CN1111415A

CN1111415A - 线性马达

Info

Publication number: CN1111415A
Application number: CN 94115381
Authority: CN
Inventors: 里见博文; 岩佐孝夫
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1995-11-08
Anticipated expiration: 2014-09-29
Also published as: CN1038289C

Abstract

本发明是作为得到高推力输出的m值直线脉冲马达或无电刷直流线性马达工作的线性马达。

此线性马达由定子1和沿轴向移动自如的动子 3构成，所说的定子1有以等倾角配置的偶数N个凸极11，12…，而且沿轴向有交替地不同极性的多个永磁极配置在该凸极的内周面上。上述凸极由m组将相邻成对的多二个凸极以720m/N度配置的 N/m个凸极群组成，属于多凸极群的(N/m-1)个或(N/m-2)个多凸极的绕组W₁，W₂…在成对的凸极间极性相反地进行连接，在夹着不成对的其它相的凸极配置的凸极间同极性连接构成m相绕组，上述凸极群中剩余的凸极作为传感极S_A，S_B，用以检测动子3的位置和移动方向。

Description

本发明涉及线性马达，特别涉及作为二相和多相直线脉冲马达或无电刷直流线性马达工作的线性马达。

图11示出与本发明相关的永磁型圆筒状线性马达的纵剖视图。

在图11中，上述永磁型圆筒状线性马达定子100的定子铁心101是将形成环状定子齿端部102a的小内径环状轭铁部，扎形成环状定子齿底部102b的大内径的环状轭铁部沿轴向交替层叠，从而在上述定子铁心101的内周面上沿轴向以等齿距形成多个由环状齿端部102a和环状齿底部（槽部）102b构成的定子小齿102。

各个环绕组103，104…110配设在上述环状齿底部（槽部）102b。这些环状绕组103，104…110如图12所示，环状绕组103，105，107，109交替地反极性连接形成一相（A相），环状绕组104，106，108，110同样交替地反极性连接形成另一相（B相），整体形成二相。上述定子铁心100由于有这样的结构，定子100的极距为定子小齿102的齿距的四倍。

动子100的动子铁心301有圆筒形状，沿半径方向充磁成不同极性的永磁极302，以定子小齿102的齿距二倍的间距，沿轴向交替地配设在其外周面上，结果，动子300的极距成为定子小齿的齿距的四倍，与上述定子100的极距一致。

配置在定子铁心101上的上述二相绕组相互之间位于沿轴向错开定子小齿齿距即定子极距的1/4处，上述线性马达成为每次步进的基本移动量为该极距的1/4即定子小齿齿轮的二相永磁型圆筒状直线脉冲马达。

然而，上述结构的永磁型圆筒状直线脉冲马达，为连接各环形绕组103，104…110，在上述磁端部102a和齿底部102b各环状轭铁部的外周部要设置切口部，从这里将上述各绕级103，104…110的端部引出，还要将它们连结并存在位于上述切口部的导线引出槽部。这就产生该马达装配的作业性不良的问题。

收存上述绕组103，104…110的定子小齿102的和齿底部102b的大小取决于定子小齿的齿距，当该小齿齿距小时，上述齿底部120b不可能大，由于每相的安培导体数不能取大，因而有推力低的问题。

上述马达由于永磁极配置在动子侧，该马达的长度就需要在（动子铁心轴向长度+冲程长度）以上，所以存在要加长该冲程长度，马达的长度就要变长的问题。

上述马达是永磁型，原则上能作为无电刷直流马达工作，因而就需要另外设置检测动子位置的传感器装置，所以存在也使马达长度变长问题。

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种能解决上述问题的，绕组的作业性和马达装配的作业性都好，而且能与定子小齿齿距无关地增大存放绕组部分，以小型就能实现高推力，永磁极配置在定子侧的永磁型线性马达。

