CN108292883A - 直线电机 - Google Patents

Abstract

直线电机(1)具有固定件(10)和可动件(20)。固定件(10)具有多个凸极(12)。可动件(20)具有：多个第一齿(32)；多个线圈(40)，它们分别被安装在多个第一齿(32)的外周；多个第一磁体(50)，它们分别被埋设于多个第一齿(32)；第二齿(33)，其被设置在多个第一齿(32)的外侧；和第二磁体(60)，其被埋设于第二齿(33)。第二齿(33)具有：第一部分(34)，其以第二磁体(60)为基准而位于第一齿(32)的相反侧；和第二部分(35)，其以第二磁体(60)为基准而位于第一齿(32)侧。在第二齿(33)的突出方向上，第一部分(34)的端部(34a)比第二部分(35)的端部(35a)远离固定件(10)。

Description

直线电机

技术领域

本公开涉及直线电机。

背景技术

在专利文献1中公开了一种直线电机，所述直线电机具备：电枢，其具有电枢铁芯、电枢绕组和永磁体；以及固定件，其具有沿着电机的移动方向排列的多个凸极。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-219199号公报

发明内容

发明要解决的课题

本公开的目的在于，提供能够抑制可动件产生的齿槽效应的直线电机。

用于解决课题的手段

本公开的直线电机具备：固定件，其沿着线状的第一路径设置；和可动件，其沿着第一路径移动，固定件具有沿着第一路径排列的多个凸极，可动件具有：多个第一齿，它们沿着第一路径排列，并分别向固定件侧突出；多个线圈，它们分别被安装于多个第一齿的外周；多个第一磁体，它们分别被埋设于多个第一齿；第二齿，其在第一路径上被设置在多个第一齿的外侧，并向固定件侧突出；和第二磁体，其被埋设于第二齿，第二齿具有：第一部分，其以第二磁体为基准而位于第一齿的相反侧；和第二部分，其以第二磁体为基准而位于第一齿侧，第一部分的端部比第二部分的端部远离固定件。

发明效果

根据本公开，能够抑制可动件产生的齿槽效应。

附图说明

图1是直线电机的示意图。

图2是示出不具有第二磁极的直线电机的磁作用状态的示意图。

图3是示出具有第二磁极的直线电机的磁作用状态的示意图。

图4是示出在图2的直线电机中作用于各磁极的力的模拟结果的图表。

图5是示出在图3的直线电机中作用于各磁极的力的模拟结果的图表。

图6是示出作用于多个第一磁极的力的合计值与作用于第二磁极的力的合计值的关系的图表。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式详细地进行说明。在说明中，对相同要素或具有相同功能的要素标注相同标号，省略重复的说明。本实施方式的直线电机1被用于作为动力源而单元化的直线致动器、装载着工件等对象物进行搬送(或输送)的搬送系统(或输送系统)等，产生沿着线状的路径(下面，称为“第一路径”)的推力。并且，直线电机1还可应用于可供人搭乘的搬送系统(或输送系统)。

如图1所示，直线电机1具有固定件10和可动件20。固定件10沿着第一路径R1设置，可动件20沿着第一路径R1移动。固定件10和可动件20在与第一路径R1垂直的方向上彼此对置。为了便于说明，下面的“上下”是指以固定件10为基准而将可动件20侧作为上侧的情况下的方向。“前后左右”是指将第一路径R1的一侧作为前方的情况下的方向。

[固定件的结构]

固定件10具有轭部11和多个凸极12。轭部11沿着第一路径R1延伸。多个凸极12沿着第一路径R1排列，并分别从轭部11向上方(图示的Z轴正方向)突出。固定件10由例如钢铁等软质磁性材料构成。固定件10既可以在左右方向(图示Y轴方向)上层压硅钢板等电磁钢板而形成，也可以对软磁性复合材料(Soft Magnetic Composites)进行压缩成型而形成。

[可动件的结构]

可动件20具有可动件铁芯30、多个线圈40和多个第一磁体50。

可动件铁芯30具有轭部31和多个第一齿32。轭部31沿着第一路径R1延伸。多个第一齿32沿着第一路径R1排列，并分别从轭部31向下方(固定件10侧、图示Z轴负方向)突出。在上下方向(图示Z轴方向)上，第一齿32有间隙地与凸极12对置。可动件铁芯30由例如钢铁等软质磁性材料构成。可动件铁芯30既可以在左右方向(图示Y轴方向)上层压硅钢板等电磁钢板而形成，也可以对软磁性复合材料(Soft Magnetic Composites)进行压缩成型而成。

多个线圈40分别被安装于多个第一齿32的外周。例如，各线圈40由涂有绝缘材料的导体裸线构成，该导体裸线被配置成卷绕在第一齿32上的状态，并通过粘接等被固定于第一齿32。多个线圈40被设置成相邻的线圈40彼此间绕组方向(上述导体裸线的卷绕方向)为相反方向。

