CN104467268A - 直线电机单元 - Google Patents

Abstract

本发明能实现兼顾低成本及高性能，并具有优异的散热性的轴旋转式直线电机单元。直线电机单元具有：第一直线电机，其与设置在框架的前端部的轴导向件支承部隔开间隔配置电枢，并且在轴导向件支承部的基端侧配置轴导向件；第二直线电机，其与设置在框架的前端部的轴导向件支承部的基端侧抵接配置电枢，并且在轴导向件支承部的前端侧配置轴导向件，为使各直线电机的轴导向件在框架的宽度方向上整齐排列而交替地配置第一直线电机与第二直线电机，轴导向件支承部对轴导向件以自由旋转的方式进行支承，轴被能进退移动的轴导向件支承，通过旋转电机来旋转驱动轴导向件。

Description

直线电机单元

技术领域

本发明涉及能使驱动对象物进行旋转动作及直线动作的轴旋转式直线电机单元。

背景技术

由于直线电机通过电磁感应进行动作，因此相比滚珠丝杠机构这样的机械动作，能够以小型结构进行高速动作。例如，能在半导体制造装置的芯片插装机(电子部件实装装置)中使用杆式直线电机。

杆式直线电机包括具有永磁铁的杆与包围该杆的线圈，通过永磁铁的磁场与线圈中流动的电流的电磁感应，对杆施加轴向的推力而使其进行直线运动。

近年，为了实现旋转动作及直线动作，提出许多如下技术：通过对滚珠花键与轴承的连结机构的研究来实现旋转电机的转矩生成部与直线电机的推力生成部。

作为与能进行旋转动作及直线动作的直线电机相关联的技术，已公开了一种两自由度的致动器，其具有：在外周的一部分上具有直线轴部与花键槽的旋转移动轴；与旋转移动轴的花键槽卡合的花键导向轴承(例如，参照专利文献1)。

另外，还公开了一种直线致动器，其配置有平行于直线电机的杆的第二轴部件(例如，参照专利文献2)。根据专利文献2，通过第一连结部件将杆的前端部与第二轴部件的前端部进行连结，以使第二轴部件随杆的直线运动进行直线运动。第二连结部件将第二轴部件与壳体进行连结，以使第二轴部件能进行直线运动，并防止第二轴部件绕杆的轴线回转。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许3300465号公报

专利文献2：日本特开2010-57357号公报

发明内容

本发明要解决的技术问题

然而，根据专利文献1及2的技术，连结机构均较复杂，无法使直线电机小型、节省空间及轻量化。

近年，开发出一种小型直线电机，其采用用于进行直线动作的中心轴不能回转的结构，并设有与该中心轴平行的另外的旋转轴，旋转轴能与中心轴联动而进行旋转动作。但是，由于具有该中心轴及旋转轴的小型直线电机还是需要中心轴与旋转轴的连结部，因此不利于使直线电机小型、节省空间及轻量化。

本发明是鉴于上述情形而做出的，其目的是提供一种能以简单的结构使可动部件进行直线及旋转动作，并能实现小型、节省空间及轻量化的轴旋转式直线电机单元。

另外，本发明的另一个目的是提供一种能兼顾低成本及高性能，并具有优异的散热性的轴旋转式直线电机单元。

为解决技术问题的方法

为了达到上述目的，本发明涉及的直线电机单元是交替地并列配置使框架上的电枢配置得不同的直线电机。

上述框架的前端部上设置的轴导向件支承部对轴导向件以能旋转及进退移动的方式进行支承，并且该轴导向件对上述轴进行支承。

通过旋转电机来旋转驱动各直线电机的上述轴导向件。

发明效果

根据本发明涉及的直线电机单元，交替地并列配置使框架上的电枢配置得不同的直线电机，并通过旋转电机来旋转驱动各直线电机的轴导向件。另外，轴被能旋转及进退移动的轴导向件支承。因此，本发明涉及的直线电机单元能以简单的结构使可动部件进行直线及旋转动作，能实现小型、节省空间及轻量化，并能兼顾低成本及高性能。

