CN101855814A

CN101855814A - 模块式线性电动机电枢及具备该电枢的模块式线性电动机以及搬运装置

Info

Publication number: CN101855814A
Application number: CN200980100968A
Authority: CN
Inventors: 宫本恭祐; 星俊行
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2029-02-17
Also published as: TWI482399B; KR20100127742A; CN101855814B; JPWO2009116343A1; KR101462706B1; WO2009116343A1; JP5376257B2; TW200952308A

Abstract

本发明提供一种模块式线性电动机电枢及具备该电枢的模块式线性电动机以及搬运装置，其在增大推力时不必根据客户规格改变电枢导线的长度规格，能够使模块化电枢部在串联及并联中都进行多个连接以实现大推力规格，同时廉价。具体为，在各自的模块化电枢单元(1)上配备连接电枢绕组的导线的接插件，在位于朝向推力方向对多个电枢单元进行多个连接而成的电枢群的最前部的电枢单元(1)上设置有连接该电枢绕组的导线的端子输出并从外部电源供电的导线部连接单元(2)，而在位于该电枢群的最后部的电枢单元(1)上设置有对该电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元(3)，使导线部连接单元(2)及中性点单元(3)从模块化电枢(1)分离。

Description

模块式线性电动机电枢及具备该电枢的模块式线性电动机以及搬运装置

技术领域

本发明涉及一种例如在使用于电气元件安装装置、半导体相关装置或机床等的各种工业机械的同时，适合于其直动机构驱动用的AC3相线性电动机电枢，尤其涉及一种使导线部及中性点处理部分离的模块式线性电动机电枢及具备该电枢的模块式线性电动机以及搬运装置。

背景技术

以往，公知有一种例如在使用于电气元件安装装置、半导体或液晶相关制造装置或机床等的各种工业机械的同时，适合于其直动机构驱动用，并且具备组合有多个模块的电枢的模块式线性电动机电枢及线性电动机(例如，参照专利文献1)。

专利文献1所记载的模块式线性电动机电枢至少由基端侧模块、中间模块、前端侧模块构成，通过组合上述多个模块，可提高安装等的操作性，并提高基于批量生产效果的生产效率。

专利文献1：日本国特开2001-275336号公报(说明书第5-7页，图1)

可是，由于现有的模块式线性电动机电枢未分离导线部和电枢，所以在与线性电动机的推力方向正交的方向上并联配置同一机种的模块式电枢时，从各个电枢端部分别引出两根导线，因此，存在接线处理、电缆处理等变得繁琐的问题。

而且，同样由于串联地对模块式电枢进行多个连接时接线处理也变得复杂，所以要求如下的结构，总之可根据需要使电枢数量可变，除可拆装的模块式电枢以外，导线部也能够自由地拆装。

而且，近年在以液晶、半导体制造领域为主的所有市场中，线性电动机大推力化的需求高涨，例如在对于线性电动机的所需推力每次进行新的设计的同时，在考虑到使推力变化的机种的门类时，门类数的增加会使线性电动机电枢的机种也增加。因此，在这种状况下，由于根据线性电动机的客户规格，除电枢的推力方向长度、电枢线圈的形状或数量以外，电枢导线的长度规格也不同，因此尤其是进行串联地对多个模块式电枢进行多个连接配置，或者并联地进行多个连接配置的组合时，需要准备相当多的产品门类，存在对产品成本、甚至对客户产品价格、交货期等产生影响的问题。

因此，市场需要保持使模块化电枢部在串联及并联中都进行多个连接以实现大推力规格，且产品成本低廉的模块式电枢。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种模块式线性电动机电枢及具备该电枢的模块式线性电动机以及搬运装置，其在使线性电动机的模块式电枢结构中的导线部及中性点部分离的同时，在增大推力时不必根据客户规格改变电枢导线的长度规格，能够使模块化电枢部在串联及并联中都进行多个连接以实现大推力规格，同时廉价。

