CN105075081B - 直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使动子的移动范围长磁铁的使用量也不会增大的、实现了定子的小型化和轻量化的直线电机。直线电机包括定子2和具有线圈1a的动子1，其特征在于:定子2具有在动子1的移动方向上长的两个板状部，两个板状部中间隔着动子1的移动区域，以磁耦合的方式相对设置，在两个板状部的彼此相对的面上，分别在移动方向上并排设置有多个齿部21a、22a，并且一个板状部的齿部21a(22a)与另一个板状部的齿部22a(21a)呈交错状，动子1在线圈1a内部沿着移动方向交替排列有两个磁铁1c、1d和三个磁轭1b，两个磁铁1c，1d沿着移动方向被磁化，磁化方向彼此相对。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及由具有凸极的定子、以及具有线圈和磁铁的动子组合而成的直线电机。

背景技术

例如，在半导体制造装置、液晶显示装置的制造领域，需要能够使大面积的基板等处理对象物高速直线移动并在适当的移动位置高精度定位的传送装置。一般来说，这种传送装置将作为驱动源的电机的旋转运动通过滚珠螺杆机构等运动变换机构变换为直线运动而实现。但是，由于中间存在运动变换机构，所以在提高移动速度方面存在界限。而且，由于运动变换机构存在机械误差，故存在定位精度不够这样的问题。

为了应对这样的问题，近年，使用了将能够直接实现直线运动输出的直线电机作为驱动源的传送装置。直线电机包括直线状的定子和沿着该定子移动的动子。在上述传送装置中，使用了动圈式直线电机，该动圈式直线电机中，将板状的永久磁铁隔着一定间隔并排设置多个而构成定子，将包括磁极齿和通电线圈的电枢作为动子(例如，参照专利文献1)。

先行技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开平3-139160号公报

发明内容

发明要解决的课题

动圈式直线电机，由于对定子配置磁铁，所以直线电机的全长越长(动子的移动距离越长)，使用的磁铁量就越大。近年，随着稀土类产品价格的上涨，使用的磁铁量增加导致成本增加。

另外，在三相直线电机中，为了降低随动子的位置变动的三相合成推力的变动幅度，需要将每一相的推力波形设为大致正弦波。还需要确保推力。通常，其一种手段是，在各相设置多个磁极来缩短间距，但这阻碍了动子构造的简化，并阻碍了定子和动子的小型化、轻量化。

另外，在缩短了间距的情况下，导致驱动频率提高，存在直线电机自身的铁损增大的问题。

本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于提供一种直线电机，即使其全长长，磁铁的使用量也不增加，实现了动子的小型化和轻量化。

用于解决课题的手段

本发明的直线电机包括定子和具有线圈的动子，其特征在于:所述定子具有在所述动子的移动方向上长的两个板状部，两个板状部中间隔着动子的移动区域以磁耦合的方式相对设置，在所述两个板状部的彼此相对的面上，分别在所述移动方向上并排设置有多个齿部，并且一个板状部的齿部与另一个板状部的齿部呈交错状，所述动子，在所述线圈内部沿着所述移动方向交替排列有两个磁铁和三个磁轭，所述两个磁铁沿着所述移动方向被磁化，磁化方向彼此相对，所述两个磁铁和三个磁轭的在所述相对的面的法线方向上的长度大致相同。

在本发明中，动子是包括两个磁铁、三个磁轭的最小结构，因此，即使定子侧的齿部的间距相对大，也能够使动子的移动方向上的尺寸小。换言之，可以说是易于使定子侧的齿部间距相对大的构造。另外，由于对定子不使用磁铁，所以即使在直线电机的全长长的情况下，磁铁的使用量也不增加。

另外，动子具有的两个磁铁和三个磁轭，在两个板状部相对的面的法线方向上的长度大致相同。因此，能够防止由流到磁铁和磁轭的磁通在动子的移动方向上泄漏造成的磁通量降低以及由此引起的推力下降。

本发明的直线电机，其特征在于:被所述两个磁铁所夹的磁轭比其它两个磁轭在所述移动方向上长。

在本发明中，被两个磁铁所夹的磁轭在移动方向上比只与一个磁铁接触的其它两个磁轭长。由于按照与磁铁授受的磁通量确定了移动方向上的长度即与齿部相对的部分的长度，所以即使通到线圈的电流量增加，磁轭也难以磁饱和。

本发明的直线电机，其特征在于:被所述两个磁铁所夹的磁轭的所述移动方向上的长度是其它两个磁轭的2倍。

在本发明中，被两个磁铁所夹的磁轭的所述移动方向上的长度是最适合于流通的磁通量的长度，即其它两个磁轭的2倍，所以能够减小动子的移动方向上的长度，并且能够延缓磁轭的磁饱和而获得大推力的直线电机。

