CN1255929C - 密封线性电动机 - Google Patents

Abstract

提供控制动子温度上升、降低了粘性制动力的密封外壳强度不退化的密封线性电动机。密封线性电动机一方备有作为励磁的永久磁铁，在另一方备有3相电枢绕组、支持同电枢绕组用的绕组固定架、冷却同电枢绕组表面用的冷媒通过的冷媒通路，覆盖同电枢绕组和上述冷媒通路的密封外壳(14)和密封同密封外壳用的端盖(14′)，其中在上述密封外壳(14)内彼此平行地在行进方向上设置了多条细长的狭缝(151、152)。

Description

密封线性电动机

技术领域

本发明涉及线性电动机，特别是涉及要求低温度上升和匀速进给精度、用于如电子部件检查装置或工作机进给等的密封线性电动机。

背景技术

定子备有3相电枢绕组、动子备有励磁的永久磁铁的密封线性电动机通过冷媒直接冷却电枢绕组，能够控制、降低线性电动机的表面温度上升。

可是，如果根据这种现有技术，即使是动子和定子调换的构造也毫无问题，因此在冲程长的场合，一般多采用动子备有电枢绕组的构造。

在这里，以把多个线圈组成形形成的电枢绕组作为动子、把励磁的彼此极性不同的多块永久磁铁比邻排列于定子设置的密封线性电动机为中心说明如下，当然不限于此。

图8所示为表示现有技术中线性电动机整体的斜视图。在图8中，80为动子、81为动子基座、84为密封外壳、31为冷媒出口、32为冷媒入口、33为电缆、90为定子、91为定子基座、92为磁轭、93为永久磁铁。

动子80如后述呈T字形，其纵向构件(电枢)部分在配置于定子90的磁轭92、92间的永久磁铁93之间、由无图示的线性导轨、气动滑槽、滑动导向等支持、通过使规定电流向电枢绕组流动，可与永久磁铁93形成的磁场发生作用，对动子80产生推力，向箭头所示行进方向移动。

图1(b)所示为从正面看图8现有线性电动机的断面图。图中，动子80呈T字形。动子80由动子基座81、朝下支持于动子基座81的密封外壳84、密封该密封外壳84的端盖84′(参照图5)、通过在由该密封外壳84及端盖84′所形成的空间内配备的绕组固定架82、固定于该绕组固定架82的空心型3相电枢绕组83及密封外壳84内的冷媒通路87所构成。

图5(a)所示为动子的侧面图，图6所示为从动子侧面看的电枢绕组的配置图。电枢绕组83在这里采用图6所示那样的三相薄平版状的，通过将其贴附于绕组定架82左右两侧，构成电枢绕组整体且提高了其强度。另外，绕组固定架82其本身需要强度，因此，常使用不锈钢。

密封外壳84是将不锈钢制的薄板弯曲、焊接成コ字形筒状。同样由不锈钢铸造件所形成的2个端盖84′、84′(图5)分别备有使冷媒通过用的冷媒供给32和冷媒排出31。密封外壳84与端盖84′在接合面通过焊接接合。

另外，通过使冷媒从冷媒供给32供给、从冷媒排出31排出，冷媒在电枢绕组83和密封外壳84之间的冷媒通路87(图1(b))流动。

另一方面，定子90的形状如图1(b)所示，为了夹持动子80的电枢部，形成凹字形。定子90由在动子80的密封外壳84和端盖84′两侧介于间隙配置的永久磁铁93；为使永久磁铁93形成的磁通通过，由磁性体制成的磁轭92和支持这些的定子基座91构成。另外，在移动方向排列的多块永久磁铁93每个极间距λ(图8)形成与相邻异极那样配置。

这样构成的密封线性电动机由于使动子本身位置的规定电流流向电枢绕组，与定子的永久磁铁形成的磁场发生作用，对动子产生推力，同时通过冷媒使因铜损放热的电枢绕组冷却，控制、降低动子表面的温度上升。

