CN103650306B - 线性电动机 - Google Patents

Abstract

希望得到一种线性电动机，其消除现有线性电动机的问题、即机械和线性电动机的结合强度伴随线性电动机的小型化而下降，具有高刚性的磁铁排列部和推力传递部，并具有线圈占空率高的集中卷绕线圈，为了实现上述目的，该线性电动机具有：固定部（1），其具有多个线圈（11），这些线圈以自身产生的各励磁相彼此不重叠的方式进行卷绕；可动部（2），其配置在固定部（1）内，在可动部（2）中层叠有多个永磁铁（21）；以及推力传递部（28），其与可动部（2）结合，可动部（2）及推力传递部（28）承受来自线圈（11）的磁通（61）而沿轴线方向驱动，线圈（11）的与轴线方向垂直的剖面形状形成为一侧开放的凹形状，推力传递部（28）配置为沿不存在凹形状的线圈（11）的开放部，并与位于开放部的可动部（2）结合。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及一种具有コ字形状的集中卷绕线圈的线性电动机。

背景技术

现有的具有集中卷绕线圈的线性电动机，在从线性电动机的可动部机械地传递线性电动机的推力的情况下，将圆柱状的多个永磁铁排列在圆筒状的可动件（磁铁排列部）内部，向由在该可动件的外侧卷绕成圆筒状而构成的多个线圈（集中卷绕线圈）所构成的固定件内部***可动件，分别确保可动件和轴（推力传递部）的刚性，在将轴向在可动件的端面上设置的凹部压入后，将机械和轴进行结合（例如，参照专利文献1）。

另外，存在具有作为其他线圈构造的分布卷绕线圈的线性电动机，现有的具有分布卷绕线圈的线性电动机，对于要提高线性电动机的可动件（推力传递部）和机械的结合强度的情况，进行如下应对，即，以与用于保持2个永磁铁组的保持部件（磁铁排列部）相对配置的方式，将电枢线圈（分布卷绕线圈）形成コ字形状，并且，将保持部件与可动件一体结合，即，增大保持部件和可动件的结合面积（例如，参照专利文献2）。

专利文献1：日本特许4419151号公报（第8页、图1）

专利文献2：日本特开2001－112234号公报（第10页、图6）

发明内容

现有的线性电动机由于以上述方式构成，因此具有以下问题，即，例如在具有集中卷绕线圈的线性电动机中，如果在维持集中卷绕线圈构造的情况下使线性电动机小型化，则由于将轴（推力传递部）的直径变小，因此轴（推力传递部）和可动件（磁铁排列部）之间的结合面积不足，或者，难以确保可动件（磁铁排列部）和轴（推力传递部）的刚性。

另一方面，在线圈构造为分布卷绕线圈的线性电动机中，将分布卷绕线圈形成コ字形状，并且，通过将保持部件（磁铁排列部）和可动件（推力传递部）一体结合，从而能够实现保持部件（磁铁排列部）和可动件（推力传递部）的高刚性化，但如果将该具有分布卷绕线圈的线性电动机小型化，则由于线圈构造为分布卷绕构造，因此，会导致励磁相不同的线圈之间彼此重叠，其结果，在线圈构造内部产生多个不需要的空间，该多个空间成为妨碍具有分布卷绕线圈的线性电动机小型化的原因。

本发明就是为解决上述问题而提出的，其目的在于，得到一种具有线圈占空率高的集中卷绕线圈的线性电动机，在该线性电动机中，具有足够的磁铁排列部和推力传递部之间的结合面积，并确保了磁铁排列部和推力传递部的高刚性。