本发明的直线电机，其特征在于:所述齿部的并排设置方向上的宽度大于齿部的并排设置间隔。

在本发明中，齿部的并排设置方向上的宽度大于齿部的并排设置间隔，因此能够获得大的推力。

本发明的直线电机，其特征在于:所述两个磁铁和三个磁轭呈长方体状，各磁铁和各磁轭的所述移动方向侧的面相对于与所述移动方向以及所述板状部的相对方向正交的方向倾斜。

在本发明中，各磁铁和各磁轭的所述移动方向侧的面相对于与所述移动方向以及所述板状部的相对方向正交的方向倾斜。即采用了所谓的偏斜配置，因此能够减小磁阻力，降低定子和动子的相对位置不同造成的推力不均。

本发明的直线电机，其特征在于:所述齿部呈长方体状，所述齿部的与所述板状部平行的剖面的相对的任意两条边相对于所述移动方向倾斜。

在本发明中，所述齿部呈长方体状，所述齿部的与所述板状部平行于的剖面的相对的任意两条边相对于所述移动方向倾斜。即对齿部采用了偏斜配置，因此能够减小磁阻力，降低定子和动子的相对位置不同造成的推力不均。

本发明的直线电机，其特征在于:所述两个板状部具有的齿部，彼此的所述剖面的所述两条边的倾斜方向相反。

在本发明中，所述两个板状部具有的齿部的所述剖面的所述两条边的倾斜方向彼此相反。即一个板状部与另一个板状部的齿部的倾斜方向不同，因此能够抑制由于动子相对于移动方向左右倾斜而产生的翘起。

本发明的直线电机，其特征在于:包括板状的非磁性体板和板状的由非磁性非导电性材料构成的辅助板，所述非磁性体板设置在所述磁轭及磁铁的侧面与所述线圈之间，该侧面平行于所述移动方向，所述辅助板与该非磁性体板隔着所述磁轭及磁铁相对，且被设于所述磁轭及磁铁与所述线圈之间。

在本发明中，由于在磁轭与线圈之间设有非磁性非导电性材料，所以通到磁轭的涡电流的流路被局部截断，能够减小涡流损耗。

本发明的直线电机，其特征在于:还包括连结于所述非磁性体板且将在所述移动方向上排列的三个动子连结的连结部。

在本发明中，由于连结了三个动子，所以能够获得比一个动子时大的推力。

本发明的直线电机，其特征在于:所述非磁性体板具有：中间隔着所述线圈的绕组相对的板状的第一突出板部和第二突出板部，以及连结所述第一突出板部和所述第二突出板部的基部。

在本发明中，包括设置在线圈的外部的第二突出板部，因此能够将直线电机的推力容易地向外部传递。

发明的效果

在本发明中，动子是包括两个磁铁、三个磁轭的最小结构，因此，能够使动子的移动方向上的尺寸小。另外，由于对定子不使用磁铁，所以具有即使在直线电机的全长长的情况下磁铁的使用量也不增加这一效果。

在此，本说明书和权利要求书中使用的电枢磁轭和磁轭具有相同的含义。

附图说明

图1是表示实施方式1的直线电机的示意结构的一例的局部断开斜视图。

图2是表示实施方式1的直线电机的动子的结构例的俯视图。

图3是表示实施方式1的直线电机的示意结构的剖视图。

图4是表示实施方式1的直线电机的示意结构的侧视图。

图5是用于对实施方式1的直线电机的推力产生原理进行说明的图。

图6是用于对实施方式1的直线电机的推力产生原理进行说明的图。

图7是用于对实施方式1的直线电机的推力产生原理进行说明的图。

图8是表示实施方式2的直线电机的动子的俯视图。

图9A是关于动子的电枢磁轭的磁饱和的说明图。

图9B是关于动子的电枢磁轭的磁饱和的说明图。

图10是表示实施方式1和实施方式2的直线电机各自的通到线圈的电流与得到的推力之间的关系的图表。

图11是表示实施方式3的直线电机的动子的结构例的俯视图。

图12是表示图11中的剖面线XII-XII上的剖面和定子的剖面的剖面图。

图13是用于对实施方式3的直线电机的动作进行说明的图。

图14是表示实施方式3的直线电机的推力的图表。

图15是表示实施方式4的直线电机的动子的结构例的俯视图。

图16是表示实施方式5的直线电机的定子的结构的剖视图。

图17是表示实施方式6的直线电机的定子的结构的剖视图。

具体实施方式

实施方式1

图1是表示实施方式1的直线电机的示意结构的一例的局部断开斜视图。图2是表示实施方式1的直线电机的动子1的结构例的俯视图。图3是表示实施方式1的直线电机的示意结构的剖视图。图4是表示实施方式1的直线电机的示意结构的侧视图。

本实施方式的直线电机包含动子1和定子2。动子1具有如下结构：在分别呈大致长方体状的电枢磁轭(磁轭)1b、永久磁铁(磁铁)1c、1d排列并连结而成的结构上缠绕有线圈1a。本实施方式中，动子1被设为包括三个电枢磁轭1b、一个永久磁铁1c和一个永久磁铁1d的最小结构。如图1或者图2所示，按电枢磁轭1b、永久磁铁1c、电枢磁轭1b、永久磁铁1d、电枢磁轭1b的顺序，电枢磁轭1b、永久磁铁1c或者1d沿着动子1的移动方向交替排列。永久磁铁1c和永久磁铁1d夹着电枢磁轭1b配置。示于图2、图4的各永久磁铁1c、1d上的空心箭头表示各永久磁铁1c、1d的磁化方向。空心箭头的终点表示N极、起点表示S极。永久磁铁1c和永久磁铁1d沿着动子1的移动方向被磁化，磁化方向彼此相对。线圈1a围绕着如上配置的电枢磁轭1b、永久磁铁1c或者1d。

