TWI441423B - 線性馬達 - Google Patents

Description

線性馬達

本發明係有關於一種包括場磁鐵及與該場磁鐵相對向的電樞的線性馬達。

習知上，係有一種為人所知的線性馬達，其包括：場磁鐵，具有板形狀的基部及排列於該基部的複數個磁石；以及電樞，與該場磁鐵相對向而設，具有相對向於磁石的電樞芯及設於該電樞芯的線圈，且沿磁石排列方向移動(參照例如專利文獻1)。

於基部，在沿著垂直於磁石排列的方向、並平行於相對向於磁石的電樞芯的相對面的直線的兩端部，沿著磁石排列的方向形成有複數個安裝孔。於這些安裝孔穿通有固定螺釘，而將場磁鐵安裝於支持構件。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特表2000-501274號公報

為了增大由磁石發出而鏈結於電樞的磁通的量，而提出有以下想法：使沿著垂直於磁石的排列方向、且平行於相對向於磁石的電樞芯的相對面的直線的磁石的尺寸，較沿著該直線的電樞芯的尺寸要大。

然而，該者的情形中，為了使沿著垂直於磁石的排列方向、且為平行於相對向於磁石的電樞芯的相對面的直線的磁石的尺寸較沿著該直線的電樞芯的尺寸要大，則必需使沿著該直線的安裝孔間的尺寸變大。

結果，沿著該直線的基部的尺寸變大，而有著使線性馬達大型化的問題點。

本發明係提供一種在增大來自鏈結於電樞芯的磁石之磁通量，並可抑制大型化的線性馬達(linear motor)。

本發明之線性馬達係包括：場磁鐵，係具有基部及排列於該基部的複數個磁石；以及電樞，係具有相對向於前述磁石的電樞芯及設於該電樞芯的線圈，並沿著前述磁石之排列方向相對於前述場磁鐵移動；並且，於沿著前述磁石之排列方向觀視時，相對向於前述磁石的前述電樞芯的相對面的全部區域係相對向於前述磁石；且在沿著垂直於前述相對面的方向觀視時，複數個前述磁石中，一部份的磁石係沿著交叉於前述磁石之排列方向的直線相對於前述電樞芯朝一方向偏移而使一端部從前述電樞芯突出，而剩餘的磁石係相對於前述電樞芯朝相反於前述一方向的方向偏移而使一端部從前述電樞芯突出，在前述基部，於離開前述磁石而於相反於前述磁石的偏移方向之方向的區域形成有安裝孔。

根據本發明之線性馬達，於沿著磁石排列的方向觀視時，電樞芯的相對面的全部區域係相對向於磁石，沿著垂直於相對向於磁石的電樞芯的相對面的方向觀視時，複數個磁石中，一部份的磁石係沿著交叉於磁石的排列方向的直線相對於電樞芯朝一方向偏移而使一端部從電樞芯突出，且剩餘磁石係相對於電樞芯朝相反於一方向的方向偏移而一端部係從電樞芯突出，並於基部在離開磁石而於磁石的偏移方向之相反方向的區域形成有安裝孔，因此使沿著垂直於磁石排列方向、且平行於相對向於磁石的電樞芯的相對面的磁石的尺寸，較沿著該直線的電樞芯的尺寸要大，而可增大來自鏈結於電樞芯的磁石的磁通量，並且，抑制了基部的尺寸變大並可抑制線性馬達的大型化。

以下根據圖式說明本發明之各實施形態，而在各圖中對同樣或相當的構件、部位，係附上同樣的元件符號予以說明。

(第一實施形態)

