TW201440392A - 線性電動機及線性電動機驅動系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種線性電動機及線性電動機驅動系統，除了能謀求裝置小型化之外，還能謀求相鄰磁極間的有效磁通量的共有化，且在電樞與動子之間作用之磁吸力會被抵消。本發明之線性電動機，具備動子及電樞，產生用來讓前述動子與前述電樞相對地水平移動之推力，前述動子係將永久磁鐵或磁性材一面使磁化方向反轉一面並排複數個而形成，前述電樞係由：第1磁極齒及第2磁極齒，配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下包夾；及磁性體，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑；及線圈，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒；所構成，且於前述動子或電樞的行進方向至少並設2個，且兩者藉由前述磁性體而連結，其特徵為：具有來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路。

Description

線性電動機及線性電動機驅動系統

本發明係有關線性電動機及線性電動機驅動系統，特別是有關適合在動子的永久磁鐵與電樞之間產生用來相對性水平移動的推力之線性電動機及線性電動機驅動系統。

關於在動子的永久磁鐵與電樞之間產生用來相對性水平移動的推力之線性電動機，有如專利文獻1至3所記載者。

該專利文獻1至3中，記載一種由磁極與線圈所成之電樞、及具有永久磁鐵之動子可相對性朝水平方向移動之線性電動機，前述磁極具備在永久磁鐵兩側隔著空隙而相向配置之磁極齒、及連接該磁極齒之磁性體；前述磁極於動子的行進方向具有複數個，且由配置於電樞之線圈所產生之磁通量，於複數個磁極具有相同極性，複數個相向配置的磁極齒係單獨構成，且每組相向配置之磁極齒，該磁極齒間之距離係為可變。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2011-223697號公報

[專利文獻2]日本特開2010-141978號公報

[專利文獻3]國際公開2010/103575號

然而，專利文獻1至3所記載之線性電動機，由於在複數個磁極具有相同極性，故雖然在與動子行進方向並排的複數個之間會有減低洩漏磁通量的效果，但隨著磁極的間隔變寬而裝置大型化，相鄰磁極間的有效磁通量便無法共有，是其問題。

本發明便是有鑑於上述問題點而研發，其目的在於提供一種線性電動機及線性電動機驅動系統，除了能謀求裝置小型化之外，還能謀求相鄰磁極間的有效磁通量的共有化，且在電樞與動子之間作用之磁吸力會被抵消。

本發明之線性電動機，為達成上述目的，係具備動子及電樞，產生用來讓前述動子與前述電樞相對地水平移動之推力，前述動子係將永久磁鐵或磁性材一面使磁化方向反轉一面並排複數個而形成，前述電樞係由：第 1磁極齒及第2磁極齒，配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下包夾；及磁性體，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑；及線圈，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒；所構成，且於前述動子或電樞的行進方向至少並設2個，且兩者藉由前述磁性體而連結，其特徵為：具有來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路。

此外，來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路，係由：第1路徑，來自前述線圈的磁通量，從前述磁性體至前述第1磁極齒、從該第1磁極齒至前述第2磁極齒、再從該第2磁極齒到達前述磁性體；及第2路徑，在與該第1路徑正交之方向，且在前述各自之電樞內到達於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之前述磁極齒；所構成。

此外，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈，其捲繞方向相反。

此外，來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路，係由：第1路徑，來自前述線圈的磁通量，從前述磁性體至前述第1磁極齒、從該第1磁極齒至前述第2磁極齒、再該第2磁極齒到達前述磁性體；及第2路徑，在與該第1路徑正交之方向，且在前述各自之電樞內到達於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之前述磁極齒；所構成。

此外，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈，其捲繞方向相反。

此外，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，其方向彼此交互。

此外，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，其方向彼此交互。

此外，前述第1磁極齒與前述第2磁極齒、連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體、及分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈，係至少具有2層以上，在各層的前述第1磁極齒與前述第2磁極齒間各自具有動子，動子的條數具有複數個。

按照本發明，能夠得到一種線性電動機及線性電動機驅動系統，除了能謀求裝置小型化之外，還能謀求相鄰磁極間的有效磁通量的共有化，且在電樞與動子之間作用之磁吸力會被抵消。

2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h‧‧‧線圈

5、5a、5b‧‧‧永久磁鐵

11‧‧‧第1磁極齒

12‧‧‧第2磁極齒

13、13a、13b‧‧‧連接第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體

51‧‧‧永久磁鐵的磁化方向

52‧‧‧永久磁鐵保持構件

53‧‧‧基底板

55‧‧‧動子

56‧‧‧連結板

61a、61b、61c、61d、71、72‧‧‧磁通量

81、81a‧‧‧空間

85‧‧‧可動部支撐具

91‧‧‧驅動裝置

100、101、102‧‧‧電樞

200、201‧‧‧線性電動機

[圖1]本發明之線性電動機實施例1示意立體圖。

[圖2]將圖1沿Y-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖3]從圖1中拔除永久磁鐵之狀態下，將圖1沿X-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖4]與圖2相當之圖，唯表示了本發明實施例1之線圈在第1磁極齒與第2磁極齒之間隙所製造之磁通量方向。