如图3所示，定子2的剖面呈大致コ字状(U字状)。定子2包含两个板状部即上板部21、下板部22。上板部21和下板部22中间隔着动子1的移动区域，板面彼此相对。呈板状的侧板部23将上板部21和下板部22连结起来。如图1所示，定子2在动子1的移动方向上形成得长。上板部21在与下板部22相对的一个面上具有多个齿部21a。齿部21a沿着动子1的移动方向并排设置在上板部21。下板部22在与上板部21相对的面上具有多个齿部22a。齿部22a沿着动子1的移动方向并排设置在下板部22。齿部21a、齿部22a分别呈大致长方体状。定子2通过折弯软磁性金属、例如平板状的轧制钢材而形成。定子2除了通过折弯而形成之外，还可以将平板状的轧制钢材通过焊接等进行接合或通过螺钉固定等进行固定而形成。定子2的上板部21和下板部22通过侧板部23磁耦合。齿部21a、齿部22a也分别通过层叠软磁性金属板、例如钢板等而形成为长方体状。形成为长方体状的齿部21a、齿部22a分别通过熔接等接合在上板部21、下板部22上，或者通过螺钉固定等固定在上板部21、下板部22上。

也可以在形成为大致U字形的磁性钢板上留下成为齿部的部位，在成为齿部的部位两侧通过抠制加工(digging processing)形成槽，从而形成齿部21a、齿部22a。这样，与将齿部通过熔接等进行接合或通过螺钉固定等进行固定的情况相比，能够降低定子2的成本。还可以在板状部件上留下成为齿部21a、齿部22a的部分并形成缝隙。或者，也可以将成为齿部21a、齿部22a的部分形成为梳齿状。另外，以图3表示的方向设置并不是定子2的必要条件。可以在能设置的任何方向上使用。也可以设置成上板部21位于下侧、左侧或右侧。

如图3和图4所示，齿部21a和齿部22a优选具有同一形状、同一尺寸。齿部21a(齿部22a)的沿着动子1的移动方向的长度L1与两个齿部21a(齿部22a)的间隔L2之比为6比4。即，齿部21a(齿部22a)的并排设置方向上的宽度L1大于齿部21a(22a)的并排设置间隔L2。本实施方式的直线电机是动子1具备三个电枢磁轭1b的最小结构。

优选电枢磁轭1b与永久磁铁1c、1d的垂直于动子1移动方向的方向上的长度(图2中相对于纸面垂直的方向、图3中纸面上下方向上的长度：相对的定子2的上板部21和下板部22的板面法线方向上的长度)大致相同。在此，在电枢磁轭1b比永久磁铁1c和1d长的情况下，比永久磁铁1c和1d突出的部分上的电枢磁轭1b的磁通不会在上板部21或者下板部22的板面法线方向上流动，而是向水平方向泄漏。其结果，从电枢磁轭1b流向定子的齿部21a或者22a的磁通量减小，推力下降。

而且，在永久磁铁1c和1d比电枢铁心1b长的情况下，由于难以确保有助于推力的磁通的上板部21或者下板部22的板面法线方向上的成分，所以会产生推力损失。如后所述，本发明的推力取决于在电枢磁轭1b与齿部21a之间流通的磁通量和在电枢磁轭1b与齿部22a之间流通的磁通量，因此，在永久磁铁1c和1d突出的情况下，齿部21a与电枢磁轭1b之间的距离、以及齿部22a与电枢磁轭1b之间的距离变大，推力降低。

另外，在此，大致相同指的是设计结构部时的尺寸设定相同。而且，由于包含加工设备造成的加工误差，所以在设计上的尺寸设定包含公差的基础上，记为大致相同。

图5、图6和图7是用于对实施方式1的直线电机的推力产生原理进行说明的图。基于说明的情况，省略动子1的线圈1a的沿着移动方向的部分，仅表示了与移动方向正交的部分的剖面。对动子1的线圈1a通交流电流。图5、6的线圈1a中表示的黑点符号表示从纸面的背面向正面通电，叉符号表示从纸面的正面向背面通电。由于(示出了通交流电流时的某个时刻的电流方向的)线圈1a被通电，产生如图5中虚线所示的磁通的流动。

在动子1包括的电枢磁轭1b的个数为三个的情况下，如图5所示从齿部21a流出的磁通流入位于动子1两端的电枢磁轭1b。流入的磁通通过永久磁铁1c、1d内，集中到位于永久磁铁1c、1d之间即动子1中央的电枢磁轭1b，朝齿部22a穿出。这样做能够使两端的电枢磁轭1b的移动方向中央部间的距离(L3)小于并排设置的齿部21a的间距(L1+L2)。即，能够减小动子1的移动方向上的长度。齿部21a的间距指的是相邻的两个齿部21a、21a的并排设置方向中央部间的距离。齿部22a与齿部21a相同。

