CN104584403B - 线性电机和线性电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性电机，实现装置的小型化并实现相邻的磁极间的有效磁通的共用化，并且抵消在电枢与动子之间作用的磁吸力。本发明的线性电机的特征为，包括：动子，其以磁化方向颠倒的方式使永久磁铁或磁性材料多个并排而形成；和电枢，其包括从上下夹着所述永久磁铁或磁性材料而配置的第一磁极齿和第二磁极齿、联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿而形成磁通路径的磁性体、和分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组，该电枢在所述动子或电枢的行进方向上至少并排设置两个且这两个电枢通过所述磁性体连结，所述线性电机产生用于使所述动子和所述电枢相对水平移动的推力，所述线性电机具有来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路。

Description

线性电机和线性电机驱动系统

技术领域

本发明涉及线性电机和线性电机驱动系统，特别涉及适于在动子的永久磁铁与电枢之间产生用于相对水平移动的推力的线性电机和线性电机驱动系统。

背景技术

如专利文献1～3中记载有关于在动子的永久磁铁与电枢之间产生用于相对水平移动的推力的线性电机。

该专利文献1～3中，记载一种线性电机，由磁极和绕组构成的电枢和具有永久磁铁的动子能够相对地在水平方向上移动，上述磁极包括在永久磁铁两侧隔着空隙而相对配置的磁极齿和联结该磁极齿的磁性体，在动子的行进方向具有多个上述磁极，且由配置于电枢的绕组产生的磁通在多个磁极具有相同极性，多个相对配置的磁极齿单独构成，且每组相对配置的磁极齿能够改变该磁极齿间的距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－223697号公报

专利文献2：日本特开2010－141978号公报

专利文献3：国际公开2010/103575号

发明内容

发明要解决的课题

但是，专利文献1～3所记载的线性电机具有如下问题，即，由于在多个磁极具有相同极性，因此，虽然在动子行进方向上排列的多个之间具有降低漏磁通的效果，但随着磁极的间隔变大装置大型化，不能共用相邻的磁极间的有效的磁通。

本发明是有鉴于上述问题点而研发的，其目的在于提供一种线性电机和线性电机驱动系统，实现装置的小型化并实现相邻的磁极间的有效磁通的共用化，并且抵消在电枢与动子之间作用的磁吸力。

用于解决课题的技术方案

本发明为了实现上述目的，提供一种线性电机，其特征在于，包括：动子，其以磁化方向颠倒的方式使永久磁铁或磁性材料多个并排而形成；和电枢，其包括从上下夹着所述永久磁铁或磁性材料而配置的第一磁极齿和第二磁极齿、联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿而形成磁通路径的磁性体、和分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组，该电枢在所述动子或电枢的行进方向上至少并排设置两个且这两个电枢通过所述磁性体连结，所述线性电机产生用于使所述动子和所述电枢相对水平移动的推力，所述线性电机具有来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路。

特征还在于，来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路包括第一路径和第二路径，在所述第一路径，来自所述绕组的磁通从所述磁性体至所述第一磁极齿、从该第一磁极齿至所述第二磁极齿、从该第二磁极齿到达所述磁性体，在所述第二路径，来自所述绕组的磁通在与该第一路径正交的方向上且在各个所述电枢内到达在所述动子或电枢的行进方向上邻接的所述磁极齿。

特征还在于，分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组与分别配置于在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的绕组的卷绕方向相反。

特征还在于，分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组所产生的磁通和分别配置于在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的绕组所产生的磁通的方向彼此不同。

特征还在于，所述第一磁极齿和所述第二磁极齿、联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿而形成磁通的路径的磁性体、分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组至少具有2段以上，在各段的所述第一磁极齿和所述第二磁极齿间分别具有动子，且该动子的个数为多个。

