CN107534379A - 直线电动机用电枢及直线电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线电动机用电枢等，其能够在保持被称为推动力的直线电动机的特性的同时，不增加槽而延长有效行程。直线电动机用电枢具备：矩形板状的基板部；多个磁极齿，其并排设置在该基板部上，并缠绕有线圈；以及辅助齿，其与所述磁极齿隔开间隔地设置于该基板部的所述并排设置方向的端部，且未缠绕有线圈。

Description

直线电动机用电枢及直线电动机

技术领域

本发明涉及直线电动机用电枢及具备该电枢的直线电动机。

背景技术

在半导体制造装置、液晶显示器基板制造装置中，要求使加工对象物在与重力方向垂直的面内低振动且高精度地移动。由能够在正交配置的线性导轨上各自移动的驱动源移动载置有加工对象物或加工工具的工作台。这种移动要求低振动且精度高。因此，并未采用利用滚珠丝杆将用于普通加工机床的旋转式电机的输出改变为直线运动的这种方式作为驱动源。采用能够直接平行移动的直线电动机作为驱动源。

作为直线电动机的一般性结构，将场磁部和电枢进行组合，所述场磁部作为动子(或定子)，以极性交替地变化的方式排列有多个永久磁铁，所述电枢作为定子(或动子)具有：磁芯，其由包括多个磁极齿的软磁性体组成；以及线圈，其缠绕于磁极齿上。使该场磁部与电枢两者隔开预定距离而对置配置。将极性和大小与场磁部的相对于场磁周期的移动距离同步的交流电流施加于线圈，从而利用与永久磁铁的吸引排斥力在移动方向上产生推力。进而，使场磁部(或电枢)相对于电枢(或场磁部)做直线运动。作为具有这种结构的直线电动机，提出了各种类型的马达。例如，专利文件1中记载了以场磁部作为定子，以电枢作为动子的直线电动机。

现有技术文件

专利文件

专利文件：日本特开2008-125322号公报

发明内容

发明要解决的问题

另一方面，在以电枢作为定子，以场磁部作为动子的磁铁式直线电动机中，动子的有效行程(可动区域的长度)为定子的全长减去动子的全长所得的值以下。在这种直线电动机中，为了延长有效行程，需要缩短动子的全长或延长定子的全长。但是，延长定子时，其长度不能任意设置。因为为了保持直线电动机的特性，需要每次延长预定的单位。例如，7极6槽的可动磁铁式直线电动机的情况下，则定子需要以6槽单位延长。

此外，即便在每次延长预定单位的情况下，为了能够以更短的距离单位延长，也需要预先将磁铁的齿距或线圈的间距定义得狭窄的设计。由此，导致部件件数、作业工时的增多。由此可见，存在如下需求，即便不以每次单位槽地延长定子(电枢)，也要实现有效行程的延长。

本发明是鉴于如上情况而做出的，其目的在于，提供一种直线电动机用电枢等，其不增加槽也能够延长有效行程。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，具备：矩形板状的基板部；多个磁极齿，其并排设置在该基板部上，并缠绕有线圈；以及辅助齿，其从磁极齿间隔开间隔地设置于该基板部的并排设置方向的端部，且未缠绕有线圈。

在本发明中，因为端部具备未缠绕有线圈的辅助齿，因此通过仅将电枢延长所设置的辅助齿的大小，就能够延长直线电动机的有效行程。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，辅助齿和与该辅助齿邻接的磁极齿的间隔与邻接的两个磁极齿的间隔大致相同。

在本发明中，在有效行程被延长的部分中，能够使推力的下降为最小限度。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，辅助齿与磁极齿为大致相同的形状。

在本发明中，因为辅助齿与磁极齿为大致相同的形状，因此通过制成共同部件，能够减少部件件数。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，辅助齿和磁极齿形成为长方体状，辅助齿和与该辅助齿邻接的磁极齿在并排设置方向上正对。

在本发明中，因为辅助齿与磁极齿为相同的形状，因此能够有助于推力的产生。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，辅助齿和磁极齿，其前端部比根部更大，辅助齿和与该辅助齿邻接的磁极齿在并排设置方向上正对。