换言之，能够使每一相的齿部的间距相对大。

而在动子1具备的电枢磁轭1b的个数为四个以上的情况下，需要使各个电枢磁轭1b的移动方向中央部的间隔分别为并排设置的齿部21a的移动方向中央部的间隔(间距)(L1+L2)的1/2。用图5来说明的话，需要使L1+L2＝L3/2+L3/2＝L3，因此，难以减小动子的移动方向上的长度。

即，在电枢磁轭1b为四个以上的情况下，存在如下问题。当使L1+L2＞L3时，相邻的电枢磁轭1b的间隔变小。隔着永久磁铁1c、1d相邻的电枢磁轭1b的由永久磁铁1c、1d形成的励磁方向各不相同，因此，与一个齿部21a(22a)之间的吸引和排斥在短距离下进行，使得在动子1和定子2之间产生的推力降低。

动子1的除了线圈1a的移动方向上的宽度小于齿部21a(22a)的宽度L1与两个齿部21a(22a)的间隔L2之和(L1+L2)。图3中，齿部21a和齿部22a的纸面左右方向上的长度比电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d稍长。这种情况下，由于边缘磁通，假想气隙变短，能够使来自动子1的永久磁铁1c、1d的磁通高效地流到定子2。也可以使齿部21a、22a的长度与电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d的长度相同。

齿部21a和齿部22a分别以等间隔(L2)配置在定子2的相对的上板部21、下板部22的相对面侧。齿部21a、齿部22a的长边方向与动子1的移动方向大致成直角配置。而且，齿部21a和齿部22a以在彼此相对的面上动子1的移动方向上的中央部不重叠的方式沿着动子1的移动方向彼此错开(呈交错状)地并排设置。另外，当齿部21a和齿部22a彼此相对的面完全重叠时，在动子1上不产生推力。

在如上述那样构成的定子2配置上述动子1。如图4所示，动子1的一个面与齿部21a相对，另一个面与齿部22a相对。配置在移动方向前后的电枢磁轭1b，一个与齿部21a相对，另一个与齿部22a相对。中央的电枢磁轭1b与齿部21a、22a这两者相对。齿部21a、22a在每一磁周期设置一个。齿部21a和齿部22a被设置在电角度相差180度的位置(错开1/2磁周期的位置)。

接下来，参照图5、图6和图7，对实施方式1的直线电机的推力产生原理进行说明。如上述那样，图5中，动子1上产生如虚线所示的磁通的流动。即，左右的电枢磁轭1b上发生的磁通通过永久磁铁1c或者1d，从中央的电枢磁轭1b流入齿部22a。流入齿部22a的磁通通过下板部22、侧板部23、上板部21，从齿部21a流入左右的电枢磁轭1b，生成上述那样的磁通回路(flux loop)。由于磁通回路，齿部21a被励磁成N极，齿部22a被励磁成S极。

接下来，使用图6对基于永久磁铁1c、1d的磁极的产生和推力的产生进行说明。如图6所示，在永久磁铁1c、1d相对于电枢磁轭1b以磁化方向相对的方式配置的情况下，各电枢磁轭1b都成为单极。中央的电枢磁轭1b被励磁成N极，左右的电枢磁轭1b被励磁成S极。

另一方面，定子2的齿部21a被励磁成N极，齿部22a被励磁成S极。在齿部21a、22a产生的磁极与被永久磁铁1c、1d励磁后的电枢磁轭1b的磁极相吸引或者排斥，由此在动子1上产生图6的纸面向左的推力。

图7示出了动子1从图6的状态行进了相当于电角度180度的距离时的状态。图7中，通到线圈1a的电流方向与图6相反。结果，在图5的纸面上虚线所示的自上而下的磁通的流动反向。因此，等同于齿部21a被励磁成S极，齿部22a被励磁成N极。由于永久磁铁1c、1d对电枢磁轭1b的励磁不变，所以吸引、排斥的齿部21a、22a具有与图6时相反的关系。在图7所示的箭头的方向上产生吸引力，动子1产生在图7中相对于纸面向左的推力。动子1从图7的状态行进了相当于电角度180度的距离时，呈与图6相同的状态。动子1通过重复以上的动作而持续移动。

接下来说明对端部效应造成的影响的改善。端部效应是指，在直线电机中，动子两端产生的磁性吸引、排斥力会影响电机的推力特性(齿槽特性、磁阻特性)。以往，为了减少端部效应，采取了使两端的齿部的形状与其它齿部的形状不同的应对措施等。产生端部效应是由于磁通回路的流动方向与移动方向相同(参照专利文献1的图2)。但是，在实施方式1的直线电机中，包含通过定子2的磁路的回路(磁通回路)的流动方向与行进方向成直角，因此能够减小端部效应的影响。

如上所述，在实施方式1的直线电机中，永久磁铁1c、1d仅用于动子1，因此即使在直线电机的全长长时，使用的永久磁铁量也是固定的，不会增加，能够降低成本。而且，能够减小端部效应的影响。

