CN109149899B

CN109149899B - 直线电动机

Info

Publication number: CN109149899B
Application number: CN201810613324.0A
Authority: CN
Inventors: 西福元彰
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-03-27
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: US20180367020A1; CN109149899A; CN208209778U; JP2019004665A; DE102018004442A1; JP6527196B2; US10483835B2; DE102018004442B4

Abstract

提供在对电枢的推力没有贡献的区域的周边能够抑制永磁体的去磁的直线电动机。直线电动机(1)包括：磁体板(10)，其沿着驱动方向交替排列有不同磁性的磁体(12)；以及电枢(20)，其具有成为主体的芯体(21)和安装于芯体(21)的线圈(22)，在产生于磁体板(10)与电枢(20)之间的推力的作用下，使磁体板(10)和电枢(20)沿着磁体(12)的排列方向相对移动，其中，磁体板(10)具有非推力区域(D2)，该非推力区域沿着磁体(12)的排列方向延伸，对所述推力没有贡献，电枢(20)的芯体(21)至少包括用于安装线圈(22)的多个主齿，并在与磁体板(10)的非推力区域(D2)相面对的区域未设有所述主齿。

Description

直线电动机

技术领域

本发明涉及一种直线电动机。

背景技术

近年，提案使用直线电动机作为OA机械的磁头驱动装置、机床的主轴/工作台输送机构等、各种工业机械的驱动装置。在这种直线电动机中，作为励磁磁极，广泛使用有将多个板状的永磁体配置成面状而成的磁体板(例如，参照专利文献1、2)。

专利文献1：日本特开2000－217334号公报

专利文献2：日本特开2016－92842号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述的直线电动机中，在增大磁体板的宽度(与电枢的移动方向正交的方向上的宽度)时，磁体板的宽度方向上的弯曲刚性降低。该情况下，在产生于磁体板与电枢之间的磁场的吸引力的作用下，磁体板向电枢侧变形，难以将电枢与磁体板之间的间隙保持为适当的间隔。

为了解决该问题，还采用有增加将磁体板固定于机械的安装部的螺栓从而抑制磁体板的变形的方法。例如，为不仅在磁体板的宽度方向上的两端部设置螺栓、在中央部也追加螺栓的结构。在设为这样的结构的情况下，由于在追加的螺栓的周边未设有永磁体，因此，追加的螺栓的周边成为对电枢的推力没有贡献的区域。但是，由于由电枢产生的磁通在设于追加的螺栓的周边的永磁体的端部集中，因此，存在永磁体的端部容易去磁的课题。去磁是指永磁体的磁力永久削弱。

本发明的目的在于提供一种在对电枢的推力没有贡献的区域的周边能够抑制永磁体的去磁的直线电动机。

用于解决问题的方案

(1)本发明涉及一种直线电动机(例如，后述的直线电动机1)，该直线电动机包括：磁体板(例如，后述的磁体板10)，其沿着驱动方向排列有不同磁性的磁体(例如，后述的永磁体12)而成；以及电枢(例如，后述的电枢20)，其具有成为主体的芯体(例如，后述的芯体21)和安装于所述芯体的线圈(例如，后述的线圈22)，在产生于所述磁体板与所述电枢之间的推力的作用下，使所述磁体板和所述电枢沿着所述磁体的排列方向相对移动，其中，所述磁体板具有非推力区域(例如，后述的非推力区域D2)，该非推力区域沿着所述磁体的排列方向延伸，对所述推力没有贡献，所述电枢的所述芯体至少包括用于安装所述线圈的多个主齿(例如，后述的主齿211)，并在与所述磁体板的所述非推力区域相面对的区域未设有所述主齿。

(2)根据(1)的直线电动机，可以是，所述电枢的所述芯体包括多个所述主齿和设于相邻的所述主齿之间的副齿(例如，后述的副齿212)，在与所述磁体板的所述非推力区域相面对的区域未设有所述主齿。

(3)根据(1)的直线电动机，可以是，所述电枢的所述芯体包括多个所述主齿和设于相邻的所述主齿之间的副齿，在与所述磁体板的所述非推力区域相面对的区域未设有所述主齿和所述副齿。

