TWI422124B - 線性馬達之電樞及線性馬達 - Google Patents

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TWI422124B
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Yosuke Takaishi
Koki Naka
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Description

線性馬達之電樞及線性馬達
本發明係有關一種線性馬達之電樞及線性馬達者。
線性馬達之電樞，為施以高密度繞線之目的，係對分割為個別之極齒捲繞線，並採用連結各極齒之鐡心構造。以往各極齒之連結，係採用各極齒所設凹部與凸部之嵌合結合，鳩尾槽(dove tail slot)與結合構件之嵌合，或在極齒背面所設結合部與連結構件之焊接之結合等。(參照例如專利文獻1)。
專利文獻1：日本特開2007-185033號公報
上述以往之線性馬達在組裝電樞時，因個別極齒之結合處頗多，尤其是極齒之凹部與凸部，鳩尾槽與結合部(鳩尾模)所設結合部在結合時，有需滑動嵌插喫合部來結合，以致組裝作業性至差。
又，極齒之製作，一般為壓床衝切之電磁鋼板向進深方向積層者。因此為加大馬達容量需增大極齒之進深度，而增加電磁鋼板之積層厚度，以致極齒因積層多而傾斜，或喫合部之尺寸因分散而誤差加大，組裝性更加差。在此，所謂極齒之進深方向，係指與定子相對面之方向及馬達驅動方向在雙方正交之方向。
再者，在極齒背面焊接連結構件時，因焊接之火熱使連結構件發生翹曲影響組裝精度更加差。況且焊接費時而生產性差。再者，附加連結構件，也有增加電樞之外徑尺寸(高度)及增重量等問題。
本發明為有鑑於上述問題，而提供一種線性馬達之電樞與線性馬達，即使極齒之積層尺寸誤差大時，組裝精度也不易受影響，且組裝作業性亦良好。
為解決上述問題而達成其目的，本發明為一種線性馬達之可動子用電樞，係捲繞有驅動線圈且具備沿驅動方向排列配置之多數極齒，其中具有管狀連結構件，用以連結多數之各個極齒，而極齒係具備磁軛部，該磁軛部設有和定子相對向之方向及和上述驅動方向之雙方成垂直方向延伸之槽溝作為喫合部，在和定子相對向之相反邊，與鄰接之另一極齒31擋接，而連結構件係貼緊在多數極齒之各個喫合部之壁面。
依據本發明之線性馬達之電樞及線性馬達，因配合極齒之喫合部形狀可使管狀連結構件貼緊，得以不受極齒尺寸之誤差(電磁鋼板因積層等之尺寸誤差)影響，而可連結極齒。同時無需喫合部互相間之嵌合或焊接，有提高生產效率之效果。
以下根據圖式詳細說明本發明之線性馬達之電樞及線性馬達之實施形態。但是本發明不因本實施形態而受限制。
實施形態1
第1圖為本發明有關之線性馬達之實施形態1之構成圖，(a)為平面圖，(b)為在(a)之沿Ib-Ib線之剖面圖。第2圖為線性馬達之構成正面圖。第3圖為極齒之在正面之連結構件之喫合部之圖。第4圖為排列配置極齒，由連結構件連結成一體之工序之斜視圖。第5圖為加壓連結構件內部使連結構件與極齒連結固定之工序之側面圖。第6圖為極齒正面經連結固定時之磁軛部之放大圖，(a)為塑性變形前之狀態，(b)為塑性變形後之狀態。
於第1圖(a)、(b)，線性馬達1係由定子(stater)2與電樞(armature)3所構成。定子2之構成係由：定子磁軛(stater yoke)21，板狀之沿馬達驅動方向(圖中之雙頭箭方向)延伸者；及多數永久磁鐵22、23，在定子磁軛上沿馬達驅動方向以規定間隔配置成交替不同磁性。電樞3之構成係由：多數極齒31，和定子之永久磁鐵22、23留下規定間隔沿馬達驅動方向排列配置；繞線32，捲繞在各極齒31作為驅動線圈；及連結構件33，連結多數極齒31為一體之金屬管。