第1圖係顯示本實施形態的線性馬達的平面圖，第2圖係顯示第1圖的線性馬達的正面圖。

本實施形態的線性馬達係包括：場磁鐵1、及相對向於該場磁鐵1的電樞2。

場磁鐵1係具有平板狀的基部3、及沿著直線等間隔地排列於基部3的複數個磁石4。各磁石4係全部形成同樣的長方體形狀。

電樞2係具有相對向於磁石4的電樞芯5、及設於該電樞芯5的線圈6。

電樞2係將其與場磁鐵1間的距離保持在預定的間隙長的狀態下，由沿磁石所排列的方向導引電樞2的導引裝置(未圖示)所支持。

電樞芯5係藉由通電至線圈6而磁化。電樞2係利用電樞芯5及磁石4之間所產生的磁力，沿著磁石4排列的方向相對於場磁鐵1移動。

基部3係由鐵所構成。其中，基部3並不限於鐵，而只要是能藉由周圍的磁場磁化的材料即可。

磁石4係配置成使相鄰的磁極為相異。

於本實施形態，係將沿著垂直於磁石4的排列方向(也就是電樞2的移動方向)、且為平行於相對向於磁石4的電樞芯5的相對面5a的直線的一方向設為A方向。再者，於其他的實施形態中，亦同樣如此。

各磁石4的長度方向係沿著A方向。各磁石4沿著A方向的尺寸L2，係較沿著A方向的電樞芯5的尺寸L1為大。

於沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，相鄰的磁石4係相對於電樞芯5沿著A方向相互地朝相反方向偏移同樣的量。又，相鄰的磁石4的偏移量亦可不相同。

由於各磁石4係相對於電樞芯5偏移同樣的量，故沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，各磁石4的一端部4a係從電樞芯5沿著A方向均等地突出。再者，各磁石4的一端部4a係不限於沿著A方向突出，只要從垂直於電樞芯5的相對面5a的方向觀視時，沿著對磁石4排列的方向交叉的直線，從電樞芯5突出即可。

各磁石4的另一端部4b、以及沿著A方向的電樞芯5的端部，在沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，係位於沿著磁石4排列的方向的同一直線上。

從而，沿著磁石4排列的方向觀視時，電樞芯5的相對面5a的全部區域係相對向於磁石4。

再者，各磁石4的另一端部4b亦可於沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，從電樞芯5突出。然而，這種情形，另一端部4b的突出量係較一端部4a的突出量要小。

於基部3，固定螺釘(未圖示)所穿通的複數個安裝孔3a係避開各磁石4而形成。場磁鐵1係藉由穿通過安裝孔3a的固定螺釘安裝於支持構件(未圖示)。

該安裝孔3a在沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，係形成於從磁石4往相反於磁石4的偏移方向之方向遠離的基部3的區域。又，該安裝孔3a的一部份，在沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，相較於穿過各磁石4的突出側的一端部4a間的直線，係沿著A方向深入基部3的內側。

藉此，即使使沿著A方向的磁石4的尺寸L2作成為較沿著A方向的電樞芯5的尺寸L1為大，亦可抑制沿著A方向的安裝孔3a間的尺寸L3變大。

接著，說明關於透過使沿著A方向的磁石4的尺寸L2較沿著A方向的電樞芯5的尺寸L1大的效果。

第3圖係沿著A方向的磁石4的尺寸L2與電樞芯5的尺寸L1為相等的情形的線性馬達之主要部位的側面圖，第4圖係顯示第1圖的線性馬達的主要部位的側面圖。

在沿著A方向的磁石4的尺寸L2與電樞芯5的尺寸L1為相等的情形，從相對於電樞芯5的端部的磁石4的區域發出的磁通沒有與電樞芯5鏈結而到達基部3。

相對於此，本實施形態的線性馬達中，使從相對向於電樞芯5的端部的磁石4的區域發出的磁通鏈結於電樞芯5，以增大鏈結於電樞芯5的磁通的量。

結果，可增加於線圈6產生的逆電動勢。接著，說明關於產生於本實施形態的線性馬達的基部3之最大撓曲D。

於場磁鐵1及電樞2之間，因磁力而相互產生吸引力。

是故，基部3其沿著A方向的中間部係朝向電樞2撓曲。

若僅考慮場磁鐵1及電樞2相互相對向的區域，則作用於場磁鐵1及電樞2之間的吸引力，係在沿著A方向偏及安裝孔3a間加諸以幾乎均等的荷重，故基部3的最大撓曲D係透過下列的算式(1)計算。

D(w×L34)/(384×E×I)　(1)

