CN101939897B

CN101939897B - 线性电动机

Info

Publication number: CN101939897B
Application number: CN200980104631.5A
Authority: CN
Inventors: 浅生利之; 山中修平
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-01-23
Also published as: TW200945737A; TWI482398B; WO2009101852A1; JP5444008B2; JPWO2009101852A1; CN101939897A; DE112009000359T5

Abstract

本发明提供一种紧凑且能够产生更高推力的新型的线性电动机。线性电动机具备N极及S极在直线运动方向上交替排列的励磁磁铁(2)和相对于励磁磁铁(2)相对进行直线运动的电枢(9)。电枢(9)具有：隔着间隙与励磁磁铁(2)相对向的多个线圈(3)、具有分别插入到多个线圈(3)中的多个梳齿(11a～11c)的铁心(11)、以及夹设在各线圈(3)与各梳齿(11a～11c)之间的线轴(14)。线轴(14)为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。由于线轴(14)使用导热率为2W/(m·K)以上的绝缘材料，因此与绝缘纸制的线轴相比，能够将导热率提高到十倍以上，从而能够高效地使从线圈(3)产生的热量向铁心(11)逃散。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流得到用于进行直线运动的推力的线性电动机。

背景技术

线性电动机分为隔着间隙与形状细长的板状的励磁磁铁相对向的扁平型的线性电动机和筒状的电枢包围杆(轴)状的励磁磁铁周围的杆型(也称作轴型)的线性电动机。

在扁平型的线性电动机中，电枢相对于形成为细长板状的励磁磁铁相对进行直线运动。励磁磁铁是使多张平板状的磁铁以在表面交替形成有N极及S极的方式排列的部件。电枢具有隔着磁间隙与励磁磁铁相对向的U、V、W相的线圈。当三相交流电流流过线圈时，通过磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，产生用于进行直线运动的推力(例如参照专利文献1)。为了得到高推力的线性电动机，已知有在线圈中插入铁心的带铁心的扁平型的线性电动机。

另一方面，在杆型的线性电动机中，包围杆周围的筒状的电枢相对于N极及S极交替励磁的杆(轴)相对进行直线运动。电枢具有隔着磁间隙卷绕在励磁磁铁周围的U、V、W相的线圈。U、V、W相的线圈沿杆的轴线方向排列。当U、V、W相的三相交流电流流过线圈时，通过磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，产生用于进行直线运动的推力(例如参照专利文献2)。

对于线性电动机，要求紧凑且能够产生大推力。在此，线性电动机的推力与磁铁产生的磁通密度B和流过线圈的电流I的积成比例。因此，通过增大磁铁的磁通密度B或增大流过线圈的电流I，能够增大推力。为了增大磁铁的磁通密度，在线性电动机的历史中，进行了将铁氧体磁铁改变为稀土类磁铁的做法。但是，增大磁铁的磁通密度的情况受限制，难以进一步增大磁通密度B。

增大流过线圈的电流I也能够增大推力。但是，增大流过线圈的电流需要在防止线圈发热的基础上进行。这是因为由于线圈的导线具有电阻，因此大电流流过线圈时会产生与电流的平方成比例的焦耳热。由于焦耳热而线圈的温度持续上升时，导线的绝缘覆膜溶化，而导线彼此不再绝缘。当导线彼此不再绝缘时，等同于线圈的匝数减少，从而与线圈的匝数成比例的线性电动机的推力下降。因此，流过线圈的电流受限于不使导线的绝缘覆膜溶化的温度。能够防止线圈发热的情况也与能够增大电动机产生的推力这一情况密切相关。

为了防止线圈发热，也进行使用金、银或电阻为零的超导体的物质取代铜的做法。电阻小时，线圈不再发热，因此能够使大电流流过线圈，从而能够增大线性电动机的推力。

此外，为了防止线圈发热，在覆盖线圈的壳体或插入到线圈中的铁心上形成散热片，使热量从散热片逃散到大气中。若能够使线圈产生的热量逃散，则即使线圈自身的发热量大，也能够防止线圈的温度上升。

专利文献1：日本特开2006-074975号公报

专利文献2：日本特开2002-354780号公报

然而，使用金或超导体物质取代铜的方法在成本方面难以实现。而且，在线圈的壳体或铁心上形成散热片而使热量逃散的方法需要在结构上想尽办法，且无法进一步提高冷却效率。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种紧凑且能够产生更高推力的新型的线性电动机。