但是，根据现有技术有如下问题。

密封外壳84、绕组因定架82、端盖84′等如上所述是由不锈钢构成的。这些由不锈钢构成的构件由于通过定子90的永久磁铁93之间，每个极间距λ发生1个涡电流ie。将涡电流ie的发生图示于图5(b)。由图5(b)可知，现有装置的涡电流ie的流动，其流路在密封外壳84及端盖84′的整个上下方向描绘成大圆圈。而且，由于该涡电流ie的上下方向成分，产生粘性制动力。该粘性制动力在涡电流ie与永久磁铁93形成的磁通交链、与动子80行进方向相反方向产生。其大小大致与不锈钢的厚度或幅度、动子80的移动速度、涡电流ie的发生个数、磁通密度的平方成正比。由于这种粘性制动力的产生，出现如下问题。

(1)要得到某一推力时，因为即使使规定的电枢电流流动，也会小粘性制动力部分，因此必须使更大的电枢电流流动。其结果，电枢绕组的铜损增加、密封外壳和端盖表面的温度上升变高。

(2)涡电流作为所谓涡电流损，在发生场所变换为热。即发生场所密封外壳、绕组固定架、端盖放热，进而引起温度上升。在严格要求限制温度上升的场合，由于这种放热，有时不能满足规格要求。

(3)近几年，正在要求提高速度，粘性制动力有越来越增加的倾向，而且这种粘性制动力在与动子行进方向相反方向发生，由于粘性制动力变动，使线性电动机的速度发生变动。由于粘性制动力对线性电动机速度变动的影响比对发生推力的影响小，因此，迄今没有引起重视，但是，近几年，随着各种精密机械装置等迅速的高精度、高精密化，对减少速度变动的要求高起来了。因此，要求不变更构成部件的材质等、而维持机械强度不变、控制粘性制动力的变动、减少线性电动机的速度变动。

本发明的目的是为解决上述问题，提供抑制动子温度上升、减小粘性制动力且可控制其调节率、密封外壳强度不退化的密封线性电动机。

发明内容

为了解决上述问题，一种密封线性电动机，其包括使彼此极性相异的多块永久磁铁比邻排列配置的磁轭；与上述永久磁铁的磁铁列介于磁性空隙对置，同时有电枢绕组的电枢，上述电枢设有沿上述电枢的长度方向两面装着了上述电枢绕组的绕组固定架；容纳上述电枢绕组和上述绕组固定架，在上述绕组固定架两面装着的上述电枢绕组周围有使冷媒流动用的冷媒通路的密封外壳；上述密封外壳两端中，在任何一端配置冷媒供给口，在另一端配置冷媒排出口的端盖，上述磁轭和上述电枢任何一方作为定子，另一方作为动子，使上述磁轭与上述电枢相对移动，其特征在于：在上述密封外壳设有多条细长狭缝，在上述密封外壳的内侧为了复盖上述狭缝而贴附片状防漏片，同时在上述狭缝充填了树脂。

上述多条细长狭缝互相平行地在行进方向上延长。

多条细长狭缝彼此平行且在行进方向上被分割。

多条细长狭缝当规定上述永久磁铁的极间距为λ时，在行进方向按3×λ的间隔排列着。

多条细长狭缝彼此平行且在行进方向上被分割，当规定上述永久磁铁的极间距为λ时，在与行进方向成直角的方向上与邻接的狭缝之间有1.5×λ的偏移。

上述端盖上设有多条彼此平行地在行进方向上延长的细长狭缝，在上述端盖内侧为了复盖上述狭缝而贴附片状防漏片，同时在上述狭缝充填树脂。

上述绕组固定架设有彼此平行延伸的细长狭缝。

在包括使彼此极性相异的多块永久磁铁比邻排列配置的磁轭；与上述永久磁铁的磁铁列介于磁性空隙对置，同时有电枢绕组的电枢，上述电枢设有沿上述电枢的长度方向两面装着了上述电枢绕组的绕组固定架；容纳上述电枢绕组和上述绕组固定架，在上述绕组固定架两面装着的上述电枢绕组周围有使冷媒流动用的冷媒通路的密封外壳；上述密封外壳两端中，在任何一端配置冷媒供给口、在另一端配置冷媒排出口的端盖，上述磁轭作为定子，上述电枢作为动子，使上述磁轭与上述电枢相对移动的种密封线性电动机中，其特征在于：密封外壳全长L规定如下，当设