另外，动子1具有电枢磁轭1b为三个、永久磁铁1c、1d各一个共计两个这样的最小的结构。因此，能够增大动子1具备的永久磁铁1c、1d的移动方向上的宽度，并且能够增大齿部21a、22a的动子1移动方向上的宽度。由此，能够获得比电枢磁轭、永久磁铁数多的同一尺寸的定子大的推力。

另外，在实施方式1中，示出了动子1完全被上板部21和下板部22夹着的方式，但在本发明中，动子1中的永久磁铁1c、1d和电枢磁轭1b被定子2夹着即可，线圈1a的一部分也可以从定子2突出。

还有，电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d呈长方体状，但不限于此。只要是由线圈1a的励磁产生的磁通与定子2协同构成磁回路(magnetic loop circuit)即可。例如，电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d也可以是正六面体。

实施方式2

图8是表示实施方式2的直线电机的动子1的俯视图。定子2与实施方式1相同，故省略说明。

实施方式2的特征在于，沿着动子1的移动方向排列的三个电枢磁轭1b、10b中，位于中央的电枢磁轭10b与位于左右的电枢磁轭1b在移动方向上的宽度不同。电枢磁轭10b的宽度d2为电枢磁轭1b的宽度d1的2倍。这是为了在电枢磁轭1b、10b中流动的磁通随着线圈电流的增加而增加了的情况下难以形成磁饱和。位于左右的电枢磁轭1b将来自一个永久磁铁1c或者1d的磁通与齿部21a或者22a进行授受，而位于中央的电枢磁轭10b将来自两个永久磁铁1c和1d的磁通与齿部21a或者22a进行授受。因此，使位于中央的电枢磁轭10b的宽度d2为位于左右的电枢磁轭1b的宽度d1的2倍是适宜的。

图9A和图9B是关于动子1的电枢磁轭1b、10b的磁饱和的说明图。图9A示出了本实施方式的动子1。图9B示出了上述实施方式1的动子1。从齿部21a通过电枢磁轭1b、永久磁铁1c或者1d、经电枢磁轭1b或者10b到达齿部22a的虚线示出了磁通的流动。本实施方式中，被两个永久磁铁1c、1d夹着的电枢磁轭即位于中央的电枢磁轭10b在移动方向上的宽度(长度)大于实施方式1中的电枢磁轭1b。因此，流入齿部22a的磁通的密度难以变大，难以形成磁饱和。这样，即使在增加了线圈1a的电流的情况下，电枢磁轭10b也难以形成磁饱和，因此直线电机的电流增加时的推力线性度得到改善。另外，图9所示的磁通的流动是一个例子。

另外，宽度d2不限于宽度d1的2倍。宽度d2只要是2倍以上，电枢磁轭10b就难以饱和。然而，即使在电枢磁轭10b不发生磁饱和的情况下，两端的电枢磁轭1b也会饱和，因此，宽度d2是宽度d1的2倍是适宜的。在宽度d2为2倍以下的情况下，与在宽度d2与宽度d1相等的情况相比，在电枢磁轭10b难以形成磁饱和，但电枢磁轭10b的磁饱和形成在两端的电枢磁轭1b形成磁饱和之前。由于动子1的移动方向上的尺寸由宽度d1、d2决定，所以，如何设定宽度d1、d2，只要考虑上述方面后决定即可。

图10是表示实施方式1和实施方式2的直线电机各自的通到线圈1a的电流与得到的推力之间的关系的图表。横轴表示电流，单位为安培(A)。纵轴表示推力，单位为牛顿(N)。如图10所示，本实施方式(实施方式2)的直线电机的推力线性度优于实施方式1的直线电机。

如上所述，实施方式2的直线电机除了能实现实施方式1的直线电机的效果，还能实现以下效果。由于位于中央的电枢磁轭10b的宽度d2为位于左右的电枢磁轭1b的宽度d1的2倍，所以能够减小动子1的移动方向上的长度，并且延缓电枢磁轭1b、10b的磁饱和而获得大推力。即，能够得到权衡动子1的小型化和推力的增大使这两者最优化的直线电机。由此，能够实现电流增加时的线性度更为出色这一效果。

实施方式3

在实施方式1和实施方式2中，对单相的直线电机(单相程度的单元)进行了说明。但不限于此。例如在构成三相驱动的直线电机的情况下，只要使其三个动子间的间距为定子齿部间距的2/3的n倍(3分之2的整数倍)即可。在这种情况下，考虑各动子的长边方向上的长度来设定整数n即可。

