CN102195440A - 直线电机 - Google Patents

Abstract

直线电机。本发明提供了一种直线电机(1)，其包括：磁轭(12)，该磁轭(12)设置有由多个永磁体(13)构成的磁体列(14)；以及电枢(20)，该电枢(20)具有设置有电枢绕组(21)的电枢铁心(30)，并且该电枢隔着磁隙与磁体列相对设置，直线电机将磁轭和电枢中任意一方作为动子(2)另一方作为定子(11)而运行，其中：磁体列的多个永磁体以相邻永磁体的极性相互交替的方式沿直线设置；电枢铁心包括：分别设置在两端的副齿(32A)和(32B)，以及分别卷绕有电枢绕组的多个主齿；并且副齿和具有与行进方向垂直的齿高Ht沿行进方向变化的端部形状。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及一种用于诸如工业机床、半导体封装设备等的直线电机。

背景技术

现有技术中的直线电机的示例包括在JP 07-53427Y中描述的直线电机。直线电机具有定子和动子。在定子中，以相邻磁体之间隔预定节距Pm(极间距离)的方式来设置永磁体。

通过上述配置，直线电机向电枢绕组引入与动子的电枢位置相对应的预定电流，从而在电枢绕组与定子的永磁体之间产生使动子沿着行进方向进行直线运动的电磁效应。而此时在电枢铁心的两端会出现磁失衡，从而产生齿槽推力(cogging thrust)，现有技术使用副齿、通过在位于两个端部的副齿之间建立满足以下公式的分隔距离Dt(副齿在行进方向上的中心位置之间的距离)来抵消该齿槽推力：

Dt＝(2n-1)Pm/2(其中n为自然数)

此外，应当注意的是，齿槽推力包括多个分量，例如一次分量和二次分量，JP4103066B公开了减小一次分量和二次分量以进一步减小齿槽推力的公知技术。

齿槽推力的一次分量是齿槽推力波形中包含的一个波长与上述节距Pm相等的齿槽分量，而二次分量是两个波长与上述节距Pm相等的齿槽分量。在该现有技术中，将副齿之间的分隔距离Dt设置在以下范围内，并且将副齿的高度Ht(在与行进方向垂直的方向上的尺寸)设置在小于或等于主齿的高度Ho的适当范围内：

(2n-1)Pm/8≤Dt≤(2n-1)Pm/2

通过这样的设置，可以同时减小齿槽推力的一次分量和二次分量(注：由以上内容可以看出，现有技术JP 07-53427Y所公开的技术仅能减小齿槽推力的一个分量，即一次分量或二次分量)。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，本发明的申请人通过研究发现，用于可靠地减小分量的分隔距离Dt和高度Ht的最佳值相对于齿槽推力中所包含的多个分量(例如一次分量和二次分量)独立存在。

因此，在如同现有技术JP 07-53427Y和JP 4103066B那样采用了具有平坦的直线端部形状的副齿的情况下，例如，当对副齿之间的分隔距离Dt进行优化以减小一次分量时，则不能充分地减小二次分量，反之，当对分隔距离Dt进行优化以减小二次分量时，则不能充分地减小一次分量。在现有技术JP 4103066B中，采用了以上两者之间的值，即，将分隔距离Dt设置在用于减小一次分量的最佳值和用于减小二次分量的最佳值之间，从而不能充分地减小任一分量。对于副齿的高度Ht也是如此：当对高度Ht进行优化以减小一次分量时，则不能充分地减小二次分量，而当对高度Ht进行优化以减小二次分量时，则不能充分地减小一次分量。

因此，本发明的目的是提供一种能够同时充分地减小齿槽推力中所包含的多个分量的直线电机。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种直线电机，其包括：场系统，其中多个永磁体以极性相互交替的方式沿直线设置在磁轭上；以及电枢，其被配置为隔着磁隙与所述场系统面对，并且具有设置有电枢绕组的电枢铁心，所述直线电机沿预定的行进方向运行，所述场系统和所述电枢中任意一方作为动子，而另一方作为定子，其特征在于：所述电枢铁心包括：副齿，其分别设置在沿所述行进方向的两端，并且未卷绕有所述电枢绕组；以及多个主齿，其设置在所述两端的所述副齿之间，并且分别卷绕有所述电枢绕组，并且每个所述副齿均具有在与所述行进方向垂直的齿高方向上的尺寸沿所述行进方向变化的端部形状。

