CN104734454A - 线性马达及其适用的马达组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性马达及其适用的马达组，该线性马达包括壳体、定子结构及动子结构。其中，壳体沿第一方向设置。定子结构包括至少两个第一磁石，且至少两个第一磁石分别对应设置在两个第一导磁背板之间。动子结构包括线圈绕组，线圈绕组具有外露部分，外露部分沿第二方向延伸且设置在两个第一导磁背板之间，并至少部分地在第三方向上与至少两个第一磁石重叠，使得线圈绕组受磁力带动动子结构及壳体沿第一方向往复运动。采用本发明可有效解决磁路干扰问题，同时提升马达出力，并使机构刚性优化。

Description

线性马达及其适用的马达组

技术领域

本发明涉及一种线性马达，尤指一种具有独立封闭磁场且可以多个组合应用的线性马达及其适用的马达组。

背景技术

在工业制造或自动控制等领域中，要达到直线运动的位置控制，传统上大多使用伺服马达加上滚珠螺杆的驱动方式。在主要应用领域，如半导体、电子、光电、医疗设备及自动化控制等工业的快速发展及激烈竞争，各领域对于马达线性运动性能的要求也日渐升高，期望马达具有高速度、低噪音及高定位精度等，故在许多应用场合下都已使用线性马达来取代传统伺服马达等机械式的运动方式。

一般而言，使用传统轴式线性马达的马达组，虽可使多个线性马达达到独立作动，然因其机构上的特性，要同时达到微小化、大推力及马达磁场间彼此独立是相当困难的问题，且传统轴式线性马达尚需与线性滑轨及位置传感器相互整合，易因整合不佳或整合上的考虑产生额外的空间需求。

参见图1A，其为传统轴式线性马达的示意图。如图1A所示，传统轴式线性马达1具有壳体10及轴部11，马达所用的线圈绕组则环绕轴部11而设置在壳体10的内部。由于该线圈绕组为圆形，故当传统轴式线性马达1的高度或宽度受到空间限制时，若想增加马达的出力，势必要增加马达的总长度。然而，当传统轴式线性马达1的细长比过大时，将造成机构刚性不佳及加工困难等问题，甚至衍生出制造时的绕线及灌胶等工艺问题。

参见图1B，其为使用传统轴式线性马达的马达组的示意图。如图1B所示，马达组100使用多个传统轴式线性马达1组成，除前述的缺点外，由于马达组中各个传统轴式线性马达1的磁场彼此开放地存在，因此极易造成传统轴式线性马达1磁场间的干扰问题，同时因马达壳体彼此紧密相连，壳体表面温度易使马达组相连接的位置感测组件受高热失效等情形发生。

因此，有必要发展一种具有独立封闭磁场的线性马达及其适用的马达组，以改善前文提及的各项缺点及问题，进而增进其产业上的实用性。

发明内容

在下文中给出关在本发明的简要概述，以便提供关在本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关在本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的主要目的为提供一种线性马达及其适用的马达组，解决传统轴式线性马达易因整合不佳产生额外空间需求，在规格受到空间限制时无法有效增加出力，以及想增加出力时造成马达细长比过大，导致机构刚性不佳且加工困难，以及使绕线及灌胶的工艺难度提高等问题。此外，更可进一步解决磁场开放的多个传统轴式线性马达的间的磁路干扰以及线圈热传至壳体表面造成位置感测组件失效等问题。

本发明的另一目的为提供一种线性马达及其适用的马达组，通过线圈绕组的造型及位置设计，以及第一导磁背板将磁路闭锁为独立封闭磁场，可有效解决线性马达之间的磁路干扰问题。此外，马达磁石及第一导磁背板的相互配合，同时避免受到空间限制并达到无须增加细长比即可大幅提升马达出力的功效，进而使机构刚性优化，并简化工艺及加工难度。

本发明的另一目的为提供一种线性马达及其适用的马达组，通过线性马达壳体的第一本体及第二本体间以连接部连接的机构特性，可有效减少热传至感测组件并增加散热面径。

为达上述目的，本发明的一较佳实施例为提供一种线性马达，包括：一壳体，沿一第一方向设置；一定子结构，包括至少两个第一磁石，其中该至少两个第一磁石分别对应设置在两个第一导磁背板，且第一导磁背板对应设置在两个第二导磁背板之间；以及一动子结构，包括一线圈绕组，具有一外露部分，其中该外露部分沿一第二方向延伸且设置在该两个第一导磁背板之间，并至少部分地在一第三方向上与该至少两个第一磁石重叠，使得该线圈绕组受磁力带动该动子结构及该壳体沿该第一方向往复运动。