在本发明所涉及的线性电动机中，具有：固定部，其具有多个线圈，这些线圈以自身产生的各励磁相彼此不重叠的方式进行卷绕；可动部，其配置在固定部内，在可动部中层叠有多个永磁铁；以及轴，其与可动部结合，可动部及轴承受来自线圈的磁通而沿轴线方向进行驱动，线圈的与轴线方向垂直的剖面形状形成为一侧开放的凹形状，轴配置为沿不存在凹形状的线圈的开放部，并与位于开放部的可动部结合，可动部还具有由磁性材料构成的滑动部件，该滑动部件配置在多个永磁铁的一个前端部处，在固定部内部沿轴线方向进行滑动引导，固定部还具有由非磁性材料构成的滑动轴承，该滑动轴承与可滑动地支撑滑动部件的固定部内表面抵接，滑动部件通过以滑动部件的中心轴相对于由线圈形成的内部空间的剖面中心轴，向滑动轴承侧偏心的方式配置，并且，与滑动轴承抵接，从而使来自永磁铁的磁性吸引力作用在偏心方向上。

发明的效果

根据本发明，由于通过增大线性电动机的磁铁排列部和推力传递部之间的结合面积，能够实现磁铁排列部和推力传递部的高刚性化，因此，其结果，能够实现一种具有线圈占空率高的集中卷绕线圈的线性电动机，可维持机械和线性电动机的高结合强度，且实现了小型化。

附图说明

图1是具有集中卷绕线圈的线性电动机的剖面图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图2是具有集中卷绕线圈的线性电动机的分解斜视图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图3是具有集中卷绕线圈的线性电动机的滑动轴承的构造图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图4是具有集中卷绕线圈的线性电动机的控制部的结构图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图5是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出其线圈的槽和永磁铁数的关系的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图6是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出其コ字形状的线圈的制造方法的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图7是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出其线圈的槽和永磁铁数的组合为3n对2n及9n对8n的情况下的线圈形状的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

图8是具有集中卷绕线圈的线性电动机的线圈架的斜视图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

具体实施方式

实施例1

图1是具有集中卷绕线圈的线性电动机的剖面图，图2是具有集中卷绕线圈的线性电动机的分解斜视图，其中，该线性电动机代表本发明的实施例1。在图1和图2中，1是具有集中卷绕线圈的线性电动机的固定部，2是具有集中卷绕线圈的线性电动机的可动部，且相对于固定部1能够沿轴线方向相对位移。31是支撑可动部2，且与轴线方向垂直的剖面形成为L字形状的滑动轴承，51是电源用引线，11是用于从电源用引线51流过电流而产生磁通的多个线圈，上述多个线圈以与垂直于轴线方向的面平行的方式弯曲成コ字形状，并与可动部2的两个侧面相对配置。111是线圈11的槽，相当于构成线圈11的X方向（上下方向）的直线部。

12是将多个线圈11各自电绝缘并固定各个线圈11的树脂制线圈架，与轴线方向垂直的剖面形成为コ字形状，13是成为所产生的磁通的磁路的上框架，14是成为所产生的磁通的磁路，且与轴线方向垂直的剖面形成为U字形状的下框架，15是用于提高机械刚性的基座部，16是对轴（Shaft）进行支撑的轴承，17是保持轴承16的托架，18是防止异物进入的罩，41是位置检测器，52是位置检测器用引线，固定部1由滑动轴承31、线圈11、线圈架12、上框架13、下框架14、基座部15、轴承16、托架17、罩18、位置检测器41构成。

另一方面，32是在滑动轴承31的表面进行滑动引导的滑动部件，21是为了通过与多个线圈11产生的磁通相互作用而产生推力所层叠的多个永磁铁，永磁铁21的与轴线方向垂直的剖面为矩形形状。22是由磁性材料或非磁性材料构成，以使得层叠的多个永磁铁21的N极及S极的磁极沿轴线方向交替形成的方式，配置在多个永磁铁21之间的垫片，27是磁铁排列部，磁铁排列部27由永磁铁21和垫片22构成。另外，可动部2由滑动部件32和磁铁排列部27构成。

