CN104578680A - 直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不缩短有效冲程长度就能够减小齿槽推力的直线电机。直线电机(1)是将励磁(3)作为可动部件，并将电枢(2)作为定子，其具有：磁轭(10)；在磁轭(10)上沿着励磁(3)的行进方向而配置成极性交替不同的多个主极磁铁(11)和位于多个主极磁铁(11)两端的两个附加极磁铁(12)；以及形成在两个附加极磁铁(12)的与电枢(2)对置的端部上的突出部(12a)。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及直线电机。

背景技术

在专利文献1中记载了一种动磁铁型的直线滑台，其是将由永久磁铁构成的励磁作为可动部件，并将具有电枢绕组的电枢作为定子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-269822号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述现有技术中，励磁用永久磁铁上设置有扭斜角并将其配置在工作台上。像这样，在永久磁铁上设置扭斜角的情况下，与没有设置扭斜角的情况相比，工作台在冲程方向上的尺寸变长。其结果是存在以下问题，相对于固定基座的工作台的有效冲程长度变短。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供不缩短有效冲程长度、就能够减小齿槽推力的直线电机。

用于解决问题的方法

为了解决上述问题，根据本发明的一个观点，应用一种直线电机，该直线电机将励磁作为可动部件、并将电枢作为定子，所述直线电机具有磁轭、多个永久磁铁和突出部，在所述磁轭上将所述多个永久磁铁配置成沿着所述可动部件的行进方向而使其极性交替不同；所述突出部形成在位于所述多个永久磁铁两端的两个所述永久磁铁的与所述电枢对置的端部上。

另外，为了解决上述问题，根据本发明的其它观点，应用一种直线电机，该直线电机将励磁作为可动部件、并将电枢作为定子，所述直线电机具有磁轭、多个第一永久磁铁和第二永久磁铁，在所述磁轭上将所述多个第一永久磁铁配置成沿着所述可动部件的行进方向而使其极性交替不同；所述第二永久磁铁配置在所述多个第一永久磁铁的所述行进方向上的两端侧，并在与所述电枢对置的端部上形成有切口部。

另外，为了解决上述问题，根据本发明的其它观点，应用一种直线电机，该直线电机将励磁作为可动部件、并将电枢作为定子，所述直线电机具有磁轭、多个永久磁铁和单元，在所述磁轭上将所述多个永久磁铁配置成沿着所述可动部件的行进方向而使其极性交替不同；所述单元形成在位于所述多个永久磁铁两端的两个所述永久磁铁上，并用于使所述两个所述永久磁铁与所述电枢之间的磁隙尺寸沿着所述行进方向发生变化。

发明效果

根据本发明，不缩短直线电机的有效冲程长度，就能够减小齿槽推力。

附图说明

图1是表示实施方式的直线电机的纵剖视图。

图2是用于说明附加极磁铁的功能的说明图。

图3是表示附加极磁铁的突出部的尺寸的说明图。

图4是表示在励磁中设置了不具有突出部的附加极磁铁的比较例的情况下的、直线电机的动作时的齿槽推力的说明图；以及表示在励磁中设置了具有突出部的附加极磁铁的本实施方式的情况下的、直线电机的动作时的齿槽推力的说明图。

图5是表示设置了不具有突出部的附加极磁铁的比较例的情况下的齿槽推力的曲线图；以及表示设置了具有突出部的附加极磁铁的本实施方式的情况下的齿槽推力的曲线图。

图6是表示在永久磁铁上设有扭斜角的情况下的有效冲程、和设置了具有突出部的附加极磁铁的本实施方式的有效冲程的说明图。

图7是表示设有梯形形状的突出部的附加极磁铁的说明图。

附图标记的说明

1：直线电机、2：电枢、3：励磁、4：齿、5：电枢铁心、6：电枢线圈、7：槽、10：磁轭、11：主极磁铁(永久磁铁、第一永久磁铁)、12：附加极磁铁(永久磁铁、第二永久磁铁)、12a：突出部、16：附加极磁铁(永久磁铁、第二永久磁铁)、16a：突出部、M：磁通。

具体实施方式

以下边参照附图，边说明一个实施方式。

[直线电机的整体结构]