附图说明

图1是第一实施方式涉及的直线电机单元的立体图。

图2是第一实施方式的直线电机A1的立体图。

图3是第一实施方式的直线电机B的立体图。

图4是第一实施方式的直线电机A1、B的励磁部及电枢的纵向剖视图。

图5是第一实施方式的直线电机A1、B的右视图。

图6是第一实施方式的磁性罩的罩片的立体图。

图7是第一实施方式的框架的立体图。

图8是第一实施方式的直线电机A1的电枢配置的立体图。

图9是第一实施方式的直线电机B的电枢配置的立体图。

图10是第二实施方式涉及的直线电机单元的立体图。

图11是第二实施方式的直线电机A2的立体图。

附图标记说明

1：励磁部

2：电枢

10：轴

12：永磁铁

20：线圈

40：磁性罩

80：轴导向件

82：轴导向件支承部

A1、A2、B：直线电机

100、200：直线电机单元

具体实施方式

下面，参照附图对第一及第二实施方式涉及的直线电机单元进行说明。

第一及第二实施方式涉及的直线电机单元是：交替地并列配置使框架上的电枢的配置不同的直线电机，并通过旋转电机来旋转驱动各直线电机的轴导向件，另外，轴被能旋转及进退移动的轴导向件支承。

因此，采用第一及第二实施方式，能以简单的结构使可动部件进行直线及旋转动作，能实现小型、节省空间及轻量化，并能兼顾低成本及高性能的直线电机单元。

[第一实施方式]

[直线电机单元的结构]

首先参照图1至图7，对第一实施方式涉及的直线电机单元的结构进行说明。图1是第一实施方式涉及的直线电机单元的立体图。图2是第一实施方式的直线电机A1的立体图。图3是第一实施方式的直线电机B的立体图。图4是第一实施方式的直线电机A1、B的励磁部及电枢的纵向剖视图。图5是第一实施方式的直线电机A1、B的右视图。

如图1所示，第一实施方式的直线电机单元100具有多个直线电机A1、B与用于使该直线电机A1、B的轴10进行旋转动作的旋转电机7。

如图1至图3所示，各直线电机A1、B具有励磁部1、电枢2、线路板4与5以及框架6。直线电机A1与B具有大致共通的结构，但电枢2的配置以及轴导向件80的配置并不相同。此外，关于直线电机A1与B的电枢2的配置、以及轴导向件80的配置的详细内容，将在后面进行叙述。

直线电机A1与B的励磁部1具有共通的结构。如图4所示，励磁部1具有轴10与永磁铁12。在本实施方式中，励磁部1作为可动部件发挥功能。此外，在下面的说明中，将轴10的前进侧称为前端侧，将轴10的后退侧称为基端侧。

轴10是具有中空部11的圆筒体状的金属部件。作为轴10的构成材料，例如可以使用奥氏体类不锈钢等非磁性体，但并不限于所例示的材料。

在轴10的中空部11中，沿着轴向串联设置有多个圆柱形的永磁铁12。本实施方式的永磁铁12，例如沿着轴向以磁极相斥(N-N、S-S)的方式被磁化。为了容易地进行该永磁铁12的磁极相斥配置，在永磁铁12、12之间设置有圆柱形的软磁性体13，但也可以是不设置软磁性体13的结构。

轴10的前端侧由后面叙述的作为轴导向件80的滚珠花键衬套进行支承。通过滚珠花键衬套对轴10进行支承，轴10能旋转及进退移动。

如图2及图3所示，沿该轴10的轴向(下面，仅称为“轴向”)上，在轴10的外周部形成有用于承接滚珠花键衬套的滚珠的圆弧形承接槽81。圆弧形承接槽81沿轴10的径向形成一对。

直线电机A1与B的电枢2本身的结构是共通的，但电枢2在框架6上的配置是不同的。

再次参照图4，电枢2具有多个线圈20与用于覆盖该线圈20周围的矩形筒体状的磁性罩40。在本实施方式中，电枢2作为定子(直线导轨)发挥功能。

由沿轴向串联配置的多个线圈20覆盖具有永磁铁12的轴10(可动部件)的周围。各线圈20在电绝缘性的线轴30的周围卷装呈圆筒体状。

例如在三相交流电源中，多个线圈20沿轴向以u相、v相、w相的顺序被配置。相同相组的多个线圈20被连续卷绕。在本实施方式的三相交流电源中，各u相组、v相组、w相组的多个线圈20连续卷绕多个线轴30。即，各u相组、v相组、w相组的线圈20分别连续卷绕每隔两个的线轴30。

圆筒体状的衬套支承部23设置在多个线圈20组的两端。衬套支承部23内置有轴10的引导衬套24。此外，引导衬套24也可直接内置在后面叙述的磁性罩40内。

图6是第一实施方式的磁性罩的立体图。

如图2、图3及图6所示，磁性罩40是矩形筒状体的磁性金属部件。由一对“コ”字形的罩片41、41组合呈矩形筒体状而形成磁性罩40。磁性罩40用于覆盖多个线圈20组的周围。