在本发明的第一方面中，在磁轭上以多个永磁体的极性相互交替的方式沿直线设置多个永磁体，从而构成场系统。电枢隔着磁隙与场系统相对设置，而且设置于电枢铁心中的主齿卷绕有电枢绕组。然后，向电枢绕组引入与电枢的位置相对应的预定电流，以在电枢绕组与永磁体之间产生使动子(电枢和场系统中的一方)沿着预定行进方向相对于定子(电枢和场系统中的另一方)运动的电磁效应。

此时，会在电枢铁心的两端造成磁失衡(端部效应)，从而产生齿槽推力。根据该方面，在沿着电枢铁心的行进方向的两端设置有副齿。采用这种结构，通过恰当地设置沿行进方向在两端的副齿之间的分隔距离以及副齿在高度方向上的尺寸，能够减小齿槽推力。

然而，齿槽推力包括多个分量。这些分量包括例如一个波长与一个极间(pole-to-pole)距离(设置永磁体的节距)相应的一次分量，以及两个波长与一个极间距离相应的二次分量。用于减小多个分量的副齿之间的优选分隔距离以及高度方向上的齿的优选尺寸对于各个分量互不相同。

此处，本发明的第一方面形成端部为台阶形状或曲线形状的副齿，从而沿行进方向改变高度方向上的齿的尺寸。采用这种结构，例如，将两端的副齿设计成在被赋予用于减小一次分量的优选分隔距离的区域内具有用于减小一次分量的优选的齿高尺寸，并在被赋予用于减小二次分量的优选分隔距离的区域内具有用于减小二次分量的优选的齿高尺寸。因此，对于齿槽推力中所包含的每个分量，可以将要被赋予用于减小分量的优选分隔距离的区域内的副齿设计成具有用于减小该分量的优选的齿高尺寸。从而，可以同时可靠地减小齿槽推力中所包含的多个分量。这样可以实现高度精确的驱动控制和定位控制。此外，由于可以同时减小齿槽推力的多个分量，因此本发明第一方面在使齿槽推力最小化方面还具有增加了设计自由度的效果。

根据本发明的第二方面，在根据第一方面的直线电机中，所述副齿具有台阶状的端部形状。

采用这种结构，在副齿的端部形成的每个台阶的区域(将要被赋予用于减小齿槽推力的多个分量中的各个分量的优选分隔距离)内，可以实现用于减小该各个分量的优选的齿高尺寸。结果，对于多个台阶总体而言，可以同时可靠地减小齿槽推力中所包含的多个分量。

根据本发明的第三方面，在根据第一方面的直线电机中，所述副齿具有曲线状的端部形状。

因此，在副齿的端部形成的曲线的区域(将要被赋予用于减小齿槽推力的多个分量中的各个分量的优选分隔距离)内，可以实现用于减小该各个分量的优选齿高尺寸。从而，对于曲线上的区域总体而言，可以同时可靠地减小齿槽推力中所包含的多个分量。此外，采用这种结构，可以缓和磁通的改变，从而也具有更加可靠地减小齿槽推力的效果。

根据本发明的第四方面，在根据第二方面的直线电机中，所述副齿包括多个齿槽推力减小部，所述多个齿槽推力减小部具有分别用于减小所述行进中的齿槽推力的一次分量和二次分量的一次分量减小部和二次分量减小部，并且所述两端的所述副齿的所述二次分量减小部的沿所述行进方向的中心间分隔距离和所述齿高方向上的尺寸不同于所述两端的所述副齿的所述一次分量减小部的分隔距离和尺寸。

采用这种结构，能够可靠地实现包括一次分量减小部(能实现用于减小一次分量的优选分隔距离和齿高尺寸)和二次分量减小部(能实现用于减小二次分量的优选分隔距离和齿高尺寸)的副齿的形状。

