CN101253672B - 线性电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能限制相对于线圈做相对直线运动的棒体发生旋转的小型的线性电动机。其包括，具有磁铁(13)的棒体(11)、包围棒体(11)的线圈(4)、覆盖线圈(4)的壳体(5)，利用磁铁(13)的磁场和流过线圈(4)的电流，使棒体(11)相对于线圈(4)做相对直线运动。并且，在棒体(11)的外周形成有沿棒体(11)的轴线方向延伸的花键槽(10a)。在壳体(5)上设置花键螺母(8)，其嵌入花键槽(10a)以限制棒体(11)绕其轴线的旋转。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及一种利用磁铁的磁场和流过线圈的电流，获得用于做直线运动的推力的线性电动机，尤其涉及一种在层叠的多个线圈中插入具有磁铁的棒体的棒型的线性电动机。

背景技术

线性电动机是将旋转型的电动机的定子侧和转子侧拉伸成直线状的电动机，将电能转换成用于直线运动的推力。获得直线性的推力的线性电动机作为使移动体直线运动的一轴的执行器使用。

将线性电动机按形状分类，具有棒型(rod type)和扁平型(flat type)。棒型的线性电动机，层叠多个圆筒形的线圈，在层叠形成的线圈的孔内插入具有磁铁的棒体而构成。例如当在分成U·V·W相的三相的多个线圈流过各相差120°相位的三相电流时，产生沿线圈的轴线方向移动的移动磁场。棒体通过移动磁场获得推力，与移动磁场的速度同步并相对于线圈进行相对的直线运动。另一方面，扁平型的线性电动机，在排列有多个平板状的磁铁的轨道上使多个线圈相对向而构成。线圈相对于磁铁进行相对直线运动的原理，与棒型线性电动机是相同的。

作为该种棒型线性电动机，申请人提出一种在专利文献1中记载的线性电动机。在该线性电动机中，棒体的两端固定在设置于底座上的支承托架上，线圈相对于棒体做直线运动。即，相对于棒体一侧被固定，线圈一侧做直线运动。线圈由壳体覆盖，线圈和壳体做直线运动通过在底座和壳体之间设置的线性引导件引导。

专利文献1：日本特开2004-248490号公报

固定线圈及壳体一侧，如果能使棒体一侧进行直线运动，作为执行器的线性电动机的利用范围将扩大。申请人在开发的过程中尝试了在底座上固定壳体，在壳体上安装轴衬，由该轴衬引导棒体做直线运动。

但是，由于棒体在线圈内成为浮动的状态，从线圈只有棒体的轴线方向的推力作用在棒体上，所以当因弹力向棒体施加旋转的力时，导致棒体不断地旋转。由于在棒体上安装了移动体，或安装了用于反馈控制的线位移传感器(linear scale)，因此棒体一旦旋转，则产生导致移动体旋转、或无法通过线位移传感器检测出速度和移动距离的问题。

在线圈一侧做直线运动的专利文献1中所述的线性电动机中，在壳体和底座之间设置的线性引导件起到防止线圈一侧旋转的作用。当将在该专利文献1中所述的线性电动机的支承方法适用于棒体一侧做直线运动的线性电动机时，能降低棒体的旋转。即，当将线圈及壳体固定在底座上，在底座和棒体之间设置线性引导件时，在棒体做直线运动时能防止棒体旋转。但是，若是该方法，在底座和棒体之间设置的线性引导件，不仅使线性电动机的尺寸变大，且还导致棒体的行程也受到限制。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能限制相对于线圈做相对直线运动的棒体发生旋转的小型的线性电动机。

为了解决上述课题，第一方面所述的发明，通过一种线性电动机解决上述课题，其包括具有磁铁的棒体、包围所述棒体的线圈、以及覆盖所述线圈的壳体，利用所述磁铁的磁场和流过所述线圈的电流，使所述棒体相对于所述线圈进行相对直线运动，其特征在于，在所述棒体的外周形成有沿所述棒体的轴线方向延伸的花键槽，在所述壳体上设置止转部，所述止转部嵌入所述花键槽来限制所述棒体绕其轴线旋转，所述棒体由磁铁轴和花键轴构成，所述磁铁轴上没有形成所述花键槽，并且具有所述磁铁，所述花键轴与所述磁铁轴的端部相结合，并形成有所述花键槽。

