TWI703793B - 線性馬達的定子、線性馬達及線性馬達系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種線性馬達(1)的定子(4)，係成為動子(3)的搬運路，且具備：第一定子構件(41)，係具有沿著動子(3)之行進方向配置的永久磁鐵(411)；以及第二定子構件(42)，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部(421)；第一定子構件(41)及第二定子構件(42)係沿著前述行進方向串聯配置；第一定子構件(41)係以極距來配置永久磁鐵(411)；將極距設為τ p，並且，在第一定子構件(41)與第二定子構件(42)的相連接的部位中，將第一定子構件(41)之配置於沿著前述行進方向的端部的磁極面之沿著前述行進方向的中心，與鄰接於第一定子構件(41)的磁極面之第二定子構件(42)的磁極面之沿著前述行進方向的中心之間的距離設為L時，該L滿足τp/2+(n-1)τp≦L≦nτp，其中n為1以上的整數。

Description

線性馬達的定子、線性馬達及線性馬達系統

本發明係關於一種成為動子的搬運路之線性馬達的定子、具備有動子和定子的線性馬達及線性馬達系統。

近年來，線性馬達已開始被應用於搬運機構，該線性馬達並非是將旋轉運動轉換成直線運動，而是使其能夠直接地進行直線運動，且能夠在相同的搬運路上個別地控制複數個可動部。藉由線性馬達所構成的搬運機構，其用途係已擴大應用於需要進行粉塵之排除的半導體裝置之製造過程中的過程間之搬運機構等。

線性馬達一般是做成為具有磁性體及線圈的動子在定子上方驅動的機構。成為搬運路的定子係藉由如接著等方法將永久磁鐵設置於定子鐵心所構成。在這種將磁鐵配置於定子鐵心的馬達構成中，有必要將磁鐵舖滿於搬運路而有增加成本的傾向。又，即便是在不需要加減速的搬運區間，換句話說不需要高推力的搬運區域仍要使用磁鐵，且成為過大的規格。

專利文獻1所揭示的線性馬達係相對於需要高推力的範圍，將不需要之範圍的永久磁鐵縮小，藉此實施推力之優化，以及藉由磁鐵使用量之削減而達成低成本化。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開平11-332210號公報

然而，雖然上述專利文獻1所揭示的線性馬達藉由將不需要高推力之範圍的永久磁鐵縮小來削減磁鐵使用量，但是因為要在成為搬運路的定子整體使用永久磁鐵，故將永久磁鐵設置於定子鐵心的作業之工時，與並未將不需要高推力之範圍的永久磁鐵縮小的線性馬達相同。亦即，專利文獻1所揭示的線性馬達，並非是要減低將永久磁鐵設置於定子鐵心的作業之工時。

本發明係有鑑於上述課題而開發完成，其目的在於獲得一種減低了將永久磁鐵設置於定子鐵心的作業之工時的線性馬達之定子。

為了解決上面所述的課題而達成目的，本發明係一種成為動子的搬運路之線性馬達的定子，該定子係具備第一定子構件，前述第一定子構件係具有沿著動子之行進方向配置的永久磁鐵。本發明係具備第二定 子構件，前述第二定子構件係由軟磁性體構成且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部。第一定子構件及第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置。第一定子構件係以極距來配置永久磁鐵。將極距設為τ p，並且，在第一定子構件與第二定子構件的相連接的部位中，將第一定子構件之配置於沿著前述行進方向的端部的磁極面之沿著前述行進方向的中心，與鄰接於第一定子構件的磁極面之第二定子構件的磁極面之沿著前述行進方向的中心之間的距離設為L時，該L滿足τp/2+(n-1)τp≦L≦nτp，其中n為1以上的整數。