根据本发明第五方面，在根据第四方面的直线电机中，所述多个齿槽推力减小部包括分别用于减小所述齿槽推力的一次分量至k次分量的一次分量减小部至k次分量减小部，其中k为大于或等于3的整数，并且所述两端的所述副齿的所述一次分量减小部至k次分量减小部各自的沿所述进行方向的中心间分隔距离以及所述齿高方向上的尺寸互不相同。

采用这种结构，能够针对各个分量(不仅包括构成齿槽推力的一次分量和二次分量，还包括三次分量和后续分量)实现用于减小该各个分量的副齿的优选分隔距离和齿高尺寸。从而，可以同时可靠地减小齿槽推力中所包含的全部一次至k次分量。

根据本发明第六方面，在根据第一方面的直线电机中，所述副齿包括用于减小所述行进中的齿槽推力的k次分量的k次分量减小部，其中k为大于或等于1的整数，并且所述两端的所述副齿的所述k次分量减小部的沿所述行进方向的中心间分隔距离Dtk为：Dtk＝(2×n-1)×Pm/(2×k)，其中Pm为所述永磁体的设置节距，n为自然数。

采用这种结构，能够在副齿的将要被赋予用于减小齿槽推力中所包含的k次分量的优选分隔距离Dtk的各个区域内，实现用于减小每个k次分量的优选齿高尺寸。

本发明的效果

根据本发明的各方面，可以同时充分地减小齿槽推力中所包含的多个分量。

附图说明

图1是示出根据本发明实施方式的直线电机的结构的纵向截面图；

图2是示出减小齿槽推力的一次分量和二次分量的磁场分析结果的图；

图3是示出图1所示的直线电机1的齿槽推力减小效果的图；

图4是示出根据一个示例性变型例的被引伸为减小齿槽推力的三次分量的直线电机结构的纵向截面图；

图5是示出根据一个示例性变型例的副齿的端部为曲线形状的直线电机的结构的纵向截面图；

图6是示出根据另一示例性变型例的副齿的端部为曲线形状的直线电机的结构的纵向截面图；

图7是示出根据一个示例性变型例的将本发明应用于磁通贯通型直线电机的直线电机的结构的纵向截面图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施方式。

图1是示出根据实施方式的直线电机的结构的纵向截面图。在图1中，本实施方式的直线电机1包括如上所述的定子11和动子2。

定子11包括场系统，该场系统包括单个磁轭12和由多个永磁体13构成的磁体列14。磁体列14沿动子2的行进方向在磁轭12的内侧设置成一条直线，并且多个永磁体13的极性交替地设置。此外，还以相邻磁体之间的节距为预定节距Pm(极间距离)的方式设置永磁体13。

动子2包括电枢20，电枢20设置成隔着磁隙与包括磁轭12和磁体列14的场系统面对。电枢20包括设置有电枢绕组21的电枢铁心30。电枢铁心30包括沿上述行进方向设置并卷绕有电枢绕组21的多个主齿31(本实施方式为9个)，以及设置在其沿行进方向的各个端部(换句话说，在9个主齿31的两侧)并且未卷绕有电枢绕组的两个副齿32A、32B。

副齿32A、32B具有成台阶状的端部。也即是说，副齿32A包括在与行进方向垂直的方向上具有尺寸(即，高度为Ht1)的第一台阶32A1，以及高度为Ht2(比Ht1长)的第二台阶32A2。同理，副齿32B也包括高度为Ht1的第一台阶32B1以及高度为Ht2的第二台阶32B2。此外，副齿32A的第一台阶32A1与副齿32B的第一台阶32B1之间的分隔距离为Dt1，并且副齿32A的第二台阶32A2与副齿32B的第二台阶32B2之间的分隔距离为Dt2(小于Dt1)。通过这种台阶结构，副齿32A、32B均呈现出高度沿行进方向从Ht1变化到Ht2的端部形状。

