專利名稱：無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)(coreless linear motor)。
背景技術(shù)：
無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)是一種線圈不纏繞在鐵芯上，即，電樞沒有鐵芯的線性馬達(dá)。這種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是沒有齒槽效應(yīng)(cogging)、推力波動(dòng)小、便于精確控制等。
無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)用于各種領(lǐng)域，例如，工作母機(jī)、注塑成型機(jī)、和半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備。
在專利文件1、日本專利公開(A)No.2002-165434披露的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，固定有線圈的保持板被設(shè)置在兩排直線布置的永久磁鐵之間。根據(jù)Fleming左手定律，從一排永久磁鐵向另一排永久磁鐵發(fā)出的磁通量和線圈中流動(dòng)的電流的相互作用形成推力。因?yàn)榫€圈沒有鐵芯，無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件的剛度低。為了提高低的剛度，在保持板的兩個(gè)表面上平坦地形成不銹鋼、FRP(纖維強(qiáng)化塑料，DuPont公司的注冊(cè)商標(biāo))、或其他具有高剛度的非磁性材料，并且通過樹脂將線圈固定于其上，以確?？蓜?dòng)部件的剛度。然而，在具有所述結(jié)構(gòu)的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，線圈的保持板位于磁路的磁通量路徑中，因此保持板不能制造得太厚。也就是說，在這種將線圈固定到保持板兩個(gè)表面的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，保持板越厚，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通量的利用效率越低，因此，保持板不能制造得太厚，并且這種結(jié)構(gòu)限制了可動(dòng)部件剛度的提高。采用這種方式，若不能保證保持板中具有足夠剛度，將存在驅(qū)動(dòng)無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)時(shí)容易產(chǎn)生振動(dòng)并且不能提高控制回路增益的缺點(diǎn)。
在上面所說明的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，構(gòu)成電樞的線圈由具有低導(dǎo)熱率的樹脂固定于保持板上，并且保持板由不銹鋼或其他具有低導(dǎo)熱率的材料形成，于是由于線圈產(chǎn)生的熱量使無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)內(nèi)部的溫度容易升高。因此，由于溫度變化，使得無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)各部件的位置發(fā)生偏移。結(jié)果，很難保證無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的定位精度。從散熱的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選使用鋁合金或其他高導(dǎo)熱率的金屬作為保持板，但是與不銹鋼等相比，高導(dǎo)熱率的金屬電阻低，因此，驅(qū)動(dòng)線性馬達(dá)時(shí)，可能產(chǎn)生比使用不銹鋼的情況大得多的感應(yīng)電流。由于感應(yīng)電流和磁鐵的磁通量的相互作用，可產(chǎn)生與推力方向相反的力，并且推力相對(duì)于線性馬達(dá)中的可動(dòng)部件的脈動(dòng)變大。從所述觀點(diǎn)看，鋁合金或其他高導(dǎo)熱率的金屬不適于用作保持板。
專利文件1日本專利公開(A)No.2002-165434。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，這種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)可提高電樞的剛度并且能夠抑制由電樞線圈產(chǎn)生的熱量引起的溫度升高。
本發(fā)明另一目的是減輕所述無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的重量。
本發(fā)明的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)包括固定部件和相對(duì)于固定部件可相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部件。
在本發(fā)明第一方面的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，固定部件具有軛鐵和固定于軛鐵上的永久磁鐵組，可動(dòng)部件具有線圈組件。具有線圈組件的可動(dòng)部件可在永久磁鐵組之間運(yùn)動(dòng)。
在本發(fā)明第二方面的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，可動(dòng)部件具有軛鐵和設(shè)置在軛鐵中的永久磁鐵組。固定部件具有線圈組件。永久磁鐵組和具有軛鐵的可動(dòng)部件沿線圈組件的縱向運(yùn)動(dòng)。
軛鐵具有橫過(across)第一距離彼此面對(duì)并由磁性材料形成的第一和第二相向軛鐵部分，以及連接第一和第二相向軛鐵部分的第一端的連接軛鐵部分。
永久磁鐵組包括設(shè)置成面對(duì)第一和第二相向軛鐵部分的相向表面的第一組和第二組永久磁鐵。第一組和第二組永久磁鐵中的每一組沿軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵。在第一組和第二組永久磁鐵中的每一組的多個(gè)磁鐵中，沿軛鐵縱向彼此面對(duì)的磁鐵的磁極彼此是不同的，而沿軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極是相同的。
線圈組件具有至少三個(gè)線圈，這些線圈被安排成可相對(duì)于第一組和第二組永久磁鐵沿所述軛鐵縱向在第一組和第二組永久磁鐵之間運(yùn)動(dòng)。至少三個(gè)線圈被穩(wěn)固地設(shè)置和纏繞成多層，然后通過粘合劑固定。相鄰線圈的端面經(jīng)由電絕緣部件彼此連接。
優(yōu)選線圈組件還包括插入線圈的實(shí)心部分中的非磁性加強(qiáng)部件。更優(yōu)選的是，在加強(qiáng)部件內(nèi)側(cè)形成冷卻劑可通過的孔。
更優(yōu)選的是，加強(qiáng)部件被設(shè)置成與第一組和第二組永久磁鐵隔開精確的距離，借此入射在加強(qiáng)部件表面上的磁通量密度為相向的第一組和第二組永久磁鐵表面中心處的磁鐵的磁通量密度的1/2或更小。
通過以下參考附圖作出的說明本發(fā)明的所述目的和特征以及其他目的和特征將更加清晰。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2是圖1所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中可動(dòng)部件結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3是圖2所示的可動(dòng)部件的側(cè)視圖；圖4是沿垂直于圖1所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件的直接作用方向的平面的剖視圖；圖5圖解說明了圖1所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的運(yùn)行情況；圖6是本發(fā)明第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)可動(dòng)部件結(jié)構(gòu)的透視圖；圖7圖解說明了具有圖6所示的可動(dòng)部件的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的運(yùn)行情況；圖8示出了第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的一種變型；圖9的剖視圖示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的一實(shí)例；圖10的剖視圖示出了第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的加強(qiáng)部件結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例；圖11是本