專利名稱：線性電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性電機(jī)，特別是二相或多相線性電機(jī)或者作為無電刷直流線性電機(jī)而動作的線性電機(jī)。


圖10是與本發(fā)明關(guān)連的永磁式圓筒狀線性電機(jī)的縱剖面圖。
在圖10中，上述永磁式圓筒狀線性電機(jī)的定子100的定子鐵心101由形成環(huán)形的定子齒頂部102a的內(nèi)徑小的環(huán)形磁軛鐵和形成環(huán)形的定子齒根部102b的內(nèi)徑大的環(huán)形磁軛鐵沿軸向相互積層而成，所以，在上述定子鐵心101的內(nèi)圓周表面上沿軸向等齒距地形成由多個(gè)環(huán)形齒頂部102a和環(huán)形齒根部(溝槽部)102b構(gòu)成的定子小齒102。
在上述環(huán)形齒根部102b內(nèi)分別裝配環(huán)形線圈103，104，…，110。這些環(huán)形線圈103，104，…，110如圖11所示，由環(huán)形線圈103，105，107，109相互極性相反地連接，形成一相(A相)，同樣，由環(huán)形線圈104，106，108，110相互極性相反地連接，形成另一相(B相)，整體構(gòu)成二相。由于上述定子100是這樣構(gòu)成的，所以，定子100的極距就成為定子小齒102的齒距的4倍。
另外，動子300的動子鐵心301呈圓筒形狀，在其外圓周表面上，相互以定子小齒102的齒距的2倍裝配著沿徑向磁化成不同極性的永久磁極302，結(jié)果，動子300的極距就成為定子小齒102的齒距的4倍，與上述定子100的極距一致。
裝配在定子鐵心101上的上述二相線圈之間，相互位于沿軸向錯(cuò)開1個(gè)定子小齒距的位置，即位于錯(cuò)開定子極距的1/4的位置，上述線性電機(jī)就構(gòu)成每步進(jìn)的基本移動量等于該極距的1/4即定子小齒距的二相永磁式圓筒狀線性脈沖電機(jī)。
但是，上述結(jié)構(gòu)的永磁式圓筒狀線性脈沖電機(jī)，為了連接各環(huán)形線圈103，104，…，110，需要在上述齒頂部102a和齒根部102b的各磁軛鐵的外圓周部設(shè)置切口，以便從該切口引出上述各線圈103，104，…，110的線頭將它們連接后納入在上述切口處形成的導(dǎo)線引出溝內(nèi)。所以，該電機(jī)組裝的操作性很困難。
另一方面，裝配上述線圈103，104，…，110的定子小齒102的各齒根部102b的大小取決定子小齒輪，當(dāng)該小齒距很小時(shí)，就不能使上述齒根部102b增大，這樣，由于每相的安培導(dǎo)體數(shù)不能增大，所以，推動力便很小。
另外，由于上述電機(jī)是永磁式的，所以，原理上可以作為無電刷直流電機(jī)而動作，但是，必須為此而另外設(shè)置檢測動子的傳感器。
本發(fā)明就是鑒于上述問題而提出來的，其目的是為了解決上述問題，提供線圈的操作性以及電機(jī)組裝的操作性方便、并且與定子小齒的齒距無關(guān)地增大線圈填裝部分從而可以實(shí)現(xiàn)大推動力的永磁式線性電機(jī)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是要提供不另外附加檢測動子位置的傳感器、用于廉價(jià)地形成線性伺服系統(tǒng)的可以作為無電刷直流電機(jī)而動作的永磁式線性電機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所涉及的線性電機(jī)具有定子和動子，定子包括具有指向內(nèi)側(cè)呈幅狀以等距角度設(shè)置的偶數(shù)個(gè)突極、同時(shí)在該突極的內(nèi)圓周面上沿軸向形成多個(gè)定子小齒的定子鐵心和分別繞在上述各突極上的線圈;動子位于該定子內(nèi)部，支持成可沿軸向自由移動的狀態(tài)，同時(shí)具有在其外圓周面上沿軸向以上述定子小齒距的1/2的等距設(shè)置的相互沿徑向磁化成不同極性的多個(gè)永磁極的動子鐵心;其特征在于(1)上述定子鐵心是將指定片數(shù)的該定子鐵心的定子鐵板積層而成的部件作為定子鐵心元件，將該元件按由上述定子鐵板的突極排列決定的指定角度順序旋轉(zhuǎn)層疊而形成的。