为了解决上述课题，本发明的第一方面的线性电动机通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；具有多个线圈、铁心、线轴的电枢，所述多个线圈隔着间隙与所述励磁磁铁相对向，所述铁心具有分别插入到所述多个线圈中的多个梳齿，所述线轴夹设在各线圈与各梳齿之间，所述线轴为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

本发明的第二方面的线性电动机通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；具有多个线圈、铁心、成形体的电枢，所述多个线圈隔着间隙与所述励磁磁铁相对向，所述铁心具有分别插入到所述多个线圈中的多个梳齿，所述成形体覆盖所述多个线圈并将所述多个线圈与所述铁心结合，所述成形体为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

本发明的第三方面的线性电动机通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；具有多个线圈、成形体的电枢，所述多个线圈包围所述励磁磁铁周围，所述成形体覆盖所述多个线圈，所述成形体为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

本发明的第四方面的线性电动机通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；具有多个线圈、线圈保持架的电枢，所述多个线圈隔着间隙设置在所述励磁磁铁周围，所述线圈保持架用于保持所述多个线圈，所述线圈保持架包含在所述直线运动方向上贯穿所述多个线圈而延伸的保持架主体部和夹设在相邻的线圈之间的多个间隔部，所述线圈保持架为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

本发明的第五方面的线性电动机以第一方面至第四方面中任一方面所述的线性电动机为基础，其特征在于，所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体是在树脂中混合多个具有不同平均粒径的绝缘性的金属氧化物粒子而成的。

本发明的第六方面的线性电动机以第五方面所述的线性电动机为基础，其特征在于，所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体是通过对混合有所述绝缘性的金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形而制造的。

本发明的第七方面的线性电动机以第五方面所述的线性电动机为基础，其特征在于，所述成形体是通过使混合有所述绝缘性的金属氧化物粒子的热硬化性树脂流入模具的浇注成形而制造的。

本发明的第八方面的线性电动机以第一方面至第七方面中任一方面所述的线性电动机为基础，其特征在于，所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体的线膨胀系数设定为10×10^-6以上30×10^-6以下。

发明效果

在扁平型的线性电动机中，作为使从线圈产生的热量逃散的一系统，有从线圈经由线轴向铁心逃散的系统。线轴是夹设在线圈与铁心的梳齿之间的绝缘体，起到使线圈与铁心的梳齿绝缘的作用。根据本发明的第一方面，由于线轴使用导热率为2W/(m·K)以上的绝缘材料，因此与绝缘纸制的线轴相比，能够将导热率提高到十倍以上，从而能够高效地使从线圈产生的热量向铁心逃散。因此，能够提高流过线圈的电流或线性电动机的推力。

在扁平型的线性电动机中，作为使从线圈产生的热量逃散的另一系统，有从线圈经由成形体向大气逃散的系统。成形体起到覆盖线圈并将线圈与铁心结合的作用。根据本发明的第二方面，由于成形体使用导热率为2W/(m·K)以上的绝缘材料，因此与树脂制的成形体相比，能够将导热率提高到十倍以上，从而能够高效地使从线圈产生的热量向大气逃散。因此，能够提高流过线圈的电流或线性电动机的推力。

在杆型的线性电动机中，作为使从线圈产生的热量逃散的一系统，有从线圈经由成形体向大气逃散的系统。成形体起到覆盖线圈的作用或作为壳体的作用。根据本发明的第三方面，由于成形体使用导热率为2W/(m·K)以上的绝缘材料，因此与树脂制的成形体相比，能够将导热率提高到十倍以上，从而能够高效地使从线圈产生的热量向大气逃散。因此，能够提高流过线圈的电流或线性电动机的推力。

在杆型的线性电动机中，作为使从线圈产生的热量逃散的一系统，有从线圈向线圈保持架逃散的系统。线圈保持架起到保持线圈并使相邻的线圈彼此绝缘的作用。根据本发明的第四方面，由于线圈保持架使用导热率为2W/(m·K)以上的绝缘材料，因此与树脂制的线圈保持架相比，能够将导热率提高到十倍以上，从而能够高效地使从线圈产生的热量向线圈保持架逃散。因此，能够提高流过线圈的电流或线性电动机的推力。

根据本发明的第五方面，由于在树脂中混合多个具有不同平均粒径的绝缘性的金属氧化物粒子，因此能够利用小径的金属氧化物粒子填埋大径的金属氧化物粒子彼此的树脂的间隙。由于能够经由提高了填充率的金属氧化物粒子来传递热量，因此能够提高导热率。