在本发明中，因为辅助齿和磁极齿的前端部比根部更大，因此能够提高磁通量的传递效率。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，辅助齿和磁极齿各自的前端面平齐。

在本发明中，因为辅助齿与磁极齿的前端面平齐，因此和磁极齿一样，与定子之间能够使磁通量流过。

本发明所涉及的直线电动机用电枢，其特征在于，并排设置方向的两端部分别具备辅助齿。

在本发明中，因为将辅助齿设置于磁极齿的并排设置方向的两端部，因此能够不破坏直线电动机的特性而延长有效行程。

根据本发明的直线电动机，其特征在于，具备：上述直线电动机用电枢；多个磁铁，其前端面与该直线电动机用电枢对置；以及场磁部，其具有矩形板状的后轭，所述矩形板状的后轭以磁极交替形成的方式在直线上排列有该多个磁铁的。

在本发明中，因为端部具备未缠绕有线圈的辅助齿，因此通过仅将电枢延长所设置的辅助齿的大小，就能够延长直线电动机的有效行程。

本发明所涉及的直线电动机，其特征在于，以直线电动机用电枢作为定子，以场磁部作为动子。

在本发明中，因为以直线电动机用电枢作为定子，以场磁部作为动子，因此能够延长动子的有效行程。

发明效果

在本发明中，能够延长有效行程。

附图说明

图1是表示直线电动机的一结构例的立体图。

图2A是表示去掉线圈的定子的结构说明图。

图2B是表示去掉线圈的定子的结构说明图。

图3是表示动子的一结构例的俯视图。

图4是直线电动机的侧视图。

图5A是表示动子的整体的俯视图。

图5B是动子的局部放大图。

图6是直线电动机的侧视图。

图7A是关于悬伸量的说明图。

图7B是关于悬伸量的说明图。

图8是表示去掉线圈的定子的另一结构说明图。

具体实施方式

下面利用附图对实施方式进行具体说明。图1是表示直线电动机100的一结构例的立体图。图2A和图2B是表示去掉线圈14的定子1的结构说明图。图2A是表示构成定子1的部件的立体图。图2B是定子1的侧视图。直线电动机100包括：定子1，其形成为一个方向长的长方体状，以及动子2，其在与该定子1的一部分相隔微小间隔而对置的矩形板状的后轭21上并排设置有永久磁铁22a、22b。动子2沿定子1的长度方向(图1的箭头方向或箭头的反方向)移动。本实施方式的直线电动机100将电枢作为定子1，场磁部作为动子2使用。

定子1包括磁极齿部件11、12和辅助齿部件13。如图2A所示，磁极齿部件11包括：矩形板状的基板部11a；以及两个矩形板状(长方体状)的齿部11b，其从基板部11a垂直地立起，且相隔预定距离。。磁极齿部件11从侧面看是将两个L字连接的形状。相较磁极齿部件11在动子2的移动方向(图2A的左右方向)上的尺寸(Wt+Wd+Wt+Wd)，在与其交叉的方向(图2的进深方向)的尺寸(d)更大。两个齿部11b的并列方向的间隙尺寸(Wd)比齿部11b的厚度(图2的左右方向的尺寸Wt)更宽。齿部11b的突出长度(h)比间隙尺寸(Wd)和厚度(Wt)更大。基板部11a的厚度与齿部11b的厚度(Wt)相同。

磁极齿部件12包括两个矩形板状(长方体状)的齿部12b，该齿部12b从矩形板状的基板部12a的两端部垂直地立起。从侧面看磁极齿部件12形成为U字状。磁极齿部件12在动子2的移动方向的尺寸为Wt+Wd+Wt。各个齿部12b的厚度为Wt，从基板部12a的突出长度为h。磁极齿部件12的进深尺寸为d。基板部12a的厚度与齿部12b的厚度(Wt)相同。