本發明之線性馬達的定子係達成可以減低將永久磁鐵設置於定子鐵心的作業之工時的功效。

1:線性馬達

2:滑件

3:動子

4:定子

5:導件

29:處理電路

29a:邏輯電路

29b:程式

31:動子芯

33:線圈

41:第一定子構件

42:第二定子構件

50:線性馬達系統

60:電源

70:變頻器

80:控制裝置

291:運算裝置

292:隨機存取記憶體

293:記憶裝置

311:芯背

312:齒

411:永久磁鐵

412:第一定子鐵心

413、426:磁極面

421:磁通感應部

422:第二定子鐵心

423:順向部

424:磁鐵設置部

425:狹縫孔

A:行進方向

G:空隙

G1、G2:距離

L:距離

l:距離

τp:極距

第1圖係顯示本發明之實施形態1的線性馬達之構成的示意圖。

第2圖係顯示使用了實施形態1之線性馬達的線性馬達系統之構成的示意圖。

第3圖係顯示實施形態1的線性馬達之動子的移動速度與搬運路上之位置的關係之一例的示意圖。

第4圖係顯示實施形態1之線性馬達的定子使動子產生的推力之示意圖。

第5圖係顯示實施形態1的線性馬達之變化例的示意圖。

第6圖係顯示本發明之實施形態2的線性馬達之構成的示意圖。

第7圖係顯示本發明之實施形態3的線性馬達之構成的示意圖。

第8圖係顯示本發明之實施形態4的線性馬達之構成的示意圖。

第9圖係顯示本發明之實施形態5的線性馬達之構成的示意圖。

第10圖係顯示實施形態5的線性馬達之相位的示意圖。

第11圖係顯示實施形態5之線性馬達的相對於電流之q軸的相位與推力之關係的示意圖。

第12圖係顯示實施形態5之線性馬達中的電流與q軸之相位差為0°之狀態的示意圖。

第13圖係顯示實施形態5之線性馬達的動子進入第二定子構件之狀態中的d軸及q軸與電流之關係的示意圖。

第14圖係顯示以硬體實現實施形態1至實施形態5的控制裝置之功能的構成之示意圖。

第15圖係顯示以軟體實現實施形態1至實施形態5的控制裝置之功能的構成之示意圖。

以下，依據圖式來詳細說明本發明的實施形態之線性馬達的定子、線性馬達及線性馬達系統。再者，本發明並不被該實施形態所限定。

〔實施形態1〕

第1圖係顯示本發明之實施形態1的線性馬達之構成的示意圖。第1圖所示的剖面，係垂直於動子3與定子4之間所形成的空隙G且平行於動 子3之行進方向A的剖面。線性馬達1係具備：沿著行進方向A而延伸的導件(guide)5；由導件5所導引的滑件(slider)2；藉由滑件2支撐成能夠沿行進方向A滑動的動子3；以及驅動動子3的定子4。

動子3係具有藉由積層軟磁性材料而成之積層鐵心所構成的動子芯(mover core)31。動子芯31係具有從芯背(core back)311朝空隙G側突出的複數個齒(teeth)312。又，動子3係具有捲繞於複數個齒312的線圈33。再者，雖然第1圖所示之動子3所具有的線圈33係按每一齒312形成一個線圈的集中繞組，但是線圈33亦可為橫跨於複數個齒312而形成線圈的分布繞組。

又，雖然第1圖所示的動子3為芯背311和複數個齒312成為一體的一體型，但是亦可為在芯背311被分割成複數個，且藉由具有芯背311和齒312的複數個分割鐵心所構成。又，動子3亦可不在芯背311被分割，而將芯背311和齒312分割。

定子4係具備：具備有永久磁鐵411的第一定子構件41；以及具備有磁通感應部421的第二定子構件42。第一定子構件41及第二定子構件42係沿著動子3之行進方向A串聯配置。第一定子構件41係在屬於磁性體軛鐵(yoke)的第一定子鐵心412之一面，隔出間隔地設置有複數個永久磁鐵411。永久磁鐵411係在磁化方向朝向於第一定子構件41之厚度方向的狀態下設置於第一定子鐵心412。第二定子構件42之從屬於磁性體軛鐵的第二定子鐵心422突出的突起，係形成磁通感應部421。在此，雖然在第1圖係記載著四角形之突起，但是只要是感應磁通的形狀，則突起之形狀亦可為圓弧形狀，或具有倒角的形狀。第一定子構件41係將設置 有永久磁鐵411之側朝向空隙G而配置。第二定子構件42係將設置有磁通感應部421之側朝向空隙G而配置。從而，在動子3通過第一定子構件41之上時，第一定子構件41及動子3係構成永久磁鐵馬達。另一方面，在動子3通過第二定子構件42之上時，第二定子構件42及動子3係構成同步磁阻馬達(synchronous reluctance motor)。

第2圖係顯示使用了實施形態1之線性馬達的線性馬達系統之構成的示意圖。線性馬達系統50係具有：變頻器(inverter)70，係轉換從電源60所供給的電力之頻率並供給至線性馬達1；以及控制裝置80，係輸入有變頻器70供給至線性馬達1的電力之電流值，且將電壓指令輸出至變頻器70。控制裝置80係控制動子3之移動方向及移動速度。