磁性罩40的长度被设定为比线圈20内配置的轴10的永磁铁12组的全长还长(参照图4)。各罩片41、41的基端侧中间部及前端侧中间部上形成有用于插通呈直立状态的印刷线路板4、5的缺口49。

磁性罩40具有屏蔽大部分的轴10的永磁铁12的磁通而抑制漏磁的功能。由于磁性罩40的轴向两端部被敞开，因此通气性良好，能抑制线圈20的发热。

作为磁性罩40的构成材料，例如能使用SC材等铁类的磁性体。为了兼顾确保性能和成本，优选磁性罩40为钣金或者冲压成型的硅钢板，但不限于此。

如图4所示，印刷线路板4、5被设为在两端线圈20的线轴30与衬套支承部23之间，在垂直于轴向的方向上呈直立状态。各u相组、v相组、w相组的线圈20的连接线、线圈20、20之间的过渡线以及末端线被分开配置在磁性罩40的不同角部。各u相组、v相组、w相组的连接线被连接在前端侧的印刷线路板5，末端侧被连接在基端侧的印刷线路板4。

图7是第一实施方式的框架的立体图。图8是第一实施方式的直线电机A1的电枢配置的立体图。图9是第一实施方式的直线电机B的电枢配置的立体图。

如图1、图2、图3及图7所示，框架6是搭载有励磁部1及电枢2的呈L字形的板状部件。在L字形的框架6的前端部上配置有用于支承作为轴导向件80的滚珠花键衬套80的轴导向件支承部82。轴导向件支承部82在矩形部件的中央形成圆孔83。在轴导向件支承部82的圆孔83内，经由轴承84对滚珠花键衬套(轴导向件80)进行支承。滚珠花键衬套的滚珠沿着轴10的圆弧形承接槽81进行滚动。

在框架6的表面上形成有凹部54，该凹部54用于与磁性罩40之间形成空隙部53及形成T字形的冷却通路。在该凹部54的中央部形成通气孔55。该通气孔55为内螺纹，能连结未图示的冷却管。冷却空气通过通气孔55，流入形成冷却通路的凹部54的内部并从空隙部53流出。通过在框架6与磁性罩40之间形成冷却通路，能促进线圈20散热。

在L型框架6的板形部分上形成用于插通螺栓51的通孔52。如图1至图3所示，通过将螺栓51插通进L型框架6的通孔52，并与衬套支承部24的内螺纹进行紧固，来固定磁性罩40。即，在L型框架6的板形部分上配置电枢2，在该电枢2内部收装励磁部1。

在L型框架6的板形部分的前端侧上形成有作为配置直线电机A1的电枢2的基准的阶梯部56。

作为框架6的构成材料，例如能使用容易加工的铝或者铝合金，但并不限于所例示的材料。框架6的成型加工，例如通过冲压加工等塑性加工或切削加工而能容易地形成。

如图2及图8所示，直线电机A1的电枢2被配置为在磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82隔开间隔。具体地说，直线电机A1的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与阶梯部56一致。直线电机A1的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置为向轴导向件支承部82的内侧(基端侧)突出。

另外，如图3及图9所示，直线电机B的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82抵接。直线电机B的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置为向轴导向件支承部82的外侧(前端侧)突出。

本实施方式涉及的直线电机单元100交替地并列配置多个直线电机A1与直线电机B。通过交替地并列配置直线电机A1与直线电机B，直线电机A1的轴导向件支承部82与直线电机B的轴导向件支承部82相互交错地进行配置。

由于直线电机A1的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置在轴导向件支承部82的内侧，直线电机B的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置在轴导向件支承部82的外侧，因此能在直线电机A1组及直线电机B组的滚珠花键衬套(轴导向件80)上架设一根正时皮带8，通过同一旋转电机7进行驱动。

如图1至图3、图5所示，轴10的基端部通过螺栓62被固定在沿着铅垂方向配置的四角柱形的块状部件61。沿着后面叙述的导轨66，与该块状部件61共同移动的移动部件63被固定在该块状部件61的下部的框架6侧。

用后面叙述的线性传感器60进行测定的量规64，通过螺栓62被固定在块状部件61的下部的一侧部与移动部件63的前端部之间。

另外，偏向另一侧部的板形的下垂部件65被固定在框架5的基端侧下部。“コ”字形的导轨66被固定在该下垂部件65的内侧。移动部件63沿着该导轨66滑动移动。

另外，截面呈倒L字形的支承部件67通过螺栓62被固定在下垂部件65的下部。用于检测出量规64的位置、输出位置信息的线性传感器60被设置在该支承部件67上。用于输出检测数据的输出线70被连接在线性传感器60上。

