CN1969445A - 线性马达以及线性马达的制造方法 - Google Patents

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成田孝之
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Abstract

一种线性马达以及线性马达的制造方法，线性马达(1)具有：导管状部件(11)；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、平排状配置收纳于所述导管状部件(11)内的固定子(10)；对着所述导管状部件的外周面配置的移动可能的可动子，所述导管状部件(11)在一端(11a)备有防止所述磁石(12))从所述导管状部件(11)内脱落的脱落防止构造(30)。由此能够使导管状部件内的多个磁石不发生脱落，而且能够安稳简单、且可靠地装配磁石。

Description

线性马达以及线性马达的制造方法
技术领域
本发明涉及线性马达(linear motor)，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以及线性马达的制造方法。
背景技术
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18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。
发明内容
本发明鉴于这些问题点，以提供一种减少了部件数目的、低成本构造的、导管状部件内的多个磁石不会脱落的、而且能够安稳简单、且可靠地装配的线性马达以及线性马达的制造方法。
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，其包括：导管状部件；将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置收纳于所述导管状部件内的固定子；对着所述导管状部件的外周面配置的移动可能的可动子，
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。
(2)是(1)中记载的线性马达，其特征在于，所述脱落防止构造是所述导管状部件的一端为密封或一端的内径比所述磁石的外径来的小。
(3)是(1)中记载的线性马达，其特征在于，所述脱落防止构造是在所述导管状部件的一端设置了挡板部件。
(4)是(3)中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件的外径与所述导管状部件的一端的外径略相同的，是接合固定在所述一端。
(5)是(3)中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件的外径比所述导管状部件的一端的内径来得小，是插入固定在所述一端。
(6)是(4)中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件在插入所述导管部件的一端，具有与所述磁石碰接的碰接部位。
(7)是(4)中记载的线性马达，其特征在于，所述接合固定包括熔接、粘接、压接、拧紧。
(8)是(3)至(6)的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件是柱状或管状的。
(9)是(1)至(8)的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，在与所述导管状部件的备有脱落防止构造一端的相反侧的另一端，设有支撑所述磁石的支撑部件。
(10)是(9)中记载的线性马达，其特征在于，在所述导管状部件的相反侧的另一端设置具有螺母部位的装配挡板部件，将所述支撑部件拧紧在该装配挡板部件上。
(11)是(9)或(10)中记载的线性马达，其特征在于，所述支撑部件具有推压支撑所述磁石的突起部位。
(12)是(1)至(11)的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述磁石为圆柱形状。
(13)是(1)至(12)的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，在所述相邻接的所述磁石之间配置了软磁材料。
(14)是(1)至(13)的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述磁石为稀土类磁石。
(15)是(14)中记载的线性马达，其特征在于，所述稀土类磁石是钕系磁石。
(16)是一种线性马达的制造方法，其特征在于，
在一端具有防止磁石从导管状部件内脱落的脱落防止构造的导管状部件内，从另一端将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置收纳的固定子，
在另一端设有支撑所述磁石的支撑部件，
在所述导管状部件的外周面上，移动可能的配置可动子。
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，通过使导管部件的一端具有防止磁石从导管状部件内脱落的脱落防止构造，能够从另一端侧装入并支撑磁石。通过这样的磁石装入，可以省去中心轴，减少部件数目，用廉价的构造，使导管状部件内的多个磁石不发生脱落，而且能够安稳简单、且可靠地装配磁石。
根据(2)中记载的发明，导管状部件的一端密封或一端的内径比磁石的外径来得小，这样能够通过导管状部件的加工，简单地设置脱落防止构造。
根据(3)中记载的发明，在导管状部件的一端设置挡板部件，可以不对导管部件进行加工，而用分开部件的挡板部件来简单地设置脱落防止构造。
根据(4)中记载的发明，挡板部件与导管状部件一端的外径略相同外径地接合固定在一端，这样，在导管状部件的外周面配置移动可能的可动子之际，挡板部件不会成为妨碍。
根据(5)中记载的发明，挡板部件与导管状部件一端的内径相比外径来得小地插入固定在一端，这样，在导管状部件的外周面配置移动可能的可动子之际，挡板部件不会成为妨碍。
根据(6)中记载的发明，挡板部件具有碰接部位，该碰接部位与磁石碰接、支撑。
根据(7)中记载的发明，接合固定包括熔接、粘接、压接、拧紧，所以能够在导管状部件一端简单且强固地接合固定挡板部件。
根据(8)中记载的发明，挡板部件为柱状或导管状，能够采用廉价的挡板部件，简单地设置于导管状部件。
根据(9)中记载的发明，通过在与导管状部件有脱落防止构造一端相反侧的另一端，设置支撑磁石的支撑部件，能够使导管状部件内的多个磁石不发生脱落，而且安稳简单、且可靠地组装磁石。
根据(10)中记载的发明，在导管状部件相反侧的另一端设置装配挡板部件，通过将支撑部件螺合于该装配挡板部件的螺母部位，能够安稳简单、且可靠地装配磁石。
根据(11)中记载的发明，通过用支撑部件的突起部推压支撑磁石，能够安稳简单、且可靠地装配磁石。
根据(12)中记载的发明，磁石是圆柱形状的，不像以往那样必须在中心设孔，相应降低磁石的制造成本。
根据(13)中记载的发明，通过在相邻接地磁石之间配置软磁材料，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。
根据(14)中记载的发明，磁石是稀土类磁石，与其它磁石相比能够得到大的推力。
根据(15)中记载的发明，稀土类磁石是钕系磁石，能够得到比其它磁石还要大的推力。
根据(16)中记载的发明，在一端具有脱落防止构造的导管状部件内，从另一端相邻接地将多个磁石、所述磁石的相同磁极方向是相对着的、平排状配置收纳的固定子，在另一端设置支撑部件支撑磁石。用该磁石的装配可以省去中心轴，减少部件数目，用廉价的结构，使导管状部件内的多个磁石不发生脱落，而且安稳简单、且可靠地装配磁石。
附图说明
【图1】线性马达示意图。
【图2】线性马达一端的主要部分截面图。
【图3】线性马达另一端的主要部分截面图
【图4】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图5】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图6】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图7】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图8】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图9】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图10】脱落防止构造的其它实施方式的要部截面图。
【图11】线性马达另一端的主要截面图。
【图12】相邻接的在磁石之间配置软磁材料的实施方式的要部截面图。
【图13】磁束密度的计算例子示意图。
【图14】磁石长度改变时，推力的模拟示意图。
【图15】磁石内径改变时，推力的模拟示意图。
【图16】磁石外径改变时，推力的模拟示意图。
【图17】说明动作点、导磁率系数的附图。
【图18】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实施方式，但本发明不限于此。
图1是线性马达的示意图，图2是线性马达一端的要部截面图，图3是线性马达另一端的要部截面图。
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，是磁石12紧密相邻接地没有间隙地配列的。
可动子20具有电磁线圈21和卷绕电磁线圈21内周面的线轴22。线轴22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，但也可以是例如形成分开的盖子，然后通过熔接或粘接等接合固定使之密封。
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。
如图1至图3所示实施方式的脱落防止构造30是密封导管状部件11的一端11a，这样可以通过导管部件11的加工简单地设置脱落防止构造，但是，并不限于此，也可以是如图4至图10所示的构造。
图4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5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6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7所示实施方式与图6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从导管状部件11的一端11a的外周突出，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8所示实施方式与图5所示实施方式相同，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9所示实施方式与图6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，但是，挡板部件40是导管状的。该导管部件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10所示的实施方式，出示了图9中的挡板部件40之实施方式的变形例子。图10(a)的挡板部件40是将导管状分成一半，图10(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。
如上所述，挡板部件40为柱状或导管状，能够采用廉价的挡板部件40，简单地设置在导管状部件11上。
接下去，按照图11，对线性马达另一端的其他实施方式进行说明。图11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，这样可以先使导管状部件11与装配挡板部件31固定然后再使磁石12穿过，所以优选。此时，支撑部件32具有突起部32c，该突起部32c的长度在推进磁石12的长度以上，这样，能够紧密靠着磁石12作推进。
另外，该实施方式如图12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，能够设计为如图13至图16所示，掺入各自的参数，尽量减小磁石的使用量，以便能够得到所希望的推力。图13是磁束密度的计算例示意，图14是磁石长度改变时推力的模拟，图15是磁石内径改变时推力的模拟，图16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16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17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17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，若是插入在导管状部件11内，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，有可能给使用的装置带来影响。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。
该线性马达具有：导管状部件；将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置收纳于所述导管状部件内的固定子；对着所述导管状部件的外周面配置的移动可能的可动子，导管状部件在一端备有防止磁石从导管状部件内脱落的脱落防止构造。通过该脱落防止构造，能够从另一端侧装入并支撑磁石，用减少了部件数目的廉价构造，使导管状部件内的多个磁石不发生脱落，而且能够安稳简单、且可靠地装配磁石。