本发明的另一目的提供一种无须另外附加检测动子位置的传感装置，能廉价形成线性伺服机构且能作为无电刷直流马达工作的永磁型线性马达。

线性马达配备有定子和动子，所说的定子有以等倾角向内侧呈放射状配置有偶数个凸极的定子铁心和分别缠绕在上述多凸极上的绕组，所说的动子沿轴向可移动自如地支承在该定子内，同时有在其外周面上沿轴向配置了多个动子小齿的动子铁心，为达到上述目的，本发明的结构有如下所述的特征。

1.被以沿轴向交替地不同极性向半径方向充磁的多个永磁极按等间距配置在上述定子铁心的上述凸极的内周面上，同时上述动子小齿以两倍于上述永磁极的配置间距的距离配置;上述动子铁心是将规定张数的上述动子铁心的动子铁板层叠起来作为动子铁心单元，以只由配置在上述动子铁板外周部的小齿排列来决定的角度，顺次转动该单元进行层叠形成;上述定子凸极，当其凸极数为N个，上述马达的相数为m时，由m组凸极群构成，所说的凸极群由相互邻近的成对的每二个凸极，按均等的720m/N度的角度配置的N/m个凸极组成;分别缠绕在属于上述多凸极群的（N/m-1）个或（N/m-2）个凸极上的绕组，在构成上述对的凸极间极性相反地进行连接，在夹着不构成上述对的属于其它凸极群的凸极对并相对的凸极间，极性相同地进行连接，构成m相的相绕组;多相的与上述凸极群中相的构成无关的剩余的凸极作为传感电极，检测出动子的轴向位置和移动方向，能使之作好m相直线脉冲马达或者无电刷直流线性马达工作。

2.上述定子铁芯，如相数m为2，K为大于1的整数时，有8K个凸极，同时有K组由成（135/K）度角度配置在上述动子铁板外周部的二个小齿组成的小齿群，上述多小齿群相互成（360/K）度的角度配置，上述动子铁心是将上述动子铁心单元顺序逐次转动（135/K）度进行层叠形成，上述动子铁心单元的轴向厚度为t时，配置在上述定子铁心上的永磁极的配置间距是4t。

3.上述定子铁心，如相数m为3，K为大于1的整数量，有12K个凸极，同时有K组由成（150/K）度设置在上述动子铁板的外周部的二个小齿组成的小齿群，上述多小齿群相互成（360/K）度配置，上述动子铁心是将上述动子铁心单元顺序逐次转动（150/K）度进行层叠形成，上述动子铁心单元的轴向金属为t时，配置在上述定子铁心上的永磁板的配置间距是6t。

关于本发明的作用，上述这样结构的永磁线性马达，由于定子绕组以缠绕在多凸极上的形式设置在定子圆周方向，所以绕组的作业性好，而绕组收存部加大与定子小齿齿距无关，能取多的安培导体数，能实现高推力的线性马达。

