線性電動的制造方法
【專利摘要】希望得到一種線性電動機，其消除現(xiàn)有線性電動機的問題、即機械和線性電動機的結合強度伴隨線性電動機的小型化而下降，具有高剛性的磁鐵排列部和推力傳遞部，并具有線圈占空率高的集中卷繞線圈，為了實現(xiàn)上述目的，該線性電動機具有：固定部（1），其具有多個線圈（11），這些線圈以自身產(chǎn)生的各勵磁相彼此不重疊的方式進行卷繞；可動部（2），其配置在固定部（1）內(nèi)，在可動部（2）中層疊有多個永磁鐵（21）；以及推力傳遞部（28），其與可動部（2）結合，可動部（2）及推力傳遞部（28）承受來自線圈（11）的磁通（61）而沿軸線方向驅(qū)動，線圈（11）的與軸線方向垂直的剖面形狀形成為一側開放的凹形狀，推力傳遞部（28）配置為沿不存在凹形狀的線圈（11）的開放部，并與位于開放部的可動部（2）結合。
【專利說明】線性電動機【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有-字形狀的集中卷繞線圈的線性電動機。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有的具有集中卷繞線圈的線性電動機，在從線性電動機的可動部機械地傳遞線性電動機的推力的情況下，將圓柱狀的多個永磁鐵排列在圓筒狀的可動件(磁鐵排列部)內(nèi)部，向由在該可動件的外側卷繞成圓筒狀而構成的多個線圈(集中卷繞線圈)所構成的固定件內(nèi)部插入可動件，分別確?？蓜蛹洼S(推力傳遞部)的剛性，在將軸向在可動件的端面上設置的凹部壓入后，將機械和軸進行結合(例如，參照專利文獻I)。
[0003]另外，存在具有作為其他線圈構造的分布卷繞線圈的線性電動機，現(xiàn)有的具有分布卷繞線圈的線性電動機，對于要提高線性電動機的可動件(推力傳遞部)和機械的結合強度的情況，進行如下應對，即，以與用于保持2個永磁鐵組的保持部件(磁鐵排列部)相對配置的方式，將電樞線圈(分布卷繞線圈)形成-字形狀，并且，將保持部件與可動件一體結合，即，增大保持部件和可動件的結合面積(例如，參照專利文獻2)。
[0004]專利文獻1:日本特許4419151號公報(第8頁、圖1)
[0005]專利文獻2:日本特開2001 - 112234號公報(第10頁、圖6)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]現(xiàn)有的線性電動機由于以上述方式構成，因此具有以下問題，即，例如在具有集中卷繞線圈的線性電動機中，如果在維持集中卷繞線圈構造的情況下使線性電動機小型化，則由于將軸(推力傳遞部)的直徑變小，因此軸(推力傳遞部)和可動件(磁鐵排列部)之間的結合面積不足，或者，難以確?？蓜蛹?磁鐵排列部)和軸(推力傳遞部)的剛性。
[0007]另一方面，在線圈構造為分布卷繞線圈的線性電動機中，將分布卷繞線圈形成-字形狀，并且，通過將保持部件(磁鐵排列部)和可動件(推力傳遞部)一體結合，從而能夠?qū)崿F(xiàn)保持部件(磁鐵排列部)和可動件(推力傳遞部)的高剛性化，但如果將該具有分布卷繞線圈的線性電動機小型化，則由于線圈構造為分布卷繞構造，因此，會導致勵磁相不同的線圈之間彼此重疊，其結果，在線圈構造內(nèi)部產(chǎn)生多個不需要的空間，該多個空間成為妨礙具有分布卷繞線圈的線性電動機小型化的原因。
[0008]本發(fā)明就是為解決上述問題而提出的，其目的在于，得到一種具有線圈占空率高的集中卷繞線圈的線性電動機，在該線性電動機中，具有足夠的磁鐵排列部和推力傳遞部之間的結合面積，并確保了磁鐵排列部和推力傳遞部的高剛性。
[0009]在本發(fā)明所涉及的線性電動機中，具有:固定部，其具有多個線圈，這些線圈以自身產(chǎn)生的各勵磁相彼此不重疊的方式進行卷繞；可動部，其配置在固定部內(nèi)，在可動部中層疊有多個永磁鐵；以及軸，其與可動部結合，可動部及軸承受來自線圈的磁通而沿軸線方向進行驅(qū)動，線圈的與軸線方向垂直的剖面形狀形成為一側開放的凹形狀，軸配置為沿不存在凹形狀的線圈的開放部，并與位于開放部的可動部結合。[0010]發(fā)明的效果
