TWI504110B - 線性同步馬達 - Google Patents

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Description

線性同步馬達
本發明係關於可動元件對固定元件進行直線運動的線性同步馬達。
日本特開2001-286122號公報揭示有一種線性同步馬達，其具有固定元件和相對該固定元件進行直線運動之可動元件。可動元件具備：在軸線方向進行往復移動之直動軸、及由固定在該直動軸的複數永久磁鐵構成的永久磁鐵列。固定元件具備：複數繞線，其係繞線導體捲繞成環狀所形成且包圍可動元件的周圍；及鐵芯單元，其形成有收納該複數繞線的溝槽。鐵芯單元係將藉由切削加工所形成的複數鐵芯分割體組合在軸線方向而構成。該線性同步馬達係組合複數鐵芯分割體而構成具備軛之鐵芯單元。然而，組合結果為構成軛之後，鐵芯分割體的形狀變複雜，而有製造成本提高之問題。又，藉由切削加工形成鐵芯分割體之後，因為產生渦電流，而有效率變差的問題。
考慮到渦電流造成的損失，較佳為將鐵芯單元個別地形成複數磁極部和軛，積層複數枚磁性鋼板而構成複數磁極部。
[先行技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2001-286122號公報
然而，即使在磁極部和軛個別地形成之情形，線性同步馬達的重量和以往大致相同，無法降低製造成本。
本發明之目的在於提供可降低線性同步馬達的製造成本、減輕線性同步馬達的重量之線性同步馬達。
本發明之另一目的係除了上述目的以外，提供容易對滑動軸承注入潤滑油之線性同步馬達，該滑動軸承係將可動元件支承成相對固定元件可往復移動自如。
本發明做為對象之線性同步馬達係具備第1組件和第2組件。第1組件具備軸及由安裝在該軸之複數永久磁鐵所構成的1個以上的永久磁鐵列。第2組件具備複數繞線和鐵芯單元。複數繞線係繞線導體捲繞成環狀所形成，在軸的軸線方向隔著預定間隔配置且配置成包圍前述軸的周圍。鐵芯單元具有複數磁極部及軛，該複數磁極部具有積層複數枚磁性鋼板而構成且與永久磁鐵列隔著預定間隙而相對向的磁極面，且與軸同心地配置成包圍軸的周圍，該軛係磁連接複數磁極部。複數磁極部係在軸線方向隔著間隔配置，使相鄰的兩個磁極部間形成配置1個繞線之空間。而且，第1及第2組件之一方係當作可動元件使用，第1及第2組件之另一方係當作固定元件使用。本發明係具備由導磁性材料形成且將軸做為中心而包圍鐵芯單元的周圍之框構件。而且，複數磁極部和框構件係磁連接，框構件構成軛。框構件係相當於蓋構件者。此外，框構件若當作軛之功能為佳，而為包圍鐵芯單元周圍全體之構造或包圍一部分(不包圍鐵芯單元的一部分)之構造皆可。又，所謂「框構件構成軛」係包含：框構件全體構成軛的情形、及框構件的一部分構成軛的情形兩者。又，積層複數枚磁性鋼板構成複數磁極部的全部亦可，積層複數枚磁性鋼板構成複數磁極部的一部分亦可。
如本發明，當包圍鐵芯單元周圍的框構件係當作磁連接複數磁極部之軛之功能時，則不須如以往使用重量較重的軛專用零件。因此，可降低線性同步馬達的製造成本並減輕線性同步馬達的重量。
可在第2組件設置至少1支滑動軸，使該滑動軸與軸平行地配置，朝與軸線方向平行的方向貫通鐵芯單元且固定在鐵芯單元。於此情形下，在第1組件設置至少一組滑動軸承，該滑動軸承係以可滑動方式支承至少1支滑動軸的兩端部。此外，此處所謂的「滑動軸承」係使滑動軸對於鐵芯單元(被支承部)可在軸線方向往復移動地予以支承之線性導件等軸承。如此一來，滑動軸藉由滑動軸承而以可滑動方式被支承在第1組件(固定元件)。因此，第2組件與滑動軸一起進行滑動。此外，亦可將進行滑動的滑動軸直接當作線性同步馬達的輸出軸使用。
如上述構成之情形下，至少一組滑動軸承的各個滑動軸承和具備永久磁鐵列的軸的端部，係藉由一組連結構件而連結。如此一來，可使滑動軸承支承在第1組件(固定元件)的軸。又，藉由在連結構件設置滑動軸承，而可將滑動軸承配置在第1組件的外部。因此，能容易地將潤滑油注入滑動軸承。
於以具有筒形狀的方式構成滑動軸的情形，可構成為在滑動軸的中空內部流動用於冷卻複數繞線的水等冷卻媒體。此外，可直接地在滑動軸的中空內部流動冷卻媒體，亦可在滑動軸的中空內部配置冷卻管，讓冷卻媒體流動於該冷卻管中。如此一來，利用滑動軸而能容易地冷卻複數繞線。
框構件可藉由螺緊在鐵芯單元的複數分割框構件而構成。如此一來，藉由安裝複數分割框構件而可容易地將框構件配置在鐵芯單元的周圍。
複數分割框構件係由第1種分割框構件和第2種分割框構件構成，該第1種分割框構件係抵接在鐵芯單元的外周面，該第2種分割框構件係配置成跨在兩個第1種分割框構件的對接部且與兩個第1種分割框構件一起螺緊在鐵芯單元。如此一來，由於第2種分割框構件係配置成跨在兩個第1種分割框構件的對接部，因此藉由形成在對接部的間隙之存在，可防止框構件的磁阻變大。