發(fā)明第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的透視圖；圖12是圖11所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的側(cè)視圖；圖13是沿垂直于圖11所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件的直接作用方向的平面的剖視圖；圖14是沿圖11所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件的水平面方向的剖視圖；圖15的剖視圖示出了圖11所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的冷卻方法的一實(shí)例；圖16示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的構(gòu)造；圖17示出了本發(fā)明第六實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的構(gòu)造；圖18的剖視圖示出了圖17所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件的結(jié)構(gòu)；圖19是本發(fā)明第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖20是圖19所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件結(jié)構(gòu)的透視圖；圖21是圖19所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件斷面結(jié)構(gòu)的透視圖；。
圖22是本發(fā)明第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖23示出了圖19至22所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的運(yùn)行情況；圖24是本發(fā)明第九實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖25示出了圖24所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的運(yùn)行情況；圖26示出了第九實(shí)施方式的變型；圖27是本發(fā)明第十實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖28是本發(fā)明第十一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖29是圖28所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的側(cè)剖視圖；圖30是圖28所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的剖視圖；圖31圖解說明了圖28所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的運(yùn)行情況；圖32圖解說明了圖31所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)冷卻方法的一個(gè)實(shí)例；圖33是本發(fā)明第十二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖；圖34示出了本發(fā)明第十二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的構(gòu)造；圖35是圖34所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
附圖標(biāo)記說明1、100無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)2、150可動(dòng)部件3、30、103線圈組件3A、3B、3C三相線圈
5、50、101固定部件9、109電絕緣部件10、110 保持部件11緊固部件20、120 加強(qiáng)部件25、125 墊片51、151 軛鐵51A、51B 第一、第二相向軛鐵部分51C 連接軛鐵部分60永久磁鐵組60A至60D 永久磁鐵組具體實(shí)施方式
下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方式)現(xiàn)在將參考圖1至圖5描述本發(fā)明第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)結(jié)構(gòu)的透視圖。
無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1具有固定部件50和可相對(duì)于固定部件50運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部件2。固定部件50起定子的作用，而可動(dòng)部件2起電樞的作用。
固定部件50具有軛鐵51、第一組永久磁鐵60A、和第二組永久磁鐵60B。第一組和第二組永久磁鐵60A和60B將統(tǒng)稱為永久磁鐵組60。
軛鐵51由第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及連接軛鐵部分51C構(gòu)成，第一和第二相向軛鐵部分具有彼此面對(duì)的內(nèi)面，面之間彼此相向地具有第一距離D1，連接軛鐵部分51C被設(shè)置成垂直于這些軛鐵部分51A和51B并沿直接作用方向(或軛鐵51的縱向)A1和A2連接軛鐵部分51A和51B的第一端。第一和第二相向軛鐵部分51A和51B的另一端不連接而處于開放狀態(tài)。
第一和第二相向軛鐵部分51A和51B和/或連接軛鐵部分51C的外側(cè)表面固定到未示出的基座等上。
直接作用方向(或軛鐵51的縱向)A1和A2是可動(dòng)部件2在第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向。
第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及連接軛鐵部分51C優(yōu)選由鐵或其他鐵磁材料整體形成。第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及連接軛鐵部分51C可形成為不同的部件然后連接成整體。若以這種方法將這些部件形成為不同的部件時(shí)，可采用鐵磁部件作為第一和第二相向軛鐵部分51A和51B而用非磁性部件作為連接軛鐵部分51C的構(gòu)造。從減輕無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的重量的觀點(diǎn)出發(fā)，有必要用鋁合金或其他單位強(qiáng)度高且重量輕的金屬、強(qiáng)化塑料、或其他非磁性材料作為連接軛鐵部分51C的材料。
第一組和第二組永久磁鐵60A和60B被設(shè)置(被固定)成橫過第二距離D2面對(duì)第一和第二相向軛鐵部分51A和51B的相向表面。
設(shè)置在第一相向軛鐵部分51A處的第一組永久磁鐵60A具有多個(gè)永久磁鐵，它們沿直接作用方向A1和A2具有相同寬度。這些永久磁鐵被設(shè)置成沿直接作用方向(或軛鐵51的縱向)A1和A2朝向第二組永久磁鐵60B，致使磁極交替相反，即，N極磁鐵和S極磁鐵交替布置。在設(shè)置于第二相向軛鐵部分51B中的第二組永久磁鐵60B中，以與第一組永久磁鐵60A相同的方式將具有相同寬度的多個(gè)永久磁鐵沿直接作用方向A1和A2設(shè)置，致使N極和S極交替布置。沿直接作用方向A1和A2，第一組和第二組永久磁鐵60A和60B中相向永久磁鐵的磁極相同，并且各永久磁鐵的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1。
圖2和圖3的透視圖示出了可動(dòng)部件2的結(jié)構(gòu)。
可動(dòng)部件2優(yōu)選具有線圈組件3、加強(qiáng)部件20、保持部件10和墊片25。
如圖4所示，在第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間的第二距離D2中沿直接作用方向A1和A2通過未示出的固定到保持部件10的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)引導(dǎo)線圈組件3和加強(qiáng)部件20。
圖4示出了保持部件10所處的位置，但在圖1中，為簡(jiǎn)化圖解說明，略去了保持部件10。
保持部件10包括用來保持線圈組件3的板狀部件，例如，它可由不銹鋼、鋁合金或其他非磁性材料形成。
起無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的電樞作用的線圈組件3由第一到第三線圈3A、3B和3C構(gòu)成，在這些線圈中施加相移為120度的交流電流。如圖2和圖4所示出的那樣，線圈3A、3B和3C具有矩形橫截面并形成中空的圓筒形狀。