[圖5]與圖1相當之圖，唯表示了本發明之線性電動機實施例1中第1磁通量的路徑與第2磁通量的路徑。

[圖6]與圖2相當之圖，唯表示了本發明之線性電動機實施例1中第1磁通量的路徑與第2磁通量的路徑。

[圖7]圖5所示線性電動機的1相分的電樞示意立體圖。

[圖8]將圖7所示1相分的電樞沿X-Y平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖9]將圖7所示1相分的電樞沿Y-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖10]從箭頭A方向觀看圖8之圖。

[圖11]從箭頭B方向觀看圖9之圖。

[圖12]本發明之線性電動機實施例2示意立體圖。

[圖13]本發明之線性電動機實施例2中，捲繞於3相的電樞之線圈的相位說明用圖。

[圖14]本發明之線性電動機實施例2中，相對於5個永久磁鐵，於Z方向並排6個磁極齒之構成示意圖。

[圖15]本發明之線性電動機實施例2中，相對於7個永久磁鐵，於Z方向並排6個磁極齒之構成示意圖。

[圖16]本發明之線性電動機實施例2中，相對於8個永久磁鐵，於Z方向並排9個磁極齒之構成示意圖。

[圖17]本發明之線性電動機實施例2中，相對於10個永久磁鐵，於Z方向並排9個磁極齒之構成示意圖。

[圖18]本發明之線性電動機實施例2中，將圖14所示構成於Z方向並排2組，相對於10個永久磁鐵，於Z方向並排12個磁極齒之構成示意圖。

[圖19]本發明之線性電動機實施例2中，將圖17所示構成於Z方向並排2組，相對於20個永久磁鐵，於Z方向並排18個磁極齒之構成示意圖。

[圖20]與圖1相當之立體圖，唯示意本發明之線性電動機實施例3。

[圖21]圖17之側面圖。

[圖22]與圖1相當之立體圖，唯示意本發明之線性電動機實施例4。

[圖23]將圖22沿Y-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖24]本發明之線性電動機實施例5示意立體圖。

[圖25]將圖24沿Y-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖26]示意本發明之線性電動機實施例6，沿Y-Z平面截斷之狀態示意立體圖。

[圖27]本發明之線性電動機實施例7示意立體圖。

[圖28]將圖27沿Y-Z平面截斷之狀態示意截面圖。

[圖29]示意本發明之線性電動機實施例8，為第1磁極齒與第2磁極齒之間隙g、第1及第2磁極齒的動子行進方向之磁極間隔W之關係說明用圖。

[圖30]實施例8中磁極間隔W及間隙g的比(W/g)與磁通量之間的關係示意特性圖，為無效磁通量(洩漏磁通量)及有效磁通量(對推力有貢獻)之特性示意圖。

[圖31]本發明之線性電動機實施例9示意立體圖。

[圖32]本發明之線性電動機實施例10示意立體圖。

[圖33]圖32之正面圖。

[圖34]將圖32沿Y-Z平面截斷之狀態示意截面圖。

[圖35]本發明之線性電動機實施例11示意立體圖。

[圖36]圖35之側面圖。

[圖37]圖36之截面圖。

[圖38]示意發明功效之推力密度圖表。

[圖39]本發明之線性電動機實施例13示意立體圖。

[圖40]將連接第1磁極齒與第2磁極齒之磁性體13的一部分予以切除後之線性電動機立體圖。

[圖41]實施例13中，線圈在XY平面所製造之磁通量示意圖。

[圖42]實施例13中，線圈在XZ平面所製造之磁通量示意圖。

[圖43]設置側板之實施例13應用例示意立體圖。

[圖44]圖43之線性電動機示意立體圖。

[圖45]圖43之線性電動機正面圖與磁通量方向示意圖。

[圖46]多層構成之一例示意立體圖。

[圖47]圖46之磁通量方向說明圖。

[圖48]提升動子強度後之線性電動機一例。

以下，依據圖示之實施例，說明本發明之線性電動機。另，各實施例中，對於同一構成零件使用相同符號。

[實施例1]

圖1至圖11示意本發明之線性電動機實施例1。該圖所示之本實施例，為構成3相電動機之例子，係為由3個電樞100、101、102所構成之定子，及配置有複數個永久磁鐵5而使得相鄰之永久磁鐵5的磁化方向51彼此交錯之動子，作相對性直線運動(水平移動)之線性電動機。將由3個電樞100、101、102所構成之定子，配 置成電性相位各相差120°，藉此便能構成3相線性電動機，同樣地能夠以m個電樞來構成m相驅動之線性電動機。

永久磁鐵5係固著於保持永久磁鐵5之構件(未圖示)上，由永久磁鐵5及保持永久磁鐵5之構件來構成動子。動子與定子，係藉由可相對性直線運動之支撐手段而被保持。另，亦可將動子固定，而使定子(電樞)側移動。

1個電樞100，是由與永久磁鐵5相向的上側之第1磁極齒11、與永久磁鐵5相向的下側之第2磁極齒12、及連接上側之第1磁極齒11與下側之第2磁極齒12的磁性體13所構成，且於永久磁鐵5的行進方向(Z方向)並排2個而構成。2個並排而構成之電樞100中，在各個第1磁極齒11與第2磁極齒12分別配置線圈2a與線圈2b，第1磁極齒11與第2磁極齒12，是配置在與永久磁鐵5相向之位置。另，電樞101、102亦為同樣構成。

