CN100521469C - 直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线电机，位于多个极齿(15…)的两端位置的极齿(15A)的磁极面(19a)，由随着从邻接的另一个极齿(15B)离开而加大与磁极列(7)之间的间隙尺寸地弯曲的圆弧状弯曲面构成。在极齿(15A)上，在磁极面(19a)附近形成沿钢板(10…)的叠层方向延伸的两个通孔(23A、23B)。在通孔(23A、23B)内，配置了比钢板(10)叠层方向厚度尺寸短的磁性体，并在通孔(23A、23B)的两端留有空隙。由此，可以容易地将位于多个极齿的两端位置的极齿的磁极面形状，形成为适于降低齿槽应力的形状。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及直线电机。

背景技术

作为动子相对于定子往复直线运动的直线电机，有的具有多个永磁铁成列地配置而过程的1个以上的磁极列、和电枢。该电枢具有将多片钢板叠层的磁芯及多个励磁线圈。磁芯具有多个极齿，该多个极齿在端部具有在与钢板的叠层方向垂直的方向沿直线延伸的轭铁及从该轭铁向磁极列侧突出且朝向磁极列的磁极面。多个励磁线圈将多个极齿励磁。但是，该种直线电机，其具有齿槽应力变大的问题。对此，如美国专利第4638192号的图7所示，提出了以覆盖磁芯的方式安装了金属加工板的直线电机的方案。该金属加工板，具有沿动子的往复移动方向从磁芯的两端部突出的部分。该突出的部分，具有弯曲成圆弧状的曲面，以便能随着从各个邻接的极齿离开而加大与磁极列之间的间隙尺寸。

但是，该直线电机，由于加工金属板并做成圆弧状的弯曲面，所以具有难于形成最适合于降低齿槽应力的圆弧形状的问题。此外，由于使用了金属加工板，所以具有涡流损失增大的问题。此外，具有弯曲面容易因来自外部的力而变形的问题。因此，容易产生质量不稳定的问题。

专利文献1：美国专利第4638192号(图7)

发明内容

本发明的目的在于：提供一种容易将位于由多个极齿构成的极齿列的两端的磁极面形状形成为适合于降低齿槽应力的形状的直线电机。

本发明的其他目的在于：提供一种直线电机，位于由多个极齿构成极齿列的两端的极齿的磁极面的弯曲面，即使具有相同的宽度尺寸，也具有在磁力上能降低齿槽应力的磁阻特性曲线。

本发明的其他目的在于：提供一种可以减少涡流损失的直线电机。

本发明的其他目的在于：提供一种可以减少质量偏差的直线电机。

作为本发明改良对象的直线电机，动子相对于定子往复直线运动地构成。本发明的直线电机具有磁极列和电枢。磁极列设置在定子和动子中的一方上，由多个永磁铁成列地配置而成。电枢设置在定子和动子中的另一方上，具有磁芯和多相励磁线圈。磁芯由多片钢板叠层而成，并且具有沿与钢板的叠层方向垂直的方向直线延伸的轭铁、及从该轭铁向磁极列侧突出且在端部具有与磁极列对向的磁极面的多个极齿。多相励磁线圈对多个极齿进行励磁。分别位于由多个极齿构成的极齿列的两端的极齿的磁极面，由被弯曲成随着从各个邻接的另外的极齿离开而加大与磁极列之间的间隙尺寸的弯曲面构成。这样，在本发明中，用叠层钢板的叠层面形成位于由多个极齿构成的极齿列的两端的极齿的成为弯曲面的磁极面。因此，通过适当地设定多片钢板的形状，可以容易地将位于多个极齿的两端的极齿的磁极面形成为最适合降低齿槽应力形状。此外根据本发明，由于利用叠层钢板形成了弯曲面，所以能减小涡流损失。此外，与以往一张的金属加工板不同，即使从外部对叠层钢板施加力，其弯曲面也难于变形，所以能减少质量的偏差。

当具有从叠层方向的一方侧看弯曲面时的轮廓形状呈圆弧形状的弯曲面时，弯曲面如下所述。若以R作为圆弧的半径，以τp作为磁极列中的邻接的两个永磁铁中心之间的间距，则最好能满足1≦R/τp≦3.5关系地设定圆弧半径R。若如此确定圆弧半径R，则能以简单地设计获得能降低齿槽应力的弯曲面。若使R/τp小于1，则不仅不能减小齿槽应力，而且会加大齿槽应力的偏差。若使R/τp大于3.5则除了加长了电枢的全长以外，还有增加了电枢质量等问题。