使用图1，说明本实施方式的直线电机的整体结构。如图1所示，本实施方式的直线电机1是将电枢2作为定子、并将励磁3作为可动部件的动磁铁型的直线电机。

电枢2具备：具有沿着励磁3的冲程方向(行进方向)排列的多个(在该例子中是九个)齿4的电枢铁心5；以及卷绕在各齿4上的多个(在该例子中是九个)电枢线圈6。卷绕在各齿4上的电枢线圈6被容纳在槽7中，所述槽7形成在各个齿4之间。

励磁3具备：磁轭10，其沿着上述冲程方向移动自如地被未图示的直线导轨支撑；以及多个永久磁铁，其沿着上述冲程方向以NS的极性交替不同的方式并以预定间隔、配置在磁轭10的与电枢2对置的对置面上。在该例子中，多个永久磁铁由三个主极磁铁11和两个附加极磁铁12构成，将这两个附加极磁铁12配置在这些主极磁铁11的上述冲程方向上的两端侧。与电枢2隔开预定的磁隙(间隙)，将这些主极磁铁11以及附加极磁铁12进行对置设置。此外，主极磁铁11相当于第一永久磁铁的一个例子，附加极磁铁12相当于第二永久磁铁的一个例子。

附加极磁铁12形成了比主极磁铁11更小的宽度(沿着上述冲程方向的长度)，将附加极磁铁12与相邻的主极磁铁11之间的间距间隔配置成，比主极磁铁11彼此之间的间距间隔更小。在该例子中，相对于三个齿4(三个槽)将两个主极磁铁11进行对置设置，直线电机1由两极三槽的槽配合构成。

在这里，假设在磁轭10的冲程方向的两端部上没有设置附加极磁铁12，而设有与主极磁铁11相同的永久磁铁的情况下，从端部的主极磁铁11向冲程方向的外方会产生漏磁通，在相邻的主极磁铁11所形成的磁路上，在冲程方向的两端部中会发生磁的不均衡。对此，如图2所示，由于通过在磁轭10的冲程方向的两端部上设置附加极磁铁12，在附加极磁铁12与主极磁铁11之间能够形成与磁路Q相同的磁路，所述磁路Q由励磁3的相邻的主极磁铁11所形成，因此能够防止在磁轭10的冲程方向的两端部上发生磁的不均衡。如上所述，在直线电机1中，在磁轭10的冲程方向的两端部上配置附加极磁铁12。

[附加极磁铁的特征]

如图3所示，在附加极磁铁12的与电枢2对置一侧(图3中的下侧)的端部上，形成有突出部12a。附加极磁铁12呈在冲程方向上对称的形状。在该例子中，从与冲程方向垂直的方向(图3中的与纸面垂直的方向)观察，突出部12a的形状为大致四边形，形成有突出部12a的附加极磁铁12的端部为凸型形状。通过例如在大致四边形的附加极磁铁的与电枢2对置一侧的端部上形成两个切口部12b，由此形成突出部12a。突出部12a用于将位于两端部的附加极磁铁12的磁通变成所希望的分布，并使得由两端部的附加极磁铁12产生的齿槽推力、与由端部以外的主极磁铁11产生的齿槽推力相抵消，对此在后面进行详细说明。此外，突出部12a以及切口部12b，就相当于使与电枢之间的磁隙尺寸沿着行进方向发生变化的单元的一个例子。

根据槽配合，来设定附加极磁铁12的突出部12a的尺寸。如本实施方式所示在两极三槽的情况下，如图3所示，若将主极磁铁11的厚度(与电枢2对置的方向的尺寸，图3中的上下方向的长度)设为H，附加极磁铁12的宽度(行进方向上的尺寸，图中的左右方向的长度)设为W，则突出部12a的厚度为0.25H，突出部12a的宽度为0.5W左右。此外，还包括五极六槽等其他的槽配合，优选为，突出部12a的厚度为0.2H～0.3H，突出部12a的宽度为0.4W～0.6W左右。

[由附加极磁铁产生的主极磁铁的齿槽推力的抵消]