面對(duì)第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的各個(gè)線圈3A、3B和3C的表面的第一部分的長(zhǎng)度a大于垂直于第一部分的第二部分的長(zhǎng)度b。將第一部分的長(zhǎng)度a制造得較長(zhǎng)的原因是為了增加第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的磁通量的橫越量(number of crossings)。第一部分的長(zhǎng)度a和第二部分的長(zhǎng)度b多長(zhǎng)還通過考慮制造加強(qiáng)部件20的垂直長(zhǎng)度和側(cè)向長(zhǎng)度以使加強(qiáng)部件20的剛度為預(yù)定值來確定。這是因?yàn)椋?，如果將加?qiáng)部件20制造得太扁平且薄，則不再能夠保持加強(qiáng)部件20的剛度。
三相線圈3A、3B和3C不圍繞鐵芯纏繞。因此，這種沒有鐵芯的線性馬達(dá)1是一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。線圈3A、3B和3C的纏繞方向都相同。
通過在例如由電絕緣材料9覆蓋的導(dǎo)線上涂覆濕粘結(jié)劑、將它們以多層的形式布置和纏繞成中空的圓筒形狀態(tài)以圍繞加強(qiáng)部件20、并使粘結(jié)劑固化和硬化可獲得線圈3A、3B和3C。在分開形成矩形橫截面、中空的圓筒形形狀的線圈3A、3B和3C后，使相鄰線圈3A、3B和3C的端面通過非磁性的電絕緣材料9彼此連接。電絕緣材料9例如可以是玻璃環(huán)氧樹脂或經(jīng)硬防蝕鋁處理的(hard alumite-treated)鋁合金。
借助于提供上面所述構(gòu)造的線圈3A、3B和3C，即使不設(shè)置加強(qiáng)部件20，也可以在所述橫截面中獲得大的副抗矩(secondary moment)，并可提高線圈剛度特別是抗彎剛度和剪切剛度。
如果設(shè)置加強(qiáng)部件20，可進(jìn)一步改善線圈組件3的剛度。即，為使線圈組件3具有所需剛度，可設(shè)置加強(qiáng)部件20?？蓪⒓訌?qiáng)部件20制造為具有矩形橫截面的柱形部件，如圖2和4所示。外部形狀(輪廓)的尺寸與線圈3A、3B和3C中空部分的內(nèi)壁尺寸一致。可將該部件配合在中空?qǐng)A筒形線圈3A、3B和3C的中空部分(內(nèi)壁)并支撐線圈3A、3B和3C。
加強(qiáng)部件20沒有定位在第一組和第二組永久磁鐵60A和60B與線圈組件3之間的磁場(chǎng)中，因此，不會(huì)減小第一組和第二組永久磁鐵60A和60B與線圈組件3之間的磁場(chǎng)，并且不會(huì)使磁場(chǎng)分布(profile)發(fā)生變形。
將加強(qiáng)部件20配合在線圈組件3(線圈3A、3B和3C)的中空部分中后，加強(qiáng)部件20和線圈組件3通過電絕緣材料固定，所述電絕緣材料與用來連接相鄰線圈3A、3B和3C的電絕緣材料9相同。這樣，可以預(yù)定精度預(yù)先形成線圈組件3，因此，加強(qiáng)部件20和線圈組件3的組裝非常方便。
加強(qiáng)部件20由非磁性電導(dǎo)材料形成。當(dāng)使用非磁性電導(dǎo)材料作為加強(qiáng)部件20時(shí)，例如可使用不銹鋼、碳石墨、鋁合金或銅合金。
加強(qiáng)部件20除具有提高線圈組件3的剛度的功能外還具有將線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量高效發(fā)散到線圈組件3外部的功能。從此觀點(diǎn)出發(fā)，加強(qiáng)部件20優(yōu)選使用具有盡可能高的導(dǎo)熱率的材料。如鋁合金或銅合金之類的金屬作為加強(qiáng)部件20的材料是最佳的。
這樣，加強(qiáng)部件20除具有提高線圈組件3的剛度的功能外，還具有發(fā)散線圈組件3中的熱量的散熱功能。
理想的情況是應(yīng)減輕可動(dòng)部件2的重量。從此觀點(diǎn)出發(fā)，希望減輕加強(qiáng)部件20的重量。優(yōu)選用非磁性高導(dǎo)熱率和重量輕的材料例如鋁合金作為加強(qiáng)部件20。
如圖3所示，沿直接作用方向A1和A2，加強(qiáng)部件20長(zhǎng)于線圈組件3的縱向總長(zhǎng)度。加強(qiáng)部件20的端部20e從線圈組件3的兩端突出。加強(qiáng)部件20的兩端20e經(jīng)由墊片25通過保持機(jī)構(gòu)例如螺栓30被固定到保持部件10。當(dāng)經(jīng)由墊片25將加強(qiáng)部件20固定到保持部件10上時(shí)，保持部件10在它們的整個(gè)表面范圍保持線圈組件3的面向外周的表面。
將這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用到無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1時(shí)，線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量傳到加強(qiáng)部件20，并且可經(jīng)由線圈3A、3B和3C兩側(cè)上的墊片25引導(dǎo)到保持部件10。
這樣，墊片25除了將保持線圈組件3的加強(qiáng)部件20固定到保持部件10上的功能之外還具有將線圈3A、3B和3C的熱量傳遞到保持部件10的功能。理想的是，墊圈25以與加強(qiáng)部件20相同的方式由非磁性材料制成，其除具有將加強(qiáng)部件20固定到保持部件10上的機(jī)械強(qiáng)度外，還具有高導(dǎo)熱率。因此優(yōu)選重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高的材料。作為墊片25的材料，例如理想的是使用鋁合金或其他材料。
通過加強(qiáng)部件20和墊片25，線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量可傳導(dǎo)到保持部件10。因此，可以將線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量高效地從保持部件10發(fā)散到線性馬達(dá)1的外側(cè)。
如圖4所示，將第一和第二相向軛鐵部分51A和51B之間的第一距離D1以及第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間的第二距離D2制造得足夠大以滿足以下條件。
(1)線圈組件3和加強(qiáng)部件20可在設(shè)于第一和第二相向軛鐵部分51A和51B的相向表面上橫過第二距離D2彼此面對(duì)的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間運(yùn)動(dòng)。
(2)確保加強(qiáng)部件20的尺寸，使之具有足以保證剛度的厚度。
(3)所述尺寸范圍可防止來自位于面對(duì)第一和第二相向軛鐵部分51A和51B的位置處的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的磁通量的任何影響。
相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的相向表面60f橫過預(yù)定距離面向線圈組件3的外周表面3f。相向表面60f和線圈3A、3B和3C的外周表面3f基本平行。第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的相向表面60f與線圈組件3的內(nèi)表面之間的距離設(shè)定為L(zhǎng)d。
在圖4中未示出墊片25。
如圖5所示，線圈3A、3B和3C的長(zhǎng)度(寬度)L2相等。鄰近第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的直接作用方向A1和A2的相鄰對(duì)(兩個(gè))永久磁鐵N和S的長(zhǎng)度Lm＝(2×L1)與三個(gè)線圈3A、3B和3C的尺寸Lc＝(3×L2)基本一致。線圈3A、3B和3C的寬度L2短于各個(gè)永久磁鐵的寬度L1。
下面將參考圖5解釋無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的工作情況。
因?yàn)橄嘞虻挠谰么盆F的磁極極性相同，從相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B沒有磁通量BF從第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的其中一組朝向另一組發(fā)出，而主要朝向相鄰的永久磁鐵N和S發(fā)出。該磁通量成為使可動(dòng)部件2沿直接作用方向A1和A2運(yùn)動(dòng)的力。
第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的磁通量BF主要分布在它們的表面60f附近，而不容易到達(dá)線圈3A、3B和3C內(nèi)側(cè)的加強(qiáng)部件20。