23a是轴结合部，23b是与永磁铁21和垫片22结合而将所产生的推力以机械方式传递的轴（Shaft），23c是将机械与线性电动机连结的轴前端部，28是推力传递部，推力传递部28由轴结合部23a、轴23b和轴前端部23c构成。26是标尺结合部件，42是标尺。在图1和图2中，轴结合部23a与构成可动部2的磁铁排列部27的上表面整个表面粘接结合。轴23b的另一个端部向固定部1的外部伸出，用于位置检测。可动部2配置在固定部1的内部，成为可沿图1中的Z方向运动的构造。另外，多个线圈11与多个永磁铁21的外侧相对配置。

标尺42通过标尺结合部件26而与轴前端部23c结合，成为可对应于轴23b的运动而运动的构造。另外，标尺42形成下述构造，即，在其内部记录有光学或磁性位置信息，通过与固定部1结合的位置检测器41检测轴23b的图1中的Z方向的位置，从位置检测器用引线52向控制部传递位置信号。

A－A’剖面和B－B’剖面表示图1所示的具有集中卷绕线圈的线性电动机的沿X－Y平面的剖面。此外，在图1中示出了“线圈的槽111数”对“与线圈的槽111相互作用的永磁铁21的磁极数”为12槽对10极（6n对5n系列中n=2）的情况。

图3是具有集中卷绕线圈的线性电动机的滑动轴承的构造图，该线性电动机代表本发明的实施例1。滑动轴承31是树脂制（非磁性材料），如图3的A－A’剖面所示，与轴线方向垂直的剖面形成为L字形状。另一方面，滑动部件32是S50C等，上框架13及下框架14是SPCC等，均为磁性材料。在此，滑动部件32和上框架13之间、滑动部件32和下框架14之间的各个间隙，在L字形状的滑动轴承31存在的一侧较小，在滑动轴承31不存在的一侧较大，通过由永磁铁21生成的磁通61而产生的磁性吸引力62，在L字形状的滑动轴承31存在的一侧起到较大的作用。其结果，滑动部件32和滑动轴承31成为通过恒定的磁性吸引力62而始终接触并发生滑动的构造。

图4是具有集中卷绕线圈的线性电动机的控制部的结构图，该线性电动机代表本发明的实施例1。在图4中，90是控制部，100是线性电动机。91是位置控制电路，92是速度控制电路，93是电流控制电路，99是电流检测器，控制部90由位置控制电路91、速度控制电路92、电流控制电路93、电流检测器99构成。

将通过标尺42及位置检测器41检测出的位置信息，反馈至线性电动机100的控制部90。能够分别由位置控制电路91通过将来自位置检测器41的位置反馈值和指令值进行比较而进行位置控制，由速度控制电路92通过将来自位置控制电路91的输出值和对位置反馈值进行微分而得到的速度反馈值进行比较而进行速度控制，由电流控制电路93通过将来自速度控制电路92的输出值和来自电流检测器99的电流反馈值进行比较而进行推力控制。

图5是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出其线圈的槽数和永磁铁数的关系的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。图5（a）是说明线圈的槽111数对永磁铁21的磁极数为6n对5n的情况的图，图5（b）是说明6n对7n的情况的图。另外，图6是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出与垂直于轴线方向的面相平行的コ字形状的线圈的制造方法的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。

在图5中，在线圈的槽111数对永磁铁21的磁极数的组合为6n对5n、6n对7n的情况下，关于在槽111处产生的励磁相的排列顺序，沿轴线方向在设计上成为Ｕ＋、Ｕ－、Ｖ－、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ－的顺序，因此，如图5所示，必须是相同励磁相的槽111（例如，Ｕ＋、Ｕ－）沿轴线方向相邻。作为满足该相同励磁相的槽111沿轴线方向相邻的条件的构造，可以想到图6所示的将ロ字形状的线圈11的两端部向上方弯折而成型得到的コ字形状，通过将轴结合部23a配置在コ字形状的线圈11的开放部（例如，图2的上部）即磁铁排列部27的上表面，从而能够增大磁铁排列部27和推力传递部28之间的结合面积，能够实现磁铁排列部27和推力传递部28的高刚性化，能够提高磁铁排列部27和推力传递部28的结合强度。