以下将描述利用本实施方式的副齿32A、32B的端部形状来减小齿槽推力的原理。

(a)优化分隔距离

首先，讨论用于减小齿槽推力的副齿之间的分隔距离。本发明的申请人基于JP4103066B中的描述进行了研究，并且发现用于减小齿槽推力的一次分量和二次分量的副齿之间的分隔距离可用以下公式表示：

用于减小齿槽推力的一次分量的副齿之间的分隔距离Dt：

Dt＝(2n-1)Pm/2(其中n为自然数)...【优化条件a-1】

用于减小齿槽推力的二次分量的副齿之间的分隔距离Dt：

Dt＝(2n-1)Pm/4(其中n为自然数)...【优化条件a-2】

应当注意的是：在精确的意义上，受到副齿宽度和电枢铁心磁饱和效应的影响，这些公式可以具有若干误差(margin of error)。

(b)优化齿高

接着，讨论用于减小齿槽推力的副齿的高度。本发明的申请人采用与图1中示出的结构相同的结构，对于减小齿槽推力的一次分量和二次分量进行了磁场分析研究。也就是说，基于上述(a)的结果，申请人基于上述优化条件a-1建立针对一次分量的固定分隔距离Dt，并且在改变副齿高度Ht(在本实施方式中为在范围70mm-74mm内改变)的同时重复计算齿槽推力。同理，申请人基于上述优化条件a-2建立针对二次分量的固定分隔距离Dt，并且在改变副齿高度Ht的同时重复计算齿槽推力。由此，获得了如图2所示的研究结果。

如图2所示，当如上所述地对副齿之间的分隔距离进行优化时，用于使齿槽推力的一次分量最小化的副齿的高度(相当于优化条件b-1)为：

Ht＝72mm

在本实施方式中，在该高度的条件下一次分量的最小值小于10[N]。

与此相反，当如上所述地对副齿之间的分隔距离进行优化时，用于使齿槽推力的二次分量最小化的副齿的高度(相当于优化条件b-2)为：

Ht＝74mm

在本实施方式中，在该高度的条件下二次分量的最小值小于10[N]。

也就是说，根据要被优选减小的齿槽推力的分量是一次分量还是二次分量，用于减小分量的副齿的最佳高度Ht的值也有所不同。

(c)优化形状

从上述(a)和(b)的结果可以看出，用于减小齿槽推力的一次分量的最佳副齿是被赋予满足优化条件a-1的分隔距离Dt和满足优化条件b-1的高度Ht的副齿。另一方面，用于减小齿槽推力的二次分量的最佳副齿是被赋予满足优化条件a-2的分隔距离Dt和满足优化条件b-2的高度Ht的副齿。由此可见，满足优化条件a-1的分隔距离值和满足优化条件a-2的分隔距离值互不相同，满足优化条件b-1的齿的高度值和满足优化条件b-2的齿的高度值也互不相同。

根据本实施方式，将副齿32A和32B设计成具有上述台阶形状，使第一台阶32A1和32B1之间的分隔距离Dt1与第二台阶32A2和32B2之间的分隔距离Dt2互不相同。通过这种设置，将Dt1设置成满足优化条件a-1的值，将Dt2设置成满足优化条件a-2的值，从而能够利用副齿32A和32B来实现用于减小齿槽推力的一次分量和二次分量的最佳分隔距离。同理，将副齿32A和32B设计成具有上述台阶形状，使第一台阶32A1和32B1之间的高度Ht1与第二台阶32A2和32B2之间的高度Ht2互不相同。通过这种设置，将Ht1设置成满足优化条件b-1的值，并将Ht2设置成满足优化条件b-2的值，从而能够实现用于减小齿槽推力的一次分量和二次分量的最佳齿高。

应当注意的是，在上文中，副齿32A的第一台阶32A1和副齿32B的第一台阶32B1构成了权利要求中限定的能够减小齿槽推力的一次分量的一次分量减小部。此外，副齿32A的第二台阶32A2和副齿32B的第二台阶32B2构成了权利要求中限定的能够减小齿槽推力的二次分量的二次分量减小部。由此，它们共同构成了多个齿槽推力减小部。