於第1圖(b)，在紙面上之極齒31之上部成為磁軛部(yoke)31b、自磁軛部31b向下方突出形成齒部31c，在各齒部31c之周圍部捲繞繞線32。[極齒，指貼合多數個衝壓成T字形之矽鋼成T字形塊狀之組件，稱為極齒]
在各極齒31之磁軛部31b之背面，有如第3圖所示，沿規定位置之極齒31之進深方向(在第1圖(b)為與紙面垂 直方向)，有圓弧狀剖面之槽溝形成之喫合部31a，而圓弧之中心位置對背面存在於僅離開距離B之位置。因此，槽溝之開口部(開口尺寸A)對圓弧徑(槽溝之最大寬度)為稍小尺寸。
又，連結構件33為金屬管所形成，自定子2之相對面方向看呈蜿蜓(meander)形狀(在此為直線狀部分與曲線狀部分互相連接之形狀)，並且全長都是中空形狀。
如第2圖所示，連結構件33與極齒31之喫合部，為連結構件33成為直線狀之範圍之一部分(C區間)，連結構件33之喫合部沿極齒31之喫合部全長喫合，由連結構件33之塑性變形而擴大外形，使多數極齒31連結為一體。
茲說明本實施形態之線性馬達1之電樞3之組裝方法。首先在各極齒31分別捲繞繞線32。繼之，如第4圖所示將各極齒31之各個磁軛部31b之端面互相擋接而得以排列。如此使其等排列，各極齒31之磁軛部31b之背面之能容連結構件33之喫合部31a成為整列狀態。其次，如第5圖所示，在經整列之喫合部31a插入連結構件33，用能封閉喫合部31a之開口部之極齒固定用夾具4推進在磁軛部31背面後，在連結構件33之頂端部連接加壓裝置5，對連結構件33之管內部送入液體或氣體來加壓使其塑性變形，使極齒31之喫合部31a之槽溝與連結構件33之外周貼緊。由於連結構件33與喫合部31a之槽溝內面貼緊，各極齒31經由連接構件33連結為一體，得以完成電樞3。
在此再詳細說明第4圖所示塑性變形之要領。為能將 連結構件33插入極齒31之喫合部31a，可如第6圖(a)所示，需將要插入之連結構件33之塑性變形前外徑尺寸D，作成較小於喫合部31a之開口尺寸A。再者，將連結構件33插入喫合部31a後，對內部送入液體或氣體來加壓使其塑性變形，得以如第6圖(b)所示，連結構件33在塑性變形後之外徑E，將較喫合部31a之開口尺寸A為大，因此在塑性變形後喫合部31a與連結構件33得以固定住。此時，極齒31之喫合部31a，在第6圖(b)上開口部係由未圖示之夾具4所封鎖，因此即使連結構件33因內部壓力而發生塑性變形，也不致自極齒31之磁軛部31b背面突出，可確保極齒31之磁軛31b背面之面精度。
又，較佳為對連結構件33之頂端部33a，施加用以安裝加壓裝置5或密封頂端部33a之構件的加工。例如有攻牙加工或可插入插頭等形狀之加工。
又，如自始即使頂端部33a之一邊為閉口，則無需在和裝置連接側之頂端相反方之頂端部33a之閉口工序，組裝性將更提高。
如上，依據本實施形態，設在各極齒31之磁軛31b之背面之喫合部31a，貼緊一支金屬管之連結構件33，能由1次加壓工序連結多數極齒31成為一體，也可大幅縮短組裝時間。
又，因連結構件33之塑性變形係配合喫合部31a之形狀，即使極齒31之尺寸有誤差時，連結亦不受誤差之影響。況且，連結構件33與極齒31之背面部構成為一體，因此雖安裝連結構件33也不增加電樞3之高度方向之尺寸。再者，因連結構件33為中空管狀，可抑制電樞3因附加連結構件33而過於增加其重量。
再者，連結構件33在塑性變形後也維持為中空形狀，如連接備有循環泵等之循環系在連結構件33之兩端，則可在中空部循環冷卻液，無需另設冷卻液循環用流徑而可獲得馬達之冷卻效果。亦即，自連結構件33頂端部33a之一方向管內送入冷卻液，通過連結構件33內部之冷卻液自頂端部33a之另一方回收，即可冷卻電樞3。再者，不限於使用冷媒之冷卻液，循環空氣或瓦斯之空冷亦可獲得同樣冷卻效果。欲在連結構件33連接循環系時，頂端部33a因無法自始即閉口，而可在加壓時使用塞子密封即可。