於此，w係每單位長的荷重、E係基部3的縱彈性係數、I係剖面二次力矩(moment)。

其中，w係作用於場磁鐵1及電樞2之間的吸引力及重力的每單位長度的換算值。又，E係根據基部3的材料所決定的係數。

上述的算式(1)中，I係藉由基部3的剖面形狀所決定者，在長方形剖面的情形，係使用基部3的厚度h及幅寬b，透過下列算式(2)計算。

I=(1/12)×b×h3　(2)

透過代入上述的算式(2)至上述的算式(1)，能得到下列的算式(3)。

D(w×L34)/(384×E×b×h3)　(3)

由上述算式(3)可知，當L3越大，最大撓曲D也會變得越大。推測由於最大撓曲D變大，致使場磁鐵1與電樞2相互摩擦，而使場磁鐵1及電樞2的至少一方會破損。

於習知的線性馬達，由於沿著A方向的安裝孔3a間的尺寸L3變大，故為了抑制最大撓曲D的變大，基部3的厚度h亦不得不變大。

從而，習知的線性馬達使其場磁鐵1大型化，而使得線性馬達的重量變大。

相對於此，於本實施形態的線性馬達，由於可抑制沿著A方向的安裝孔3a間的尺寸L3的變大，故即使縮小了基部3的厚度h的情形，亦可設計為與習知的線性馬達大致相等的最大撓曲D。

具體而言，於習知的線性馬達，在L3=50mm、h=10mm的情形，而於本實施形態的線性馬達L3=40mm的情形中，係在成為h=7.4mm之時成為與習知的線性馬達的基部3大致相等的最大撓曲D。

如此，由於可縮小基部3的厚度h，故可縮小用於設置線性馬達的空間，又，亦可謀求線性馬達的輕量化。

如以上說明，根據本實施形態的線性馬達，於沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，複數個磁石4中，一部份的磁石係相對於電樞芯5朝A方向偏移而使一端部4a從電樞芯5突出，剩餘的磁石係相對於電樞芯5朝與A方向相反的方向偏移而使一端部4a而從電樞芯5突出，於基部3，由於在離開磁石4位於相反於磁石4的偏移方向的方向的區域形成有安裝孔3a，故使得沿著A方向的磁石4的尺寸L2較沿著A方向的電樞芯5的尺寸L1為大，而可增大從鏈結於電樞芯5的磁石4發出的磁通量，並且，抑制了基部3的尺寸L3的變大，而可抑制線性馬達的大型化。

又，即使在基部3為板狀的情形，亦可抑制沿著A方向的安裝孔3a間的尺寸L3變大，故沒有減低基部3的最大撓曲D的必要，結果，可抑制基部3的厚度h變大。

又，由於相互相鄰的磁石4的各者的偏移方向為相互相反的方向，故各安裝孔3a可沿著磁石4的移動方向配置於各磁石4的附近。

結果，可使安裝孔3a沿著電樞2的移動方向以等間隔形成。又，可形成多個安裝孔3a。

又，從垂直於相對面5a的方向觀視時，磁石4的另一端部4b及沿著A方向的電樞芯5的端部係位於沿著磁石4排列方向的同一直線上，故可讓沿著A方向的安裝孔3a間的尺寸L3為最小。

再者，於本實施形態中，雖以沿著磁石4排列的方向的場磁鐵1的尺寸較沿著同方向的電樞2的尺寸為大的線性馬達作為說明，然當然不限於此，亦可為沿著磁石4排列的方向的場磁鐵1的尺寸較沿著同樣方向的電樞2的尺寸要小的線性馬達。

又，於本實施形態，雖以各安裝孔3a係沿著磁石4的移動方向配置於各磁石4的附近的線性馬達作為說明，但如第5圖所示，亦可使安裝孔3a的數量減少。

(第二實施形態)

第6圖係顯示關於本發明第二實施形態的線性馬達的平面圖。

本實施形態的線性馬達的場磁鐵1係具有複數個由並排的兩個磁石4所構成的磁石群7。

從垂直於電樞芯5的相對面5a的方向觀視時，磁石群7係相對於電樞芯5沿著A方向偏移。也就是，磁石群7的各磁石4係相互偏移至同樣方向，而沿著垂直於電樞芯5的相對面5a的方向觀視時，各磁石4的一端部4a係從電樞芯5突出。

