TWI454018B - 線性馬達之積層鐵心及其製造方法 - Google Patents

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Description

線性馬達之積層鐵心及其製造方法
本發明係關於線性馬達用積層鐵心的構造及其製造方法，尤其關於積層鐵心的材料產率及特性的改善。
線性馬達，係由將複數個捲繞有驅動線圈之磁極齒相連設而成的可動子、及隔著預定的空隙與該可動子相向設置且係在行進方向排列極性互異的永久磁鐵而成的固定子所構成，且藉由使上述驅動線圈激磁來產生行進磁場，藉此給予可動子推力，利用此推力來搬送搭載於可動子上的被搬送物者。上述可動子係將複數片以預定的節距(pitch)形成有狹縫(slot)之梳齒狀的磁性鐵板堆疊起來(積層)而形成，但因為在製造其之際，要將驅動線圈組裝進來之關係，所以有將各個磁極齒分割開來而構成者(參照例如專利文獻1)、以及設置連結手段來將各磁極齒的至少一對的緣部彼此連結成可彎曲者(參照例如專利文獻2)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開2000-217334號(請求項1、圖1等)
(專利文獻2)日本特許第3428486號(請求項1、圖7等)
一般而言，構成上述積層鐵心之磁極齒，其形狀係由背軛(back yoke)部及從該背軛部突出之齒部所構成，且以衝床衝切的方式從一片磁性鋼板衝切出該形狀之磁極齒。而且，衝床衝切係以兩片為一組的方式衝切。亦即，兩片切出板係以讓第二個切出板的齒部位於第一個切出板的齒部間之方式，彼此反向且錯開間隙而衝切出來。
然而，在為了減低轉矩脈動(torque pulsation)使轉矩性能提高，而將齒部的前端的寬度尺寸做得較大(狹縫開口寬度做得較小)之情況，就無法將第二個切出板的齒部配置於第一個切出板的齒部間，而有材料的產率(yield)降低之問題。反過來說，為了將第二個切出板的齒部配置於第一個切出板的齒部間，而限制齒部的前端的寬度尺寸，妨礙到了轉矩特性之改善。
本發明係為了解決如上述之問題點而完成者，其目的在於獲得一種即使將齒部的前端的寬度尺寸做得較大，也不會使線性馬達的特性降低，以比較簡單的手法實現了材料產率的提高及轉矩性能的改善之線性馬達之積層鐵心及線性馬達用積層鐵心的製造方法。
本發明之線性馬達之積層鐵心，係將複數個由背軛部及從該背軛部突出的齒部所構成之磁極齒芯片(core piece)以讓相鄰接的齒部成為大致平行之方式排列成直線狀而構成，各齒部係由設於中間部之齒主部、設於背軛部側端部且寬度尺寸比齒主部小之縮幅部、及設於前端部且寬度尺寸比齒主部大之擴幅部所構成，且上述相鄰接之縮幅部間的距離比擴幅部的寬度尺寸大。
此外，本發明之線性馬達用積層鐵心的製造方法，其特徵在於：在將複數個由背軛部及從該背軛部突出的齒部所構成之磁極齒芯片以讓相鄰接的齒部成為大致平行之方式排列成直線狀而構成之物中，使前述磁極齒芯片為在將複數個磁極齒反向地以其同形狀的齒部配置於上述鄰接的齒部間形成的空間之形態排列成直線狀之狀態下進行衝切加工者。
在本發明之線性馬達的積層鐵心及其製造方法中，係在齒部之背軛部側端部設置縮幅部，且在將磁極齒芯片排列成直線狀之狀態下，相鄰之縮幅部間的距離比擴幅部的寬度尺寸大，所以即使在齒部設置擴幅部時，也可在要衝切加工出將複數個磁極齒芯片排列成直線狀而成的鐵心部件之際，以在齒部間配置另一鐵心部件的齒部之狀態衝切出兩個鐵心部件，具有可在提高材料產率及生產性之情況下實現具有高轉矩性能的積層鐵心之效果。
 (實施形態1)
第1圖係顯示作為本發明實施形態1的實施對象之線性馬達的運轉狀態之概略構成圖。
如第1圖所示，線性馬達1係由固定子2及可動子3所構成。固定子2係由延伸在馬達驅動方向(圖中雙頭箭號所示之方向)之板狀的固定子鐵心21、及在固定子鐵心21上沿著馬達驅動方向以預定的間隔配置且配置成極性交互地不同之複數個永久磁鐵22,23所構成。
另一方面，可動子3，係與上述固定子2的永久磁鐵22,23隔著預定的間隔而配置，且由沿著馬達驅動方向依序相連設之複數個磁極齒芯片30、及隔著絕緣體32而捲繞於各磁極齒芯片30之驅動線圈33所構成。各磁極齒芯片30，係做成為具有背軛部12、及從背軛部12往固定子2側突出之齒部13之形狀，將複數個此磁極齒芯片在紙面方向堆疊起來而構成的分割積層鐵心，將複數個(圖中為6個)此分割積層鐵心相互的背軛部12相抵接而以例如接著等將之連結成直線狀而構成磁極連設體。