发明效果

根据本发明，能够得到一种线性电机和线性电机驱动系统，能够实现装置小型化并实现相邻磁极间的有效磁通的共用化，并且在电枢与动子之间作用的磁吸力被抵消。

附图说明

图1是表示本发明的线性电机的实施例1的立体图。

图2是表示将图1沿Y－Z平面截断的状态的立体图。

图3是表示从图1中拔除永久磁铁的状态下的将图1沿X－Z平面截断的状态的立体图。

图4是表示本发明实施例1的绕组在第一磁极齿与第二磁极齿的间隙产生的磁通方向的与图2相当的图。

图5是表示本发明的线性电机的实施例1的第一磁通的路径和第二磁通的路径的与图1相当的图。

图6是表示本发明的线性电机的实施例1的第一磁通的路径和第二磁通的路径的与图2相当的图。

图7是表示图5所示的线性电机的1个相的电枢的立体图。

图8是将图7所示的1个相的电枢沿X－Y平面截断的状态的立体图。

图9是将图7所示的1个相的电枢沿Y－Z平面截断的状态的立体图。

图10是从箭头A方向观察图8的图。

图11是从箭头B方向观察图9的图。

图12是表示本发明的线性电机的实施例2的立体图。

图13是用于说明本发明的线性电机的实施例2的卷绕于3相的电枢的绕组的相位的图。

图14是表示本发明的线性电机的实施例2中对5个永久磁铁在Z方向并排6个磁极齿的结构的图。

图15是表示本发明的线性电机的实施例2中对7个永久磁铁在Z方向并排6个磁极齿的结构的图。

图16是表示本发明的线性电机的实施例2中对8个永久磁铁在Z方向并排9个磁极齿的结构的图。

图17是表示本发明的线性电机的实施例2中对10个永久磁铁在Z方向并排9个磁极齿的结构的图。

图18是表示本发明的线性电机的实施例2中在Z方向并排两个图14所示的结构、对10个永久磁铁在Z方向并排12个磁极齿的结构的图。

图19是表示本发明的线性电机的实施例2中在Z方向并排两个图17所示的结构、对20个永久磁铁在Z方向并排18个磁极齿的结构的图。

图20是表示本发明的线性电机的实施例3的与图1相当的立体图。

图21是图17的侧面图。

图22是表示本发明的线性电机的实施例4的与图1相当的立体图。

图23是表示将图22沿Y－Z平面截断的状态的立体图。

图24是表示本发明的线性电机的实施例5的立体图。

图25是表示将图24沿Y－Z平面截断的状态的立体图。

图26是表示本发明的线性电机的实施例6且表示沿Y－Z平面截断的状态的立体图。

图27是表示本发明的线性电机的实施例7的立体图。

图28是表示将图27沿Y－Z平面截断的状态的截面图。

图29是表示本发明的线性电机的实施例8且用于说明第一磁极齿与第二磁极齿的间隙g、第一和第二磁极齿的动子的行进方向的磁极间隔W的关系的图。

图30是表示实施例8的磁极间隔W和间隙g的比(W/g)与磁通量的关系的特性图，是无效磁通(漏磁通)和有效磁通(有助于推力)的特性的图。

图31是表示本发明的线性电机的实施例9的立体图。

图32是表示本发明的线性电机的实施例10的立体图。

图33是图32的正面图。

图34是表示将图32沿Y－Z平面截断的状态的截面图。

图35是表示本发明的线性电机的实施例11的立体图。

图36是图35的侧面图。

图37(A)是图36的A－A截面图。

图37(B)是图36的B－B截面图。

图38是表示本发明的线性电机的实施例11的效果的推力密度的特性图。

图39是表示本发明的线性电机的实施例12的立体图。

图40是将实施例12中的联结第一磁极齿和第二磁极齿的磁性体的一部分切除后的线性电机的立体图。

图41是表示实施例12中的绕组在X－Y平面上产生的磁通的图。

图42是表示实施例12中的绕组在X－Z平面上产生的磁通的图。

图43是表示设置侧板的实施例12的应用例的立体图。

图44是图43所示的应用例的线性电机的立体图。

图45是表示图43所示的应用例的磁通方向的线性电机正面图。

图46是表示本发明的线性电机的实施例13的立体图。

图47是说明图46所示的实施例13的磁通方向的图。

图48是表示实施例3的线性电机的变形例的立体图。

具体实施方式

以下，基于图示的实施例说明本发明的线性电机。其中，各实施例中，对于同一个构成部件使用相同符号。

实施例1

图1～图11表示本发明的线性电机的实施例1。该图所示的本实施例为构成3相电机的例子，为由3个电枢100、101、102构成的定子和配置有多个永久磁铁5并使相邻的永久磁铁5的磁化方向51交替的动子进行相对直线运动(水平移动)的线性电机。通过以电相位各偏离120°的方式配置由3个电枢100、101、102构成的定子来构成3相线性电机，同样以m个电枢能够构成m相驱动的线性电机。

永久磁铁5固定在保持永久磁铁5的部件(未图示)上，由永久磁铁5和保持永久磁铁5的部件构成动子。动子和定子通过可相对直线运动的支承部件保持。此外，也可以将动子固定，而使定子(电枢)侧移动。

1个电枢100包括与永久磁铁5相对的上侧的第一磁极齿11、与永久磁铁5相对的下侧的第二磁极齿12、联结上侧的第一磁极齿11和下侧的第二磁极齿12的磁性体13，且沿永久磁铁5的行进方向(Z方向)并排两个而构成。在并排两个而构成的电枢100的各第一磁极齿11和第二磁极齿12分别配置绕组2a和绕组2b，第一磁极齿11和第二磁极齿12配置在与永久磁铁5相对的位置。此外，电枢101、102也为同样的结构。

图4表示绕组2a和绕组2b在第一磁极齿11与第二磁极齿12之间的间隙产生的磁通方向(一般而言，线性电机的绕组根据永久磁铁的位置不同而随时间改变电流大小和电流方向。图4表示在某一时间流过绕组2a、2b的电流在间隙产生的磁通)。