密封外壳全长：L

永久磁铁极间距：λ

整数：n时，则L＝(n+1/2)λ。

根据以上构成，涡电流发生处的数量一定、粘性制动力的变动大幅度降低，因此能够减少线性电动机的速度变动。

附图说明

图1为从正面看密封线性电动机的断面图，(a)表示基于本发明、(b)表示基于现有技术。

图2表示本发明实施方式1中的动子，(a)为动子的侧面图、(b)为动子侧面中涡电流发生图。

图3表示本发明的密封外壳，(a)为实施方式1中密封外壳断面的放大图、(b)为实施方式3中密封外壳断面的放大图。

图4表示本发明实施方式2中的动子，(a)为动子侧面图、(b)为动子侧面中涡电流发生图。

图5表示基于现有技术的动子，(a)为动子侧面图、(b)为动子侧面中涡电流发生图。

图6为表示从基于现有技术的侧面看的动子内部的图。

图7为比较本发明实施方式1与现有技术的粘性制动力的图。

图8为基于现有技术的密封线性电动机的斜视图。

图9为本发明实施方式3中有冷却密封外壳的线性电动机的整体斜视图。

图10为表示本发明涡电流发生处情况的概略图。

图11为表示现有技术涡电流发生处情况的概略图。

图12为比较本发明实施方式3与现有技术的粘性制动力的图。

具体实施方式

实施方式1

下面使用图1～图3说明本发明实施方式1。

图1(a)为从正面看本发明中密封线性电动机的断面图，图2(a)为动子侧面图、(b)为动子侧面中涡电流发生图。

定子20的形状是为夹持动子10的电枢部而呈凹字形。定子20由在动子10的密封外壳14和端盖14′两侧、介于磁性空隙配置的多块永久磁铁23；为使永久磁铁23形成的磁通通过、由磁性体所制作的磁轭22和支持这些的定子基座21构成。另外，使在移动方向排列的多块永久磁铁23配置为每一极间距λ、近邻之间形成异极(图9)。

动子10与现有技术相同、在图1(a)中，呈T字形。动子10由3相薄平版状电枢绕组13(图6)、绕组固定架12、冷媒通路17、复盖这些的密封外壳14、密封该密封外壳14的端盖14′(图2)、支持密封外壳14的动子基座11构成。

通过在绕组固定架12左右两侧贴附电子绕组13，提高了电枢绕组整体的强度。另外，由于绕组固定架12本身无需要强度，因此使用不锈钢。

密封外壳14是将不锈钢制薄板弯曲、焊接为コ字形的筒状。同样由不锈钢铸件形成的2个端盖14′、14′(图2)分别备有使冷媒通过用的冷媒供给口32和冷媒排出口31。密封外壳14和端盖14′在接合面通过焊接接合。

这样构成的动子10由无图示的线性导轨、气动滑槽、滑动导向等支持，可在行进方向移动。

另外，通过将冷媒从冷媒供给口32供给、从冷媒排出口31排出，冷媒在电枢绕组13和密封外壳14之间的冷媒通路17流动。由此，从冷媒供给口32注入的冷媒一边吸收来自电枢绕组13的热量一边通过冷媒通路、从冷媒排出口31排出，因此能够控制、降低线性电动机表面的温度上升。排出的冷媒通过无图示的冷却装置重新被冷却、循环。

如图2(a)所示，与现有技术的不同点是，在密封外壳14上设置多条彼此平行且在行进方向延伸的细长狭缝151、152。

另外，在端盖14′也设置了彼此平行且在行进方向延伸的细长狭缝15，比密封外壳14上的狭缝数量多。

还有，为了防止冷媒从该狭缝15、151、152漏出，用粘接剂18将片状防漏片16(图3)粘贴在密封外壳14上或者在狭缝内充填树脂19。粘接剂18及树脂19也可以是同一种东西。

狭缝15是在动子10的行进方向冲切的细长切口。在密封外壳14高度方向分2层设置狭缝151、152。在薄板密封外壳14设置多条狭缝151、152可以减少涡电流ie，但另一方面会使强度退化。在端面强度有余的端盖14′，在高度方向设置4层狭缝15。

另外，如图3(a)所示，通过在面对密封外壳14的端盖筒内的冷媒通路17的二面(图中示出其一面)贴附防漏片16，使流经冷媒通路17的冷媒不会从狭缝15漏出。

另外，为了防止因设置狭缝15降低机械强度，如图3(b)所示，在狭缝15充填了粘接材19等树脂。还有，防漏片16即使发生龟裂，冷媒也不会从狭缝15漏出。

图2(b)表示在这样构成的动子上涡电流ie是怎样发生的。与现有技术的涡电流发生图图5(b)比较可知，根据本发明，发生的涡电流ie，由于其流路被狭缝151、152切断，涡电流ie被分割开。由此，涡电流ie的上下方向成分也被截断，因此，粘性制动力也变小。

