TWI448050B - 線性馬達 - Google Patents

Description

線性馬達

本發明係有關於一種具備有U字形的集中繞組線圈的線性馬達。

習知具備有集中繞組線圈的線性馬達，自線性馬達的活動部對機械傳達線性馬達的推力時，將複數個圓柱狀的永久磁鐵排列於圓筒狀的活動件(磁鐵配列部)內部，且將活動件於插入在該活動件外側由捲繞成圓筒狀而構成的複數個線圈(集中繞組線圈)所構成的固定件內部，以分別確保活動件與軸推力傳達部的剛性，且於將軸壓入於活動件的端面所設置之凹部後，將機械與軸連結(參照例如專利文獻1)。

此外，以其他線圈構造而言，雖有具備分布繞組線圈的線性馬達，但習知的具備有分布繞組線圈的線性馬達，要提高線性馬達的活動件(推力傳達部)與機械的連結強度時，係以和保持兩個永久磁鐵群之保持部件(磁鐵配列部)相向配置之方式，將電樞線圈成形為U字形，再一體連結保持部件與活動件，即是，以使保持部件與活動件的連結面積增大之方式來對應(參照例如專利文獻2)。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特許第4419151號公報(第8頁，第1圖)

專利文獻2：日本特開2001-112234號公報(第10頁，第6圖)

習知的線性馬達，因以前述之方式構成，故在例如具備有集中繞組線圈的線性馬達中，欲在維持集中繞組線圈構造的狀態下將線性馬達進行小型化時，因將軸(推力傳達部)小型化，故有軸(推力傳達部)與活動件(磁鐵配列部)間的連結面積不足，或活動件(磁鐵配列部)與軸(推力傳達部)的剛性變得難以確保的問題點。

另一方面，在線圈構造為分布繞組線圈的線性馬達中，係將分布繞組線圈成形為U字形，且一體連結保持部件(磁鐵配列部)與活動件(推力傳達部)，如此雖可達成保持部件(磁鐵配列部)與活動件(推力傳達部)的高剛性化，但欲將具備有該分布繞組線圈的線性馬達進行小型化時，因線圈構造為分布繞組構造，導致不相同的激磁相線圈彼此間會互相重疊，結果，在線圈構造內部產生許多非必要的空間，而該多數的空間成為阻礙具備有分布繞組線圈的線性馬達小型化的主因。

本發明係為解決前述問題所開發者，其目的係為獲致一種具備有充分的磁鐵配列部與推力傳達部間的連結面積，且具備有磁鐵配列部與推力傳達部高剛性得以確保之高線圈體積占有率的集中繞組線圈的線性馬達。

在本發明之線性馬達中，具備有：固定部，係具有捲繞成使產生於自身之各激磁相不互相重疊的複數個線圈；活動部，係配置於該固定部內，且疊層有複數個永久磁鐵；以及與活動部連結之軸；而受到來自線圈之磁通，活動部及軸會向軸線方向驅動；線圈之垂直於軸方向的剖面形狀，係呈一側開放的凹形狀；軸係以沿著不存在該凹形狀之線圈的開放部配置，同時與位於開放部之活動部連結。

藉由本發明，因線性馬達磁鐵配列部與推力傳達部間的連結面積增大，使磁鐵配列部與推力傳達部的高剛性化變為可能，結果，可以實現機械與線性馬達的連結強度能夠高度維持、小型、且具備有高線圈體積占有率的集中繞組線圈的線性馬達。

(第一實施例)

第1圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達之剖面圖，第2圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達之分解立體圖。在第1圖與第2圖中，1係為具備有集中繞組線圈的線性馬達之固定部；2係為在具備有集中繞組線圈的線性馬達之活動部，其可相對於固定部1向軸線方向相對位移。31係用以支撐活動部2，且與軸線方向垂直的剖面係呈「L」字形的滑動軸承；51係為電源導線；11係為與軸線方向垂直的面平行地折曲成U字形，且相向配置於活動部2兩側面的複數個線圈，其係從電源用導線51流通電流產生磁通。111係線圈11的凹槽，相當於構成線圈11之X方向(上下方向)的直線部。

12係為垂直於軸線方向的剖面呈U字形的樹脂製線圈架(bobbin)，用以將複數個線圈11各個電性絕緣並且固定各個線圈11；13係作為產生之磁通之磁性迴路的上框架(frame)；14係為產生之磁通之磁性迴路，且垂直於軸線方向的剖面呈U字形的下框架；15係為用以提高機械剛性的基座(base)；16係為支撐軸(shaft)的軸承；17係為保持軸承16的托架(bracket)；18係為防止異物侵入的蓋子(cover)；41係為位置偵測器；52係為位置偵測器用導線；固定部1係以滑動軸承31、線圈11、線圈架12、上框架13、下框架14、基座15、軸承16、托架17、蓋子18、位置偵測器41所構成。