根据本发明的第六方面，能够以高尺寸精度大量生产线轴、线圈保持架或成形体。

根据本发明的第七方面，由于能够降低模具的成本，因此能够廉价地制造成形体。

根据本发明的第八方面，线轴、线圈保持架或成形体的线膨胀系数与树脂(120×10^-6)的线膨胀系数相比少一位，接近钢(11～13×10^-6)、铜(19～20×10^-6)、铝(22～23×10^-6)等金属的线膨胀系数。由于能够使温度上升时的线轴、线圈保持架或成形体的伸长与线圈、铁心的伸长大致相等，因此能够保持它们的接触。因此，能够防止由于温度上升而在它们之间产生真空的间隙或空气层且难以导热的情况。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的扁平型线性电动机的立体图。

图2是图1的线性电动机的主视图。

图3是励磁磁铁的俯视图。

图4是电枢的立体图。

图5是电枢的沿移动方向的剖视图。

图6是颠倒状态的电枢的立体图。

图7是线轴的立体图。

图8是浇注成形中使用的框架。

图9是示出金属氧化物的粒子直径与质量％的关系的图形。

图10是线轴的放大剖视图的示意图。

图11是本发明的第二实施方式的杆型的线性电动机的立体图。

图12是示出线性电动机的磁铁与线圈的位置关系的图。

图13是示出由线圈保持架保持的线圈单元的立体图。

图14是线圈保持架的详细图(图中(A)示出主视图，(B)示出剖视图)。

图15是示出流过线圈的电流与线圈温度的关系的图形(图中(A)表示电流值为I×1倍时，(B)表示电流值为I×1.15倍时，(C)表示电流值为I×1.63倍时)。

符号说明：

2励磁磁铁

3线圈

9电枢

11铁心

11a～11c梳齿

14线轴

16成形体

21杆

22成形体(壳体)

23励磁磁铁

24线圈

25线圈保持架

具体实施方式

基于附图，详细说明本发明的一实施方式的线性电动机。图1及图2示出本发明的第一实施方式的扁平型线性电动机。图1示出立体图，图2示出主视图。该实施方式的线性电动机是一轴的促动器，用于使工作台等移动体沿一轴向移动。细长延伸的基体1上设有板状的励磁磁铁2作为线性电动机的定子。线性电动机的电枢9的线圈3与励磁磁铁2相对向。通过流过电枢9的线圈3的电流和励磁磁铁2的磁场的作用而产生推力，从而使电枢9相对于励磁磁铁2相对进行直线运动。

如图2的主视图所示，在励磁磁铁2与电枢9之间设置磁间隙g。电枢9相对于励磁磁铁2进行移动时，该间隙g也维持恒定。

如图1所示，基体1沿电枢9的直线运动方向细长延伸。基体1具有矩形的底部板1a和设置在底部板1a的宽度方向两端部上的一对侧壁部1b。在一对侧壁部1b的上表面上分别安装直线导轨的轨道5。轨道5在侧壁部1b的长度方向的大致整个长度上细长延伸。在轨道5的外周面上沿轨道5形成有直线导轨的滑车6的球、辊等滚动体进行滚动运动的滚动体滚道槽。

基体1的底部板1a的上表面上设有在电枢9的直线运动方向上N极及S极交替形成的励磁磁铁2。如图3所示，励磁磁铁2是将多张平行四边形的板状磁铁19排列成一列的部件。在各板状磁铁19上沿与励磁磁铁2的长度方向正交的方向(与图中纸面正交的方向)励磁N极及S极。板状磁铁19的表面的磁极与相邻的板状磁铁19的磁极为相反的磁极，从而沿励磁磁铁2的长度方向交替形成N极及S极。

如图1所示，左右一对轨道5上分别安装有能够滑动的直线导轨的滑车6。左右的滑车6上跨有门形的结合顶板7。结合顶板7的下表面上悬挂有电枢9。

结合顶板7具有沿宽度方向细长延伸的顶部7a和设置在顶部7a的宽度方向两端且向下方垂下的一对脚部7b。脚部7b的下端安装有直线导轨的滑车6。顶部7a的下表面上安装有电枢9。顶部7a的上表面上安装有移动体。

滑车6形成为跨轨道5的鞍形状。在该实施方式中，相对于一个轨道5安装有两个滑车6。滑车6上形成有与轨道5的滚动体滚道槽相对向的负载滚动体滚道槽，并且形成有用于使滚动体循环的回路状的滚动体循环路径。在滑车6的滚动体循环路径中排列、收容多个滚动体。使滑车6相对于轨道5滑动时，夹设在轨道5的滚动体滚道槽与滑车6的负载滚动体滚道槽之间的滚动体进行滚动运动。与此同时，滚动体在回路状的滚动体循环路径中循环。通过滚动体的滚动运动，减少滑车6相对于轨道5滑动时的摩擦阻力。