辅助齿部件13包括矩形板状(长方体状)的辅助齿部13b，该辅助齿部13b从矩形板状的基板部13a的一端垂直地立起。从侧面看辅助齿部件13形成为L字状。辅助齿部件13在动子2的移动方向的尺寸为Wt+Wd。辅助齿部13b的厚度为Wt，从基板部13a起的突出长度为h。辅助齿部件13的进深尺寸为d。基板部13a的厚度与辅助齿部13b的厚度(Wt)相同。辅助齿部13b与齿部11b、12b的形状大致相同。

图1中，定子1包括：8个磁极齿部件11；1个磁极齿部件12；以及两个辅助齿部件13。定子1如下构成：将邻接8个磁极齿部件11的齿部11b以等间隔(Wd)的方式并排配合连接。配合连接后的长度方向的一端，即在基板部11a向动子2的移动方向突出的一侧上以齿部12b与齿部11b平行的方式配合连接有磁极齿部件12。

而且，定子1构成为，在其长度方向的两端部分别固定有辅助齿部件13，并使齿部11b和12b配合连接。并且，齿部11b、12b和辅助齿部13b的高度方向的前端面处于一个平面，且沿着定子1的长度方向，以预定间隔并排设置。辅助齿部13b与邻接的齿部11b、12b在并排设置方向上正面对置。而且，在齿部11b、12b上分别缠绕有导线，形成分别对应的线圈14、14。构成各线圈14的导线的粗细、缠绕圈数相同。齿部11b、12b通过分别向缠绕的线圈14、14通电，从而作为磁极齿发挥功能。构成定子1的磁极齿部件11、12和辅助齿部件13由例如无方向性电磁钢板形成。此外，辅助齿部13b相当于上述的辅助齿。

图3是表示动子2的一结构例的俯视图。图3是从定子1的对置面侧观察动子2的图。动子2具备沿移动方向交替地配设(排列)在矩形板状的后轭21上的多个永久磁铁22a、22b。永久磁铁22a、22b在与定子1对置的方向上被磁化。永久磁铁22a、22b的极性相互相反。邻接的永久磁铁22a、22b的中心之间距离(磁铁齿距)为P_M。永久磁铁22a、22b相对于移动方向倾斜约3度而配置(歪斜配置)。定子1的后轭21利用软磁性金属、例如轧制钢材而形成。永久磁铁22a、22b为钕磁铁、铁氧体磁铁、钐钴磁铁等。

将如上述构成的定子1与动子2进行组合而构成直线电动机100。图4是直线电动机100的侧视图。动子2以使永久磁铁22a、22b通过预定间隙与定子1的齿部11b、12b的前端面对置的方式与定子1对置。动子2具备的7对永久磁铁22a(22b)与定子1具备的6对齿部11b(12b)对置。即直线电动机100的基本结构为7极6槽。

若向定子1的线圈14通入三相交流电，使齿部11b(12b)产生磁场，则通过动子2的永久磁铁22a、22b在该磁场中依次磁性吸引排斥，动子2相对于定子1进行直线运动。

接着，对辅助齿部13b进行说明。辅助齿部13b与齿部11b(12b)同样地分别形成于定子1的两端部。即辅助齿部13b的厚度为Wt，邻接的齿部11b(12b)间的距离为Wd。

厚度Wt、距离Wd如下确定：由于直线电动机100为7极6槽的结构，若使永久磁铁22a、22b的齿距为P_M，则定子1的齿部11b(12b)的齿距Pt为Pt＝P_M×7/6。根据求得的Pt，考虑缠绕于齿部11b(12b)的线圈14的缠绕厚度来确定齿部11b(12b)的厚度Wt。根据确定的厚度Wt，利用Wd＝Pt-Wt来确定相邻的齿部11b(12b)的距离Wd。此外，如下文所述，考虑永久磁铁22a、22b的歪斜的情况下，Wd＝Pt1-Wt。