將相移為120度的U相、V相和W相的三相交流電流施加到三相線圈3A、3B和3C時(shí)，第一相向軛鐵部分51A側(cè)的線圈3A、3B和3C中流動(dòng)的電流方向和第二相向軛鐵部分51B側(cè)的線圈3A、3B和3C中流動(dòng)的電流的方向相反，穿過第一相向軛鐵部分51A側(cè)的線圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向和穿過第二相向軛鐵部分51B側(cè)的線圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向亦相反。結(jié)果，在第一相向軛鐵部分51A側(cè)和第二相向軛鐵部分51B側(cè)上產(chǎn)生相對(duì)于活動(dòng)部分2(線圈3A、3B和3C)具有相同方向的推力。
將相移為120度的U相、V相和W相的三相交流電流施加到三相線圈3A、3B和3C時(shí)，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生相移120度的磁場(chǎng)，并且感應(yīng)電流在加強(qiáng)部件20中流動(dòng)。例如，若加強(qiáng)部件20由鋁合金或其他低電阻的金屬制成時(shí)，在加強(qiáng)部件20中流動(dòng)著大的感應(yīng)電流。這時(shí)，如果到達(dá)線圈3A、3B和3C內(nèi)側(cè)的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的磁場(chǎng)的磁通量密度高，則可產(chǎn)生與使可動(dòng)部件2運(yùn)動(dòng)的推力方向相反的力。為了防止在這種方式中產(chǎn)生與推力方向相反的這樣的力，有必要精確確保第一組和第二組永久磁鐵60A和60B與面對(duì)它們的加強(qiáng)部件20的表面20f之間的距離(第三距離)Ld的大小。
若用鋁合金作為加強(qiáng)部件20，可以看到，如果將距離Ld設(shè)置成使得施加到加強(qiáng)部件20的表面20f的磁通量BF的密度為第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的表面60f的中心處的磁通量密度的1/2或更小，則由于上面所提到的缺點(diǎn)而導(dǎo)致的影響幾乎為零。
根據(jù)此第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1，即使用作電樞的可動(dòng)部件2為無(wú)鐵芯型，利用所述方法構(gòu)造的線圈3A、3B和3C也有可能提高具有線圈3A、3B和3C的可動(dòng)部件2的剛度。另外，優(yōu)選的是，通過設(shè)置非磁性加強(qiáng)部件20可以迅速提高線圈3A、3B和3C的剛度并相應(yīng)地提高可動(dòng)部件2的剛度。結(jié)果，當(dāng)控制無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的驅(qū)動(dòng)而將相移120度的交流電流施加到線圈3A、3B和3C上使可動(dòng)部件2沿直接作用方向A1和A2運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以提高無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的控制回路增益。若使用這種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1有可能涉及到抗外界干擾的納米(nm)級(jí)定位控制。
通過將三相線圈3A、3B和3C(線圈組件3)制造成中空的圓筒形狀態(tài)并且將線圈組件3安排在相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間，即使當(dāng)使用例如鋁、鋁合金或其他低電阻的材料作為加強(qiáng)部件20時(shí)流動(dòng)著大的感應(yīng)電流，來自第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的磁通量BF對(duì)線圈3A、3B和3C內(nèi)側(cè)的影響也非常小，因此，可將沿可動(dòng)部件2的推力的相反方向產(chǎn)生的力抑制到最低限度。結(jié)果，可以極大地抑制無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的推力波動(dòng)。
當(dāng)加強(qiáng)部件20由例如鋁合金、銅合金或其他具有高導(dǎo)熱率的金屬材料制成時(shí)，線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量可通過加強(qiáng)部件20和墊片25傳導(dǎo)到保持部件10，這樣就可將線圈3A、3B和3C的熱量高效地發(fā)散到可動(dòng)部件2的外側(cè)。結(jié)果，可抑制整個(gè)無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的溫度升高，并且可防止由于溫度升高導(dǎo)致的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1各部分的熱變形而引起的定位精度的降低。
與采用高電阻材料制作加強(qiáng)部件20的情況相比，采用鋁合金、銅合金或其他低電阻的材料制作加強(qiáng)部件20時(shí)，線圈3A、3B和3C與加強(qiáng)部件20之間的互感可制造得較小，并可防止由于互感導(dǎo)致的響應(yīng)的降低。換句話說，可提高無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的電反應(yīng)。
若用鋁合金或其他重量輕的材料制作加強(qiáng)部件20，可減輕可動(dòng)部件2的重量。若再用重量輕的材料制作連接部分51C，整個(gè)無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的重量可進(jìn)一步減小。
(第二實(shí)施方式)下面將參考圖6和7說明本發(fā)明第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖6的透視圖示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1A的基本構(gòu)造與第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1相同。在圖6中，相同的附圖標(biāo)記用于表示與參考圖1至圖5解釋的第一實(shí)施方式的部件相同的部件。
圖6所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1A的可動(dòng)部件2A設(shè)置有線圈組件30，該線圈組件由包括第一組三相線圈3A1、3B1和3C1和第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的兩個(gè)線圈組構(gòu)成。
第一組的第一線圈3A1和第二組的第一線圈3A2彼此相鄰設(shè)置，第一組的第二線圈3B1和第二組的第二線圈3B2彼此相鄰設(shè)置，第一組的第三線圈3C1和第二組的第三線圈3C2彼此相鄰設(shè)置。第二組的第一線圈3A2和第一組的第二線圈3B1彼此相鄰設(shè)置，第二組的第二線圈3B2和第一組的第三線圈3C1彼此相鄰設(shè)置。
第一組的三相線圈3A1、3B1和3C1和第二組的三相線圈3A2、3B2和3C2具有和參考圖1至圖5解釋的第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1的三相線圈3A、3B和3C相同的構(gòu)造。另外，第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的線圈組件30也是通過與第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的線圈組件3的形成方法相同的方法形成。
下文將參考圖7說明第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1A的工作情況。
第一組三相線圈3A1、3B1和3C1和第二組三相線圈3A2、3B2和3C2面對(duì)兩對(duì)永久磁鐵，例如第一N極永久磁鐵N1、第一S極永久磁鐵S1、第二N極永久磁鐵N2、第二S極永久磁鐵S2。
在直接作用方向A1和A2上，例如，沿軛鐵51縱向(直接作用方向A1和A2)的第一N極永久磁鐵N1、第一S極永久磁鐵S1、第二N極永久磁鐵N2、第二S極永久磁鐵S2的四個(gè)永久磁鐵的尺寸與第一組和第二組的六個(gè)線圈的尺寸基本相同。
第二組三相線圈3A2、3B2和3C2確定線圈的纏繞方向并從未示出的電源施加三相交流電流，以產(chǎn)生相對(duì)于第一組三相線圈3A1、3B1和3C1具有相反相位的磁場(chǎng)，即，具有180度相差的磁場(chǎng)。
為使第二組三相線圈3A2、3B2和3C2與第一組三相線圈3A1、3B1和3C1產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有相反的相位關(guān)系，第二組三相線圈3A2、3B2和3C2與第一組三相線圈3A1、3B1和3C1的纏繞方向可以相反，并且可將具有相同相位的三相交流電流施加到第一組和第二組的線圈上，或者可以改變線圈的連接方式。
