CN102403871A - 带铁芯的多头型直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了带铁芯的多头型直线电机。根据实施方式的带铁芯的多头型直线电机包括永磁场和电枢。永磁场包括P个永磁体。电枢被设置为隔着磁隙与永磁场相对，并且包括M个电枢线圈。电枢和永磁场中的任意一方构成动子，另一方构成定子，动子在定子上多个排列地设置，以相对于定子单独地驱动动子。另外，动子各包括相对于定子具有分别由永磁体的磁极数P和电枢线圈的数量M确定的不同关系的大推力动子和小推力动子。

Description

带铁芯的多头型直线电机

技术领域

这里讨论的实施方式涉及带铁芯的多头型直线电机。

背景技术

已经开发出了通过在单个定子上设置具有相同尺寸的动子而能够独立地驱动多个动子的多头型直线电机，作为用于例如半导体制造设备、电子部件安装设备或者机床的工作台等上搭载的进给装置的直线电机。这种多头型直线电机涉及日本专利申请公开特开2001-211630号公报中公开的技术。

在这种多头型直线电机中，构成电枢的动子包括动子基部和集中地绕在电枢铁芯上并且三相连接的多个电枢线圈。另一方面，构成磁场的定子被设置成隔着磁隙与电枢相对，并且定子由磁轭和在磁轭的长度方向也就是所谓的直线方向上设置为交替地具有不同磁极的多个永磁体构成。具有这种在单个定子上设置了具有相同规格的多个动子的结构的带铁芯多头型直线电机可移动搭载在动子上的单独的工件。

下面详细说明带铁芯多头型直线电机的动子的结构。例如，将基本上由永磁场的磁极数P和电枢线圈数M确定的关系为P＝2和M＝3的组合的结构作为一个集合。在此情况下，通过用由小推力动子组成的一个集合和由长度对应于两个小推力动子的大推力动子组成的两个集合构成动子，可相应于所需推力不同的工件而确定具有相同组合的动子的长度。由此，在多头型直线电机中，将最小单位的磁极数和线圈数的组合确定为一个集合，并且根据各个动子对工件的所需推力改变动子的集合数量。

然而，当动子的所需推力彼此具有很大的不同时，例如大推力动子为1000牛顿而小推力动子为100牛顿时，对于现有的直线电机的动子结构，电机规格会变得过大。

一个实施方式的目的是提供一种带铁芯的多头型直线电机，即使直线电机的动子上搭载的多个工件的所需推力彼此具有很大的不同，也能够使电机规格小型化。

发明内容

根据实施方式一个方面的带铁芯的多头型直线电机包括永磁场和电枢。永磁场包括在直线方向上设置为交替地具有不同磁极的P个永磁体。电枢被设置为隔着磁隙与所述永磁场相对，并且包括集中地绕在电枢铁芯上并且三相连接的M个电枢线圈。所述电枢和所述永磁场中的任意一方构成动子，另一方构成定子，所述动子多个地在所述定子上排列，并且所述动子被相对于所述定子独立地驱动，并且所述动子分别包括相对于定子具有由永磁体的磁极数P和电枢线圈的数量M确定的不同关系的大推力动子和小推力动子。

根据实施方式的一个方面，可提供一种带铁芯的多头型直线电机，即使直线电机的动子上搭载的多个工件的所需推力彼此具有很大的不同，也能够使电机规格小型化。

附图说明

通过下面的详细说明，结合附图，可更好地理解本发明及其优点，其中：

图1A是根据第一实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图1B是图1A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图2A是根据第二实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图2B是图2A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图3A是根据第三实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图3B是图3A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图4A是根据第四实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图4B是图4A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图5A是根据第五实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图5B是图5A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图6A是根据第六实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图；

图6B是图6A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图；

图7是要搭载对于第一实施方式到第六实施方式相同的工件的各个动子的电机特性与根据该特性计算的所需推力的比较表，其中各个实施方式示出了设大推力动子的电机特性为100时的值，并且*1表明在各个实施方式中，大/小推力动子所用的线圈具有相同的导体直径，并且在各相线圈数是多个时并联接线。