另一方面，32係為滑動引導滑動軸承31表面的滑動部件；21係為為了藉由與複數個線圈11產生之磁通相互作用產生推力而疊層之複數個永久磁鐵，其垂直於永久磁鐵21的軸線方向的剖面係為矩形狀。22係為由磁性材或非磁性材構成，且以被疊層之複數個永久磁鐵21的N極及S極的磁極係向軸線方向交互地形成之方式配置於複數個永久磁鐵21之間的間隔件(spacer)；27係為磁鐵配列部，該磁鐵配列27係以永久磁鐵21與間隔件22所構成。此外，活動部2係以滑動部件32與磁鐵配列部27所構成。

23a係為軸連結部，23b係為結合於永久磁鐵21與間隔件22以對機械傳達產生推力的軸(shaft)，23c係為用以連結線性馬達與機械的軸前端部；28係為推力傳達部，該推力傳達部28係以軸連結部23a與軸23b及軸前端部23c所構成。26係為標尺(scale)連結部件，42係為標尺。在第1圖與第2圖中，軸連結部23a係全面地接著連結於構成活動部2之磁鐵配列部27的上面。軸23b另一方端部係伸出至固定部1的外部，而使用於位置偵測用。活動部2係配置於固定部1的內部，成為可向第1圖中的Z方向活動的構造。此外，複數個線圈11係相向配置於複數個永久磁鐵21的外側。

標尺42係藉由標尺連結部件26而與軸前端部23c連結，成為可配合軸23b的動作而活動的構造。此外，標尺42係於其內部記錄有光學性或磁性的位置資訊，藉由與固定部1連結的位置偵測器41來偵測軸23b在第1圖中Z方向的位置，且成為可自位置偵測器用導線52向控制部傳達位置訊號的構造。

剖面A-A’與剖面B-B’係為顯示沿著具備有第1圖所示之集中繞組線圈的線性馬達X-Y面之剖面。另外，在第1圖中，顯示了與線圈凹槽111的數對線圈凹槽111進行相互作用的永久磁鐵21的磁極數係12個凹槽對10極(在6n對5n系列中n=2)的情形。

第3圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的滑動軸承之構造圖。滑動軸承31係為數脂製(非磁性材料)，且如第3圖A-A’剖面所示，垂直於軸線方向的剖面呈L字形。另一方面，滑動部件32係為碳鋼(S50C)等，上框架13及下框架14係為冷軋鋼板(SPCC)等，均為磁性材料。在此，滑動部件32與上框架13之間、滑動部件32與下框架14之間，各有的間隙(gap)，係在介設有L字形滑動軸承31之側較小、未介設之側較大。藉由永久磁鐵21形成之磁通61而產生之磁吸引力62，係大力作用於介設有L字形滑動軸承31之側。結果，滑動部件32與滑動軸承31係成為以固定的磁吸引力62恆常地一邊接觸一邊滑動的構造。

第4圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的控制部之構成圖。在第4圖中，90為控制部，100係為線性馬達。91係為位置控制電路，92係為速度控制電路，93係為電流控制電路，99係為電流偵測器，控制部90係以位置控制電路91、速度控制電路92、電流控制電路93、電流偵測器99所構成。

藉由標尺42及位置偵測器41所偵測之位置資訊係回授(feed back)至線性馬達100的控制部90。位置控制電路91係藉由比較來自位置偵測器41的位置回授值與指令值來進行位置控制；速度控制電路92係藉由比較來自位置控制電路91的輸出值與微分位置回授值所得之速度回授值來進行速度控制；電流控制電路93係藉由比較來自速度控制電路92的輸出值與來自電流偵測器99的電流回授執來進行推力控制。

第5圖係為顯示具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈凹槽數與永久磁鐵數關係之圖。第5圖(a)係為說明線圈凹槽111的數對永久磁鐵21磁極數係6n對5n之情形之圖；第5圖(b)係為說明6n對7n之情形之圖。此外，第6圖係為顯示U字形線圈製作方法之圖，該線圈之U字形係與具備有本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的軸線方向垂直之面平行。