如上所述，根据本实施方式的直线电机1，副齿32A和32B的第一台阶32A1和32B1实现了用于减小齿槽推力中包含的一次分量的最佳分隔距离和齿高，并且第二台阶32A2和32B2实现了用于减小齿槽推力中包含的二次分量的最佳分隔距离和齿高。利用这种结构，可以同时可靠地减小齿槽推力包含的一次分量和二次分量。由此，能够实现高度精确的驱动控制和定位控制。此外，由于可以同时减小齿槽推力的多个分量，因此本发明在使齿槽推力最小化方面还具有增加设计自由度的效果。

图3是示出与未设置任何副齿的结构以及设置有具有与上述现有技术相同的端部形状的副齿的结构相比，该实施方式的直线电机1的齿槽推力减小效果的图。横轴表示动子的移动距离，纵轴表示当捕获到齿槽推力的大小时齿槽推力的波形(包括所有分量)。从该图可以看出，在本实施方式中，通过上述原理能够可靠地减小齿槽推力的一次分量和二次分量。

应当注意的是，本发明并不限于上述实施方式，在不偏离本发明的精神和范围的前提下可进行各种变型。下面逐一描述这些变型例。

(1)扩展为三次分量以上的情形

尽管上文描述的是着重减小作为齿槽推力主要分量的一次分量和二次分量的示例情况，但还可用相同的构思来进一步减小三次分量以上的分量。

也就是说，通过进一步扩展上述(a)的研究结果，本发明的申请人发现用于减小齿槽推力的k次分量(其中k为大于或等于3的整数)的副齿之间的上述间隔距离Dt的相关条件可以表示如下：

Dt＝(2n-1)Pm/(2×k)

其中n为自然数，而k为齿槽推力的次数。

因此，与上述实施方式相似，分隔距离可以表示如下：

用于减小齿槽推力的三次分量(k＝3)的副齿之间的分隔距离Dt：

Dt＝(2n-1)Pm/6(其中n为自然数)...【优化条件a-3】

用于减小齿槽推力的四次分量(k＝4)的副齿之间的分隔距离Dt：

Dt＝(2n-1)Pm/8(其中n为自然数)...【优化条件a-4】

(......依次类推......)

尽管省略了具体的图，但本发明的申请人进一步扩展了上述(b)的研究结果并且发现，与上述内容相似的是，副齿的上述齿高Ht相对于用于使齿槽推力的三次分量最小化的副齿高度(＝优化条件b-3)和用于使齿槽推力的四次分量最小化的副齿高度(＝优化条件b-4)等独立存在。

图4是示出基于上述发现的该示例性变型例的直线电机的结构的纵向截面图，并且与上述图1对应。也就是说，副齿32A包括第一台阶32A1、第二台阶32A2、第三台阶32A3和第四台阶32A4。类似地，副齿32B包括第一台阶32B1、第二台阶32B2、第三台阶32B3和第四台阶32B4。

副齿32A和32B的第一台阶32A1和32B1的高度分别为Ht1，第二台阶32A2和32B2的高度为Ht2，第三台阶32A3和32B3的高度为Ht3，第四阶32A4和32B4的高度为Ht4。图中示例中的高度Ht1至Ht4的大小关系为Ht1＜Ht3＜Ht2＜Ht4。

副齿32A的第一台阶32A1与副齿32B的第一台阶32B1之间的分隔距离为Dt1，副齿32A的第二台阶32A2与副齿32B的第二台阶32B2之间的分隔距离为Dt2(小于上述Dt1)，副齿32A的第三台阶32A3与副齿32B的第三台阶32B3之间的分隔距离为Dt3(小于上述Dt2)，并且副齿32A的第四台阶32A4与副齿32B的第四台阶32B4之间的分隔距离为Dt4(小于上述Dt3)。

采用这样的台阶结构，副齿32A和32B均呈现出高度沿行进方向以Ht1→Ht2→Ht3→Ht4的方式变化的端部形状。

应当注意的是，在上述内容中，副齿32A的第一台阶32A1、第二台阶32A2、第三台阶32A3和第四台阶32A4以及副齿32B的第一台阶32B1、第二台阶32B2、第三台阶32B3和第四台阶32B4分别构成多个齿槽推力减小部。