其结果，因为无须产生粘性制动力部分的推力，因此，铜损降低，能够降低动子的温度上升。而且，由于涡电流损减小，所以能够减少其发生场所密封外壳、端盖、绕组固定架的放热。

下面，将现有技术和本发明所产生的粘性制动力的比较示于图7。

图7表示大约推力400N(牛顿)、速度0.2m/s的密封线性电动机中动子位置——粘性制动力特性(单位：N)。根据此，现有技术的密封线性电动机粘性制动力约按9N左右推移，而本发明的密封线性电动机粘性制动力约按3N左右推移，可见与现有技术的相比约降低1/3。

在以上实施方式中，对只在密封外壳14或端盖14′设置了狭缝15的进行了说明，在绕组固定架12(图1(a))也同样可以设置多条狭缝。

另外，以上构造是在动子10设置了电枢绕组13、在定子20设置了励磁的永久磁铁23，但也可以是相反的构造。进一步，以上定子20的形状为凹字形，但也可以是只在单侧排列永久磁铁23的构造。

实施方式2

下面说明本发明的实施方式2

图4表示本发明的实施方式2中的动子，(a)为动子的侧面图、(b)为动子侧面中涡电流发生图。

与实施方式1的不同点是狭缝的设置方法。即如图4(a)所示，彼此平行且在行进方向延伸的细长狭缝，在实施方式1中在行进方向上是连续的，而在这里是被分割的。其它方面与实施方式1相同。

永久磁铁的极间距象图9那样设为λ时，则在同图中，狭缝151的端部与狭缝153的对应端部的间隔为3×λ，狭缝151及狭缝153的全长分别在行进方向比3×λ短一些，其差为互相不连续部分。另外，在与行进方向成直角方向邻接的狭缝152之间有1.5×λ的偏移。

图4(b)表示在形成这种狭缝的动子上涡电流ie是怎样发生的。

由同图可知，涡电流ie其流路被狭缝151、152、153切断，因此涡电流ie被分割开。由此涡电流ie的上下方向成分也被截断，因此，与现有相比，粘性制动力也显著降低。

只是，在狭缝不连续部分产生比涡电流ie在上下方向略微长些的涡电流ie′，因此，与只有涡电流ie的实施方式1相比，在粘性制动力降低方面差一些，但该部分由于该不连续部分，机械强度显著增加，综合来看，超过实施方式1。

其它与实施方式1相同。即也在端盖在14′或绕组固定架12(图1(a))设置狭缝、在密封外壳14及端盖14′的内侧贴附防漏片16或绝缘薄板且在狭缝15充填树脂19等与实施方式1相同。

在以上说明中，备有永久磁铁一方作为定子、备有上述电枢绕组一方作为动子，当然反之，备有永久磁铁一方作为动子、备有电枢绕组一方作为定子，本发明也成立。

实施方式3

下面根据图9～图12说明本发明实施方式3。

图9表示本发明实施方式3中有冷却密封外壳的线性电动机整体的斜视图。在实施方式3中，象式(1)那样规定动子10的密封外壳14的全长L。

L＝(n+1/2)λ……(1)

其中n：整数

λ：永久磁铁极间距

除这样的规定以外，在构造上与现有装置毫无变化，因此，说明省略。另外，定子20的形状和构造也与现有装置没有任何变化。

图10模式表示从上(动子侧)看实施方式3中线性电动机的状态的，是按照动子密封外壳14的位置(A、B、C、D)表示涡电流发生处(虚线圆)情况的概略图。

同图中，可见动子密封外壳14在位置A，涡电流发生处为4处。同样，动子密封外壳14在位置B，涡电流的发生处也是4处，在位置C及位置D，涡电流发生处也是4处。即通过象式(1)那样规定动子密封外壳14的全长L，动子密封外壳14不管在哪一个位置，涡电流发生处通常都稳定为4处。密封外壳全长L如果变长，则涡电流发生处的数量变多，但其数量不会变动。