圖4表示線圈2a及線圈2b在第1磁極齒11與第2磁極齒12之間的間隙所製造之磁通量方向(一般而言，線性電動機的線圈，會因永久磁鐵的位置而隨時間改變電流大小或電流方向。圖4是表示在某一時間中，於線圈2a、2b流動的電流在間隙製造之磁通量)。

該如圖所示，線圈2a使從下往上的磁通量61a產生，線圈2b使從上往下的磁通量61b產生。

本實施例中，如圖5及圖6所示，會形成因線圈2a及2b而產生的磁通量71及72所通過之2個相異磁路。

以下，利用圖7至圖11詳細說明之。如該圖所示，因線圈2a及2b而產生的磁通量71及72所通過之2個相異磁路當中的1個，係如圖10所示，藉由線圈2a而產生的磁通量71a，係通過第1磁極齒11a、磁性體13a、磁性體13b、磁性體13c而到達第2磁極齒12a，為第1路徑。另1個路徑如圖11所示，藉由線圈2a及線圈2b而產生的磁通量72a，係通過第1磁極齒11a、磁性體13a、第2磁極齒11b、第2磁極齒12b、磁性體13c而到達第2磁極齒12a，為第2路徑。

也就是說，2個相異磁路中的1個，係為來自線圈2a及2b的磁通量71從磁性體13至第1磁極齒11、從第1磁極齒11至第2磁極齒12、再從第2磁極齒12到達磁性體13之第1路徑；另1個磁路為，來自線圈2a及2b的磁通量72是在與第1通路正交之方向(永久磁鐵5的行進方向(Z方向))，且到達於動子行進方向上鄰接的磁極齒之第2路徑。

詳述上述磁通量72通過的第2路徑，則如圖6所示，來自線圈2a及2b的磁通量72係透過磁性體13而流通在動子行進方向上鄰接的電樞的上側的各個第1磁極齒11間，其朝電樞的下側的第2磁極齒12流動，磁通量72又透過磁性體13而流通於下側的各個第2磁極齒 12間，成為循環路徑。

藉由這樣的構成，來自線圈2a及2b的磁通量會通過第1及第2路徑，磁通量的路徑的截面積會增加，能夠有效率地產生推力。

是故，能夠提供小型的線性電動機；又，路徑為從磁性體13至第1磁極齒11、從第1磁極齒11至第2磁極齒12、再從第2磁極齒12至磁性體13的磁通量71a，係如圖5所示，和路徑為從於永久磁鐵5行進方向(Z方向)相鄰電樞的磁性體13至第1磁極齒11、從第1磁極齒11至第2磁極齒12、再從第2磁極齒12至磁性體13的磁通量71b，彼此係反向流動，故亦具有能減緩磁飽和之效果。如此一來，便可達到線性電動機的小型化或減低鐵損(iron loss)。

如圖3所示，線圈2a所製造之磁通量與線圈2b所製造之磁通量的方向彼此不同，故在連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13a、及連接鄰接之第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13b中，磁通量的方向(圖4中磁通量61a及61b)成為反向，磁通量密度會減低而具有減緩磁飽和之效果。藉由此效果，連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13a及13b的磁路截面積便可減小，有助於線性電動機的小型化。

此外，本實施例中，在連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13a之側面部、及連接於動子行進方向上鄰接之第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體 13b之側面部之間的一部分，係形成了空間81(參照圖1及圖3)，故藉由在此空間81流通冷卻風，便能謀求線圈的冷卻性能提升，又，藉由利用空間81，還能期待帶來提升線圈2a、2b的配線拉出容易性等效果。再者，還能將空間81利用作為用來設置將動子予以機械性保持之構件的空間。

此外，本實施例之線性電動機中，各相的電樞獨立，於3相的電樞不易發生不平衡，故能夠實現推力漣波(force ripple)之減低及低制動力(detent)。

按照這樣的本實施例，除了能謀求裝置的小型化之外，還能謀求相鄰磁極間的有效磁通量的共有化，且第1磁極齒11與第2磁極齒12相向，在永久磁鐵5與各自之磁極齒間的吸引力會被抵消，在電樞與動子之間作用之磁吸力會有變小之效果。

[實施例2]

圖12至圖19示意本發明之線性電動機實施例2。圖12所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

一般而言，為了使用線性電動機來實現大推力、高速驅動，必須在線性電動機的線圈流通大電流。但，隨著流通於線圈的電流增加，線圈的線徑亦有增加的傾向。舉例來說，3相電動機當中會使用U相、V相、W相的線圈，若是在1個相內具備複數個線圈的殼當中，可 能會發生同相線圈的間隔拉遠之情形、或各相線圈交錯之情形等，連接複數個線圈的跳線所佔據的空間會增加，還會帶來線性電動機的體型增大，電感增加等問題。特別是在需要大推力、高速驅動的線性電動機當中，它們的影響會顯著出現。

鑑此，本實施例中係將分別捲繞於各電樞100、101、102的線圈2a、2b之電流相位示意於圖13，而在每組於Z方向上相鄰之第1磁極齒11及每組於Z方向上相鄰之第2磁極齒12配置線圈2a、2b，使得各相成為反轉之相位(具有電性180°相位差之相位)。