最好以使通过弯曲面的下侧端部并与磁极列平行地延伸的假想线和通过弯曲面的上侧端部并与假想线垂直的假想垂线的交点、和上述下侧端部之间的长度尺寸(通过下侧端部的垂线与通过上侧端部垂线之间的最短距离)Lt与圆弧的半径R，满足0.38≦Lt/R≦0.65的关系地形成所述弯曲面。若如此地形成弯曲面，则即使不提高电枢的安装精度，也可以减少齿槽应力，并且具有能减小偏差的优点。若Lt/R小于0.38则不能减小齿槽应力。此外若Lt/R大于0.65则除加长了电枢的全长以外，还有增加电枢质量等问题。

平行于磁极列延伸的假想线与通过弯曲面的下侧端部的切线之间的角度α°最好满足0°≦α°≦10°。若如此地设定角度α°则即使不提高永磁铁排列的位置精度，也可以减少齿槽应力，并且能减小齿槽应力的偏差。若α°大于10°则除了不能减小齿槽应力以外，还加大了齿槽应力的偏差。

在分别位于极齿列的两端位置的2个极齿上，可以在磁极面附近形成沿钢板的叠层方向延伸的一个以上的孔或空洞。并且该孔或空洞可以是通孔，也可以是有底的孔或空洞。通过适当地确定孔或空洞的设置位置及其数量，即使形成于弯曲面与磁极列之间的间隔尺寸相同，也可以改变极齿内的磁阻，并能改变其极齿侧的磁力特性，以减小齿槽应力。

此外在一个以上的孔或空洞中，可以配置比钢板叠层方向厚度尺寸短的磁性体。如此则在极齿的内部，与残留着孔或空洞部分的磁阻相比，磁性体存在部分的磁阻减小。其结果是，通过适当地改变磁性体的插入位置，可以改变极齿内磁路的磁力特性。通过插入磁性体，不改变极齿的实际外形，例如，可以获得与由随着朝向前端(在轭铁延伸的方向随着朝离开轭铁的方向)而宽度变窄的极齿形状获得的磁力特性相似的磁力特性。如此的磁力特性，能够通过在一个以上的孔或空洞的内部使空隙残留于两端而获得。如果形成如此的磁力特性，则具有能进一步减小产生于两端部的极齿上的齿槽应力的优点。此外，该磁力特性，可以利用孔或空洞的数量及插入的磁性体的长度及配置位置而任意改变。

最好能沿磁极面排列地形成多个孔或空洞，并且随着靠近磁极面的上侧端部、且随着离开磁极列而缩短插入孔或空洞内的磁性体的长度。如若如此，则可以获得与由随着朝向前端(在轭铁延伸的方向随着朝离开轭铁的方向)而宽度阶段性变窄的极齿形状获得的磁力特性相似的磁力特性，具有能进一步减小齿槽应力的优点。

根据本发明，能容易形成最适合降低齿槽应力形状的弯曲面。此外，可以减小分别位于多个极齿的两端的2个极齿的涡流损失。并且，可以防止两端的极齿的弯曲面的变形，减小质量偏差。并且，通过在两端的极齿上形成孔或空洞，或在这些孔或空洞中插入磁性体，可以不改变磁极面的形状，而改变两端部的极齿的磁力特性。所以，根据本发明，能容易形成具有适合于降低齿槽应力的磁力特性的极齿。

附图说明

图1是用于说明实施本发明的一最佳实施例的直线电机的构造的模式图。

图2是图1所示的直线电机中使用的动子的一部分的立体图。

图3是用于说明本发明的第2实施例的直线电机的构造的模式图。

图4是图3所示的直线电机中使用的动子的一部分的立体图。

图中：1—定子，3—动子，7—磁极列，9—磁芯，10—钢板，11—励磁线圈，13—轭铁，15—极齿，19a—磁极面，19b—弯曲面，23A、23B—通孔(孔或空洞)，25A、25B—磁性体。