为了解决上述问题，本发明是如下构成的。

方案1的发明为一种模块式线性电动机电枢，是在推力方向上依次连接多个安装有由多个线圈群构成的m相(m为整数)的电枢绕组而成的电枢单元而构成的模块式线性电动机电枢，其特征在于，在所述各个电枢单元的一端及另一端上配备有连接所述电枢绕组的导线的连接用端子，在位于在所述推力方向上多个连接而成的电枢群的最前部的电枢单元上设置有连接该电枢绕组的导线的端子输出并用于从外部电源供电的导线部连接单元，同时在位于该电枢群的最后部的电枢单元上设置有用于对该电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元。

方案2的发明的特征在于，在方案1所述的模块式线性电动机电枢中，所述各个电枢单元构成为，在朝向由磁性材料构成的电枢铁心的长度方向以等间距排列的多个齿上通过集中卷绕来缠绕所述电枢绕组，同时固定在电枢基座上而成的带铁心式电枢结构。

方案3的发明的特征在于，在方案1或2所述的模块式线性电动机电枢中，在连接于所述各个电枢单元的所述导线部连接单元及所述中性点单元上组装有辅助齿，以便抵消在所述电枢单元两端部的齿上产生的齿槽推力。

方案4的发明的特征在于，在方案3所述的模块式线性电动机电枢中，所述导线部连接单元内置有进行线性电动机的初始磁极的检测的磁极传感器部。

方案5的发明的特征在于，在方案1所述的模块式线性电动机电枢中，使所述电枢单元及所述导线部连接单元以及所述中性点单元为n个并联配置结构(n为2以上的整数)，所述导线部连接单元设置有：分配电路，对从外部电源向该导线部连接单元供给的电流进行n分割；及端子，与所述各电枢单元连接以便向各电枢单元供给由该分配电路分割的电流，所述中性点单元设置有对各个电枢单元的电枢绕组的终端部个别地进行连接的连接电路和端子。

方案6的发明的特征在于，在方案1或2所述的模块式线性电动机电枢中，所述各个电枢单元分割为多个电枢组块。

方案7的发明的特征在于，在方案1所述的模块式线性电动机电枢中，所述各个电枢单元构成为，将朝向基板长度方向等间隔地排列多个线圈群并树脂成形而成的电枢绕组固定在电枢基座上而成的无铁心式电枢。

方案8的发明的特征在于，在方案7所述的模块式线性电动机电枢中，使所述电枢基座的推力方向长度为电角360°的整数倍。

方案9的发明的特征在于，在方案7所述的模块式线性电动机电枢中，所述各个电枢单元间的电相位配置以具有电角120°或240°的相移的形式进行配置。

方案10的发明的特征在于，在方案7或9所述的模块式线性电动机电枢中，所述各个电枢单元的接线通过串联连接或并联连接的任意一个来连接。

方案11的发明的特征在于，在方案1所述的模块式线性电动机电枢中，所述电枢单元的两端及所述电枢导线部连接单元以及所述中性点单元的端部为基于接插件的连接结构。

方案12的发明为一种模块式线性电动机，其特征在于，具备：方案1至11中任意一项所述的模块式电枢；及场磁铁，在与所述电枢隔着磁隙相对配置的同时使极性不同的多个永久磁铁交替地相邻排列并配置于固定部，使所述电枢和所述场磁铁的任意一方为定子，另一方为动子，使所述场磁铁和所述电枢相对地行走。

方案13的发明为一种搬运装置，其特征在于，使用方案12所述的模块式线性电动机使移动工作台行走。

根据方案1、2所述的发明，能够用1种模块化电枢实现多种推力规格的电枢。

根据方案3所述的发明，能够抵消降低在线性电动机的前后两端部产生的齿槽推力。

根据方案4所述的发明，能够在接通线性电动机电源时，立刻成为可驱动的状态。

根据方案5所述的发明，能够用1种模块化电枢在宽度方向上实现推力增加。

根据方案6所述的发明，能够容易地对电枢的铁心组块进行多个连接配置，还能够容易地进行组装。

根据方案1、7所述的发明，能够用1种模块化电枢实现多个推力规格的电枢。

根据方案8所述的发明，由于对电枢进行多个连接时，不需要进行电枢间的细微的相位调节，仅通过对齐电枢基座便能实现相位对齐，能够确保电动机性能，所以能够缩短将电动机装入机械时的作业时间。