複數磁極部具備至少一個被連結部分，且複數磁極部可配置成至少一個被連結部分沿著軸並排而構成至少一個被連結部分列。於此情形，可將前述至少1支滑動軸配置成貫通構成被連結部分列的複數被連結部分。如此一來，可使用滑動軸，將複數磁極部進定位並連結。
複數磁極部係由位於軸線方向兩端的一對端部磁極部、和位於一對端部磁極部之間的1個以上的中間磁極部所構成。於此情形，框構件螺緊在一對端部磁極部即可。如此一來，可簡單地將框構件安裝在鐵芯單元。
框構件和複數繞線之間亦可形成由絕緣成型樹脂構成的成型部。
以下，詳細地說明本發明之實施形態之一例。圖1~圖3係本發明之線性同步馬達的實施形態之一例的前視圖、左側視圖及右側視圖。此外，圖1係以軸5的軸線為中心，在90°之角度範圍於局部切開之狀態下顯示。如圖1所示，本例之線性同步馬達具有做為固定元件使用之第1組件1、及做為可動元件使用之第2組件3。第1組件1具有軸5、永久磁鐵列7、第1及第2連結構件9A，9B、第1~第4滑動軸承11A、11B、11C、11D及被檢測用永久磁鐵13。軸5具有由磁性材料構成的細長圓筒形。永久磁鐵列7係藉由嵌合在軸5的外周且並排在軸5的軸線方向之8個圓環狀的永久磁鐵17所構成。8個永久磁鐵17具有：在軸5的徑方向的外面磁化成呈現N極之4個圓環狀的永久磁鐵、及磁化成呈現S極之4個圓環狀的永久磁鐵。而且，8個永久磁鐵17係配置成N極和S極在軸線方向交替地並排。本例中，1個永久磁鐵17係配置成圓弧狀的6個永久磁鐵片並排在軸5的周方向而構成。永久磁鐵片係藉由接著劑而固定在軸5。此外，永久磁鐵亦可如本例直接地安裝在軸5的外周，亦可間接地安裝。例如，亦可將磁鐵安裝部固定在軸5的外周，再將永久磁鐵列(複數永久磁鐵)固定在該磁鐵安裝部。
第1連結構件9A係由鋁構成，如圖2所示，在中央部藉由4支螺栓15而連結著軸5的一方端部。又，在第1連結構件9A的兩端部，藉由螺栓18安裝著各第1及第3滑動軸承11A、11C。藉此，第1及第3滑動軸承11A、11C和軸5的一方端部係藉由第1連結構件9A而連結。第2連結構件9B亦由鋁構成，如圖3所示，在中央部藉由4支螺栓19而連結著軸5的另一方端部。又，在第2連結構件9B的兩端部，藉由螺栓21安裝著各第2及第4滑動軸承11B、11D。藉此，第2及第4滑動軸承11B、11D和軸5的另一方端部係藉由第2連結構件9B而連結。
如圖1所示，第2組件3具有6個繞線23A~23F和鐵芯單元25。6個繞線23A~23F係繞線導體捲繞成環狀所形成，在軸5的軸線方向隔著間隔配置且配置成包圍軸5的周圍。在6個繞線23A~23F，流動著每一電角度各偏離120°相位的3相勵磁電流(U、V、W)。具體而言，在6個繞線23A~23F，分別流動著U相、-U相、-V相、V相、W相、-W相的勵磁電流。繞線23A~23F係分別收納在圖4(A)~(C)所示之線軸27。線軸27係藉由與繞線23A~23F和後述磁極部(31、33、35)絕緣的絕緣合成樹脂材料所形成。線軸27具有：筒部27a，係軸5貫通於中央部；及一對鍔部27b，係一體地設置在筒部27a的兩端且朝與軸5的軸線方向正交之方向延伸。在一對鍔部27b的一方鍔部形成有朝徑方向延伸的溝部27c，該溝部27c係使繞線(23A~23F)開始捲繞時的拉出線朝線軸27的鍔部27b的徑方向外側拉出。而且，在一方之鍔部27b，內部形成有溝部27c且朝遠離另一方之鍔部27b的方向一體地形成有突出之突出部27d。在突出部27d內，收納著從溝部27c被拉出的開始捲繞之拉出線。內部收納著繞線23A~23F的線軸27係具有於後述5個中間磁極部35定位且被固定之後，可***鄰接的兩個磁極部(31、33、35)間的形狀及尺寸。
如圖1所示，鐵芯單元25具有托架軸襯(Bracket bush)29、輸出側端部磁極部31、反輸出側端部磁極部33、5個中間磁極部35。托架軸襯29係於非磁性的鋁等施行切削加工所形成。托架軸襯29具有環狀，嵌合在輸出側端部磁極部31的凹部41c。在托架軸襯29的中央部，形成有軸5貫通的貫通孔29a。
如圖5所示，輸出側端部磁極部31具有：輪廓為大致矩形狀的本體部41、及在圖5的紙面中位於本體部41上下方向的一對被連結部分43。又，輸出側端部磁極部31係於預定厚度的磁性鋼材施行切削加工所形成。在本體部41的中央部，形成有軸5貫通的貫通孔41a。因此，一對被連結部分43係以軸5為中心呈相對向。而且，貫通孔41a的內周壁面構成磁極面41b，該磁極面41b係與永久磁鐵列7隔著預定間隙而相對向。磁極面41b係構成為隨著從相鄰的中間磁極部35沿著軸線方向遠離，而與永久磁鐵列7之間的間隙變大(圖1)。又，在本體部41的托架軸襯29側之面，形成有用於嵌合並安裝托架軸襯29的凹部41c。在一對被連結部分43的中央，形成有後述第1及第2滑動軸37A、37B分別嵌合的貫通孔43a。在一對被連結部分43，藉由螺栓45分別固定著第1及第2滑動軸37A、37B(圖1)。