又，連結構件之管過長時，(例如進深方向之尺寸加大時)可使管之內外徑及管厚度因地而改變，能使加壓時之管內部壓力均勻化，連結構件更可確實貼緊在喫合部。例如，在連接加壓裝置之端部愈靠近之管內外徑變小或管厚愈厚，遠離加壓裝置端之管內外徑加大或管厚變薄，則能使塑性變形後之管外徑，無關於離加壓裝置之距離能均勻，可抑制貼緊度之分散不均。
在此，係以蜿蜓狀連結構件33，自定子2之相對面方向插入於槽溝狀喫合部31a之情形例，但是如連結構件為S字狀(1個半來回之蜿蜓)時，喫合部為非槽溝狀亦可。具體而言，在直線狀或J字狀金屬管貫穿極齒之後，彎曲金屬管成為S字狀連結構件，讓極齒能位於S字當中之直線部分，隨後，將兩端之直線狀部分對極齒之孔狀喫合部向進深方向插入即可。如此，可將備有孔狀喫合部之3個極齒由S字狀連結構件所連結。
實施形態2
第7圖為本發明之線性馬達之電樞之實施形態2所示構成之斜視圖。第8圖為排列配置之極齒，由連結構件連結為一體之工序斜視圖。第9圖為連結構件與極齒之喫合部之放大圖，(a)為極齒單體，(b)為連結構件之塑性變形前，(c)為連結構件之塑性變形後之狀態。於各圖，如同上述實施形態1之構成要素附同一符號而省略其說明。
實施形態2之構成線性馬達電樞3之極齒31之磁軛部31b，係具有在各極齒31擋接之端面由圓弧狀剖面之槽溝所成之喫合部。又，槽溝31d之剖面中心係存在於對端面離開距離F之位置。因此槽溝31d之開口尺寸G相對於圓弧徑(槽溝之最大寬度H)為較小尺寸。
又，為貼緊固定極齒31之連結構件331係於梳子狀金屬管所構成。對連結構件331之頂端開口部331a，施加用以安裝加壓裝置之加工，或用以安裝密封頂端部331a之構件之加工。
將各個磁軛部31b之端面互相擋接即可排列各極齒31。隨後，對各極齒31因擋接而槽溝31d面對所形成之磁軛部31b之葫蘆狀孔31e，插入梳子狀連結構件331之齒部331b，由連結構件331之頂端開口部331a向內部加壓，使其與孔31e塑性變形為相同形狀，連結構件乃有楔子之效果，各極齒31得以連結為一體。因連結構件331為梳子狀，槽溝開口部雖然不露出，亦可自極齒31之進深方向插入於喫合部。
如此，有關本發明之線性馬達之電樞3之構造為，擋接2個極齒31使槽溝31d相對向而形成1個孔31e，因此可將連結構件331之全長縮短達大致相當於極齒31之進深部分，可降低構件之成本。例如，連結構件為蜿蜓形狀時，在實施形態1之構成時，為連結6個極齒31需3個來回之蜿蜓(參照第4圖)。相對於此，於本實施形態之構成，可用2個半來回之蜿蜓即可連結6個極齒。即由連結構件之每一直線狀部分即可連結2個極齒，而可縮短連結構件之全長。
又，於上述實施形態1之線性馬達之電樞，連結構件33需要構成為連續之金屬管，但是於本實施形態之線性馬達電樞3，因1個極齒31設有2個喫合用槽溝，雖然連結構件331被分割亦可將多數極齒31連結為一體。例如，連結構件331亦可換成為多數U字形狀之金屬管。由於分割連結構件，對於排列極齒31之數量有變化時，只要改變連結構件之使用數即可對應。亦即，即使極齒之排列數變化時，連結構件仍可適用，而可減低零件數。
此外，仍有如同上述實施形態1之效果，在此不再重複其說明。
實施形態3
第10圖為本發明之線性馬達電樞之實施形態3之構成斜視圖。第11圖為配置排列極齒，由連結構件連結成為一體之工序之斜視圖。第12圖為連結構件與極齒之喫合部放大圖，(a)為極齒單體，(b)為塑性變形前之連結構件，(c)為塑性變形後之連結構件之狀態。於各圖中，與上述實施形態1、2相同之構件附上同一符號而省略其說明。
在構成實施形態3之線性馬達之電樞3之極齒31之磁軛部31b在驅動方向之端面之一方，備有孔31g之圓筒狀凸起31f與圓弧狀剖面之槽溝31d互相配置成向積層方向離開一定距離。在另一端面，與一邊之端面配置成槽溝31d及凸起31f為相反排列。又，凸起31f之圓筒之中心，對極齒31之端面存在於離開距離I之位置，如使鄰接之極齒31之磁軛部31b擋接時，鄰接之極齒31互相之凸起31f之圓筒中心位置將會偏心。