图4及图5示出电枢9的详细图。电枢9具备：与励磁磁铁2相面对的三相线圈3(3a、3b、3c)；用于增强线圈3产生的磁场的铁心11；用于使从线圈3产生的热量向大气逃散的吸热设备12。

线圈3是在铁心11的梳齿11a、11b、11c(确切来说是覆盖梳齿的线轴14)的周围卷绕导线的部件，沿电枢9的宽度方向形成为细长环状。三相线圈3a、3b、3c在电枢6的直线运动方向上相邻排列。每隔120°使相位不同的三相交流电流流过由U、V、W相构成的三相线圈3a、3b、3c时，在电枢9的直线运动方向上产生移动磁场。

流过线圈3的电流由未图示的控制装置控制。基体1上安装有检测电枢6位置的直线检测元件。控制装置对直线检测元件检测出的电枢9的位置信息及速度信息进行反馈，算出与目标值的差量，以使电枢9的位置及速度接近目标值的方式使电流流过三相线圈3a、3b、3c。

铁心11具有沿多个线圈3的排列方向细长延伸的板状的基部板11d和从基部板11d分别朝三相线圈3a、3b、3c的内侧突出的多个梳齿11a、11b、11c。基部板11d的上表面与吸热设备12的下表面接触。多个梳齿11a、11b、11c沿与基部板11d正交的方向突出。铁心11的材质是例如硅钢等磁性体。

吸热设备12大致形成为立方体形状，并且其上表面上形成有沿电枢9的前进方向细长延伸的多个槽12a。通过形成多个槽12a，而在吸热设备12的上表面上形成表面积增加的冷却散热片。吸热设备12由导热率高的铝或铝合金构成。

图6示出颠倒状态的电枢9的立体图(为了便于观察线轴14而沿电枢9的移动方向剖开线圈3)。线圈3是将绕铜覆盖绝缘膜的导线卷绕成环状的部件。导线彼此由外侧覆盖的绝缘膜来确保绝缘。然而，将线圈3插入到梳齿11a～11c时，考虑有线圈3与梳齿11a～11c通过导线的绝缘膜无法绝缘的情况。这是因为在梳齿11a～11c上直接卷绕线圈3时会损伤导线的绝缘膜，从而梳齿11a～11c与导线导通。因此，不在梳齿11a～11c上直接卷绕线圈，而在梳齿11a～11c与线圈3之间夹设用于使它们之间绝缘的线轴14。

图7示出线轴14的立体图。线轴14由包围梳齿周围的框架形状的线轴主体14a和设置在线轴主体14a的轴线方向的端部上的突缘部14b构成。突缘部14b夹设在线圈3的轴线方向的端面与铁心11的基部板11d之间并使它们之间绝缘。在绝缘目的下，以往使用被称为Nomex(注册商标)纸的绝缘纸。其是以几十μm的厚度具有几千伏特的绝缘能力、薄而绝缘能力优良的纸。使用绝缘纸时，在梳齿11a～11c的周围一层层地卷绕绝缘纸，并在绝缘纸的周围卷绕线圈3。然而，若非手工作业，则无法将绝缘纸卷绕在梳齿11a～11c周围。由于卷绕绝缘纸的作业麻烦，因此取代绝缘纸而使用完全覆盖梳齿11a～11c周围的成形品的线轴14。在线轴14的周围卷绕线圈3后，将线轴14嵌于梳齿。通过将线轴14形成为绝缘体，能够将线圈3与梳齿11a～11c绝缘。

由于是成形品，因此线轴14最低具有0.2mm、0.3mm、0.5mm等的厚度。通过耐热性的液晶聚合物(导热率为0.2W/(m·K)左右)注射模塑成形线轴14时，在导热率低的基础上增加厚度，因此热阻抗增大。线轴14的热阻抗增大时，无法使线圈3的热量向铁心11逃散。因此，线轴14使用导热率为2W/(m·K)以上、优选6W/(m·K)以上的材料。