如该图所示，绕组2a产生从下往上的磁通61a，绕组2b产生从上往下的磁通61b。

本实施例中，如图5和图6所示，形成有由绕组2a和2b产生的磁通71和72通过的两个不同的磁路。

以下，使用图7～图11说明其详情。如该图所示，由绕组2a和2b产生的磁通71和72通过的两个不同的磁路中的1个是如图10所示那样，由绕组2a产生的磁通71a通过第一磁极齿11a、磁性体13a、磁性体13b、磁性体13c而到达第二磁极齿12a的第一路径。另一个路径是如图11所示那样，由绕组2a和绕组2b产生的磁通72a通过第一磁极齿11a、磁性体13a、第二磁极齿11b、第二磁极齿12b、磁性体13c而到达第二磁极齿12a的第二路径。

即，两个不同的磁路之一是来自绕组2a和2b的磁通71从磁性体13至第一磁极齿11、从第一磁极齿11至第二磁极齿12、从第二磁极齿12到达磁性体13的第一路径；另一个磁路是，来自绕组2a和2b的磁通72在与第一通路正交的方向(永久磁铁5的行进方向(Z方向))上，且到达在动子行进方向上邻接的磁极齿的第二路径。

若详细叙述上述的磁通72通过的第二路径，则如图6所示那样成为如下循环路径，即，来自绕组2a和2b的磁通72经由磁性体13流过在动子行进方向上邻接的电枢的上侧的各个第一磁极齿11间，其朝电枢下侧的第二磁极齿12流动，磁通72经由磁性体13而流过下侧的各个第二磁极齿12之间。

通过这样构成，使来自绕组2a和2b的磁通通过第一和第二路径，磁通的路径的截面面积增加，且能够有效地产生推力。

因此，能够提供小型的线性电机，进而以从磁性体13到第一磁极齿11、从第一磁极齿11到第二磁极齿12、再从第二磁极齿12到磁性体13为路径的磁通71a如图5所示那样，与以从在永久磁铁5行进方向(Z方向)上相邻的电枢的磁性体13到第一磁极齿11、从第一磁极齿11到第二磁极齿12、从第二磁极齿12到磁性体13为路径的磁通71b，向反方向流动，因此，还具有能够缓和磁饱和的效果。由此，能够使线性电机小型化并降低铁损。

如图3所示，绕组2a产生的磁通与绕组2b产生的磁通的方向彼此不同，因此，在联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13a与联结邻接的第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13b中，磁通的方向(图4中磁通61a和61b)成反向，磁通密度降低而具有缓和磁饱和的效果。通过该效果，能够减小联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13a和13b的磁路截面积，使线性电机的小型化。

另外，本实施例中，在联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13a的侧面部、与联结在动子行进方向上邻接的第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13b的侧面部之间的一部分形成有空间81(参照图1和图3)，因此，通过在该空间81流过冷却风，能够实现绕组的冷却性能的提升，且通过利用空间81，能够期待绕组2a、2b的配线容易拉出等效果。另外，还能够将空间81用作用于设置机械性保持动子的部件的空间。

另外，本实施例的线性电机中，各相的电枢独立，在3相的电枢不易发生不平衡，因此，能够实现推力脉动的降低和低制动力(detent)。

根据这种本实施例，具有如下效果，即，能够实现装置的小型化并能够实现相邻磁极间的有效磁通的共用化，并且第一磁极齿11和第二磁极齿12相对，在永久磁铁5和各个的磁极齿间的吸引力被抵消，在电枢与动子之间作用的磁吸力变小。

实施例2

图12～图19表示本发明的线性电机的实施例2。图12所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

—般而言，为了使用线性电机来实现大推力、高速驱动，需要在线性电机的绕组上流过大电流。但是，随着流过绕组的电流增加，绕组的线径也具有增加的倾向。例如，3相电机中，可使用U相、V相、W相的绕组，在1个相内具备多个绕组的情况下还存在如下课题，即，同相绕组的间隔远离的情况、各相绕组交叉的情况等，连接多个绕组的跳线占据的空间增加，线性电机的体型增大，电感增加。特别是在需要大推力、高速驱动的线性电机中，这些影响显著。

因此，本实施例中，将分别卷绕于各电枢100、101、102的绕组2a、2b的电流相位表示于图13中，而在每组Z方向上相邻的第一磁极齿11和每组Z方向上相邻的第二磁极齿12配置绕组2a、2b，使各相成为颠倒的相位(电相位具有180°相位差的相位)。

这种配置通过改变相邻的第一和第二磁极齿11和12的绕组2a、2b的卷绕方向或通过将绕组2a、2b出入口的线互换来构成。

如图13所示，利用相邻的第一和第二磁极齿11和12将绕组2a、2b的相位改变180°，由此能够利用相邻的绕组2a、2b配线，能够削减跳线的空间。另外，在各相绕组间没有交叉的跳线，因此能够构成小型的线性电机。