又，為貼緊固定極齒31之連結構件332，係由U字狀金屬管所成。連結構件332之頂端部332a，一邊為開口狀，施有為安裝加壓裝置之端部加工。連結構件332之頂端部332a之另一方為閉口。
各極齒31對個別磁軛部31b之端面互相擋接得以排列。此時不同於鳩尾槽溝，單單將端面互相對碰即可使凸起31f與槽溝31d喫合。由此在極齒31彼此間之境界，各個極齒31之凸起31f被互相配置，形成大致連繋之孔31g之喫合部。之後在喫合部對大致連繋之各極齒之孔31g，插入U字狀連結構件332，自連結構件332前端之開口部332a加壓內部，塑性變形成如同孔31g之形狀，使連結構件332之外周與孔31g貼緊固定，各極齒31將連結成一體。如同實施形態2，由於連結構件332之直線狀部分1個可連結2個極齒31，因此可縮短多數連結構件332之總長度。
第13圖為本實施形態之線性馬達之電樞3之極齒31之詳細構造圖。各極齒31係由向進深方向有一定長度之小極齒311重疊而成，小極齒311之磁軛部311a，具有在擋接之端面之一面為圓弧狀剖面之槽溝31d所成之喫合部，另一面有具孔31g之圓筒狀凸起31f。極齒31係槽溝31d與凸起31f以一定長度向進深方向互相配置狀，構成為小極齒311對齒之積層方向排列。如上述由凸起31f與槽溝31d之喫合，形成有孔31g大致連繋之喫合部。
於本實施形態，極齒31之喫合部之孔31g，其擋接之極齒31彼此間之凸起31f之圓筒中心位置有偏心。由此，當連結構件332塑性變形時，偏心之各喫合部31f之圓筒中心位置發生向重疊方向之力，在各極齒31將拉近擋接之彼此極齒31，使磁軛部31b之彼此端面貼緊。因極齒31互相貼緊而間隙變小，可抑制磁阻之增加，也可提高組裝精密度。
除此之外尚有如同上述實施形態1、2之效果，不再重複說明。
於上述實施形態1至3，係就電樞3作直線運動之線性馬達之構造作說明，但是如第14圖所示，使極齒31之磁軛部31b之端面，對齒能突出方向形成傾斜，將此由連結構件333連結，則可實現如第15圖之作旋轉運動之線性馬達之電樞3，並具有如同上述之效果。
又，於上述實施形態，係藉由連結構件之塑性變形而貼緊於喫合部(槽溝或孔)壁面之構成例，但是只要能使連結構件貼緊於喫合部壁面，使用其他方法亦無妨。例如用燒嵌方式亦可使連結構件與嵌合部貼緊。
[產業上之可利用性]
如上，本發明之線性馬達之電樞及線性馬達，使用於加工機床或半導體製造裝置等產業用機械之軸進給或搬送用等至為有用。
1．．．線性馬達
2．．．定子
3．．．電樞
4．．．夾具
5．．．加壓裝置
21．．．定子磁軛
22、23．．．永久磁鐡
31．．．極齒
31a．．．喫合部
31b、311a‧‧‧磁軛部
31c、331b‧‧‧齒部
31d‧‧‧槽溝
31e、31g‧‧‧孔
31f‧‧‧凸起
32‧‧‧繞線
33、331、332、333‧‧‧連結構件
33a、331a、332a‧‧‧頂端部
311‧‧‧小極齒
第1圖(a)及(b)係本發明之線性馬達之實施形態1之構成圖。
第2圖係線性馬達之正面構成圖。
第3圖係連結構件之喫合部在極齒正面之圖。
第4圖係排列配置極齒，由連結構件連結為一體化之工序之斜視圖。
第5圖係加壓連結構件內部，將連結構件與極齒連結固定之工序之側視圖。
第6圖(a)及(b)係極齒正面在連結固定時之磁軛部的放大圖。
第7圖係本發明之線性馬達之實施形態2之構成的斜視圖。
第8圖係排列配置極齒，由連結構件連結為一體化之工序之斜視圖。
第9圖(a)至(c)係連結構件與極齒之喫合部之放大圖。
第10圖係本發明之線性馬達之實施形態3之構成的斜視圖。
第11圖係排列配置極齒，由連結構件連結為一體化之工序之斜視圖。
第12圖(a)至(c)係連結構件與極齒之喫合部之放大圖。
