CN102948052B - 线性马达以及使用线性马达的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明的线性马达提供的是对支承机构的负担和力的脉动小、可以调整脉动的线性马达。并且，包括：配置成夹入并保持被设置在可动体上的磁铁的多个磁极、将夹入并保持可动体的磁铁的磁极连续地连接的芯件、集中缠绕在多个磁极上的绕组、以及由将磁铁的磁极交替排列的磁铁列或将磁铁的极性交替排列的磁铁列和磁性材料构成的可动体，配置成夹入并保持磁铁的磁极和具有将保持磁铁的磁极连续地连接的芯件的磁极，沿着可动体的长度方向配置有多个，在多个磁极配置通用的绕组，通过使配置了多个的磁极的极性为相同极性，降低磁极间的漏磁通，能够实现小型轻量化。

Description

线性马达以及使用线性马达的定位装置

技术领域

本发明涉及线性马达以及使用线性马达的定位装置。

背景技术

现有的线性马达为开拓了旋转机的结构，在由磁铁列构成的可动体与电枢之间作用大的吸引力。因而，给用于支承可动体的部件施加了很大的负担，同时在电枢的端部因磁路的间断性而产生力的脉动等。

因力的脉动产生振动、噪音，又对支承部的负担增加。另外，还具有因力的脉动使线性马达的定位精度下降的问题。

于是，采用了如专利文献1所示的方法，即：在电枢的端部设置辅助磁极，又倾斜地配置辅助磁极，从而降低脉动。根据该专利，通过在电枢的两端部设置辅助磁极，倾斜地配置辅助磁极，使得脉动抵消，从而可以改进推力不均。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-125322号公报

发明内容

发明所要解决的课题

上述技术具有以下问题。通过倾斜配置辅助磁极，可以降低力的脉动的振幅。但是，在欲调整因加工误差或特性偏差等产生的力的脉动等的情况下，很难进行调整。另外，在包含多次脉动的情况或是两侧的辅助磁极上的脉动波形不同的情况等下，很难调整并降低脉动。

而且，因电枢和磁铁的吸引力，电枢等发生变形。由于在驱动时向绕组流通的电流的作用，作用于电枢和磁铁的力增大，因此脉动增大，还具有根据驱动条件导致脉动发生变化的问题。

本发明的目的是为了解决上述问题，提供对支承机构的负担和力的脉动小、能够调整脉动的线性马达。

用于解决课题的手段

本发明的线性马达包括：配置成夹入并保持被设置在可动体上的磁铁的多个磁极、将夹入并保持可动体的磁铁的磁极连续地连接的芯件、集中缠绕在多个磁极上的绕组、以及由将磁铁的磁极交替排列的磁铁列或将磁铁的极性交替排列的磁铁列和磁性材料构成的可动体，配置成夹入并保持磁铁的磁极和具有将保持磁铁的磁极连续地连接的芯件的磁极，沿着可动体的长度方向配置有多个，在多个磁极配置通用的绕组。

通过使配置了多个的磁极的极性为相同极性，降低磁极间的漏磁通，能够实现小型轻量化。

而且，通过使进行夹入的磁极的位置错开，可以减少端部的影响，降低了力的脉动和对支承机构的负担。而且，相对于可动体的行进方向将可动体形成为两层或多层的结构，可以抵消作为力的脉动和对支承机构的负担的吸引力。

另外，本发明的线性马达也可以具有由磁铁或磁铁与磁铁固定部件构成的可动体、配置成将可动体夹入的多个磁极、连接多个磁极的芯件、以及配置在多个磁极上的绕组。

另外，本发明的线性马达具有可动体贯穿由磁极和连接磁极的芯件构成的定子的结构，在磁路上具有在可动体的移动方向贯穿的空间，在由磁极和连接磁极的芯件构成的磁路上具有开口部。

另外，在本发明的线性马达中，由磁极和连接磁极的芯件以及绕组构成的定子是固定的，由磁铁和磁铁固定部件构成的可动体进行移动。或者，上述可动体固定，而定子进行移动。

发明的效果

本发明具有以下效果，即：通过抵消作用于可动体的吸引力、力矩，减少了对可动体的支承机构的负担。另外，通过使上下的芯件相对于可动体错开，变得容易调整脉动。根据本发明的效果，由于多个磁极具有相同的磁性，故而可以降低漏磁通，能够构成小型轻量的线性马达。而且，可以提供能容易调整脉动、减少了对可动体的支承机构的负担的线性马达。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的线性马达的代表性的示意图。

