间隔件51、52、53的外形尺寸被设定为小于电枢2的外形尺寸。此外,多构件组合 间隔件50所包括的各构件,以间隔件50的导热系数从电枢(动子)2向载物台(可动对象 物)60依次降低的方式配置。 另外,导热系数不同的各间隔件51、52、53的材质为例示的材质。采用的材质不限于例 示的材质。 在载物台60的宽度方向(与直线电机100的可动方向垂直的方向)上的分开的两端, 垂下有脚部65。直线导轨66固定在脚部65的下部。直线导轨66例如通过呈朝向下方的 凹状,与固定在基座11上的凸状的轨道67卡合。轨道67沿直线电机100的可动方向延伸。 直线电机的作用 接着,参照图1至图14说明第一实施方式的直线电机100的作用。 如图1至图4所不,第一实施方式的直线电机100具备励磁部1和电枢2。励磁部1具 备沿所述直线电机100的可动方向(长边方向)排列配置的多个永磁体20。多个永磁体 20以相邻的永磁体20和永磁体20的表面极性彼此不同的方式配置(N,S,N,S,......)。 另一方面,电枢2具有与励磁部1的永磁体20相对配置的多个线圈40。多个线圈40 在直线电机100的长边方向上排列配置。 励磁部1作为定子发挥作用。本实施方式的电枢2作为动子发挥作用。即,在本实施 方式的直线电机100中,流过电枢2的线圈40的电流与励磁部1的永磁体20产生的磁通 交叉。如果永磁体20的磁通与流过电枢2的线圈40的电流交叉,则在本实施方式的直线 电机100中,利用电磁感应作用,在线圈40上产生长边方向的驱动力。其结果,使电枢2沿 长边方向移动。 利用电枢(动子)2,作为可动对象物的载物台60直线运动。在载物台60的宽度方向 上分开的两端的脚部65的下部,固定有直线导轨66。所述直线导轨66以能在固定在基座 11上的凸状的轨道67上移动的方式与轨道67卡合。载物台60通过直线导轨66沿轨道 67被引导。 因此,可以使配置在载物台60上的例如加工装置等应用装置与所述载物台60 -起沿 长边方向平滑地移动。 伴随直线电机100的运转,电枢2的线圈40的温度上升。如果线圈40的温度上升,则 载物台60因热膨胀而对直线导轨66施加负荷。因此,为了延长直线导轨66的寿命,抑制 载物台60的温度上升是重要的。 以往的单个间隔件的温度变化 在此,探讨了以往的直线电机的温度上升的变化。在以往的直线电机中,在电枢与载物 台之间间隔设置有包括单个构件的间隔件(以下称为"单个间隔件")。因此,探索了作为 单个间隔件的最佳材质。可是,因为机械强度、加工性和成本等的制约,能使用的材质受到 限制。作为在现实上能用于单个间隔件的材质,可以例举合成树脂材料、不锈钢和铝合金。 图5是单个间隔件的尺寸、材质和导热系数的说明图。图6是改变以往的直线电机所 包括的单个间隔件的材质时的、直线电机的温度变化的说明图。 在图5和图6中,作为单个间隔件采用了间隔件No. 1、间隔件No. 2和间隔件No. 3时的 线圈的温度上升值分别为0A1、0&和0A3。此外,载物台的温度上升值分别为0B1、0%和 Q U B3° 当单个间隔件从间隔件No. 1变更为间隔件No. 2时,如果将线圈的温度上升的变化量 设为△ 9A2A1、载物台的温度上升的变化量设为△ 9B2B1,则线圈失去的热量和载物台得到的 热量分别用下述计算式(1)和计算式(2)表示。 ?线圈(高温物体)失去的热量:QA1A2=MiQ? ( 0 A2- 0A1)…(1) ?载物台(低温物体)得到的热量:QB1B2=M2 ?C2 ? ( 9 B2- 0B1)…(2) 其中,MpM2分别为线圈和载物台的质量(kg),CpC2分别为线圈和载物台的比热(J/kg?K) 〇 根据热量守恒定律,由于高温物体失去的热量与低温物体得到的热量相等,所以 Qa1A2 - Q B1B2…⑶。 因此,当单个间隔件从间隔件No. 1变更为间隔件No. 2时,载物台温度的变化由下述计 算式⑷表示。
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此外,将ReA1B1定义为单个间隔件为间隔件No. 1时从线圈到载物台的热阻,将R0A2B2定 义为单个间隔件为间隔件No. 2时从线圈到载物台的热阻。于是,使用由间隔件的材质决定 的导热系数A、间隔件的表面积S和间隔件的厚度L,各个热阻分别由下述计算式(5)和计 算式(6)表示。 ?单个间隔件为间隔件No. 1时从线圈到载物台的热阻
其中,间隔件No. 1的表面积为SiOn2),厚度为I^On),材质的导热系数为AJW/m?K)。 ?单个间隔件为间隔件No. 2时从线圈到载物台的热阻
其中,间隔件No. 2的表面积为S2(m2),厚度为L2(m),材质的导热系数为A2(W/m?K)。 当单个间隔件从间隔件No. 1变更为间隔件No. 2时,线圈的温度上升值的变化量由从 所述计算式(5)和计算式(6)导出的下述计算式(7)表示。
另一方面,当单个间隔件从间隔件No. 1变更为间隔件No. 2时,载物台的温度上升值的 变化量,由将所述计算式(7)代入所述计算式(4)得到的下述计算式(8)表示。
在此,通常在使用直线电机的装置中,相比于线圈的外形尺寸,载物台的外形尺寸非常 大。即,相比于线圈的热容量札?Q,载物台的热容量M2 ?C2非常大(Mi?Ci<<M2 ?C2)。 因此,可以判明:在图6、所述计算式(7)和计算式(8)中,当单个间隔件从间隔件No. 1 变更为间隔件No. 2时,相比于线圈的温度上升值的变化量A0A2A1,载物台的温度上升值的 变化量A0B2B/j、。即,可以判明:载物台的温度上升值的变化量依赖于线圈的热容量与载 物台的热容量的差。 从防止载物台的温度上升的观点出发,可以采用导热系数小的间隔件No. 1。如果采用 间隔件No. 1,则由于绝热性高,因此可以抑制载物台的温度上升。可是,线圈的热量几乎不 能散出。因此,不能减小线圈的温度上升。 因此,认为间隔件No. 3这种具有更高导热系数的间隔件有利。图7是包括间隔设置的 以往的单个间隔件的直线电机的主示意图。 如图7所示,以往的直线电机300包括间隔设置在电枢2和载物台60之间的单个间隔 件70。作为单个间隔件70,如果采用导热系数大的间隔件No. 3,则电枢2的线圈的热量如 箭头71所示向载物台60散热。由此,线圈的温度上升减小。 可是,线圈的热量向载物台60传递的结果,载物台60发生热膨胀。如果载
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