图11是表示实施方式3的直线电机的动子1的结构例的俯视图。图12是表示图11中的剖面线XII-XII上的剖面和定子2的剖面的剖面图。在图12中，为了表示定子2与动子1的位置关系，记载了图11中未记载的定子2的剖面。本实施方式的直线电机是三相电机。动子1是将与实施方式2中的动子1同样的三个单相单元1U、1V、1W沿着移动方向配置的。与U相对应的单相单元为1U，与V相对应的单相单元为1V，与W相对应的单相单元为1W。三个单相单元1U、1V、1W都具有相同的结构。在各结构中，与图8所示相同的部分标注与图8相同的标记。将各单相单元1U、1V、1W与图8所示的动子1相比较，各单相单元1U、1V、1W分别包含辅助板31和输出部32。辅助板31呈矩形板状。辅助板31例如由工程塑料(聚酰胺、聚碳酸酯)或非磁性的陶瓷等非磁性且非导电体构成。当用非磁性且非导电体形成辅助板31时，能够将通到电枢磁轭1b、10b的涡电流的流路局部截断，因此能够减小涡流损耗，提高输出效率。辅助板31以竖立姿势配置在电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的靠近侧板部23的侧面(与移动方向平行的侧面)与线圈1a之间。辅助板31与电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的侧面紧贴。输出部32(非磁性体板)的纵剖面呈コ字状(U字状)，包含第一突出板部32a、基部32b、第二突出板部32c。输出部32例如由铝、非磁性体不锈钢等非磁性体构成。

通过采用非磁性体能够防止在动子1内发生的磁通短路。

第一突出板部32a、第二突出板部32c分别呈矩形板状。第一突出板部32a、第二突出板部32c从呈矩形板状的基部32b大致垂直向上突出。第一突出板部32a和第二突出板部32c中间隔着线圈1a的绕组相对。第一突出板部32a配置在电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的侧面(与移动方向平行的侧面)与线圈1a的绕组之间。基部32b的长边方向上的长度与将电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的长度相加所得的值大致相同。第一突出板部32a与电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的侧面中的面紧贴，该面是与辅助板31紧贴着的侧面相对的面。由于辅助板31和第一突出板部32a，电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d彼此不会错开。动子1包含在移动方向上长的连结板4(连结部)。各单相单元通过将连结板4与各单相单元具备的第二突出板部32c用螺丝等固定而连结。

动子1由作为非磁性体的第一突出板部32a经由基部32b、第二突出板部32c进行支承而可动。

由于第一突出板部32a在电枢磁轭1b、10b与线圈1a之间，所以，与例如在支承动子1时在线圈1a的侧面进行支承的情况相比，能够使动子1小型化。

通到三个单相单元的线圈1a的电流为三相交流(对称三相交流)。图13所示的空心箭头与图8同样表示永久磁铁1c、1d的磁化方向。实施方式3中，定子2与实施方式1和实施方式2相同，故省略说明。

图13是用于对实施方式3的直线电机的动作进行说明的图。图13是从侧面观察直线电机的图。在图13的纸面左右方向通过的线圈1a的线圈绕组由于说明的原因而没有记载。如图13所示，动子相间距P2的值等于齿部21a(22a)的间距P1的2/3×2倍(P1的3分之2的2倍)。图13所示的状态表示U相和W相的线圈1a通有电流、V相的线圈1a未通电流的状态。此时，W相的动子1W产生推力的原理与图5的情况相同。U相的动子1U产生推力的原理与图7的情况相同。

通到U相、V相、W相的线圈1a的交流电流为三相交流，因此在V相之后呈通到W相的电流为0的状态。接下来呈通到U相的电流为0的状态，再接下来呈图13所示的通到V相电的电流为0的状态。通过如此反复，动子1持续移动。

图14是表示实施方式3的直线电机的推力的图表。

横轴表示动子1的移动距离，单位为毫米(mm)。

纵轴表示推力，单位为牛顿(N)。如图14所示，三相的合成推力为单相峰值推力的2.5倍左右。一般来说，使各单相的推力波形为大致正弦波状，平滑三相合成后的推力波形，去除推力波动。但是，在这种情况下，三相合成推力最多是单相峰值推力的1.4倍左右。而本实施方式的直线电机，图3和图4所示的齿部21a(齿部22a)的沿着动子1移动方向的长度L1与两个齿部21a(齿部22a)的间隔L2之比为6比4，因此，动子1与定子2的相对位置变化时的推力波形的分布从正弦波状变化为梯形波状。结果，虽然推力波动变大，但三相合成推力大幅增加。即，能够兼顾直线电机的小型化和推力增加。

另外，虽然合成推力随着移动距离周期性地变动，但是，通过PID(ProportionalIntegral Derivative)控制进行适当的反馈来控制电流使得变动幅度变小即可。

在本实施方式中，除了实施方式1或者实施方式2的直线电机的效果，还能实现以下效果。由于在电枢磁轭1b、10b与线圈1a之间设有由非导电体形成的辅助板31，所以通到电枢磁轭1b、10b的涡电流的流路被局部截断，能够减小涡流损耗。由于连结三个单相单元形成动子1，所以，能够获得比一个单相单元时更大的推力。通过设置第二突出板部32c，能够将直线电机的推力容易地向外部传递。

本实施方式中，通过用螺丝等固定各单相单元1U、1V、1W具备的第二突出板部32c和连结板4，使单相单元相互连结。但不限于此，也可以是不具备连结板4的结构。即，只要将各单相单元的第二突出板部32c一体形成，就不需要连结板4。