本实施例中，由于相邻的第一和第二磁极齿11和12的绕组方向相反，因此，产生如实施例1的图4一样的磁通，还具有抑制磁饱和的效果。另外，每组相邻的第一和第二磁极齿11和12的磁电路成为镜像配置，还具有提高磁导(permeance)的优点。另外，如上述图5所示，磁通71a和磁通71b的方向相反，能够缓和磁饱和。由此，具有提升推力、降低磁饱和造成的脉动的优点。

这样，在相邻的磁极齿上以同相实施相位颠倒的绕组，由此，能够提升线性电机的性能。

例如，如图13所示，配置成U相、－U相、－V相、V相、W相、－W相(图13的U相、V相、W相表示在U相与V相之间电相位差为120°、在V相与W相之间电相位差为120°、在U相与－U相之间电相位差成为180°)，由此，能够对5个永久磁铁5在Z方向并排6个磁极齿，且能够使各电枢100、101、102整齐排列。

另外，图14中表示磁铁的节距(Pitch)τm和磁极齿在Z方向的节距τp的关系。

对于图14所示的5个永久磁铁5，在Z方向并排6个磁极齿(满足5τm＝6τp的关系)的结构仅为一例，只要通过以同相的方式配置相邻的磁极的绕组2a、2b能够得到相同的效果，则不限定于本结构。

例如，如图15所示，与7个永久磁铁5一起在Z方向并排6个磁极齿(7τm＝6τp)，由此能够并排同相(+U相和相对于+U相成180°相位的不同－U相)的绕组而配置相邻的磁极齿的多个绕组。由此能够消除磁路的磁饱和。

另外，图16中表示与8个永久磁铁5—起在Z方向并排9个磁极齿(8τm＝9τp)的情况的结构例。另外，图17中表示与10个永久磁铁5一起在Z方向并排9个磁极齿(10τm＝9τp)的情况的结构例。图16和图17中，均能够并排同相的绕组地配置相邻的磁极齿的多个绕组。由此能够消除磁路的磁饱和。

即，在3相线性电机的情况下，当将在Z方向并排的磁极齿数设为3m(m＝2、3、4…的整数)时，只要配置3m±1个即可。

本发明的线性电机利用反方向的磁通而具有缓和磁饱和的效果，因此m为2以上的整数。因此，只要将磁铁之节距τm和磁极齿的Z方向节距τp的关系设为(3m±1)τm＝3mτp即可。

另外，如图18所示，也可以将具有5τm＝6τp的关系的电枢100、101、102在Z方向并排两个而设为10τm＝12τp的结构。即，只要将磁铁的节距τm和磁极齿的Z方向的节距τp的关系设为n(3m±1)τm＝3mnτp即可(n＝1、2、3、4…的整数)。

此外，图19是设为n＝2、m＝3时的实施例，是2×(3×3+1)τm＝3×3×2τp即设为20τm＝18τp的例子。

根据这种本实施例，当然能够得到与实施例1相同的效果，本实施例的线性电机的各相电枢独立，在相邻的电枢间的磁通干扰小，电枢端部的相(某一相的电枢的Z方向上，一方具有其它相的电枢，另一方没有其它相的电枢)的情况下、和中央部的相(在某一相的电枢的两侧均有其它相的电枢)的情况下，推力特性产生差。当各自的相的电枢间干扰较大的情况下，电枢端部的相的推力和电枢中央部的相的推力差变大，推力的脉动和制动力变大。

本发明的线性电机中，各相的电枢独立，因此，3相的电枢上不易发生不平衡，具有能够实现推力脉动的降低和低制动力的效果。

实施例3

图20和图21表示本发明的线性电机的实施例3。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图所示的本实施例是与实施例1所示的线性电机大致相同的结构，但将联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13、联结在动子行进方向(Z方向)上邻接的第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13沿Z方向进行分割。

例如，在以层叠钢板等制作电枢的情况下，实际上产生稍微的间隙，因此，由于该间隙而在动子行进方向(Z方向)分割磁性体13。该间隙随着间隙越扩大而减少Z方向的磁路72的磁通，但间隙需要设为不遮蔽Z方向的磁路72的程度。

如图20和图21所示，在将联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13在Z方向分割的情况下，也产生以从磁性体13到第一磁极齿11、从第一磁极齿11到第二磁极齿12、从第二磁极齿12到磁性体13为路径的磁通和以与该磁通正交的永久磁铁5的行进方向为路径的磁通，磁通路径的截面面积扩大，因此磁阻被降低。

根据这种本实施例，当然能够得到与实施例1同样的效果，联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13在永久磁铁5的行进方向上不相连的情况下也具有效果。另外，利用联结各个第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13的间隙，能够保持和冷却绕组2。

实施例4

图22和图23表示本发明的线性电机的实施例4。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图示的本实施例是与实施例1所示的线性电机为大致相同的结构，但设为利用磁性体填埋图1所示线性电机的联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13之间的空间81(参照图1和图3)的结构。