(4)根据(1)的直线电动机，可以是，所述电枢的所述芯体仅包括多个所述主齿，在与所述磁体板的所述非推力区域相对应的区域未设有所述主齿。

(5)根据(1)～(4)中任一项的直线电动机，可以是，所述磁体板的所述非推力区域为未设有所述磁体的区域。

发明的效果

采用本发明，能够提供一种在对电枢的推力没有贡献的区域的周边能够抑制永磁体的去磁的直线电动机。

附图说明

图1是表示第1实施方式的直线电动机1的概略的立体图。

图2是直线电动机1的剖视图。

图3是电枢20的俯视图。

图4A是与图3的I－I线相对应的剖视图。

图4B是与图3的II－II线相对应的剖视图。

图5是第2实施方式的电枢20A的开口区域S2的剖视图。

图6A是第3实施方式的电枢20B的槽区域S1的剖视图。

图6B是第3实施方式的电枢20B的开口区域S2的剖视图。

附图标记说明

1、直线电动机；10、磁体板；11、板材；12、永磁体；20、20A、20B、电枢；21、21A、21B、芯体；22、线圈；30、机械的安装部；210、槽部；211、主齿；212、副齿；D1、推力区域；D2、非推力区域；S1、槽区域；S2、开口区域。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。另外，本说明书所添附的附图均为示意图，考虑到理解的容易度等，根据实物对各部分的形状、比例尺、纵横的尺寸比进行了变更或放大。而且，在附图中，适当地省略表示构件等的剖面的阴影。

在本说明书等中，对于指定形状、几何学条件以及它们的程度的用语、例如“平行”、“方向”等的用语而言，除了该用语的严格的意义以外，还包含被认为大致平行的程度的范围、被认为大致成为该方向的范围。

在本说明书中，将直线电动机1中相当于电枢20的移动方向的方向设为X(X1－X2)方向，将相当于直线电动机1的宽度(短边)方向的方向设为Y(Y1－Y2)方向，将相当于厚度方向的方向设为Z(Z1－Z2)方向。而且，对于安装直线电动机1的机械的安装部30也同样设置。

图1是表示第1实施方式的直线电动机1的概略的立体图。

图2是直线电动机1的剖视图。图2示出了与直线电动机1的Y－Z面平行的面的剖面。另外，在图2中，不是用剖面而是用外观示出了螺栓，并省略了外螺纹槽、内螺纹槽等。

图3是电枢20的俯视图。

图4A是与图3的I－I线相对应的剖视图。

图4B是与图3的II－II线相对应的剖视图。

如图1所示，本实施方式的直线电动机1包括电枢20和多个磁体板10。

磁体板10为沿着电枢20的移动方向(X方向)交替配置有不同磁性的永磁体12(后述)而成的励磁磁极。磁体板10与电枢20协作而产生用于使电枢20直线移动的驱动力。如图2所示，磁体板10包括板材11、永磁体12、以及接合层13。

板材11为板状的金属构件。如图2所示，板材11具有成为Z1侧的面的第1面F1和成为Z2侧的面的第2面F2。第1面F1为配置多个永磁体12的面。第2面F2为固定于机械的安装部30(后述)的面。板材11例如由硅钢板的层叠体、碳钢、一般结构用轧制钢材等形成。

在本实施方式的直线电动机1中，如图1所示，沿着电枢20的移动方向(X方向)排列有5张板材11(磁体板10)。在各板材11的第1面F1分别配置有8个永磁体12。

另外，磁体板10还可以相对于电枢20的移动方向以略微偏斜(倾斜)的状态排列。而且，磁体板10的数量、形状等并不限定于本实施方式的例子，能够根据直线电动机1的规格等适当设定。

如图2所示，板材11在Y方向上的中央部、Y1上的端部以及Y2方向上的端部分别包括阶梯孔110。阶梯孔110为将板材11固定于机械的安装部30时供螺栓120(后述)插入的孔。另外，在图2中，仅对设于最靠Y1侧的阶梯孔110和螺栓120标注了附图标记。

永磁体12为产生磁场的构件，如图2所示，隔着接合层13配置于板材11的第1面F1。永磁体12在板材11的第1面F1上沿着电枢20的移动方向(X方向)交替地配置有N极的永磁体12和S极用的永磁体12。接合层13为接合板材11和永磁体12的一层，例如，由粘接剂形成。

在本实施方式中，如图1所示，在一个板材11上以4(Y方向)×2(X方向)的图案配置有8个永磁体12。这些永磁体12未设于在Y方向上的中央部设置的螺栓120的周边区域。这是因为，在安装于机械的安装部30时螺栓120的Z1侧需要用于使工具与螺栓120嵌合的空间。

在磁体板10中，隔着在Y方向上的中央部设置的螺栓120的周边区域，在Y1侧和Y2侧形成有对电枢20的推力有贡献的区域(以下还称作“推力区域D1”)。在该推力区域D1分别以2(Y方向)×2(X方向)的图案配置有4个永磁体12。如图1所示，推力区域D1沿着永磁体12的排列方向(X方向)延伸。

