CN110036556B

CN110036556B - 线性电动机

Info

Publication number: CN110036556B
Application number: CN201780074898.9A
Authority: CN
Inventors: 稻垣龙太郎; 若山裕史; 元吉研太; 山口信一; 内村智也
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2020-09-22
Anticipated expiration: 2037-03-17
Also published as: WO2018167970A1; KR20190065454A; JPWO2018167970A1; JP6345355B1; CN110036556A; TW201836249A; TWI652881B; KR102044845B1

Abstract

具有：一对可动件(2)，它们具有铁芯(21)以及绕组(24)，该铁芯具有多个齿部(23)，该绕组卷绕于齿部(23)；以及固定件(301)，其是由层叠构造构成的磁体(31)以及永磁铁(32)交替地配列而得到的，一对可动件(2)夹着固定件(301)而相对配置，在一对可动件(2)和固定件(301)之间设置有空隙(G)，一对可动件(2)配置为隔着固定件(301)而面对称地配置，或者将从与一对可动件(2)的行进方向垂直的固定件(301)的剖面的矩心穿过且沿一对可动件(2)的行进方向延伸的轴作为旋转轴，使一对可动件(2)的一者的矩心在旋转移动180度的情况下与另一者的矩心重叠，永磁铁(32)在一对可动件(2)的行进方向进行充磁，相邻的永磁铁(32)的充磁面以同极相对的方式设置恒定间隔而相对配置。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及在工业用机械的工作台进给或者货物的输送中使用的线性电动机。

背景技术

当前，针对工作机械的工作台进给或者输送机械的致动器，存在高速化以及高精度定位的要求。为了响应该要求，在工作机械以及半导体制造之类的机械的致动器采用线性电动机的情况增加。另外，线性电动机是直接驱动，与如旋转型伺服电动机和滚珠丝杠的组合那样将旋转运动变换为直线运动的驱动方式相比，能够实现高速度、高加速度以及高精度定位。

为了将线性电动机高速化、高加速度化，需要线性电动机的轻量化以及高推力化，在专利文献1中提出有实现了轻量化以及高推力化的线性电动机。

专利文献1：日本特开2013-176269号公报

发明内容

然而，就上述专利文献1所公开的线性电动机而言，隔着可动件而相对配置的一对固定件的沿行进方向的位置不同，在不与可动件的齿部相对的磁极面，由于磁饱和而永磁铁的动作点降低，或磁通泄漏，从而无法有效利用磁铁磁通。另外，存在如下问题，即，由于相对的一对固定件的位置不同，从而对于在相同的绕组产生的感应电压，产生相位差，感应电压降低而损耗变大。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到如下线性电动机，即，有效利用从固定件产生的磁通，并且使感应电压增加而提高推力特性。

为了解决上述课题，实现目的，本发明具有：一对可动件，它们具有铁芯以及绕组，该铁心具有多个齿部，该绕组卷绕于齿部；以及固定件，其是由层叠构造构成的磁体以及永磁铁交替地排列于一对所述可动件的行进方向而得到的。一对可动件夹着固定件而相对配置，在一对可动件和固定件之间设置有空隙。一对可动件配置为一对可动件的一者和另一者隔着固定件而面对称地配置，或者将从与一对可动件的行进方向垂直的固定件的剖面的矩心穿过且沿一对可动件的行进方向延伸的轴作为旋转轴，使一对可动件的一者的矩心在旋转移动180度的情况下与一对可动件的另一者的矩心重叠。永磁铁在一对可动件的行进方向进行充磁，相邻的永磁铁的充磁面以同极相对的方式设置恒定间隔而相对配置。

发明的效果

本发明涉及的线性电动机具有如下效果，即，能够有效利用从固定件产生的磁通，并且增加感应电压而提高推力特性。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的线性电动机的斜视图。

图2是实施方式1涉及的线性电动机的与可动件的行进方向垂直的剖面图。

图3是实施方式1涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图4是表示在实施方式1涉及的线性电动机的固定件的单侧产生的空隙磁通密度波形的图。