在第5圖中，線圈凹槽111數與永久磁鐵21之磁極數的組合，在6n對5n、6n對7n情形之凹槽111產生激磁相的配列順序，因係沿著軸線方向而在設計上依U+、U-、V-、V+、W+、W-之順序，故如第5圖所示，相同激磁相的凹槽111(例如U+、U-)必需沿著軸線方向相毗鄰。對於滿足相同激磁相的凹槽111沿著軸線方向相毗鄰的條件之構造而言，可考量如第6圖所示，將口字形之線圈11的兩端部向上方向彎折而形成U字形；而在U字形的線圈11的開放部(例如第2圖的上部)，亦即於磁鐵配列部27上面，配置軸連結部23a，藉此可增大磁鐵配列部27與推力傳達部28之間的連結面積，使磁鐵配列部27與推力傳達部28的高剛性化變為可能，而可提高磁鐵配列部27與推力傳達部28的連結強度。

因此，本發明除了從分布繞組線圈置換為有更高線圈體積占有率的集中繞組線圈之外，又再加上應用製作其容易且與垂直於軸線方向垂直面平行的U字形之構造作為線圈11，而於磁鐵配列部27上面配置軸連結部23a以提高磁鐵配列部27與推力傳達部28的連結強度；結果，提高了線性馬達與機械的連結強度，且激磁相不相同的線圈11不會沿著軸線方向互相重疊，而可將線性馬達小型化。

另一方面，第7圖係為顯示具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈凹槽數與永久磁鐵數組合為3n對2n及9n對8n時的線圈形狀之圖。第7圖(a)係顯示線圈凹槽11，數與永久磁鐵21之磁極數為3n對2n時的線圈形狀之圖；第7圖(b)係顯示為9n對8n時的線圈形狀之圖。

組合為3n對2n時，在凹槽111產生之激磁相的配列順序，雖成為沿著軸線方向在設計上依U+、V+、W+之順序，但在如第6圖所示之U字形的線圈11中，因相同激磁相的凹槽111(例如U+、U-)係沿著軸線方向2條相毗鄰，故對於必需沿著軸線方向互相不相同激磁相的凹槽111相連之U+、V+、W+的配列順序，則U字形線圈11係無法適用。因此，組合為3n對2n時可適用之線圈形狀係成為如第7圖(b)所示之口字形線圈。

此外，組合為9n對8n時，在凹槽111產生之激磁相的配列順序，係成為沿著軸線方向在設計上依U-、U+、U-、V-、V+、V-、W-、W+、W-之順序，相同激磁相的凹槽111(例如U-、U+、U-)沿著軸線方向必需有3條粗毗鄰，但這情形下，線圈11形狀係如第7圖(b)所示，必需要有3條凹槽111沿著軸線方向連成之形狀，因此，相同激磁相的凹槽111(例如U+、U-)沿著軸線方向2條毗鄰之U字形線圈11無法適用。

第8圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈架之立體圖。如第8圖所示，在本發明第一實施例中之樹脂製線圈架12，係垂直於軸線方向的剖面為U字形者，且在線圈架12，復為了將複數個線圈11分別定位固定，而分別設有：在線圈11與線圈11的各境界形成複數個凸狀而屬於第1段差部的段差部71；將線圈11所具有之各凹槽數界定成2條而形成為複數個凸狀且屬於第2段差部之段差部72。藉由複數個段差部71，複數個線圈11係分隔定位於各線圈11所固定之畫分區域內，且電性絕緣各線圈11。再者，藉由複數個段差部72，線圈11所具有之各凹槽數係以界定成2條之方式成形。

如此，垂直於軸線方向的剖面呈U字形的線圈架12係具有兼用為：藉由複數個段差部72使線圈11所具有之各凹槽數界定成2條之方式形成之治具；與藉由複數個段差部71來定位相毗鄰之線圈11間之功能的構造。結果，藉由應用本發明第一實施例中之線圈架12，於進行小型化線性馬達之際，可製得小型且高精確度的固定部1。

另外，在第一實施例中，雖說明針對本發明係用於具有傳達推力於細長軸狀之機構構造的線性馬達之情形，但本發明並不以此為限，例如即使應用於具有傳達推力於載台狀機構構造的線性馬達，亦可得到同樣的效果。

進而，在以具備第3圖所說明之集中繞組線圈的線性馬達中，因滑動部件32與剖面呈L字形的滑動軸承31，係以固定的磁吸引力62而成為恆常地接觸之狀態，故於滑動部件32與滑動軸承31之間不存在有間隙，結果不會像具備習知之集中繞組線圈的線性馬達之構成中因所產生之間隙而有鬆動或變動，故可提高軸前端部23c的定位精準度。此外，欲在具備習知之集中繞組線圈的線性馬達構成之狀態下將間隙縮小時，會有將滑動部件32與滑動軸承31之尺寸加工成高精準度之必要，但在具備該第一實施例中之集中繞組線圈的線性馬達之構成中，則連該加工亦無需要。