另外，在磁体板10中，配置于推力区域D1的永磁体12的个数、配置方式等并不限定于本实施方式的例子，能够根据直线电动机1的规格等适当设定。

而且，在上述的螺栓120的周边区域形成有对电枢20的推力没有贡献的非推力区域D2。非推力区域D2为未设有永磁体12的区域。与推力区域D1相同，非推力区域D2也沿着永磁体12的排列方向(X方向)延伸。

机械的安装部30是供例如作为OA机械的磁头驱动机构、机床的主轴/工作台输送机构等驱动装置的直线电动机1安装的部位。在本实施方式中，将机械的安装部30图示成了板状的构件，但实际上机械的安装部30具有与被安装的机械相对应的形状。

如图2所示，机械的安装部30在与板材11的阶梯孔110相对的位置(中心彼此重叠的位置)设有螺栓孔310。螺栓孔310在内周面具有能够与插入于板材11(磁体板10)的阶梯孔110的螺栓120的外螺纹螺纹结合的内螺纹。

电枢20与磁体板10协作，产生用于使电枢20直线移动的驱动力。如图1和图2所示，电枢20包括线圈22和成为主体的芯体21。芯体21为成为电枢20的主体的构件。芯体21例如构成为将由磁性材料形成的板材多个层叠而成的结构体。线圈22为卷绕于芯体21的主齿211(后述)的线。自外部的电源装置向线圈22供给交流的电力。在本实施方式中，省略对向电枢20的线圈22供给电力的线缆等的图示。

如图1和图2所示，芯体21在Z2侧的面包括槽部210。槽部210为自芯体21的Z2侧的面朝向Z1侧以倒凹状凹陷的区域。槽部210沿着芯体21的X方向延伸。在本实施方式的槽部210，在槽部210延伸的方向(X方向)上以横跨槽部210的方式设有副齿212(后述)。

如图3所示，芯体21在Y－Z平面中被划分成槽区域S1和开口区域S2。如图4A所示，槽区域S1为形成有多个主齿211、多个副齿212的区域。主齿211为卷绕线圈22的齿。副齿212为设于相邻的主齿211之间的齿。主齿211和副齿212交替地形成。如图2所示，芯体21的槽区域S1在Z1方向上与磁体板10的推力区域D1相面对。

开口区域S2为与磁体板10的非推力区域D2相面对的区域，并形成于上述的槽部210。如图4B所示，在开口区域S2未形成有主齿211，仅形成有副齿212。即，主齿211仅形成于Y1侧的槽区域S1和Y2侧的槽区域S1。而且，副齿212自Y1侧的槽区域S1横跨开口区域S2延伸到Y2侧的槽区域S1。

如图2所示，在将电枢20和磁体板10构成为直线电动机1的情况下，电枢20的开口区域S2和磁体板10的非推力区域D2以Y方向上的中心彼此大致一致的方式设定。而且，电枢20的开口区域S2的宽度W1设定为大于磁体板10的非推力区域D2的宽度W2。这是因为，若电枢20的开口区域S2的端部在Y方向上位于磁体板10的非推力区域D2的靠内侧的位置，则由电枢20产生的磁通容易在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中。因此，在电枢20的开口区域S2与磁体板10的非推力区域D2的彼此的中心大致一致的状态下，开口区域S2的宽度W1优选设为至少与非推力区域D2的宽度W2相同，更优选设为大于非推力区域D2的宽度W2。开口区域S2的宽度W1与非推力区域D2的宽度W2的比率例如优选设为1.1～1.0左右。

对于上述这样构成的电枢20的线圈22，在作为电力而施加单相交流或三相交流时，在产生于线圈22的磁通(移动磁场)与磁体板10的磁场之间作用有吸引力和推斥力，利用其移动方向(X方向)上的分量对电枢20施加推力。如图1所示，电枢20在该推力的作用下在磁体板10上沿着排列永磁体12的X方向直线移动。

如图2所示，通过在自芯体21(电枢20)的槽区域S1向磁体板10的推力区域D1产生的磁通(向下的实线的箭头)与磁体板10的磁场之间作用吸引力和推斥力而产生上述推力。

另一方面，在磁体板10的非推力区域D2未设有永磁体12，而且，在芯体21的开口区域S2未形成有形成磁通所必须的主齿211。因此，与在形成有主齿211的推力区域D1与槽区域S1之间相比，在非推力区域D2与开口区域S2之间，产生于线圈22的磁通较弱，并且在产生于线圈22的磁通与磁体板10的磁场之间也未作用有吸引力和推斥力，因此，几乎不产生相对于电枢20的推力。