從垂直於相對面5a的方向觀視時，相鄰的磁石群7係相對於電樞芯5沿著A方向相互地往相反方向偏移同樣的量。其中，相鄰的磁石群7的偏移量亦可不相同。

形成於基部3的安裝孔3a係在沿著重直於相對面5a觀視時，形成於離開磁石群7而位於相反於磁石群7的偏移方向的方向的基部3的區域。

其他的構成，係與第一實施形態相同。

如以上的說明，根據本實施形態的線性馬達，在偏移方向成為同樣方向的各磁石4中，由於至少數者為相互相鄰，故可變更沿作用於場磁鐵1及電樞2的A方向之力的脈動頻率。

結果，可避免使用線性馬達的機械裝置的固有震動數。

再者，於本實施形態中，雖以由並排的兩個磁石4所構成的磁石群7做說明，但亦可為由並排的三個以上的磁石4所構成的磁石群7者。

(第三實施形態)

第7圖係顯示關於本發明第三實施形態的線性馬達的逆電動勢的圖。其中，於第7圖中，沿著A方向的電樞芯5的尺寸L1與沿著A方向的磁石4的尺寸L2相等的情形以0%做計算。第7圖所示的虛線係用以比較顯示逆電動勢的直線性的參考直線。

關於本實施形態的線性馬達，從垂直於電樞芯5的相對面5a方向觀視時，磁石4的一端部4a從電樞芯5突出的突出長度(L2-L1)，係成為場磁鐵1與電樞2之間的間隙長度gap的五倍以下。

其他的構成，係與第一實施形態相同。

再者，與第二實施形態相同亦可。

如第7圖所示，對於間隙長度gap的磁石4的突出長度(L2-L1)的比例為500%以下的情形，於線圈6產生的逆電動勢的增加率，係大約正比於對於間隙長度gap之磁石4的突出長度(L2-L1)的比例。

對於間隙長度gap之磁石4的突出長度的比例大於500%的情形中，即使再加大突出長度(L2-L1)，逆電動勢係幾乎不會增加。

這是由於即使加大了突出長度(L2-L1)，來自磁石4的磁通也不會與電樞芯5鏈結而洩漏之故。

再者，從垂直於電樞芯5的相對面5a的方向觀視時，尤其較佳使磁石4的一端部4a從電樞芯5的突出長度(L2-L1)，為場磁鐵1及電樞2之間的間隙長度gap的3倍以下。

如以上的說明，根據本實施形態的線性馬達，從垂直於相對面5a的方向觀視時，由於磁石4的一端部4a從電樞芯5的突出長度(L2-L1)，係場磁鐵1及電樞2之間的間隙長度gap的五倍以下，故藉由增加突出長度(L2-L1)可有效地增加產生於於線圈6的逆電動勢。

(第四實施形態)

第8圖係顯示關於本實施形態的線性馬達的平面圖。

關於本實施形態的線性馬達，磁石4係對A方向傾斜達預定的角度。

其他的構成，係與第一實施形態相同。

再者，亦可與第二及第三實施形態相同。

根據關於本實施形態的線性馬達，由於磁石4係對A方向傾斜達預定的角度，故可減少齒槽效應轉矩(cogging torque)

(第五實施形態)

第9圖係顯示關於本發明第二實施形態的線性馬達的斜視圖，第10圖係沿第9圖的X-X線的箭視剖面圖。

關於本實施形態的線性馬達，係包括相互相對向的成對場磁鐵1及設於各場磁鐵1間的電樞2。

電樞2係相對向於每個場磁鐵1。

各場磁鐵1係與第一實施形態相同，具有平板狀的基部3及排列於該基部3的複數個磁石4。

各場磁鐵1係成為磁石4排列的方向相互為同樣的方向。

與第一實施形態相同，將沿著垂直於磁石4的排列方向、且為平行於相對向於磁石4的電樞芯5的相對面5a的直線的一方向設為A方向。

相對向的場磁鐵1的各磁石4係相互相對向。又，相對向的場磁鐵1的各磁石4係相對於電樞芯5沿著A方向相互朝相反方向偏移，從垂直於電樞芯5的相對面5a的方向觀視時，各磁石4的一端部4a係從電樞芯5突出。