這樣的配置，可以藉由改變相鄰之第1及第2磁極齒11及12的線圈2a、2b的捲繞方向，或是藉由將線圈2a、2b出入口的線互換來構成。

如圖13所示，以相鄰之第1及第2磁極齒11及12來將線圈2a、2b的相位改變180°，藉此便可以相鄰之線圈2a、2b來配線，能夠削減跳線的空間。此外，在各相線圈間沒有交錯的跳線，故能構成小型的線性電動機。

本實施例中，在相鄰之第1及第2磁極齒11及12，線圈方向成為相反，故會產生如同實施例1的圖4般之磁通量，亦具有抑制磁飽和之效果。此外，每組相鄰之第1及第2磁極齒11及12的磁路成為鏡像配置，還具有提高磁導(permeance)的優點。此外，如上述圖5所示，磁通量71a與磁通量71b的方向成為相反，能夠減緩 磁飽和。如此一來，便有提升推力、減低磁飽和造成的漣波之優點。

像這樣，在相鄰之磁極齒施以同相而相位反轉之線圈，藉此便能提升線性電動機的性能。

舉例來說，如圖13所示，配置成為U相、-U相、-V相、V相、W相、-W相(圖13中U相、V相、W相表示，在U相與V相間電氣相位差為120°、在V相與W相間電氣相位差為120°，在U相與-U相間電氣相位差則成為180°)，藉此，相對於5個永久磁鐵5，便可於Z方向並排6個磁極齒，能夠使各電樞100、101、102整齊排列。

此外，圖14中示意磁鐵的間距τm、與磁極齒的Z方向間距τp之關係。

相對於圖14所示之5個永久磁鐵5，於Z方向並排6個磁極齒(具有5τm=6τp之關係)之構成僅為一例，只要將相鄰之磁極的線圈2a、2b配置成為同相，而能夠得到同樣效果，則並不限定於本構成。

舉例來說，如圖15所示，和7個永久磁鐵5一起於Z方向並排6個磁極齒(7τm=6τp)，藉此，便能將相鄰之磁極齒的複數個線圈並排同相(+U相以及相對於+U相為180°相位相異之-U相)之線圈而配置。如此一來，能夠消除磁路的磁飽和。

此外，圖16示意和8個永久磁鐵5一起於Z方向並排9個磁極齒(8τm=9τp)之情形之構成例。此 外，圖17示意和10個永久磁鐵5一起於Z方向並排9個磁極齒(10τm=9τp)之情形之構成例。圖16及圖17中，皆能將相鄰之磁極齒的複數個線圈並排同相之線圈而配置。如此一來，能夠消除磁路的磁飽和。

也就是說，在3相線性電動機的情形中，當於Z方向並排的磁極齒數訂為3m(m=2、3、4...之整數)時，只要配置3m±1個即可。

本發明之線性電動機，係利用反方向之磁通量而具有減緩磁飽和之效果，故m會是2以上之整數。是故，磁鐵的間距τm、與磁極齒的Z方向間距τp之關係只要訂為(3m±1)τm=3mτp即可。

又，如圖18所示，亦可將具有5τm=6τp關係之電樞100、101、102於Z方向並排2組，而做成10τm=12τp之構成。也就是說，磁鐵的間距τm、與磁極齒的Z方向間距τp之關係只要訂為n(3m±1)τm=3mnτp即可(n=1、2、3、4...之整數)。

此外，圖19為n=2、m=3時之實施例，係為2×(3×3+1)τm=3×3×2τp，而做成20τm=18τp之例子。

按照這樣的本實施例，除了能與實施例1獲得同樣效果外，本實施例之線性電動機，其各相電樞為獨立，在相鄰之電樞間的磁通量干擾小，電樞端部的相(某一相的電樞於Z方向一方為其他相之電樞，而另一方沒有其他相之電樞)的情形下、及中央部的相(在某一相的電樞的兩側均有其他相之電樞)的情形下，推力特性會產生 差距。當各自之相的電樞間干擾大的情形下，電樞端部的相的推力、及電樞中央部的相的推力差會變大，推力的漣波或制動力會變大。

本發明之線性電動機中，各相的電樞獨立，故於3相的電樞不易發生不平衡，具有能夠實現推力漣波之減低及低制動力的效果。

[實施例3]

圖20及圖21示意本發明之線性電動機實施例3。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例中，雖與實施例1所示之線性電動機為大致相同之構成，但將連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13、以及連接於動子行進方向(Z方向)上鄰接之第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13，於Z方向予以分割。

舉例來說，當以層積鋼板等來作成電樞的情形下，實際上會產生些微的間隙，故磁性體13會因該間隙而於動子行進方向(Z方向)上被分割。該間隙會隨著間隙愈擴大而於Z方向的磁路72的磁通量愈減少，但間隙必須做成不遮蔽Z方向的磁路72之程度。

如圖20及圖21所示，將連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13於Z方向分割的情形下，會產生二個磁通量，其一路徑為從磁性體13至第1磁極齒 11、從第1磁極齒11至第2磁極齒12、再從第2磁極齒12至磁性體13，而另一路徑為與其正交之永久磁鐵5的行進方向，磁通量路徑的截面積會擴大，故磁阻會被減低。