作為實(shí)例，例如，若第一組三相線圈3A1、3B1和3C1與第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的纏繞方向相同，將U相、V相、W相的三相交流電流施加到第一組三相線圈3A1、3B1和3C1上，將與所述三相交流電流相差為180度的反U相(-U相)、反V相(-V相)、反W相(-W相)的三相交流電流施加到第二組三相線圈3A2、3B2和3C2上。因此，在相鄰的線圈3A1、3A2中、在相鄰的線圈3B1和3B2中、在相鄰的線圈3C1和3C2中產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)。
這些磁場(chǎng)呈相位相反的關(guān)系，因此，磁場(chǎng)的磁通量彼此抵消。結(jié)果，可抑制在配合于線圈中的加強(qiáng)部件20中產(chǎn)生的感應(yīng)電流。這樣，可抑制加強(qiáng)部件20中流動(dòng)的感應(yīng)電流，因此，加強(qiáng)部件20與第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間的距離可縮短。
另外，可降低加強(qiáng)部件20中過度的電流損耗，并可防止由于過度的電流損耗引起的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1A效率的降低。
在此第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，可抑制從相反相位關(guān)系的相鄰線圈3A1、3A2、相鄰線圈3B1和3B2、相鄰線圈3C1和3C2的內(nèi)部泄漏的磁通量，因此，可減小相對(duì)于第一組和第二組永久磁鐵60A和60B形成的磁場(chǎng)的干擾，并可防止軛鐵51的磁飽和，特別是由于第一組和第二組線圈產(chǎn)生的磁通量在第一和第二相向軛鐵部分51A和51B引起的磁飽和。
(第二實(shí)施方式的變型)以下將參考圖8說明第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的變型。
在圖8所示的線性馬達(dá)1B中，各組相鄰線圈3A1和3A2、線圈3B1和3B2、線圈3C1和3C2的尺寸被制造成基本上與第一組和第二組永久磁鐵60A和60B中的相鄰兩個(gè)永久磁鐵S和N的尺寸相同。各組線圈被設(shè)置成使得左、右永久磁鐵的彼此相位差為π/3弧度(60度)或者與一組永久磁鐵的相位差為2π/3弧度(120度)。
通過以與第二實(shí)施方式的線性馬達(dá)1A相同的方式在各個(gè)線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)，圖8所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1B可給出與第二實(shí)施方式的線性馬達(dá)1A相同的工作模式和效果。
在圖8所示的線圈構(gòu)造中，每?jī)蓚€(gè)線圈構(gòu)成為一組，并且各組彼此隔開，因此線圈中產(chǎn)生的熱量易于發(fā)散。
(第三實(shí)施方式)圖9的剖視圖示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
在第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1C中，第一組和第二組永久磁鐵60A和60B、線圈組件3和30、軛鐵51等與所述第一和第二實(shí)施方式的相應(yīng)部件相同。下面，將說明第三實(shí)施方式的獨(dú)特細(xì)節(jié)。
在第一和第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，加強(qiáng)部件20具有實(shí)心的矩形截面。為了進(jìn)一步提高散熱性能，在圖9所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1C的加強(qiáng)部件20C中形成沿直接作用方向A1和A2的通孔20Ca。借助于通孔20Ca可增加與冷卻介質(zhì)例如空氣接觸的加強(qiáng)部件20C的內(nèi)表面面積，這樣線圈中產(chǎn)生的熱量更易于發(fā)散。
加強(qiáng)部件20C作為可動(dòng)部件2的一部分沿直接作用方向A1和A2運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，借助于空氣在通孔20Ca中流動(dòng)，可散發(fā)出線圈組件3和30中的熱量。
若強(qiáng)制地將空氣或其他冷卻介質(zhì)引入通孔20Ca中，則可進(jìn)一步提高冷卻效率。
通過加強(qiáng)部件20C提高線圈組件3和30剛度的功能與第一和第二實(shí)施方式相同。
通過在加強(qiáng)部件20C中形成通孔20Ca，加強(qiáng)部件20C的重量比實(shí)心的加強(qiáng)部件20C輕，并且可動(dòng)部件2的重量也更輕。
(第三實(shí)施方式的變型)圖10的剖視圖示出了第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的加強(qiáng)部件結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例。
在圖10所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1D的加強(qiáng)部件20D中，形成有沿直接作用方向A1和A2延伸的通孔20Da，并且在通孔20Da的內(nèi)壁上形成有散熱翅片20Df。通過形成這些翅片20Df，加強(qiáng)部件20D中與冷卻介質(zhì)接觸的表面面積變大，與使用圖9所示加強(qiáng)部件20C的情況相比，可進(jìn)一步有效地散發(fā)熱量。
(第四實(shí)施方式)以下將參考圖11至圖15說明本發(fā)明第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
在圖11中，無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100具有可動(dòng)部件150和固定部件101。本第四實(shí)施方式的線性馬達(dá)100與第一到第三實(shí)施方式中的線性馬達(dá)不同。固定部件101起電樞的作用，可動(dòng)部件150起定子的作用。也就是說，具有軛鐵151以及第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的可動(dòng)部件150沿直接作用方向A1和A2相對(duì)于固定部件101作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
固定部件101具有線圈組件103、通過提高線圈組件103的剛度來加強(qiáng)線圈組件103的加強(qiáng)部件120、和用來保持線圈組件103和加強(qiáng)部件120的保持部件110。
保持部件110以與第一到第三實(shí)施方式中的保持部件10相同的方式由板狀部件制成并且例如由不銹鋼、鋁合金、或其他非磁性金屬形成。保持部件110經(jīng)由墊片125起保持加強(qiáng)部件120的作用并進(jìn)一步保持線圈組件103。保持部件110被固定到未示出的基座等上。
在線圈組件103中，將每組都由三個(gè)三相線圈103A、103B和103C構(gòu)成的多組線圈連續(xù)組合。每組中的三相線圈103A、103B和103C的相鄰部分以與第一至第三實(shí)施方式相同的方式利用與電絕緣材料9相同的電絕緣材料109連接以形成線圈組。形成各組三相線圈103A、103B和103C的方法與形成第一到第三實(shí)施方式中的線圈組件3的方法相同。沿軛鐵151的縱向各組三相線圈103A、103B和103C的相鄰部分通過使用電絕緣材料109連接而形成線圈組件103。
由每組都包括三相線圈103A、103B和103C的多組線圈構(gòu)成的線圈組件103的總長(zhǎng)度長(zhǎng)于第一實(shí)施方式中由三個(gè)線圈制成的線圈組件3。
如圖11和12所示，經(jīng)由墊片125固定到保持部件110的加強(qiáng)部件120與線圈組件103的內(nèi)壁接觸，穿過線圈組件103并支撐線圈組件103。
加強(qiáng)部件120除了以與第一至第三實(shí)施方式的加強(qiáng)部件20、20C和20D相同的方式具有提高線圈組件103的剛度的功能外，還具有將來自線圈組件103的熱量散發(fā)到外側(cè)的功能。在加強(qiáng)部件120的中心部分處，沿軛鐵151的縱向形成有冷卻介質(zhì)可在其中流動(dòng)的通孔(流動(dòng)通道)120p。
加強(qiáng)部件120由與參考圖1到圖5說明的加強(qiáng)部件20所使用的材料相同的非磁性的、重量輕的材料如鋁或鋁合金形成。
如圖12所示，加強(qiáng)部件120的端部120e從線圈組件103的兩端突出并通過未示出的緊固部件經(jīng)由墊片125被緊固到保持部件110上。