第13圖係本實施形態之線性馬達之極齒詳細構造圖。
第14圖係極齒之磁軛部端面，對齒突出之方向形成傾斜之旋轉型馬達組裝工序之斜視圖。
第15圖係極齒之磁軛部端面，對齒突出之方向形成傾斜之旋轉型電樞構造之斜視圖。
1‧‧‧線性馬達
2‧‧‧定子
3‧‧‧電樞
21‧‧‧定子磁軛
22、23‧‧‧永久磁鐵
31‧‧‧極齒
31a‧‧‧喫合部
31b‧‧‧磁軛部
31c‧‧‧齒部
32‧‧‧繞線
33‧‧‧連結構件

Claims (10)

  1. 一種線性馬達之電樞，係具備捲繞有驅動線圈且沿驅動方向排列配置之多數個極齒，而使用於線性馬達可動子之電樞，該電樞具有：管狀連結構件，係連結上述多數之各個極齒；上述極齒具備磁軛部，該磁軛部設有朝與和定子相對向之面的方向及上述驅動方向雙方成垂直的方向延伸之槽溝作為喫合部，且在和上述定子相對向之面的相反側與鄰接之另一極齒擋接；上述連結構件係外徑藉由管內壓力產生塑性變形而擴大，藉此貼緊在上述多數個極齒之各個上述喫合部之壁面，上述喫合部的開口尺寸係比該喫合部的最大寬度小，而且，比擴大前的上述連結構件的直徑大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達之電樞，其中，上述喫合部係在鄰接之另一極齒之擋接面，設成和該另一極齒所備之上述喫合部相對連繋而在上述擋接面中呈現凹陷；上述連結構件係跨越2個極齒相對連繋之上述喫合部，且和各個壁面貼緊。
  3. 一種線性馬達之電樞，係具備捲繞有驅動線圈且沿驅動方向排列配置之多數個極齒，而使用於線性馬達可動子之電樞，該電樞具有：管狀連結構件，係連結上述多數之各個極齒；上述極齒係以下述方式構成：將具有在一方之端部 具備設有孔之凸部而在另一方之端部具備可與前述凸部喫合之凹部並且位於與定子相對向之面之相反側且與鄰接之其他極齒擋接之磁軛部的多數個小極齒，以與和前述定子相對向之面之方向以及前述驅動方向兩者垂直之方向作為前述孔之軸方向且將前述凸部與前述凹部交互排列之方式進行排列；上述連結構件係貫穿鄰接之極齒之上述凸部與上述凹部喫合所形成之喫合部之各個上述孔，且外徑藉由管內壓力產生塑性變形而擴大，藉此貼緊在該喫合部之孔的壁面；在上述喫合部中鄰接於上述小極齒之排列方向的各個上述凸部的上述孔之剖面中心，係相互偏心。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞，其中，上述連結構件係呈蜿蜓形狀。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞，其中，上述連結構件為梳子狀。
  6. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之線性馬達之電樞，其中，上述連結構件為U字形狀。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞，其中，復具備自上述連結構件之一端向管內送入冷卻 液，將通過該連結構件內部之上述冷卻液自該連結構件之另一端回收之裝置。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞，其中，對上述連結構件之端部，施行其他構件安裝用之加工。
  9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞，其中，上述連結構件之端部，除了一端以外為閉口。
  10. 一種線性馬達，係具有：申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之線性馬達之電樞；及定子，具備沿該電樞之驅動方向以規定間隔配置成極性互相不同之多數個永久磁鐵。
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