线圈3与线轴14接触。线轴14与铁心11接触，铁心11与吸热设备12也接触。因此，从线圈3产生的热量向线轴14、铁心11、吸热设备12传递，从吸热设备12的冷却散热片向大气排出。线轴14的导热率为2W/(m·K)以上时，能得到卷绕线轴14的1/10左右厚度的绝缘纸时以上的推力。在同样产生推力时，由于抑制线圈11的发热，因此在热膨胀等的热影响成为问题且不希望温度过度上升的需要高精度的用途等中有效。

线轴14的材料是以绝缘性的金属氧化物粒子为填充材料混合在热塑性树脂中而成的成形材料。线轴14通过对混合有金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形来制造。

如图9所示，金属氧化物粒子是将被分级成平均粒径为0.5～2μm范围的小径的金属氧化物粒子B和被分级成平均粒径为5～20μm范围的大径的金属氧化物粒子A混合而成的。金属氧化物粒子B的粒径是金属氧化物粒子A的粒径的约1/10。也可以在金属氧化物粒子B中再混合约1/10粒径的金属氧化物粒子C。金属氧化物粒子A和金属氧化物粒子B的分布重叠的部分d占整体的质量％为40％以下，优选1％以下。为1％以下时，金属氧化物粒子A的分布与金属氧化物粒子B的分布几乎不再重叠，整体的分布曲线不连续。

如此设定金属氧化物粒子A、B的平均粒径时，如图10所示，大径的金属氧化物粒子A彼此之间的树脂的间隙由小径的金属氧化物粒子B填埋。因此，能够提高金属氧化物粒子A、B的填充率。由于能够经由提高了填充率的金属氧化物粒子A、B传递热量，因此导热率上升。在此，当金属氧化物的粒子直径小于0.5μm时，粒子的结块状态(多个粒子像面团那样成为块状)显著，分散效率变差，结果导热率变差，因此不优选。而且，当粒子直径大于20μm时，损害薄壁成形性，只能制作厚度大的部件。具体来说，由于1mm以下的厚度难以成形，因此热阻抗变大，不优选。使热量通过的部件的厚度必须薄。无论导热多么良好，只要材质的厚度大，结果热阻抗就增大，从而散热效果受损。

作为绝缘性的金属氧化物粒子的种类，能够列举有氧化铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化镁(MgO)、多铝红柱石(3Al₂O₃·2SiO₂)、锆石(尤其是ZrO₂·SiO₂)、堇青石(2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂)、氧化锰(MnO₂)、氧化铁(Fe₂O₃)、氧化钴(CoO)等，但是并不局限于所述金属氧化物。考虑到提高线性电动机的散热时，在绝缘性的金属氧化物粒子中，能够利用导热率1W/(m·K)以上的粒子，例如氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)等。

金属氧化物粒子相对于成形材料整体容量的容量％至少为50％以上，优选55～65％的范围。当小于50容量％时，导热率急剧下降。当超过50容量％时，导热率开始上升，但是55％至65％的范围是适合注射模塑成形的流动性和导热率这两方面的范围。超过65容量％时，成形流动性急剧下降，无法进行薄壁成形，会引起无法成形复杂的三维形状等障碍，不优选。

所谓热塑性树脂是指能够熔融成形的合成树脂，作为具体例子，列举有例如从非液晶性半芳香族聚酯、非液晶性全芳香族聚酯等非液晶性聚酯、液晶聚合物(液晶性聚酯、液晶性聚酯酰胺等)、聚碳酸酯、脂肪族聚酰胺、脂肪族-芳香族聚酰胺、全芳香族聚酰胺等聚酰胺、聚甲醛、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯并咪唑、聚酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚砜、聚醚酰亚胺、改性聚苯醚、聚砜、聚芳硫醚、聚丙烯、聚乙烯等的烯烃系聚合物、乙烯/丙烯共聚物等的烯烃系共聚物、ABS、AS、聚苯乙烯等苯乙烯系共聚物、甲基丙烯酸树脂、聚酯醚弹性体、聚酯弹性体、聚酰胺弹性体等弹性体中选择的一种或两种以上的混合物，但是通常优选使用6尼龙、PPS、LCP或PET。

热塑性树脂的电绝缘性优选为比阻抗10¹²Ω·cm以上、绝缘破坏强度10kV/mm以上，而且其导热率优选为最小1W/(m·K)至最大20W/(m·K)左右。

通过对以上记载的混合有金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形，能够制造导热率为2W/(m·K)以上，例如6W/(m·K)、8W/(m·K)、10W/(m·K)、…、最大20W/(m·K)的线轴14。