图5是表示将实施方式1涉及的线性电动机的空隙磁通密度波形进行级数展开后的结果的图。

图6是表示实施方式1涉及的线性电动机的可动件的行进方向上的永磁铁的宽度Hm和永磁铁的间隔τp之比Hm/τp与感应电压的关系的图。

图7是本发明的实施方式2涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图8是表示实施方式2涉及的线性电动机的可动件的行进方向上的永磁铁的宽度Hm和可动件的行进方向上的磁体的凸缘的尺寸W之比W/Hm与感应电压的关系的图。

图9是本发明的实施方式3涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图10是从空隙方向观察实施方式3涉及的线性电动机的固定件的图。

图11是实施方式3的变形例涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图12是本发明的实施方式4涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图13是从空隙方向观察实施方式4涉及的线性电动机的固定件的图。

图14是本发明的实施方式5涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

图15是从空隙方向观察实施方式5涉及的线性电动机的固定件的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式涉及的线性电动机进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1涉及的线性电动机的斜视图。图2是实施方式1涉及的线性电动机的与可动件的行进方向垂直的剖面图。图3是实施方式1涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。

此外，在图1中，为了容易理解结构，仅图示出可动件2以及固定件301的一部分的结构要素。另外，在图3中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。如图1、图2以及图3所示，实施方式1涉及的线性电动机101具有可动件2和固定件301。可动件2如图2所示，由固定可动件2的紧固板25、支撑紧固板25的顶板41、设置于顶板41的滑块42、以及W形状剖面的可动件磁轭33支撑。这里，紧固板25、顶板41、滑块42以及可动件磁轭33的形状不依赖于图2所示的形状，只要能够支撑可动件2即可，可以为任意形状。可动件2以相对于固定件301隔着恒定大小的空隙G的方式配置有一对，相对于固定件301能够沿行进方向A进行相对移动。

可动件2具有铁芯21，该铁芯21由电磁钢板的层叠铁芯或者磁轭之类的磁体以层叠构造的方式构成。铁芯21具有：芯座22；以及齿部23，其沿与行进方向A以及层叠方向B这两者正交的方向从芯座22凸出。另外，可动件2具有绕组24，该绕组24隔着未图示的绝缘件之类的绝缘部件而卷绕于齿部23。就一对可动件2而言，一对可动件2的一者和一对可动件2的另一者配置为隔着固定件301而面对称，一对可动件2的一者和一对可动件2的另一者配置于将固定件3作为对称面而相互呈镜像的位置。或者，一对可动件2配置为，如果将从与一对可动件2的行进方向垂直的固定件3的剖面的矩心O穿过且沿一对可动件2的行进方向延伸的轴作为旋转轴，使一对可动件2的一者的矩心P₁旋转移动180度，则矩心P₁与一对可动件2的另一者的矩心P₂重叠。因此，在隔着固定件301而相对配置的一对可动件2中，卷绕于行进方向A的相同位置的齿部23的绕组24同相地配置。

在图1、图2以及图3中，可动件2的铁芯21由多个芯座22以及齿部23构成，但铁芯21也可以不分割而为一体构造。

固定件301具有由电磁钢板的层叠铁芯或者磁轭以层叠构造构成的永磁铁32和磁体31。磁体31和永磁铁32交替地排列配置。永磁铁32在行进方向A上进行充磁。隔着磁体31相邻的永磁铁32以同极相对的方式设置恒定间隔而配置。这里，就图1、图2以及图3所示的线性电动机101而言，可动件2的齿部23的数量为6，与可动件2面对的固定件301的磁体31的数量为7，但也可以是该组合以外。另外，即使可动件2以及固定件301的形状、可动以及固定的关系颠倒，在特性方面也没有任何问题。

下面，利用电磁场解析结果而说明提高感应电压的效果。这里，以如下线性电动机作为对比例，即，构成固定件的永磁铁在与可动件的行进方向以及层叠方向这两者垂直的空隙方向上进行充磁，以永磁铁和相邻的永磁铁不同极的方式在可动件的行进方向以恒定间隔粘接配置于磁体。在对比例涉及的线性电动机中，固定件在空隙产生的空隙磁通密度的波形变为接近所谓矩形波的波形。在由f(x)表示矩形波的情况下，如果进行级数展开，则变为下述式(1)。