根据方案9所述的发明，可以削减多个电枢的连接部，即与推力产生无关的空间。

根据方案10所述的发明，在规格存在电流限制时采用串联接线，在规格存在电压限制时采用并联接线等，可对应于所有的规格。

根据方案11所述的发明，对电枢进行多个连接配置时，导线部连接单元及中性点单元的连接结构相对于模块化电枢的连接结构可实现部件的共用化，可提供各单元自由装拆且产品成本低廉的模块式电枢。

根据方案12所述的发明，能够得到具有方案1至11中所述的模块式电枢的效果的模块式线性电动机。

根据方案13所述的发明，能够得到具有方案12所述的模块式线性电动机的效果的搬运装置。

附图说明

图1是表示本发明第1实施例的模块式带铁心线性电动机电枢的整体构成的俯视图，是分解了模块化电枢单元、导线部连接单元、中性点单元的图。

图2是表示串联连接2个第1实施例的模块化电枢单元的例子的俯视图。

图3是第1实施例的导线部连接单元的变形实施例，(a)表示导线横向引出的情况，(b)表示导线向上引出的情况。

图4表示本发明第2实施例的并联式导线部连接单元的俯视图。

图5表示第2实施例的应用了并联式导线部连接单元的模块式带铁心线性电动机电枢的整体构成，(a)是对它们进行了分解的俯视图，(b)是对它们进行了组合的俯视图。

图6是本发明第3实施例的串联连接2个模块式无铁心线性电动机电枢的例子，(a)是表示其概略的主视图及侧视图，(b)是分解了各电枢单元的侧视图，(c)是连接了各电枢单元的侧视图。

图7是表示本发明第4实施例的串联连接2个模块式无铁心线性电动机电枢的例子，(a)是其侧视图，(b)是其侧视图。

图8是表示本发明第5实施例的应用了并联式导线部连接单元的模块式无铁心线性电动机电枢的例子。

图9是通常的带铁心模块式线性电动机的侧剖视图。

符号说明

1-模块化电枢单元；2-导线部连接单元；2a-导线；3-中性点单元；4-磁极传感器；5-辅助齿；6-并联单元；7、8、9-接插件；11-场磁铁；11a-场磁铁磁轭；11b-磁铁；12-电枢单元；12c-基板组；12d-电枢基座；13-导线引出单元；14-中性点单元；15、16、17-接插件；20-电枢组块；20a-齿；21-电枢线圈；22-场磁铁磁极；23-磁轭；24-电枢基座。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

实施例1

在图1中，1是模块化电枢单元，在未图示的电枢铁心上安装由多个线圈群构成的m相(m为整数)的电枢绕组(未图示)，同时该单元的前后端为可用于向电枢进行电力供电的接插件结构。

而且，2是导线部连接单元，3是中性点单元，4是磁极传感器。5是辅助齿，导线部连接单元2和中性点单元3与模块化电枢1一样为接插件结构。

本发明的特征与现有技术的不同之处为以下所示。

即不同之处在于，在图1中，在电枢单元1的两端配备有连接电枢绕组的导线的连接用端子(接插件7)，在该电枢单元1的一端设置有连接电枢绕组的导线的端子输出并用于从外部电源供电的导线部连接单元2，同时在电枢单元1的另一端设置有用于对电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元3，导线部连接单元2及中性点单元3为从模块化电枢1分离的结构。而且，导线部连接单元2以及中性点单元3的端部分别与电枢单元1的端部一样为具有接插件8、9的连接结构。

在此，图9表示通常的带铁心模块式线性电动机的侧剖视图。

本实施例(图1)所使用的电枢单元1的内部与图9的线性电动机基本上相同，在图9中，构成为分割为多个电枢组块20并排列在推力方向上，且固定在电枢基座24上的带铁心式电枢结构。各电枢组块20的组块铁心设置有朝向由磁性材料构成的电枢铁心的长度方向以等间距排列的呈相数整数倍的多个齿20a和集中卷绕在所述齿20a上的电枢线圈21。这种电枢单元1隔着磁隙相对于由磁轭23和以等间距排列在磁轭23上的场磁铁磁极22构成的定子而对置。