如图12所示，输出部32的剖面呈U字状，但也可以是基部32b在上的结构，即剖面呈倒U字状。

在电枢磁轭1b、10b、永久磁铁1c、1d的短边方向上的侧面与线圈1a之间设置辅助板31的结构也能应用于上述实施方式1和2中。

实施方式4

在动子1中排列有永久磁铁1c、1d和电枢磁轭1b的情况下，由于相对磁导率在移动方向上周期性地变化，所以高次的磁阻力谐波成分变得显著。一般在相独立式驱动中，在三相合成时，基波和2次、4次谐波相消，而3次、6次、9次、12次等3的倍数次的谐波相长。

图15是表示实施方式4的直线电机的动子1的结构例的俯视图。永久磁铁1c、1d、电枢磁轭1b的移动方向侧的面相对于与移动方向交叉且与上板部和下板部的相对方向交叉的方向倾斜。形成所谓的偏斜配置。偏斜配置是指，相对于移动方向的垂直方向形成倾斜(角度)地配置永久磁铁1c、1d和电枢磁轭1b的长边。即，永久磁铁1c、1d和电枢磁轭1b的长边方向两端部在移动方向上的位置彼此不同。由此，能够减小12次以上的谐波成分。另外，偏斜的角度(偏斜角度)在0～6度左右。定子2与实施方式1相同，故省略其说明。

如上所述，实施方式4的直线电机除了实施方式1的直线电机所实现的效果，还能实现减少磁阻力的谐波成分这一效果。

另外，电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d被配置成长方体状，但也可以使与线圈1a的内周面相对的电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d各自的两面与线圈1a的内周面平行。即，也可以使电枢磁轭1b、永久磁铁1c、1d的一个剖面呈平行四边形。

在实施方式2或者实施方式3中，能够通过偏斜配置永久磁铁1c、1d和电枢磁轭1b、10b来减小12次以上的谐波成分。

实施方式5

图16是表示实施方式5的直线电机的定子2的结构的剖视图。图16是将直线电机的定子2沿着动子1的移动方向切断的横剖视图。齿部21a、22a的与上板部21或者下板部22平行的剖面上相对的两组对边中的短边(任意的两边)相对于动子1的移动方向倾斜。对上板部21具有的齿部21a和下板部22具有的齿部22a实施所谓的偏斜配置。用图16中左起第三个齿部21a进行说明。齿部21a的剖面呈长方形。虚线所示的长方形表示未将齿部21a偏斜配置的情况。图16中，动子1的移动方向为左右方向。在未偏斜配置的情况下，虚线所示的齿部21a的剖面短边与动子1的移动方向平行。在偏斜配置的情况下，剖面短边E1和E2相对于动子1的移动方向倾斜。图16中，齿部22a的突出方向顶端的端面露出。在图16的左起第2个齿部22a中，虚线所示的长方形表示未将齿部22a偏斜配置的情况。端面的短边与动子1的移动方向平行，不发生倾斜。在偏斜配置的情况下，端面的短边E3、E4相对于动子1的移动方向倾斜。齿部22a的剖面呈与端面相同的形状，因此，剖面短边也同样地相对于动子1的移动方向倾斜。

关于动子，由于与上述实施方式1至实施方式4中的任意一个相同，故省略说明。在实施方式5中，通过偏斜配置定子2的齿部21a和齿部22a，即使不偏斜配置动子1的电枢磁轭1b(10b)、永久磁铁1c、1d，也能减少磁阻力的12次以上的谐波成分。另外，在作为动子1使用与上述实施方式4同样的动子的情况下，磁阻力的降低取决于定子2的齿部21a和22a与动子1的电枢磁轭1b、永久磁铁1c和1d所成的角度。只要使定子2的齿部21a和22a以及动子1的电枢磁轭1b、永久磁铁1c和1d分别偏斜以使该所成的角度为适当的値即可。

实施方式6

图17是表示实施方式6的直线电机的定子2的结构的剖视图。是将直线电机的定子2沿着动子1移动方向切断的横剖视图。上板部21具有的齿部21a和下板部22具有的齿部22a偏斜配置。即，定子2的齿部21a和齿部22a相对于动子1的移动方向倾斜地配置。关于动子，由于与上述实施方式1至实施方式4中的任意一个相同，故省略说明。

在实施方式6中，一方的板状部21具备的齿部21a和另一方的板状部22具备的齿部22a的剖面短边的倾斜方向相反。如图17所示，齿部21a的剖面短边E1、E2和齿部22a的端面短边E3、E4相对于动子1的移动方向倾斜。这一点与上述实施方式5同样。在实施方式6中，齿部21a和齿部22a的倾斜方向相反。即，齿部21a的剖面短边E1、E2的倾斜方向和齿部22a的端面短边E3、E4的倾斜方向彼此相反。这样做的目的在于抑制偏斜配置造成的翘起。由于将齿部21a、22a偏斜配置，直线电机产生的推力在从动子1的移动方向倾斜偏斜角度的方向上产生，因此，有时动子1整体会倾斜而发生翘起。通过使齿部21a和齿部22a的倾斜方向相反，齿部21a和齿部22a产生的与动子1的移动方向垂直的方向(横方向)上的推力分力反向。因此，横方向上的推力分力互相抵消，能够防止翘起。