如图5所示，卷绕有线圈3a～3c的线轴14通过粘结剂固定在铁心11的梳齿11a～11c上。然而，仅为粘结剂时，结合不稳定，无法得到将线轴14完全固定在铁心11上的确信。若线圈3与铁心11的粘结不充分，则当电流流过线圈3时，会产生线圈3相对于铁心11移动的问题。因此，将线轴14粘结在铁心11上后，通过成形体16一体成形铁心11、线轴14、线圈3。线圈3被成形体16覆盖而不露出。为了将线圈3可靠地固定在铁心11上，而成形体16需要机械强度。而且，该成形体16必须为绝缘体。这是因为电流有可能从线圈3向导体即励磁磁铁2传递，且电流有可能从线圈3在线轴14中迂回而传递到梳齿11a～11c的前端。成形体16为绝缘体时，成形体16的散热特性有变差的倾向。若该成形体16的散热特性差，则线圈3的发热蓄积在成形体16的内部，线圈3的温度上升。因此，需要提高成形体16的散热特性，而使线圈3的热量向大气逃散。

成形体16的材料与线轴14相同，是以绝缘性的金属氧化物粒子为填充材料混合到热塑性树脂中而成的成形材料。成形体16通过对混合有绝缘性的金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形来制造或使混合有绝缘性的金属氧化物粒子的热硬化性树脂流入框架状的模具17(参照图8)的浇注成形来制造。

注射模塑成形成形体16时的金属氧化物粒子的结构及种类、热塑性树脂的种类及导热率与注射模塑成形线轴14时相同。浇注成形成形体时的金属氧化物粒子的结构及种类与注射模塑成形线轴14时相同。浇注成形成形体时使用的热硬化性树脂是具有加热时软化、冷却时硬化的线状的高分子结构的物质。能够从例如环氧树脂、聚氨脂、酚醛树脂、尿素树脂、三聚氰胺树脂中选择的一种或两种以上的混合物。

通过对以上记载的混合有金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形或对混合有金属氧化物粒子的热硬化性树脂进行浇注成形，能够制造导热率为2W/(m·K)以上，例如6W/(m·K)、8W/(m·K)、10W/(m·K)、…、最大20W/(m·K)的成形体。

线轴14及成形体16通过使用导热率6W/(m·K)以上的成形材料，能够将流过线圈3的电流增大为1.4倍左右(即使电流为1.4倍，线圈3的温度也不改变)，从而能够将扁平型的线性电动机的推力增大为1.4倍左右。推力提升40％是划时代的。使用该技术时，能得到紧凑且能产生世界上最大推力的扁平型的线性电动机。

另外，线轴14及成形体16的线膨胀系数(流动/直角)设定为10×10^-6以上30×10^-6以下。线轴14及成形体16的线膨胀系数比树脂(120×10^-6)的线膨胀系数少一位，接近钢(11～13×10^-6)、铜(19～20×10^-6)、铝(22～23×10^-6)等金属的线膨胀系数。由于能够使温度上升时的线轴14及成形体16的伸长与线圈3、铁心11的伸长大致相等，因此能够保持它们的接触。因此，能够防止由于温度上升而它们之间产生真空的间隙或空气层且难以导热的情况。

图11示出本发明的第二实施方式的杆型的线性电动机的立体图。该实施方式的线性电动机是使杆21(轴)相对于成形体(壳体)22沿其轴线方向移动的一轴的促动器，用于使电子部件等移动体沿一轴向移动的情况。具体来说，例如在将芯片状的电子部件安装在规定的位置的芯片安装的头轴中使用。该线性电动机仅使用一轴，为了提高作业效率，也可以排列组合多个线性电动机而使用作为多轴的促动器。

线性电动机通过励磁磁铁23的磁场和流过线圈24的电流，能得到用于使杆21进行直线运动的力。杆21的周围由沿轴线方向层叠的多个线圈24包围。换言之，杆21贯通层叠的线圈24。

图12示出线性电动机的励磁磁铁23与线圈24的位置关系。在杆21内的中空空间中，圆盘状的多个磁铁31(扇形磁铁)相互以同极相对向的方式，即N极与N极、S极与S极相对向的方式层叠作为励磁磁铁23。杆21的周围层叠有包围杆21的多个线圈24。多个线圈24由U、V、W相组成的三相线圈构成。每隔120°使相位不同的三相电流流过线圈24时，产生沿线圈24的轴线方向移动的移动磁场。杆21内的励磁磁铁23在移动磁场的作用下得到推力，与移动磁场的速度同步地相对于线圈24相对进行直线运动。