[0011]根據(jù)本發(fā)明，由于通過增大線性電動機的磁鐵排列部和推力傳遞部之間的結合面積，能夠?qū)崿F(xiàn)磁鐵排列部和推力傳遞部的高剛性化，因此，其結果，能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有線圈占空率高的集中卷繞線圈的線性電動機，可維持機械和線性電動機的高結合強度，且實現(xiàn)了小型化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是具有集中卷繞線圈的線性電動機的剖面圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例I。
[0013]圖2是具有集中卷繞線圈的線性電動機的分解斜視圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0014]圖3是具有集中卷繞線圈的線性電動機的滑動軸承的構造圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0015]圖4是具有集中卷繞線圈的線性電動機的控制部的結構圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0016]圖5是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出其線圈的槽和永磁鐵數(shù)的關系的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0017]圖6是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出其-字形狀的線圈的制造方法的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0018]圖7是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出其線圈的槽和永磁鐵數(shù)的組合為3η對2η及9η對Sn的情況下的線圈形狀的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0019]圖8是具有集中卷繞線圈的線性電動機的線圈架的斜視圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]圖1是具有集中卷繞線圈的線性電動機的剖面圖，圖2是具有集中卷繞線圈的線性電動機的分解斜視圖，其中，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。在圖1和圖2中，I是具有集中卷繞線圈的線性電動機的固定部，2是具有集中卷繞線圈的線性電動機的可動部，且相對于固定部I能夠沿軸線方向相對位移。31是支撐可動部2，且與軸線方向垂直的剖面形成為L字形狀的滑動軸承，51是電源用引線，11是用于從電源用引線51流過電流而產(chǎn)生磁通的多個線圈，上述多個線圈以與垂直于軸線方向的面平行的方式彎曲成-字形狀，并與可動部2的兩個側面相對配置。111是線圈11的槽，相當于構成線圈11的X方向(上下方向)的直線部。
[0022]12是將多個線圈11各自電絕緣并固定各個線圈11的樹脂制線圈架，與軸線方向垂直的剖面形成為〕字形狀，13是成為所產(chǎn)生的磁通的磁路的上框架，14是成為所產(chǎn)生的磁通的磁路，且與軸線方向垂直的剖面形成為U字形狀的下框架，15是用于提高機械剛性的基座部，16是對軸(Shaft)進行支撐的軸承，17是保持軸承16的托架，18是防止異物進入的罩，41是位置檢測器，52是位置檢測器用引線，固定部I由滑動軸承31、線圈11、線圈架12、上框架13、下框架14、基座部15、軸承16、托架17、罩18、位置檢測器41構成。
[0023]另一方面，32是在滑動軸承31的表面進行滑動引導的滑動部件，21是為了通過與多個線圈11產(chǎn)生的磁通相互作用而產(chǎn)生推力所層疊的多個永磁鐵，永磁鐵21的與軸線方向垂直的剖面為矩形形狀。22是由磁性材料或非磁性材料構成，以使得層疊的多個永磁鐵
21的N極及S極的磁極沿軸線方向交替形成的方式，配置在多個永磁鐵21之間的墊片，27是磁鐵排列部，磁鐵排列部27由永磁鐵21和墊片22構成。另外，可動部2由滑動部件32和磁鐵排列部27構成。