第2圖係第1圖所示之鐵心部件的衝切加工狀態之平面圖，第3圖係第2圖的重要部份放大圖。如第2圖所示，採用將兩個磁極齒芯片30,31從相反的方向彼此相嵌合之配置。磁極齒芯片30,31係以例如磁性鋼板加以構成，且係利用衝切加工來製造，衝切加工係在配置成讓另一方的磁極齒芯片31的齒部13b位於一方的磁極齒芯片30的齒部13a間的狀態下進行。亦即，在一方將複數個磁極齒芯片30以讓其齒部13a成為大致平行的方式排列成直線狀之狀態下，將另一方的磁極齒芯片31的齒部13b配置於上述鄰接的齒部13a間形成的空間中，而用衝床(未圖示)加以衝切出來。上述齒部13a及齒部13b為相同形狀。
從第3圖即可清楚看出，齒部13的根部(背軛部12側端部)的寬度方向兩側，設有一對梯形之磁極切口部13e，藉此在齒部13的根部形成縮幅部13f。齒部13的前端部設有用來提高鐵心的轉矩特性之擴幅部13d，齒部13的中間部，亦即上述縮幅部13f與擴幅部13d之間，則形成有齒主部13g。因此，齒部13的縮幅部13f的寬度尺寸，係比齒主部13g的寬度尺寸小，齒主部13g的寬度尺寸係比擴幅部13d的寬度尺寸小。
亦即，回到第2圖，另一方的磁極齒芯片31的磁極齒部13b的擴幅部13d，係位於一方的磁極齒芯片30的相鄰接的齒部13a的縮幅部13f間。因此，在將芯片30,31排列成直線狀的狀態下，若將擴幅部13d的寬度尺寸設為Bt，將鄰接的縮幅部13f間的距離設為Bs時，則Bs>Bt。此外，為了抑制衝床的金屬模具的刀刃之損傷等，在將磁極齒芯片30,31(磁性鋼板)的板厚設為T時，最好設定為Bs≧(Bt+2T)。
從各背軛部12之齒部13突出的一側，以殘存有薄肉連接部16的方式利用與上述磁極齒芯片的衝切加工同時或在另外的工序中衝切出一對梯形的磁極卡合部件15。其中，上述薄肉連接部16與齒部13之間的連接部份只有尺寸B(參照第3圖)，磁極卡合部件15係透過該薄肉連接部16而連結成可從背軛部12往齒部側轉動。上述尺寸B係設定為即使往箭號方向轉動也不會令薄肉連接部16折斷分離之大小。第4圖係顯示磁極卡合部件15的利用方法之狀態圖，因此，使磁極卡合部件15從第4圖(a)的狀態再往齒部13側轉動，就如第4圖(b)所示，磁極卡合部件15會卡合(嵌合)至縮幅部13f，亦即會卡合(嵌合)入磁極切口部13e。
換言之，在齒部13捲繞驅動線圈33之際，係使磁極卡合部件15卡合至縮幅部13f，且藉由設於齒部13的外周之絕緣體(insulator)32使之保持於縮幅部13f內。
在如此之積層鐵心，因為在齒部13的前端部設有擴幅部13d，所以可減低轉矩脈動而提高轉矩性能。另外，因為在齒部13的根部設有縮幅部13f，所以即使設置了擴幅部13d，也可在進行磁極齒芯片30,31的衝切加工之際，以在磁極齒芯片30的齒部13a間配置另一方的芯片31的磁極齒13b之狀態衝切出兩個芯片30,31，可提高材料產率及生產性。
再者，因為在組裝之後利用磁極卡合部件15將磁極切口部13e填起來，所以可減低磁極切口部13e所造成之磁路變窄的影響，抑制轉矩之降低，可得到良好的性能。
再者，因為利用絕緣體32來保持住磁極卡合部件15，所以不用增加零件個數就可保持磁極卡合部件15。
又再者，衝切加工後，因為磁極卡合部件15係藉由薄肉連結部16而可轉動地連結至背軛部12，所以可將磁極卡合部件15與磁極齒芯片30,31當成一體而進行處理，組裝之際的搬送性會很良好。
在上述實施例中，雖然藉由薄肉連結部16將磁極卡合部件15連接至背軛部12，但亦可衝切加工成相分離的狀態再組裝起來，亦可使用例如磁性粉的燒結物或是進行覆以樹脂之磁性粉的加熱成形而成形者來作為磁極卡合部件15。另外，雖然揭示的是衝切時之配置成直線狀的磁極齒的個數為六個之例，但不限於此。此外，磁極切口部13e及磁極卡合部件15的形狀也可形成為大致梯形形狀以外的形狀。
再者，上述的實施形態1中揭示的雖是各磁極齒完全相分離而構成之例，但亦可形成為在背軛部12的端部上側設置用來將各磁極齒連結成可轉動之轉動軸部，使鄰接的磁極齒藉由上述轉動軸部而連結成可相互轉動之構成。即使形成為如此之構成，也與實施形態1一樣，可在一方之鄰接的齒部13a間形成的空間中配置另一方的磁極齒芯片31的齒部13b而衝切製造出來，具有相同的效果。
(實施形態2)