在同步磁阻馬達所構成的範圍中，第二定子構件42係在第二定子鐵心422形成有磁通感應部421，動子3係藉由將電流流動至線圈33來產生磁場，茲利用該第二定子構件42與該動子3之間的磁阻力使動子3產生推力。同步磁阻馬達係在磁阻會因動子之移動方的位置而不同的構成中，利用在磁阻變小之方向產生的磁阻力來產生推力的馬達，可不使用永久磁鐵而產生推力。在同步磁阻馬達中，藉由存在d軸電感(inductance)Ld與q軸電感Lq之差Ld-Lq來產生推力，且Ld≠Lq。

在d軸電感Ld與q軸電感Lq之關係為Ld≠Lq的情況下，就存在已知為凸極性的電感之位置依存性。在同步磁阻馬達所構成的範圍中，控制裝置80係利用該凸極性來推定動子3之行進方向的位置，且使用所推定出的位置，進行配合磁極之相位的電流控制、動子3之速度控制或動子3之位置控制。所謂使用所推定出的位置，進行配合磁極之相位的電 流控制、動子3之速度控制或動子3之位置控制，亦可稱為無感測器驅動(sensorless drive)。控制裝置80係在進行無感測器驅動的情況下，不使用位置檢測器及速度檢測器，進行配合磁極之相位的電流控制、動子3之速度控制或動子3之位置控制。再者，控制裝置80係亦可除了使用已推定的動子3之行進方向的位置，還使用屬於所推定的位置之微分成分的速度，進行配合磁極之相位的電流控制、動子3之速度控制或動子3之位置控制。雖然在利用凸極性的動子3之位置推定的方法中，係可以例示一種將位置推定用的高頻之電壓指令加上電流控制用電壓指令並輸出至變頻器70，藉由檢測出的電流來推定電感Ld與Lq之凸極比Lq/Ld，且從推定出的凸極比Lq/Ld之值推定動子3之位置的方法，但是並不被限定於該方法。

另一方面，在永久磁鐵馬達所構成的範圍中，控制裝置80係既可無感測器驅動動子3，又可依據檢測動子3之位置的感測器之檢測結果來驅動動子3。

藉由控制裝置80在第二定子構件42之上方無感測器驅動動子3，就沒有必要在構成同步磁阻馬達的範圍設置檢測動子3之位置的感測器，而可以簡化線性馬達系統50。

第3圖係顯示實施形態1的線性馬達之動子的移動速度與搬運路上之位置的關係之一例的示意圖。在動子3從位置x0移動至位置x3的情況下，在位置x0與位置x1之間動子3會加速，在位置x1與位置x2之間動子3會進行等速運動，在位置x2與位置x3之間動子3會減速。

在使實施形態1的線性馬達1成為搬運裝置之動力源的情況下，為了改善產距時間(takt time)，有必要提高動子3之移動速度的上限，或是增大加速或減速動子3時的加速度。

在將動子3加速或減速時的加速度設為a[m/s]，將推力設為F[N]，將動子3所搬運的工件(work)和動子3加在一起的質量設為m[kg]時，會成立下述的數式(1)之關係。

F=ma (1)

從數式(1)可知若質量m為相同，則為了增大加速度a，有必要增大推力F。

可是，在位置x1與位置x2之間，動子3係進行等速運動。從而，理論上雖然沒有必要在位置x1與位置x2之間產生推力，但是實際上會由於滑件2與導件5之間的摩擦及空氣阻力(air resistance)而發生負的加速度，故有必要產生抵銷摩擦及空氣阻力的一定以上之推力。為了維持動子3之等速運動所需的推力，係比加速時及減速時的推力還小。

第4圖係顯示實施形態1之線性馬達的定子產生於動子的推力之示意圖。第4圖係顯示藉由磁場分析而求出第一定子構件41產生的推力及第二定子構件42產生的推力之結果。在第4圖中，以第一定子構件41產生於動子3的推力成為1的方式來標準化。第二定子構件42產生於動子3的推力，係第一定子構件41產生於動子3的推力之10%以上且未滿20%。亦即，在配置有第一定子構件41的區間第一定子構件41產生於 動子3的加速度之絕對值，係比在配置有第二定子構件42的區間第二定子構件42產生於動子3的加速度之絕對值更大。