在具有这种结构的示例性变型例中，根据前述内容将副齿32A和32B设计成上述台阶形状，因此第一台阶32A1与第一台阶32B1之间的分隔距离Dt1、第二台阶32A2与第二台阶32B2之间的分隔距离Dt2、第三台阶32A3与第三台阶32B3之间的分隔距离Dt3，以及第四台阶32A4与第四台阶32B4之间的分隔距离Dt4互不相同。由此，将Dt1设置成满足上述优化条件a-1的值，将Dt2设置成满足上述优化条件a-2的值，将Dt3设置成满足上述优化条件a-3的值，将Dt4设置成满足上述优化条件a-4的值，从而仅利用副齿32A和32B就能够实现分别用于减小齿槽推力的一次至四次分量的最佳分隔距离。

同理，将副齿32A和32B设计成台阶状，并且独立地设置第一台阶32A1和32B1的高度为Ht1、第二台阶32A2和32B2的高度为Ht2、第三台阶32A3和32B3的高度为Ht3、第四台阶32A4和32B4的高度为Ht4。采用这种结构，将Ht1设置成满足上述优化条件b-1的值，将Ht2设置成满足上述优化条件b-2的值，将Ht3设置成满足上述优化条件b-3的值，将Ht4设置成满足上述优化条件b-4的值，从而可以实现分别用于减小齿槽推力的一次至四次分量的最佳齿高。

由此，根据该示例性变型例，可以采用与上述实施方式相同的方式来同时可靠地减小齿槽推力所包含的一次至四次分量。从而，可以实现高度精确的驱动控制和定位控制。

此外，尽管上文描述的是当K＝4时减小齿槽推力的一次至四次分量的示例情况，但可通过在副齿32A和32B上设置第一至第k台阶(其中k≥5)来同时可靠地减小齿槽推力中所包含的一次至k次的全部分量。

(2)副齿的端部形状为曲线状的情形

尽管在上述实施方式中设置了具有高度Ht1和Ht2以及分隔距离Dt1和Dt2的第一台阶32A1、32B1和第二台阶32A2、32B2，并且在上述示例性变型例(1)中设置了具有高度Ht1至Ht4以及分隔距离Dt1至Dt4的第一台阶32A1、32B1至第四台阶32A4、32B4，从而实现了沿行进方向改变高度的端部形状，但本发明并不限于此。也就是说，还可通过使副齿的端部成曲线状而非台阶状来实现沿行进方向改变高度的端部形状。

图5是与图1所示的上述实施方式的结构相对应的示例性变型例，其中利用副齿32C和32D替换图1的副齿32A和32B。副齿32C和32D在与图1所示的副齿32A和32B的第一台阶32A1和32B1相应的区域内具有高度Ht1和分隔距离Dt1，在与副齿32A和32B的第二台阶32A2和32B2相应的区域内具有高度Ht2和分隔距离Dt2，并且被设计为使得这两个区域之间的部位和所有其它区域通过曲线平滑连接。

此外，图6是与图4所示的上述(1)的示例性变型例的结构相对应的示例性变型例，其中采用副齿32C和32D替换图4的副齿32A和32B。副齿32C和32D在第一台阶32A1和32B1相应的区域内具有高度Ht1和分隔距离Dt1，在与第二台阶32A2和32B2相应的区域内具有高度Ht2和分隔距离Dt2，在与第三台阶32A3和32B3相应的区域内具有高度Ht3和分隔距离Dt3，在与图4所示的副齿32A和32B的第四台阶32A4和32B4相应的区域内具有高度Ht4和分隔距离Dt4，并且被设计为使得该四个区域之间的部位和所有其它区域通过曲线平滑连接。

根据图5以及图6的示例性实施方式，可以分别实现与上述实施方式和示例性变型例(1)相同的优点。此外，通过曲线连接形状可以减缓磁通的变化并使之平滑，从而实现更加可靠地减小齿槽推力的效果。