多个第一磁体50分别被埋设于多个第一齿32。另外，“埋设”不仅包括整体被埋设的情况，还包括一部分被埋设的情况。在下面也同样。例如，在沿着第一路径R1的方向上的第一齿32的中心部形成有向下方开口的磁体槽S1。另外，“中心部”是指包括中心位置的区域。在下面也同样。第一磁体50是例如铁氧体磁体等永磁体，在其磁化方向(N极与S极排列的方向)沿着第一路径R1的状态下被插入到磁体槽S1内，并通过粘接等被固定于第一齿32。

多个第一磁体50被设置成在相邻的第一磁体50彼此间磁化方向为相反方向。由此，在可动件铁芯30交替地形成有被相邻的两个第一磁体50磁化为N极的部分和被相邻的两个第一磁体50磁化为S极的部分。

下面，将第一齿32、被安装于该第一齿32上的线圈40和被埋设于该第一齿32中的第一磁体50统称为可动件20的第一磁极21。第一磁极21的数量可根据驱动方式适当地设定。

作为一个示例，可动件20具有沿着第一路径R1顺次排列的12组第一磁极21A～21L。第一磁极21A～21L随着三相交流电力的供给而产生移动磁场。例如，U相的交流电被提供至第一磁极21A、21B、21G、21H，V相的交流电被提供至第一磁极21C、21D、21I、21J，W相的交流电被提供至第一磁极21E、21F、21K、21L。由此，6个第一磁极21A、21B、21C、21D、21E、21F和6个第一磁极21G、21H、21I、21J、21K、21L分别产生移动磁场。通过该移动磁场作用于固定件10的凸极12，从而产生使可动件20移动的推力。

[第二齿和第二磁体]

可动件铁芯30还具有第二齿33，可动件20还具有第二磁体60。第二齿33在第一路径R1上被设置在多个第一齿32的外侧，并从轭部31向下方(即固定件10侧)突出。即，第二齿33被设置成比多个第一齿32的排列中最外侧的第一齿32更靠外侧。

第二磁体60被埋设于第二齿33。例如，在沿着第一路径R1的方向上的第二齿33的中心部形成有向下方开口的磁体槽S3。第二磁体60是例如铁氧体磁体等永磁体，在其磁化方向沿着第一路径R1的状态下被插入到磁体槽S3内，并通过粘接等被固定于第二齿33。第二磁体60被配置成与相邻的第一磁体50磁化方向为相反方向。

下面，将第二齿33中以第二磁体60为基准而位于第一齿32的相反侧的部分称为第一部分34。将第二齿33中以第二磁体60为基准而位于第一齿32侧的部分称为第二部分35。

在上下方向(即第一齿32和第二齿33的突出方向D1)上，第一部分34的端部34a位于比第二部分35的端部35a靠上(固定件10的相反侧)的位置。即，端部34a在突出方向D1上比端部35a远离固定件10(凸极12的上端)。作为一个示例，第一部分34从轭部31突出的突出长度比第二部分35从轭部31突出的突出长度短。

在第二齿33的突出方向D1上，第一部分34的端部34a和第二部分35的端部35a也可以位于比第一齿32的端部32a靠上(固定件10的相反侧)的位置。即，端部34a、35a也可以在突出方向D1上比端部32a远离固定件10(凸极12的上端部)。作为一个示例，第一部分34和第二部分35从轭部31突出的突出长度也可以比第一齿32从轭部31突出的突出长度短。

在第二齿33的突出方向D1上，第一部分34的端部34a和第二部分35的端部35a也可以位于比第二磁体60的端部60a靠上(固定件10的相反侧)的位置。即，端部34a、35a也可以在突出方向D1上比端部60a远离固定件10(凸极12的上端部)。相对于此，在第二齿33的突出方向D1上，第一齿32的端部32a也可以位于比第一磁体50的端部50a靠下(固定件10侧)的位置。即，端部32a也可以在突出方向D1上比端部50a接近固定件10(凸极12的上端部)。

在第一路径R1上，相邻的第二磁体60与第一磁体50的中心间距离G1也可以与相邻的第一磁体50彼此的中心间距离G2不同。例如，中心间距离G1也可以比中心间距离G2大。

下面，将第二齿33和被埋设于该第二齿33中的第二磁体60统称为可动件20的第二磁极22。可动件20也可以具有两组第二磁极22A、22B，该两组第二磁极22A、22B被设置成在第一路径R1上隔着多个第一磁极21。即，可动件20也可以具有两组第二齿33和第二磁体60，该两组第二齿33和第二磁体60被设置成在第一路径R1上隔着多个第一磁极21。