如圖6所示，反輸出側端部磁極部33具有：輪廓為大致矩形狀的本體部47、及在圖6的紙面中位於本體部47上下方向的一對被連結部分49。又，反輸出側端部磁極部33係於預定厚度的磁性鋼材施行切削加工所形成。如圖1所示，在本體部47的中央部，形成有軸5貫通的貫通孔47a。因此，一對被連結部分49係以軸5為中心呈相對向。而且，貫通孔47a的內周壁面構成有磁極面47b，該磁極面47b係與永久磁鐵列7隔著預定間隙而相對向。磁極面47b係構成為隨著從相鄰的中間磁極部35沿著軸線方向遠離，而與永久磁鐵列7之間的間隙變大(圖1)。又，如圖6所示，在本體部47形成有貫通孔47c，該貫通孔47c係用於讓複數繞線23A~23F的引線成束所構成的引線束貫通。又，如圖1所示，在反輸出側端部磁極部33的外面固定著霍爾元件51。在軸5設置有與霍爾元件51呈相對向的被檢測用永久磁鐵13。而且，藉由霍爾元件51和被檢測用永久磁鐵13進行磁極檢測。在一對被連結部分49的中央，形成有第1及第2滑動軸37A、37B分別嵌合的貫通孔49a。在一對被連結部分49，藉由螺栓52分別固定著第1及第2滑動軸37A、37B(圖1)。
如圖7所示，5個中間磁極部35具有：輪廓為矩形狀的本體部53、及在圖7的紙面中位於本體部53上下方向的一對被連結部分55。中間磁極部35係分別在軸5的軸線方向積層複數枚磁性鋼板所構成。如圖1所示，5個中間磁極部35係於輸出側端部磁極部31和反輸出側端部磁極部33之間，並排配置在軸線方向。在本體部53的中央部形成有軸5貫通的貫通孔53a。因此，一對被連結部分55係以軸5為中心呈相對向。而且，在貫通孔53a的內周面構成有磁極面，該磁極面係與永久磁鐵列7隔著預定間隙而相對向。在本體部53的隅角，與樹脂一起形成引線貫通的引線貫通孔53b。在貫通孔53a和引線貫通孔53b之間形成有線軸嵌合溝53c，該線軸嵌合溝53c係嵌合線軸27的突出部27d。線軸嵌合溝53c和引線貫通孔53b連通。在第1一對被連結部分55的中央，形成有第1及第2滑動軸37A、37B分別嵌合的貫通孔55a。
本例中，如圖1所示，輸出側端部磁極部31、5個中間磁極部35及反輸出側端部磁極部33，係於軸線方向隔著間隔配置成在相鄰的兩個磁極部(31、33、35)之間形成配置1個繞線(23A~23F)的空間。而且，本例係由輸出側端部磁極部31、反輸出側端部磁極部33及5個中間磁極部35構成複數磁極部，複數磁極部係與軸5同心地配置成包圍軸5的周圍。又，由輸出側端部磁極部31和反輸出側端部磁極部33構成位於複數磁極部的軸線方向的兩端之一對端部磁極部。又，5個中間磁極部35構成複數磁極部(31、33、35)的主要部。
於組合有托架軸襯29、輸出側端部磁極部31、反輸出側端部磁極部33、5個中間磁極部35及6個繞線23A~23F之狀態下，輸出側端部磁極部31的一對被連結部分43、反輸出側端部磁極部33的一對被連結部分49及5個中間磁極部35的一對被連結部分55係沿著軸5並排而構成一對被連結部分列57(圖1)。分別構成一對被連結部分列57的一對被連結部分(43、49、55)係藉由第1及第2滑動軸37A、37B而分別被貫通。
固定在鐵芯單元25的第1及第2滑動軸37A、37B係藉由不銹鋼成形，具有圓筒形。在圓筒形的第1及第2滑動軸37A、37B的中空內部，因應必要而流動冷卻媒體(水)用於冷卻繞線23A~23F。而且，第1及第2滑動軸37A、37B係於與軸5的軸線方向平行的方向貫通鐵芯單元25，且從輸出側端部磁極部31及反輸出側端部磁極部33突出在軸線方向的兩側。第1滑動軸37A的兩端係分別嵌合在第1及第2滑動軸承11A、11B。又，第2滑動軸37B的兩端係嵌合在第3及第4滑動軸承11C、11D。因此，第1滑動軸37A係藉由一組滑動軸承(第1及第2滑動軸承11A、11B)以可滑動方式被支承著，第2滑動軸37B係藉由另一組滑動軸承(第3及第4滑動軸承11C、11D)以可滑動方式被支承著。藉由此支承構造，第1組件1的軸5被定位在鐵芯單元25中心的貫通孔(41a、47a等)中心。又，在第2滑動軸37B嵌合著線圈彈簧59。線圈彈簧59係於嵌合在第2滑動軸37B的狀態下，配置於鐵芯單元25和第2連結構件9B之間。線圈彈簧59係於鐵芯單元25接近第2連結構件9B時，蓄積使鐵芯單元25從第2連結構件9B遠離的方向之推迫力。因此，在以鐵芯單元25於上下方向往復移動的方式配置線性同步馬達的情形，藉由使第2連結構件9B位於下方，則能利用線圈彈簧59的推迫力來防止鐵芯單元25落下至第2連結構件9B側。此外，在第1滑動軸37A，當然亦可在鐵芯單元25和第2連結構件9B之間配置線圈彈簧。