考虑磁及热的影响，将线性传感器60配置在离开包含线圈20的电枢2的部位。作为线性传感器60，能使用磁式、光学式等类型。

[直线电机单元的动作]

接着，参照图1至图4，对第一实施方式涉及的直线电机单元100的动作进行说明。

如图4所示，第一实施方式涉及的直线电机单元100的励磁部1是在轴10的中空部11，将多个永磁铁12配置为沿着轴向以磁极相斥(N-N、S-S)的方式磁化。电枢2以包围具有永磁铁12的轴10的方式进行设置，并具有沿着轴向排列的多个线圈20。线圈20例如配置为对应于三相电源的u相、v相、w相，使电流在u相、v相、w相的线圈20内错开相位而流动。

在第一实施方式中，各直线电机A1、B的励磁部1作为可动部件发挥功能，电枢2作为定子发挥功能。即，各直线电机A1、B的电枢2的线圈30中有电流流动，以使其与励磁部1的永磁铁12所产生的磁通交叉。当永磁铁12的磁通与在电枢2的线圈20中流动的电流交叉时，各直线电机A1、B通过电磁感应作用，使具有永磁铁12的轴10产生轴向的推力而使轴10进行直线运动。

第一实施方式涉及的直线电机单元100交替地并列配置多个直线电机A1与直线电机B。

如图2及图8所示，直线电机A1的电枢2配置为磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82隔开间隔。直线电机A1的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置在轴导向件支承部82的内侧。

另外，如图3及图9所示，直线电机B的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82抵接。直线电机B的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置在轴导向件支承部82的外侧。

即，通过交替地并列配置多个直线电机A1与直线电机B，直线电机A1的轴导向件支承部82与直线电机B的轴导向件支承部82相互交错地进行配置。

通过对滚珠花键衬套被配置在轴导向件支承部82的内侧的直线电机A1与滚珠花键衬套被配置在轴导向件支承部82的外侧的直线电机B进行组合，能在直线电机A1组及直线电机B组的滚珠花键衬套上架设一根正时皮带8，而通过同一旋转电机7进行驱动。

另外，轴被能旋转及进退移动的轴导向件支承。另外，各u相组、v相组、w相组的线圈20的连接线、线圈20、20之间的过渡线及末端线被分开配置在磁性罩40的不同角部。因此，采用第一实施方式涉及的直线电机单元100，能以简单的结构使可动部件进行直线及旋转动作，并能实现小型、节省空间及轻量化。

另外，由于本实施方式的直线电机A1、B还具有单独的线性传感器60，因此也能作为单轴的致动器来使用。另外，组合多个直线电机A1、B来构成本实施方式涉及的直线电机单元100时，能构成多轴的致动器。

因此，由于能作为单轴或者多轴的致动器容易地使用，因此能确保芯片插装机的头部结构的适应性。

另外，框架6的上表面具有凹部54，并在磁性罩40与框架5之间形成空隙部53，作为冷却通路发挥功能。在框架6的凹部54形成通气孔55。因此，通过使冷却空气从通气孔55流入由空隙部53构成的冷却通路，能冷却包含线圈20的电枢2。

因此，采用第一实施方式，能实现兼顾低成本及高性能、并具有优异的散热性的轴旋转式直线电机单元100。

另外，电枢2包围由具有永磁铁12的轴10构成的励磁部1。在磁性罩40的内部，电枢2用于收装多个线圈20组。

由于磁性罩40呈由磁性材料构成的矩形筒体，例如将硅钢板通过钣金或者冲压加工而能容易地形成。另外，框架6例如通过冲压加工或切削加工而能容易地形成。因此，本实施方式涉及的直线电机单元100能兼顾低成本及高性能。

另外，由于磁性罩40能屏蔽大部分的永磁铁12的磁通来抑制漏磁，因此无需磁屏蔽板而能实现小型、节省空间及轻量化。

另外，由环状的线圈20组包围具有永磁铁12的轴10。该线圈20组被收装在磁性罩40的内部。因此，第一实施方式的直线电机100的磁性罩40能屏蔽大部分的永磁铁12的磁通来抑制漏磁。

[第二实施方式]

接着，参照图10及图11，对第二实施方式涉及的直线电机单元200进行说明。图10是第二实施方式涉及的直线电机单元的立体图。图11是第二实施方式的直线电机A2的立体图。此外，关于与第一实施方式相同的结构部件，标注相同的附图标记而省略其说明。