【算式1】

通常，有助于线性电动机的推力的感应电压的一阶成分与空隙磁通密度的一阶成分成正比，因此为了提高电动机特性，需要使由固定件产生的空隙磁通密度的一阶成分增加。通过增大磁铁使用量，能够增加空隙磁通密度的一阶成分，但磁铁使用量的增加导致成本的增加。为了使从磁铁使用量相同且总磁通量相等的线性电动机的固定件产生的磁通密度的一阶成分增加，理想的是将其它高阶的成分变换为一阶成分而变为正弦波，但实际上是困难的。因而，为了使从固定件产生的磁通密度的一阶成分提高，需要减少其它高阶成分而增加一阶成分。

减少高阶成分而增加一阶成分的方法之一是，将空隙密度波形设为三角波。在由g(x)表示三角波的情况下，如果进行级数展开，则变为下述式(2)，与矩形波相比，能够减少高阶成分、增加一阶成分。

【算式2】

为了将空隙密度波形设为三角波，需要将产生的磁通量设为相等且作为可动件而缩窄在空隙G产生磁通的面。

另外，在可动件并未以将固定件夹在中间的方式相对配置、仅在固定件的单侧配置有可动件的线性电动机中，从固定件产生的磁通在配置有磁体即可动件侧，可动件的行进方向以及层叠方向这两者正交的方向上的永磁铁的宽度的2/3左右进行交链，1/3左右向未配置可动件侧泄露。因此，可动件并未以夹着固定件的方式相对配置的线性电动机无法有效利用磁铁磁通。

实施方式1涉及的线性电动机101隔着固定件301而将可动件2相对配置，因此，能够在固定件301的两侧有效地利用从固定件301在空隙G产生的磁通。图4是表示在实施方式1涉及的线性电动机的固定件的单侧产生的空隙磁通密度波形的图。在图4中，以使得对比例涉及的线性电动机的空隙磁通密度波形的最大值变为1的方式进行标准化。

如图4所示，与图中由虚线表示的对比例涉及的线性电动机的空隙磁通密度波形相比，在图中由实线表示的实施方式1涉及的线性电动机101的空隙磁通密度波形变为接近三角波的形状。图5是表示将实施方式1涉及的线性电动机的空隙磁通密度波形进行级数展开后的结果的图。图5是以使得对比例涉及的线性电动机的空隙磁通密度波形的一阶成分变为1的方式进行标准化。如图5所示，实施方式1涉及的线性电动机101与对比例涉及的线性电动机进行对比，能够使一阶成分增加大于或等于10％。因此，就在固定件301的两侧配置有磁体即可动件2的实施方式1涉及的线性电动机101而言，在层叠方向B的尺寸H相同的情况下产生的感应电压变为大于或等于对比例涉及的线性电动机的2.2倍。因此，实施方式1涉及的线性电动机101，能够将层叠方向B的尺寸H设为小于或等于对比例涉及的线性电动机的一半，在感应电压的增加的基础上，能够实现层叠方向B的小型化。并且，根据实施方式1涉及的线性电动机101，可动件2的铁芯21隔着固定件301而相对配置，可动件2由紧固板25进行连结，因此可动件2施加于铁芯21的磁吸引力被抵消或者减少，并且施加于滑块42的载荷减少，因此能够实现滑块42的长寿命化。

图6是表示实施方式1涉及的线性电动机的可动件的行进方向上的永磁铁的宽度Hm和永磁铁的间隔τp之比Hm/τp与感应电压的关系的图。这里，图6的感应电压是将对比例涉及的线性电动机的感应电压设为1而进行了标准化后的值。如图6所示，将Hm/τp设为0.18＜Hm/τp＜0.9，由此能够得到大于或等于对比例涉及的线性电动机的感应电压。设为Hm/τp＜0.9的理由在于，如果永磁铁32的宽度Hm变宽，则可动件2的行进方向A上的磁体31的宽度变短，磁体31发生磁饱和，永磁铁32的动作点下降。另外，设为0.18＜Hm/τp的理由在于，如果永磁铁32的宽度Hm过窄，则磁体31的空隙G侧的空隙面变宽，与对比例涉及的线性电动机同样地变为矩形波状的空隙磁通密度波形。

实施方式2.