墊片125以與第一至第三實(shí)施方式的墊片25相同的方式起將加強(qiáng)部件120固定到保持部件110上的作用，并且還用來將加強(qiáng)部件120的熱量傳導(dǎo)到保持部件110，所以可由鋁、鋁合金或其他具有高導(dǎo)熱率的非磁性材料形成。
保持部件110在線圈組件103的整個(gè)表面上保持其相向的外周表面。結(jié)果，可迅速提高具有較長(zhǎng)的總長(zhǎng)度的線圈組件103的剛度。
可動(dòng)部件150具有軛鐵151以及與第一到第三實(shí)施方式中的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B構(gòu)造相同的第一組永久磁鐵106A和第二組永久磁鐵106B，其通過未示出的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)沿直接作用方向A1和A2活動(dòng)地被支撐。
圖13所示的軛鐵151與參考圖4解釋的軛鐵51相同。即，第一和第二相向軛鐵部分151A和151B具有彼此相向的表面。橫過第一距離D1彼此相向的第一和第二相向軛鐵部分151A和151B與被設(shè)置成垂直于這些相向軛鐵部分并沿直接作用方向A1和A2連接第一和第二相向軛鐵部分151A和151B第一端的連接軛鐵部分151C整體形成?？蓪⑾嘞蜍楄F部分151A和151B和連接軛鐵部分151C形成為不同的部件然后連接在一起。軛鐵151可由鐵或其他磁性材料以與參考圖4說明的軛鐵51相同的方式形成為整體，但是從減輕可動(dòng)部件150重量的觀點(diǎn)來看，磁性材料可用于相向軛鐵部分151A和151B，鋁、鋁合金或其他非磁性材料可用于連接軛鐵部分151C。
如圖14所示，由一對(duì)N極和S極永久磁鐵制成的第一組和第二組永久磁鐵106A和106B沿縱向外形形成為矩形板狀，它們具有相同的尺寸并被固定到相向軛鐵部分151A和151B的相向表面上。相向的永久磁鐵的磁極相同。
形成線圈組件103的各組線圈103A、103B和103C具有正方形或矩形橫截面形狀，因此，如圖13所示，相向的第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的相向表面106f彼此面對(duì)并相對(duì)于線圈組件103的外周表面103f橫過預(yù)定距離(空間)。相向表面106f和外周表面103f基本平行設(shè)置。
下文將參考圖14解釋第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100的工作情況。
沿直接作用方向A1和A2，相鄰對(duì)的永久磁鐵N和S的尺寸和一組三個(gè)線圈103A、103B和103C的尺寸基本匹配。
由于相向的永久磁鐵的磁極相同，以與第一至第三實(shí)施方式中所說明的相同的方式跨過(across)一組三個(gè)線圈103A、103B和103C的彼此面對(duì)的永久磁鐵的磁通量BF幾乎不從其中一個(gè)相向的永久磁鐵延伸到另一永久磁鐵。磁通量主要從永久磁鐵N向著沿軛鐵151縱向相鄰的永久磁鐵S延伸。相應(yīng)地，永久磁鐵N和S的磁通量BF主要分布在相鄰對(duì)永久磁鐵N和S的表面附近并且不容易到達(dá)面對(duì)永久磁鐵N和S的三相線圈103A、103B和103C內(nèi)部的加強(qiáng)部件120。
將相移120度的交流電流施加到三相線圈103A、103B和103C上時(shí)，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在加強(qiáng)部件120中流動(dòng)著感應(yīng)電流。若使用鋁、鋁合金或其他具有低電阻的非磁性金屬作為加強(qiáng)部件120，流動(dòng)著大的感應(yīng)電流。這時(shí)，若到達(dá)三相線圈103A、103B和103C內(nèi)部的永久磁鐵N和S的磁場(chǎng)的磁通量密度大，則產(chǎn)生相對(duì)于可動(dòng)部件120的推力相反方向的力。為了防止產(chǎn)生沿推力相反方向的力，永久磁鐵N和S與加強(qiáng)部件120之間的距離Ld以與第一實(shí)施方式相同的方式來確保。即，有必要精確確保第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的表面106f與面對(duì)它們的加強(qiáng)部件120的表面120f之間的距離(第三距離)為一定長(zhǎng)度。
從此第四實(shí)施方式中也可得知，在與第一實(shí)施方式相同的方式中，若使用鋁合金作為加強(qiáng)部件120，如果將距離Ld設(shè)定成使得施加到加強(qiáng)部件120的表面102f的磁通量BF的密度變?yōu)榈谝唤M和第二組永久磁鐵106A和106B的表面中心處的磁通量密度的1/2或更小，則該通量幾乎沒有影響。
因此，即使在第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100中也可以獲得與第一到第三實(shí)施方式中的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)相同的效果。
第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的固定部件和可動(dòng)部件與第一到第三實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的固定部件和可動(dòng)部件相反，但是即使固定部件和可動(dòng)部件相反也可以呈現(xiàn)出與第一到第三實(shí)施方式相同的效果。也就是說，在本發(fā)明中，可動(dòng)部件和固定部件可被構(gòu)造成相對(duì)于彼此是可動(dòng)的。
在第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，線圈組件103固定，因此線圈組件103的配線更加方便。
在第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，加強(qiáng)部件120為固定部件，因此，更便于冷卻。
以下將參考圖15解釋第四實(shí)施方式的線性馬達(dá)100的冷卻方法的實(shí)例。
用來供給冷卻介質(zhì)的供給源300連接到形成于加強(qiáng)部件120中的通孔(流動(dòng)通路)120p的一端。將冷卻介質(zhì)CL供給通孔120p。在本實(shí)施方式中，加強(qiáng)部件120位于固定部件101中，因此，作為冷卻介質(zhì)CL，與采用空氣相比，可使用例如如熱容量大的水之類的液體。從通孔120p一端供給的冷卻介質(zhì)CL流過通孔120p有效地吸收加強(qiáng)部件120的熱量而變熱，然后從通孔120p的另一端排出。結(jié)果，可簡(jiǎn)便而充分地控制第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100的溫度，使整個(gè)無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)不受溫度升高的影響。使用這種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)時(shí)，特別是在毫微級(jí)定位控制或其他精確控制中是有益的。
(第五實(shí)施方式)圖16示出了本發(fā)明第五實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的構(gòu)造。
此第五實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100A的基本構(gòu)造與第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100相同。在圖16中，與參考圖11到圖15所示的第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的部件相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
在圖16所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100A中，與第四實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100相同，具有加強(qiáng)部件120和線圈組件103的固定部件用作電樞。該馬達(dá)具有軛鐵151，該軛鐵具有未示出的連接軛鐵部分、第一和第二相向軛鐵部分151A和151B、和具有第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的可動(dòng)部件。
在第一和第二相向軛鐵部分151A和151B中，設(shè)置有形成第一組永久磁鐵106AA和第二組永久磁鐵106BB的兩對(duì)即四個(gè)永久磁鐵N和S。這些磁鐵被設(shè)置成使得永久磁鐵N和S的極性沿直接作用方向A1和A2交替相反，而使得相向的第一組和第二組永久磁鐵106AA和106BB中的永久磁鐵N和S的極性相同。
