CN1969444A - 线性马达的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种线性马达的制造方法，是在将磁石(12)配置于导管状部件(11)之际，在导管状部件(11)的周围配置软磁材料(70)，将多个磁石(12)相邻接地、所述磁石(12)的相同磁极是相对着的、平排状配置于导管状部件(11)内，从导管状部件(11)的一端将磁石(12)固定之后，排除软磁材料(70)，做成固定子(10)，在固定子(10)的外周面，移动可能地配置可动子(20)。由此构成减少了部件数目的低成本结构，又不使用特殊的工具，便能够在导管状部件内容易地组装多个磁石。
Description
技术领域
本发明涉及线性马达，尤其涉及由将多个磁石平排配置的固定子和对着该固定子的外周面配置的移动可能的可动子构成的线性马达的制造方法。
背景技術
例如，OA器具中的打印头或曝光扫描头，医疗器具中的曝光扫描手段等中的、要求有直线移动精度的部位中，有建议利用线性马达。
其中，尤其是特开平10-313566号中代表性的旋转轴型线性马达，与以往的采用平板状磁石的线性马达相比较，从速度性能以及节省空间方面来说，适合于OA器具的精密搬送，但是，如图28所示，使用中心有贯通孔的圆筒磁石100，采用中心轴101，将圆筒磁石100紧密邻接地收纳于导管102。在如此做成的固定子110上配置移动可能的可动子120。这种构造一般的来说因为要在圆筒磁石100上设贯通孔，所以价格较高，又因为采用中心轴101，所以增加了部件数目，不利于降低成本。
【专利文献1】特开平10-313566号公报(第1页～第5页、图1～图5)
以往的线性马达因为采用圆筒磁石所以价格较高，也就是说，要将磁石做成圆筒则必须开贯通孔，这样造成磁石的制造成本上升。另外，因为须将多个磁石在相互排斥方向排列，所以采用中心轴，这样增加了部件数目引起成本上升。
为此，例如不采用中心轴而欲配置多个磁石，则能够减少部件数目用廉价的构造，但是，在组装多个磁石之际，磁石的相互排斥力强，这样的话，出现一个必须采用特殊的工具之问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题点，以提供一种减少了部件数目的、廉价构造的，又不采用特殊工具，能够容易地在导管状部件内组装多个磁石的线性马达的制造方法为目的。
为了解决上述课题且达成目的，本发明构成以下构造。
(1)一种线性马达的制造方法，其特征在于：
在将磁石配置于导管状部件之际，在所述导管状部件的周围配置软磁材料；
将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置于所述导管状部件内；
从所述导管状部件的一端将所述磁石固定之后，排除所述软磁材料，做成固定子；
在所述固定子的外周面，移动可能地配置可动子。
(2)是(1)中记载的线性马达的制造方法，其特征在于，所述导管状部件备有在一端防止所述磁石从所述导管状部件内脱落的脱落防止构造。
(3)是(1)中记载的线性马达的制造方法，其特征在于，所述可动子备有电磁线圈和支撑该电磁线圈外周面的至少一部分的线圈支撑部件。
根据所述构造，本发明具有以下所述效果。
根据(1)中记载的发明，通过在将磁石配置于导管状部件之际，在导管状部件的周围配置软磁材料，可以减弱磁石的相排斥力。这样，可以不采用特殊的工具，就能够将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置于所述导管状部件内，可以做成省去中心轴，减少部件数目，廉价的构造。
根据(2)中记载的发明，因为导管状部件的一端具有脱落防止构造，所以，能够从另一端组装并撑住磁石。
根据(3)中记载的发明，通过使可动子备有支撑该电磁线圈外周面的至少一部分的线圈支撑部件，能够拉近电磁线圈和磁石之间的距离，这样，能够用简单的构造且较低的成本，来提高推力。
附图说明
【图1】线性马达的示意图。
【图2】线性马达一端的截面图。
【图3】线性马达另一端的截面图。
【图4】卷绕电磁线圈单相的工序说明图。
【图5】连接电磁线圈3相的工序说明图。
【图6】电磁线圈的配线工序说明图。
【图7】电磁线圈组装于线圈支撑部件的状态示意图。
【图8】电磁线圈组装于线圈支撑部件的状态示意图。