在鐵芯單元25的外周配置有框構件39。框構件39具有相互地隔著間隔配置的第1分割框構件61A和第2分割框構件61B。第1及第2分割框構件61A、61B皆藉由厚度尺寸2mm之導磁性材料形成。如圖8(A)~(C)所示，第1分割框構件61A係覆蓋朝向各圖1~圖3位於上方的鐵芯單元25之輸出側端部磁極部31和反輸出側端部磁極部33之間的上半部之大部分。此外，圖8(A)~(C)為第1分割框構件61A的前視圖、右側視圖及後視圖。第1分割框構件61A具有：一對側部63，係與複數磁極部(31、33、35)的本體部(41、47、53)之半部抵接；及連結部65，係連結一對側部63，且抵接在一對被連結部分(43、49、55)的一方之被連結部分。在側部63的一對緣部分別形成有4個貫通孔63a。而且，第1分割框構件61A係貫通貫通孔63a，藉由螺合在輸出側端部磁極部31的螺栓孔31a(圖5)及反輸出側端部磁極部33的螺栓孔33a(圖6)的螺栓67(圖2、圖3)，而螺緊於輸出側端部磁極部31及反輸出側端部磁極部33。如此一來，第1分割框構件61A磁連接著輸出側端部磁極部31、反輸出側端部磁極部33及5個中間磁極部35。
第2分割框構件61B亦具有與第1分割框構件61A相同的構造。如圖9(A)~(C)所示，第2分割框構件61B係覆蓋朝向各圖1~圖3位於下方的鐵芯單元25之輸出側端部磁極部31和反輸出側端部磁極部33之間的下半部之大部分。此外，圖9(A)~(C)為第2分割框構件61B的前視圖、右側視圖及後視圖。第2分割框構件61B具有：一對側部69，係與複數磁極部(31、33、35)的本體部(41、47、53)之半部抵接；及連結部71，係連結一對側部69，且抵接在一對被連結部分(43、49、55)的另一方之被連結部分。在側部63的一對緣部分別形成有4個貫通孔69a。而且，第2分割框構件61B係貫通貫通孔69a，藉由螺合在輸出側端部磁極部31的螺栓孔31b(圖5)及反輸出側端部磁極部33的螺栓孔33b(圖6)的螺栓73(圖1~圖3)，而螺緊於輸出側端部磁極部31及反輸出側端部磁極部33。如此一來，第2分割框構件61B亦磁連接著輸出側端部磁極部31、反輸出側端部磁極部33及5個中間磁極部35。藉由以上構成，由第1分割框構件61A和第2分割框構件61B構成的框構件39，係以軸5為中心而包圍鐵芯單元25的周圍，構成與複數磁極部(31、33、35)磁連接著的軛。如圖2及如圖3所示，在第1分割框構件61A和第2分割框構件61B之間，形成有朝軸5延伸的方向延伸的一對空隙部G1、G2。又，在第1分割框構件61A及第2分割框構件61B和繞線23A~23F之間，形成有由絕緣成型樹脂構成的成型部75(圖1)。本例係於將第1分割框構件61A及第2分割框構件61B安裝在鐵芯單元25的狀態下，在第1分割框構件61A及第2分割框構件61B內充填有絕緣成型樹脂。因此，充填絕緣成型樹脂時，可將成型用成形模具簡略化。一對空隙部G1、G2的一方之空隙部G1，係構成在製造第2組件3時，用於充填絕緣成型樹脂之注入口。一對空隙部G1、G2的另一方之空隙部G2，係構成在充填絕緣成型樹脂時的排氣口。
本例之線性同步馬達係第2組件3的鐵芯單元25對第1組件1的軸5在軸線方向進行移動時，第1滑動軸37A在第1及第2滑動軸承11A、11B滑動，第2滑動軸37B在第3及第4滑動軸承11C、11D滑動。
根據本例之線性同步馬達，包圍鐵芯單元25周圍的框構件39係當作磁連接複數磁極部(31、33、35)的軛之功能。因此，不須如以往使用重量較重的軛專用零件。其結果可降低線性同步馬達的製造成本，且減輕線性同步馬達的重量。又，可將第1及第2滑動軸37A、37B當作輸出軸使用。
此外，上述係例示使用2支滑動軸(第1及第2滑動軸37A、37B)，但滑動軸為1支或3支以上亦可。
又，上述係使用具備永久磁鐵列的第1組件1當作固定元件，使用具備複數繞線的第2組件3當作可動元件，但亦可將具備永久磁鐵列的第1組件1當作可動元件使用，將具備複數繞線的第2組件3當作固定元件使用。將具備永久磁鐵列的第1組件1當作可動元件使用之情形，可減輕可動元件的重量。
圖10~圖12係本發明之線性同步馬達的其他實施形態之前視圖，左側視圖及右側視圖。此外，圖10係顯示以軸105的軸線為中心在90°之角度範圍局部切開之狀態。如圖10所示，本例之線性同步馬達具有：當作可動元件使用的第1組件101、及當作固定元件使用的第2組件103。第1組件101具有軸105、永久磁鐵列107、第1及第2導軸109A、109B、第1及第2連結構件111A、111B、被檢測用永久磁鐵113。軸105具有由磁性材料構成的細長圓筒形，在軸線方向往復移動。永久磁鐵列107係由嵌合在軸105的外周且並排在軸105的軸線方向之8個圓環狀的永久磁鐵115所構成。8個永久磁鐵115具有：在軸105的的徑方向的外面磁化成呈現N極之4個圓環狀的永久磁鐵、及磁化成呈現S極之4個圓環狀的永久磁鐵。而且，8個永久磁鐵115係配置成N極和S極在軸線方向交替地並排。本例中，1個永久磁鐵115係配置成圓弧狀的6個永久磁鐵片並排在軸105的周方向而構成。永久磁鐵片係藉由接著劑而固定在軸105。