如上所述，在实施方式6中，不仅能够实现实施方式1至实施方式4的直线电机的效果，能够实现以下效果。通过偏斜配置定子2的齿部21a和齿部22a，不用使动子1的电枢磁轭1b(10b)、永久磁铁1c、1d偏斜，就能实现减少磁阻力的12次以上的谐波成分这一效果。另外，通过使齿部21a和齿部22a的倾斜方向相反，能够实现防止翘起这一效果。

此外，在实施方式6中，与实施方式5同样，也能够使用实施方式4中的动子1，只要适当地确定动子1的电枢磁轭1b、永久磁铁1c和1d以及定子2的齿部21a和22a各自的偏斜角度即可。

各实施方式记载的技术特征(结构要件)能够互相组合，能够通过组合而形成新的技术特征。

另外，应该认为，上述实施方式中所有内容均为例示，并不是限制性的。本发明的范围并不是上述含义，而是由权利要求所示，并包含与权利要求均等的含义和范围内的各种变更。

【附图标记说明】

1 动子

1a 线圈

1b、10b 电枢磁轭(磁轭)

1c、1d 永久磁铁(磁铁)

2 定子

21 上板部

21a 齿部

22 下板部

22a 齿部

23 侧板部

31 辅助板

32 输出部(非磁性体板)

32a 第一突出板部

32b 基部

32c 第二突出板部

4 连结板(连结部)

Claims (13)

1.一种包括定子和具有线圈的动子的直线电机，其特征在于:

所述定子具有在所述动子的移动方向上长的两个板状部，两个板状部中间隔着动子的移动区域以磁耦合的方式相对设置，

在所述两个板状部的彼此相对的面上，分别在所述移动方向上并排设置有多个齿部，并且一个板状部的齿部与另一个板状部的齿部呈交错状，

所述动子，在所述线圈内部沿着所述移动方向交替排列有两个磁铁和三个磁轭，

所述两个磁铁沿着所述移动方向被磁化，磁化方向彼此相对，

所述两个磁铁和三个磁轭的在所述相对的面的法线方向上的长度大致相同。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

被所述两个磁铁所夹的磁轭比其它两个磁轭在所述移动方向上长。

3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

被所述两个磁铁所夹的磁轭的所述移动方向上的宽度是其它两个磁轭的所述移动方向上的宽度的2倍。

4.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

所述齿部的并排设置方向上的宽度大于齿部的并排设置间隔。

5.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

所述两个磁铁和三个磁轭呈长方体状，各磁铁和各磁轭的所述移动方向侧的面相对于与所述移动方向以及所述板状部的相对方向正交的方向倾斜。

6.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

所述齿部呈长方体状，

所述齿部的与所述板状部平行的剖面的相对的任意两条边相对于所述移动方向倾斜。

7.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于:

所述两个板状部具有的齿部，彼此的所述剖面的所述两条边的倾斜方向相反。

8.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于:

包括板状的非磁性体板和板状的由非磁性非导电性材料构成的辅助板，所述非磁性体板设置在所述磁轭及磁铁的侧面与所述线圈之间，该侧面平行于所述移动方向，所述辅助板与该非磁性体板隔着所述磁轭及磁铁相对，且被设于所述磁轭及磁铁与所述线圈之间。

9.根据权利要求8所述的直线电机，其特征在于:

还包括连结于所述非磁性体板且将在所述移动方向上排列的三个动子连结的连结部。

10.根据权利要求9所述的直线电机，其特征在于:

所述非磁性体板具有：

中间隔着所述线圈的绕组相对的板状的第一突出板部和第二突出板部，以及

连结所述第一突出板部和所述第二突出板部的基部。

11.一种包括定子和具有线圈的动子的直线电机，其特征在于:

所述定子具有在所述动子的移动方向上长的两个板状部，两个板状部中间隔着动子的移动区域以磁耦合的方式相对设置，

在所述两个板状部的彼此相对的面上，分别在所述移动方向上并排设置有多个齿部，并且一个板状部的齿部与另一个板状部的齿部呈交错状，

所述动子，在所述线圈内部沿着所述移动方向交替排列有多个磁铁和多个磁轭，

所述多个磁铁沿着所述移动方向被磁化，磁化方向彼此相对，

所述直线电机还包括板状的非磁性体板和板状的由非磁性非导电性材料构成的辅助板，所述非磁性体板设置在所述磁轭及磁铁的侧面与所述线圈之间，该侧面平行于所述移动方向，所述辅助板与该非磁性体板隔着所述磁轭及磁铁相对，且被设于所述磁轭及磁铁与所述线圈之间。

12.根据权利要求11所述的直线电机，其特征在于:

还包括连结于所述非磁性体板且将在所述移动方向上排列的三个动子连结的连结部。

13.根据权利要求12所述的直线电机，其特征在于:

所述非磁性体板具有：

中间隔着所述线圈的绕组相对的板状的第一突出板部和第二突出板部，以及

连结所述第一突出板部和所述第二突出板部的基部。