第二方面所述的发明的特征在于，在第一方面所述的线性电动机中，所述止转部由花键螺母和滚动体构成，其中所述花键螺母在内周面形成有滚动体滚道槽，并且具有使滚动体循环的滚动体循环路，所述滚动体排列在所述花键螺母的所述滚动体循环路上，且伴随着所述花键螺母相对于所述花键槽的相对移动而在所述滚动体滚道槽和所述花键槽之间滚动运动。

第三方面所述的发明的特征在于，在第一方面所述的线性电动机中，所述磁铁被插入在所述磁铁轴的中空空间中。

第四方面所述的发明的特征在于，在第三方面所述的线性电动机中，通过将所述花键轴的端部插入所述磁铁轴的中空空间的端部，所述花键轴与所述磁铁轴结合。

第五方面所述的发明的特征在于，在第三方面或者第四方面所述的线性电动机中，在所述壳体上设置引导所述花键轴的所述花键螺母和引导所述磁铁轴的轴衬，所述棒体在所述花键螺母及所述轴衬这两处被支承。

发明效果

根据第一方面所述的发明，由廉价且小型的构造，能限制相对于线圈做相对直线运动的棒体的旋转。另外，由于在磁铁轴上没有形成花键槽，因此能使磁铁轴的壁厚变薄。因此，能使线性电动机小型化。

根据第二方面所述的发明，通过利用滚动体的滚动接触，能降低相对于线圈做相对直线运动的棒体的滑动阻力。

根据第三方面所述的发明，能够将磁铁插入形成了中空空间的磁铁轴。

根据第四方面所述的发明，能够在使磁铁轴和花键轴相互的轴线一致的状态下进行结合。

根据第五方面所述的发明，通过花键螺母及轴衬能对棒体的直线运动稳定地进行引导。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的线性电动机的外观立体图；

图2是电动机本体部、棒体部及检测部的分解立体图；

图3是表示线性电动机的磁铁和线圈的截面图；

图4是电动机本体部的立体图(图中(A)表示电动机本体部的立体图，图中(B)表示分解立体图)；

图5是表示线圈单元的立体图；

图6是棒体部的立体图(图中(A)表示棒体部的立体图，图中(B)表示分解立体图)；

图7是表示磁铁轴和花键轴的结合部分的截面图；

图8是表示花键轴和花键螺母的立体图；

图9是检测部的立体图(图中(A)表示检测部的立体图，图中(B)表示分解立体图)。

图中：

4-线圈；

5-壳体；

7-轴衬；

8-花键螺母(止转部)；

9-磁铁轴；

10a-花键槽

10-花键轴；

11-棒体；

13-磁铁；

28-滚珠(滚动体)；

31-返回通路(滚动体循环路)；

32-方向转换路(滚动体循环路)。

具体实施方式

基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的一实施方式的线性电动机的外观立体图。该实施方式的线性电动机是一轴的执行器，用于将电子零件等移动体向一轴方向搬送。更具体地说，例如用于将芯片状的电子零件安装在规定的位置上的芯片安装件的主动轴上。在细长的长方体形状的电动机本体部1中组装入能进退的棒体部2。棒体部2的速度和移动距离，由安装在电动机本体部1的后端的检测部3测出。

图2表示将线性电动机分解为电动机本体部1、棒体部2、检测部3的状态。首先，对这些部分的概略的构成进行说明。

电动机本体部1利用壳体5覆盖层叠的多个线圈4(参照图4)。在壳体5的两端设置一对的端部件6。在一对端部件6中的一个上设置引导棒体部2的轴衬7，在剩下的一个上设置引导棒体部2的花键螺母8。在该图2中表示了花键螺母8外嵌于棒体部2的状态，花键螺母8外嵌于棒体部2并且被安装在端部件6上。相对于电动机本体部1做直线运动的棒体部2通过这些轴衬7及花键螺母8这二处支承。

棒体部2包括：具有磁铁的磁铁轴9与形成有花键槽的花键轴10结合而成的棒体11、以及与细长地延伸的棒体11的后端结合的线位移传感器12。线位移传感器12与检测部3协同动作来测出棒体部2的速度和移动距离。

检测部3在其内部具有读取线位移传感器12的刻度的编码器。该检测部3安装在线性电动机的电动机本体部1被安装的对象部件的底座一侧。即，电动机本体部1及检测部3的双方安装在底座一侧。另外，检测部3也可以安装在电动机本体部1的后端。

接着，对上述线性电动机的工作原理进行说明。图3表示线性电动机的磁铁和线圈。线性电动机与旋转型的电动机同样，利用磁铁的磁场和流过线圈的电流获得用于运动的力。另一方面，线性电动机进行直线运动，因此线圈4直线性地层叠，层叠的线圈4的中空空间内贯通磁铁轴9。