如图11所示，线性电动机的杆21由成形体22支承为能够沿杆21的轴线方向移动。线圈单元由线圈保持架25保持，所述线圈单元及线圈保持架25由成形体22覆盖。

杆21由例如不锈钢等非磁性材料构成，像管那样具有中空的空间。在杆21的中空空间中，如上所述，圆柱状的多个磁铁31(扇形磁铁)相互以同极相对向的方式层叠。磁铁31之间夹设有例如由铁等磁性体构成的极靴27(磁极滑车)。通过夹设极靴27，能够使励磁磁铁23形成的磁场接近正弦波。

线圈24是将导线卷绕成螺旋状的部件，由线圈保持架25保持。线圈24及线圈保持架25由成形体22覆盖。成形体22上为了提高散热特性而形成有多个散热片22a。成形体22上加工有用于安装在对方部件上的螺纹22b。由于安装在对方部件上，因此成形体22要求高机械强度。由于需要确保与线圈24的绝缘，因此成形体22要求高绝缘性。

成形体22的材料与上述第一实施方式的成形体相同地，是以绝缘性的金属氧化物粒子为填充材料混合到热塑性树脂中而成的成形材料。成形体22通过对混合有绝缘性的金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形来制造。将线圈24及线圈保持架25安放在注射模塑成形的模具上，通过流动成形材料的镶嵌成形，而在线圈24及线圈保持架25上一体成形成形体22。

注射模塑成形成形体22时的金属氧化物粒子的结构及种类、热塑性树脂的种类及导热率与注射模塑成形线轴14时相同。通过对混合有金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形，能够制造导热率为2W/(m·K)以上，例如6W/(m·K)、8W/(m·K)、10W/(m·K)、…、最大20W/(m·K)的成形体22。

杆21在线性电动机工作中成为在线圈24内悬浮的状态。为了支持杆21的直线运动而设置金属制的轴瓦28。轴瓦28固定在成形体22的两端上设置的端部件29上。

图13示出由线圈保持架25保持的线圈单元。线圈单元是层叠有多个例如几十个将导线卷绕成螺旋状的一个线圈24的部件。线圈24的导线24a必须一根一根连接。为了使线圈24的导线24a的配线简单化而使用绝缘基板26。绝缘基板26上形成有用于布线多个线圈24的导电图案。导电图案将U相的线圈彼此连接、V相的线圈彼此连接、W相的线圈彼此连接而形成。

图14示出保持线圈24的线圈保持架25的详细图。由于相邻的线圈24需要彼此绝缘，因此在线圈24之间夹设有树脂制的间隔部25b。间隔部25b与线圈24的正面形状同样地形成为圆环形状。间隔部25b与沿线圈24的排列方向细长延伸的板状的保持架主体部25a一体形成。

保持架主体部25a的线圈24的排列方向的长度与线圈单元的整体长度大致相等，横向宽度与线圈24的直径大致相等。保持架主体部25a的上表面上安装有绝缘基板26。而且保持架主体部25a的侧面上设有在注射模塑成形时用于将线圈保持架26固定在模具上的突起25c(参照图13)。为了防止由于注射模塑成形时的压力而线圈保持架25产生位置偏移的情况。保持架主体部25a的下表面上形成有与线圈24的外形形状相吻合的曲面状的凹陷25d。如图13所示，线圈24具有导线24a。为了将导线24a导入绝缘基板26的通孔，而在保持架主体部25a的与绝缘基板26的通孔相同的位置上留出多个配线用孔。

如图14所示，间隔部25b与线圈24的正面形状同样地形成为圆环状，从板状的主体部25a向下方突出。间隔部25b夹设在相邻的全部的线圈24之间，而且也设置在线圈单元的两端。因此，间隔部25b的个数比线圈24的数目多一个。

线圈保持架25的材料与上述第一实施方式的线轴14相同地，是以绝缘性的金属氧化物粒子为填充材料混合到热塑性树脂中而成的成形材料。线圈通过对混合有绝缘性的金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形来制造。

注射模塑成形线圈保持架25时的金属氧化物粒子的结构及种类、热塑性树脂的种类及导热率与注射模塑成形线轴14时相同。通过对混合有金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形，能够制造导热率为2W/(m·K)以上，例如6W/(m·K)、8W/(m·K)、10W/(m·K)、…、最大20W/(m·K)的线圈保持架25。