图7是本发明的实施方式2涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。此外，在图7中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。在图7中，对于与实施方式1涉及的线性电动机101的结构相同的结构，标注相同的标号。另外，在图7中，实施方式2涉及的线性电动机104与实施方式1涉及的线性电动机101在如下方面不同，即，在构成固定件303的磁体31具有对永磁铁32进行保持的凸缘311。此外，将磁体31所具有的凸缘311在可动件2的行进方向A上的尺寸设为W。在凸缘311彼此之间，形成有沿可动件2的行进方向A的间隙37，间隙是空的。

就实施方式1涉及的线性电动机101而言，构成固定件301的磁体31的位于空隙G侧的磁极面和永磁铁32的空隙G侧的面的位置相同。因此，通过粘接之类的方法将永磁铁32固定至磁体31，但在粘接的强度小的情况下，永磁铁32有可能向空隙G侧错开而脱落。在永磁铁32向空隙G侧错开或脱落的情况下，永磁铁32与可动件2接触，有可能导致可动件2破损或者永磁铁32破损。与此相对，实施方式2涉及的线性电动机104设为在固定件303的磁体31的空隙G侧的磁极面设置有凸缘311的形状，由此能够防止永磁铁32的错开以及脱落。

并且，磁体31的凸缘311还具有提高感应电压的效果。图8是表示实施方式2涉及的线性电动机的可动件的行进方向上的永磁铁的宽度Hm和可动件的行进方向上的磁体的凸缘的尺寸W之比W/Hm与感应电压的关系的图。图8中的实线表示实施方式2涉及的线性电动机104的可动件2的行进方向A上的永磁铁32的宽度Hm和可动件2的行进方向A上的磁体31的凸缘311的尺寸W之比W/Hm与感应电压的关系。另外，图8中的虚线表示实施方式1涉及的线性电动机101的可动件2的行进方向A上的永磁铁32的宽度Hm和可动件2的行进方向A上的磁体31的尺寸W之比W/Hm与感应电压的关系。如图8所示，通过设为0≤W/Hm≤0.15，从而能够将感应电压设为大于或等于实施方式1涉及的线性电动机101。

实施方式3.

图9是本发明的实施方式3涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。图10是从空隙方向观察实施方式3涉及的线性电动机的固定件的图。此外，在图9中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。在图9以及图10中，对于与实施方式2涉及的线性电动机104的结构相同的结构，标注相同的标号。另外，在图9以及图10中，实施方式3涉及的线性电动机105与实施方式2涉及的线性电动机104在如下方面不同，即，在构成固定件304的磁体31设置有通孔34以及具有安装台35。在安装台35设置有螺纹孔50，在实施方式3涉及的线性电动机105中，磁体31使用螺栓60而共同紧固于安装台35。

在实施方式3涉及的线性电动机105中，在固定件304能够通过螺栓60将磁体31固定于安装台35。由此，能够对构成被分割的固定件304的磁体31进行固定，能够确保强度。特别是在磁体31由电磁钢板之类的层叠钢板构成的情况下，利用粘接或者铆接难以确保强度，因此通过螺栓60而固定于安装台35，由此能够同时实现磁体31的强度确保和固定。

图11是实施方式3的变形例涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。此外，在图11中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。图11表示在靠近空隙G侧的位置配置了两个通孔34的状态。在靠近空隙G侧的位置配置两个通孔34，由此能够增强磁体31的强度。另外，在空隙G侧配置通孔34，由此，如图11所示，能够利用通孔34将从可动件2的齿部23的顶端产生的由箭头C表示的磁通屏蔽，能够抑制因漏磁通的减少引起的推力特性的降低。

实施方式4.