在磁铁轴9形成有如管那样的插入多个磁铁13的中空空间。在该中空空间内层叠圆柱状的多个磁铁13(段磁铁)，使得相互同极相对向，即N极和N极、S极和S极相对向。在磁铁轴9的周围配置围绕磁铁轴9的多个线圈4。线圈4是由三个即U·V·W相构成一组的三相线圈。组合多个一组线圈4，构成线圈单元。

并且，当在分成U·V·W相这三相的多个线圈4中流过各相差120°相位的三相电流时，产生向线圈4的轴线方向移动的移动磁场。磁铁轴9通过移动磁场获得推力，与移动磁场的速度同步，相对于线圈4进行相对的直线运动。

接着，对线性电动机的各部的构成，按电动机本体部1、棒体部2、检测部3的顺序进行说明。

图4表示电动机本体部1。电动机本体部1是收容多个线圈4的部分。线圈4是将铜线卷成螺旋状而形成的。在该实施方式中，为了控制壳体5的尺寸，将线圈4设置在注射成型的模具上，通过流入熔融的树脂或者特殊陶瓷的嵌入成型来形成壳体5。在成型后从模具中取出成型品，线圈4的周围成为被壳体5覆盖的状态。通过该嵌入成型，具有能使壳体5的壁厚变薄的优点。例如，在并排使用线性电动机的情况下，必需使线性电动机的横向宽度变窄。另外，不用嵌入成型，也可以将线圈4收纳在铝制等的壳体5内，用粘接材料填埋间隙，将线圈4固定在壳体5上。

壳体5安装在将线性电动机作为一轴执行器使用的部分上。因此，使用机械刚性高的材料。另外对于壳体，由于需要确保其与线圈的绝缘，因此使用绝缘性高的材料。并且，在壳体上，为了提高线圈的散热性而形成有多个散热片。

在壳体5的上表面埋入定位销15和螺母16，定位销15和螺母16用于将线性电动机安装到对象部件的底座上。在壳体5的两端设置端部件17。该端部件17既可以与壳体5嵌入成型形成一体，也可以通过螺钉等结合机构结合在壳体5上。在一对端部件17中的一个上，安装用于对棒体11的磁铁轴9进行引导的轴衬7，在剩下的一个上，安装用于对棒体11的花键轴10进行引导的花键螺母8。轴衬7、花键螺母8通过螺钉19等结合机构安装在端部件17上。在端部件17上插入用于决定检测部3位置的定位销20。

如图4(A)所示那样，线圈单元(多个线圈4)只设置在棒体11的磁铁轴9的行程范围，没有设置在花键轴10的行程范围。这是因为花键轴10没有磁铁，因此例如即使具有线圈4，也不产生推力。

图5表示线圈单元。将铜线卷成螺旋状形成一个线圈4，将这样的多个、例如数十个线圈4进行层叠形成线圈单元。线圈4的导线4a与每隔三个的U相彼此的线圈、V相彼此的线圈、W相彼此的线圈连接。由于线圈4彼此之间必需绝缘，因此在线圈4之间介入作为绝缘部件的树脂制的垫圈14。垫圈14与线圈4的正面形状同样形成为圆环形状。

图6表示棒体部2。棒体部2包括由磁铁轴9和花键轴10构成的棒体11、以及安装在棒体11的后端的线位移传感器12。中空的磁铁轴19例如由不锈钢等的非磁性材料构成，具有收容磁铁13的管体23。在管体23的中空空间内，如上述那样，将圆柱状的多个磁铁13(段磁铁)以相互同极相对向的方式进行层叠。在磁铁13之间，作为磁轭夹入例如由铁等磁性体构成的极靴24(磁极块)。在磁铁轴9的前端通过粘接固定磁铁压脚25，该磁铁压脚25用于将磁铁13固定在管体23内。

在磁铁轴9的后端固定花键轴10。如图7所示那样，通过将花键轴10的端部插入磁铁轴9的中空空间，以相互的轴线一致的方式将花键轴10结合于磁铁轴9。花键轴10的端部还具有控制插入磁铁轴9的磁铁13的作用。如图6所示那样，在花键轴10的外周嵌入花键螺母8。通过这些花键轴10和花键螺母8，限制棒体11沿其轴线旋转。

图8表示花键轴10和花键螺母8的立体图。在花键轴10的外周形成有沿其轴线方向延伸的多个花键槽10a。对于花键轴10，采用非磁性材料且刚性高的不锈钢等。由于作为滚动体的滚珠在花键槽10a滚动，所以为了提高强度而进行淬火。

