TWI552487B

TWI552487B - 鐵心式線性馬達構造

Info

Publication number: TWI552487B
Application number: TW104125114A
Authority: TW
Inventors: 許明哲; 劉勳翰; 吳軒俊
Original assignee: 直得科技股份有限公司
Priority date: 2015-08-03
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2016-10-01
Also published as: TW201707345A

Description

鐵心式線性馬達構造

本發明係有關於一種鐵心式線性馬達構造，特別是指將動子之線圈組的長度與定子之磁石的長度在尺寸上設定一比例關係，使得線性馬達具有較佳的馬達常數、較低的頓動力和正向吸力之發明。

參閱第八圖所示，鐵心式線性馬達是由一定子(A)及一動子(B)組成：該定子(A)沿一軸向延伸，且包括一背板(A1)以及複數磁石(A2)沿該軸向間隔排列在該背板(A1)上，其中，單一顆磁石(A2)與相鄰磁石(A2)之間的一間隙(d)構成一磁石單位(U)；該動子(B)相對該定子(A)設置並沿該軸向作線性運動，該動子(B)包括多個線圈組(B1)沿該軸向並排排列，每一個線圈組(B1)包括一鐵心(B11)及一線圈(B12)圍繞該鐵心(B11)。其中，對於UVW三相馬達而言，三個線圈組(B1)在該軸向之長度大約與四個至七個磁石單位(U)之長度相等。

再參閱第三圖所示，上述線圈組(B1)與磁石單位(U)的比例關係以三個線圈組(B1)對應四個磁石單位(U)具有較高的馬達常數。

參閱第九圖所示，利用該動子(B)驅動一載台(C)，該載台(C)左右兩側並各由一線性滑軌(D)承載，構成一線性移動組件，該載台(C)可鎖上工作設備(E)，藉此使該工作設備(E)可作往復式線性運動。

再參閱第四圖所示，上述線圈組(B1)與磁石單位(U)的比例關係中，三個線圈組(B1)對應五個或七個磁石單位(U)時，該動子(B)與定子(A)之吸力與推力比值較大，因此機構在進行往復式運動時，線性滑軌(D)將承受較大的負載，造成線性滑軌(D)的使用壽命減少。其中，以三個線圈組(B1)對應四個磁石單位(U)可獲得較低的吸力與推力比值。

因此，本發明採用三個線圈組對應四個磁石單位為基礎，進一步改良線圈組與磁石單位的尺寸關係，以獲得較高的馬達常數及較低的吸力與推力比值。

本發明係一種鐵心式線性馬達構造，包括：一定子，沿一軸向延伸，該定子包括一背板以及複數磁石沿該軸向間隔排列在該背板上，其中，單一顆磁石與相鄰磁石之間的一間隙構成一磁石單位；一動子，相對該定子設置並沿該軸向作線性運動，該動子包括多個線圈組沿該軸向並排排列，每一個線圈組包括一鐵心及一線圈圍繞該鐵心，其中，三個線圈組在該軸向之長度與四個磁石單位之長度實質上相等。