具体实施方式

下面对第一实施方式进行说明。

图1A是根据第一实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图1B是图1A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图1A和图1B中，1表示动子，1c表示大推力动子，1d表示小推力动子，2表示电枢铁芯，2c表示大推力铁芯，2d表示小推力铁芯，3表示电枢线圈，3c表示大推力线圈，3d表示小推力线圈，4表示定子，5表示磁轭，6表示永磁体。

在根据第一实施方式的直线电机中，构成电枢的动子1包括集中地绕在电枢铁芯2上并且三相连接的多个电枢线圈3。另一方面，定子4被设置成隔着磁隙与电枢相对，并且定子4构成永磁场，该永磁场包括在磁轭5的长度方向也就是所谓的直线方向上交替地具有不同磁极的多个永磁体6。特别地，这种结构的特征在于，在单个定子4上设置了由超过一个的这种大推力动子1c和小推力动子1d(它们具有不同的由构成定子4的永磁场的磁极数P和构成动子1的电枢的线圈数M确定的关系(组合))构成的动子1。

具体地，在图1A和图1B中，大推力动子1c具有永磁场的磁极数P＝8和电枢线圈数M＝9的组合，并且用τp表示磁极节距时，动子的长度是8τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1d具有永磁场的磁极数P＝5和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是5τp×N(N：1，2，3...)。

下面基于图7说明第一实施方式中的直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。图7是要搭载对于本实施方式共同的工件的各个动子的电机特性与根据该特性计算的所需推力的比较表。

总体上，当根据直线滑块的应用，要搭载到动子上的工件(负载)的大小彼此不同时，要搭载工件的动子的所需推力之间产生差异。

换句话说，在第一实施方式中，在要搭载到图1A和图1B所示的大推力动子1c和小推力动子1d上的工件之间，所需推力不同。在此情况下，在第一实施方式中，永磁场的磁极数P与单个定子上设置的大推力动子1c和小推力动子1d的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝8∶9和P∶M＝5∶3。在第一实施方式中，大推力动子1c和小推力动子1d的长度分别变成8τp×N(N是1以上的整数)和5τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/67％)、绕组系数(比率为100％/99％)、磁隙磁通密度(比率为100％/100％)以及绕组匝数(比率为100％/92％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/61％)不同。随后，各个动子的电枢线圈的绕组空间不同。因此，绕组电阻(比率为100％/61％)不同，并且当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率是100％/78％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/61％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第一实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此，即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可最大限度地使电机规格小型化。

下面将说明第二实施方式。

图2A是根据第二实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图2B是图2A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图2A和图2B中，1e表示大推力动子，1f表示小推力动子，2e表示大推力铁芯，2f表示小推力铁芯，3e表示大推力线圈，以及3f表示小推力线圈。

如图2A和图2B所示，第二实施方式不同于第一实施方式的地方在于，大推力动子1e具有永磁场的磁极数P＝8和电枢线圈数M＝9的组合，并且用τp表示磁极节距时，动子的长度是8τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1f具有永磁场的磁极数P＝4和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是4τp×N(N：1，2，3...)。

在第二实施方式中，下面基于图7说明直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。

换句话说，在第二实施方式中，在要搭载到图2A和图2B所示的大推力动子1e和小推力动子1f上的工件之间，所需推力大为不同。在此情况下，在第二实施方式中，永磁场的磁极数P与设置在单个定子上的大推力动子1e和小推力动子1f的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝8∶9和P∶M＝4∶3。在第二实施方式中，大推力动子1e和小推力动子1f的长度分别变成8τp×N(N是1以上的整数)和4τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/33％)、绕组系数(比率为100％/92％)、磁隙磁通密度(比率为100％/98％)以及绕组匝数(比率为100％/159％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/48％)不同。随后，各个动子的电枢线圈的绕组空间不同。因此，绕组电阻(比率为100％/57％)不同，并且当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率是100％/63％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力的比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/39％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第二实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此，即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可使电机规格小型化。

下面将说明第三实施方式。

图3A是根据第三实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图3B是图3A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图3A和图3B中，1g表示大推力动子，1h表示小推力动子，2g表示大推力铁芯，2h表示小推力铁芯，3g表示大推力线圈，3h表示小推力线圈。