线圈保持架25及成形体22通过使用导热率6W/(m·K)以上的成形材料，能够将流过线圈的电流增大为1.4倍左右(即使电流为1.4倍，线圈的温度也不改变)，从而能够将杆型的线性电动机的推力增大为1.4倍左右。推力提升40％是划时代的。使用该技术时，能得到紧凑且能产生世界上最大推力的杆型的线性电动机。

另外，线圈保持架25及成形体22的线膨胀系数(流动/直角)设定为10×10^-6以上30×10^-6以下。线圈保持架25及成形体22的线膨胀系数比树脂(120×10^-6)的线膨胀系数少一位，接近钢(11～13×10^-6)、铜(19～20×10^-6)、铝(22～23×10^-6)等金属的线膨胀系数。由于能够使温度上升时的线圈保持架25及成形体22的伸长与线圈24的伸长大致相等，因此能够保持它们的接触。因此，能够防止由于温度上升而它们之间产生真空的间隙或空气层且难以导热的情况。此外，成形体22也作为电枢的壳体起作用，在成形体22上加工有用于安装在对方部件上的螺纹22b(参照图11)。将成形体22安装在铝等金属制的对方部件上时，也能够将成形体22的螺纹22b的安装间距的伸长与对方部件的安装间距的伸长形成为大致相等，因此能够防止成形体22上产生过度的力。

此外，本发明并不局限于上述实施方式，而在不改变本发明的主要内容的范围内能够进行各种变更。在上述扁平型的线性电动机的实施方式中，电枢相对于励磁磁铁进行直线运动，但也可以是励磁磁铁进行直线运动。在上述杆型线性电动机的实施方式中，杆相对于电枢进行直线运动，但也可以是电枢进行直线运动。

实施例

在扁平型的线性电动机中，线轴及成形体使用导热率为6W/(m·K)的成形材料。并且，测定使电流值I变化为×1倍、×1.15倍、×1.63倍时的线圈14的温度。

图15示出测定结果的图形。图中(A)表示电流值I×1倍时，(B)表示电流值I×1.15倍时，(C)表示电流值I×1.63倍时。在图15的比较例中，线轴使用液晶聚合物，成形体使用环氧树脂。

如本发明例所示，可知通过在线轴及成形体中使用高导热率的材料，能够抑制线圈的温度。而且，如图中(B)及(C)所示，电流值I×1.15倍时的比较例的线圈的温度(91.5度)与电流值I×1.63倍时的本发明例的线圈的温度(91.2度)几乎相等。可知在本发明例中，与比较例相比，能够额外地投入电流到1.63/1.15≒1.4倍。

本说明书基于2008年2月14日申请的日本特愿2008-032518。其内容全部包含在此。

Claims

1.一种线性电动机，通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：

N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；

具有多个线圈、磁性体的铁心、成形体、线轴的电枢，所述多个线圈隔着间隙与所述励磁磁铁相对向，所述磁性体的铁心具有分别插入到所述多个线圈中的多个梳齿，所述成形体覆盖所述多个线圈并将所述多个线圈与所述磁性体的铁心结合，所述线轴夹设在各线圈与各梳齿之间，所述铁心、所述线轴、所述线圈通过所述成形体一体成形，

所述成形体为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上，

所述线轴为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

2.一种线性电动机，通过励磁磁铁产生的磁场和流过线圈的电流，得到用于使线圈相对于励磁磁铁相对进行直线运动的推力，其具备：

N极及S极在所述直线运动方向上交替排列的励磁磁铁；

具有多个线圈、线圈保持架、成形体的电枢，所述多个线圈包围所述励磁磁铁周围，所述线圈保持架用于保持所述多个线圈，所述成形体覆盖所述多个线圈及所述线圈保持架，

所述线圈保持架包含在所述直线运动方向上贯穿所述多个线圈而延伸的保持架主体部和夹设在相邻的线圈之间的多个间隔部，

所述成形体为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上，

所述线圈保持架的所述保持架主体部和所述多个间隔部为绝缘体且其导热率为2W/(m·K)以上。

3.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体是在树脂中混合多个具有不同平均粒径的绝缘性的金属氧化物粒子而成的。

4.根据权利要求3所述的线性电动机，其特征在于，

所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体是通过对混合有所述绝缘性的金属氧化物粒子的热塑性树脂进行注射模塑成形而制造的。

5.根据权利要求3所述的线性电动机，其特征在于，

所述成形体是通过使混合有所述绝缘性的金属氧化物粒子的热硬化性树脂流入模具的浇注成形而制造的。

6.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

所述线轴、所述线圈保持架或所述成形体的线膨胀系数设定为10×10^-6以上30×10^-6以下。