根据本发明的构想，该第一方向、该第二方向及该第三方向相互垂直，且该第一方向、该第二方向及该第三方向的任二者彼此垂直。

进一步地，该两个第一导磁背板由导磁材料制成。

在一些实施例中，每一该第一导磁背板为一第二磁石；在另一些实施例中，每一该第二磁石与至少一个该第一磁石一体成型，整合为一第三磁石。

在一些实施例中，该壳体包括一第一本体、一第二本体及至少一连接部，且该连接部与该第一本体及该第二本体相连接。该动子结构的该外露部分沿该第二方向自该第一本体延伸而出。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施例为提供一种马达组，包括：多个第一导磁背板；多个线性马达，每一该线性马达部分地设置在两个相邻的该第一导磁背板之间且包括：一壳体，沿一第一方向设置；一定子结构，包括至少两个第一磁石，其中该至少两个第一磁石分别对应设置在该两个相邻的第一导磁背板，且第一导磁背板对应设置在两个第二导磁背板之间；以及一动子结构，包括一线圈绕组，具有一外露部分，其中该外露部分沿一第二方向自该壳体延伸且设置在该两个相邻的第一导磁背板之间，并至少部分地在一第三方向上与该至少两个第一磁石重叠，使得该线圈绕组受磁力带动该动子结构及该壳体沿该第一方向往复运动；以及两个第二导磁背板，设置在该多个第一导磁背板的相对两侧，并分别与设置在该相对两侧的两个该第一导磁背板相连接。

根据本发明的构想，每一该第一导磁背板为一第二磁石。在一些变化实施态样中，每一该第二磁石与相邻的两个该线性马达的该定子结构的该第一磁石一体成型，整合为一第三磁石。

根据本发明的设计思想，该壳体包括一第一本体、一第二本体及至少一连接部，且该连接部与该第一本体及该第二本体相连接。该第一本体沿该第一方向设置，该动子结构的该线圈绕组部分地设置在该第一本体内，且该动子结构的该外露部分沿该第二方向自该第一本体延伸而出。

根据本发明的设计思想，每一该第一导磁背板以导磁材料制成或为一永久磁石;每一该第二导磁背板由导磁材料制成。该第一导磁背板及第二导磁背板的材料选择与第一磁石、第二磁石及第三磁石的相互整合，用以提升马达在有限空间中的推力大小。

在一些实施例中，本发明的马达组包括一运动导引装置，设置在该壳体的该第二本体上，用以进行运动导引。该运动导引装置包括：一本体，具有至少一滑轨；至少一滑块，与该本体及该壳体的该第二本体相连接，用以承载该本体；还包括一线性位置感测装置，用以进行位置感测。该线性位置感测装置包括:一感测组件设置在一固定机构上;一线性尺，设置在第二本体上，其中该感测组件通过该感测组件与该线性尺间的相对运动进行位置感测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过线圈绕组的造型及位置设计，以及第一导磁背板将磁路闭锁为独立封闭磁场，可有效解决线性马达之间的磁路干扰问题，同时避免受到空间限制，并达到无须增加细长比，即可大幅提升马达出力的功效，进而使机构刚性优化并简化工艺及加工难度。此外，通过线性马达壳体的第一本体及第二本体间以连接部连接的机构特性，不仅可与感测装置整合而使空间优化，还可有效减少热传递并增加散热面积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为传统轴式线性马达的示意图；

图1B为使用传统线性马达的马达组的示意图；

图2为本发明较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的结构示意图；

图3为本发明一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图；

图4为本发明另一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图；

图5为本发明又一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图；

图6为本发明较佳实施例的马达组及其运动导引装置与线性位置感测装置的结构示意图；

图7为图6所示的马达组及其运动导引装置与线性位置感测装置的局部前视图。

【符号说明】

100：马达组；

1：传统轴式线性马达；

10：壳体；

11：轴部；

200：马达组；

2：线性马达；

20：壳体；

201：第一本体；

202：第二本体；

203：连接部；

21：定子结构；

211：第一磁石；

22：动子结构；

221：线圈绕组；

2210：外露部分；

4：第一导磁背板；

5：第二导磁背板；

6：第三磁石；

7：运动导引装置；

70：本体；

701：滑轨；

71：滑块；

8：线性位置感测装置；

81：感测组件；

82：线性尺

d1：第一方向；

d2：第二方向；

d3：第三方向。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2及图3，其中图2为本发明较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的结构示意图，以及图3为本发明一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图。如图2及图3所示，本发明的线性马达2包括壳体20、定子结构21及动子结构22。其中，壳体20沿第一方向d1设置。定子结构21包括至少两个第一磁石211，两个第一磁石211分别对应设置在两个第一导磁背板4。动子结构22包括线圈绕组221，其中线圈绕组221具有外露部分2210，且外露部分2210沿第二方向d2自壳体20延伸且设置在该两个第一导磁背板4之间，并至少部分地在第三方向d3上与该至少两个第一磁石211重叠，使得线圈绕组221受磁力带动动子结构22及壳体20沿第一方向d1往复运动。其中，第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3相互垂直，且第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3的任二者彼此垂直。换言之，第一方向d1、第二方向d2及第三方向d3在立体空间或立体坐标中为三个相互垂直的轴向方向。