因此，本发明在将分布卷绕线圈替换为线圈占空率更高的集中卷绕线圈的基础上，通过作为线圈11而应用容易制作的、与垂直于轴线方向的面平行的コ字形状的构造，从而将轴结合部23a配置在磁铁排列部27的上表面并提高磁铁排列部27和推力传递部28的结合强度，其结果，提高了线性电动机和机械的结合强度，沿轴线方向，励磁相不同的线圈11不会彼此重叠，能够使线性电动机小型化。

另一方面，图7是针对具有集中卷绕线圈的线性电动机，示出其线圈的槽和永磁铁数的组合为3n对2n及9n对8n的情况下的线圈形状的图，该线性电动机代表本发明的实施例1。图7（a）是示出线圈的槽111数对永磁铁21的磁极数为3n对2n的情况下的线圈形状的图，图7（b）是示出9n对8n的情况下的线圈形状的图。

在组合为3n对2n的情况下，关于在槽111处产生的励磁相的排列顺序，沿轴线方向在设计上成为Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋的顺序，但对于如图6所示的コ字形状的线圈11，由于2个相同励磁相的槽111（例如Ｕ＋、Ｕ－）沿轴线方向相邻，因此，相对于沿轴线方向，彼此不同的励磁相的槽111必须连续的Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋的排列顺序，コ字形状的线圈11无法适用。因此，能够适用于组合为3n对2n的情况下的线圈形状成为如图7（a）所示的ロ字形状的线圈。

另外，在组合为9n对8n的情况下，关于在槽111处产生的励磁相的排列顺序，沿轴线方向在设计上成为Ｕ－、Ｕ＋、Ｕ－、Ｖ－、Ｖ＋、Ｖ－、Ｗ－、Ｗ＋、Ｗ－的顺序，必须是3个相同励磁相的槽111（例如Ｕ－、Ｕ＋、Ｕ－）沿轴线方向相邻，但在该情况下，线圈11的形状如图7（b）所示，形状必须成为3个槽111沿轴线方向连续，因此，2个相同励磁相的槽111（例如Ｕ＋、Ｕ－）沿轴线方向相邻的コ字形状的线圈无法适用。

图8是具有集中卷绕线圈的线性电动机的线圈架的斜视图，该线性电动机代表本发明的实施例1。如图8所示，本发明实施例1中的树脂制线圈架12的与轴线方向垂直的剖面为コ字形状，并且，在线圈架12上为了分别对多个线圈11进行定位并固定，分别设置有下述部件：位于线圈11和线圈11的各个边界处的多个凸状的第1台阶部即台阶部71；以及将线圈11具有的各槽数规定为2个的多个凸状的第2台阶部即台阶部72。通过多个台阶部71，多个线圈11被分隔定位在对各线圈11进行固定的区域内，且各线圈11电绝缘。另外，以通过多个台阶部72而将线圈11具有的各槽数规定为2个的方式成型。

如上所述，与轴线方向垂直的剖面为コ字形状的线圈架12具有兼备以下两点的构造，即：以通过多个台阶部72而将线圈11具有的各槽数规定为2个的方式成型的装配用具；以及通过多个台阶部71实现的相邻线圈11之间的定位功能。其结果，通过使用本发明的实施例1中的线圈架12，在使线性电动机小型化时，能够制作小型且高精度的固定部1。

此外，在实施例1中，关于应用于具有向细长轴状的机构传递推力的构造的线性电动机的情况，对本发明进行了说明，但并不限定于此，例如应用于具有向工作台状的机构传递推力的构造的线性电动机，也能够取得相同的效果。