接着，对直线电动机100的定子1和动子2的长度进行说明。图5A是表示动子2的整体的俯视图。图5B是动子2的局部放大俯视图。图5A、5B是表示动子2的一结构例的俯视图。图5A、5B是表示7极6槽的最小结构的动子2。此外，在图5B中为了帮助理解，增大了θ的值。图5A、5B的纸面的左右方向均为动子2的移动方向。动子2具有的永久磁铁22a、22b以角度θ倾斜而配置。将永久磁铁22a、22b以相对于与动子2的移动方向交叉的方向(图5的纸面的上下方向)形成的角为角度θ的方式而配置。即为角度θ的歪斜配置。永久磁铁22a、22b的宽为L0。永久磁铁22a、22b的移动方向的长度为L1。L1与L0的关系为L1＝L0/cosθ。此处，永久磁铁22a、22b各自的大小相同。因此，永久磁铁22a、22b的移动方向的长度L1与齿距P_M相等，L1＝P_M。

图6是直线电动机100的侧视图。图6也表示7极6槽的最小结构的定子1。上述Pt与P_M的关系是不考虑永久磁铁的歪斜，即θ为0度时的关系。若将永久磁铁歪斜，则永久磁铁的齿距增加。与该增加相对应，也使齿部间的齿距变化。若使与齿部11b、12b和辅助齿部13b的歪斜对应的齿距为Pt1，则Pt1＝Pt/cosθ。辅助齿部13b的厚度为Wt。定子1沿动子2的移动方向的全长Ls为Ls＝Pt1×6+Pt1+Wt。此外，动子2总共具备7个永久磁铁22a、22b。磁铁部分的全长Lm为Lm＝L1×7＝P_M×7。再者，根据上述齿距Pt与P_M的关系，Lm＝P_M×7＝Pt1×6/7×7＝Pt1×6。

综上，齿部11b、12b和辅助齿部13b的宽度为Wt。与齿部11b、12b和辅助齿部13b的磁铁的歪斜对应的齿距为Pt1。定子1的全长为Ls。动子2的磁铁部分的全长为Lm。这些值的关系如下：

Ls＝Pt1×6+Pt1+Wt

Lm＝Pt1×6

Ls-Lm＝Pt1+Wt

因此，在7极6槽的最小结构的直线电动机100中，定子1的全长Ls比动子2的磁铁部分的全长Lm长Pt1+Wt以上。

在图6所示的7极6槽的最小结构的直线电动机100中，增大行程时，采取如下方式：作为直线电动机100的控制，若允许三相不平衡通电，则通过每次增加正负2槽(例如，-U相和U相)，能够在大致保持电动机特性的同时，增大行程。

作为直线电动机100的控制，若想进行三相平衡通电，则U相、V相、W相均需要正负的一对。即以6槽为单位增加。如此，能够在保持电动机特性的同时，增大行程。

另外，此处示出了7极6槽的结构，但将其2倍的14极12槽的结构、3倍的21极18槽的结构、n倍的7n极6n槽的结构也同样。即使为n倍，Ls与Lm的差也为Pt1+Wt。

图4所示的直线电动机100是将7极6槽的结构2倍的14极12槽的结构。并且，使定子1的槽增加6槽，为18槽。

对如上形成的直线电动机100中的悬伸量的允许值进行说明。在此，悬伸是指动子2的前端从定子1突出。悬伸量是指未与定子1的齿部11b(12b)对置的动子2的永久磁铁22a、22b在移动方向的长度。在悬伸的情况下，由于动子2的永久磁铁22a、22b的一部分未与齿部11b(12b)对置，因此推力降低。

图7A和图7B是对悬伸量的说明图。图7A是表示没有辅助齿部13b时所允许的悬伸量(d1)。图7B是表示设置有辅助齿部13b时所允许的悬伸量(d2)。在此，所允许的悬伸量是指以与推力为恒定时几乎相同的值所得到的范围。比较图7A与图7B，显然所允许的悬伸量因辅助齿部13b而延伸。这是因为通过设置辅助齿部13b，因边缘效应而产生的磁通量被吸収，恢复力(与推力相反的力)减小，因此不产生推力的下降。