(3)本发明应用于磁通贯通型直线电机的情形

尽管上文描述的是将本发明应用于仅在电枢的一侧设置磁轭的所谓间隙相对型(gap-opposed type)直线电机的示例情况，但本发明并不限于此。也就是说，还可将本发明应用于在电枢两侧设置磁轭的所谓磁束贯通型(through-fluxtype)直线电机。

图7是示出根据该示例性变型例的直线电机的结构的纵向截面图，并且与上述图1相对应。

在图7中，该示例性变型例的直线电机200包括定子61和动子52。

定子61包括场系统，该场系统包括多个(本实施方式中为2个)磁轭12A和12B以及分别设置在磁轭12A和12B上并且包括多个永磁体13A和13B的磁体列14A和14B。磁体列14A和14B沿动子52的行进方向(图7所示的左右方向)、以多个永磁体13A和13B的极性交替的方式成直线设置在磁轭12A、12B的内侧上。将永磁体13A和13B设置成使相邻磁体之间具有预定节距Pm，并且设置在动子52两侧的相对的永磁体13A和13B的极性互不相同。

动子52包括电枢70，电枢70设置为隔着磁隙与场系统面对。电枢70包括设置有电枢绕组21的电枢铁心80。电枢铁心80包括面对磁体列14A的9个主齿31A，面对磁体列14B的9个主齿31B，分别设置在9个主齿31A的两侧并且未卷绕有电枢绕组21的两个副齿82A和82B，以及分别设置在9个主齿31B的两侧并且未卷绕有电枢绕组21的两个副齿83A和83B。

与上述实施方式的副齿32A和32B类似，副齿82A、82B、83A、83B具有台阶状的端部形状。也就是说，副齿82A和82B包括高度为Ht1的第一台阶82A1和82B1以及高度为Ht2(大于Ht1)的第二台阶82A2和82B2。副齿82A的第一台阶82A1与副齿82B的第一台阶82B1之间的分隔距离为Dt1，并且副齿82A的第二台阶82A2与副齿82B的第二台阶82B2之间的分隔距离为Dt2(小于上述Dt1)。同理，副齿83A和83B包括高度为Ht1的第一台阶83A1和83B1以及高度为Ht2的第二台阶83A2和83B2。第一台阶83A1与第一台阶83B1之间的分隔距离为Dt1，并且第二台阶83A2与第二台阶83B2之间的分隔距离为Dt2。利用这种台阶结构，副齿82A、82B、83A和83B呈现出高度沿行进方向从Ht1变化到Ht2的端部形状。

应当注意的是，在上述实施方式中，副齿82A、82B、83A和83B的第一台阶82A1、82B1、83A1和83B1构成了权利要求中所限定的一次分量减小部，并且第二台阶82A2、82B2、83A2和83B2构成了二次分量减小部。由此，这些台阶共同构成了多个齿槽推力减小部。

通过上述结构，直线电机200向电枢绕组21引入了与电枢70的位置相对应的预定电流，使得在电枢绕组21与永磁体13A、13B之间产生了使动子52沿着行进方向进行直线运动的电磁效应。此时，会在电枢铁心80的两端造成磁失衡，从而产生齿槽推力。此时，与上述实施方式类似地，在该示例性变型例中，副齿82A、82B、83A和83B的第一台阶82A1、82B1、83A1和83B1实现了用于减小齿槽推力所包含的一次分量的最佳分隔距离和齿高，并且第二台阶82A2、82B2、83A2和83B2实现了用于减小齿槽推力所包含的二次分量的最佳分隔距离和齿高，从而可以同时可靠地减小齿槽推力所包含的一次分量和二次分量。也就是说，即使在将本发明应用于磁通贯通型直线电机的情况下，也能够获得与将其应用到间隙相对型直线电机的情况相同的优点。

尽管以上描述的是将包含磁轭12、12A和12B(设置有磁体列14、14A和14B)的场系统作为定子、而将电枢20、70作为动子的示例情况，但本发明并不限于此。相反地，还可以采用将电枢20和70作为定子而将场系统作为动子的结构。这种情况下，也可以获得与上述优点类似的优点。