[0024]23a是軸結合部，23b是與永磁鐵21和墊片22結合而將所產(chǎn)生的推力以機械方式傳遞的軸(Shaft)，23c是將機械與線性電動機連結的軸前端部，28是推力傳遞部，推力傳遞部28由軸結合部23a、軸23b和軸前端部23c構成。26是標尺結合部件，42是標尺。在圖1和圖2中，軸結合部23a與構成可動部2的磁鐵排列部27的上表面整個表面粘接結合。軸23b的另一個端部向固定部I的外部伸出，用于位置檢測。可動部2配置在固定部I的內(nèi)部，成為可沿圖1中的Z方向運動的構造。另外，多個線圈11與多個永磁鐵21的外側相對配置。
[0025]標尺42通過標尺結合部件26而與軸前端部23c結合，成為可對應于軸23b的運動而運動的構造。另外，標尺42形成下述構造，即，在其內(nèi)部記錄有光學或磁性位置信息，通過與固定部I結合的位置檢測器41檢測軸23b的圖1中的Z方向的位置，從位置檢測器用引線52向控制部傳遞位置信號。
[0026]A — A’剖面和B — B’剖面表示圖1所示的具有集中卷繞線圈的線性電動機的沿X — Y平面的剖面。此外，在圖1中示出了“線圈的槽111數(shù)”對“與線圈的槽111相互作用的永磁鐵21的磁極數(shù)”為12槽對10極(6n對5n系列中n=2)的情況。
[0027]圖3是具有集中卷繞線圈的線性電動機的滑動軸承的構造圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1?；瑒虞S承31是樹脂制(非磁性材料)，如圖3的A — A’剖面所示，與軸線方向垂直的剖面形成為L字形狀。另一方面，滑動部件32是S50C等，上框架13及下框架14是SPCC等，均為磁性材料。在此，滑動部件32和上框架13之間、滑動部件32和下框架14之間的各個間隙，在L字形狀的滑動軸承31存在的一側較小，在滑動軸承31不存在的一側較大，通過由永磁鐵21生成的磁通61而產(chǎn)生的磁性吸引力62，在L字形狀的滑動軸承31存在的一側起到較大的作用。其結果，滑動部件32和滑動軸承31成為通過恒定的磁性吸引力62而始終接觸并發(fā)生滑動的構造。
[0028]圖4是具有集中卷繞線圈的線性電動機的控制部的結構圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。在圖4中，90是控制部，100是線性電動機。91是位置控制電路，92是速度控制電路，93是電流控制電路，99是電流檢測器，控制部90由位置控制電路91、速度控制電路92、電流控制電路93、電流檢測器99構成。
[0029]將通過標尺42及位置檢測器41檢測出的位置信息，反饋至線性電動機100的控制部90。能夠分別由位置控制電路91通過將來自位置檢測器41的位置反饋值和指令值進行比較而進行位置控制，由速度控制電路92通過將來自位置控制電路91的輸出值和對位置反饋值進行微分而得到的速度反饋值進行比較而進行速度控制，由電流控制電路93通過將來自速度控制電路92的輸出值和來自電流檢測器99的電流反饋值進行比較而進行推力控制。[0030]圖5是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出其線圈的槽數(shù)和永磁鐵數(shù)的關系的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。圖5 Ca)是說明線圈的槽111數(shù)對永磁鐵21的磁極數(shù)為6n對5n的情況的圖，圖5 (b)是說明6n對7n的情況的圖。另外，圖6是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出與垂直于軸線方向的面相平行的-字形狀的線圈的制造方法的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。
[0031]在圖5中，在線圈的槽111數(shù)對永磁鐵21的磁極數(shù)的組合為6n對5n、6n對7n的情況下，關于在槽111處產(chǎn)生的勵磁相的排列順序，沿軸線方向在設計上成為U +、U—、V—、V +、W +、W —的順序，因此，如圖5所示，必須是相同勵磁相的槽111 (例如，U +、U—)沿軸線方向相鄰。作為滿足該相同勵磁相的槽111沿軸線方向相鄰的條件的構造，可以想到圖6所示的將口字形狀的線圈11的兩端部向上方彎折而成型得到的-字形狀，通過將軸結合部23a配置在-字形狀的線圈11的開放部(例如，圖2的上部)即磁鐵排列部27的上表面，從而能夠增大磁鐵排列部27和推力傳遞部28之間的結合面積，能夠?qū)崿F(xiàn)磁鐵排列部27和推力傳遞部28的高剛性化，能夠提高磁鐵排列部27和推力傳遞部28的結合強度。