設(shè)突極數(shù)為N個(gè)、上述電機(jī)的相數(shù)為m時(shí)，上述定子突極就是由相鄰的突極形成1對的各2個(gè)突極構(gòu)成的突極對，由按角度為(720m/N)度均等地設(shè)置的(N/2m)組的突極對構(gòu)成的突極群由m組構(gòu)成，分別繞在屬于上述各突極群的(N/m)-1個(gè)或(N/m)-2個(gè)的各突極上的線圈連接成在形成上述對的突極間相互成為反極性，同時(shí)，使在不是形成上述對的將另一相的突極夾在其中而設(shè)置的突極間相互成為同極性，從而構(gòu)成m相的相線圈，同時(shí)，與各相的上述突極群中的相結(jié)構(gòu)無關(guān)的其余的突極作為傳感器磁極，用以檢測上述動子的軸向位置和移動方向，從而可以得到作為m相線性脈沖電機(jī)或無電刷直流線性電機(jī)而動作。
(2)設(shè)相數(shù)m為2、K為大于1整數(shù)時(shí)，上棕定子鐵心的定子鐵板具有8K個(gè)突極，同時(shí)，從上述轉(zhuǎn)子一側(cè)看，與上述動子相對的上述突極的前端部沿圓周方向排列設(shè)置了K組由2個(gè)內(nèi)半徑小的突極和6個(gè)內(nèi)半徑大的突極形成的突極群，內(nèi)半徑小的上述2個(gè)突極排列成相互成(150/k)度的角度，上述定子鐵心是將上述定子鐵心元件順序逐次旋轉(zhuǎn)(150/k)度進(jìn)行層疊而形成的，同時(shí)，設(shè)上述定子鐵心元件的軸向厚度為t時(shí)，設(shè)在上述動子鐵心上的永磁極的極矩為4t。
(3)設(shè)相數(shù)m為3、K為大于1的整數(shù)時(shí)，上述定子鐵心的定子鐵板具有12K個(gè)突極，同時(shí)，與上述動子相對的上述突極的前端部從上述動子一側(cè)看由2個(gè)內(nèi)半徑小的突極和10個(gè)內(nèi)半徑大的突極形成的突極群沿圓周方向排列設(shè)置K組，內(nèi)半徑小的上述2個(gè)突極排列成相互成(150/k)度的角度，上述定子鐵心是將上述定子鐵心元件順序逐次旋轉(zhuǎn)(150/k)度進(jìn)行層疊而形成的，同時(shí)，設(shè)上述定子鐵心元件的軸向厚度為t時(shí)，設(shè)在上述動子鐵心上的永磁極的極矩為6t。
上述結(jié)構(gòu)的永磁式線性電機(jī)，由于定子線圈繞在各突極上，裝置在定子的圓周方向上，所以，本發(fā)明可以使線圈的作業(yè)性方便，并且可以與定子小齒距無關(guān)地增大線圈裝配部分，從而可以使安培導(dǎo)體數(shù)增多，實(shí)現(xiàn)大推動力的線性電機(jī)。
另外，由于將一部分定子突極作為檢測動子的位置和移動方向的傳感器突極使用，所以，不必另外設(shè)置先有的編碼器及解析器等位置檢測裝置，就可以作為無電刷直流線性電機(jī)而動作。
圖1是本發(fā)明的線性電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的縱剖面圖;
圖2是沿圖1的Ⅱ-Ⅱ線的橫剖面圖;
圖3是形成定子鐵心的定子鐵板的平面圖;
圖4是從動子一側(cè)看到的將圖3的定子鐵板旋轉(zhuǎn)指定角度層疊時(shí)形成的定子小齒部的展開圖;
圖5是定子線圈的接線圖;
圖6是本發(fā)明線性電機(jī)的另一實(shí)施例(3相)的橫剖面圖;
圖7是形成圖6的定子鐵心的定子鐵板的平面圖;