即，本实施例中，绕组2a、2b的引出等经由电枢100、101、102各自的空间来进行，使得联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13的磁路截面面积增大。

根据这种本实施例，当然能够得到与实施例1同样的效果，联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13的尺寸变小，能够构成更小型的线性电机。

实施例5

图24和图25表示本发明的线性电机的实施例5。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图所示的本实施例将图1所示的线性电机的电枢100设为在动子行进方向(Z方向)上并排两个的结构，且将该两个电枢的间隔配置成电气角成为360°。

根据本实施例，当然能够得到与实施例1同样的效果，通过将图1所示电枢100的相邻的第一磁极齿11的间隔配置成为150°，将该电枢100配置成在动子行进方向上偏离360°相位，能够使设于联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13的空间81a增大。另外，3相的电枢100、101、102能够整齐排列而构成。即，能够使各相的电枢间不产生多余间隙而排列。

另外，使用根据本实施例的结构而设置的空间81a，能够确认电枢100、101、102的内部、提升绕组2a、2b的冷却性能、保持动子等。不分解电枢100、101、102而能够确认电枢内部，因此也能够提高维护性。

图25表示绕组相位的配置例，图25中，各电枢100、101、102的绕组相位，在同一个电枢中同相位的绕组和具有180°相位差的绕组彼此相邻，因此具有绕组的配线容易的效果。

实施例6

图26表示本发明的线性电机的实施例6。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图所示的本实施例以成为电气角360°+120°的方式配置电枢100、101、102的间隔。

根据这种本实施例，当然能够得到与实施例1同样的效果，通过将电枢100与电枢101的间隔设为电气角360°+120°的间隔，能够降低各相间的磁性干扰，具有能够降低推力脉动和相间的电感干扰的效果。另外，通过降低电感干扰的效果，也能够提高控制性。另外，还具有下述效果，即，将各电枢之间的空间用作用于保持绕组和动子、或用于冷却绕组等的空间。

实施例7

图27和图28表示本发明的线性电机的实施例7。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图示的本实施例为相对于以相邻的永久磁铁5的磁化方向51交替的方式配置的永久磁铁5配置多个电枢的线性电机的结构，且为相对于1个动子具有两个以上的线性电机的电枢的结构。

即，为如下结构，在由3个电枢100、101、102构成的线性电机200和在由3个电枢100、101、102构成的线性电机201这两个线性电机上，分别连接驱动装置91。

在这种本实施例的结构中，能够通过各自的驱动装置91在线性电机200和线性电机201上分别产生推力。通过使两个线性电机200与201的推力在相同方向上产生，能够产生大推力。另外，通过使其反方向作动，也能够作为制动进行动作。另外，也可以是两个线性电机200和201能够产生的推力不同的结构。

另外，根据本实施例的结构，通过从两个驱动装置91供给产生推力所需要的电流，具有能够以小容量的驱动装置来构成驱动系统的优点。另外，在两个线性电机200和201间不需要配线，能够削减用于配线的空间，能够实现线性电机驱动系统整体的小型化。

此外，驱动装置91为对绕组供给电流的装置，能够使用逆变器和伺服放大器等。在对1个相供给电流的情况下，也能够以单相的放大器来连接。

另外，也能够对各个电枢100、101、102连接单独的电源，对每一电枢调整电流以控制推力。

实施例8

图29表示本发明的线性电机的实施例8。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图示的本实施例中，在将第一磁极齿11与第二磁极齿12之间形成的间隙设为g、第一和第二磁极齿11和12与邻接的第一和第二磁极齿11和12的动子或电枢行进方向(Z方向)的磁极间隔设为W时，间隙g和磁极间隔W的关系为W≥1.2×g。

即，通过第一磁极齿11与第二磁极齿12之间的间隙g的尺寸、第一和第二磁极齿11和12与邻接的第一和第二磁极齿11和12的动子行进方向的磁极间隔W的变化，推力特性有大幅变化。例如，若使间隙g一定且将磁极间隔W制作得较小的情况下，在动子行进方向上跨越相邻的磁极齿间的磁通增加，推力降低。未作用于永久磁铁5而跨越至相邻的磁极齿的磁通成为漏磁通，成为无助于推力的磁通。通过降低漏磁通，能够降低无效电力和漏电感。

因此，本实施例中，间隙g的尺寸和磁极间隔W的关系为磁极间隔W≥1.2×间隙g，由此降低漏磁通。

使用图30说明该磁极间隔W≥1.2×间隙g的依据。

图30是表示当横軸为磁极间隔W与间隙g的比(W/g)、纵轴为磁通量时的无效磁通(漏磁通)A和有效磁通(有助于推力)B的特性的图。

如该图所示，W/g＝l中，若将无效磁通A、有效磁通B的值设为1，而观察当W/g变化时的磁通变化，若W/g＝1.2以下，则无效磁通A急剧增加，且有效磁通B逐渐减少。相对于此，若磁极间隔W/间隙g≥1.2，则可知有助于推力的有效磁通B增加。