图4表示：在直线电机的动作时的齿槽推力的说明图。图4(a)是在励磁3上设置了不具有突出部12a的附加极磁铁12′的比较例的情况，图4(b)是在励磁3上设置了具有突出部12a的附加极磁铁12的本实施方式的情况。在图4(a)以及图4(b)中，由于槽配合为两极三槽，因此将主极磁铁11的磁铁间距设为180°的电角，齿4的配置间距为120°。此外，在该图4的说明中、称为“右”以及“左”的情况下，分别是指图4中的右方向以及左方向。另外，图4中的表示齿槽推力的方向的箭头长度，就表示齿槽推力的大小。

将励磁3相对于电枢铁心5位于冲程方向左端时设为电角0°的位置。在这种情况下，由于在本实施方式、比较例的任一方式中，关于左侧的主极磁铁11和右侧的主极磁铁11都与齿4大致正对，关于中央的主极磁铁11与相邻的齿4之间的槽7大致正对，因此任一方式中的齿槽推力大致为0。换句话说，由主极磁铁11产生的齿槽推力，在+方向(图4中的左方向)与－方向(图4中的右方向)的大小均等。其结果为，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力变为0。另外，由左端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力作用于－方向，由右端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力作用于+方向，其大小变为均等。其结果为，由两端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的总的齿槽推力变为0。因而，在本实施方式、比较例的任一方式中，由主极磁铁11和附加极磁铁12′产生的整体的齿槽推力的总计都变为0。

下面，当观察关于电角15°的位置时，在比较例的情况下，基于各主极磁铁11与齿4的对置位置，关于左侧的主极磁铁11与右侧的主极磁铁11，其齿槽推力在+方向上变大，关于中央的主极磁铁11，其齿槽推力在－方向上变小。其结果为，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力在+方向上变大。另外，基于各附加极磁铁12′与齿4的对置位置，关于左端的附加极磁铁12′，其齿槽推力在－方向上变大，关于右端的附加极磁铁12′，其齿槽推力在+方向上变小。其结果为，由附加极磁铁12′产生的总的齿槽推力在－方向上变小。因而，利用由附加极磁铁12′产生的齿槽推力、来抵消由主极磁铁11产生的齿槽推力的效果很小。

另一方面，在本实施方式的情况下，由于左端的附加极磁铁12的大致整个突出部12a与齿4重叠并进行对置，所以齿槽推力在－方向上变大，由于右端的附加极磁铁12的突出部12a与齿4偏离并进行对置，所以齿槽推力大致变为0。其结果为，由两端的附加极磁铁12产生的总的齿槽推力在－方向上变大。此外，在本实施方式中，由主极磁铁11产生的齿槽推力与比较例的情况相同，主极磁铁11的总的齿槽推力在+方向上变大。因而，利用由附加极磁铁12产生的齿槽推力，大大地抵消了由主极磁铁11产生的齿槽推力。

下面，当观察关于电角30°的位置时，在比较例的情况下，基于各主极磁铁11与齿4的对置位置，关于左侧的主极磁铁11与右侧的主极磁铁11，其齿槽推力在+方向上变小，关于中央的主极磁铁11，其齿槽推力在－方向上变大。其结果为，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力大致变为0。另外，关于附加极磁铁12′，由于左端的附加极磁铁12′与齿4大致正对，右端的附加极磁铁12′与相邻的齿4之间的槽7大致正对，因此任一个的齿槽推力都大致变为0。其结果为，由两端的附加极磁铁12′产生的总的齿槽推力变为0。因而，由主极磁铁11和附加极磁铁12′产生的整体的齿槽推力的总计大致变为0。

另一方面，在本实施方式的情况下，由于左端的附加极磁铁12与齿4大致正对，右端的附加极磁铁12与相邻的齿4之间的槽7大致正对，因此任一个的齿槽推力都大致为0，由两端的附加极磁铁12产生的总的齿槽推力大致为0。此外，由主极磁铁11产生的齿槽推力与比较例的情况相同，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力大致为0。因而，与上述比较例相同，由主极磁铁11和附加极磁铁12产生的整体的齿槽推力的总计大致为0。

