CN1042381C - 直线脉冲电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供可同样适用于定子凸极数为奇数的场合、线圈的安培导体数较大、可获得高推力输出的直线脉冲电动机。

该直线脉冲电动机由具有在其内周面上沿轴21向形成有齿16的、等间隔角度配置着若干个凸极11、12、…15的定子1和可沿轴向自由移动的动子2构成，定子铁芯10由定子铁板30以依次转过前述凸极的等间隔角度而叠层的方式形成，若取k为大于1的整数、m为相数、n为小于m/2，但最接近m/2的整数时，该定子铁板30具有km个凸极P1、P2、…P5，从前述动子2一侧看，可看到与前述动子2相对的前述凸极的前端部，由内半径较小的n个凸极和内半径较大的(m-n)个凸极依次形成为一组，这样的组共有k组。

Description

直线脉冲电动机

本发明涉及直线脉冲电动机。

图7示出了与本发明有关的圆柱形直线脉冲电动机的纵断面图。

在图7中，前述圆柱形直线脉冲电动机的定子100的定子铁芯101、102、103和104的外周边部呈沿厚度方向的厚阶梯状环形，而在其内周面上设置有沿轴向等间距的若干个定子齿105。而且，这些定子铁芯101、102、103和104由机架106支承，并装在壳体内。

在该定子铁芯101和102以前述外周边部彼此对接组合的方式形成的环状沟槽处，夹持有环状线圈106。与此相类似，在该定子铁芯103和104间形成的环状沟槽处，夹持有环状线圈107。

该圆柱形直线脉冲电动机整体由两相构成，其中，定子铁芯101、102及环状线圈106形成为一相，定子铁芯103、104及环状线圈107形成为另一相。

在形成为前述两相的定子铁芯101、102和定子铁芯103、104之间，夹持有励磁方向为动子109轴向方向的环状永久磁铁108。

动子109的动子铁芯110呈圆筒形，在其外周面上设置有沿轴向等间隔的若干个动子齿111。该动子109通过轴承114和115支承在托架112和113上。

前述定子齿105和动子齿111间具有下述的位置关系。

即当设置在定子铁芯104上的定子齿105恰与动子齿111相对正时，和定子铁芯104相比，设置在定子铁芯103上的定子齿105位于沿轴向大约偏置2/4个齿距的位置处。而且，与定子铁芯104相比，设置在定子铁芯102上的定子齿105位于沿轴向大约偏置1/4个齿距的位置处。与定子铁芯104相比，设置在定子铁芯101上的定子齿105位于沿轴向大约偏置3/4个齿距的位置处。

通过这种结构，该圆柱形直线脉冲电动机就构成为两相混合型直线脉冲电动机。

但是，具有前述结构的圆柱形直线脉冲电动机，由于线圈收装部不能作得较大，每一相的安培导体数也不能作得较大，所以存在有推力小的缺点。而且，由于定子铁芯101、104比定子铁芯102、103距永久磁铁108的距离远，所以还存在有磁路不均匀，由励磁的相产生的推力不相等的缺点。就原理上说，由于各相是沿轴向配置构成的，所以电动机的轴向长度较长，由于永久磁铁108位于定子100例，所以必需采用电动机壳体，而且由于动子109的轴向长度必需要比定子100的轴向长度更长，所以还存在有动子109的惯性较大的缺点。

可消除这些缺点的直线脉冲电动机已由本发明人提出了申请，下面说明形成定子铁芯的定子铁板的形状。

即设K为正整数，m为相数时，则形成前述定子铁芯的定子铁板具有2km个凸极，该凸极依次由在前述定子铁板的内周方向处形成为定子齿的齿端部的m个凸极和形成为其齿底部的m个凸极形成为一组，并由k组这样的凸极组构成(日本专利公报特愿平4-332761号，特愿平4-340280号)。

然而，具有前述构成的直线脉冲电动机尚存在有下述问题。

(1)不适用于凸极数为奇数的场合。

(2)若举例来说，当k=1，相数m=5时，凸极数为10，与各凸极的动子相向形成的定子齿的齿距为2kmto(其中to为定子铁板厚度)，即10to，齿宽为mto，即5to，步进的基本移动量为齿距的1/(2m)，即to。

因此，若要确保与前述齿宽相相称的齿深(全齿深)，必须使形成齿底部的定子铁板上的凸极的内半径较大，其结果将使线圈收装部的空间变小，每一相的安培导体数也变小。若与此相反，使前述齿深形成的较浅，将会使漏磁较多，输出减少。

本发明是针对这些问题而作出的，其目的是要提供一种可消除前述问题、定子凸极数为奇数的场合也能适用的直线脉冲电动机。

本发明的另一目的是要提供一种可使每一相的安培导体数较大、高推力的直线脉冲电动机。

为实现前述目的，本发明的直线脉冲电动机中，具有向内侧呈放射状等间隔角度配置的若干个凸极、在该凸极的内周面上沿轴向形成有若干个定子齿的定子铁芯的定子，具有以可沿轴向自由移动的方式支承在该定子内侧的、在其外周面上形成有与前述定子齿相对的若干个等间隔动子齿的动子铁芯的动子，以及夹持在前述定子铁芯之间，或是夹持在前述动子铁芯之间的励磁方向为轴向的永久磁铁。