另外，可动件铁芯30也可以被分成沿着第一路径R1排列的多个铁芯单元U1和铁芯单元U2。多个铁芯单元U1分别包括多个第一齿32。铁芯单元U2包括第二齿33。在该情况下，多个铁芯单元U1和铁芯单元U2既可以通过树脂模制而一体化，也可以借助于基座部件70而一体化。在可动件20具有两个第二磁极22的情况下，可动件铁芯30也可以被分成多个铁芯单元U1和两个铁芯单元U2。

[本实施方式的效果]

如以上说明的那样，直线电机1具备：固定件10，其沿着线状的第一路径R1设置；和可动件20，其沿着第一路径R1移动。固定件10具有沿着第一路径R1排列的多个凸极12。可动件20具有：多个第一齿32，它们沿着第一路径R1排列，并分别向固定件10侧突出；多个线圈40，它们分别被安装于多个第一齿32的外周；多个第一磁体50，它们分别被埋设于多个第一齿32；第二齿33，其在第一路径R1上被设置在多个第一齿32的外侧，并向固定件10侧突出；和第二磁体60，其被埋设于第二齿33。第二齿33具有：第一部分34，其以第二磁体60为基准而位于第一齿32的相反侧；和第二部分35，其以第二磁体60为基准而位于第一齿32侧。第一部分34的端部34a比第二部分35的端部35a远离固定件10。

齿槽效应(Cogging)被认为主要是由从在第一路径R1上位于最外侧的第一磁极21(第一齿32)进一步朝向外侧的磁通引起的。另外，“齿槽效应”是指在未向线圈40提供交流电的状态下使可动件20移动的情况下沿着第一路径R1作用于可动件20的力的变动。首先，参照图2对可动件不具有第二磁极22的情况下的齿槽效应进行说明。

图2所示的可动件120具有与可动件20同样的第一磁极21A～21L，不具有第二磁极22A、22B。即，可动件120的可动件铁芯130不具有第二齿33。假如在来自各个第一磁极21A～21L的磁(下面，将来自各个磁极的磁称为“磁极的磁”)相等地作用于凸极12的情况下，根据与凸极12的位置关系而在各个第一磁极21A～21L产生的齿槽效应(下面，将在各个磁极产生的齿槽效应称为“磁极的齿槽效应”)彼此相互消除，作为可动件20的整体的齿槽效应变小。

实际上，第一磁极21A～21L对凸极12的磁作用状态不相等。该作用状态特别是在位于最外侧的第一磁极21A、21L与其它第一磁极21B～21K之间大不相同。例如，第一磁极21B～21K的磁经由固定件10而被引导到相邻的第一磁极21(参照图示的磁力线ML1)。另一方面，第一磁极21A、21L的磁中朝向第一路径R1的外侧的成分不被引导到相邻的第一磁极21(参照图示的磁力线ML2)。

图4是示出在不向线圈40提供交流电的状态下使可动件120沿着固定件10移动的情况下分别作用于第一磁极21A～21L的力(沿着第一路径R1的力)的模拟结果的图表。图表的横轴表示可动件的移动距离，纵轴表示沿着第一路径R1的力。粗实线的力L11表示作用于第一磁极21A的力，粗虚线的力L12表示作用于第一磁极21L的力，细实线的力L13分别表示作用于第一磁极21B～21K的力。力L11、L12的振幅与力L13明显不同。此外，力L11、L12与力L13的相位差也与力L13彼此的相位差不同。在这样的状态下，第一磁极21A～21F的齿槽效应合成而产生作为整个可动件20的齿槽效应。

相对于此，如图3所示，通过设置第二磁极22A、22B中的至少一方，从而能够调整从最外侧的第一磁极21A、21L朝向外侧的磁的磁路，并能够抑制作为整个可动件20的齿槽效应。

第一磁极21A、21L的磁中朝向第一路径R1的外侧的成分经由固定件10而被引导到第二磁极22。第二齿33以第二磁体60为基准而在第一齿32侧具有第二部分35，并以第二磁体60为基准而在第一齿32的相反侧具有第一部分34。由此，能够更有效地活用第二磁体60的磁力，并能够更可靠地调整从第一磁极21A、21L朝向外侧的磁的磁路。因此，第一磁极21A、21L对凸极12的磁作用状态(参照图示的磁力线ML3)接近第一磁极21B～21K对凸极12的磁作用状态(参照图示的磁力线ML1)。第一部分34的端部34a比第二部分35的端部35a远离固定件10。由此，在第一路径R1上从第二磁极22进一步朝向外侧的磁不易作用于凸极12(参照图示的磁力线ML4)。因此，由第二磁极22的磁引起的齿槽效应被抑制。