按照這樣的本實施例，除了能獲得與實施例1同樣的效果外，就算連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13於永久磁鐵5行進方向上並無相連的情形下，仍有效果。再者，還可利用連接各個第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13之間隙，來保持或冷卻線圈2。

[實施例4]

圖22及圖23示意本發明之線性電動機實施例4。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例中，雖與實施例1所示之線性電動機為大致相同之構成，但將圖1所示線性電動機中連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13之間的空間81(參照圖1及圖3)做成以磁性體填埋之構造。

也就是說，本實施例中，線圈2a、2b的拉出等，是透過電樞100、101、102各自之空間來進行，而使連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13的磁路截面積增大。

按照這樣的本實施例，除了能獲得與實施例1 同樣的效果外，連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13之尺寸會變小，能夠構成更小型的線性電動機。

[實施例5]

圖24及圖25示意本發明之線性電動機實施例5。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，是將圖1所示線性電動機的電樞100做成於動子行進方向(Z方向)並排2個之構成，且將該2個電樞的間隔配置成電氣角會成為360°。

按照這樣的本實施例，除了能獲得與實施例1同樣的效果外，藉由將圖1所示電樞100的相鄰之第1磁極齒11的間隔配置成為150°，而將該電樞100配置成於動子行進方向上相差360°相位，便可使連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13中所設置之空間81a增大。再者，3相的電樞100、101、102能夠整齊排列而構成。亦即，能夠使各相的電樞間不產生多餘間隙而排列。

此外，利用依本實施例構成而設置之空間81a，便可確認電樞100、101、102的內部、或提升線圈2a、2b的冷卻性能、保持動子等。不必分解電樞100、101、102便能確認電樞內部，故維護性亦提升。

圖25示意線圈相位的配置例，圖25中，各電樞100、101、102的線圈相位，係同一電樞中同相位的線圈與帶有180°相位差的線圈彼此成為相鄰，故具有線圈 配線變得容易之效果。

[實施例6]

圖26示意本發明之線性電動機實施例6。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，是將電樞100、101、102的間隔，配置成電氣角會成為360°+120°。

按照這樣的本實施例，除了能獲得與實施例1同樣的效果外，藉由將電樞100與電樞101之間隔做成電氣角360°+120°之間隔，便可減低各相間的磁性干擾，而具有減低推力漣波或減低相間的電感干擾之效果。此外，藉由減低電感干擾之效果，控制性也會提升。再者，還具有下述效果，即，將各電樞之間的空間利用作為用來保持線圈或動子、或是用來冷卻線圈等之空間。

[實施例7]

圖27及圖28示意本發明之線性電動機實施例7。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，其線性電動機之構成，是相對於配置成相鄰之永久磁鐵5的磁化方向51彼此交錯之永久磁鐵5，配置了複數個電樞，且構成為相對於1個動子，具有2個以上的線性電動機之電樞。

也就是說，係構成為在由3個電樞100、101、102所構成之線性電動機200、以及在由3個電樞100、101、102所構成之線性電動機201這2個線性電動機，分別連接驅動裝置91。

在這樣的本實施例之構成中，能夠藉由各自之驅動裝置91而在線性電動機200及線性電動機201個別產生推力。藉由使2個線性電動機200與201的推力在同方向產生，便能產生大推力。此外，藉由使其反方向作動，則亦可作為煞車來動作。再者，亦可構成為2個線性電動機200與201所能產生之推力相異。

此外，藉由本實施例之構成，是從2個驅動裝置91供給產生推力所必需之電流，如此會具有能以小容量的驅動裝置來構成驅動系統之優點。此外，在2個線性電動機200與201間不需要配線，可削減用來配線之空間，能夠實現線性電動機驅動系統全體的小型化。

另，驅動裝置91為對線圈供給電流之裝置，可用於換流器(inverter)或伺服放大器(servo amplifier)等。當對1個相供給電流的情形下，亦可以單相的放大器來連接。

此外，亦可對各個電樞100、101、102連接個別的電源，針對每一電樞調整電流以控制推力。

[實施例8]

圖29示意本發明之線性電動機實施例8。該 圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，是假設在第1磁極齒11與第2磁極齒12之間形成的間隙為g、第1及第2磁極齒11及12與鄰接之第1及第2磁極齒11及12之間於動子或電樞行進方向(Z方向)的磁極間隔為W時，則將間隙g與磁極間隔W之關係訂為W≧1.2×g。

也就是說，藉由第1磁極齒11與第2磁極齒12之間的間隙g的尺寸、以及第1及第2磁極齒11及12與鄰接之第1及第2磁極齒11及12之間於動子行進方向的磁極間隔W的變化，推力特性會有大幅變化。舉例來說，若使間隙g保持一定，而將磁極間隔W製作得較窄的情形下，於動子行進方向上，跨越相鄰之磁極齒間的磁通量會增加，推力會降低。未作用於永久磁鐵5而跨越至相鄰之磁極齒的磁通量會成為洩漏磁通量，係為對推力無貢獻之磁通量。藉由減低洩漏磁通量，便可減低無效電力或減低洩漏電感。