图2是本发明的第一实施例的变型例的驱动单元的示意图。

图3是本发明的第二实施例的驱动单元的结构图。

图4是将本发明的第二实施例的驱动单元以Y-Z平面截断的示意图。

图5是本发明的第二实施例的第一变型例的驱动单元的示意图。

图6是本发明的第二实施例的第二变型例的驱动单元的示意图。

图7是表示连接磁极的芯件的分割例子的图。

图8是表示使用了经过层积的部件的例子的图。

图9是表示经过层积和分割的例子的图。

图10是表示连接了可动体的例子的图。

图11是驱动单元的结构例的按截面图截取的图。

图12是表示磁极或/和连接磁极的芯件的变型例的图。

图13是表示改变了层积数量的例子的图。

图14是本发明的第三实施例的示意图。

图15是表示本发明的第三实施例的连接了可动体的例子的图。

图16是表示三相线性马达的结构例的图。

图17是表示线性马达的磁通的例子的图。

图18是表示绕组的配置例子的图。

图19是表示可动体的第一结构例的图。

图20是表示可动体的第二结构例的图。

图21是表示配置了本发明的线性马达的载台的结构例的图。

图22是表示载台的第二结构例的图。

图23是表示载台的第三结构例的图。

具体实施方式

以下就本发明的实施例进行说明。

第一实施例

以下表示本发明的实施方式。图1表示第一实施例的示意图。图1表示按三相构成的本发明的线性马达。表示的是为了了解内部而将由三个驱动单元101构成的线性马达的图中的最靠近前的驱动单元101以Y-Z平面截断的示意图。

本发明的线性马达由定子和可动体8构成，该定子由磁极1、连接多个磁极的芯件2以及缠绕在多个磁极上的绕组3构成；该可动体8由磁铁4和磁铁固定部件6构成。连接磁极的芯件2被上下分割。

为了可以用上下相同的部件构成连接分割后的磁极的芯件，将上侧部件和下侧部件在形成相同形状的位置进行分割，但分割位置并不局限于上下形状是相同形状的位置。

另外，为了更容易定位，将连接上下磁极的芯件设计成在上下拼接的部分上设置三角形的缺口，但不受该形状的限制。

通过将连接磁极的芯件上下分割，可以相对地错开上下的磁极和连接磁极的芯件。通过错开上下的磁极和连接磁极的芯件，可以降低在可动体8上产生的力的脉动。另外，通过调整该错开，可以调整作用于可动体的力。

另外，贯穿磁极1和连接磁极的芯件2地插入可动体8。以将由磁铁固定部件6和多个磁铁4构成的可动体8夹入的方式，磁极1在上下分别由四个极构成。磁极1的数量并不限于四个。

由层积部件构成磁极1和连接磁极的芯件2。通过由层积的部件构成，在使上下的磁极1和连接磁极的芯件2错开的情况下，可以将错开而伸出的部分拆开，向错开方向的相反侧设置，因此具有不使形状发生大的变化就可以进行调整等效果。

在以X-Y平面看驱动单元101的情况下，形成为左右对称，例如，构成这样的磁路，即：磁铁4的磁通经过上侧的磁极1，经由连接磁极的芯件2并经过下侧的磁极1而返回磁铁4。

这样，通过包围可动体8地配置连接磁极的芯件2，可以构成短的磁路，并且也可以提高驱动单元101的强度。连接磁极的芯件也可以构成为非左右对称。

图2是使图1所示的线性马达的磁极1的形状形成为向着磁铁4变细的例子。图2（a）表示驱动单元101的主视图。图2（b）表示以Y-Z平面截取的驱动单元101的示意立体图。图2（c）表示以Y-Z平面截取的示意侧视图。

如图2（a）所示，与磁铁4相向地配置绕组3，由磁铁4和磁铁固定部件6构成的可动体被连接磁极的芯件2包围。图2（b）表示磁极1向着磁铁4变细的例子。

在图2（b）中，磁极1形成为向着磁铁4变细的形状，但并不受该形状的限制。

如图2（c）所示，磁铁4被配置成由相同磁化方向的磁铁将磁铁固定部件6夹入，沿Z方向在相邻方向，交替地配置有反向磁化了的磁铁。磁铁4的箭头表示磁铁的磁化方向。

另外，相对于排列在Z方向的磁铁的间距，磁极1的间距大体呈两倍地排列。如图所示，相对于磁铁的Z方向的间距P，使间距大体为2nP（n=1、2、3…）地配置磁极1。

在本实施例中，利用磁性材料构成磁铁固定部件6，但也可以用非磁性材料构成。另外，对于将磁铁固定部件6夹入地配置的磁铁4，也可以一体地构成排列在Y方向的磁铁，将磁铁嵌入梯子状的磁铁固定部件中地构成。