(1)其特征在于，前述定子铁芯由将该定子铁芯的定子铁板以依次转过所述凸极等间隔角度而叠层的方式形成，且若k为大于1的整数、m为相数、n为小于m/2但最接近m/2的整数时，则该定子铁板具有Km个凸极，而且由前述动子一侧观察，相对于前述动子的前述凸极的前端部依次由内半径较小的n个凸极、内半径较大的(m-n)个凸极形成为一组，这样的凸极组共有k组。

(2)其特征在于它构成为前述k、m、n的值分别为k=1、m=5、n=2或是k=2、m=5、n=2的五组混合型直线脉冲电动机。

(3)其特征在于，若k为大于1的整数时，前述定子铁芯的定子铁板具有5k个凸极，且由动子一侧观察，与前述动子相对的前述凸极的前端部以内半径较小的两个凸极、内半径较大的三个凸极为一组而形成一组凸极群，这样的组共有k组，而且，形成为前述一组的凸极群中的内半径较小的前述两个凸极间彼此相隔144/K度，以前述定子铁板依次转过144/K度的方式，叠层形成前述定子铁芯。

本发明的作用是，具有前述结构构成的直线脉冲电动机同样适用于定子凸极数为奇数的场合，且由于定子线圈可以绕在各凸极上的形式沿定子的周向绕装，所以可使安培导体数较大，使其小型化，并可获得高推力。而且，可通过将定子铁板依次转过凸极的间隔角度，或预定角度而叠层的方式形成定子铁芯。

本发明的效果是，由以上的说明可知，若采用本发明的直线脉冲电动机，由于，前述定子铁芯是由该定子铁芯的定子铁板以依次转过前述凸极的等间隔角度而叠层的方式形成，且若假定k为大于1的整数，m为相数，n为小于m/2但最接近m/2的整数时，该定子铁板具有Km个凸极，而且由前述动子一侧观察，与前述动子相对的前述凸极的前端部依次由内半径较小的n个凸极和内半径；较大的(m-n)个凸极形成为一组，这样的组共有K组，所以它也可以适用于前述定子凸极数为奇数的场合。

而且，定了线圈可以绕在各凸极上的形式沿定子的周向绕装，所以可使每一相的安培导体数较大，从而可以获得具有高推力、高分解能的直线脉冲电动机。

而且，由于可以用定子铁板以依次转过凸极的间隔角度而层叠的方式形成定子铁芯，所以它适用于常规的转动型步进电动机的叠层铁芯技术，具有良好的生产性。

图1是表示本发明直线脉冲电动机的一个实施例的纵剖面图；

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖开的横剖面图；

图3是用于形成定子铁芯的定子铁板的平面图；

图4是由动子一侧看到的、将图3所示的定子铁板依次转过预定角度、叠层时形成的定子齿部的展开图；

图5是用于形成定子铁芯的定子铁板的平面图；

图6是由动子一侧看到的、将图5所示的定子铁板依次转过预定角度、叠层时形成的定子齿部的展开图；

图7是与本发明有关的圆柱形直线脉冲电动机的纵剖面图。

下面依据附图，详细说明本发明的最佳实施例。

图1是表示本发明直线脉冲电动机的一个实施例的纵剖面图，图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线剖开的横剖面图。

本实施例表示的是整数k、n和相数m的值分别为k=1、n=2、m=5时的情况，因此，定子凸极数为k、m=5。

在图1和图2中，在定子铁芯10上设置有五个凸极11、12、13、14和15，且在该5个凸极的内周面上沿轴向设置有若干个定子齿16(齿端部16a和齿底部16b)。在这五个凸极11、12、…15上，分别绕装有定子线圈W1、W2、W3、W4和W5。该定子铁芯10用图中未示出的螺钉等等螺固安装、支承在托架17和18上。因而，不再需要电动机的机架，也不再需要电动机的壳罩。

位于定子1内侧的动子2，通过轴承19、20以可沿轴向自由移动的方式支承在前述托架17和18上，而且，该动子2在轴21上设置有磁极铁芯22a和22b，以及夹持在该磁极铁芯22a和22b之间的、已沿轴向磁化的环状永久磁铁23。

在前述磁极铁芯22a和22b的外周面上，沿轴向配置有若干个动子齿24(齿端部24a和齿底部24b)，且该磁极铁芯22a、22b依次由形成该齿端部24a的外径较大的n=2块动子铁板25a和形成该齿底部24b的外径较小的m-n=3块动子铁板25b叠层而形成。但是，该磁极铁芯22a、22b也可以不采用前述动子铁板25a、25b的叠层结构，而对铁基材料进行切削加工制成。