由于永磁极设置在定子侧，所以能无须加长上述马达的长度实现长冲程化。

而且，由于能将一部分定子凸极用作检测动子位置、移动方向的传感凸极，所以勿须另外设置以往的编码器，解货装置等位置检测手段，就能作为无电刷直流线性马达工作。

图1是表示本发明的线性马达的一个实施例的纵剖视图。

图2是图1的定子铁心的局部放大图。

图3是沿图1的Ⅲ-Ⅲ线剖切的横剖视图。

图4是构成动子铁心的动子铁板的平面图。

图5是从定子侧看的，将图4的动子铁板转动规定角度进行层叠时形成的动子小齿部的展开图。

图6是定子绕组的接线图。

图7是表示本发明的曲线性马达的另一实施例的横剖视图。

图8是构成动子铁心的动子铁板的平面图。

图9是从定子侧看，将图8的动子铁板转动规定角度进行层叠形成的动子小齿部的展开图。

图10是定子绕组的接线图。

图11是已有技术的永磁型圆筒状线性马达的纵剖视图。

图12是图11的定子铁心的接线图。

下面将根据附图对所例举的本发明的最佳实施例进行详细说明。

图1是表示本发明的线性马达的一实施例的纵剖视图，图2是图1的定子铁心的局部放大图，图3是从图1的Ⅲ-Ⅲ线剖切的横剖视图。

本实施例表示相数m＝2，整数k＝1的情况，因而定子凸极数N＝8，K＝8。

在图1-图3中，定子1由定子铁心10和定子绕组W₁，W₂，W₃…W₈组成。沿其内周面的多个永磁极19沿轴向以等间距配置在向定子铁心10内侧以等倾角呈放射状设置的偶数个凸极上，在本实施例是配置在8个凸极11，12，12…18上，该永磁极19的内周面的极性是沿半径方向交替地充磁成N极和S极。

设置在多凸极11，12，12…18的内周面上的上述永磁极19，在轴向相同位置配置成相同极性，设置在上述轴向相同位置上的该8个永磁极19因有凸极间的开口部而成断开的圆环形状。

其定子绕组W₁，W₂，W₃…W₈分别缠绕在上述这8个凸极11，12，13…18上的上述定子铁心10用框架21，22和图中未绘出的螺栓等收存而且支承在外壳20内。

在定子1内的动子3，借助框架21，22，通过轴承23，24来支承并可沿轴向移动自如。沿该轴39的方向有多个动子小齿40（齿端部40a，齿底部40b）以两部于上述永磁极19的配置距离的间距形成在上述动子3的动子铁心30的与上述8个凸极11，12，13…18相对的各外周部31，32，33…38上，非磁性材料41充填在该齿底部40b，上述动子铁心30的外周面加工成简单的圆筒面。

图4示出构成上述动子铁心30的动子铁板42的一个实例。在图4中43，44是设置在动子铁板42的外周部的二个小齿，形成相互成130/K度，即135度（K＝1）的角度配置的一组小齿群。本实施例是K＝1即是一组小齿43，44的情况，而在例如K＝2时，则有二组由成135/K度即67.5度的角度配置的二个小齿组成的小齿群，该两组小齿群相互成360/K度即180度设置在外周方向。

图5是从定子侧看动子铁心30的外周部31，32，33…38上的动子小齿的情况，这些动子小齿40是层叠规定板轴的上述动子铁板42构成叠厚为t的动子铁心单元45后，再将动子铁心单元45每次转动130/K度，K＝1时为135°进行层叠形成的。有阴影线部分表示齿端部40a，无阴影线部分表示齿底部40b。通过顺次转动层叠上述动子铁心单元45，在各外周部31，32，33…38上形成齿距为8t（齿厚2t，齿底层度6t）的小齿40。从而使设置在上述定子铁心10上的永磁极19间距成为4t（动子小齿齿距的1/2）。

而且，从图5可知，以外周部31为基准时，各外周部小齿40的偏移分别为齿距的：在外周部32是3/8，外周部33是6/8，外周部34是9/8（即1/8），外周35是4/8，外周部36是7/8，外周部37是10/8（即2/8），外周部38是5/8，相邻的外周部小齿相互以齿距的3/8的偏移配置。

在图3中，相互紧挨着的成对的各二个凸极11，12和15，16构成以720m/K度即m＝2，N＝8，K＝8时为180度的均匀配置的N/m个即4个为一组的凸极群，同时凸极13，14和17，18构成有相同配置关系的四个为中一组的凸极群，整体上有m＝2组凸极群。

如图6所示，缠绕在构成上述多凸极群的每4个上述凸极中的（N/m-1）个即3个凸极上的，也就是缠绕在凸极11，12，16和凸极13，14，17上的各绕组W₁，W₂，W₆和W₃，W₄，W₇，像图示那样连接形成A相和B相，从而构成二相马达。

各A，B相绕组的构成如图6所示，将缠绕在相邻成对的凸极11，12上的绕组W₁，W₂相互极性相反地进行连接，将缠绕在其间夹有另一相凸极17，18那样配置的凸极11，16上的绕组W₁，W₆同极性地进行连接作为A相，同样，将缠绕在相邻成对的凸极13，14上的绕组W₃，W₄相互极性相反地进行连接，将缠绕在其间夹有另一相的凸极15，16那样配置的凸极14，17上的绕组W₄，W₇同极性地进行连接作为B相。