另外，在图2（c）中，根据磁铁4的位置使电流在绕组3流动，从而在可动体8上作用Z方向的力。

也可以配置多个驱动单元101，使多个驱动单元相对于磁铁错开相位，在该每一个驱动单元上使不同的交流电流流动，使可动体连续地移动。

这样，也可以用多个驱动单元构成多相的线性马达。图2是将可动体8夹入地配置的上下的磁极1的中心大体一致、在Z轴方向未错开的状态。

在该状态下，其特征是，作用于可动体8的向着Y方向的力通过被上下抵消而可减小。另外，在因组装的精度或磁铁的特性的偏差等产生了力的脉动的情况下，也可以错开上下的磁极1来调整力的脉动。

这样，本发明的线性马达根据用途，通过调整上下的磁极位置来减小作用于可动体的力。

第二实施例

图3表示本发明的第二实施例的线性马达的示意图。图4表示图3的线性马达的以Y-Z面截取的图。如图3所示，可动体8由磁铁4和磁性体的极片5构成，可动体8构成为两层。

另外，在图4中，箭头表示磁铁的磁化方向。作为磁铁，按照磁铁间距P交替地配置了被向+Z方向磁化的磁铁4a和被向-Z方向磁化的磁铁4b，在各个磁铁之间配置由磁性体制作的极片5。

与构成为两层的可动体8分别相向地配置定子，该定子由磁极1和连接磁极的芯件2以及缠绕在多个磁极上的绕组3构成。相对于可动体8，将单侧的磁极1的间距配置成大体为2nP（n=1、2、3…）（在图中n=1）。

另外，与上下的各个可动体8相向的磁极1在可动体的上下错开与磁铁间距P几乎相等的距离a。如图4所示地对称配置上下的线性马达，机械地连接上下的可动体8，从而可以抵消作用于可动体8的吸引力或力矩。

而且，可以使将上侧的线性马达和下侧的线性马达的连接磁极的芯件的一部分通用，能够将线性马达也构成为小型。

通过使电流在图4所示的绕组3中流动，在上下的可动体的Z方向作用力。

图5表示使上下的可动体的磁化方向相同地进行配置的情况下的电流方向。

图6是用磁铁4a和磁铁4b构成可动体的例子。如图6所示，即使交替地连接磁铁4a和磁铁4b，也能构成可动体8。

在图4、图5和图6中表示了将与可动体相向的磁极的位置在可动体的上下错开大体磁铁间距的例子，但可动体上下的磁极的错开也可以不是大体磁铁间距。通过调整错开了大体磁铁间距的上下的磁极的错开，作用在上下的线性马达的可动体上的吸引力或力矩可以抵消。

图7是构成为两层的线性马达的、连接磁极的芯件分割成三部分的例子。如图7所示是以下例子，即：将连接磁极的芯件分割成上侧分割芯件2a、下侧分割芯件2c和中央分割芯件2b，将上侧分割芯件2a和下侧分割芯件2c分割成相同形状。

图8是使用层积芯件2d构成线性马达的例子。

图9是由层积分割芯件2e构成线性马达的例子。

图10是排列三个图4所示的驱动单元101、构成三相线性马达的例子。各个驱动单元101配置成相对于磁铁列每120°地错开电相位。

另外，利用连接部件7结合可动体的端部。通过这样连接上下的可动体，可以减少作用于上下各可动体的力矩或吸引力的影响。另外，也可以提高可动体的刚性。

图11（a）（b）（c）表示本发明的线性马达的结构。为了了解磁极、磁铁的配置等，图11的各图示出的是以Y-Z截面截取的图。

图11（a）是在平板形的磁铁固定部件6上粘贴了磁铁4的结构。该结构的特征在于，由于是在平板形的铁等的板上粘贴磁铁的结构，因此加工性好。

图11（b）是在磁铁固定部件6上加工出了配置磁铁用的槽的结构，因此在Y方向排列的磁铁之间具有突起部9。在该突起部9为磁性材料的情况下，具有增加与绕组3交链的磁通的效果。