下面，当观察关于电角45°的位置时，在比较例的情况下，基于各主极磁铁11与齿4的对置位置，关于左侧的主极磁铁11与右侧的主极磁铁11，其齿槽推力在+方向上变得极小，关于中央的主极磁铁11，其齿槽推力在－方向上变大。其结果为，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力在－方向上变大。另外，基于各附加极磁铁12′与齿4的对置位置，关于左端的附加极磁铁12′，其齿槽推力在+方向上变大，关于右端的附加极磁铁12′，其齿槽推力在－方向上变小。其结果为，由两端的附加极磁铁12′产生的总的齿槽推力在+方向上变小。因而，利用由附加极磁铁12′产生的齿槽推力来抵消由主极磁铁11产生的齿槽推力的效果很小。

另一方面，在本实施方式的情况下，由于左端的附加极磁铁12的大致整个突出部12a与齿4重叠并进行对置，所以齿槽推力在+方向上变大，由于右端的附加极磁铁12的突出部12a与齿4偏离并进行对置，所以齿槽推力大致变为0。其结果为，由两端的附加极磁铁12产生的总的齿槽推力在+方向上变大。此外，在本实施方式中，由主极磁铁11产生的齿槽推力与比较例的情况相同，主极磁铁11的总的齿槽推力在－方向上变大。因而，利用由附加极磁铁12产生的齿槽推力，大大地抵消了由主极磁铁11产生的齿槽推力。

下面，当观察关于电角60°的位置时，由于在本实施形式、比较例的任一方式中，关于中央的主极磁铁11与齿4大致正对，关于左侧的主极磁铁11和右侧的主极磁铁11与相邻的齿4之间的槽7大致正对，因此由主极磁铁11产生的齿槽推力在+方向和－方向上的大小变为均等。其结果为，由主极磁铁11产生的总的齿槽推力变为0。另外，由左端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力作用于+方向，由右端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力作用于－方向，其大小变为均等。其结果为，由两端的附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的总的齿槽推力变为0。因而，在本实施方式、比较例的任一方式中，由主极磁铁11和附加极磁铁12′产生的整体的齿槽推力的总计都变为0。

将由本实施方式产生的齿槽推力的仿真结果与比较例进行对比，并表示在图5中。图5(a)是在励磁3上设置不具有突出部12a的附加极磁铁12′的比较例的情况，图5(b)是在励磁3上设置具有突出部12a的附加极磁铁12的本实施方式的情况。此外，在图5中，利用间隔大的虚线来表示由主极磁铁11产生的齿槽推力，利用间隔小的虚线来表示由附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力，并利用粗的实线来表示由这些合成产生的齿槽推力。

如图5(a)及图5(b)所示，由主极磁铁11产生的齿槽推力变为大致正弦波形状，该大致正弦波形状是根据励磁3相对于电枢2的位置而将电角60°设为一个周期。另一方面，虽然由附加极磁铁12(附加极磁铁12′)产生的齿槽推力也变为将电角60°设为一个周期的大致正弦波形状，但是相对于主极磁铁11的波形而成为反相(相位差为大约30°电角)。在图5(a)所示的比较例中，由于由附加极磁铁12′产生的齿槽推力小，因此通过附加极齿槽推力而抵消主极齿槽推力的效果很小。因而，将主极齿槽推力与附加极齿槽推力进行合成后的合成齿槽推力只能减小至主极齿槽推力的70％～80％左右。对此，在本实施方式中，由于由附加极磁铁12产生的齿槽推力大，因此通过附加极齿槽推力而抵消主极齿槽推力的效果很大。因而，能够使主极齿槽推力与附加极齿槽推力进行合成后的合成齿槽推力大大减小至主极齿槽推力的20％～30％左右。

〈实施方式的效果〉

如上述说明，在本实施方式的直线电机1中，在磁轭10上配置有多个(在该例子中是三个)主极磁铁11和位于其两端的两个附加极磁铁12。在两端的附加极磁铁12的与电枢2对置的端部上，形成有突出部12a。利用该突出部12a，将位于两端部的附加极磁铁12的磁通变成所希望的分布，并使得由附加极磁铁12产生的齿槽推力、与由主极磁铁11产生的齿槽推力相抵消，并能够减小作用于励磁3与电枢2之间的齿槽推力。