图12是本发明的实施方式4涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。图13是从空隙方向观察实施方式4涉及的线性电动机的固定件的图。此外，在图12中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。在图12以及图13中，对于与实施方式2涉及的线性电动机104的结构相同的结构，标注相同的标号。如图12以及图13所示，实施方式4涉及的线性电动机106与实施方式2涉及的线性电动机104在如下方面不同，即，在构成固定件305的磁体31设置有定位用孔36，以及具有安装台35。在安装台35设置有定位销38。

在利用多个磁体31构成固定件305的情况下，如果磁体31的间距相对于设计值大幅偏离，则成为固定件305侧的制造误差，产生大的止动力。为了抑制因固定件305侧的制造误差引起的止动力的增加，在实施方式4涉及的线性电动机106中，在安装台35设置有定位销38。另外，在磁体31设置有定位用孔36。在实施方式4涉及的线性电动机106中，固定件305通过向定位用孔36插入定位销38而进行磁体31的定位。由此，能够以接近设计值的值配置多个分割的磁体31的间距间隔，能够抑制因制造波动引起的止动力的增加。另外，通过定位用孔36能够将图12中由箭头D表示的、从可动件2的齿部23的顶端产生的磁通屏蔽，能够抑制因泄露的磁通引起的推力的降低。

实施方式5.

图14是本发明的实施方式5涉及的线性电动机的与层叠方向垂直的剖面图。图15是从空隙方向观察实施方式5涉及的线性电动机的固定件的图。此外，在图14中，为了便于观察图，省略了永磁铁32的阴影。在图14以及图15中，对于与实施方式2涉及的线性电动机104的结构相同的结构，标注相同的标号。如图14以及图15所示，在实施方式5涉及的线性电动机107中，固定件306的磁体31与实施方式2涉及的线性电动机104在如下方面不同，即，将与相邻的磁体31连结的连结部39配置于层叠方向B上的一个部位。

实施方式5涉及的线性电动机107设为固定件306在层叠方向B的一部分相连的形状。通过设为上述结构，从而能够确保磁体31的共性，并且能够将磁体31的间距设为与设计值接近的值，能够降低因制造误差引起的止动力的增加。

此外，图15所示的磁体31在层叠方向B的一个部位具备连结部39，但连结部39也可以在层叠方向B的多个部位空开间隔而配置。

以上实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，可以与其它公知技术组合，在不脱离本发明的主旨的范围，还可以对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

2可动件，21铁芯，22芯座，23齿部，24绕组，25紧固板，31磁体，32永磁铁，33可动件磁轭，34通孔，35安装台，36定位用孔，37间隙，38定位销，39连结部，41顶板，42滑块，50螺纹孔，60螺栓，101、104、105、106、107线性电动机，301、303、304、305、306固定件，311凸缘。

Claims

1.一种线性电动机，其特征在于，具有：

一对可动件，它们具有铁芯以及绕组，该铁芯具有多个齿部，该绕组卷绕于所述齿部；以及

固定件，其是由层叠构造构成的软磁体以及永磁铁交替地排列于一对所述可动件的行进方向而得到的，

一对所述可动件夹着所述固定件而相对配置，在一对所述可动件和所述固定件之间设置有空隙，

一对所述可动件配置为，一对所述可动件的一者和另一者隔着所述固定件而面对称地配置，或者将从与一对所述可动件的行进方向垂直的所述固定件的剖面的矩心穿过且沿一对所述可动件的行进方向延伸的轴作为旋转轴，使一对所述可动件的一者的矩心在旋转移动180度的情况下与一对所述可动件的另一者的矩心重叠，

所述永磁铁在一对所述可动件的行进方向进行充磁，相邻的所述永磁铁的充磁面以同极相对的方式设置恒定间距而相对配置，

所述软磁体具有从所述空隙侧与所述永磁铁抵接的凸缘，

在所述凸缘彼此之间形成有沿所述可动件的行进方向的间隙，

在将一对所述可动件的行进方向上的所述永磁铁的宽度设为Hm、将所述永磁铁的排列节距设为τp时，0.18＜Hm/τp＜0.9。

2.根据权利要求1所述的线性电动机，其特征在于，

在将可动件的行进方向上的所述凸缘的尺寸设为W、将一对所述可动件的行进方向上的所述永磁铁的宽度设为Hm时，0≤W/Hm≤0.15。

3.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

具有对所述软磁体进行固定的安装台，

所述软磁体设置有使用于向所述安装台固定的螺栓贯穿的通孔。

4.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

具有对所述软磁体进行固定的安装台，

所述安装台具有定位销，

所述软磁体形成有与所述定位销卡合的定位用孔。

5.根据权利要求1或2所述的线性电动机，其特征在于，

所述软磁体在层叠方向上在大于或等于一个位置处具有与相邻的软磁体连结的连结部。