實施形態1的線性馬達1係在屬於加速動子3之區間的位置x0與位置x1之間及屬於減速動子3之區間的位置x2與位置x3之間，配置第一定子構件41。又，實施形態1的線性馬達1係在屬於動子3進行等速運動之區間的位置x1與位置x2之間配置第二定子構件42。

在已配置第一定子構件41的位置x0與位置x1之間的區間及位置x2與位置x3之間的區間，係於動子3產生較大的推力，而可獲得較大的加速度。又，位置x1與位置x2之間的區間係在被用於普通線性馬達的滑件2之情況下，動摩擦係數μ是在0.002至0.003之間，密封阻力f是在2N至5N之間。從而，在對滑件2之負荷加重W為3000N的情況下，摩擦阻力F’係可從下述的數式(2)算出為13N左右。

F’=μW=f (2)

對滑件2之負荷加重為3000N的情況下，第一定子構件41產生的推力係成為200N。如第4圖所示，因第二定子構件42產生的推力係第一定子構件41使產生的推力之10%以上，故為20N以上。由於第二定子構件42產生的推力係比等速運動時的摩擦阻力F’更大，所以可知第二定子構件42係產生能夠使動子3等速運動的推力。

如上述，因實施形態1的線性馬達1之定子4係在加速或減速動子3的區間配置第一定子構件41，在使動子3等速運動的區間配置第二定子構件42，故可無損動子3之加減速性能，而減低在定子4整體的永 久磁鐵411之使用量。亦即，製造線性馬達1的裝置廠商藉由配合動子3之驅動運轉模式(pattern)，在加減速動子3的區間配置第一定子構件41，且在沒有必要使動子3加減速的區間配置第二定子構件42來組裝定子4，即可無損動子3之加減速性能，而減低在定子4整體的永久磁鐵411之使用量。

雖然在第1圖中與動子3對向的永久磁鐵411之數目係相對於齒312之數目6個，成為永久磁鐵411之數目為4個之所謂4極6槽的線性馬達1，但是亦可為除此以外的極數與槽數之組合。

第5圖係顯示實施形態1的線性馬達之變化例的示意圖。雖然第1圖所示的第二定子構件42之磁通感應部421係藉由從第二定子鐵心422朝空隙G突出的突起所形成，但是如第5圖所示，亦能夠藉由在第二定子鐵心422設置狹縫孔(slit hole)425來形成磁通感應部421。再者，在第5圖中，雖然磁通感應部421係藉由圓弧狀的狹縫孔425所形成，但是形成磁通感應部421的狹縫孔425，係只要是產生磁阻轉矩(reluctance torque)的形狀即可，而未被限定於圓弧狀。

實施形態1的線性馬達1係以具有永久磁鐵411的第一定子構件41和由軟磁性體所構成之具有磁通感應部421的第二定子構件42來構成定子4，藉此能夠在第一定子構件41中產生高推力，進行藉由高加減速來進行的平滑之啟動及停止，而在需要等速運動的驅動範圍內，藉由具有磁通感應部421的第二定子構件42，即使不使用永久磁鐵411也會使用在磁通感應部421產生的磁阻轉矩來產生能夠等速運動的推力。如此，藉由具有二個不同的定子構件就可以實現推力規格之優化及磁鐵使用量之 削減。又，因不需要在第二定子鐵心422設置永久磁鐵411的作業，故可以減低磁化永久磁鐵411的作業之工時及在定子4之鐵心設置永久磁鐵411的作業之工時。

〔實施形態2〕

第6圖係顯示本發明之實施形態2的線性馬達之構成的示意圖。第6圖所示的剖面係垂直於動子3與定子4之間所形成的空隙G且平行於動子3之行進方向A的剖面。實施形態2的線性馬達1之第二定子構件42與實施形態1之第二定子構件42之不同點在於，實施形態2的線性馬達1之第二定子構件42係在行進方向兩端部上，於磁通感應部421之間配置有永久磁鐵411，而成為所謂順向式(consequent type)。將第二定子構件42之永久磁鐵411由磁通感應部421所包夾的部分稱為交替部423。永久磁鐵411係在磁化方向朝向於第二定子構件42之厚度方向的狀態下設置於第二定子鐵心422。