采用本发明可有效解决磁路干扰问题，同时提升马达出力，并使机构刚性优化。

在一些实施例中，本发明的马达组200包括多个线性马达2、多个第一导磁背板4以及两个第二导磁背板5。其中，每一个线性马达2部分地设置在两个相邻的第一导磁背板4之间，即每两个第一导磁背板4之间即设有一个线性马达2，故线性马达2的总数量等同于第一导磁背板4的总数量减去一。每一个线性马达2都如前述，包括壳体20、定子结构21及动子结构22，且壳体20、定子结构21及动子结构22与前述的实施例相仿，除定子结构的至少两个第一磁石分别对应设置在该两个相邻的第一导磁背板4，且动子结构22的线圈绕组221的外露部分2210沿第二方向d2自壳体20延伸而出且至少部分地设置该两个相邻的第一导磁背板4之间外，其余相同之处不再赘述。此外，两个第二导磁背板5设置在多个第一导磁背板4的相对两侧，并分别与设置在该相对两侧的两个该第一导磁背板4相连接，用以辅助定位第一导磁背板4。有鉴于此，本发明的线性马达2及其适用的马达组200通过线圈绕组221的造型及位置设计，以及第一导磁背板4将磁路闭锁为独立封闭磁场，可有效解决线性马达2之间的磁路干扰问题，同时避免受到空间限制并达到无须增加细长比即可大幅提升马达出力的功效，进而使机构刚性优化并简化工艺及加工难度。

根据本发明的构想，第一导磁背板4及第二导磁背板5，可为全部或一部分由导磁材料制成，例如L型导磁材料或倒T型导磁材料，为使图式简单易懂，在图3中特将部分的第一导磁背板4及第二导磁背板5以不同材质示出，但在各种实施列中不以此为限。

参见图4，为本发明另一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图。如图4所示，本发明的第一导磁背板4可直接为第二磁石，且每一第一导磁背板4可全部或一部为第二磁石，即每一第一导磁背板4除作为第一磁石211设置的组件及定子结构21的支撑组件外，也可同时用作永磁组件，以使线性马达2或其适用的马达组200可依磁路需求进行变换设计，用以提升马达在有限空间中的推力大小。

参见图5并配合图4，其中图5为本发明又一较佳实施例的线性马达及其适用的马达组的侧面视图。如图4及图5所示，在一些实施例中，每一第二磁石，即第一导磁背板4，与至少一个第一磁石211一体成型，整合为第三磁石6，且以一个第二磁石与两个相邻的第一磁石211一体成型，整合为第三磁石6为较佳，该两个相邻的第一磁石211为相邻的两个线性马达2的定子结构21的第一磁石211，且以设置在同一第一导磁背板4的第一磁石211为较佳，但不以此为限。换句话说，本发明的第一导磁背板4除作为第一磁石211设置的组件及定子结构21的支撑组件外，也可单独用作永磁组件或与第一磁石211整合为磁力相对较大的另一永磁组件，都属本发明的保护范围。

参见图6及图7，其中图6为本发明较佳实施例的马达组及其运动导引装置与线性位置感测装置的结构示意图，以及图7为图6所示的马达组及其运动导引装置与线性位置感测装置的局部前视图。如图6及图7所示，本发明的马达组200的线性马达2的壳体20包括第一本体201、第二本体202及至少一连接部203。其中，第一本体201沿第一方向d1设置，动子结构22的外露部分2210沿第二方向d2自第一本体201延伸而出，且连接部203与第一本体201及第二本体202相连接。在本实施例中，连接部203的数量以两个示出，然并不以此为限，且连接部203的数量可依机构强度或刚性需求、热传需求或散热面径等各种需求而为不同的设计，并以一个以上为佳。易言的，通过壳体20包括第一本体201及第二本体202，并以连接部203相连接，可将壳体20视为一镂空设计，不仅可减轻整体重量，还可达到减少热传并增加散热面积的功效，以保护对热较敏感的电子组件，例如设置在第二本体202上的电子组件（未图标）。