另外，磁铁固定部件6和突起部9可以一体地构成，也可以用分开的部件形成。如果设置突起部9，则可以将磁铁固定部件6的凹陷部也利用作为用于定位磁铁4的槽。

图11（c）表示以下实施例，即：使将可动体夹入的磁极1和连接磁极的芯件2相对于可动体在上下芯件错开，另外将可动体的磁铁位置在磁铁固定部件6的表背错开。这样，也可以在可动体的表背错开磁铁位置。

图12是为了了解磁极1和连接磁极的芯件2的结构而局部截取了线性马达的图。图12是重叠层积钢板而构成本发明的线性马达的磁极1和连接磁极的芯件2的例子。

图12（a）是相对可动体8使上下的磁极1关于可动体8的行进方向对齐地构成的图。图12（b）是相对可动体8使上下的磁极1在可动体的行进方向错开地构成的图。图12（c）是将磁极1的形状构成为矩形的例子。

图13是用层积钢板构成了线性马达的例子。示出的是为了了解线性马达的内部而在可动体的行进方向截取了线性马达的图。图13仅表示磁极1、连接磁极1的芯件2以及绕组3的定子。

通过用层积钢板加工磁极1和连接磁极的芯件2，从而可以通过调整层积数量来任意调整磁极1的间距。通过改变层积数量，可像磁极间距b和磁极间距c那样调整磁极1的位置。磁极间距b由12张层积钢板构成，磁极间距c由14张层积钢板构成。

第三实施例

图14表示本发明的第三实施例。

图14表示将图2的线性马达组装在图4所示的线性马达之间的实施例。图14（a）表示以Y-Z平面截取线性马达的图。图14（b）表示图14（a）的立体图。

另外，图14（c）表示线性马达的立体图。图14的最上部的线性马达和最下部的线性马达由于产生的力矩彼此为反向，因此可以抵消并减小力矩。

另外，中央部的线性马达的上下磁极相对于可动体对称，作用于中央部的可动体的力矩小。通过连接这三个可动体，可以降低彼此的力矩、向Y方向的吸引力。

本实施例说明了三层的可动体结构，但通过配置成降低力矩、吸引力，即便是形成为进一步增加了可动体的多层结构也能够实现。

另外，图14所示的最上部、中央部、最下部的线性马达之间的连接磁极的芯件由于磁通方向相反，磁饱和得到缓解，因此可以形成得细小，从而装置也变得更小。

图15是机械地紧固连接了图14的线性马达各自的可动体8的图。也可以这样连接各个可动体8。图16是排列三个图15所示的线性马达而构成作为三相线性马达的例子。

第四实施例

图17是两层的线性马达的主视图，示意地表示由磁铁产生的磁通10。图17（a）是上下各自的线性马达的主视图。图17（b）表示合并了两个线性马达时的磁通10的朝向。

图17（b）的连接磁极的芯件2f，通过使图17（a）所示的两个线性马达中的上侧线性马达的下侧的连接磁极的芯件2和下侧线性马达的上侧的连接磁极的芯件2通用，从而可以使线性马达小型化。

第五实施例

图18是安装了两层可动体8的线性马达。是将绕组3配置在上侧可动体8的上方和下侧可动体8的下方的例子。这样，绕组3的位置、数量并不受本实施例所述内容的限制。

第六实施例

图19和图20是表示本发明的可动体的实施方式的例子。图19（a）是在平板的磁铁固定部件6上加工槽并粘接了磁铁4的例子。图19（b）是在磁铁固定部件6上设置凹部并配置了磁铁4的例子。

图20（a）是仅用磁铁4和极片5来构成可动体的例子。图20（b）是用框架11包围图20（a）的可动体来提高强度的实施例。框架11可以由磁性材料和非磁性材料构成。

第七实施例

图21表示本发明的实施方式的示意图。在载台110上设置两台Y轴线性马达104，在两台Y轴线性马达104上配置X轴线性马达103。在该X轴线性马达103上安装Z轴线性马达105。

通过使用本发明的线性马达而具有以下特征，即：线性马达可以小型轻量化，可以降低各轴的线性马达移动时的惯性力，可以减轻对用于支承各轴线性马达的支承机构带来的负担，同时可以提高定位精度、缩短响应时间。