動子3係在從第一定子構件41進入第二定子構件42時，會藉由配置於第一定子構件41的永久磁鐵411之磁性吸引力朝向與驅動方向相反之方向施力，而有速度衰減的可能性。為了衰減來自第一定子構件41之永久磁鐵411的磁性吸引力，而使動子3可以從第一定子構件41平滑地進入第二定子構件42，有必要減少從定子4產生於空隙G的磁通。

一般而言，在順向式的馬達中，產生於空隙的磁通，係比從僅由永久磁鐵所構成之定子產生的磁通還減低50%至70%。從而，永久磁鐵411之磁性吸引力係在順向部423之上方減低。又，順向部423之上方的推力與僅由永久磁鐵411產生推力的第一定子構件41上產生的推力相 較，為50%以上。從而，即便動子3從第一定子構件41進入第二定子構件42之順向部423，仍不易發生藉由磁性吸引力所產生的速度之衰減。

又，藉由在第一定子構件41之永久磁鐵411與第二定子構件42之磁通感應部421群之間設置順向部423，而使磁性吸引力會在第一定子構件41與第二定子構件42之間階段性地變化，因此在第二定子構件42上從順向部423往磁通感應部421群行進的動子3即便其推力減低但速度仍不易衰減，而能夠進行平滑的移動。

上述之說明，雖然是在動子3從第一定子構件41往第二定子構件42行進的情況，但是從第二定子構件42往第一定子構件41行進的情況，亦可以藉由使推力階段性地增大，來使動子3平滑地移動。

因實施形態2的線性馬達1係在第二定子鐵心422之中央部不配置永久磁鐵411，故可以減低在定子鐵心設置永久磁鐵411的工時。

〔實施形態3〕

第7圖係顯示本發明之實施形態3的線性馬達之構成的示意圖。第7圖所示的剖面係垂直於動子3與定子4之間所形成的空隙G且平行於動子3之行進方向A的剖面。實施形態3的線性馬達1之第二定子構件42係在行進方向A之兩端部配置有永久磁鐵411，且在行進方向A之中央具有由軟磁性體所構成的磁通感應部421。將配置有第二定子構件42之永久磁鐵411的部分稱為磁鐵設置部424。永久磁鐵411係在磁化方向朝向於第二定子構件42之厚度方向的狀態下設置於第二定子鐵心422。實施形態3的線性馬達1之配置於第二定子構件42之磁鐵設置部424的永久磁鐵411的尺寸，係比第一定子構件41之永久磁鐵411的尺寸更小，或殘留磁通密 度會變小。在將比第一定子構件41之永久磁鐵411更小的永久磁鐵411配置於第二定子構件42的情況下，永久磁鐵411之殘留磁通密度亦可隨著接近第一定子構件41而變大。

在動子3從第一定子構件41進入第二定子構件42的情況下，動子3會藉由第一定子構件41之永久磁鐵411的磁性吸引力而減速，且有無法進行平滑之驅動的可能性。為了能夠進行平滑的驅動，有必要階段性地減少產生於空隙G的磁通。

永久磁鐵411所產生的磁通係當磁化面積變小時就會減少。亦即，永久磁鐵411中，與動子3之行進方向垂直且為定子4指向動子3之方向的尺寸變小，或與動子3之行進方向以及定子4指向動子3之方向皆垂直的方向之尺寸變小時，磁鐵寬度就會變短，且永久磁鐵411所產生的磁通會減少。又，一般已知永久磁鐵411中，會由於與動子3之行進方向垂直且為定子4指向動子3之方向的尺寸變小，使動作點下降，且磁通密度會變小。又，當殘留磁通密度變小時，所產生的磁通就會變小。

在實施形態3的線性馬達1之磁鐵設置部424中，係使用尺寸比第一定子構件41之永久磁鐵411更小的磁鐵，或殘留磁通密度較小的永久磁鐵411。從而，產生於空隙G的磁通會變小，動子3從第一定子構件41進入第二定子構件42時會使磁性吸引力階段性地減少，且消除藉由從第一定子構件41往第二定子構件42之進入所致的動子3之速度的衰減，而能夠平滑地進行驅動。