鑑此，本實施例中，係將間隙g的尺寸與磁極間隔W之間的關係，訂為磁極間隔W≧1.2×間隙g，藉此來減低洩漏磁通量。

有關該磁極間隔W≧1.2×間隙g之根據，以圖30說明之。

圖30為當橫軸為磁極間隔W與間隙g之比(W/g)、縱軸為磁通量時，無效磁通量(洩漏磁通量) A及有效磁通量(對推力有貢獻)B之特性示意圖。

該如圖所示，W/g=1中，將無效磁通量A、有效磁通量B的值訂為1，而觀察當W/g變化時之磁通量變化，則W/g=1.2以下無效磁通量A會急遽增加，有效磁通量B逐漸減少。相對於此，若磁極間隔W/間隙g≧1.2，可看出對推力有貢獻之有效磁通量B逐漸增加。

依據此結果，便會理解藉由滿足上式，能夠提供推力相對大的線性電動機。

按照這樣的本實施例，除了能獲得與實施例1同樣的效果外，洩漏磁通量會減低，可減低無效電力或減低洩漏電感，而不會有推力降低，故能得到推力相對大的線性電動機。

[實施例9]

圖31示意本發明之線性電動機實施例9。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，係為示意實施例1至8中所說明之永久磁鐵5的保持方法一例之實施例。

如該圖所示，本實施例中，是將永久磁鐵5固著於永久磁鐵保持構件52。本實施例中，是由永久磁鐵5與永久磁鐵保持構件52來構成動子55，將電樞100、101、102安裝並固定於底座(未圖示)，藉由安裝在電樞100、101、102及/或底座之支撐手段，動子55 被保持住。

採取這樣的本實施例之構成，仍能得到與實施例1同樣之效果。

[實施例10]

圖32至圖34示意本發明之線性電動機實施例10。該圖所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。

該圖示之本實施例，是將永久磁鐵5的列數以上下2列構成，而將上下列的電樞100、101、102共通化。也就是說，如圖33所示，以包夾上層之永久磁鐵5a的方式來配置第1磁極齒11a及第2磁極齒12a，而以包夾下層之永久磁鐵5b的方式來配置第1磁極齒11b及第2磁極齒12b。

如此一來，使上層之線圈2a、2b產生的磁通量、以及使下層之線圈2c、2d產生的磁通量，便會作用於上下層之永久磁鐵5a、5b，能夠提升推力，同時藉由將磁路共通化，能謀求線性電動機的小型化。

採取這樣的本實施例之構成，除了能獲得與實施例1同樣的效果外，可將連接第1磁極齒11與第2磁極齒12的磁性體13共通化，能使磁路小型化。

另，上述本實施例之構成，係為將永久磁鐵5的列數做成2列時之構成例，但只要有同樣的效果，則永久磁鐵5的列數並不受限定，亦可在上下以多數列構成。

此外，上述本發明之各實施例，雖說明在動子配置永久磁鐵之構成，但即使將永久磁鐵改變成磁性材的情形下，同樣可產生推力。

[實施例11]

圖35至圖37示意本發明之線性電動機實施例2。圖35所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1大致相同，故在此省略詳細說明。圖35是將實施例1所示之線性電動機於Y軸方向重疊2層，藉由將電樞共通化而小型化。圖35示意該線性電動機之立體圖、圖36示意側面圖。圖36所示之電樞100的A-A截面與B-B截面，如圖37所示。利用圖37，說明本發明線性電動機之磁路。A-A截面中，第一磁極齒、第二磁極齒、以及連接第一磁極齒與第二磁極齒的磁性體係成為3分割構造，由下述三者所構成，即，上層之第一磁極齒11a和連接第一磁極齒與第二磁極齒的磁性體13a、下層之第二磁極齒12b和連接第一磁極齒與第二磁極齒的磁性體13a、上層之第二磁極齒12a和下層之第一磁極齒11b和連接第一磁極齒與第二磁極齒的磁性體13b。在上層之第一磁極齒11a配置線圈2a、在上層之第二磁極齒12a配置線圈2b、在下層之第一磁極齒11b配置線圈2c、在下層之第二磁極齒12b配置線圈2d。

由線圈2a及2b產生的磁通量之方向如61a所示。此外，由線圈2c及線圈2d產生的磁通量之方向如61b所 示。作用於上層動子的磁通量61a、以及作用於下層動子的磁通量61b係為同一方向，並以上層上側的磁性體13a、下層下側的磁性體13a及中央部的磁性體13b來形成磁路，藉此，與上層之磁鐵5a相向之線圈2a及2b所製造的磁通量，亦會作用於下層之磁鐵5b。另一方面，與下層之磁鐵5b相向之線圈2c及2d所製造的磁通量，亦會作用於上層之磁鐵5a。藉由此效果，相較於實施例1中說明般將動子做成1層之線性電動機，能夠提升每單位體積之推力(推力密度)(效果A)。