第5圖係顯示本發明實施形態2中之線性馬達的運轉狀態之概略構成圖。
第5圖中，兩側式線性馬達100係由上下兩列之固定子111,111及配置於兩固定子之間在箭號所示方向移動之可動子112所構成。固定子111係由沿著馬達驅動方向(圖中雙頭箭號所示之方向)在上下兩列延伸之板狀的固定子鐵心121、及在該固定子鐵心121上沿著馬達驅動方向以預定的間隔配置且配置成極性交互地不同之複數個永久磁鐵122,123所構成。
另一方面，可動子112，係由在上述固定子111之排列成上下兩列的永久磁鐵122,123間隔著預定的間隔而配置，且沿著馬達驅動方向依序配置之複數個磁極齒130所構成，該磁極齒130係由：位於兩列固定子111間的中央，且與鄰接的磁極齒130抵接之背軛部212；以及從該背軛部212朝向與永久磁鐵122,123相向之兩側突出而形成之齒部213所構成。在此磁極齒130之齒部213隔著絕緣體132而捲繞有驅動線圈133。
第6圖係用來說明實施形態2中之所謂的兩側式線性馬達100的可動子用積層鐵心的磁極齒的製造過程之圖。如第6圖所示，採用：具備有具有從背軛部311a,311b向單方向突出的齒部312a,312b之單側式磁極齒300,301、及具有從背軛部311c向兩方向突出的齒部312c1,312c2之兩側式磁極齒302，且上述兩個單側式磁極齒300,301分別相對於上述兩側式磁極齒302從相反的方向嵌合上去之配置。實施形態1雖形成為如第2圖中所示之使磁極齒芯片完全分離之構成，但本實施形態中磁極齒係藉由設於背軛部311a的上部之薄肉連結部50而相連結。
在配置成讓兩側式磁極齒302的齒部312c1位於一方之單側式磁極齒300的齒部312a,312a間，以及讓兩側式磁極齒302的齒部312c2位於另一方之單側式磁極齒301的齒部312b,312b間的狀態下進行衝切加工。本實施形態也一樣，在各齒部312a,312b,312c的根部的寬度方向兩側，設有一對梯形的磁極切口部113e，藉此在齒部312的根部形成縮幅部113f。齒部312的前端部設有用來提高鐵心的轉矩特性之擴幅部113d，齒部312的中間部則形成有齒主部113g。
亦即，另一方的磁極齒芯片的磁極齒部312的擴幅部113d，係位於一方的磁極齒芯片的相鄰接的齒部312的縮幅部113f之間。換言之，上述相鄰接的縮幅部113f之間的距離比擴幅部113d的寬度尺寸大之關係，與實施形態1相同，因此，具有相同的效果。以上述之方法衝切出之兩側式磁極齒302係用作為本實施形態2之兩側式線性馬達100的可動子用積層鐵心，單側式磁極齒300,301則用作為實施形態1之單側式線性馬達1的可動子用積層鐵心。
(實施形態3)
第7圖係用來說明實施形態3中之兩側式線性馬達100的可動子用積層鐵心的磁極齒的製造過程之圖，其中顯示全部衝切成兩側式磁極齒之情況。亦即，在配置成兩側式磁極齒400,401,402,403都從相反的方向相嵌合之狀態下進行衝切加工。
具體而言，係在配置成讓兩側式磁極齒401的一方的齒部312d1位於兩側式磁極齒400的一方的齒部312c,312c間，以及讓另一方的齒部312d2位於兩側式磁極齒402的一方的齒部312e間的狀態(以下的配置方式皆同)下進行衝切加工。本實施形態也一樣，在各齒部312c,312d,312e的根部的寬度方向兩側，設有一對梯形的磁極切口部113e，藉此在齒部312的根部形成縮幅部113f。齒部312的前端部設有用來提高鐵心的轉矩特性之擴幅部113d，齒部312的中間部則形成有齒主部113g。
如以上所述，實施形態3也一樣，另一方的磁極齒芯片的磁極齒部312的擴幅部113d，係位於一方的磁極齒芯片的相鄰接的齒部312的縮幅部113f間。換言之，上述相鄰接的縮幅部113f間的距離比擴幅部113d的寬度尺寸大之關係，與實施形態1相同，因此，具有相同的效果。
1、100．．．線性馬達
2、111．．．固定子
3、112．．．可動子
12、12a、12b、212．．．背軛部
13、13a、13b、213．．．齒部
13d．．．擴幅部
13e．．．磁極切口部
13f．．．縮幅部
13g．．．齒主部
15、115．．．磁極卡合部件
16．．．薄肉連結部
21、121．．．固定子鐵心
22、23、122、123．．．永久磁鐵
30、31．．．磁極齒芯片
32、132．．．絕緣體
33、133．．．驅動線圈
130．．．磁極齒
300、301．．．單側式磁極齒