圖8是從動子一側(cè)看到的將圖7的定子鐵板旋轉(zhuǎn)指定角度層疊時(shí)形成的定子小齒部的展開圖;
圖9是圖6的定子線圈的接線圖;
圖10是關(guān)連技術(shù)的永磁式圓筒狀線性電機(jī)的縱剖面圖;
圖11是圖10的定子線圈的接線圖。
下面，參照附圖舉例詳細(xì)說明本發(fā)明的極佳的實(shí)施例圖1是本發(fā)明的線性電機(jī)的一個(gè)實(shí)施例的縱剖面圖，圖2是沿圖1的Ⅱ-Ⅱ線的橫剖面圖。
本實(shí)施例示出的是取相數(shù)m和整數(shù)k分別為m＝2，k＝1的情況，所以，業(yè)子突極的N為N＝8K＝8。
在圖1和圖2中，定子1由定子鐵心10和定子線圈W1，W2，W3，…，W8構(gòu)成。在指向定子鐵心10的內(nèi)側(cè)呈輻射狀以等距角度設(shè)置的偶數(shù)個(gè)即在本實(shí)施例中為8個(gè)的突極11，12，13，…，18上，在其內(nèi)圓周面上沿軸向形成多個(gè)定子小齒19(齒頂部19a，齒根部19b)。另外，這8個(gè)突極11，12，13，…，18上分別繞著定子線圈W1，W2，W3，…，W8。該定子鐵心10利用軸承架21，22和圖中未示出的螺釘裝進(jìn)并支持在機(jī)殼20內(nèi)。
另一方面，位于定子1內(nèi)部的動子3的動子鐵心30借助于軸承架21，22，通過軸承23，24支持，可以沿軸向自由移動。在該動子30的外圓周面上，以定子小齒19的小齒距的1/2沿軸向裝配著多個(gè)環(huán)形的永磁極31，該永磁極1的外圓周面的極性沿徑向磁化成沿軸向交替地成為N極和S極。
圖3是形成上述定子鐵心10的定子鐵板25的一個(gè)例子。在圖3中，在定子鐵板25的8個(gè)突極P1，P2，P3，…，P8中，突極P3和P6是突極前端部的內(nèi)半徑小的突極，是形成上述定子小齒10的齒頂部10a的突極。其他突極P1，P2，P4，P5，P7，P8是突極前端部的內(nèi)半徑大的突極，是形成上述定子小齒19的齒根部19b的突極。并且，上述內(nèi)半徑小的突極P3和P6設(shè)置得相互成135度的角度，上述8個(gè)突極按P1，P2，P3，…，P8的順序排列，形成突極群。
本實(shí)施例是上述整數(shù)K的值為K＝1即由上述突極P1，P2，…，P8構(gòu)成的突極群為1組的情況，但是，對于例如K＝2的情況，按上述突極P1，P2，P3，…，P8的順序排列的突極群就成為2組沿圓周方向排列設(shè)置的結(jié)構(gòu)，各突極群中內(nèi)半徑小的突極設(shè)置成相互成135/k度即67.5度的角度。
圖4是從動子3一側(cè)看到的將由指定片數(shù)的上述定子鐵板25層疊成厚度為t的定子鐵心元件26逐次旋轉(zhuǎn)角度135/k度，即K＝1時(shí)旋轉(zhuǎn)135°進(jìn)行層疊時(shí)形成的突極11，12，13，…，18的定子小齒19的情況。有剖面線的部分表示齒頂部19a，沒有剖面線的部分表示齒根部19b，通過順序旋轉(zhuǎn)上述定子鐵心元件26進(jìn)行層疊，在各突極11，12，13，…，18上形成齒距為8t(齒厚為2t，齒根的厚度為6t)的定子小齒19，所以，裝配在上述動子鐵心30上的永磁極31的極距就成為4t(即定子小齒距的1/2)。
而且，以突極11為基準(zhǔn)時(shí)，各突極的小齒的偏離分別是突極12是齒距的3/8，突極13是6/8，突極14是9/8(即，1/8)，突極15是4/8，突極16是7/8，突極17是10/8(即，2/8)，突極18是5/8。
其次，在圖2中，相鄰的構(gòu)成1對的各2個(gè)突極11，12和15，16，根據(jù)角度為(720m/N)度，即m-2，N-8k＝8，是處于按180度均等地配置關(guān)系的(N/2m)組，即2組，構(gòu)成以該2組為1組的突極群，同時(shí)，突極13，14和17，18也是處于同樣的配置關(guān)系的另外2組，構(gòu)成以該2組為1組的突極群，整體上就成為m＝2組的突極群。