再來，說明A-A截面所示之部分與相鄰之磁性體的磁路。利用圖37的B-B截面，說明A-A截面的磁極齒與相鄰之磁極齒的磁路構成。

圖37的B-B截面中，線圈2e及2f所製造的磁通量，會透過上層上側的磁性體13a、下層下側的磁性體13a及中央部的磁性體13b而作用於下側之磁鐵5b；線圈2g及2h所製造之磁通量，會透過上層上側的磁性體13a、下層下側的磁性體13a及中央部的磁性體13b而作用於上側之磁鐵5a。使在相鄰之磁極產生的磁通量成為逆方向，藉此，便可藉由圖37所示在XY截面內產生的磁通量路徑、以及圖36所示在YZ面內產生的磁通量路徑來增大磁路截面積，能夠進一步提升推力密度(效果B)。

本實施例係說明將電樞100做成磁極齒於Z方向併設2個之情形，但即使磁極齒於Z方向設置1個的情形下， 藉由將動子做成多層，使磁路共通化，線圈所製造之磁通量便會相互作用，而可以前述效果A來使線性電動機小型化。又，藉由將複數個磁極於Z方向併設，便能謀求磁路截面積的擴大，能夠更加小型化。是故，關於前述效果A，並不限定於Z方向併設動子之情形，使設計成多層構成的線圈所產生之磁通量朝向同一方向，以多層構成的磁通量相互作用之方式來使磁路共通化，藉此也能得到效果。

圖35至圖37所示之線性電動機中，於Y方向設計成2層的線圈所產生之磁通量，使其朝向同一方向時之推力密度以及使其朝向反方向時之推力密度的磁場解析結果如圖38所示。由線圈產生之磁通量方向做成相反的情形下，將額定電流1.0(p.u.)時之額定推力訂為1.0(p.u.)，比較其與由線圈產生之磁通量方向做成同一的情形下之推力。其結果，藉由將由2層線圈產生之磁通量方向做成同一，相較於將由線圈產生之磁通量方向做成相反之情形，其推力密度變為1.36倍。

本實施例中係說明將動子做成2層構成之情形，但針對3層以上之構成，同樣能夠提升推力密度。此外，將上下層之磁路分割成上層上側的磁性體13a、下層下側的磁性體13a及中央部的磁性體13b，藉此，只要將上層上側的磁性體13a與下層下側的磁性體13a之間的中央部的磁性體13b數量增加，便可輕易做成多層構成。此時，複數個線圈的磁通量會相互作用，藉此能夠縮小電樞的體型。

本發明能夠以磁路共通化來實現線性電動機體型之削減、以磁阻減低來實現推力提升。本發明之線性電動機，由於推力提升，必須提升動子的強度。為了提高動子的強度，可以考慮將動子增厚，但若將動子增厚則磁阻會增加，推力密度會減低。鑑此，如圖35所示，在配置永久磁鐵5的永久磁鐵保持構件52的兩側設置側板57，藉此便不需將動子厚度增厚而能提升動子強度。又，將安裝有側板57的動子做成多層構成，而在動子的端部安裝連結板56，藉此便能實現動子的大幅剛性提升。如此一來，不需增加磁阻便能提升動子的剛性，故推力與推力密度大，大推力的線性電動機中待解決之動子強度問題便能解決。

[實施例12]

圖39至圖41示意本發明之線性電動機實施例3。圖35所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1至實施例2大致相同，故在此省略詳細說明。本發明之線性電動機中為提升動子的剛性，係示意將連接第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體13予以裁斷之實施例。如圖39所示，將連接構成電樞100、101、102之第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體13予以切除。將配置了永久磁鐵5之磁鐵保持構件52緊固至基底板53，藉此對於大推力便能減低磁鐵保持構件52的變形。圖40示意將連接第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體13予以裁斷後之線性電動機一 例。圖40所示線性電動機於XY平面之磁通量如圖41所示、於XZ面內之磁通量如圖42所示。藉由構成複數個磁路來減低磁阻，能使線性電動機小型化。

此外，實施例3之構成，是將配置了永久磁鐵5之永久磁鐵保持構件52固定至基底板53，成為固定側。電樞100、101、102成為可動側，固定側與可動側相對移動。在此情形下，固定側的保持方法一例如圖41所示，是在固定側與可動側之間設置可動部支撐具85來相對地保持位置。該可動部支撐具可使用導引滾輪或線性導引滑軌等，但並不限定於該些。

圖43至圖45示意在磁鐵保持構件52設置側板57，以抑制磁鐵保持構件52變形之構造例。舉例來說，圖45中亦可在側板57的上部設置導引滾輪等，來相對地保持固定側與可動側之位置。

[實施例13]

圖46至圖47示意本發明之線性電動機實施例4。圖45所示之本實施例之線性電動機，其構成與實施例1至實施例2大致相同，故在此省略詳細說明。圖46為將動子層數做成4層，而將電樞100、101、102於Z方向配置2組之實施例。

具有電樞100、101、102，其由下述各者所構成：磁性體14(形狀A)，由第1磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成； 及磁性體16(形狀B)，由第2磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成；及磁性體15(形狀B)，由第1磁極齒、第2磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成；及捲繞於各磁極齒之線圈。配置於各磁極齒之線圈所產生之磁通量61係朝向同一方向，各線圈的磁通量會相互作用，而能使磁導增大。