302、400、401、402、403．．．兩側式磁極齒
第1圖係顯示本發明實施形態1之線性馬達的運轉狀態之概略構成圖。
第2圖係顯示本發明實施形態1之鐵心部件的衝切加工狀態之平面圖。
第3圖係第2圖的重要部份放大平面圖。
第4圖(a)係顯示使第3圖的磁極卡合構件轉動的狀態之平面圖，第4圖(b)係顯示使第4圖(a)的磁極卡合構件再轉動而使之與磁極切口部卡合的狀態之平面圖。
第5圖係顯示作為本發明實施形態2的實施對象之線性馬達的運轉狀態之概略構成圖。
第6圖係顯示本發明實施形態2之鐵心部件的衝切加工狀態之平面圖。
第7圖係顯示本發明實施形態3之鐵心部件的衝切加工狀態之平面圖。
3．．．可動子
12a、12b．．．背軛部
13a、13b．．．齒部
30、31．．．磁極齒芯片

Claims (11)

  1. 一種線性馬達之積層鐵心，係將複數個由背軛部及從該背軛部突出的齒部所構成之磁極齒芯片以讓相鄰接的齒部成為大致平行之方式排列成直線狀而構成，各齒部係由設於中間部之齒主部、設於背軛部側端部且寬度尺寸比上述齒主部小之縮幅部、及設於前端部且寬度尺寸比上述齒主部大之擴幅部所構成，且相鄰接之縮幅部間的距離比擴幅部的寬度尺寸大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達之積層鐵心，其中，上述縮幅部係藉由在上述齒部的寬度方向兩側設置一對的磁極切口部而形成，上述磁極切口部係卡合有由磁性材料構成的磁極卡合部件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之線性馬達之積層鐵心，其中，上述磁極卡合部件係為由與上述磁極齒芯片相同的磁性板所構成之衝壓加工成的部件。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之線性馬達之積層鐵心，其中，上述磁極卡合部件係為透過設於其端部之薄肉連結部而可轉動地連結至上述背軛部之衝切成的部件。
  5. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之線性馬達之積層鐵心，其中，具備有：設於上述齒部的外周，而將上述磁極卡合部件保持 於上述磁極切口部內之絕緣體。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之線性馬達之積層鐵心，其中，上述磁極切口部及上述磁極卡合部件的形狀係為梯形。
  7. 一種線性馬達用積層鐵心的製造方法，其特徵在於：在將複數個由背軛部及從該背軛部突出的齒部所構成之磁極齒芯片以讓相鄰接的齒部成為大致平行之方式排列成直線狀而構成之物中，使前述磁極齒芯片為在將複數個另外的磁極齒芯片反向地以其同形狀的齒部配置於上述鄰接的齒部間形成的空間之形態排列成直線狀之狀態下進行衝切加工者。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之線性馬達用積層鐵心的製造方法，其中，在另一方的磁極齒芯片的齒部的擴幅部位於一方的磁極齒芯片的相鄰接的齒部的縮幅部間，而將上述磁極齒芯片排列成直線狀之狀態下，將上述擴幅部的寬度尺寸設為Bt，鄰接的縮幅部間的距離設為Bs時，具有Bs>Bt之關係。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之線性馬達用積層鐵心的製造方法，其中，上述磁極齒芯片的板厚設為T時，設定為Bs≧(Bt+2T)。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之線性馬達用積層鐵心的 製造方法，其中，在配置成具備有具有從背軛部向單方向突出的齒部之單側式磁極齒、及具有從背軛部向兩方向突出的齒部之兩側式磁極齒，且上述單側式磁極齒相對於上述兩側式磁極齒從相反的方向相互嵌合之狀態下進行衝切加工。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之線性馬達用積層鐵心的製造方法，其中，在至少具備有兩個具有從背軛部向兩方向突出的齒部之兩側式磁極齒，且在一個兩側式磁極齒的一方的齒部間位置有另一個兩側式磁極齒的一方的齒部之狀態下進行衝切加工。
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