与上述凸极群中的相构成无关的凸极15，18及其绕组W₅，W₈分别构成传感极S_A，S_B。

由于是这样构成的，所以上述凸极群的各凸极对11，12;15，16;13，14;17，18有这样结构，即在被激励时分别形成闭磁路，多闭磁路没有公共的磁路部分。

此传感极S_A，S_B用图中未绘出的高频振荡器激励，能检测出按照动子小齿和传感极S_A，S_B的永磁极19的位置关系而变化的电感。也就是说，在传感极S_A，S_B的永磁极19和动子小齿40的齿端部40a相对时电感最大，在传感极S_A，S_B的永磁极19和动子小齿40的齿底部40b处于相对量有一间隙位置的电感最小。上述动子小齿40由于像上述那样沿轴向相位偏移，结果能产生90度电角度相位偏移的动子位置信号。

因此，利用上述那样的结构，所以能构成内装位置传感器的二相永磁型圆筒状的直线脉冲马达。这时每次步进的基本移动量为动子小齿40的齿距的1/4，即2t（而t是动子铁心单元45的叠厚）。由于内装能检测出动子3的位置和移动方向的传感极S_A，S_B，所以也能作为无电刷直流伺服马达工作。

图7-图11示出本发明的线性马达的其它实施例，图7是与上述实施例中图3一样的横剖视图。

本实施例示出相数m＝3，整数K＝1时，因而定子凸极数N成为N＝12，K＝12。在本实施例中除下述的说明外，其余均与上述实施例相同。

在图7中，在其内周面上沿轴向的多个永磁极63以等间距设置在以等倾角向定子铁心50的内侧呈放射状配置的12个凸极51，52，53…62上，使该永磁极63内周面的极性沿半径方向交替地充磁成N极和S极。定子绕组W₅₁，W₅₂，W₅₃…W₆₂分别缠绕在这12个凸极51，52，53…62的每一个上。

图8示出构成动子铁心70的动子铁板71的一个实例。在图8中，72，73是设置在动子铁板71外周部上的二个上齿，构成相互成150/K度即150度（K＝1）角度配置的一组小齿群。本实施例是K＝1即上述小齿72，73为一组的情况，而在例如K＝2时，存在二组由成150/K度即75度配置的二个小齿群相互成360/K度即180度形成在外周方向。

图9是从定子1侧看位于动子铁心70的外周部81，82，83…92上的动子小齿80的情况，所说的动子铁心70是将规定铁板数的上述动子铁板71层叠成叠厚为t的动子铁心单元74，再将该动子铁心单元74每次转动150/K度即K＝1时为150度进行层叠形成的。有阴影线部分表示齿端部80a，无阴影线部分表示齿底部80b。通过顺次转动层叠上述动子铁心单元74，在各外周部81，82，83…92上形成齿距为12t（齿厚2t，齿底厚度为10t）的小齿。因而配置在上述定子铁心50上的永磁极63的极距为6t（动子小齿齿距的1/2）。

在图7中相邻成对的各二个凸极51，52和57，58以720m/N度即m＝3，N＝12，K＝12时为180度均匀配置，构成以N/m个即4个为一组的凸极群，同时凸极53，54极60以及凸极55，56和61，62也同样配置，构成其它的各四个为一组的凸极群，共有m＝3组凸极群。

如图10所示，缠绕在构成上述各凸极群的各4个上述凸极中的（N/m-1）个即各三个凸极51，52，57和55，56，61以及59，60，53上的各绕组W₅₁，W₅₂，W₅₇和W₅₅，W₅₆，W₆₁以及W₅₉，W₆₀，W₅₃像图示那样进行连接，形成A相、B相和C相，构成三相马达。