第1及第2導軸109A、109B係由不銹鋼構成，具有細長的圓柱形。第1及第2導軸109A、109B係配置成與軸105平行地延伸，透過第1及第2連結構件111A、111B而連結在軸105。第1及第2導軸109A、109B係藉由配置在後述一對筒體139內的滑動軸承161而分別可滑動地被支承著。藉由該支承構造，第1組件101的軸105定位在第2組件103的中心。又，在第2導軸109B嵌合著線圈彈簧110。線圈彈簧110係於嵌合在第2導軸109B之狀態下，配置在後述鐵芯單元127和第2連結構件111B之間。線圈彈簧110係於第2連結構件111B接近鐵芯單元127時，蓄積使第2連結構件111B從鐵芯單元127遠離的方向之推迫力。因此，在以軸105於上下方向往復移動的方式配置線性同步馬達的情形，藉由使第2連結構件111B位於上方，則能利用線圈彈簧110的推迫力來防止第2連結構件111B落下至鐵芯單元127側。此外，在第1連結構件111A，當然亦可在鐵芯單元127和第2連結構件111B之間配置線圈彈簧。
第1連結構件111A係由鋁構成，如圖11所示，在中央部藉由4支螺栓117而連結著軸105的一方端部。又，在第1連結構件111A的兩端部，藉由螺栓119連結著第1及第2導軸109A、109B各自的一方端部。第2連結構件111B亦由鋁構成，如圖12所示，在中央部藉由4支螺栓121而連結著軸105的另一方端部。又，在第2連結構件111B的兩端部，藉由螺栓123連結著第1及第2導軸109A、109B各自的另一方端部。藉此，第1及第2導軸109A、109B和軸105係藉由第1及第2連結構件111A、111B而連結著。
第2組件103具有6個繞線125A~125F和鐵芯單元127。6個繞線125A~125F係繞線導體捲繞成環狀所形成，在軸105的軸線方向隔著間隔配置且配置成包圍軸105的周圍。在6個繞線125A~125F，流動著每一電角度各偏離120°相位的3相勵磁電流(U、V、W)。具體而言，在6個繞線125A~125F，分別流動著U相、-U相、-V相、V相、W相、-W相的勵磁電流。繞線125A~125F係分別收納在如與圖4(A)~(C)所示之線軸27相同的線軸129。
鐵芯單元127具有：端托架131、輸出側端部磁極部133、反輸出側端部磁極部135、5個中間磁極部137。端托架131係於非磁性之鋁等施行切削加工所形成。如圖10所示，在端托架131的中央部形成有軸105貫通的貫通孔131a。又，在端托架131的兩端部，形成有第1及第2導軸109A、109B分別貫通的貫通孔131b。
輸出側端部磁極部133具有：位於中央的本體部141；及位於本體部141上下方向的一對被連結部分143(圖10中，下方的被連結部分143被框構件163覆蓋著)；且輸出側端部磁極部133係於預定厚度的磁性鋼材施行切削加工所形成。在本體部141的中央部形成有軸105貫通的貫通孔141a。因此，一對被連結部分143係以軸105為中心形成相對向。此外，貫通孔141a的內周壁面亦構成磁極面141b。磁極面141b係構成為隨著從相鄰的中間磁極部137沿著軸線方向遠離而與永久磁鐵列107之間的間隙尺寸變大。在一對被連結部分143的中央，形成有一對筒體139分別貫通的貫通孔143a。
反輸出側端部磁極部135具有：位於中央的本體部145；及位於本體部145上下方向的一對被連結部分147(圖10中，下方的被連結部分147被框構件163覆蓋著)；且反輸出側端部磁極部135係於預定厚度的磁性鋼材施行切削加工所形成。在本體部145的中央部形成有軸105貫通的貫通孔145a。因此，一對被連結部分147係以軸105為中心形成相對向。此外，貫通孔145a的內周壁面亦構成磁極面145b。磁極面145b係構成為隨著從相鄰的中間磁極部137沿著軸線方向遠離而與永久磁鐵列107之間的間隙尺寸變大。在一對被連結部分147的中央，形成有第1及第2導軸109A、109B分別貫通的貫通孔147a。在反輸出側端部磁極部135的外面固定著霍爾元件149。在軸105設置有與霍爾元件149相對向的被檢測用永久磁鐵113。而且，藉由霍爾元件149和被檢測用永久磁鐵113進行磁極檢測。