〔實施形態4〕

第8圖係顯示本發明之實施形態4的線性馬達之構成的示意圖。第8圖所示的剖面係垂直於動子3與定子4之間所形成的空隙G且平行於動子3之行進方向A的剖面。將產生第一定子構件41之磁通的空隙G側之面和構成於第二定子構件42的磁通感應部421之空隙G側的面，分別定義為磁極面413、426。第一定子構件41和動子3相對向時的第一定子構件41之磁極面413與動子3的距離G1係成為第二定子構件42和動子3相對向時的第二定子構件42之磁極面426與動子3的距離G2以上。藉由設為G1≧G2，就可以在動子3通過第一定子構件41與第二定子構件42之邊界部時，抑制推力之急劇的變動，而使動子3平滑地移動。

在實施形態4的線性馬達1中，第二定子構件42之磁極面426與動子3的距離G2，係隨著接近第一定子構件41而變長。藉由隨著接近第一定子構件41而加長距離G2，在第一定子構件41與第二定子構件42之境界部，推力就會階段性地變化，而可以提高使動子3平滑地移動的功效。從而，與實施形態3的線性馬達1同樣地消除因從第一定子構件41進入第二定子構件42所導致的動子3之速度的衰減，而能夠平滑地進行驅動。但是，第二定子構件42之磁極面426與動子3的距離G2，亦可為固定。

〔實施形態5〕

第9圖係顯示本發明之實施形態5的線性馬達之構成的示意圖。第9圖所示的剖面係垂直於動子3與定子4之間所形成的空隙G且平行於動子3之行進方向A的剖面。在構成實施形態5的線性馬達1之定子4的第一定子構件41及第二定子構件42中，藉由配置於第一定子構件41的永久 磁鐵411所形成的磁極面413，係沿著行進方向A以極距τp配置於第一定子鐵心412。在第9圖中，第二定子構件42係永久磁鐵411配置於第一定子鐵心412之動子3側之表面的所謂表面磁鐵型之構成。但是，亦可為將永久磁鐵411嵌入於第一定子鐵心412內而成的嵌入磁鐵型。又，亦可為永久磁鐵411之磁化方向與行進方向A平行且磁化方向相對向的構成。更且，第二定子構件42亦可為海爾貝克(Halbach)型的構造。

第二定子構件42係僅具備由第二定子鐵心422和形成於第二定子鐵心422的軟磁性體而形成的磁通感應部421，並未配置永久磁鐵411。再者，磁通感應部421係如在實施形態2中也說明般，亦可藉由狹縫孔425所形成。

第一定子構件41之鄰接的磁極面413之中心之間的距離為τp。第二定子構件42之鄰接的磁極面426之中心之間的距離為l。

隔著第一定子構件41與第二定子構件42之相連接的部位而鄰接的第一定子構件41之磁極面中心與第二定子構件42之磁極面的中心之間的距離為L。距離L係成為τp/2+(n-1)τp≦L≦nτp。在此，n為1以上的自然數。

在第9圖中，將第一定子構件41之磁極面413的中心設為d軸，將鄰接的磁極面413之中間設為q軸。同樣，將第二定子構件42之磁極面426的中心設為d軸，將鄰接的磁極面426之中間設為q軸。第10圖係顯示實施形態5的線性馬達之相位的示意圖。如第10圖所示，將通電至線圈的電流i與q軸所成的角度定義為相位差θ。第11圖係顯示實施形態5之線性馬達的相對於電流之q軸的相位與推力之關係的示意圖。第11 圖之實線所示的第一定子構件41產生的推力係以第一定子構件41產生的推力之峰值成為1的方式所標準化的值。又，第11圖之虛線所示的第二定子構件42產生的推力係以第二定子構件42產生的推力之峰值成為1的方式所標準化的值。

如第11圖所示，在第一定子構件41產生的推力取峰值的相位，係與在第二定子構件42產生之推力取峰值的相位不同。例如，在L=τp的情況下，為了在第一定子構件41產生最大推力，有必要使電流i與q軸的相位差θ成為0°。第12圖係顯示實施形態5之線性馬達中的電流與q軸之相位差為0°之狀態的示意圖。為了在第一定子構件41產生最大推力，有必要成為id=0、iq=i。

在第12圖的電流相位之狀態中，當動子3從第一定子構件41進入第二定子構件42的情況下，如第11圖所示，因相位差θ=0°故推力不會產生。為了在L=τp的情況下產生推力，要偵測動子3進入第二定子構件42，且需要進行使電流相位變化的控制，而難以進行平滑的驅動。