[0032]因此，本發(fā)明在將分布卷繞線圈替換為線圈占空率更高的集中卷繞線圈的基礎上，通過作為線圈11而應用容易制作的、與垂直于軸線方向的面平行的-字形狀的構造，從而將軸結合部23a配置在磁鐵排列部27的上表面并提高磁鐵排列部27和推力傳遞部28的結合強度，其結果，提高了線性電動機和機械的結合強度，沿軸線方向，勵磁相不同的線圈11不會彼此重疊，能夠使線性電動機小型化。
[0033]另一方面，圖7是針對具有集中卷繞線圈的線性電動機，示出其線圈的槽和永磁鐵數(shù)的組合為3n對2n及9n對Sn的情況下的線圈形狀的圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。圖7 (a)是示出線圈的槽111數(shù)對永磁鐵21的磁極數(shù)為3n對2n的情況下的線圈形狀的圖，圖7 (b)是示出9n對8n的情況下的線圈形狀的圖。
[0034]在組合為3n對2n的情況下，關于在槽111處產(chǎn)生的勵磁相的排列順序，沿軸線方向在設計上成為U +、V +、W +的順序，但對于如圖6所示的-字形狀的線圈11，由于2個相同勵磁相的槽111 (例如U +、U—)沿軸線方向相鄰，因此，相對于沿軸線方向，彼此不同的勵磁相的槽111必須連續(xù)的U +、V +、W +的排列順序，2字形狀的線圈11無法適用。因此，能夠適用于組合為3n對2n的情況下的線圈形狀成為如圖7 (a)所示的口字形狀的線圈。
[0035]另外，在組合為9n對8n的情況下，關于在槽111處產(chǎn)生的勵磁相的排列順序，沿軸線方向在設計上成為U —、U +、U —、V —、V +、V —、W —、W +、W —的順序，必須是3個相同勵磁相的槽111 (例如U —、U +、U —)沿軸線方向相鄰，但在該情況下，線圈11的形狀如圖7 (b)所示，形狀必須成為3個槽111沿軸線方向連續(xù)，因此，2個相同勵磁相的槽111 (例如U +、U—)沿軸線方向相鄰的-字形狀的線圈無法適用。
[0036]圖8是具有集中卷繞線圈的線性電動機的線圈架的斜視圖，該線性電動機代表本發(fā)明的實施例1。如圖8所示，本發(fā)明實施例1中的樹脂制線圈架12的與軸線方向垂直的剖面為-字形狀，并且，在線圈架12上為了分別對多個線圈11進行定位并固定，分別設置有下述部件:位于線圈11和線圈11的各個邊界處的多個凸狀的第I臺階部即臺階部71 ；以及將線圈11具有的各槽數(shù)規(guī)定為2個的多個凸狀的第2臺階部即臺階部72。通過多個臺階部71，多個線圈11被分隔定位在對各線圈11進行固定的區(qū)域內(nèi)，且各線圈11電絕緣。另外，以通過多個臺階部72而將線圈11具有的各槽數(shù)規(guī)定為2個的方式成型。
[0037]如上所述，與軸線方向垂直的剖面為口字形狀的線圈架12具有兼?zhèn)湟韵聝牲c的構造，即:以通過多個臺階部72而將線圈11具有的各槽數(shù)規(guī)定為2個的方式成型的裝配用具；以及通過多個臺階部71實現(xiàn)的相鄰線圈11之間的定位功能。其結果，通過使用本發(fā)明的實施例1中的線圈架12，在使線性電動機小型化時，能夠制作小型且高精度的固定部I。
[0038]此外，在實施例1中，關于應用于具有向細長軸狀的機構傳遞推力的構造的線性電動機的情況，對本發(fā)明進行了說明，但并不限定于此，例如應用于具有向工作臺狀的機構傳遞推力的構造的線性電動機，也能夠取得相同的效果。
[0039]并且，在圖3中說明的具有集中卷繞線圈的線性電動機中，滑動部件32和剖面為L字形狀的滑動軸承31，由于成為在恒定的磁性吸引力62下始終接觸的狀態(tài)，因此，在滑動部件32和滑動軸承31之間不存在間隙，其結果，不會出現(xiàn)原本會在現(xiàn)有的具有集中卷繞線圈的線性電動機的結構中產(chǎn)生的由間隙引起的松動或變化，能夠提高軸前端部23c的定位精度。另外，如果在現(xiàn)有的具有集中卷繞線圈的線性電動機的結構中設法減小間隙，則必須高尺寸精度地加工出滑動部件32和滑動軸承31，但在本實施例1中的具有集中卷繞線圈的線性電動機的結構中，無需進行該加工。