如圖5所示，繞在構(gòu)成上述各突極群的各2組的上述突極對中的〔(N/m)-1〕個(gè)(即3個(gè)突極)即突極11，12，16和突極13，14，17上的各個(gè)線圈W1，W2，W6和W3，W4，W7按圖示的那樣連接，形成A相和B相，從而構(gòu)成二相電機(jī)。
各A，B相線圈的結(jié)果如圖5所示，將繞在相鄰的構(gòu)成一對的突極11，12上的線圈W1，W2連接成相互成為反極性，將繞在把另一相的突極17，18夾在其中而設(shè)置的突極11，16上的線圈W1，W6連接成同極性，作為A相;同樣，將繞在相鄰的構(gòu)成1對的突極13，14上的線圈W3，W4連接成相互成為反極性，將繞在把另一相的突極15，16夾在其中而設(shè)置的突極14，17上的線圈W4，W7連接成同極性，作為B相。
另外，與上述突極群中的相結(jié)構(gòu)無關(guān)的突極15，18及其線圈W5，W8分別構(gòu)成傳感器磁極SA，SB。
通過這樣的結(jié)構(gòu)，上述突極群的各突極對11，12;15，16;13，14;17，18勵(lì)磁時(shí)分別形成閉合磁路，各閉合磁路不具有共同的磁路部分。
傳感器磁極SA，SB被圖中未示出的高頻振蕩器勵(lì)磁后，可以檢測動子3的永磁極31與傳感器磁極SA，SB的小齒19的位置關(guān)系而變化的電感。即，傳感器磁極SA，SB的齒頂部19a與永磁極31相對時(shí)，電感最大;傳感器磁極SA，SB的齒根部19b與永磁極31間隔一間隙相對時(shí)，電感最小。另外，如上所述，由于設(shè)置在上述傳感器磁極SA，SB上的小齒19沿軸向產(chǎn)生位相偏離，所以，其結(jié)果是可以產(chǎn)生電角90度位相偏離的動子位置信號。因此，利用上述結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成二相永磁式圓筒狀的線性電機(jī)。這時(shí)，每一步進(jìn)的基本移動量為定子小齒19的齒距的1/4，即2t(其中，t為定子鐵心元件26的層厚)。另外，由于內(nèi)部設(shè)有用于檢測動子3的位置和移動方向的傳感器磁極SA，SB，所以，也可以作為無電刷直流伺服電機(jī)而動作。
圖6-圖9是本發(fā)明的線性電機(jī)的另一個(gè)實(shí)施例，圖6是橫剖面圖，是與上述實(shí)施例的圖2一樣的橫剖面圖。
本實(shí)施例示出的是取相數(shù)m和整數(shù)K分別為m＝3，K＝1的情況，所以，定子突極的個(gè)數(shù)N為N＝12K＝12。在本實(shí)施例中，除以下說明的以外，和上述實(shí)施例一樣。
在圖6中，在指向定子鐵心40的內(nèi)側(cè)呈輻射狀以等距角度設(shè)置的12個(gè)突極41，42，43，…，52上，在其內(nèi)圓周面上沿軸向形成多個(gè)定子小齒53(齒頂部43a，齒根部53b)。另外，定子線圈W41，W42，W43，…，W52分別繞在這12個(gè)突極41，42，43，52上。
圖7是形成上述定子鐵心40的定子鐵板54的一個(gè)例子。在圖7中，在定子鐵板54的12個(gè)突極P41，P42，P43，…，P52中，突極P44和P49是突極前端部的內(nèi)半徑小的突極，是形成上述定子小齒53的齒頂部53a的突極。其他突極P41…P43，P45…P48，P50…P52是突極前端部的內(nèi)半徑大的突極，是形成上述定子小齒53的齒根部53b的突極。并且，上述內(nèi)半徑小的突極P44和P49設(shè)置成相互成150/K＝150度的角度，上述12個(gè)突極按P41，P42，P43，…，P52的順序排列設(shè)置，形成突極群。