【图9】将组装了电磁线圈的线圈支撑部件组装于导管状部件的状态示意图。
【图10】将磁石组装于导管状部件之实施方式的说明图。
【图11】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图12】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图13】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图14】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图15】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图16】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图17】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图18】线性马达的另一端的要部截面图。
【图19】其它实施方式的、将电磁线圈组装于线圈支撑部件之状态的示意图。
【图20】其它实施方式的、将电磁线圈组装于线圈支撑部件之状态的示意图。
【图21】其它实施方式的、将电磁线圈组装于线圈支撑部件之状态的示意图。
【图22】在相邻接的磁石之间配置软磁材料的实施方式的要部截面图。
【图23】磁束密度的计算例子示意图。
【图24】磁石长度改变时，推力的模拟示意图。
【图25】磁石内径改变时，推力的模拟示意图。
【图26】磁石外径改变时，推力的模拟示意图。
【图27】说明动作点、导磁率系数的附图。
【图28】以往的线性马达的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的线性马达以及线性马达的制造方法的实施方式进行说明，但本发明不限于该实施方式。另外，该发明的实施方式是出示了发明最优选的方式，但本发明不限于此。
图1是线性马达的示意图，图2是线性马达一端的截面图，图3是线性马达另一端的截面图。
该实施方式的线性马达1由固定在没有图示的支撑部件上的固定子10和沿着固定子10的外周面作直线移动的可动子20构成。
固定子10由导管状部件11和导管状部件11内收纳的多个磁石12构成。导管状部件11内平排状配置的多个磁石12，是相邻磁石紧密邻接没有间隙地配列的。
可动子20备有电磁线圈21和支撑电磁线圈21外周面至少一部分的线圈支撑部件22。电磁线圈21是由多个相组成的线圈组，但并不限定于此。另外，该实施方式是采用由3相组成的线圈组。
电磁线圈21的内周面和导管状部件11的外周面保持微小的间隙。导管状部件11和电磁线圈21之间可以是滑动也可以是不滑动。另外，电磁线圈21的圈数的定出方法，优选决定适当的圈数和卷绕线的线径，使推力在欲得到的推力以上，且使线性马达的电压降下和驱动回路的电压降下在电源电压以下。
导管状部件11是一端11a具有防止磁石12从导管状部件11内脱落的脱落防止构造30，另一端11b具有装配挡板部件31。该实施形态的脱落防止构造30是在导管状部件11的一端11a形成一体型的盖子80之密封的构造，但也可以是或者形成分开的盖子，然后通过熔接或粘接等接合固定使之密封。另外，脱落防止构造30只要是使磁石12从导管状部件11不脱落的构造即可，不作特别限定。
装配挡板部件31备有螺母部位31a。将多个磁石12从螺母部位31a插入，从导管状部件11的另一端11b收纳将多个磁石12相邻接地、磁石12的同极相对着地平排状配置的固定子10。将支撑部件32的螺钉部位32a与该装配挡板部件31的螺母部位31a螺合、装配。支撑部件32的头部备有工具对准槽32b。通过没有图示的工具与该工具对准槽32b对准，使支撑部件32螺合于装配挡板部件31的螺母部位31a，由此押入磁石12、撑持。从导管部件11的一端11a在外周面移动可能地配置可动子20。
如此，在一端11a备有脱落防止构造的导管状部件11内，从另一端11b侧收纳多个磁石12相邻接地、磁石12的相同磁极方向相对着地平排状配置的固定子10，在另一端11b设置支撑部件32来支撑磁石12。用该磁石12的装配可以省去中心轴，减少部件数目，用廉价的结构，使导管状部件11内的多个磁石12不发生脱落，而且安稳简单、且可靠地装配磁石12。