第13圖係顯示實施形態5之線性馬達的動子進入第二定子構件之狀態中的d軸及q軸與電流之關係的示意圖。在實施形態5的線性馬達1中，藉由將距離L設為τp/2<L<τp，而當動子3進入第二定子構件42時，就如第13圖所示，d軸及q軸之相位會推進。換句話說，電流i與q軸之相位差θ，係成為-90°<θ<0°，且即便在變頻器70側不進行電流控制，仍能夠在第二定子構件42上產生推力。藉此，能夠在第一定子構件41與第二定子構件42之相連接的部位進行平滑的驅動。

根據以上所述，距離L較佳是設為τp/2<L<τp。又，如第11圖所示，第二定子構件42產生的推力係有週期性，且為一週期180°。由於極距τp為電性角度180°，所以距離L只要是τp/2+(n-1)τp≦L≦nτp即可。

更且，如第11圖所示，由於在第二定子構件42產生的推力只要相位差θ為-75°≦θ≦-15°，就可以確保最大推力之50%，所以當距離L設為2τp/3+(n-1)τp<L<7τp/8+(n-1)τp時就更佳。

又，當磁通感應部421之中心之間的距離l為3τp/4+(n-1)τp≦l≦mτp，且m為1以上的整數時，就可以抑制衰減力作用於從第一定子構件41上進入第二定子構件42之上的動子3。

上述實施形態1至實施形態5的控制裝置80之功能係藉由處理電路所實現。處理電路係可為專用的硬體，又可為執行記憶裝置所儲存之程式的運算裝置。

在處理電路為專用的硬體的情況下，處理電路即為單一電路、複合電路、已程式化的處理器、已並列程式化的處理器、特殊用途積體電路、現場可程式化閘陣列(Field Programmable Gate Array)或將該等之組合者。第14圖係顯示以硬體實現實施形態1至實施形態5的控制裝置之功能的構成之示意圖。在處理電路29中，係嵌入有實現控制裝置80之功能的邏輯電路29a。在實現處理電路29的硬體中可以例示微控器(microcontroller)。

在處理電路為運算裝置的情況下，控制裝置80之功能係藉由軟體、韌體或軟體與韌體之組合所實現。

第15圖係顯示以軟體實現了實施形態1至實施形態5的控制裝置之功能的構成之示意圖。處理電路29係具有：執行程式29b的運算裝置291；可供運算裝置291使用為工作區的隨機存取記憶體292；以及記憶程式29b的記憶裝置293。運算裝置291係藉由將記憶於記憶裝置293的程式29b展開於隨機存取記憶體292上並予以執行，來實現控制裝置80之功能。軟體或韌體係以程式語言來描述，且儲存於記憶裝置293。雖然運算裝置291係可以例示中央處理裝置，但是不被限定於此。

處理電路29係讀取已記憶於記憶裝置293的程式29b並予以執行，藉此來實現控制裝置80之功能。程式29b亦可謂是使電腦執行實現控制裝置80之功能的步驟及方法之程式。

再者，處理電路29係以專用的硬體來實現一部分，亦可由軟體或韌體來實現一部分。

如此，處理電路29係可以藉由硬體、軟體、韌體或該等的組合，來實現上述的各個功能。

以上之實施形態所示的構成，係顯示本發明的內容之一例，既能夠與其他的公知技術組合，又能夠在未脫離本發明之要旨的範圍內，省略、變更構成之一部分。

1:線性馬達

2:滑件

3:動子

4:定子

5:導件

31:動子芯

33:線圈

41:第一定子構件

42:第二定子構件

311:芯背

312:齒

411:永久磁鐵

412:第一定子鐵心

421:磁通感應部

422:第二定子鐵心

A:行進方向

G:空隙

Claims (15)