圖8是從動子3一側(cè)看到的將指定片數(shù)的上述定子鐵板54層疊成層厚為t的定子鐵心元件55逐次旋轉(zhuǎn)角度150/K度即K＝1時(shí)旋轉(zhuǎn)150度層疊時(shí)形成的突極41，42，43，…，52的定子小齒53的情況，有剖面線的部分表示齒頂部53a，沒有剖面線的部分表示齒根部53b，通過順序旋轉(zhuǎn)上述定子鐵心元件55進(jìn)行層疊，在各突極41，42，43，…，52上形成齒距為12t(齒厚為2t，齒根的厚度為10t)的定子小齒53。因此，設(shè)在上述動子鐵心30上的永磁極31的極距成為6t(即，定子小齒距的1/2)。
在圖6中，相鄰的構(gòu)成1對的各2個(gè)突極41，42和47，48根據(jù)角度為(720m/N)度，即m＝3，N＝12K＝12，是處于以180度均等地設(shè)置關(guān)系的(N/2m)組，即2組，構(gòu)成以這2組為1組的突極群，同時(shí)，突極43，44和49，50以及45，46和51，52也是處于同樣設(shè)置關(guān)系的2組，分別構(gòu)成以該2組為1組的突極群，整體便成為m＝3組的突極群。
如圖9所示，繞在構(gòu)成上述各突極群的各2組的上述突極對中的〔(N/m)-1〕個(gè)即3個(gè)突極、即突極41，42，47、突極45，46，51和突極49，50，43上的各線圈W41，W42，W47;W45，W46，W51和W49，W50，W43連接成圖示的那樣，形成A相、B相和C相，從而構(gòu)成三相電機(jī)。
各A，B，C相線圈和上述實(shí)施例一樣，按圖9所示的那樣連接。與上述各突極群中的相結(jié)構(gòu)無關(guān)的突極44，48，52及其線圈W44，W48，W52分別構(gòu)成傳感器磁極SC，SA，SB。因此，利用上述結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成三相永磁式圓筒狀線性脈沖電機(jī)。這時(shí)，每一步進(jìn)的基本移動量為定子小齒53的齒距的1/4，即3t(其中，t為定子鐵心元件55的層厚)。另外，由于內(nèi)部設(shè)有用于檢測動子3的位置和移動方向的傳感器磁極SA，SB，SC，所以，也可以作為無電刷直流伺服電機(jī)而動作。
本發(fā)明的技術(shù)不限于上述實(shí)施例的技術(shù)，也可以采用具有同樣功能的其他形式的方法，另外，本發(fā)明的技術(shù)在上述結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)可以作各種變更和附加。
根據(jù)上面的說明可知，按照本發(fā)明的線性電機(jī)，可以構(gòu)成二相或三相永磁式線性脈沖電機(jī)或無電刷直流永磁式線性電機(jī)，同時(shí)，由于各線圈以繞在各突極上的形式在定子鐵心內(nèi)設(shè)置在圓周方向，所以，可以與齒距無關(guān)地增大線圈裝配部分，使安培導(dǎo)體數(shù)增大，從而可以構(gòu)成小型的大推動力的線性電機(jī)。
另外，定子鐵心是將指定片數(shù)的定子鐵板層疊而成的部件作為定子鐵心元件，并將其順序旋轉(zhuǎn)指定角度進(jìn)行層疊而形成的，所以，生產(chǎn)效率也很高。