图3示出了与前述动子齿24相对的、形成有定子铁芯10的定子铁板30的一个实例。在图3中，定子铁板30上的凸极P1和P2，为半径尺寸较小的凸极(在本实施例中为n=2个)，为形成定子齿16的齿端部16a的凸极。而凸极P3、P4和P5为半径尺寸较大的凸极(在本实施例中为m-n=3个)，为形成定子齿16的齿底部16b的凸极。而且，这些凸极P1、P2和凸极P3、P4、P5依次组合而形成为1组(k=1组)。当K值为K=2时，前述凸极数为10，则前述凸极P1、P2和凸极P3、P4、P5可依次组合而形成为两组。

图4示出了由动子2一例看到的、用该定子铁板30以依次转过角度θ=72度而叠层的方式形成的凸极11、12、13、14和15的定子齿16。其中的阴影部分表示齿端部16a，非阴影部分表示齿底部16b。若假定定子铁板30的厚度为t_o，则各凸极11、12、…15处由转动叠层而形成的齿16的齿距为m·t_o，即5t_o(k=1,m=5)，齿厚为n·t_o，即2t_o。而且若取凸极11为基准，凸极12的齿16偏置了1/m，即1/5个齿距，凸极13的齿16偏置了2/m，即2/5个齿距，凸极14的齿16偏置了3/m，即3/5个齿距，而凸极15的齿16偏置了4/m，即4/5个齿距。

将配置在前述动子2上的前述永久磁铁23的轴向长度，设定为使配置在前述磁极铁芯22a上的齿24和配置在磁极铁芯22b上的齿24彼此偏置1/2个齿距的长度。而且，以绕装线圈W1形成的相为A相，绕装线圈W2形成的相为B相，然后以线圈W3为C相，线圈W4为D相，线圈W5为互相的方式进行连线，这样可构成互相混合型线性脉冲电动机。这时的步进基本移动量为1/(2·m)个齿距，即(5·to)/10，为前述定子铁板30厚度to的1/2。

即使当前述整数k和相数m的值为k=2,m=5时(凸极数为10)，形成在各凸极上的定子齿的齿距为mto，即5to，齿宽为2to，这与原有的前述特愿平4-332761号、特愿平4-340280号中的技术相比，也减小了一半，从而可以使步进的基本移动量高分解能化，为齿距的1/(2m)，即to/2。

图5示出了当前述k值为k=2时的定子铁板40的一个实例，若m=5相，则定子凸极数为k·m=10。在图5中，定子铁板40上的凸极P41、P43、P46、P48为半径尺寸较小的凸极，凸极P42、P44、P45、P47、P49、P50为半径尺寸较大的凸极。前述凸极P41、P42、…P45及凸极P46、P47、…P50分别构成为一组凸极群，每组由半径尺寸较小的两个凸极和半径尺寸较大的三个凸极构成。而且，各凸极群中半径尺寸较小的凸极P41和P43，以及P46和P48彼此间的角度为144/k，即72度。

图6与图4所示的相类似，为用前述定子铁板40以依次转过角度72度而叠层的方式形成的定子齿16。采用这种转动叠层方式，可在各凸极41、42、…50上形成齿距为5to、齿宽为2to的齿16。而且在相邻凸极上形成的前述齿16彼此间的偏置为2/5，或3/5个齿距。

因此，用将绕装在彼此相对的定子凸极41、42、…50上的线圈连接为一相的方式，可构成五相混合型直线脉冲电动机。这时，其步进的基本移动量与图4所示的情况相同，亦为齿距的1/(2m)，即to/2。

本发明的技术并不仅限于前述实施例中的技术，还包括着可获得同样功能的其它形式的结构构成，而且本发明的技术还可以在前述结构的范围内进行种种改型和添加。

Claims (3)

1．一种直线脉冲电动机，它具有以等间隔角度向内侧呈放射状配置若干个凸级、在该凸极的内周面上沿轴向形成若干个定子齿的定子铁芯的定子，具有以可沿轴向自由移动的方式支承在上述定子的内侧、在外周面上等间隔地形成有与前述定子齿相对的若干个动子齿的动子铁芯的动子，具有夹持在上述定子铁芯中间、或是夹持在上述动子铁芯中间的励磁方向为轴向方向的永久磁铁；其特征在于：

上述定子铁芯在设k为大于1的整数、m为相数、n为小于m/2且最接近m/2的整数时，定子铁板具有km个凸极，而且从上述动子一侧观察，与上述动子相对的上述凸极的前端部由内半径较小的n个凸极和内半径较大的(m-n)个凸极形成1组凸极群，而且以内半径较小的n个凸极和内半径较大的(m-n)个凸极的顺序排列形成1组，在这样的组存在有k组的情况下，在形成上述1组的凸极群中的内半径较小的n个凸极相互形成360/km度的角度，上述定子铁板以依次转过360/km度而层叠的方式形成上述定子铁芯；另外，在上述内半径较小的n个凸极相互形成720/km度的角度的情况下，上述定子铁板以依次转过720/km度而层叠的方式形成上述的定子铁芯。

2．如权利要求1所述的直线脉冲电动机，其特征在于，构成前述k、m、n的值分别为k=1、m=5、n=2的五相混合型直线脉冲电动机。

3．如权利要求1所述的直线脉冲电动机，其特征在于，构成前述k、m、n的值分别为k=2、m=5、n=2的五相混合型直线脉冲电动机。

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