如图10及图11所示，第二实施方式涉及的直线电机单元200与第一实施方式的不同点是，组合直线电机A2与直线电机B，由分体(两台)的旋转电机7进行旋转驱动。

即，第二实施方式涉及的直线电机单元200代替直线电机A1而使用直线电机A2。直线电机A2的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82隔开间隔。具体地说，直线电机A2的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与阶梯部56一致。直线电机A1的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置为向轴导向件支承部82的外侧(前端侧)突出。

另外，与第一实施方式同样地，直线电机B的电枢2被配置为磁性罩40的前端部与轴导向件支承部82抵接。直线电机B的滚珠花键衬套(轴导向件80)被配置为向轴导向件支承部82的外侧(前端侧)突出。

即，通过交替地并列配置多个直线电机A2与直线电机B，直线电机A1的轴导向件支承部82与直线电机B的轴导向件支承部82相互交错地进行配置。但是直线电机A2、B双方的滚珠花键衬套(轴导向件80)均被配置在轴导向件支承部82的外侧。

因此，通过对在轴导向件支承部82的外侧配置滚珠花键衬套的直线电机A2与在轴导向件支承部82的外侧配置滚珠花键衬套被的直线电机B进行组合，呈分别向各直线电机A1组及直线电机B组的滚珠花键衬套上架设正时皮带8，通过分体的旋转电机7进行驱动。

第二实施方式涉及的直线电机单元200会发挥与第一实施方式基本相同的作用效果。

尤其是第二实施方式涉及的直线电机单元200是交替地并列配置多个在轴导向件支承部82的外侧配置滚珠花键衬套的直线电机A2、与在轴导向件支承部82的外侧配置滚珠花键衬套的直线电机B。

因此，第二实施方式涉及的直线电机单元200会发挥能通过分体的旋转电机7驱动各直线电机A1组的滚珠花键衬套、与直线电机B组的滚珠花键衬套的独特的作用效果。

以上说明了本发明的优选实施方式，但这些只是用于说明本发明的例示，并不意味本发明的保护范围仅限于这些实施方式。在不脱离其主旨的范围内，本发明能够采用与上述实施方式不同的各种方式来实施。

Claims (8)

1.一种直线电机单元，其特征在于，具有:

第一直线电机，其与设在框架的前端部的轴导向件支承部隔开间隔配置电枢，并且在所述轴导向件支承部的基端侧配置轴导向件；以及

第二直线电机，其将所述电枢配置成与设在所述框架的前端部的所述轴导向件支承部的基端侧抵接，并且在所述轴导向件支承部的前端侧配置轴导向件，

交替地配置所述第一直线电机与所述第二直线电机，以使得各直线电机的轴导向件在所述框架的宽度方向上整齐排列，

所述轴导向件支承部对所述轴导向件以自由旋转的方式进行支承，

所述轴导向件对轴以能进退移动的方式进行支承，

通过旋转电机来旋转驱动所述轴导向件。

2.一种直线电机单元，其特征在于，具有:

第三直线电机，其与设在框架的前端部的轴导向件支承部隔开间隔配置电枢，并且在所述轴导向件支承部的前端侧配置轴导向件；以及

第二直线电机，其将所述电枢配置成与设在所述框架的前端部的所述轴导向件支承部的基端侧抵接，并且在所述轴导向件支承部的前端侧配置轴导向件，

交替地配置所述第三直线电机与所述第二直线电机，以使得各直线电机的轴导向件在所述框架的宽度方向上整齐排列，

所述轴导向件支承部对所述轴导向件以自由旋转的方式进行支承，

所述轴导向件对轴以能进退移动的方式进行支承，

通过旋转电机来旋转驱动所述轴导向件。

3.根据权利要求1或2所述的直线电机单元，其特征在于，

在所述轴的外周部沿着所述轴的轴向，形成用于承接所述轴导向件的滚珠的承接槽。

4.根据权利要求1或2所述的直线电机单元，其特征在于，

各个直线电机共通地具有：励磁部，其在所述轴内具有多个永磁铁；所述电枢，其具有用于包围所述励磁部的多个线圈以及用于覆盖该线圈的磁性罩。

5.根据权利要求1或2所述的直线电机单元，其特征在于，

由于所述框架具有所述轴导向件支承部，从而形成呈L字形的L型框架。

6.根据权利要求1所述的直线电机单元，其特征在于，

所述第一直线电机与所述第二直线电机的轴导向件被同一旋转电机驱动。

7.根据权利要求2所述的直线电机单元，其特征在于，

所述第三直线电机的轴导向件与所述第二直线电机的轴导向件分别被不同的旋转电机驱动。

8.根据权利要求1或2所述的直线电机单元，其特征在于，

在所述框架上形成有用于使冷却空气通过的冷却通路。