如此，如依照具備本發明之集中繞組線的線性馬達之構成，因可提高線性馬達的軸前端部的定位準確度，故可適用做為表面安裝機或基板檢查機的線性馬達，例如，可使安裝於電子基板的部件高密度化。

1．．．固定部

2．．．活動部

11．．．線圈

12．．．線圈架

13．．．上框架

14．．．下框架

15．．．基底

16．．．軸承

17．．．托架

18．．．蓋子

21．．．永久磁鐵

22．．．間隔件

23a．．．軸連結部

23b．．．軸

23c．．．軸前端部

26．．．標尺連結部件

27．．．磁鐵配列部

28．．．推力傳達部

31．．．滑動軸承

32．．．滑動部件

41．．．位置偵測器

42．．．標尺

51．．．電源導線

52．．．位置偵測器用導線

61．．．磁通

62．．．磁吸引力

71．．．段差部

72．．．段差部

90．．．控制部

92．．．速度控制電路

93．．．電流控制電路

99．．．電流偵測器

100．．．線性馬達

111．．．凹槽

第1圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達之剖面圖；

第2圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達之分解立體圖；

第3圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的滑動軸承之構造圖；

第4圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的控制部之構成圖；

第5圖係為顯示具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈凹槽數與永久磁鐵數關係之圖；

第6圖係為顯示具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的與向軸線方向垂直面平行的U字形線圈製作方法之圖；

第7圖(a)及(b)係為顯示具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈凹槽數與永久磁鐵數組合為3n對2n及9n對8n時的線圈形狀之圖；

第8圖係為具備有顯示本發明第一實施例之集中繞組線圈的線性馬達的線圈架之立體圖。

1．．．固定部

2．．．活動部

11．．．線圈

12．．．線圈架

13．．．上框架

14．．．下框架

15．．．基底

16．．．軸承

17．．．托架

18．．．蓋子

21．．．永久磁鐵

22．．．間隔件

23a．．．軸連結部

23b．．．軸

23c．．．軸前端部

26．．．標尺連結部件

27．．．磁鐵配列部

28．．．推力傳達部

31．．．滑動軸承

32．．．滑動部件

41．．．位置偵測器

42．．．標尺

51．．．電源導線

52．．．位置偵測器用導線

111．．．凹槽

Claims (8)

1. 一種線性馬達，係具備有：固定部，係具有捲繞成使產生於自身之各激磁相不互相重疊的複數個線圈；活動部，係配置於該固定部內，且疊層有複數個永久磁鐵；以及與前述活動部連結之軸；且受到來自前述線圈之磁通，前述活動部及前述軸會向軸線方向驅動；在該線性馬達中：前述線圈之垂直於前述軸線方向的剖面形狀係呈一側開放的凹形狀；前述軸係以沿著該凹形狀之不存在有前述線圈的前述開放部配置，同時與位於前述開放部之前述活動部連結；前述活動部復具有滑動部件，該滑動部件係由磁性材所構成，且配置於複數個前述永久磁鐵一方的前端部，且於前述固定部內部向軸線方向進行滑動引導；前述固定部復具有滑動軸承，該滑動軸承係由非磁性材所構成，且可滑動地支撐前述滑動部件並抵接於前述固定部內面；前述滑動部件係藉著使前述滑動部件之中心軸從藉由前述線圈所形成之內空間之剖面中心軸向前述滑動軸承側偏心配置並且與前述滑動軸承抵接，使來自前述永久磁鐵的磁吸引力向偏心方向作用。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達，其中，前述線圈係以與前述活動部之兩側面相向配置之方式形成之U字形者。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之線性馬達，其中，相向配置於前述活動部兩側面之前述線圈所形成之凹槽數和與前述線圈相互作用之前述永久磁鐵之磁極數之比係為6n對5n或者6n對7n(n為自然數)。
4. 申請專利範圍第1項所述之線性馬達，其中，前述線圈係配設於剖面為U字形之線圈架內。
5. 如申請專利範圍第4項所述之線性馬達，其中，係在前述線圈架之線圈固定面設置複數個凸狀之第1段差部，該等第1段差部係用以分隔前述線圈間之各境界者，且藉由該第1段差部分別電性絕緣複數個前述線圈。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述之線性馬達，其中，在前述線圈架的線圈固定面，在固定有各個前述線圈之各劃分區域內復設置複數個凸狀的第2段差部，且藉由該第2段差部界定複數個前述線圈所具有之各凹槽。
7. 如申請專利範圍第6項所述之線性馬達，其中，前述第2段差部係將複數個前述線圈所具有之各凹槽數界定成2條。
8. 如申請專利範圍第7項所述之線性馬達，其中，前述固定部的內剖面係為矩形狀，前述滑動部件係為矩形狀， 前述滑動軸承的剖面係為L字形。