根据本发明的构思，马达组200还包括运动导引装置7，设置在壳体20的第二本体202上。运动导引装置7包括本体70以及至少一滑块71，其中本体70具有滑轨701，滑块71与本体70及壳体20的第二本体202相连接，用以承载本体70。此外，马达组200进一步包括线性位置感测装置8，线性位置感测装置8包括感测组件81以及线性尺82。其中，感测组件81设置在一固定机构上，线性尺82设置在壳体20的第二本体202上。感测组件81通过感测组件81与线性尺82间的相对运动进行一线性位置感测，例如读取光学尺或磁性尺等，但皆不以此为限。由在本发明的线性马达2的壳体20采用前述的特殊设计，故可与运动导引装置7及线性位置感测装置8有效整合，而进一步使空间优化。

综上所述，本发明提供一种线性马达及其适用的马达组。通过线圈绕组的造型及位置设计，以及第一导磁背板将磁路闭锁为独立封闭磁场，可有效解决线性马达之间的磁路干扰问题，同时避免受到空间限制，并达到无须增加细长比，即可大幅提升马达出力的功效，进而使机构刚性优化并简化工艺及加工难度。此外，通过线性马达壳体的第一本体及第二本体间以连接部连接的机构特性，不仅可与感测装置整合而使空间优化，还可有效减少热传递并增加散热面积。

在本发明上述各实施例中，实施例的序号仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本发明的装置和方法等实施例中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (14)

1.一种线性马达，其特征在于，包括：

一壳体，沿一第一方向设置；

一定子结构，包括至少两个第一磁石，其中该至少两个第一磁石分别对应设置在两个第一导磁背板之间；以及

一动子结构，包括一线圈绕组，具有一外露部分，其中该外露部分沿一第二方向延伸且设置在该两个第一导磁背板之间，并至少部分地在一第三方向上与该至少两个第一磁石重叠，使得该线圈绕组受磁力带动该动子结构及该壳体沿该第一方向往复运动。

2.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，该第一方向、该第二方向及该第三方向相互垂直，且该第一方向、该第二方向及该第三方向的任二者彼此垂直。

3.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，该两个第一导磁背板由导磁材料制成。

4.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，每一该第一导磁背板为一第二磁石。

5.如权利要求4所述的线性马达，其特征在于，每一该第二磁石与至少一个该第一磁石一体成型，整合为一第三磁石。

6.如权利要求1所述的线性马达，其特征在于，该壳体包括一第一本体、一第二本体及至少一连接部，且该连接部与该第一本体及该第二本体相连接。

7.如权利要求6所述的线性马达，其特征在于，该第一本体沿该第一方向设置，该动子结构的该线圈绕组的该外露部分沿该第二方向自该第一本体延伸而出。

8.一种马达组，其特征在于，包括：

多个第一导磁背板；

多个线性马达，每一该线性马达部分地设置在两个相邻的该第一导磁背板之间且包括：

一壳体，沿一第一方向设置；

一定子结构，包括至少两个第一磁石，其中该至少两个第一磁石分别对应设置在该两个相邻的第一导磁背板之间；以及

一动子结构，包括一线圈绕组，具有一外露部分，其中该外露部分沿一第二方向自该壳体延伸且至少部分地设置在该两个相邻的第一导磁背板之间，并至少部分地在一第三方向上与该至少两个第一磁石重叠，使得该线圈绕组受磁力带动该动子结构及该壳体沿该第一方向往复运动；以及

两个第二导磁背板，设置在该多个第一导磁背板的相对两侧，并分别与设置在该相对两侧的两个该第一导磁背板相连接。

9.如权利要求8所述的马达组，其特征在于，每一该第一导磁背板为一第二磁石。

10.如权利要求9所述的马达组，其特征在于，每一该第二磁石与相邻的两个该线性马达的该定子结构的该第一磁石一体成型，整合为一第三磁石。

11.如权利要求8所述的马达组，其特征在于，该两个第二导磁背板由导磁材料构成。

12.如权利要求8所述的马达组，其特征在于，该壳体包括一第一本体、一第二本体及至少一连接部，且该连接部与该第一本体及该第二本体相连接。

13.如权利要求12所述的马达组，其特征在于，该第一本体沿该第一方向设置，该动子结构的该线圈绕组部分地设置在该第一本体内，且该外露部分沿该第二方向自该第一本体延伸而出。

14.如权利要求12所述的马达组，其特征在于，还包括：

一运动导引装置，设置在该壳体的该第二本体上，且包括：

一本体，具有至少一滑轨；以及

至少一滑块，与该本体及该壳体的该第二本体相连接，用以承载该本体；以及

一线性位置感测装置，包括：

一感测组件，设置在一固定机构上；以及

一线性尺，设置在该壳体的该第二本体上；

其中，该感测组件通过该感测组件与该线性尺间的相对运动进行线性位置感测。