另外，磁石12是圆柱形状的，没有必要像以往那样中心设贯通孔，相应地可以降低磁石12的制造成本。作为磁石12的材料，优选磁束密度大的稀土类磁石。稀土类磁石尤其优选钕系磁石，例如：钕-铁-硼磁石(Nd-Fe-B磁石)，与其他磁石相比，能够得到高推力。
作为导管状部件11的材料，用铝合金、铜合金、非磁性不锈钢等非磁性材料来形成。另外，优选导管状部件11为尽量薄，以便不减少作用于配置在其外侧的可动子20的磁场。作为例子，比如导管状部件11用厚度约1mm的不锈钢形成。
接下去，按照图4乃至图9，对线性马达制造的实施方式作详细的说明。图4是卷绕电磁线圈单相的工序说明图，图5是连接电磁线圈3相的工序说明图，图6是电磁线圈的配线工序说明图，图7是电磁线圈组装于线圈支撑部件的状态示意图，图8是电磁线圈组装于线圈支撑部件的状态示意图，图9是将组装了电磁线圈的线圈支撑部件组装于导管状部件的状态示意图。
在图4所示线圈生产工序中，卷绕电磁线圈21的1相。卷绕线圈1相时，一般采用已知的自动卷线机。优选线圈1相的宽度为磁石1个宽度的大约1/3。卷绕必要的相数。该实施方式中是卷绕线圈3相U，V，W。
在图5所示线圈生产工序中，连接线圈3相U，V，W。该线圈3相U，V，W的连接，是将3相U，V，W穿在与线圈内径略相等的轴状部件(夹具)25上，相互连接固定。通过该轴状部件(夹具)25可以合对线圈3相U，V，W的内径位置。该实施方式中，仅出示了3相×1组的示例，但可以相应所必需的推力，做成3相×2组、或3相×3组…等。
在图6所示线圈生产工序中，进行线圈3相U，V，W的配线。U相、W相的卷尾端与V相的始卷端用焊接等连接，余下的端头通过连接器1扣针、连接器2扣针、连接器3扣针与连接器26连接。之后，拿去中心部的轴状部件(夹具)25。
在图7以及图8所示的线圈生产工序中，使配线后的电磁线圈21外周面的一部分支撑于线圈支撑部件22。该线圈支撑部件22备有沿着电磁线圈卷绕形状之半圆筒状的支撑凹部22a。使电磁线圈21的外周面的一部分与该支撑凹部22a碰接，则可动子20的组装结束。该线圈支撑部件22用非磁性材料形成。电磁线圈21是由多个相组成的线圈组，但是，在合对由多个相组成的线圈组的内径、连接各线圈之后，再连接于线圈支撑部件22的支撑凹部22a，这样可以提高组装精度。
在图9所示的线性马达组装最终工序中，多个磁石12相邻接地、所述磁石12的相同磁极是相对着的、平排状配置于所述导管状部件11内的预先做成的固定子10的导管状部件11，其中，将如图4乃至图8所示使电磁线圈21外周面的一部分支撑于线圈支撑部件22而做成的可动子20，在导管状部件11的外周面移动可能地配置电磁线圈21，完成线性马达1。
该实施方式的可动子20不设筒管，而是将电磁线圈21的外周面的至少一部分支撑在线圈支撑部件22上，由此能够使电磁线圈21和磁石12之间的距离靠近，能够用简单且低成本构造来提高推力。另外，线圈支撑部件22是在支撑凹部22a碰接电磁线圈21的外周面的一部分，这样能够用简单的构造装配电磁线圈21。
接下去，按照图10，说明将磁石12装入导管状部件11的实施方式。
该实施方式包括：在将磁石12配置于导管状部件11之际，在导管状部件11的周围设置软磁材料70之第1工序和；将多个磁石12相邻接地、磁石12的相同磁极相对着的、平排状配置于所述导管状部件11内之第2工序和；从导管状部件11的一端将磁石固定之后，排除所述软磁材料70，做成固定子10之第3工序。
可以采用铁、纯铁、硅铁等作为软磁材料70。该软磁材料70的形状形成为圆筒状，但也可以是棒、板状等，只要是能够沿着导管状部件11的周围设置的都可以。
在第1工序中，在将磁石12配置于导管状部件11之际，将软磁材料70从脱落防止构造30侧插入、设置在导管状部件11的周围，这样能够减弱磁石12的相互排斥力。
这样，在第2工序中，不需要用特殊的工具就能将磁石12从装配挡板部件31侧插入导管状部件11。由此，能够容易地将相邻接的磁石12的相同磁极相对着地平排状插入导管部件11，在装配挡板部件31上螺合支撑部件32、组装。
然后，在第3工序中，从导管状部件11的一端将磁石固定之后，从脱落防止构造30侧将软磁材料70拉出排除，做成固定子10。