并且，在图3中说明的具有集中卷绕线圈的线性电动机中，滑动部件32和剖面为L字形状的滑动轴承31，由于成为在恒定的磁性吸引力62下始终接触的状态，因此，在滑动部件32和滑动轴承31之间不存在间隙，其结果，不会出现原本会在现有的具有集中卷绕线圈的线性电动机的结构中产生的由间隙引起的松动或变化，能够提高轴前端部23c的定位精度。另外，如果在现有的具有集中卷绕线圈的线性电动机的结构中设法减小间隙，则必须高尺寸精度地加工出滑动部件32和滑动轴承31，但在本实施例1中的具有集中卷绕线圈的线性电动机的结构中，无需进行该加工。

如上所述，根据本发明的具有集中卷绕线圈的线性电动机的结构，由于能够提高线性电动机的轴前端部的定位精度，因此，能够将线性电动机应用于表面安装机、基板检查机，例如能够实现在电子基板上安装的部件的高密度化。

标号的说明

1固定部，2可动部，11线圈，12线圈架，13上框架，14下框架，15基座部，16轴承，17托架，18罩，21永磁铁，22垫片，23a轴结合部，23b轴，23c轴前端部，26标尺结合部件，27磁铁排列部，28推力传递部，31滑动轴承，32滑动部件，41位置检测器，42标尺，51电源用引线，52位置检测器用引线，61磁通，62磁性吸引力，71台阶部，72台阶部，90控制部，91位置控制电路，92速度控制电路，93电流控制电路，99电流检测器，100线性电动机，111槽。

Claims (8)

1.一种线性电动机，其具有：

固定部，其具有多个线圈，这些线圈以自身产生的各励磁相彼此不重叠的方式进行卷绕；

可动部，其配置在该固定部内，在该可动部中层叠有多个永磁铁；以及

轴，其与所述可动部结合，

所述可动部及所述轴承受来自所述线圈的磁通而沿轴线方向进行驱动，

该线性电动机的特征在于，

所述线圈的与所述轴线方向垂直的剖面形状形成为一侧开放的凹形状，

所述轴沿着沿所述可动部的移动方向延伸的轴线，与位于所述凹形状中的所述可动部结合，

所述可动部还具有由磁性材料构成的滑动部件，该滑动部件配置在多个所述永磁铁的一个前端部处，在所述固定部的内部沿轴线方向进行滑动引导，

所述固定部还具有由非磁性材料构成的滑动轴承，该滑动轴承与可滑动地支撑所述滑动部件的所述固定部的内表面抵接，

所述滑动部件通过以所述滑动部件的中心轴相对于由所述线圈形成的内部空间的剖面中心轴，向所述滑动轴承侧偏心的方式配置，并且，与所述滑动轴承抵接，从而使来自所述永磁铁的磁性吸引力作用在偏心方向上。

2.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，

所述线圈以与所述可动部的两个侧面相对配置的方式形成コ字形状。

3.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

与所述可动部的两个侧面相对配置的所述线圈的数量和与所述线圈相互作用的所述永磁铁的磁极数之比为6n对5n、或6n对7n，其中，n为自然数。

4.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，

所述线圈配置在剖面为コ字形状的线圈架内。

5.根据权利要求4所述的线性电动机，其特征在于，

在所述线圈架的线圈固定面上设置有用于分隔出所述线圈间的各边界的多个凸状第1台阶部，多个所述线圈通过该第1台阶部而彼此电绝缘。

6.根据权利要求4或5所述的线性电动机，其特征在于，

在所述线圈架的线圈固定面上，在对所述线圈各自进行固定的各区域内还设置有多个凸状的第2台阶部，多个所述线圈具有的各槽是通过该第2台阶部来规定的。

7.根据权利要求6所述的线性电动机，其特征在于，

所述第2台阶部将多个所述线圈具有的各槽数规定为2个。

8.根据权利要求7所述的线性电动机，其特征在于，

所述固定部的内剖面为矩形形状，所述滑动部件为矩形形状，所述滑动轴承的剖面为L字形状。