而且，考虑到通过接插件(7、8、9)连接电枢单元1而进行一体化时的影响，如图1所示，在导线部连接单元2及中性点单元3上装有辅助齿5，用于抵消在电枢单元1两端部的齿上产生的齿槽推力。

而且，在图1中，在导线部连接单元2上内置有进行线性电动机的初始磁极的检测的磁极传感器4。另外，在未内置磁极传感器时，则需要进行基于软件的磁极检测动作。

在图1中示出1个模块化电枢(电枢单元1)的例子进行了说明，而在图2中对在推力方向上依次连接多个(此处为2个)该电枢单元1而构成的模块式线性电动机电枢进行说明。

即，在图2中，在各自的模块化电枢单元1上配备有连接电枢绕组的导线的连接用端子(接插件7)，在位于朝向推力方向而多个连接的电枢群的最前部的电枢单元1上设置有连接该电枢绕组的导线的端子输出并用于从外部电源供电的导线部连接单元2，而在位于该电枢群的最后部的电枢单元1上设置有用于对该电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元3，同时使导线部连接单元2及中性点单元3为从模块化电枢1分离的结构。

通过上述结构，使2台模块化电枢串联连接，通过在前端连接导线部连接单元并在后部连接中性点单元，能够实现2倍推力的线性电动机。

下面，串联连接2个第1实施例的模块化电枢时所产生的推力增加和部件数量的关系基本上能够由如下表1的关系来表示。

表1

推力	模块化电枢	导线部单元	中性点单元
推力	模块化电枢	导线部单元	中性点单元	1倍	1台	1个	1个
2倍	2台	1个	1个	1倍	1台	1个	1个
2倍	2台	1个	1个	3倍	3台	1个	1个

对于其动作，通过对图2所示的电枢单元的电枢绕组的导线进行m相交流供电，能够产生移动磁场，如果将该电枢单元与未图示的永久磁铁场磁铁组合则能够作为同步式电动机进行动作，而在对替代永久磁铁场磁铁而具备导电性材料的场磁铁和该电枢单元进行组合时，则能够作为感应式电动机进行动作。

因此，本发明的第1实施例为，在电枢单元的一端设置有从外部电源供电的导线部连接单元2，在电枢单元1的另一端设置有对电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元3，使导线部连接单元2及中性点单元3为从模块化电枢1分离的结构，同时通过接插件连接电枢单元1、导线部连接单元2及中性点单元3的各端部，因此在需要对多个模块式电枢进行多个连接配置时，导线部连接单元2及中性点单元3的连接结构相对于模块化电枢1的连接结构可实现部件的共用化，因此能够实现可使用1种模块化电枢来增加推力的多样化的多种推力规格的电枢，而且能够提供各单元自由装拆且产品成本低廉的模块式电枢。

而且，由于在导线部连接单元及中性点单元上组装有辅助齿，所以能够抵消降低在线性电动机的前后两端部产生的齿槽推力。

而且，由于导线部连接单元内置有进行线性电动机的初始磁极的检测的磁极传感器部，所以在接通线性电动机电源时，能够立刻成为可驱动的状态。

接下来，图3是第1实施例的导线部连接单元的变形实施例，(a)表示导线横向引出的情况，(b)表示导线向上引出的情况。

在图3中，导线部连接单元2通过采用使导线部的引出方向为线性电动机的推力方向的向前引出，或者与线性电动机的推力方向正交的方向的横向引出或向上引出这3种，能够灵活地改变电枢单元的导线的引出方向，因此，不会使接线处理、电缆处理复杂化，能够实现省空间化。

实施例2

下面，对本发明的第2实施例进行说明。

图4表示本发明第2实施例的并联式导线部连接单元的俯视图，图5表示应用了第2实施例的并联式导线部连接单元的模块式带铁心线性电动机电枢的整体构成，(a)是对它们进行了分解的俯视图，(b)是对它们进行了组合的俯视图。