如圖13所示，5個中間磁極部137具有：輪廓為矩形狀的本體部151、及在圖13的紙面中位於本體部151上下方向的一對被連結部分153。中間磁極部137係分別在軸105的軸線方向積層複數枚磁性鋼板所構成。如圖10所示，5個中間磁極部137係於輸出側端部磁極部133和反輸出側端部磁極部135之間，並排配置在軸線方向。在本體部151的中央部形成有軸105貫通的貫通孔151a。因此，一對被連結部分153係以軸105為中心呈相對向。而且，在貫通孔151a的內周面構成有磁極面，該磁極面係與第1組件101的永久磁鐵列107隔著預定間隙而相對向。在本體部151的隅角形成有貫通孔151b。在貫通孔151a和貫通孔151b之間形成有線軸嵌合溝151c，該線軸嵌合溝151c係嵌合線軸129的突出部[參照圖4(A)~(C)的符號27d]。線軸嵌合溝151c和貫通孔151b連通。在一對被連結部分153的中央，形成有一對筒體139分別嵌合的貫通孔153a。
本例中，如圖10所示，輸出側端部磁極部133、5個中間磁極部137及反輸出側端部磁極部135，係於軸線方向隔著間隔配置成在相鄰的兩個磁極部(133、135、137)之間形成配置1個繞線(125A~125F)的空間。而且，本例係由輸出側端部磁極部133、反輸出側端部磁極部135及5個中間磁極部137構成複數磁極部。又，由輸出側端部磁極部133和反輸出側端部磁極部135構成位於複數磁極部的軸線方向的兩端之一對端部磁極部。又，5個中間磁極部137構成複數磁極部(133、135、137)的主要部。
於組合有端托架131、輸出側端部磁極部133、反輸出側端部磁極部135、5個中間磁極部137及6個繞線125A~125F之狀態下，輸出側端部磁極部133的一對被連結部分143、反輸出側端部磁極部135的一對被連結部分147及5個中間磁極部137的一對被連結部分153係沿著軸105並排而構成一對被連結部分列155(圖10)。分別構成一對被連結部分列155的一對被連結部分(143、147、153)係藉由一對筒體139而分別被連接。
如圖14(A)及(B)所示，固定在鐵芯單元127的一對筒體139皆藉由磁性材料一體地成形，具有圓筒形。如圖14(A)所示，在一對筒體139的兩端各形成有4個螺栓孔139a。而且，一對筒體139係朝與軸105的軸線方向平行的方向貫通鐵芯單元127，各自的兩端抵接在端托架131和反輸出側端部磁極部135。又，一對筒體139係抵接在輸出側端部磁極部133的貫通孔143a的內周面、和5個中間磁極部137的貫通孔153a的內周面。一對筒體139各自的一方端部和端托架131係藉由螺栓157(圖11)加以固定，該螺栓157係貫通形成在端托架131的無圖示之貫通孔且螺合在筒體139的螺栓孔139a。又，一對筒體139各自的另一方端部和反輸出側端部磁極部135係藉由螺栓159(圖12)加以固定，該螺栓159係貫通形成在反輸出側端部磁極部135的無圖示之貫通孔且螺合在筒體139的螺栓孔139a。如圖10所示，在一對筒體139的內部配置有兩個滑動軸承161，該兩個滑動軸承161係可滑動地分別支承第1及第2導軸109A、109B。
如圖10及圖12所示，在鐵芯單元127的外周配置有框構件163。框構件163具有第1種分割框構件(165A、165B)和第2種分割框構件(167A、167B)。第1種分割框構件(165A、165B)係包含相互地隔著間隔配置的第1種第1分割框構件165A和第1種第2分割框構件165B。第1種第1分割框構件及第1種第2分割框構件165A、165B皆由厚度尺寸1.2mm的磁性材料所形成，且與鐵芯單元127的外周面抵接。如圖15(A)~(C)所示，第1種第1分割框構件165A係覆蓋朝向各圖10及圖12位於上方的鐵芯單元127之輸出側端部磁極部133和反輸出側端部磁極部135之間的上半部之大部分。此外，圖15(A)~(C)係第1種第1分割框構件165A的前視圖、右側視圖及後視圖。第1種第1分割框構件165A具有：一對側部169A、169B，係與複數磁極部(133、135、137)的本體部(141、145、151)之上半部相抵接；及連結部171，係連結一對側部169A、169B，且與一對被連結部分(143、147、153)的一方被連結部分相抵接。在一對側部169A、169B的一方側部169A之緣部形成有4個貫通孔169c。在一對側部169A、169B的另一方側部169B之緣部亦形成有4個貫通孔169d。
第1種第2分割框構件165B亦具有與第1種第1分割框構件165A相同的構造。如圖16(A)~(C)所示，第1種第2分割框構件165B係覆蓋朝向各圖10~圖12位於下方的鐵芯單元127之輸出側端部磁極部133和反輸出側端部磁極部135之間的下半部之大部分。此外，圖16(A)~(C)係第1種第2分割框構件165B的前視圖、右側視圖及後視圖。第1種第2分割框構件165B具有：一對側部173A、173B，係與複數磁極部(133、135、137)的本體部(141、145、151)之下半部相抵接；及連結部175，係連結一對側部173A、173B，且與一對被連結部分(143、147、153)的一方被連結部分相抵接。在一對側部173A、173B的一方側部173A之緣部形成有4個貫通孔173c。在一對側部173A、173B的另一方側部173B之緣部亦形成有4個貫通孔173d。