[0040]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的具有集中卷繞線圈的線性電動機的結構，由于能夠提高線性電動機的軸前端部的定位精度，因此，能夠?qū)⒕€性電動機應用于表面安裝機、基板檢查機，例如能夠?qū)崿F(xiàn)在電子基板上安裝的部件的高密度化。
[0041]標號的說明
[0042]I固定部，2可動部，11線圈，12線圈架，13上框架，14下框架，15基座部，16軸承，17托架，18罩，21永磁鐵，22墊片，23a軸結合部，23b軸，23c軸前端部，26標尺結合部件，27磁鐵排列部，28推力傳遞部，31滑動軸承，32滑動部件，41位置檢測器，42標尺，51電源用引線，52位置檢測器用引線，61磁通，62磁性吸引力，71臺階部，72臺階部，90控制部，91位置控制電路，92速度控制電路，93電流控制電路，99電流檢測器，100線性電動機，111槽。
【權利要求】
1.一種線性電動機，其具有: 固定部，其具有多個線圈，這些線圈以自身產(chǎn)生的各勵磁相彼此不重疊的方式進行卷繞； 可動部，其配置在該固定部內(nèi)，在該可動部中層疊有多個永磁鐵；以及 軸，其與所述可動部結合， 所述可動部及所述軸承受來自所述線圈的磁通而沿軸線方向進行驅(qū)動， 該線性電動機的特征在于， 所述線圈的與所述軸線方向垂直的剖面形狀形成為一側開放的凹形狀， 所述軸配置為沿不存在該凹形狀的所述線圈的所述開放部，并與位于所述開放部的所述可動部結合。
2.根據(jù)權利要求1所述的線性電動機，其特征在于， 所述線圈以與所述可動部的兩個側面相對配置的方式形成-字形狀。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的線性電動機，其特征在于， 與所述可動部的兩個側面相對配置的所述線圈所形成的槽數(shù)和與所述線圈相互作用的所述永磁鐵的磁極數(shù)之比為6η對5η、或6η對7η,其中，η為自然數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的線性電動機，其特征在于， 所述線圈配置在剖面為-字形狀的線圈架內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的線性電動機，其特征在于， 在所述線圈架的線圈固定面上設置有用于分隔出所述線圈間的各邊界的多個凸狀第I臺階部，多個所述線圈通過該第I臺階部而彼此電絕緣。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的線性電動機，其特征在于， 在所述線圈架的線圈固定面上，在對所述線圈各自進行固定的各區(qū)域內(nèi)還設置有多個凸狀的第2臺階部，多個所述線圈具有的各槽是通過該第2臺階部來規(guī)定的。
7.根據(jù)權利要求6所述的線性電動機，其特征在于， 所述第2臺階部將多個所述線圈具有的各槽數(shù)規(guī)定為2個。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的線性電動機，其特征在于， 所述可動部還具有由磁性材料構成的滑動部件，該滑動部件配置在多個所述永磁鐵的一個前端部處，在所述固定部的內(nèi)部沿軸線方向進行滑動引導， 所述固定部還具有由非磁性材料構成的滑動軸承，該滑動軸承與可滑動地支撐所述滑動部件的所述固定部的內(nèi)表面抵接， 所述滑動部件通過以所述滑動部件的中心軸相對于由所述線圈形成的內(nèi)部空間的剖面中心軸，向所述滑動軸承側偏心的方式配置，并且，與所述滑動軸承抵接，從而使來自所述永磁鐵的磁性吸弓I力作用在偏心方向上。
9.根據(jù)權利要求8所述的線性電動機，其特征在于， 所述固定部的內(nèi)剖面為矩形形狀，所述滑動部件為矩形形狀，所述滑動軸承的剖面為L字形狀。
【文檔編號】H02K41/02GK103650306SQ201180071755
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2011年6月22日 優(yōu)先權日:2011年6月22日
【發(fā)明者】高石陽介, 仲興起, 小林學 申請人:三菱電機株式會社