图5是示出在不向线圈40提供交流电的状态下使可动件20沿着固定件10移动的情况下分别作用于第一磁极21A～21L和第二磁极22A、22B的力(沿着第一路径R1的力)的图表。图表的横轴表示可动件的移动距离，纵轴表示沿着第一路径R1的力。粗实线的力L14表示作用于第一磁极21A的力，粗虚线的力L15表示作用于第一磁极21L的力，细实线的力L18分别表示作用于第一磁极21B～21K的力。

与图4比较，力L14、L15的振幅接近力L18的振幅。这表示第一磁极21A、21L对凸极12的磁作用状态接近第一磁极21B～21K对凸极12的磁作用状态。

在图5中，粗单点划线的力L16表示作用于第二磁极22A的力，粗双点划线的力L17表示作用于第二磁极22B的力。力L16、L17的振幅明显比其它力L14、L15、L18的振幅小。这表示抑制了由第二磁极22的磁引起的齿槽效应。

这样，根据直线电机1，在第一路径R1上位于最外侧的第一磁极21的磁对凸极12的作用状态接近其它第一磁极21的磁对凸极12的作用状态。此外，能够抑制由第二磁极22的磁引起的齿槽效应。因此，能够抑制作为整个可动件20的齿槽效应。

第二部分34的端子34a和第二部分35的端部35a也可以比第一齿32的端部32a远离固定件10。在该情况下，能够进一步抑制由第二磁极22的磁引起的齿槽效应。

在第一路径R1上，相邻的第二磁体60与第一磁体50的中心间距离G1也可以与相邻的第一磁体50彼此的中心间距离G2不同。通过使中心间距离G1与中心间距离G2不同，从而能够调节由第二磁极22的磁引起的齿槽效应的相位，以便消除由多个第一磁极21的磁引起的齿槽效应。

图6示出了在不向线圈40提供交流电的状态下使可动件20沿着固定件10移动的情况下作用于第一磁极21A～21L的力(沿着第一路径R1的力)的合计值与作用于第二磁极22A、22B的力(沿着第一路径R1的力)的合计值的关系的图表。图表的横轴表示可动件的移动距离，纵轴表示沿着第一路径R1的力。粗单点划线的力L19表示作用于第一磁极21A～21L的力的合计值，粗虚线的力L20表示作用于第二磁极22A、22B的力的合计值。

力L20的相位被调节成将力L19反转过来的状态。因此，将力L20和力L19加起来的力L21的振幅接近零。这表示借助由第二磁极22的磁引起的齿槽效应使由多个第一磁极21的磁引起的齿槽效应被消除、并且整个可动件20的齿槽效应减小。这样，能够通过由第二磁极22的磁引起的相位的调节进一步抑制齿槽效应。

可动件20也可以具有两组第二齿33和第二磁体60，该两组第二齿33和第二磁体60被设置成在第一路径R1上隔着多个第一齿32。在该情况下，能够通过两组第二齿33和第二磁体60的协调进一步抑制齿槽效应。但是，可动件20具有至少一组第二齿33和第二磁体60即可。

以上对实施方式进行了说明，但本发明不一定被上述的实施方式限定，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。

产业上的可利用性

本公开的直线电机可用于作为动力源而单元化的直线致动器、搭载着工件等对象物进行搬送的搬送系统等。

标号说明

1：直线电机；10：固定件；12：凸极；20：可动件；32：第一齿；32a：端部；33：第二齿；34：第一部分；34a：端部；35：第二部分；35a：端部；40：线圈；50：第一磁体；60：第二磁体；R1：第一路径。

Claims (4)

1.一种直线电机，其中，

所述直线电机具备：

固定件，其沿着线状的第一路径设置；和

可动件，其沿着所述第一路径移动，

所述固定件具有沿着所述第一路径排列的多个凸极，

所述可动件具有：

多个第一齿，它们沿着所述第一路径排列，并分别向所述固定件侧突出；

多个线圈，它们分别被安装于所述多个第一齿的外周；

多个第一磁体，它们分别被埋设于所述多个第一齿；

第二齿，其在所述第一路径上被设置在所述多个第一齿的外侧，并向所述固定件侧突出；和

第二磁体，其被埋设于所述第二齿，

所述第二齿具有：第一部分，其以所述第二磁体为基准而位于所述第一齿的相反侧；和第二部分，其以所述第二磁体为基准而位于所述第一齿侧，

所述第一部分的端部比所述第二部分的端部远离所述固定件。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其中，

所述第一部分的端部和所述第二部分的端部比所述第一齿的端部远离所述固定件。

3.根据权利要求1或2所述的直线电机，其中，

在所述第一路径上，相邻的所述第二磁体与所述第一磁体的中心间距离与相邻的所述第一磁体彼此的中心间距离不同。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的直线电机，其中，

所述可动件具有两组所述第二齿和所述第二磁体，该两组所述第二齿和所述第二磁体被设置成在所述第一路径上隔着所述多个第一齿。