如圖12所示，在第1種第1分割框構件165A和第1種第2分割框構件165B之間，形成有朝軸105延伸的方向延伸的一對空隙部G11、G12。又，在第1種分割框構件(165A、1651B)和繞線125A~125F之間，形成有由絕緣成型樹脂構成的成型部177(圖10)。本例係於將第1種分割框構件(165A、1651B)安裝在鐵芯單元127的狀態下，在第1種分割框構件(165A、1651B)內充填有絕緣成型樹脂。因此，可將成型用成形模具簡略化。一對空隙部G11、G12的一方之空隙部G11，係構成在製造第2組件103時，用於充填絕緣成型樹脂之注入口。一對空隙部G11、G12的另一方之空隙部G12，係構成在充填絕緣成型樹脂時的排氣口。
第2種分割框構件(167A、167B)包含第2種第1分割框構件167A和第2種第2分割框構件167B。如圖17所示，第2種第1分割框構件167A具有矩形狀，且與第1種分割框構件(165A、165B)同樣地由厚度尺寸1.2mm之磁性材料所形成。在第2種第1分割框構件167A的兩端部各形成有4個貫通孔167c。如圖12所示，第2種第1分割框構件167A係覆蓋空隙部G11，且配置成跨在兩個第1種分割框構件(165A、165B)的一方對接部。第2種第1分割框構件167A係利用螺栓179，而與第1種分割框構件(165A、165B)一起螺緊在鐵芯單元127的端部磁極部(133、135)。螺栓179係貫通形成在第2種第1分割框構件167A的貫通孔167c(圖17)、形成在第1種第1分割框構件165A的一方之側部169A的貫通孔169c[圖15(A)]及形成在第1種第2分割框構件165B的一方之側部173A的貫通孔173c[圖16(A)]，且螺合於形成在端部磁極部(133、135)的螺栓孔。
如圖18所示，第2種第2分割框構件167B亦與第2種第1分割框構件167A同樣地具有矩形狀，且由厚度尺寸1.2mm之磁性材料所形成。在第2種第2分割框構件167B兩端的緣部各形成有4個貫通孔167d。如圖12所示，第2種第2分割框構件167B係覆蓋空隙部G12，且配置成跨在兩個第1種分割框構件(165A、165B)的另一方對接部。第2種第2分割框構件167B係利用螺栓181，而與第1種分割框構件(165A、165B)一起螺緊在鐵芯單元127的端部磁極部(133、135)。螺栓181係貫通形成在第2種第2分割框構件167B的貫通孔167d(圖18)、形成在第1種第1分割框構件165A的另一方之側部169B的貫通孔169d[圖15(C)]及形成在第1種第2分割框構件165B的另一方之側部173B的貫通孔173d[圖16(C)]，且螺合於形成在端部磁極部(133、135)的螺栓孔。
本例中，如圖12所示，第1種分割框構件(165A、165B)和第2種分割框構件(167A、167B)重疊的4處部分OL1~OL4，係構成磁連接複數磁極部(133、135、137)之軛的一部分。
本例之線性同步馬達係當第1組件101的軸105相對於第2組件103的鐵芯單元127而在軸線方向移動時，第1及第2導軸109A、109B在滑動軸承161內滑動。
本例之線性同步馬達係由框構件163和軛構成體構成軛，該軛構成體係由貫通複數磁極部(133、135、137)的一對筒體139所構成。於此情形，亦可減少由磁性材料所構成的軛構成體(一對筒體139)之量，因此一對筒體139的設計自由度提高。又，可降低線性同步馬達的製造成本，減輕線性同步馬達的重量。
[產業上之可利用性]
根據本發明，包圍鐵芯單元周圍的框構件係構成磁連接複數磁極部之軛，因此不須如以往使用重量較重的軛專用零件。因此，可降低線性同步馬達的製造成本，減輕線性同步馬達的重量。
1‧‧‧第1組件
3‧‧‧第2組件
5‧‧‧軸
7‧‧‧永久磁鐵列
9A、9B‧‧‧第1及第2連結構件
11A、11B、11C、11D‧‧‧第1~第4滑動軸承
23A~23F‧‧‧繞線
25‧‧‧鐵芯單元
31‧‧‧輸出側端部磁極部
33‧‧‧反輸出側端部磁極部
35‧‧‧中間磁極部
37A、37B‧‧‧第1及第2滑動軸
39‧‧‧框構件
61A‧‧‧第1分割框構件
61B‧‧‧第2分割框構件
75‧‧‧成型部
圖1係將本發明之實施形態的線性同步馬達以軸的軸線為中心，在90°之角度範圍於局部切開之狀態下所顯示之圖。
圖2係圖1所示之線性同步馬達的左側視圖。
圖3係圖1所示之線性同步馬達的右側視圖。
圖4(A)~(C)係圖1所示之線性同步馬達所用的線軸之俯視圖、前視圖及縱剖視圖。
圖5係圖1所示之線性同步馬達所用的輸出側端部磁極部之俯視圖。
圖6係圖1所示之線性同步馬達所用的反輸出側端部磁極部之俯視圖。