根据该结果可理解，通过满足上式，能够提供推力相对大的线性电机。

根据这种本实施例，当然能够得到与实施例1同样的效果，漏磁通降低，能够降低无效电力和漏电感，不使推力降低，因此能得到推力相对大的线性电机。

实施例9

图31表示本发明的线性电机的实施例9。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图示的本实施例为表示实施例1～8中说明的永久磁铁5的保持方法一例的实施例。

如该图所示，本实施例中，将永久磁铁5固定于永久磁铁保持部件52。本实施例中，由永久磁铁5和永久磁铁保持部件52构成动子55，将电枢100、101、102安装固定于底座(未图示)，通过安装在电枢100、101、102和/或底座的支承部件保持动子55。

设为这种本实施例的结构也能够得到与实施例1相同的效果。

实施例10

图32～图34表示本发明的线性电机的实施例10。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

该图示的本实施例中，以上下2列构成永久磁铁5的列数，共用上下列的电枢100、101、102。即如图33所示，以夹着上层的永久磁铁5a的方式来配置第一磁极齿11a和第二磁极齿12a，以夹着下层的永久磁铁5b的方式来配置第一磁极齿11b和第二磁极齿12b。

由此，使上层绕组2a、2b产生的磁通和下层绕组2c、2d产生的磁通作用于上下层永久磁铁5a、5b，能够提升推力，同时通过共用磁路，能够实现线性电机的小型化。

本实施例的这种结构，当然能够得到与实施例1同样的效果，能够共用连接第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13，能够使磁路小型化。

此外，上述本实施例的结构为将永久磁铁5的列数设为2列时的结构例，但只要有同样的效果，则永久磁铁5的列数不限定于此，也可以在上下以多数列构成。

另外，上述本发明的各实施例以在动子上配置有永久磁铁的结构进行了说明，但在将永久磁铁改变成磁性材料的情况下也能够产生推力。

实施例11

图35～图37(B)表示本发明的线性电机的实施例11。该图所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1大致相同，因此在此省略详细说明。

图35～图37(B)中，将实施例1所示的线性电机在Y轴方向上重叠2层，通过共用电枢而小型化。

使用图37(A)和图37(B)说明本实施例的线性电机的磁路。

作为图36的A－A截面的图37(A)中，本实施例的线性电机为分割成第一磁极齿11、第二磁极齿12、以和联结第一磁极齿11和第二磁极齿12这3部分的磁性体13的结构，由上层第一磁极齿11a和联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的上层上侧的磁性体13a1、下层第二磁极齿12b和联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的下层下侧的磁性体13a2、上层第二磁极齿12a、下层第一磁极齿11b、联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的中央部的磁性体13b构成。而且，在上层第一磁极齿11a配置绕组2a，在上层第二磁极齿12a配置绕组2b，在下层第一磁极齿11b配置绕组2c，在下层第二磁极齿12b配置绕组2d。

图37(A)和图37(B)中，利用箭头61a表示由绕组2a和2b产生的磁通方向，另外，利用箭头61b表示由绕组2c和绕组2d产生的磁通方向。

如该图所示，将作用于上层动子55的磁通61a和作用于下层动子55的磁通61b设为同一方向，并以上层上侧的磁性体13a1和下层下侧的磁性体13a2和中央部的磁性体13b形成磁路，由此，与上层永久磁铁5a相对的绕组2a和2b产生的磁通也作用于下层永久磁铁5b。另一方面，与下层永久磁铁5b相对的绕组2c和2d产生的磁通也作用于上层永久磁铁5a。通过该效果，相对于实施例1中说明的将动子55设为1层的线性电机，可提升每单位体积的推力(推力密度)(效果A)。

另外，说明与A－A截面(图37(A))所示的部分相邻的磁性体的磁路。使用作为图36的B－B截面的图37(B)说明与A－A截面的磁极齿相邻的磁极齿的磁路结构。

图37(B)中，绕组2e和2f产生的磁通经由上层上侧的磁性体13a1、下层下侧的磁性体13a2和中央部的磁性体13b而作用于下侧的永久磁铁5b，绕组2g和2h产生的磁通经由上层上侧的磁性体13a1、下层下侧的磁性体13a2和中央部的磁性体13b而作用于上侧的永久磁铁5a。使在相邻的磁极产生的磁通成为逆方向，由此，可以通过图37(A)和图37(B)所示的在X－Y截面内产生的磁通路径和图36所示在Y－Z面内产生的磁通路径增大磁路截面面积，能够进一步提升推力密度(效果B)。

本实施例中，说明了将电枢100设为磁极齿在Z方向上并设两个的情况，但在将磁极齿在Z方向上设置1个的情况下，通过将动子55设为多层，共用磁路，也可以使绕组产生的磁通相互作用，并通过上述效果A使线性电机小型化。另外，通过在Z方向上并设多个磁极，能够实现磁路截面面积的扩大，并能够更加小型化。