進一步，前述鐵心有一作用部及一承載部連接該作用部，前述線圈圍繞該作用部，該磁石單位之長度為1時，該作用部之長度介於0.3至0.5之間，且較佳是0.4。

進一步，前述鐵心有一作用部及一承載部連接該作用部，前述線圈圍繞該作用部，該承載部之高度介於0.28至0.38之間，且較佳是0.33。

進一步，該磁石單位之長度為1時，該間隙之長度介於0.24至0.28之間，且較佳是0.26。

進一步，該磁石單位之長度為1時，前述線圈組之鐵心在垂直該軸向之高度介於1.8至2.3之間，且較佳是2。

本發明的功效在於：

1.將定子的磁石單位與動子的線圈組以本發明之尺寸比例關係設置，可使得鐵心式線性馬達具有較高的馬達常數。

2.將定子的磁石單位與動子的線圈組以本發明之尺寸比例關係設置，可使得動子與定子之間的正向吸力降低，減少用於承載作用之線性滑軌的負載，因此線性滑軌使用壽命較長。

(1)‧‧‧定子

(11)‧‧‧背板

(12)‧‧‧磁石

(2)‧‧‧動子

(21)‧‧‧線圈組

(211)‧‧‧鐵心

(2111)‧‧‧作用部

(2112)‧‧‧承載部

(212)‧‧‧線圈

(g)‧‧‧間隙

(T)‧‧‧磁石單位

(A)‧‧‧定子

(A1)‧‧‧背板

(A2)‧‧‧磁石

(B)‧‧‧動子

(B1)‧‧‧線圈組

(B11)‧‧‧鐵心

(B12)‧‧‧線圈

(C)‧‧‧載台

(D)‧‧‧線性滑軌

(E)‧‧‧工作設備

(d)‧‧‧間隙

(U)‧‧‧磁石單位

(P)‧‧‧軸向

(N)‧‧‧正向吸力

[第一圖]係為本發明鐵心式線性馬達中，動子的線圈組與定子的磁石單位在軸向上的長度比例示意圖。

[第二圖]係為本發明實施例中，線性移動組件的構造示意圖。

[第三圖]係為本發明實施例中，動子的線圈組與定子的磁石單位在軸向上設置不同長度比例時，馬達常數的曲線圖。

[第四圖]係為本發明實施例中，動子的線圈組與定子的磁石單位在軸向上設置不同長度比例時，動子與定子之間的吸力/推力比值的曲線圖。

[第五圖]係為本發明實施例中，磁石單位長度與間隙長度設置不同比例時，頓動力的曲線圖。

[第六圖]係為本發明實施例中，磁石單位長度與鐵心高度設置不同比例時，頓動力的曲線圖。

[第七圖]係為本發明實施例中，磁石單位長度與鐵心的承載部之高度設置不同比例時，馬達常數的曲線圖。

[第八圖]係為習知鐵心式線性馬達中，動子的線圈組與定子的磁石單位在軸向上的長度比例示意圖。

[第九圖]係為習知線性移動組件的構造示意圖。

綜合上述技術特徵，本發明鐵心式線性馬達構造的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。

參閱第一圖所示，本實施例之鐵心式線性馬達包括：一定子(1)，沿一軸向(P)延伸，該定子(1)包括一背板(11)以及複數磁石(12)沿該軸向間隔排列在該背板(11)上，其中，單一顆磁石(12)與相鄰磁石(12)之間的一間隙(g)構成一磁石單位(T)；一動子(2)，相對該定子(1)設置並沿該軸向作線性運動，該動子(2)包括多個線圈組(21)沿該軸向並排排列，每一個線圈組(21)包括一鐵心(211)及一線圈(212)，該鐵心(211)有一作用部(2111)及一承載部(2112)連接該作用部，前述線圈(212)圍繞該作用部(2111)，本實施例以UVW三相馬達為例，該三個線圈組(21)的鐵心(211)的承載部(2112)可視為一體。要特別說明的是，在本實施例中，三個線圈組(21)在該軸向之長度與四個磁石單位(T)之長度實質上相等。

參閱第二圖所示，在該動子(2)的鐵心(211)的承載部(2112)鎖上一載台(C)，使該動子(2)驅動該載台(C)，該載台(C)左右兩側並各由一線性滑軌(D)承載，構成一線性移動組件，該載台(C)可鎖上工作設備(E)，藉此使該工作設備(E)可作往復式線性運動。

參閱第一圖至第三圖所示，實際測量發現，在軸向(P)上固定長度時，本實施例之線圈組(21)數量與磁石單位(T)之數量比為3：4時，相比二者比為3：5或3：7，具有較高的馬達常數。其中，圖中橫軸為該磁石單位(T)的長度與該鐵心(211)之作用部(2111)的長度比，由圖中可看出，當該磁石單位(T)的長度與該鐵心(211)之作用部(2111)的長度比介於1：0.3至1：0.5時，具有較高的馬達常數，特別是當二者之比為1：0.4時，具有最高的馬達常數。參閱第七圖所示，該承載部(2112)之高度介於0.28至0.38之間，較佳是0.33，此時具有較高的馬達常數。

參閱第一圖、第二圖及第四圖所示，在軸向(P)上固定長度時，本實施例之線圈組(21)數量與磁石單位(T)之數量比為3：4時，相比二者比為3：5或3：7，具有較低的吸力/連續推力比值，亦即該動子(2)與該定子(1)之間的正向吸力(N)較低，藉此當機構運行時，該線性滑軌(D)承受的負載較低，可延長該線性滑軌(D)的使用壽命。

另外要說明的是，為配合獲得較高的馬達常數及較低的吸力/連續推力比值，當該磁石單位(T)之長度定義為1時：參閱第一圖及第五圖所示，該間隙(g)之長度介於0.24至0.28之間，較佳是0.26，此時具有較低的頓動力(cogging)和正向吸力(N)。

參閱第一圖及第六圖所示，前述線圈組(21)之鐵心(211)在垂直該軸向(P)之高度介於1.8至2.3之間，較佳是2，此時亦具有較低的頓動力(cogging)和正向吸力(N)。

綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。