此外，除了上述示例，还可适当地对上述实施方式和示例性变型例的技术进行组合。

尽管在此没有单独地描述其它示例，但是在不偏离本发明的精神和范围的前提下还可进行各种修改和变型。

根据本发明的直线电机，可以实现高度精确的驱动控制和定位控制。因此，能够实现用于工业机床、半导体封装设备等设备的特别要求较低齿槽推力的优选的直线电机。

Claims (6)

1.一种直线电机(1；200)，该直线电机包括：

场系统，其中多个永磁体(13；13A，13B)以极性相互交替的方式沿直线设置在磁轭(12；12A，12B)上；以及

电枢(20；70)，其被配置为隔着磁隙与所述场系统面对，并且具有设置有电枢绕组(21)的电枢铁心(30；80)，

所述直线电机(1；200)沿预定的行进方向运行，所述场系统和所述电枢(20；70)中任意一方作为动子(2；52)，而另一方作为定子(11；61)，其特征在于：

所述电枢铁心(30；80)包括：

副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)，其分别设置在沿所述行进方向的两端，并且未卷绕有所述电枢绕组(21)；以及

多个主齿(31；31A，31B)，其设置在所述两端的所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)之间，并且分别卷绕有所述电枢绕组(21)，并且

每个所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)均具有在与所述行进方向垂直的齿高方向上的尺寸(Ht1，Ht2；Ht3，Ht4)沿所述行进方向变化的端部形状。

2.根据权利要求1所述的直线电机(1；200)，其特征在于：

所述副齿(32A，32B；82A，82B，83A，83B)具有台阶状的端部形状。

3.根据权利要求1所述的直线电机(1)，其特征在于：

所述副齿(32C，32D)具有曲线状的端部形状。

4.根据权利要求2所述的直线电机(1；200)，其特征在于：

所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)包括多个齿槽推力减小部(32A1，32A2；32B1，32B2；32A3，32A4，32B3，32B4；82A1，82A2，82B1，82B2，83A1，83A2，83B1，83B2)，所述多个齿槽推力减小部(32A1，32A2；32B1，32B2；32A3，32A4，32B3，32B4；82A1，82A2，82B1，82B2，83A1，83A2，83B1，83B2)具有分别用于减小所述行进中的齿槽推力的一次分量和二次分量的一次分量减小部(32A1，32B1；82A1，82B1，83A1，83B1)和二次分量减小部(32A2，32B2；82A2，82B2，83A2，83B2)，并且

所述两端的所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)的所述二次分量减小部(32A2，32B2；82A2，82B2，83A2，83B2)的沿所述行进方向的中心间分隔距离(Dt2)和所述齿高方向上的尺寸(Ht2)不同于所述两端的所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)的所述一次分量减小部(32A1，32B1；82A1，82B1，83A1，83B1)的分隔距离(Dt1)和尺寸(Ht1)。

5.根据权利要求4所述的直线电机(1)，其特征在于：

所述多个齿槽推力减小部(32A1，32A2，32A3，32A4，32B1，32B2，32B3，32B4)包括分别用于减小所述齿槽推力的一次分量至k次分量的一次分量减小部至k次分量减小部，其中k为大于或等于3的整数，并且

所述两端的所述副齿(32A，32B)的所述一次分量减小部至k次分量减小部各自的沿所述进行方向的中心间分隔距离(Dt1，Dt2，Dt3，Dt4)和所述齿高方向上的尺寸(Ht1，Ht2，Ht3，Ht4)互不相同。

6.根据权利要求1所述的直线电机(1；200)，其特征在于：

所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)包括用于减小所述行进中的齿槽推力的k次分量的k次分量减小部，其中k为大于或等于1的整数，并且

所述两端的所述副齿(32A，32B；32C，32D；82A，82B，83A，83B)的所述k次分量减小部的沿所述行进方向的中心间分隔距离Dtk为：

Dtk＝(2×n-1)×Pm/(2×k)，其中Pm是所述永磁体(13；13A，13B)的设置节距，并且n为自然数。

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