無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100A中的線圈組件103具有第一線圈組件103A，該第一線圈組件具有每個(gè)都由三相線圈103A、103B和103C構(gòu)成的多組；以及第二線圈組件103B，該第二線圈組件具有每個(gè)都由三相線圈103A2、103B2和103C2構(gòu)成的多組。線圈103A1和103A2、線圈103B1和103B2及線圈103C1和103C2被設(shè)置成彼此相鄰。線圈103A2被設(shè)置在線圈103A1和103B1之間，線圈103B2被設(shè)置在線圈103B1和103C1之間，線圈103C2被設(shè)置在線圈103C1和103A1之間。
線圈103A2、103B2和103C2產(chǎn)生與線圈103A1、103B1和103C1相位差為180度的磁場(chǎng)。
三相線圈103A1、103B1和103C1及三相線圈103A2、103B2和103C2面對(duì)兩對(duì)即四個(gè)相鄰的永久磁鐵N和S。四個(gè)永久磁鐵N和S的長(zhǎng)度以及六個(gè)線圈的長(zhǎng)度在直接作用方向A1和A2上基本相同。
將相位差為120度的U相、V相和W相三相交流電流施加到三相線圈103A1、103B1和103C1上、而將與U相、V相和W相的相位差為180度的-U相、-V相和-W相的三相交流電流施加到三相線圈103A2、103B2和103C2上時(shí)，在線圈103A1和103A2、線圈103B1和103B2及線圈103C1和103C2中產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)。結(jié)果，雖然固定部件和可動(dòng)部件相反，仍可獲得與圖7所示的第二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)相同的工作模式和效果。
(第六實(shí)施方式)以下將參考圖17和圖18解釋本發(fā)明第六實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖17示出了本發(fā)明第六實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100B的構(gòu)造。圖18的剖視圖示出了圖17所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100B的可動(dòng)部件和固定部件的結(jié)構(gòu)。
在無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100B中，具有四個(gè)軛鐵側(cè)面151A至151D的軛鐵151-A形成為正方形或矩形筒狀外形。在四個(gè)軛鐵側(cè)面的內(nèi)壁上，設(shè)置了第一組永久磁鐵106A、第二組永久磁鐵106B、第三組永久磁鐵106C和第四組永久磁鐵106D。第一組永久磁鐵106A和第二組永久磁鐵106B彼此面對(duì)，第三組永久磁鐵106C和第四組永久磁鐵106D彼此面對(duì)。這些永久磁鐵組面對(duì)線圈組件103的四個(gè)外周表面。
在無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100B中，通過采用線圈組件103的四個(gè)表面面對(duì)四組永久磁鐵106A、106B、106C和106D的構(gòu)造，各組永久磁鐵106A、106B、106C和106D被線圈組件103利用的磁場(chǎng)的利用效率得以提高，并可提高由軛鐵151A-1和多組永久磁鐵106A、106B、106C和106D構(gòu)成的可動(dòng)部件的推力等。
加強(qiáng)部件120和通孔120a可提供與參考圖13解釋的加強(qiáng)部件120和通孔120a相同的冷卻效果。
在上面所述的第一到第六實(shí)施方式中，線圈的截面形狀被制成正方形或矩形，各組永久磁鐵的橫截面被形成為平板形狀，當(dāng)然本發(fā)明的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的形狀不限于此。例如，線圈的截面形狀可以制成正方形、圓形、橢圓形或其他形狀。永久磁鐵可以根據(jù)這些形狀彎曲。另外，軛鐵的形狀可與此匹配而改變。
此外，在所述第一到第六實(shí)施方式中，采用了在將線圈形成為筒狀形態(tài)之后將加強(qiáng)部件插入到線圈中的構(gòu)造，但可將電絕緣的導(dǎo)線直接纏繞在加強(qiáng)部件的四周。
(第七實(shí)施方式)下文將參考圖19至22解釋本發(fā)明第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
在上面所描述的那些實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中，為了提高線圈的剛度，使用了加強(qiáng)部件20，但是由于加強(qiáng)部件20的使用可動(dòng)部件的質(zhì)量有可能變大，并且無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的控制響應(yīng)有可能降低。另外，當(dāng)使用不銹鋼或其他非磁性金屬作為線圈的保持板時(shí)，因?yàn)楸３职逄幱诖怕返拇磐柯窂街?，所以?dāng)保持板通過活動(dòng)部分直線運(yùn)動(dòng)時(shí)保持板中的感應(yīng)電流的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生與推力相反方向的力。這有時(shí)成為推力波動(dòng)的原因。下面將描述的實(shí)施方式克服了所述問題。也就是說，在下述實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中可減輕電樞的重量并可減小推力波動(dòng)。
圖19的透視圖示出了本發(fā)明第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的結(jié)構(gòu)。
第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1F具有用作電樞的可動(dòng)部件2F和固定部件50F。
固定部件50F具有軛鐵51及第一組和第二組永久磁鐵60A和60B。
軛鐵51及第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的結(jié)構(gòu)和布置與第一到第三實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)和布置相同。直接作用方向A1和A2是可動(dòng)部件2F運(yùn)動(dòng)的方向。
在圖21示出的軛鐵51中，以與參考圖4解釋的軛鐵51相同的方式整體形成第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及連接軛鐵部分51C，并將外表面固定到基座等上。第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及連接軛鐵部分51C可以形成為不同的部件。在這種情況下，以與第一實(shí)施方式中的軛鐵51相同的方式，可采用使用鐵磁部件作為第一和第二相向軛鐵部分51A和51B以及使用非磁性部件作為連接軛鐵部分51C的構(gòu)造。對(duì)于軛鐵51而言，從減輕重量的觀點(diǎn)出發(fā)，可使用鋁、鋁合金或其他重量輕、單位強(qiáng)度高的金屬或增強(qiáng)塑料或其他非磁性材料。
第一組和第二組永久磁鐵60A和60B以與第一到第三實(shí)施方式中解釋的相同的方式具有多對(duì)永久磁鐵N和S。磁極的布置情況、外形和尺寸的情況都與第一到第三實(shí)施方式中所描述的相同。
如圖19所示，可動(dòng)部件2F包括具有線圈3A、3B和3C的線圈組件3、具有線圈組件3的保持部件10、以及緊固部件11。在可動(dòng)部件2F中，如第一實(shí)施方式等中的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)那樣的加強(qiáng)部件20沒有配合到線圈3A、3B和3C的中空部分3H中。
保持部件10與第一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)中的保持部件10相同，并且例如由不銹鋼、鋁合金和其他金屬形成。保持部件10起保持線圈組件3的作用，并以與第一實(shí)施方式相同的方式沿直接作用方向A1和A2通過未示出的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可運(yùn)動(dòng)地被支撐。
以與第一實(shí)施方式相同的方式，例如通過在電絕緣材料9覆蓋的導(dǎo)線上涂覆濕粘合劑、以多層的形式將這些導(dǎo)線布置和纏繞為筒狀形態(tài)、并使粘合劑固化以固定而獲得構(gòu)成線圈組件3的三相線圈3A、3B和3C。在線圈3A、3B和3C中，橫截面輪廓為矩形。另外，生產(chǎn)方法也與第一實(shí)施方式相同。例如，在將三相線圈3A、3B和3C形成為筒狀形態(tài)之后，通過非磁性電絕緣部件9將端面彼此連接，從而形成線圈組件3。電絕緣部件9例如可以是玻璃環(huán)氧樹脂或經(jīng)硬防蝕鋁處理的鋁合金。