另外，其结果是获得如下效果。一般为了减小齿槽推力而采用永久磁铁的扭斜结构。图6(a)表示该扭斜结构的一个例子。如图6(a)所示，在主极磁铁11以及附加极磁铁12上设有扭斜角的情况下，由于磁轭10的冲程方向上的尺寸变长，因此相对于电枢2的磁轭10的有效冲程长度变短。对此，在本实施方式中，如上所述由于能够减小齿槽推力，因此在永久磁铁(主极磁铁11以及附加极磁铁12)上不需要设置并配置扭斜角。其结果是，如图6(b)所示，由于与设置扭斜角的情况进行比较，能够使磁轭10的冲程方向上的尺寸变得小型化，因此能够确保相对于电枢2的磁轭10的有效冲程长度进一步变长。

如上所示，根据本实施方式，不缩短有效冲程长度，就能够减小齿槽推力。另外，由于不设置扭斜角，因此能够防止由扭斜导致的电机常数的下降。

另外，在本实施方式中，尤其是根据槽配合，来设定突出部12a的冲程方向上的尺寸W以及与电枢2对置方向上的尺寸H。由此，在各种各样的槽配合中，不缩短有效冲程长度就可以实现一种能够减小齿槽推力的直线电机。

[变形例]

此外，上述实施方式并不限于以上说明的内容，在不脱离其宗旨以及技术思想的范围内，能够进行各种各样的变形。

例如，在上述实施方式中，从与冲程方向垂直的方向观察，将附加极磁铁12的突出部12a的形状设为大致四边形，但是也可以将突出部的形状设为大致梯形。图7表示：本变形例中的附加极磁铁的一个例子。

如图7所示，在本变形例的附加极磁铁16中，与电枢2对置一侧(图7中的上侧)的端部上，形成有从与冲程方向垂直的方向(与图7的纸面垂直的方向)观察时呈大致等腰梯形形状的突出部16a。此外，附加极磁铁16相当于第二永久磁铁的一个例子。

附加极磁铁16的N极侧的表面，在突出部16a的冲程方向两侧的倾斜面16b上，相对于电枢铁心5的齿4后退到比中央部更偏离的方向上。由此，与上述实施方式相同，能够有效地使得由附加极磁铁16产生的齿槽推力、与由主极磁铁11产生的齿槽推力相抵消。此外，突出部16a以及倾斜面16b，就相当于使与电枢之间的磁隙尺寸沿着行进方向发生变化的单元的一个例子。

除了以上已说明的内容之外，也可以适当组合并利用上述实施方式或变形例的方法。

此外，不进行一一举例，但是上述的实施方式、变形例在不脱离其宗旨的范围内，能够实施增加了各种变更的方式。

Claims (7)

1.一种直线电机，其是将励磁作为可动部件，并将电枢作为定子，其特征在于，具有：

磁轭；

多个永久磁铁，在所述磁轭上将所述多个永久磁铁配置成沿着所述可动部件的行进方向而使其极性交替不同；以及

突出部，其形成在位于所述多个永久磁铁两端的两个所述永久磁铁的与所述电枢对置的端部上。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，

形成有所述突出部的所述永久磁铁呈在所述行进方向上对称的形状。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，

从与所述行进方向垂直的方向观察，所述突出部的形状为大致四边形。

4.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，

从与所述行进方向垂直的方向观察，所述突出部的形状为大致梯形。

5.根据权利要求3或4所述的直线电机，其特征在于，

根据槽配合，来设定所述突出部在所述行进方向上的尺寸以及在与所述电枢对置方向上的尺寸。

6.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，

形成有所述突出部的永久磁铁在所述行进方向上的尺寸比其他的所述永久磁铁更小，将形成有所述突出部的永久磁铁与相邻的所述其他的永久磁铁之间的间距间隔配置成，比该其他的永久磁铁彼此之间的间距间隔更小。

7.一种直线电机，其是将励磁作为可动部件，并将电枢作为定子，其特征在于，具有：

磁轭；

多个第一永久磁铁，在所述磁轭上将所述多个第一永久磁铁配置成沿着所述可动部件的行进方向而使其极性交替不同；以及

第二永久磁铁，其配置在所述多个第一永久磁铁的所述行进方向上的两端侧，并在与所述电枢对置的端部上形成有切口部。