另一方面，图11模式表示现有的线性电动机中在动子位置涡电流发生处的情况。图11是动子密封外壳14的全长L＝nλ的场合。在同图中，动子密封外壳14在位置A，涡电流发生处为3处，而在位置B为4处，在位置C又是3处，在位置D又是4处。即通过将动子密封外壳14的全长L规定为L ＝nλ，涡电流发生处按照动子密封外壳14被设置的位置变动。

下面，将现有技术与本发明的粘性制动力变动的比较示于图12。

图12是表示额定推力约为450N的线性电动机中、速度为0.2m/s时粘性制动力的变动的。现有品是动子密封外壳全长约为永久磁铁极间距的整数倍的本公司制线性电动机。在同图中，现有品的场合，粘性制动力最小值约为11N、最大值约为13N，由此可知变动为2N。另一方面，本发明品的场合，粘性制动力最小值约为11N、最大值约为12N，由此可知变动为1N。从而，根据本发明，粘性制动力的变动从2N变为1N，约降低到1/2。

另外，在以动子为励磁侧的可动磁铁式线性电动机中，密封外壳常存在于磁通内，涡电流的发生量不发生变化，因此，不会引起粘性制动力的变动。因而不受本发明影响。

产业上的可利用性

本发明适用于FA机器的搬运系统例如工作机的工作台进给等的线性电动机，特别是对提供能够降低粘性制动力且能够减少速度变动、不会降低机械强度特性的密封线性电动机的领域有用。

Claims (8)

1.一种密封线性电动机，其包括使彼此极性相异的多块永久磁铁相邻排列配置的磁轭；与上述永久磁铁的磁铁列介于磁性空隙对置，同时有电枢绕组的电枢，上述电枢设有沿上述电枢的长度方向两面装着了上述电枢绕组的绕组固定架；容纳上述电枢绕组和上述绕组固定架，在上述绕组固定架两面装着的上述电枢绕组周围有使冷媒流动用的冷媒通路的密封外壳；上述密封外壳两端中，在任何一端配置冷媒供给口，在另一端配置冷媒排出口的端盖，上述磁轭和上述电枢任何一方作为定子，另一方作为动子，使上述磁轭与上述电枢相对移动，其特征在于：

在上述密封外壳设有多条细长狭缝，

在上述密封外壳的内侧为了覆盖上述狭缝而贴附片状防漏片，同时在上述狭缝充填了树脂。

2.如权利要求1记载的密封线性电动机，其特征在于：

上述多条细长狭缝彼此平行在行进方向延长。

3.如权利要求1记载的密封线性电动机，其特征在于：

上述多条细长狭缝彼此平行且在行进方向被分割。

4.如权利要求1或3记载的密封线性电动机，其特征在于：

上述多条细长狭缝当规定上述永久磁铁的极间距为λ时，在行进方向按3×λ的间隔排列。

5.如权利要求1记载的密封线性电动机，其特征在于：

上述多条细长狭缝彼此平行且在行进方向被分割，当规定上述永久磁铁的极间距为λ时，在与行进方向成直角的方向邻接的狭缝之间有1.5×λ的偏移。

6.如权利要求1记载的密封线性电动机，其特征在于：

在上述端盖，设有多条彼此平行在行进方向延伸的细长的狭缝，

在上述端盖内侧为了覆盖上述狭缝而贴附片状防漏片，同时在上述狭缝充填树脂。

7.如权利要求1记载的密封线性电动机，其特征在于：

在上述绕组固定架设置了彼此平行延伸的细长狭缝。

8.一种线性电动机，在包括使彼此极性相异的多块永久磁铁比邻排列配置的磁轭；与上述永久磁铁的磁铁列介于磁性空隙对置，同时有电枢绕组的电枢，上述电枢设有沿上述电枢的长度方向两面装着了上述电枢绕组的绕组固定架；容纳上述电枢绕组和上述绕组固定架，在上述绕组固定架两面装着的上述电枢绕组周围有使冷媒流动用的冷媒通路的密封外壳；上述密封外壳两端中，在任何一端配置冷媒供给口，在另一端配置冷媒排出口的端盖，上述磁轭作为定子，上述电枢作为动子，使上述磁轭与上述电枢可相对移动的密封线性电动机中，其特征在于：

将密封外壳全长L规定如下，当设

密封外壳全长：L

永久磁铁极间距：λ

整数：n时，L＝(n+1/2)λ。

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