因此，关于上述效果A，不限定于在Z方向上并设动子的情况，通过以将设计成多层结构的绕组产生的磁通设为同一方向，且多层结构的磁通相互作用的方式使磁路共用，由此也能够得到效果。

本实施例的线性电机中，图38表示将在Y方向上设置2层的绕组所产生的磁通设为同一方向时的推力密度和设为相反方向时的推力密度的磁界解析的结果。

图8表示比较由绕组产生的磁通方向设为相反的时的、将额定电流1.0(p.u.)的额定推力设为1.0(p.u.)且由绕组产生的磁通方向设为相同时的推力的结果。

如该图所示，通过将由2层绕组产生的磁通方向设为相同，与由绕组产生的磁通方向设为相反的情况相比可知，推力密度成为1.36倍。

此外，本实施例中说明了将动子55设为2层结构的情况，但对于3层以上的结构，同样也能够提升推力密度。另外，将上下层的磁路分割成上层上侧的磁性体13a1、下层下侧的磁性体13a2和中央部的磁性体13b，由此，将上层上侧的磁性体13a1与下层下侧的磁性体13a2之间的中央部的磁性体13b数量增加，能够容易设为多层结构。此时，通过多个绕组的磁通相互作用，能够缩小电枢的体型。

本发明能够实现磁电路的共用引起的线性电机体型的削减和磁阻降低引起的推力提升。

另外，本实施例的线性电机需要通过推力提升来提升动子55的强度。为了提高动子55的强度，考虑增厚动子55。但是，由于增厚动子55，磁阻增加且推力密度降低。

因此，如图35所示，通过在配置有永久磁铁5的永久磁铁保持部件52的两侧设置侧板57，不增厚动子55的厚度而能够提升动子55的强度。另外，通过将安装有侧板57的动子55设为多层结构，且在动子55的端部安装连结板56，由此，可实现动子55的大幅的刚性提升。由此，不需增加磁阻而能够提升动子55的刚性，因此，可解决推力和推力密度大、大推力的线性电机中成为课题的动子55的强度问题。

实施例12

图39～图42表示本发明的线性电机的实施例12。图39～图42所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1和实施例2大致相同，因此在此省略详细说明。

该图所示的本实施例的线性电机由于提升动子55的刚性，因此，是将联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13予以切除(切断)的实施例。

即，如图39所示，切断联结构成电枢100至102的第一磁极齿和第二磁极齿12的磁性体13。而且，将配置了永久磁铁5的磁铁保持部件52紧固于基板53，由此，降低永久磁铁保持部件52相对于大推力的变形。

图40表示将联结第一磁极齿11和第二磁极齿12的磁性体13切断后的线性电机一例。另外，图40所示的线性电机的X－Y平面中的磁通如图41所示、X－Z面内的磁通如图42所示。通过构成多个磁路，降低磁阻且能够使线性电机小型化。

另外，实施例3的结构中，将配置有永久磁铁5的永久磁铁保持部件52固定于基板53上而成为固定侧。电枢100、101、102成为可动侧，且固定侧和可动侧进行相对移动。

作为此时的固定侧的保持方法的一例，如图41所示，在固定侧和可动侧之间设置可动部支承具85来相对地保持位置。该可动部支承件85可使用导向辊或LM导向件等，但並不限定于该些。

图43～图45表示在永久磁铁保持部件52设置侧板57来抑制永久磁铁保持部件52的变形的本实施例的应用例的构造。例如，图45中，也可以在侧板57的上部设置导向辊等，来相对地保持固定侧和可动侧的位置。

本实施例的这种结构也能够得到与实施例11相同的效果。

实施例13

图46和图47表示本发明的线性电机的实施例13。图46和图47所示的本实施例的线性电机的结构与实施例1、实施例2大致相同，因此在此省略详细说明。

该图所示的本实施例的线性电机是将动子55的层数设为4层且在Z方向上配置两组电枢100、101、102的实施例。

即，本实施例的线性电机包括：磁性体14(形状A)，其由第一磁极齿11、联结该第一磁极齿11和第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成；磁性体16(形状B)，其由第二磁极齿12、联结第一磁极齿11和第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成；磁性体15(形状B)，其由第一磁极齿11、第二磁极齿12和联结第一磁极齿11和第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成；电枢100、101、102，其由卷绕于各磁极齿的绕组构成。而且，由配置于各磁极齿的绕组产生的磁通61朝向同一方向，各绕组的磁通相互作用，能够增大磁导。

另外，在由第一磁极齿11、联结第一磁极齿11和第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成的磁性体14，和由第二磁极齿12、联结第一磁极齿11与第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成的磁性体16之间，夹着由第一磁极齿11和第二磁极齿12、和联结第一磁极齿11与第二磁极齿12而形成磁通路径的磁性体构成的磁性体15，通过该构造，能够以2种形状的磁性体(形状A与形状B)的组合容易地形成多层化，且通过多层化，通过共用磁通和磁电路，能够提升推力和推力密度。另外，通过连结多层化的动子能够提升动子的刚性。