如图3A和图3B所示，第三实施方式不同于第二实施方式的地方在于，大推力动子1g具有永磁场的磁极数P＝8和电枢线圈数M＝9的组合，并且用τp表示磁极节距时，动子的长度是8τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1h具有永磁场的磁极数P＝2和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是2τp×N(N：1，2，3...)。

在第三实施方式中，下面基于图7说明直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。

换句话说，在第三实施方式中，在要搭载到图3A和图3B所示的大推力动子1g和小推力动子1h上的工件之间，所需推力不同。在此情况下，在第三实施方式中，永磁场的磁极数P与设置在单个定子上的大推力动子1g和小推力动子1h的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝8∶9和P∶M＝2∶3。在第三实施方式中，大推力动子1g和小推力动子1h的长度分别变成8τp×N(N是1以上的整数)和2τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/33％)、绕组系数(比率为100％/92％)、磁隙磁通密度(比率为100％/102％)以及绕组匝数(比率为100％/64％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/20％)不同。各个动子的电枢线圈的绕组空间不同，因此绕组电阻(比率为100％/20％)不同。另外，当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率为100％/44％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力的比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/20％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第三实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此，即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可使电机规格小型化。

下面将说明第四实施方式。

图4A是根据第四实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图4B是图4A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图4A和图4B中，1i表示大推力动子，1j表示小推力动子，2i表示大推力铁芯，2j表示小推力铁芯，3i表示大推力线圈，3j表示小推力线圈。

如图4A和图4B所示，第四实施方式不同于第三实施方式的地方在于，大推力动子1i具有永磁场的磁极数P＝5和电枢线圈数M＝3的组合，并且用τp表示磁极节距时，动子的长度是5τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1j具有永磁场的磁极数P＝4和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是4τp×N(N：1，2，3...)。

在第四实施方式中，下面基于图7说明直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。

换句话说，在第四实施方式中，在要搭载到图4A和图4B所示的大推力动子1i和小推力动子1j上的工件之间，所需推力大为不同。在此情况下，在第四实施方式中，永磁场的磁极数P和设置在单个定子上的大推力动子1i和小推力动子1j的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝5∶3和P∶M＝4∶3。在第四实施方式中，大推力动子1i和小推力动子1j的长度分别变成5τp×N(N是1以上的整数)和4τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/50％)、绕组系数(比率为100％/93％)、磁隙磁通密度(比率为100％/98％)以及绕组匝数(比率为100％/172％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/78％)不同。随后，各个动子的电枢线圈的绕组空间不同。因此，绕组电阻(比率为100％/94％)不同，并且当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率是100％/80％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力的比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/64％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第四实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此，即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可使电机规格小型化。

下面将说明第五实施方式。

图5A是根据第五实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图5B是图5A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图5A和图5B中，1k表示大推力动子，1h表示小推力动子，2k表示大推力铁芯，2l表示小推力铁芯，3k表示大推力线圈，3l表示小推力线圈。

如图5A和图5B所示，第五实施方式不同于第四实施方式的地方在于，大推力动子1k具有永磁场的磁极数P＝5和电枢线圈数M＝3的组合，并且用τp表示磁极节距时，动子的长度是5τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1l具有永磁场的磁极数P＝2和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是2τp×N(N：1，2，3...)。

在第五实施方式中，下面基于图7说明直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。

换句话说，在第五实施方式中，在要搭载到图5A和图5B所示的大推力动子1k和小推力动子1l上的工件之间，所需推力大为不同。在此情况下，在第五实施方式中，永磁场的磁极数P和设置在单个定子上的大推力动子1k和小推力动子1l的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝5∶3和P∶M＝2∶3。在第五实施方式中，大推力动子1k和小推力动子1l的长度分别变成5τp×N(N是1以上的整数)和2τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/50％)、绕组系数(比率为100％/93％)、磁隙磁通密度(比率为100％/102％)以及绕组匝数(比率为100％/70％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/33％)不同。各个动子的电枢线圈的绕组空间不同，因此绕组电阻(比率为100％/33％)不同。另外，当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率为100％/57％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力的比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/32％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第五实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可使电机规格小型化。