第2实施例与第1实施例的不同之处在于，构成为使电枢单元1及导线部连接单元2以及中性点单元3为n个并联配置结构(本例为n＝2)，导线部连接单元2设置有：未图示的分配电路，对从未图示的外部电源向该导线部连接单元2供给的电流进行n分割；及端子，与各电枢单元1连接以便向各电枢单元1供给由该分配电路(未图示)分割的电流，该中性点单元3设置有对各个电枢单元1的电枢绕组的终端部个别地进行连接的未图示的连接电路和端子。

另外，第2实施例与第1实施例一样为导线部与模块化电枢单元分离的结构，在增大线性电动机推力时，可实现部件的共用化。

通过上述结构，使2台模块化电枢单元并联连接，通过在前端连接导线部并联单元6并在后部连接中性点单元，能够实现2倍推力的线性电动机。

下面，并联连接2个第2实施例的模块化电枢时所产生的模块化电枢推力增加和部件数量的关系基本上能够由如下表2的关系来表示。

表2

推力	模块化电枢	导线部单元	中性点单元
推力	模块化电枢	导线部单元	中性点单元	1倍	1台	1个	1个
2倍	2台	1个(2并联单元)	2个	1倍	1台	1个	1个
2倍	2台	1个(2并联单元)	2个	3倍	3台	1个(3并联单元)	3个

因此，本发明的第2实施例能够用1种模块化电枢在与推力方向正交的方向、即所谓的模块化电枢的宽度方向上实现推力增加。

总之，由于能够用1种模块化电枢单元采取并联、串联2种推力扩大方法，所以线性电动机的产品在库管理、部件在库管理变得容易等，能够使生产效率显著地提高。

实施例3

在图6中，11是场磁铁，其由以在半工字形的场磁铁磁轭11a的内侧隔着空隙异极相对且极性交替变化的形式等间隔地安装的磁铁11b构成。

而且，12是电枢单元，电枢单元12为，使朝向基板长度方向对多个线圈群进行多个排列而树脂成形的电枢绕组为基板组12c，将该基板组12c固定在电枢基座12d上从而构成无铁心式的模块式线性电动机电枢。而且，电枢基座12d的前后端为具有接插件15的结构，多个电枢单元12能够进行接插件连接。13是导线引出单元，其为具有接插件16的结构，并与所述电枢基座12d的前端接插件15连接。14是中性点单元，其为具有接插件17的结构，并与所述电枢基座12d的后端接插件15连接，进行所述电枢绕组的中性点接线处理。

根据上述结构，与电枢2的个数无关，能够经由导线引出单元13向所有电枢进行电流供电，可对应于所有的推力规格。

另外，如图6所示，由电角来表示电枢2的推力方向长度时，使其成为360°的整数倍。

由此，连接多个电枢单元12时，由于仅使电枢基座12d对齐便能实现电枢间的相位对齐，所以能够缩短将电动机装入机械时的作业时间。另外，连接多个现有的电枢而使用时，由于需要将电枢间定位于既定的距离，所以存在将电动机装入机械的作业花费工时的缺点，但是本实施例解决了现有技术的课题。

实施例4

由于使电枢为模块结构时，无法在各电枢的连接部配置电枢线圈，所以如图7(a)所示，当使电枢长度为电角360°的整数倍时，与推力产生无关的空间变大，对模块整体来说电动机常数密度变小。另一方面，如图7(b)所示，由于按每个电枢使线圈配置错开电角120°或240°时，能够极力抑制各电枢的连接部，即与推力产生无关的空间，所以对模块整体来说能够防止电动机常数密度降低。

实施例5

图6、图7是串联接线多个电枢的例子，图8(a)是分解了电枢单元12、导线引出单元13、中性点单元14的侧视图，(b)是(a)的俯视图，(c)是连接了(a)的各单元的侧视图，(d)是(c)的俯视图。

虽然通过调整电枢模块的数量，能够对应于所有的推力规格，但是通常其它追加电压、电流或速度这样的规格的情况较多。例如，通过对于电流规格(oA以下)可选择串联接线，对于电压规格(oV以下)或速度规格(最高速度om/s)可选择并联接线，能够用1种模块对应于大范围的规格。