各A，B，C相绕组与上述实施例一样，像图10那样进行连接。与上述凸极群中的相构成无关的凸极54，58，62及其绕组W₅₄，W₅₈，W₆₂分别构成传感极S_C，S_A，S_B。

因此利用上述那样的结构，能构成内装位置传感器的三相永磁型圆筒状直线脉冲马达。这时每次步进的基本移动量为动子小齿80的齿距的1/4即3t（t为动子铁心单元74的叠厚）。由于内装能检测出动子3的位置和移动方向的传感极S_A，S_B，S_C，所以也能作为无电刷直流伺服马达工作。

本发明不限于上述实施例中的技术，也可用能取得同样效果的其它的手段，本发明的技术也能在上述构成的范围内进行种种变更。

由上述说明可知，按照本发明的线性马达能构成二相或三相永磁型直线脉冲马达或者无电刷直流永磁型线性马达，同时由于各绕组以缠绕在各凸极上的形成沿圆周方向配置在这定子铁心内，能与齿距无关地增大收存绕组部分，取大的安培导体数，所以也能构成小型高推力的线性马达。

由于永磁极设置在定子侧，所以能不使上述马达的长度变长而实现长冲程化，同时由于动子铁心能通过层叠规定张数的动子铁板作为动子铁心单元，再将其顺转动规定角度进行层叠形成，所以生产性优良。

而且由于内装能检测出动子位置和移动方向的传感极，无须另外设置编码器，解算装置，就能廉价地形成作为无电刷直流线性马达的线性伺服系统。

Claims

1、一种线性马达配备有定子和动子，所说的定子有以等倾角向内侧呈放射状配置偶数个凸极的定子铁心和分别缠绕在上述多凸极上的绕组，所说的动子沿轴向可移动自如地支承在该定子内，该动子还有在其外周面上沿轴向配置有多个动子小齿的动子铁心，其特征在于：被沿轴向交替地不同极性沿半径方向充磁的多个永磁极按等间距配置在上述定子铁心的上述凸极的内周面上，同时上述动子小齿以两部于上述永磁板的配置间距的距离配置；上述动子铁心是将指定片数的上述动子铁心的动子铁板层叠起来作为动子铁心单元，以只由配置在上述动子铁板外周部的小齿排列来决定的角度，顺序转动层叠该单元形成；上述定子凸极，当其凸极数为N个，上述马达的相数为m时，由m组凸极群构成，所说的凸极群由相互邻近成对的每二个凸极按均等的720m/N度的角度配置的N/m个凸极组成；分别缠绕在属于上述多凸板群的(N/m-1)个或(N/m-2)个凸极上的绕组，在构成上述对的凸极间极性相反地进行连接，在夹着不够成上述对的属于其它凸极群的凸极对并相对的凸极间同极性地进行连接，构成m相的相绕组；多相的与上述凸极群中相的构成无关的剩余的凸极作为传感极，用以检测出动子的轴向位置和移动方向，能使之作为相直线脉冲马达或无电刷直流线性马达工作。

2、按照权利要求1所说的线性马达，其特征在于所说的定子铁心如相数m为2，K为大于1的整数时，有8个凸极，同时有K组由成135/K度角度配置在上述动子铁板外周部的二个小齿组成的小齿群，上述多小齿群相互成360/K度的角度配置，上述动子铁心是将上述动子铁心单元顺序逐次转动135/K度进行层叠形成，上述动子铁心单元的轴向厚度为t时，配置在上述定子铁心上的永磁极的配置间距是4t。

3、按照权利要求1所说的线性马达，其特征在于所说的定子铁心如相数m为3，K为大于1的整数量，有12K个凸极，同时有K组由成150/K度设置在上述动子铁板外周部的二个小齿组成的小齿群，上述多小齿群相互成360/K度配置，上述动子铁心是将上述动子铁心单元顺序逐次转动150/K度进行层叠形成，上述动子铁心单元的轴向厚度为t时，配置在上述定子铁心上的永磁极的配置间距是6t。