由于內(nèi)部設(shè)有用于檢測動子的位置和移動方向的傳感器磁極，不必另外設(shè)置編碼器及解析器等檢測裝置，所以，作為無電刷直流線性電機(jī)，可以廉價(jià)地形成線性伺服系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種線路電機(jī)，具有定子和動子，定子包括具有指向內(nèi)側(cè)呈輻射狀按等距角度設(shè)置的偶數(shù)個(gè)突極，同時(shí)在該突極的內(nèi)圓周面上沿軸向形成多個(gè)小齒的定子鐵心和分別繞在上述各突極上的線圈；動子位于該定子內(nèi)部，支持成可沿軸向自由移動，同時(shí)具有在其外圓周面上沿軸向按上述定子小齒距的1/2的等極距設(shè)置沿徑向磁化成交替地為不同極性的多個(gè)永磁極的動子鐵心；其特征于上述定子鐵心是將指定片數(shù)的該定子鐵心的定子鐵板層疊而成的部件作為定子鐵心元件、將該元件按由上述定子鐵板的突極排列決定的指定角度順序旋轉(zhuǎn)、層疊而成的，同時(shí)，設(shè)該突極數(shù)為N個(gè)、上述電機(jī)的相數(shù)為m時(shí)，上述定子突極就是由相鄰的組成1對的各2個(gè)突極構(gòu)成的突極對，由按角度為(720m/N)度均等地設(shè)置的(N/2m)組的突級對組成的突極群由m組構(gòu)成，分別繞在屬于上述各突極群的(N/m)-1個(gè)或(N/m)-2個(gè)突極上的線圈連接成使組成上述對的突極間相互成為反極性，使不組成上述對的將其它相的突極夾在其中而設(shè)置的突極間相互成為同極性，從而構(gòu)成m相的相線圈，同時(shí)，與各相的上述突極群中的相結(jié)構(gòu)無關(guān)的其余的突極作為傳感器磁極，用于檢測上述動子的軸向位置和移動方向，從而可以作為m相線性脈沖電機(jī)或無電刷直流線性電機(jī)而動作。
2.按權(quán)利要求1所述的線性電機(jī)，其特征在于設(shè)相數(shù)m為2、K為大于1的整數(shù)時(shí)，上述定子鐵心的定子鐵板具有8K個(gè)突極，同時(shí)，從上述動子一側(cè)看，與上述動子相對的上述突極的前端部沿圓周方向排列設(shè)置了K組由2個(gè)內(nèi)半徑小的突極和6個(gè)內(nèi)半徑大的突極形成的突極群，內(nèi)半徑小的上述2個(gè)突極排列成相互成(135/K)度的角度，上述定子鐵心是將上述定子鐵心元件順序逐次旋轉(zhuǎn)(135/K)度進(jìn)行層疊而形成，同時(shí)，設(shè)上述定子鐵心元件的軸向厚度為t時(shí)，則設(shè)在上述動子鐵心上的永磁極的極距為4t。
3.按權(quán)利要求1所述的線性電機(jī)，其特征在于設(shè)相數(shù)m為3、K為大于1的整數(shù)時(shí)，上述定子鐵心的定子鐵板具有12K個(gè)突極，從上述動子一側(cè)看，與上述動子相對的上述突極的前端部沿圓周方向排列設(shè)置了K組由2個(gè)內(nèi)半徑小的突極和10個(gè)內(nèi)半徑大的突極形成的突極群，內(nèi)半徑小的上述2個(gè)突極排列成相互成(150/K)度的角度，上述定子鐵心是將上述定子鐵心元件順序逐次旋轉(zhuǎn)(150/K)度進(jìn)行層疊而形成，同時(shí)，設(shè)上述定子鐵心元件的軸向厚度為t時(shí)，則設(shè)在上述動子鐵心上的永磁極的極距為6t。
全文摘要
線性電機(jī)由具有按等距角度設(shè)置的偶數(shù)N個(gè)突極11，12，…的定子1和沿軸向自由移動的動子3構(gòu)成。突極是相鄰為1對的各2個(gè)突極，按角度為(720m/N)度設(shè)置的(N/2m)組的突極群由m組構(gòu)成，屬于各突極群的(N/m)-1個(gè)或(N/m)-2個(gè)的各突極的線圈W1，W2，…連接成組成1對的突極間成為反極性，不組成1對的將其它相的突極夾在其中而設(shè)置的突極間成為同極性，構(gòu)成m相線圈，突極群中的其余突極作為傳感器磁極用于檢測動子3的位置和移動方向。
文檔編號H02K41/02GK1105486SQ94115269
公開日1995年7月19日 申請日期1994年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月13日
發(fā)明者里見博文, 巖佐孝夫 申請人:東方電機(jī)株式會社