如上所述，本实施方式取得如下效果：通过在定子1上设置辅助齿部13b，能够不产生推力的下降地延长动子2的有效行程。

此外，齿部11b、12b的形状不限于以上所述。图8是表示去掉线圈14的定子1的另一结构的说明图。图8与图2B同样是定子1的侧视图。如图8所示，磁极齿部件11、12的齿部11b、12b在高度方向的上部前端(前端部)是比基板部11a、12a的根部更粗的倒锥形状。并且，辅助齿部13b也和齿部11b、齿部12b一样，上部前端为倒锥形状。若将齿部11b、12b在高度方向的上部前端设为倒锥形状，则能够进一步提高磁通量的传递效率。

此外，定子1的结构不限于以上所述。可以由一枚板构成基板部11a、12a、13a，并将齿部11b、12b和辅助齿部13b利用螺丝或焊接固定。此外，还可以从块状的部材，利用切削加工而形成齿部11b、12b和辅助齿部13b。

进一步地，在上述实施方式中，将电枢作为定子1，将场磁部作为动子2，但也可以将电枢作为动子，场磁部作为定子。

各实施例中所记载的技术特征(结构要件)能够相互组合，通过组合，能够形成新的技术特征。

应当认为本次公开的实施方式在所有方面都是示例，而非限制。本发明的范围并非上述内容，而意在由权利要求书示出，并包括与权利要求书等同于的含义以及范围内的所有变更。

附图标记说明：

100 直线电动机

1 定子

11 磁极齿部件

11a 基板部

11b 齿部

12 磁极齿部件

12a 基板部

12b 齿部

13 辅助齿部件

13a 基板部

13b 辅助齿部

14 线圈

2 动子

21 后轭

22a 永久磁铁

22b 永久磁铁

Claims (11)

1.一种直线电动机用电枢，其特征在于，具备：

矩形板状的基板部；

多个磁极齿，其并排设置在所述基板部上，且缠绕有线圈；以及

辅助齿，其与所述磁极齿隔开间隔地设置于所述基板部的所述并排设置方向的端部，且未缠绕线圈。

2.根据权利要求1所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述辅助齿和与所述辅助齿邻接的所述磁极齿的间隔与邻接的两个所述磁极齿的间隔大致相同。

3.根据权利要求1或2所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述辅助齿与所述磁极齿为大致相同的形状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述辅助齿和所述磁极齿形成为长方体状，

所述辅助齿和与所述辅助齿邻接的所述磁极齿在并排设置方向上正对。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述辅助齿和所述磁极齿的前端部比根部更大，

所述辅助齿和与所述辅助齿邻接的所述磁极齿在并排设置方向上正对。

6.根据权利要求4或5所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述辅助齿和所述磁极齿各自的前端面平齐。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的直线电动机用电枢，其特征在于，

所述并排设置方向的两端部分别具备所述辅助齿。

8.一种直线电动机，其特征在于，具备：

权利要求1～7中任一项所述的直线电动机用电枢；以及

场磁部，其具有多个磁铁和矩形板状的后轭，所述多个磁铁的前端面与所述直线电动机用电枢对置，所述矩形板状的后轭以磁极交替形成的方式在直线上排列有所述多个磁铁。

9.根据权利要求8所述的直线电动机，其特征在于，

以所述直线电动机用电枢作为定子，以所述场磁部作为动子。

10.根据权利要求9所述的直线电动机，其特征在于，

所述直线电动机是7n极6n槽的结构，其中所述场磁部具有7n个磁铁，且所述电枢具有的6n个所述磁极齿与所述7n个磁铁对置，n为自然数，

沿所述场磁部的移动方向的所述电枢的长度比所述7n个磁铁的长度更长。

11.根据权利要求10所述的直线电动机，其特征在于，

在所述磁极齿和辅助齿的齿距为Pt1，沿所述移动方向的所述磁极齿和辅助齿的长度为Wt，所述7n个磁铁的歪斜角度为θ的情况下，

沿所述移动方向的所述电枢的长度比所述7n个磁铁的长度长Pt1+Wt以上，

其中，Pt1＝Pt/cosθ，

Pt：磁铁未歪斜、即θ＝0时的磁极齿和辅助齿的齿距。