因此，根据本发明的实施例3-5，在具有无磁吸引力、无齿槽效应这样的优点且与带铁心线性电动机相比可实现低速度波动驱动的无铁心线性电动机中，对于数千～数万N这样的所有推力规格，能够通过对1种电枢模块进行多个串联或并联接线来实现对应。

而且，由于通过部件共通化，能够抑制为最小限的部件数量，所以能够以低成本来制造电动机，并以低价格提供给用户。

根据本发明，能够提供一种可通过使线性电动机的模块式电枢结构中的导线部和中性点部各自分离而实现单元化，从而不必根据客户规格改变电枢导线的长度规格，使模块化电枢部在串联及并联中都进行多个连接来实现大推力规格的组合多个模块式电枢而成的模块式线性电动机，因此，可应用于能够进行高精度加工的机床、需要高速下的微小定位或一定进给速度的电气元件安装装置、使半导体或液晶相关制造装置或者机床等的移动工作台行走的工作台进给装置、搬运装置等。

Claims

1.一种模块式线性电动机电枢，是在推力方向上依次连接多个安装有由多个线圈群构成的m相的电枢绕组而成的电枢单元而构成的模块式线性电动机电枢，m为整数，其特征在于，

在所述各个电枢单元的一端及另一端上配备有连接所述电枢绕组的导线的连接用端子，

在位于在所述推力方向上多个连接而成的电枢群的最前部的电枢单元上设置有连接该电枢绕组的导线的端子输出并用于从外部电源供电的导线部连接单元，同时在位于该电枢群的最后部的电枢单元上设置有用于对该电枢绕组的中性点进行接线处理的中性点单元。

2.根据权利要求1所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述各个电枢单元构成为，在朝向由磁性材料构成的电枢铁心的长度方向以等间距排列的多个齿上通过集中卷绕来缠绕所述电枢绕组，同时固定在电枢基座上而成的带铁心式电枢结构。

3.根据权利要求1或2所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，在连接于所述各个电枢单元的所述导线部连接单元及所述中性点单元上组装有辅助齿，以便抵消在所述电枢单元两端部的齿上产生的齿槽推力。

4.根据权利要求3所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述导线部连接单元内置有进行线性电动机的初始磁极的检测的磁极传感器部。

5.根据权利要求1所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，

使所述电枢单元及所述导线部连接单元以及所述中性点单元为n个并联配置结构，n为2以上的整数，

所述导线部连接单元设置有：分配电路，对从外部电源向该导线部连接单元供给的电流进行n分割；及端子，与所述各电枢单元连接以便向各电枢单元供给由该分配电路分割的电流，

所述中性点单元设置有对各个电枢单元的电枢绕组的终端部个别地进行连接的连接电路和端子。

6.根据权利要求1或2所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述各个电枢单元分割为多个电枢组块。

7.根据权利要求1所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述各个电枢单元构成为，将朝向基板长度方向等间隔地排列多个线圈群并树脂成形而成的电枢绕组固定在电枢基座上而成的无铁心式电枢。

8.根据权利要求7所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，使所述电枢基座的推力方向长度为电角360°的整数倍。

9.根据权利要求7所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述各个电枢单元间的电相位配置以具有电角120°或240°的相移的形式进行配置。

10.根据权利要求7或9所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述各个电枢单元的接线通过串联连接或并联连接的任意一个来连接。

11.根据权利要求1所述的模块式线性电动机电枢，其特征在于，所述电枢单元的两端及所述电枢导线部连接单元以及所述中性点单元的端部为基于接插件的连接结构。

12.一种模块式线性电动机，其特征在于，具备：

权利要求1至11中任意一项所述的模块式电枢；

及场磁铁，在与所述电枢隔着磁隙相对配置的同时使极性不同的多个永久磁铁交替地相邻排列并配置于固定部，

使所述电枢和所述场磁铁的任意一方为定子，另一方为动子，使所述场磁铁和所述电枢相对地行走。

13.一种搬运装置，其特征在于，

使用权利要求12所述的模块式线性电动机使移动工作台行走。