具体实施方式

以下，参照附图说明用于实施本发明的最佳实施例。图1是用于说明实施本发明的一实施例的直线电机的构造的模式图。图1中表示定子1的一部分和动子3的一部分。如图1所示，本实施例的直线电机具有定子1及动子3。定子1具有在底板5上设置有磁极列7的构造。磁极列7由多个N极永磁铁7A及多个S极永磁铁7B交替排列配置而成。

动子3利用未图示的支撑机构活动自如地支撑在定子1上。如图2的立体图所示，动子3具备由磁芯9及多相的励磁线圈11…构成的电枢。磁芯9由多片钢板10…叠层而成。磁芯9具有沿垂直于钢板10…的叠层方向呈直线延伸的轭铁13、从轭铁13向磁极列7侧突出的多个极齿15…。励磁线圈11…分别将一部分配置在形成于多个极齿15…的邻接极齿15、15之间的槽17内。根据如此的结构，多个极齿15…被励磁线圈11…励磁。并且，动子3沿永磁铁7A与永磁铁7B排列的方向(图1所示的箭头A的方向)往复运动。

分别位于由多个极齿15…构成极齿列16的两端的极齿15A，具有与定子1对向的磁极面构成部19、连结磁极面构成部19与轭铁13的连结部21。此外，在图1及图2上，只表示了位于极齿列16的两端的一方的极齿15A。动子3的往复运动方向(箭头A)上的磁极面构成部19的厚度尺寸，被形成的比连结部21的厚度尺寸厚。因此，磁极面构成部19一部分，从连结部21向磁芯9的外侧方向突出。磁极面构成部19，在端部具有与磁极列7对向的磁极面19a。磁极面19a由弯曲面19b构成，该弯曲面19b随着从邻接的另一个极齿15B离开而加大与磁极列7之间的间隙尺寸地弯曲。弯曲面19b具有从钢板10…的叠层方向的一方侧看弯曲面19b时呈圆弧形状的轮廓形状。如图1所示，圆弧的半径R，是将磁极列7中包含的相邻的两个永磁铁7A、7B的中心距为τp时，被设定为1≦R/τp≦3.5的关系。并且，弯曲面19b使通过弯曲面19b的下侧端部19c并与磁极列7平行地延伸的假想线L1和通过弯曲面19b的上侧端部19d并与假想直线L1垂直的假想垂线L2的交点C、和下侧端部19c之间的长度尺寸(通过下侧端部的垂线与通过上侧端部垂线之间的最短距离)Lt与上述的圆弧半径R，满足0.38≦Lt/R≦0.65的关系。并且，弯曲面19b使与磁极列7平行延伸的假想线L1和通过弯曲面19b的下侧端部的切线L3之间的角度α°，满足0°≦α°≦10°。

在磁极面构成部19上，在磁极面19a附近形成由沿钢板10…的叠层方向延伸的两个通孔23A、23B构成的孔或空洞。通孔23A、23B的横截面为圆形，沿磁极面19a排列地形成。在两个通孔23A、23B内部，分别配置了能插入通孔23A、23B中的圆柱形状的磁性体25A、25B。磁性体25A、25B均由比磁芯9的磁阻稍高的碳素钢等构成。磁性体25A、25B，具有比钢板10…的叠层方向厚度尺寸小的尺寸，且被配置在通孔23A、23B的中央部，在通孔23A、23B的两端留有空隙。在本实施例中，随着靠近磁极面19a的上侧端部而缩短被插入通孔23A、23B中的磁性体25A、25B的长度。即，被插入磁极面19a的上侧端部附近的通孔23B中的磁性体25B，其长度比插入离开磁极面19a上侧端部的通孔23A中的磁性体25A的长度短。

以下，在本实施例的直线电机中，改变(弯曲面19b的圆弧半径：R)/(永磁铁7A、7B中心距：τp)的数值，做成了其他构造相同的各种直线电机。然后，调查了在R/τp为0.5时，设齿槽应力及电枢全长分别为100时的R/τp与齿槽应力之比及与电枢全长之比的关系。其结果如表1所示。

【表1】

 

R/τp	齿槽应力比	电枢全长比
			0.50.60.811.21.522.533.54	10050251611646132130	100101102104105106109111112114116