各場磁鐵1從垂直於相對面5a的方向觀視時，在離開磁石4而位相反於磁石4的偏移方向之方向的基部3的區域係形成有安裝孔3a。

其他的構成，係與第一實施形態相同。

再者，其他的構成，亦可與第二實施形態或第四實施形態的任一者相同。

接著，說明關於沿著A方向作用於本實施形態的線性馬達的電樞芯5的力。

於電樞芯5，係作用有由於磁石4生成的吸引力。從沿著垂直於相對面5a的方向觀視時，由於磁石4的中心係相對電樞芯5的中心沿著A方向偏移，故如第10圖所示，各磁石4來自磁石4的吸引力的方向，係從垂直於相對面5a的方向傾斜至A方向。

然而，由於相對向的磁石4係沿著A方向相互地朝相反方向偏移，故沿著各磁石4吸引電樞芯5的吸引力的A方向的成分係被抵銷。

從而，抑制了電樞芯5被磁石4吸引而朝A方向的移動。

相對於此，如第11圖所示，相對向的各磁石4沿著A方向相互地朝同樣方向偏移的情形，係如第12圖所示，各磁石4沒有抵銷吸引電樞芯5的吸引力的沿著A方向的成分。

由於相鄰的磁石4其相互的偏移方向為相反的方向，故例如相對向於電樞芯5的磁石4為偶數個的情形中，沿著各磁石4吸引電樞芯5的吸引力的A方向的成分係被抵銷。

然而，相對向於電樞芯5的磁石4為奇數個的情形中，沿著各磁石4吸引電樞芯5的吸引力的A方向的成分係未被完全抵銷而殘留。

結果，於電樞芯5係有沿著A方向的力作用。

如以上說明，根據關於本實施形態的線性馬達，由於場磁鐵1係以相互相對向的方式設置一對，而電樞2係設於各場磁鐵1之間，且各場磁鐵1的磁石4係相互相對向，而相互相對向的各磁石4其偏移方向係為相反方向，故沿著相對向的各磁石4吸引電樞芯5的吸引力的A方向的成分係可被抵銷。

(第六實施形態)

第13圖係顯示關於本發明的第六實施形態的線性馬達的場磁鐵1的平面圖。

關於本實施形態的線性馬達，場磁鐵1復具有共同覆蓋基部3與磁石4的蓋體8。

藉此，可抑制於場磁鐵1及電樞2間夾入異物。又，可防止異物接觸磁石4。

於蓋體8，係形成有連通至基部3的安裝孔3a的貫通孔8a。

將固定螺釘(未圖示)穿過貫通孔8a及安裝孔3a，而將場磁鐵1安裝於支持構件(未圖示)。

蓋體8係由非磁性材料的鋁所構成。再者，蓋體8並不限於鋁，而亦可由奧斯田鐵系的不鏽鋼或塑膠等所構成。

藉此，可防止磁石4與固定螺釘接觸。又，可防止固定螺釘與蓋體8相互吸引。又，可使來自磁石4的磁通穿過蓋體8而鏈結於電樞芯5。

再者，蓋體8係較佳由塑膠所構成。塑膠相較於鐵等，可輕易的形成貫通孔8a。

如以上所說明，根據關於本實施形態的線性馬達，由於復具備覆蓋基部3與磁石4的蓋體8，故安裝場磁鐵1於支持構件時，即使固定螺釘被磁石4吸引，仍可防止固定螺釘接觸於磁石4，並抑制磁石4的破損。