1. 一種線性馬達的定子，係成為動子的搬運路，該定子係具備：第一定子構件，係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵；以及第二定子構件，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部；前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；前述第一定子構件係以極距來配置前述永久磁鐵；將前述極距設為τp，並且，在前述第一定子構件與前述第二定子構件的相連接的部位中，將前述第一定子構件之配置於沿著前述行進方向的端部的磁極面之沿著前述行進方向的中心，與鄰接於前述第一定子構件的前述磁極面之前述第二定子構件的磁極面之沿著前述行進方向的中心之間的距離設為L時，該L滿足τp/2+(n-1)τp≦L≦nτp，其中n為1以上的整數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線性馬達的定子，其中，該L滿足2τp/3+(n-1)τp≦L≦7τp/8+(n-1)τp。
3. 一種線性馬達的定子，係成為動子的搬運路，該定子係具備：第一定子構件，係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵；以及第二定子構件，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部； 前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；前述第一定子構件係以極距來配置前述永久磁鐵；將前述極距設為τ p，並且，將沿著前述行進方向相鄰接的前述磁通感應部之中心之間的距離設為l時，該l滿足3τp/4+(m-1)τp≦l≦mτp，其中m為1以上的整數。
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的定子，其中，前述第二定子構件係具有沿著前述行進方向配置的永久磁鐵。
5. 如申請專利範圍第4項所述之線性馬達的定子，其中，配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度，係與配置於前述第一定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度不同。
6. 一種線性馬達的定子，係成為動子的搬運路，該定子係具備：第一定子構件，係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵；以及第二定子構件，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部；前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；前述第二定子構件係具有沿著前述行進方向配置的永久磁鐵；配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度，係與配置於前述第一定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度不同； 配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵中，與前述行進方向以及前述定子指向前述動子之方向皆垂直的方向之尺寸，係越靠近前述第一定子構件就越長。
7. 一種線性馬達的定子，係成為動子的搬運路，該定子係具備：第一定子構件，係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵；以及第二定子構件，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部；前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；前述第二定子構件係具有沿著前述行進方向配置的永久磁鐵；配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度，係與配置於前述第一定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度不同；配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵中，與前述行進方向垂直且為前述定子指向前述動子的方向之尺寸，係越靠近前述第一定子構件就越長。
8. 一種線性馬達的定子，係成為動子的搬運路，該定子係具備：第一定子構件，係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵；以及第二定子構件，係由軟磁性體所構成，且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部； 前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；前述第二定子構件係具有沿著前述行進方向配置的永久磁鐵；配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度，係與配置於前述第一定子構件的前述永久磁鐵之形狀或殘留磁通密度不同；配置於前述第二定子構件的前述永久磁鐵之殘留磁通密度係越靠近前述第一定子構件就越大。
9. 如申請專利範圍第1、2、3、6、7及8項中任一項所述之線性馬達的定子，其中，前述第二定子構件之前述磁通感應部係藉由從磁性體軛鐵突出的突起所形成。
10. 如申請專利範圍第1、2、3、6、7及8項中任一項所述之線性馬達的定子，其中，前述第二定子構件之前述磁通感應部係由設置於磁性體軛鐵的複數個狹縫孔所形成。
11. 如申請專利範圍第1、2、3、6、7及8項中任一項所述之線性馬達的定子，其中，在使前述動子加減速的區間配置有前述第一定子構件，在使前述動子等速運動的區間配置有前述第二定子構件。
12. 一種線性馬達，係具有：動子；以及定子，係形成為前述動子的搬運路，且具備第一定子構件和第二定子構件，該第一定子構件係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵，該第二定子構件係由軟磁性體所構成且具有沿著前述行進方向配置的磁通 感應部，前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；將前述第一定子構件和前述動子相對向時的前述第一定子構件之磁極面與前述動子的距離設為G1，將前述第二定子構件和前述動子相對向時的前述第二定子構件之磁極面與前述動子的距離設為G2時，G1與G2滿足G1≧G2。
13. 如申請專利範圍第12項所述之線性馬達，其中，前述第二定子構件之磁極面與前述動子的距離G2係越靠近前述第一定子構件就越長。
14. 一種線性馬達系統，係具有：如申請專利範圍第12項或第13項所述之線性馬達；以及控制裝置，係控制前述動子之移動方向及移動速度；前述控制裝置係在前述動子通過前述第二定子構件之上時，無感測器驅動前述動子。
15. 一種線性馬達系統，係具有：線性馬達，係具有動子和具備第一定子構件及第二定子構件的定子，前述定子係形成為前述動子的搬運路，該第一定子構件係具有沿著前述動子之行進方向配置的永久磁鐵，該第二定子構件係由軟磁性體所構成且具有沿著前述行進方向配置的磁通感應部，前述第一定子構件及前述第二定子構件係沿著前述行進方向串聯配置；以及控制裝置，係控制前述動子之移動方向及移動速度； 前述控制裝置係在前述動子通過前述第一定子構件之上時，依據檢測前述動子之位置的感測器之檢測結果來驅動前述動子，且在前述動子通過前述第二定子構件之上時，無感測器驅動前述動子。

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