图11所示的实施方式，是将导管状部件11的一端11a形成为向内侧弯折、不密封的开口部11a1，将该开口部11a1的直径D1形成为小于磁石12的外径D2，且为不密封的构造。该实施方式也与图1乃至图3所示的实施方式相同，可以通过导管状部件11的加工简单的设置脱落防止构造30。
图12所示的实施方式，是在导管状部件11的一端11a设置挡板部件40之构造。挡板部件40可以是柱状也可以是导管状。该实施方式中不是通过导管部件11的加工，而是通过分开部件的挡板部件40，可以简单的设置脱落防止构造。
挡板部件40的外径D4形成为与导管状部件11的一端11a的外径D3几乎相同，其一端与11a接合固定。该固定是通过熔接或粘接。因为挡板部件40的外径D4与导管部件11的一端11a的外径D3几乎相同，所以，在导管状部件11的外周面移动可能地配置可动子20之际，挡板部件40不会成为妨碍。
图13所示的实施方式也与图5所示的实施方式同样，是在导管状部件11的一端11a设置了挡板部件40之构造，但是，挡板部件40的外径D6小于导管状部件11的一端11a的内径D5，是插入固定在一端11a的。该固定是通过熔接、粘接或压接。因为挡板部件40的外径小于导管状部件11的一端11a的内径D5，所以，在导管状部件11的外周面移动可能地配置可动子20之际，挡板部件40不会成为妨碍。
图14所示实施方式与图13的实施方式相同，挡板部件40的外径D6小于导管状部件11的一端11a的内径D5，是插入在一端11a的，但是，将螺栓等拧紧手段41从一端11a螺合于挡板部件40，简单且确切地拧紧固定。该螺栓等拧紧手段41的长度被控制在使其头部不突出于导管状部件11的一端11a的外周，使在导管状部件11的外周面上移动可能地配置可动子20之际，拧紧手段41的头部不成为妨碍。
图15所示实施方式与图12的实施方式相同，挡板部件40是接合固定在导管状部件11的一端11a，但是，挡板部件40具有碰接部40a，该碰接部40a插入一端11a与磁石12碰接支撑。碰接部40a的直径与导管状部件11的一端11a的内径D5几乎相同，但是，不限定于此，也可以是小于内径D5。
图16所示实施方式与图13所示实施方式相同，挡板部件40的外径D6小于导管状部件11的一端11a的内径D5，是插入固定在一端11a的，但挡板部件40是导管状的。该挡板部件40的内径D10小于磁石12的外径D2，使磁石12不脱落地支撑着。挡板部件40的固定是通过熔接、粘接或压接。
图17所示的实施方式，出示了图16中的挡板部件40之实施方式的变形例子。图17(a)的挡板部件40是将导管状分成一半，图17(b)地挡板部件40的将导管状分割成2，但并不限于此，也可以分割成3的形状，只要是没有脱落的构造都可以。通过做成这样的柱状或导管状的挡板部件40，能够采用廉价的挡板部件40简单地设置于导管状部件11。
接下去，按照图18，对线性马达另一端的其他实施方式进行说明。图18是线性马达另一端的要部截面图。该实施方式的导管状部件11的另一端11b上，与图1乃至图3所示实施方式相同，设有装配挡板部件31，在该装配挡板部件31上螺合组装着支撑部件32，支撑部件32具有推压磁石12的突起部32c。
通过这样在导管状部件11相反侧的另一端11b上设置装配挡板部件31，并在该装配挡板部件31上螺合支撑部件32，用突起部32c推压磁石12，这样能够简单且确切地稳定装配磁石12。
装配挡板部件31的外形可以是四角也可以是圆筒。另外，装配挡板部件31与导管状部件11另一端11b的固定，实施螺丝拧紧、熔接、粘接等。
另外，通过使导管状部件11的内径小于等于装配挡板部件31的内径，这样可以先固定导管状部件11与装配挡板部件31，然后再使磁石12穿过，所以优选。此时，支撑部件32具有突起部32c的形状，该突起部32c的长度在推入磁石12之长度以上，这样，能够紧密靠着磁石12作推入。
接下去，按照图19乃至图21，对线圈支撑部件22的其它实施方式进行说明。该实施方式的线圈支撑部件22的形状可以是例如如图19所示，将一对半圆筒状的支撑凹部22a重合而成。另外，线圈支撑部件22也可以是如图20所示的圆筒状，或也可以是如图21所示的圆筒状的一部分。线圈支撑部件22的结构只要是能够固定电磁线圈21的外周面的一部分，支撑电磁线圈21即可。