1．．．場磁鐵

2．．．電樞

3．．．基部

3a．．．安裝孔

4．．．磁石

4a．．．一端部

4b．．．另一端部

5．．．電樞芯

5a．．．相對面

6．．．線圈

7．．．磁石群

8．．．蓋體

8a．．．貫通孔

D．．．最大撓曲

H．．．厚度

L1、L2、L3．．．尺寸

第1圖係為顯示關於本發明第一實施形態的線性馬達的平面圖。

第2圖係為顯示第1圖的線性馬達的正面圖。

第3圖係為顯示沿第1圖的A方向磁石的尺寸與電樞芯的尺寸為相等的情形的線性馬達的主要部位的側面圖。

第4圖係為顯示第1圖的線性馬達的主要部位的側面圖。

第5圖係為顯示關於本發明第一實施形態的線性馬達的變形例的平面圖。

第6圖係為顯示關於本發明第二實施形態的線性馬達的平面圖。

第7圖係為顯示關於本發明第三實施形態的線性馬達的逆電動勢的增加率的圖。

第8圖係為顯示關於本發明第四實施形態的線性馬達的平面圖。

第9圖係為顯示關於本發明第五實施形態的線性馬達的斜視圖。

第10圖係為沿第9圖的X-X線的箭視剖面圖。

第11圖係為顯示第9圖的相對向磁石沿A方向往同樣方向偏移的情形的線性馬達的斜視圖。

第12圖係為沿第11圖的XII-XII線的箭視剖面圖。

第13圖係為顯示關於本發明的第六實施形態的線性馬達的場磁鐵的平面圖。

1．．．場磁鐵

2．．．電樞

3．．．基部

3a．．．安裝孔

4．．．磁石

4a．．．一端部

4b．．．他端部

5．．．電樞芯

6．．．線圈

L1、L2、L3．．．尺寸

Claims (7)

1. 一種線性馬達，係包括：場磁鐵，係具有基部及排列於該基部的複數個磁石；以及電樞，係具有相對向於前述磁石的電樞芯及設於該電樞芯的線圈，並沿著前述磁石之排列方向相對於前述場磁鐵移動；並且，前述場磁鐵係以相互相對向的方式成對地設置；前述電樞係設於各前述場磁鐵之間；沿著前述磁石之排列方向觀視時，相對向於前述磁石的前述電樞芯的相對面的全部區域係相對向於前述磁石；沿著垂直於前述相對面的方向觀視時，複數個前述磁石內，一部份的磁石係沿著交叉於前述磁石之排列方向的直線相對於前述電樞芯朝一方向偏移而使一端部從前述電樞突出，而剩餘的磁石係相對於前述電樞芯朝相反於前述一方向的方向偏移而使一端部從前述電樞芯突出，於前述基部係於離開前述磁石而於相反於前述磁石的偏移方向之方向的區域形成有安裝孔；各前述場磁鐵的前述磁石係相互相對向，而相互相對向的各前述磁石其偏移方向係相互為相反方向。
2. 一種線性馬達，係包括：場磁鐵，係具有基部及排列於該基部的複數個磁石；以及 電樞，係具有相對向於前述磁石的電樞芯及設於該電樞芯的線圈，並沿著前述磁石之排列方向相對於前述場磁鐵移動；並且，沿著前述磁石之排列方向觀視時，相對向於前述磁石的前述電樞芯的相對面的全部區域係相對向於前述磁石；沿著垂直於前述相對面的方向觀視時，複數個前述磁石內，一部份的磁石係沿著交叉於前述磁石之排列方向的直線相對於前述電樞芯朝一方向偏移而使一端部從前述電樞突出，而剩餘的磁石係相對於前述電樞芯朝相反於前述一方向的方向偏移而使一端部從前述電樞芯突出，前述磁石的另一端部和在與前述磁石排列之方向垂直的方向的前述電樞的端部，係位於沿著前述磁石排列的方向的相同直線上，且於前述基部係於離開前述磁石而於相反於前述磁石的偏移方向之方向的區域形成有安裝孔，而前述安裝孔的一部份從通過前述各磁石突出之側的一端部的直線，沿著與前述磁石排列的方向垂直的方向而進入前述基部的內側。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，相互相鄰的前述磁石的各者的偏移方向係相互為相反方向。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，偏移方向為同樣方向的各前述磁石中，至少任幾個係相互相鄰。
5. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達，其中，從垂直於前述相對面的方向觀視時，前述磁石的他端部、及垂直於前述磁石之排列方向的方向之前述電樞的端部，係位在沿著前述磁石之排列方向的同一直線上。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，從垂直於前述相對面的方向觀視時，前述磁石的前述一端部從前述電樞芯突出的長度，係在前述場磁鐵及前述電樞之間的間隙長度的五倍以下。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之線性馬達，其中，前述場磁鐵復具有覆蓋前述基部與前述磁石的蓋體。