根据表1可以表明，如果使R/τp低于1，除了不能减小齿槽应力以外，还加大了齿槽应力的偏差。若将R/τp增加到3.5以上，则加长了电枢全长。

以下，在本实施例的直线电机中，改变(在轭铁延伸方向上的弯曲面19b的下侧端部与上侧端部之间的长度：Lt)/(圆弧半径：R)的数值，做成了其他构造相同的各种直线电机。然后，调查了Lt/R为0.30时，设齿槽应力及电枢全长分别为100时的Lt/R与齿槽应力之比及与电枢全长之比的关系。其结果如表2所示。

根据表2表明，如果Lt/R低于0.38，则不能减小齿槽应力。此外，当将Lt/R加大到0.65以上时则增大了齿槽应力，加长了电枢全长。

【表2】

 

Lt/R	齿槽应力比	电枢全长比
			0.300.340.380.420.450.490.530.570.610.650.690.720.760.80	10052241264813182227313437	100101102103104105107108109110111112113114

以下，在本实施例的直线电机中，使与磁极列7平行地延伸的假想线L1与通过弯曲面19b下侧端部的切线L3之间的角度α°的数值不同而做成了其他构造相同的各种直线电机。然后，调查了α°为0时，设齿槽应力为100时的α°与齿槽应力之比的确关系。其结果如表3所示。

【表3】

 

α°	齿槽应力比
		0471015202530	1001763145161098196129674144

根据表3表明，如果α°高于10°时，除了不能减小齿槽应力之外，还加大了齿槽应力偏差。

此外，在本实施例中，在磁极面构成部19上形成了两个通孔23A、23B，并在两个通孔23A、23B的内部分别配置了两个磁性体25A、25B，但通孔的数量及配置于内部的磁性体的数量可以是任意的。例如，如图3所示，也可以在磁极面构成部119上只形成1个通孔123。在该通孔123内，如图4所示，配置1个磁性体125。

此外，也可以不将磁性体配置在通孔的内部。即，也可以是在磁极面构成部只形成通孔的构造。

此外，在上述实施例中，形成了横截面为圆形的通孔作为孔或空洞，但也可以在磁极面构成部形成任意形状的孔或空洞。

此外，在上述实施例中，例示了定子具有磁极列、动子具有电枢的直线电机，但本发明当然也可以应用于定子具有电枢、动子具有磁极列的直线电机。

Claims (4)

1.一种直线电机，是动子相对于定子往复直线运动地构成的直线电机，其特征在于：具备：

设置在所述定子和动子中的一方上、由多个永磁铁成列地配置而成的一个以上的磁极列，和

设置在所述定子和动子中的另一方上、具有磁芯和多相励磁线圈的电枢，其中磁芯由多片钢板叠层而成，并且具有沿与所述钢板的叠层方向垂直的方向直线延伸的轭铁、及从所述轭铁向所述磁极列侧突出且在端部具有与所述磁极列对向的磁极面的多个极齿，多相励磁线圈对所述多个极齿进行励磁；

分别位于由所述多个极齿构成的极齿列的两端的所述极齿的所述磁极面由弯曲面构成，该弯曲面随着从邻接的另外的所述极齿离开而加大与所述磁极列之间的间隙尺寸地弯曲，

所述弯曲面，具有从所述叠层方向的一方侧看所述弯曲面时呈圆弧形状的轮廓形状，

设所述圆弧的半径为R，所述磁极列中包含的邻接的两个永磁铁的中心之间的间距为τp时，设定所述圆弧的半径R，使满足1≦R/τp≦3.5的关系，

形成所述弯曲面，使通过所述弯曲面的下侧端部并与所述磁极列平行地延伸的假想线和通过所述弯曲面的上侧端部并与所述假想线垂直的假想垂线的交点、和所述下侧端部之间的长度尺寸Lt与所述圆弧的半径R，满足0.38≦Lt/R≦0.65的关系，

平行于所述磁极列延伸的假想线与通过所述弯曲面的所述下侧端部的切线之间的角度α°满足0°≦α°≦10°。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：在分别位于所述极齿列的两端的所述极齿上，在所述磁极面附近形成沿所述钢板的叠层方向延伸的一个以上的孔或空洞。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于：在所述一个以上的孔或空洞的内部，配置着比所述钢板的叠层方向的厚度尺寸短的磁性体，并在所述一个以上的孔或空洞的两端留有空隙。

4.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于：

所述一个以上的孔或空洞由多个孔或空洞构成，

所述多个孔或空洞，沿所述磁极面排列地形成，且随着从所述磁极列离开而缩短插入所述孔或空洞内的磁性体的长度。

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