另外，线圈支撑部件22只要是非磁性材料不作特别限定，但如果是热传导性好的物质的话，能够将电磁线圈21的发热热量放出。优选采用例如铝等热传导性好的部件作为非磁性材料。
另外，该实施方式如图22所示，在相邻接的磁石12之间配置了软磁材料50。软磁材料50采用例如铁等。通过在相邻接的磁石12之间配置软磁材料50，能够抑制磁石的相互排斥力，且增大向周围的漏出磁束(提高推力)，所以优选。优选插入的软磁材料50为磁极间距(pitch)的1/10以下。若为磁极间距的1/10以上的话，则漏出磁束减小而没有效果。软磁材料50的两端，磁石的长度可以不到间距的长度。另外，当导管状部件11的长度是定下了的情况时，为了调整全长，两端的磁石的长度，可以与其他的有所不同。
该实施方式中，如图23乃至图26所示，能够设计为掺入各自的参数，尽量减小磁石的使用量，得到所希望的推力。图23是磁束密度的计算例示意，图24是磁石长度改变时推力的模拟，图25是磁石内径改变时推力的模拟，图26是磁石外径改变时推力的模拟。
该方法是线性马达设计时一般所采用的方法。此时，磁石有不可逆退磁。因为在相斥方向配置磁石，所以导磁率降低。
也就是说，从外部向磁石施加磁场的话，则磁石被磁化，除去外部磁场之后，从磁石仍然向外部放出磁束。该磁束量为残留磁束密度(Br)，但实际上是在施加与磁化时为相反方向的磁场(反磁场)之状态使用的，所以，仅有小于残留磁束密度的磁束密度向外部放出。N极和S极离得越近，即磁石的尺寸比(长度/直径)越小，反磁场越大，考虑该反磁场的话，作用于磁石的有效磁场为图27的-Hd时，磁石放出B-H曲线(退磁曲线)上与H＝-Hd相对应的磁束密度Bd。
这里，p＝Bd/Hd称为导磁率系数，从图27原点出发的倾斜Bd/Hd的直线与B-H曲线的交点P称为动作点。导磁率是“渗透容易度＝磁束的穿过容易度”之意思，相当于将磁束改换为电流时的导电度(电流/电压)。动作点P根据磁石的形状、周围的状况而变化，例如假定磁化后的磁石的动作点为图27的P点，使磁石吸引铁片的话，则作用于磁石的有效磁场向原点方向偏离。
另外，例如采用矫顽磁力小的磁石的话，则在常温也将产生退磁石，所以，必须要有一定程度的矫顽磁力。产生不可逆退磁的温度，也根据刚才的电磁场计算软件计算导磁率，从磁石的B-H特性曲线可以计算退磁温度。
磁石优选采用稀土类磁石，该稀土类磁石则优选采用钕系磁石，但是，只要有充分的矫顽磁力，在使用温度范围不发生不可逆退磁，且具有能够得到必要推力之磁石能量的话，不作特别限定。在采用钕系磁石的情况时，存在生锈的问题，虽然是插入在导管状部件11内，但采用圆筒状部件将导管状部件11的一端11a固定，则从这里生锈物向外飞散，有可能影响使用的装置。另外，从磁石的制造阶段到线性马达1的组装阶段产生生锈的话，给磁石造成损害，在此，优选对磁石实施涂层，一般来说例如涂镍层或铝层等。对涂层的种类不作特别限定。
该线性马达是在将磁石配置于导管状部件之际，在导管状部件的周围配置软磁材料，将多个磁石相邻接地、磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置于导管状部件内，从导管部件的一端将磁石固定之后，排除软磁材料，做成固定子，在固定子的外周面，移动可能地配置的可动子。这样，不采用特殊工具，能够将多个磁石相邻接地、磁石的相同磁极是相对着的、平排状容易地配置于导管状部件内，是不使用中心轴，相应的减少了部件数目的低成本的结构。
Claims (3)
1.一种线性马达的制造方法，其特征在于：
在将磁石配置于导管状部件之际，在所述导管状部件的周围配置软磁材料；
将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置于所述导管状部件内；
从所述导管状部件的一端将所述磁石固定之后，排除所述软磁材料，做成固定子；
在所述固定子的外周面，移动可能地配置可动子。
2.根据权利要求1中记载的线性马达的制造方法，其特征在于，所述导管状部件在一端备有防止所述磁石从所述导管状部件内脱落的脱落防止构造。
3.根据权利要求1中记载的线性马达的制造方法，其特征在于，所述可动子备有电磁线圈和支撑该电磁线圈外周面的至少一部分的线圈支撑部件。
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