Claims (16)

1.一种线性马达，其包括：导管状部件；将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置收纳于所述导管状部件内的固定子；对着所述导管状部件的外周面配置的移动可能的可动子，
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。
2.根据权利要求1中记载的线性马达，其特征在于，所述脱落防止构造是所述导管状部件的一端为密封或一端的内径比所述磁石的外径来的小。
3.根据权利要求1中记载的线性马达，其特征在于，所述脱落防止构造是在所述导管状部件的一端设置了挡板部件。
4.根据权利要求3中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件的外径与所述导管状部件的一端的外径略相同的，是接合固定在所述一端。
5.根据权利要求3中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件的外径比所述导管状部件的一端的内径来得小，是插入固定在所述一端。
6.根据权利要求4中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件在插入所述导管部件的一端具有与所述磁石碰接的碰接部位。
7.根据权利要求4中记载的线性马达，其特征在于，所述接合固定包括熔接、粘接、压接、拧紧。
8.根据权利要求3至6的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述挡板部件是柱状或管状的。
9.根据权利要求1至8的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，在与所述导管状部件在备有脱落防止构造一端相反侧的另一端，设有支撑所述磁石的支撑部件。
10.根据权利要求9中记载的线性马达，其特征在于，在所述导管状部件的相反侧的另一端设置具有螺母部位的装配挡板部件，将所述支撑部件拧紧在该装配挡板部件上。
11.根据权利要求9至10中记载的线性马达，其特征在于，所述支撑部件具有推压支撑所述磁石的突起部位。
12.根据权利要求1至11的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述磁石为圆柱形状。
13.根据权利要求11至12的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，在所述相邻接的所述磁石之间配置了软磁材料。
14.根据权利要求1至13的任何一项中记载的线性马达，其特征在于，所述磁石为稀土类磁石。
15.根据权利要求14中记载的线性马达，其特征在于，所述稀土类磁石是钕系磁石。
16.一种线性马达的制造方法，其特征在于，
在一端具有防止磁石从导管状部件内脱落的脱落防止构造的导管状部件内，收纳从另一端将多个磁石相邻接地、所述磁石的相同磁极是相对着的、平排状配置的固定子，
在另一端设置支撑所述磁石的支撑部件，
在所述导管状部件的外周面上，移动可能地配置可动子。
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