花键螺母8具有：活动嵌合于花键轴10的外筒27；能进行滚动运动地介于花键轴10和外筒27之间的多个滚珠28；以及组装入外筒27，且将多个滚珠28排列在环路状的滚珠循环路(滚动体循环路)上的保持器29。在外筒27的内周面，对应于花键轴10的花键槽10a，形成有沿轴线方向延伸的多条滚珠滚道槽(滚动体滚道槽)。在外筒27的轴线方向的两端设置有用于将保持器29组装到外筒27上的固定环30。

伴随着花键轴10相对于花键螺母8的相对的直线运动，滚珠28在花键轴10的花键槽10a和外筒27的滚珠滚道槽之间进行滚动运动。滚动到外筒27的滚珠滚道槽的一端的滚珠被保持器29从花键槽10a拾起，在经由U字状的方向转换路32后，改变方向并进入与滚珠滚道槽平行延伸的返回通路31。通过了返回通路31的滚珠，在经由相反侧的方向转换路32后，再次返回到花键槽10a。这里，由于返回通路31形成在保持器29和外筒27之间，因此在返回通路31中，滚珠28不会与花键槽10a接触。

在形成于花键螺母8上的滚珠滚道槽和花键轴10的花键槽10a之间，由于介入滚珠28，所以花键螺母8限制花键轴10绕其轴线的旋转。这些花键螺母8和滚珠28成为止转部。

如图6所示那样，在花键轴10的后端，通过螺钉34等固定机构固定托架35。在该托架35上通过粘接等固定线位移传感器12。线位移传感器12与检测部的编码器协同动作而构成线性编码器。在线位移传感器12上以一定间隔排列细小的刻度。

图9表示检测部3。检测部3具有：在壳体5的后端隔着端部件6安装的托架36、以及在托架36上固定的编码器37。在托架36内形成有中空空间，向该中空空间导入线位移传感器12。在托架36的上表面形成有能看到托架36内部的窗口。在该窗口通过螺钉39等固定编码器基板38。在托架36的上表面埋入与螺钉39螺合的螺母41。在编码器基板38的下表面，设置读取线位移传感器12的编码器37。编码器37以发光二极管作为光源，通过光电二极管读取线位移传感器12的刻度。根据编码器37读取的脉冲信号测出棒体11的移动距离，利用在反馈控制等中。托架36的一端被盖40覆盖。

另外，本发明不仅限于上述实施方式，在不改变本发明的要旨的范围内能进行各种变更。即使在花键螺母和花键槽之间不介入滚动接触的滚珠，也可以在花键螺母上设置嵌入花键槽并且滑动接触的突起，由该突起作为棒体的止转部。并且，本发明的线性电动机不仅限于用于一轴的执行器，也可以组合多个作为多轴的执行器使用。

本明细书基于2005年8月31日申请的日本特願2005-251184。其内容全部包含在此。

Claims (5)

1.一种线性电动机，包括具有磁铁的棒体、包围所述棒体的线圈、以及覆盖所述线圈的壳体，

利用所述磁铁的磁场和流过所述线圈的电流，使所述棒体相对于所述线圈进行相对直线运动，

其特征在于，

在所述棒体的外周形成有沿所述棒体的轴线方向延伸的花键槽，

在所述壳体设置止转部，所述止转部嵌入所述花键槽来限制所述棒体绕其轴线旋转，

所述棒体由磁铁轴和花键轴构成，所述磁铁轴上没有形成所述花键槽，并且具有所述磁铁，所述花键轴与所述磁铁轴的端部相结合，并形成有所述花键槽。

2.如权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，

所述止转部由花键螺母和滚动体构成，

其中所述花键螺母在内周面形成有滚动体滚道槽，并且具有使滚动体循环的滚动体循环路，

所述滚动体排列在所述花键螺母的所述滚动体循环路上，且伴随着所述花键螺母相对于所述花键槽的相对移动而在所述滚动体滚道槽和所述花键槽之间滚动运动。

3.如权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，

所述磁铁被插入在所述磁铁轴的中空空间中。

4.如权利要求3所述的线性电动机，其特征在于，

通过将所述花键轴的端部插入所述磁铁轴的中空空间的端部，所述花键轴与所述磁铁轴结合。

5.如权利要求3或者权利要求4所述的线性电动机，其特征在于，

在所述壳体上设置引导所述花键轴的所述花键螺母和引导所述磁铁轴的轴衬，

所述棒体在所述花键螺母及所述轴衬这两处被支承。

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