在主齿211和副齿212设于整个区域的以往结构的芯体与非推力区域D2之间也同样能够产生上述的在非推力区域D2与开口区域S2之间几乎不产生推力的现象。但是，在这样的以往结构的芯体中，由电枢20产生的磁通在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中，因此，导致配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12去磁。

另一方面，根据本实施方式的结构，如图2所示，由电枢20(芯体21的开口区域S2)产生的磁通难以在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中。在图2中，用虚线箭头表示了由主齿211和副齿212设于整个区域的以往结构的芯体产生的磁通，但在本实施方式的磁体板10和芯体21中，图示那样的虚线的磁通难以在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中。因而，根据上述的本实施方式的直线电动机1，能够抑制配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的去磁。

(第2实施方式)

图5是第2实施方式的电枢20A的开口区域S2的剖视图。图5相当于图3的II－II线的剖面。在第2实施方式中，对与第1实施方式等同的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图5所示，在第2实施方式的电枢20A中，在芯体21A的开口区域S2未形成主齿211和副齿212，仅存在线圈22。另外，虽未图示，但芯体21A的槽区域S1的结构与第1实施方式(参照图4A)相同。这样，在芯体21A的槽区域S1由多个主齿211和副齿212构成的情况下，可以将开口区域S2设为未形成主齿211和副齿212的结构。

在第2实施方式的电枢20A中，由于由电枢20A(芯体21A的开口区域S2)产生的磁通难以在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中，因此，也能够抑制配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的去磁。

(第3实施方式)

图6A是第3实施方式的电枢20B的槽区域S1的剖视图。图6A相当于图3的I－I线的剖面。

图6B是第3实施方式的电枢20B的开口区域S2的剖视图。图6B相当于图3的II－II线的剖面。

如图6A所示，在第3实施方式的电枢20B中，在芯体21B的槽区域S1仅形成有多个主齿211，未形成副齿212。而且，如图6B所示，在第3实施方式的电枢20B中，在芯体21B的开口区域S2未形成主齿211，仅存在线圈22。这样，在芯体21的槽区域S1仅由主齿211构成的情况下，可以将开口区域S2设为未形成主齿211的结构。

在第3实施方式的电枢20B中，由于由电枢20B(芯体21B的开口区域S2)产生的磁通难以在配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的端部集中，因此，也能够抑制配置于非推力区域D2的两侧的永磁体12的去磁。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，能够像后述的变形方式那样进行各种变形、变更，这些变形、变更也包含在本发明的技术范围内。而且，实施方式所说明的效果仅列举了由本发明产生的最佳的效果，并不限定于实施方式所说明的效果。另外，上述的实施方式以及后述的变形方式还能够适当组合使用，但省略详细的说明。

(变形方式)

在第1实施方式中，如图4B所示，示出了在开口区域S2形成与槽区域S1相同的副齿212的例子，但并不限定于此。还可以在芯体21的X方向上混合有形成副齿212的区域和未形成副齿212的区域。

在第1实施方式中，说明了电枢20的开口区域S2设于Y方向上的中央的例子，但并不限定于此。电枢20的开口区域S2可以在Y方向上设于多个部位。

在第1实施方式中，说明了将磁体板10设为固定侧、将电枢20设为驱动侧的例子，但并不限定于此。还可以在直线电动机1中，将磁体板10设为驱动侧、将电枢20设为固定侧(第2实施方式、第3实施方式也相同)。

Claims

1.一种直线电动机，其包括：磁体板，其沿着驱动方向交替排列有不同磁性的磁体；以及电枢，其具有成为主体的芯体和安装于所述芯体的线圈，该直线电动机在产生于所述磁体板与所述电枢之间的推力的作用下使所述磁体板和所述电枢沿着所述磁体的排列方向相对移动，其中，

所述磁体板具有非推力区域，该非推力区域沿着所述磁体的排列方向延伸，对所述推力没有贡献，

所述电枢的所述芯体包括用于安装所述线圈的多个主齿、设于相邻的所述主齿之间的副齿、以及设置于与所述磁体板的所述非推力区域相面对的区域的槽部，

在由所述槽部形成的开口区域未设有所述主齿以及副齿，仅存在所述线圈，

所述槽部是自所述芯体的与所述磁体板相对的一侧的面朝向该芯体的厚度方向上的另一侧以倒凹状凹陷而形成的，并且沿所述磁体的排列方向延伸。

2.根据权利要求1所述的直线电动机，其中，

所述磁体板的所述非推力区域为未设有所述磁体的区域。