图22是在X轴上配置三台X轴线性马达103的例子。图23是在一台X轴线性马达103上配置了三台Z轴线性马达105的例子。通过使用本发明的线性马达，即使在形成为多轴结构的情况下，也可以减轻各轴的重量，防止因惯性对支承机构带来的负担及响应性的降低，因此通过将线性马达配置在多轴上而可预见生产效率的提高。

本发明的线性马达由于可以加工成轻量的可动体，因此在将线性马达配置在Z轴上时可以减小因重力带来的影响，可以提高Z轴的定位精度。

在本发明的实施例中，表示了使用了多轴的线性马达的定位装置的例子，但并不局限于所示的轴的结构。

在本发明的实施例中，表示了改变了磁极和连接磁极的芯件以及可动体的形状的情况的一个例子，但只要能得到相同的效果，则不局限于此。

本实施例中所述的磁性体可以使用SS400或S45C等铁类材料或硅钢板等高导磁率部件。

本发明的实施例中所示的可动体可以利用推力轴承或LM导轨、辊等进行支承，能保持磁极和可动体的空隙。

本发明的磁极和连接磁极的芯件也可以一体地构成。

附图标记说明

1磁极，2连接磁极的芯件，2a上侧分割芯件，2b中央分割芯件，2c下侧分割芯件，2d层积芯件，2e层积分割芯件，3绕组，4磁铁，4a右向磁铁，4b左向磁铁，5极片，6磁铁固定部件，7连接部件，8可动体，9突起部，10磁通，11框架，101驱动单元，102线性马达，103X轴线性马达，104Y轴线性马达，105Z轴线性马达，110载台。

Claims (15)

1.一种线性马达，该线性马达是上下两层的线性马达，其特征在于，所述两层的线性马达中的每一个线性马达具有可动体，该可动体配置成磁铁的极性交替，

所述每一个线性马达具有多个磁极，该多个磁极配置成将交替地排列了磁铁的极性的可动体夹入，所述每一个线性马达具有绕组，该绕组被同样地缠绕在配置成将可动体夹入的多个磁极上，

在可动体的行进方向上相邻的多个磁极的磁性具有相同的磁性，

所述每一个线性马达具有连接多个磁极的芯件，

所述每一个线性马达具有驱动单元，该驱动单元由多个磁极以及连接磁极的芯件构成，

使上侧线性马达的下侧的连接磁极的芯件和下侧线性马达的上侧的连接磁极的芯件通用。

2.根据权利要求1所述的线性马达，其特征在于，

通过使将可动体夹入的磁极形成为相同形状，抵消了作用于可动体的可动体行进方向以外的力，所述磁极形成为朝向所述可动体的所述磁铁而变细的形状。

3.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，相对于可动体行进方向的磁铁间距P，将磁极的间距配置成大体2nP(n＝1、2、3…)。

4.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，由磁极和连接磁极的芯件构成的部件被分割。

5.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，利用在可动体行进方向层积的部件，构成磁极或者连接磁极的芯件或者由磁极和连接磁极的芯件构成的部件。

6.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，配置成将可动体夹入的多个磁极在可动体行进方向错开地配置。

7.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，所述线性马达具有磁极与磁铁面相向的平面，可动体贯穿由磁极以及连接磁极的芯件构成的定子。

8.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，所述线性马达具有可动体，该可动体将磁铁配置在具有平面的磁性体的上表面和下表面。

9.根据权利要求8所述的线性马达，其特征在于，在可动体行进方向排列的磁铁之间设有磁性体的凸部。

10.根据权利要求8所述的线性马达，其特征在于，配置在可动体的磁性体上的上表面和下表面的磁铁的位置，在上表面和下表面在可动体行进方向错开。

11.根据权利要求1或2所述的线性马达，其特征在于，所述线性马达具有三个以上的可动体，三个以上的可动体配置成相对于可动体行进方向的轴对称。

12.根据权利要求11所述的线性马达，其特征在于，连接有三个以上的可动体。

13.一种定位装置，其特征在于，使用了根据权利要求1至12中任一项所述的线性马达。

14.一种定位装置，其特征在于，在多个轴上配置了根据权利要求1至12中任一项所述的线性马达。

15.一种定位装置，其特征在于，在铅垂方向上配置了根据权利要求1至12中任一项所述的线性马达。