此外，將構造做成為，在由第1磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成的磁性體14，及由第2磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成的磁性體16之間，包夾 由第1磁極齒、第2磁極齒、和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量路徑之磁性體所構成的磁性體15，藉此，能夠以2種形狀的磁性體(形狀A與形狀B)之組合輕易地做成多層化，能藉由進一步多層化來做成磁通量與磁路的共有化，而提升推力與推力密度。此外，將做成多層化的動子予以連結，藉此能夠提升動子的剛性。

本發明之實施例1至實施例3中，雖在電樞的橫向部 分設置供線圈的配線等通過之空間，但本孔的有無並不會限定本發明。

本發明只要能獲得同樣效果，則並不限定於多層構成，亦可為如圖48所示之構成。

另，本發明並非限定於上述實施例，還包含各種變形例。舉例來說，上述實施例是為了便於說明本發明而詳細說明，未必限定於一定要具備所說明之全部構成。此外，可將某一實施例的構成的一部置換為其他實施例的構成，又，亦可於某一實施例的構成添加其他實施例的構成。此外，針對各實施例的構成的一部分，可追加、刪除、置換其他構成。

2a‧‧‧線圈

5‧‧‧永久磁鐵

13‧‧‧連接第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體

81‧‧‧空間

100、101、102‧‧‧電樞

Claims (18)

1. 一種線性電動機，具備動子及電樞，產生用來讓前述動子與前述電樞相對地水平移動之推力，前述動子係將永久磁鐵或磁性材一面使磁化方向反轉一面並排複數個而形成，前述電樞係由：第1磁極齒及第2磁極齒，配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下包夾；及磁性體，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑；及線圈，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒；所構成，且在前述動子或電樞的行進方向至少並設2個，且兩者藉由前述磁性體而連結，其特徵為：具有來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路。
2. 如申請專利範圍第1項之線性電動機，其中，來自前述線圈的磁通量所通過之至少2個不同磁路，係由：第1路徑，來自前述線圈的磁通量，從前述磁性體至前述第1磁極齒、從該第1磁極齒至前述第2磁極齒、再從該第2磁極齒到達前述磁性體；及第2路徑，在與該第1路徑正交之方向，且在前述各自之電樞內到達於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之前述磁極齒；所構成。
3. 一種線性電動機，具備動子及電樞，產生用來讓前述動子與前述電樞相對地水平移動之推力，前述動子係將使磁化方向反轉之永久磁鐵或磁性材並排複數個而形成，前述電樞係由：第1磁極齒及第2磁極齒，配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下包夾；及磁性體，連接前述 第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑；及線圈，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒；所構成，且在相對於前述動子或電樞的行進方向為交錯之方向至少併設2個，且兩者藉由前述磁性體而連結，其特徵為：由2個前述電樞的前述線圈所產生之磁通量的方向成為同一。
4. 一種線性電動機，其特徵為：係由：動子，將使磁化方向反轉之永久磁鐵或磁性材並排複數個而形成；及第1磁極齒及第2磁極齒，配置成將前述永久磁鐵或磁性材從上下包夾；及磁性體，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑；及線圈，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒；所構成，且具有：前述第1磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體、前述第2磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體、前述第1磁極齒和前述第2磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體，將至少2個以上的前述第1磁極齒和前述第2磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體，在前述第1磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體、及前述 第2磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體之間，配置前述第1磁極齒和前述第2磁極齒和連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒而形成磁通量的路徑之磁性體。
5. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈，其捲繞方向相反。
6. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，和分別配置於於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的線圈所製造之磁通量，其方向彼此交互。
7. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的磁性體之側面部、及連接於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體之側面部之間的一部分，形成空間。
8. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，連接前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的前述磁性體、及連接於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之第1磁極齒與第2磁極齒的磁性體，係被分割。
9. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，分別配置於前述第1磁極齒與前述第2磁極齒的線 圈，對於每個於前述動子或電樞的行進方向上鄰接之磁極齒，其相位係相同或相差180°。
10. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，具有於前述動子或電樞的行進方向上並排複數個之第1及第2磁極齒，且對於磁鐵的間距τm、及磁極齒的Z方向間距τp，具有(3m±1)τm=3mτp(m=2、3、4...)之關係。
11. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，具有於前述動子或電樞的行進方向上並排複數個之第1及第2磁極齒，且對於磁鐵的間距τm、及磁極齒的Z方向間距τp，具有n(3m±1)τm=3mnτp(n=1、2、3...、m=2、3、4...)之關係。
12. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，前述永久磁鐵，係於上下配置多數列。
13. 如申請專利範圍第1或2項之線性電動機，其中，前述永久磁鐵，係於上下配置2列。
14. 一種線性電動機驅動系統，其特徵為：具有複數個申請專利範圍第1或2項之線性電動機，於前述線性電動機之各者具備驅動裝置。
15. 如申請專利範圍第1項、第3項或第4項之線性電動機，其中，前述動子至少具有2個以上。
16. 如申請專利範圍第1項、第3項或第4項之線性電動機，其中，在永久磁鐵保持構件上安裝側板。
17. 如申請專利範圍第15項之線性電動機，其中， 將複數個動子予以連結。
18. 如申請專利範圍第1項、第3項或第4項之線性電動機，其中，將配置了永久磁鐵之永久磁鐵保持構件緊固至基底板。