此外，本实施例只要可得到相同的效果，就不限定于多层结构，例如，如图48所示，也可以是将动子55的层数设为1层且在Z方向上配置1组电枢100、101、102的结构。

本发明的实施例11～实施例13中，通过在电枢横部设置通过绕组配线等的空间，但本孔的有无不限定本发明。

此外，本发明不限定于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了便于说明本发明而详细说明，未必限定于具备说明的全部结构。另外，可将某一实施例的结构的一部分置换为其它实施例的结构，另外，也可以对某一实施例的结构添加其它实施例的结构。还可以对各实施例的结构的一部分追加、删除、置换其它结构。

符号说明

2a、2b、2c、2d、2e、2f、2g、2h…绕组、5…永久磁铁、5a…上层永久磁铁、5b…下层永久磁铁、11…第一磁极齿、11a…上层第一磁极齿、11b…下层第一磁极齿、12…第二磁极齿、12a…上层第二磁极齿、12b…下层第二磁极齿、13、14、15、16…磁性体、13a1…上层上侧的磁性体、13a2…下层下侧的磁性体、13b…中央部的磁性体、51…永久磁铁的磁化方向、52…永久磁铁保持部件、53…基板、55…动子、56…连结板、57…侧板、60、61a、61b、61c、61d、71、72…磁通、81、81a…空间、85…可动部支承件、91…驱动装置、100、101、102…电枢、200、201…线性电机。

Claims (17)

1.一种线性电机，其特征在于，包括：

动子，其以磁化方向颠倒的方式使永久磁铁或磁性材料多个并排而形成；和

电枢，其包括从上下夹着所述永久磁铁或磁性材料而配置的第一磁极齿和第二磁极齿、联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿而形成磁通路径的磁性体和分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组，该电枢在所述动子或电枢的行进方向上至少并排设置两个且这两个电枢通过所述磁性体连结，

所述线性电机产生用于使所述动子和所述电枢相对水平移动的推力，

所述线性电机具有来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路。

2.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路包括第一路径和第二路径，在所述第一路径，来自所述绕组的磁通从所述磁性体至所述第一磁极齿、从该第一磁极齿至所述第二磁极齿、从该第二磁极齿到达所述磁性体，在所述第二路径，来自所述绕组的磁通在与该第一路径正交的方向上且在各个所述电枢内到达在所述动子或电枢的行进方向上邻接的所述磁极齿。

3.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组与分别配置于在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的绕组的卷绕方向相反。

4.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组所产生的磁通与分别配置于在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的绕组所产生的磁通的方向彼此不同。

5.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

在联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的磁性体的侧面部与联结在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的磁性体的侧面部之间的一部分形成有空间。

6.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的所述磁性体、与联结在所述动子或电枢的行进方向上邻接的第一磁极齿和第二磁极齿的磁性体分开配置。

7.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组，在所述动子或电枢的行进方向上邻接的各磁极齿的相位相同或相差180°。

8.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

包括在所述动子或电枢的行进方向上多个并排的第一和第二磁极齿，且磁铁的节距τm和磁极齿在Z方向上的节距τp满足(3m±1)τm＝3mτp的关系，其中，m＝2、3、4…。

9.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

包括在所述动子或电枢的行进方向上多个并排的第一和第二磁极齿，且磁铁的节距τm和磁极齿在Z方向上的节距τp满足n(3m±1)τm＝3mnτp的关系，其中，n＝1、2、3…、m＝2、3、4…。

10.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

所述永久磁铁在上下配置有多列。

11.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

所述永久磁铁在上下配置有两列。

12.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

至少具有两个以上的所述动子。

13.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

在配置所述永久磁铁的永久磁铁保持部件上设置有侧板。

14.根据权利要求12所述的线性电机，其特征在于：

所述动子多个相连。

15.根据权利要求1所述的线性电机，其特征在于：

配置所述永久磁铁的永久磁铁保持部件紧固在基板上。

16.一种线性电机，其特征在于，包括：

磁化方向颠倒的永久磁铁或磁性材料多个并排而形成的动子；和

电枢，其包括从上下夹着所述永久磁铁或磁性材料而配置的第一磁极齿和第二磁极齿、联结所述第一磁极齿和所述第二磁极齿而形成磁通路径的磁性体、和分别配置于所述第一磁极齿和所述第二磁极齿的绕组，该电枢在与所述动子或电枢的行进方向交叉的方向上至少并排设置两个且这两个电枢通过所述磁性体连结，

所述线性电机产生用于使所述动子和所述电枢相对水平移动的推力，

两个所述电枢的所述绕组所产生的磁通方向相同，

具有来自所述绕组的磁通所通过的至少两个不同的磁路。

17.一种线性电机驱动系统，其特征在于：

包括多个权利要求1所述的线性电机，所述线性电机各自具有驱动装置。