下面将说明第六实施方式。

图6A是根据第六实施方式的带铁芯多头型直线电机的侧视图。图6B是图6A所示的带铁芯多头型直线电机的正视图。

在图6A和图6B中，1m表示大推力动子，1n表示小推力动子，2m表示大推力铁芯，2n表示小推力铁芯，3m表示大推力线圈，3n表示小推力线圈。

如图6A和图6B所示，第六实施方式不同于第五实施方式的地方在于，大推力动子1m具有永磁场的磁极数P＝4和电枢线圈数M＝3的组合，并且用τp表示磁极的节距时，动子的长度是4τp×N(N：1，2，3...)。相比之下，小推力动子1n具有永磁场的磁极数P＝2和电枢线圈数M＝3的组合，并且动子的长度是2τp×N(N：1，2，3...)。

在第六实施方式中，下面基于图7说明直线滑块的动子规格彼此不同的大推力动子和小推力动子的所需推力的概念。

换句话说，在第六实施方式中，在要搭载到图6A和图6B所示的大推力动子1m和小推力动子1n上的工件之间，所需推力大为不同。在此情况下，在第六实施方式中，永磁场的磁极数P与设置在单个定子上的大推力动子1m和小推力动子1n的电枢线圈数M之间的关系分别确定为P∶M＝4∶3和P∶M＝2∶3。在第六实施方式中，大推力动子1m和小推力动子1n的长度分别变成4τp×N(N是1以上的整数)和2τp×N(N是1以上的整数)。结果，各个动子的电枢线圈的每相线圈数(比率为100％/100％)、绕组系数(比率为100％/100％)、磁隙磁通密度(比率为100％/104％)以及绕组匝数(比率为100％/41％)均不同。因此，感应电压常数(推力常数的比率为100％/42％)不同。各个动子的电枢线圈的绕组空间不同，因此绕组电阻(比率为100％/35％)不同。另外，当各个动子的感应电压常数和绕组电阻不同时，电机常数(比率为100％/71％)不同。因而，可利用各个动子的电机常数的二乘比计算动子的推力的比率，来求得两者的所需推力(比率是100％/50％)。结果，可根据要搭载到各个动子上的工件(负载)的大小(各个动子的所需推力之间的差异)将作为大推力动子和小推力动子的规格的动子长度适当地设计为最佳尺寸。

因此，在如上所述的第六实施方式中，在单个定子上设置具有不同的磁极数和线圈数的组合的多个大推力动子和小推力动子，因此，即使针对多个工件的所需推力之间存在大的差异，也可使电机规格小型化。

通过在单个定子上设置具有不同的永磁场磁极数和电枢线圈数的组合的多个动子，对于要求不同的所需推力的多个工件也可应用适于各个工件的电机规格。因此，上述实施方式的带铁芯多头型直线电机可应用于多种用途，例如，液晶制造设备，其中大推力动子承载玻璃基板等的主工件并且小推力动子承载电缆等的小工件。

Claims (7)

1.一种带铁芯的多头型直线电机，其包括：

永磁场，其包括在直线方向上排列成交替地具有不同磁极的P个永磁体；以及

电枢，其被设置为隔着磁隙与所述永磁场相对，并且包括集中地绕在电枢铁芯上并且三相连接的M个电枢线圈，其中

所述电枢和所述永磁场中的任意一方构成动子，另一方构成定子，所述动子在单个的所述定子上多个排列地设置，并且所述动子被相对于所述定子单独地驱动，并且

所述动子各包括相对于所述定子具有分别由所述永磁体的磁极数P和所述电枢线圈的数量M确定的不同关系的大推力动子和小推力动子。

2.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有8N:9N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是8τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有5N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是5τp×N，其中N是1以上的整数。

3.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有8N:9N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是8τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有4N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是4τp×N，其中N是1以上的整数。

4.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有8N:9N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是8τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有2N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是2τp×N，其中N是1以上的整数。

5.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有5N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是5τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有4N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是4τp×N，其中N是1以上的整数。

6.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有5N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是5τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有2N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是2τp×N，其中N是1以上的整数。

7.根据权利要求1所述的带铁芯的多头型直线电机，其中

所述大推力动子具有4N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且当用τp表示磁极的节距时，所述大推力动子的长度是4τp×N，其中N是1以上的整数，并且

所述小推力动子具有2N:3N的所述永磁体的磁极数P与所述电枢线圈的数量M之间的关系，并且所述小推力动子的长度是2τp×N，其中N是1以上的整数。

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