圖7係圖1所示之線性同步馬達所用的中間磁極部之俯視圖。
圖8(A)~(C)係圖1所示之線性同步馬達所用的第1分割框構件的前視圖、右側視圖及後視圖。
圖9(A)~(C)係圖1所示之線性同步馬達所用的第2分割框構件的前視圖、右側視圖及後視圖。
圖10係將本發明之其他實施形態的線性同步馬達以軸的軸線為中心，在90°之角度範圍於局部切開之狀態下所顯示之圖。
圖11係圖10所示之線性同步馬達的左側視圖。
圖12係圖10所示之線性同步馬達的右側視圖。
圖13係圖10所示之線性同步馬達所用的中間磁極部之俯視圖。
圖14(A)及(B)係圖10所示之線性同步馬達所用的筒體之左側視圖及前視圖。
圖15(A)~(C)係圖10所示之線性同步馬達所用的第1種第1分割框構件的前視圖、右側視圖及後視圖。
圖16(A)~(C)係圖10所示之線性同步馬達所用的第1種第2分割框構件的前視圖、右側視圖及後視圖。
圖17係圖10所示之線性同步馬達所用的第2種第1分割框構件的前視圖。
圖18係圖10所示之線性同步馬達所用的第2種第2分割框構件的前視圖。
1．．．第1組件
3．．．第2組件
5．．．軸
7．．．永久磁鐵列
9A、9B．．．第1及第2連結構件
11A~11D．．．第1~第4滑動軸承
13．．．被檢測用永久磁鐵
17．．．永久磁鐵
23A~23F．．．繞線
25．．．鐵芯單元
29．．．托架軸襯(Bracket bush)
29a、41a、47a、53a．．．貫通孔
31．．．輸出側端部磁極部
33．．．反輸出側端部磁極部
35．．．中間磁極部
37A~37B．．．第1及第2滑動軸
39．．．框構件
41b、47b．．．磁極面
41c．．．凹部
45、52、73．．．螺栓
51．．．霍爾元件
57．．．被連結部分列
59．．．線圈彈簧
61A．．．第1分割框構件
61B．．．第2分割框構件
75．．．成型部

Claims (9)

  1. 一種線性同步馬達，其具備：第1組件，係具備軸、及由安裝在前述軸之複數永久磁鐵所構成的1個以上的永久磁鐵列而成；及第2組件，係具備：複數繞線，其係繞線導體捲繞成環狀所形成，在前述軸的軸線方向隔著預定間隔配置且配置成包圍前述軸的周圍；及鐵芯單元，其具有複數磁極部及軛，該複數磁極部具有積層複數枚磁性鋼板而構成且與前述第1組件的前述永久磁鐵列隔著預定間隙而相對向的磁極面，且與前述軸同心地配置成包圍前述軸的周圍，該軛係磁連接前述複數磁極部，且該鐵芯單元係前述複數磁極部在前述軸線方向隔著間隔配置而成，使相鄰的兩個前述磁極部間形成配置1個前述繞線之空間；前述第1及第2組件之一方係當作可動元件使用，前述第1及第2組件之另一方係當作固定元件使用，其特徵為：前述第2組件具備至少1支滑動軸，該滑動軸係與前述軸平行地配置，朝與前述軸線方向平行的方向貫通前述鐵芯單元且固定在前述鐵芯單元，前述第1組件具備至少一組滑動軸承，該滑動軸承係以可滑動方式支承前述至少1支滑動軸的兩端部。
  2. 如申請專利範圍第1項之線性同步馬達，其中，前述軛，係由導磁性材料形成，藉由以前述軸做為中心而包圍前述鐵芯單元的周圍、而且與前述複數磁極部磁連接之框構件來構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之線性同步馬達，其中，前述至少一組滑動軸承的各個滑動軸承和前述軸的端部，係藉由一組連結構件的各個連結構件而連結。
  4. 如申請專利範圍第1項之線性同步馬達，其中，前述至少1支滑動軸具有筒形狀，前述至少1支滑動軸的中空內部流動著用於冷卻前述複數繞線之冷卻媒體。
  5. 如申請專利範圍第2項之線性同步馬達，其中，前述框構件係藉由螺緊在前述鐵芯單元的複數分割框構件而構成。
  6. 如申請專利範圍第5項之線性同步馬達，其中，前述複數分割框構件係由第1種分割框構件和第2種分割框構件構成，該第1種分割框構件係抵接在前述鐵芯單元的外周面，該第2種分割框構件係配置成跨在兩個前述第1種分割框構件的對接部且與兩個前述第1種分割框構件一起螺緊在前述鐵芯單元。
  7. 如申請專利範圍第1項之線性同步馬達，其中，前述複數磁極部具備至少一個被連結部分，前述複數磁極部係配置成前述至少一個被連結部分沿著前述軸並排而構成至少一個被連結部分列，前述至少1支滑動軸係貫通構成前述被連結部分列的複數被連結部分。
  8. 如申請專利範圍第5項或第6項之線性同步馬達，其中， 前述複數磁極部係由位於前述軸線方向兩端的一對端部磁極部、和位於前述一對端部磁極部之間的1個以上的中間磁極部所構成，前述框構件係螺緊在前述一對端部磁極部。
  9. 如申請專利範圍第2項之線性同步馬達，其中，前述框構件和前述複數繞線之間形成由絕緣成型樹脂構成的成型部。
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