在線圈3A、3B和3C的截面形狀中，如參考圖4說明的那樣，面對(duì)第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的各側(cè)面的長(zhǎng)度a比除這些側(cè)面以外的側(cè)面的長(zhǎng)度b長(zhǎng)。
線圈組件3具有沿縱向穿過的方形輪廓的中空部分3H。三相線圈3A、3B和3C的纏繞方向都相同。
通過將所述構(gòu)造應(yīng)用于三相線圈3A、3B和3C，以與第一實(shí)施方式相同的方式可得到大的截面副抗矩(sectional secondary moment)，并可提高線圈3A、3B和3C的剛度特別是抗彎剛度和剪切剛度。另外，還可提高線圈3A、3B和3C本身的剛度，同時(shí)線圈3A、3B和3C具有中空部分3H。因?yàn)闆]有加強(qiáng)部件20，所以可動(dòng)部件2F的重量輕。
為了將線圈組件3固定到保持部件10上，如圖21所示，面對(duì)保持部件10的外周表面3f1通過電絕緣粘合劑350被固定到保持部件10上。然后，在面對(duì)線圈組件3的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的外周表面3f3和3f4被緊固部件11緊固的狀態(tài)下，通過螺栓30可將緊固部件11緊固到保持部件10上。由于此，線圈組件3被牢牢地固定到保持部件10上。
在三相線圈3A、3B和3C中，橫截面輪廓為正方形或矩形，因此，如圖22所示，相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B的相向表面60f橫過預(yù)定空間面對(duì)線圈組件3的外周表面3f3和3f4。相向表面60f和外周表面3f3和3f4基本平行。在相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B之間，只設(shè)置了連接線圈3A、3B和3C的線圈組件3。因此，在線圈組件3的中空部分3H內(nèi)側(cè)既不存在第一實(shí)施方式的加強(qiáng)部件20，也不存在磁性部件或?qū)щ姴考?br> 以下將參考圖23解釋第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1F的工作。與第一實(shí)施方式中的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)相同，在直接作用方向A1和A2上相鄰對(duì)的永久磁鐵N和S的長(zhǎng)度與三相線圈3A、3B和3C的長(zhǎng)度基本一致。
在線圈3A、3B和3C中，相向的第一組和第二組永久磁鐵60A和60B中的永久磁鐵N和N、S和S的磁通量BF幾乎不從其中一個(gè)相向的永久磁鐵N和N、S和S向著另一永久磁鐵延伸。由于磁鐵的磁極相同，磁通量主要從相鄰的永久磁鐵N向著S延伸。
將相位差為120度的U相、V相和W相的三相交流電流施加到三相線圈3A、3B和3C上時(shí)，第一相向軛鐵部分51A側(cè)上的線圈3A、3B和3C中電流的流動(dòng)方向與第二相向軛鐵部分51B側(cè)上的線圈3A、3B和3C中電流的流動(dòng)方向相反，穿過第一相向軛鐵部分51A側(cè)上的線圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向與穿過第二相向軛鐵部分51B側(cè)上的線圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向變得相反。于是，在第一相向軛鐵部分51A側(cè)和第二相向軛鐵部分51B側(cè)產(chǎn)生相同方向的推力。由于這些推力，可動(dòng)部件2F沿直接作用方向A1和A2運(yùn)動(dòng)。
如圖23所示，永久磁鐵N和S的磁通量BF主要分布在永久磁鐵N和S的表面60f附近并且不易到達(dá)線圈3A、3B和3C的內(nèi)部。因此，即使導(dǎo)線延伸到線圈3A、3B和3C的芯部，永久磁鐵N和S的磁通量也未被使用。
在本實(shí)施方式中，在通過將磁通量不能到達(dá)線圈組件3內(nèi)的區(qū)域限定為中空部分3H而提高永久磁鐵N和S的磁通量的利用效率的同時(shí)，可減輕線圈3A、3B和3C的重量。結(jié)果，可減小可動(dòng)部件2F的質(zhì)量，并可獲得高的控制響應(yīng)。
線圈組件3具有中空部分3H，因此，線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的熱量通過該中空部分3H容易散發(fā)到外部。
當(dāng)空氣或其他冷卻介質(zhì)流過中空部分3H時(shí)，可更高效地進(jìn)行冷卻。結(jié)果，可抑制無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1F的溫度升高，并可防止由于熱變形引起的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)各部件的定位精度的降低。
在線圈組件3中，在中空部分3H中沒有導(dǎo)體，因此不會(huì)產(chǎn)生由于線圈3A、3B和3C中產(chǎn)生的磁場(chǎng)而導(dǎo)致的感應(yīng)電流，并且也不會(huì)產(chǎn)生與可動(dòng)部件2F的推力相反方向的力。結(jié)果，不會(huì)出現(xiàn)因感應(yīng)電流引起的線性馬達(dá)1F的推力波動(dòng)。另外，因?yàn)椴划a(chǎn)生感應(yīng)電流，因此可防止無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)效率的降低。
此外，可避免過度的電流損耗，從而可防止馬達(dá)效率降低。
由于所述原因，根據(jù)第七實(shí)施方式可獲得推力波動(dòng)被大大抑制的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
(第八實(shí)施方式)下文將參考圖24和25解釋本發(fā)明第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖24的透視圖示出了本發(fā)明第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的活動(dòng)部分2G的結(jié)構(gòu)。
第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的基本構(gòu)造與參考圖19到圖22解釋的第七實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)相同。對(duì)和第七實(shí)施方式相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記表示。
可動(dòng)部件2G設(shè)置有線圈組件30G，該線圈組件以與參考圖6解釋的可動(dòng)部件2相同的方式由第一組三相線圈3A1、3B1和3C1以及第二組三相線圈3A2、3B2和3C2構(gòu)成。
以下將參考圖25解釋第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1G的工作情況。
沿直接作用方向A1和A2，相鄰的四個(gè)永久磁鐵N、S、N和S的長(zhǎng)度與六個(gè)線圈的長(zhǎng)度基本相同。
第一組三相線圈3A1、3B1和3C1以及第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的關(guān)系和狀態(tài)與參考圖6解釋的可動(dòng)部件2中的第一組三相線圈3A1、3B1和3C1以及第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的關(guān)系和狀態(tài)相同。第一組三相線圈3A2、3B2和3C2產(chǎn)生與第二組三相線圈3A1、3B1和3C1相反相位的磁場(chǎng)，即，相位差為180度。例如，若第一組三相線圈3A1、3B1和3C1與第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的纏繞方向相同，如果將U相、V相和W相的三相交流電流施加到第一組三相線圈3A1、3B1和3C1，而將與前面的三相交流電流相位差為180度的-U相、-V相和-W相的三相交流電流施加到第二組三相線圈3A2、3B2和3C2，在第一組的線圈3A1和3A2、線圈3B1和3B2以及在第二組的線圈3C1和3C2中產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)。它們呈相反的相位關(guān)系，于是，磁場(chǎng)的磁通量彼此抵消。結(jié)果，可抑制從線圈3A1和3A2、線圈3B1和3B2以及線圈3C1和3C2內(nèi)側(cè)泄漏的磁通量，因此，可減小對(duì)由永久磁鐵N和S形成的磁場(chǎng)的干擾，并可防止由于線圈產(chǎn)生的磁通量引起的軛鐵51(第一和第二相向軛鐵部分51A和51B)的磁飽和。
用來使第一組三相線圈3A1、3B1和3C1與第二組三相線圈3A2、3B2和3C2產(chǎn)生的磁場(chǎng)相位相反的方法與參考圖6解釋的情況相同。例如，第一組三相線圈3A1、3B1和3C1與第二組三相線圈3A2、3B2和3C2的纏繞方向可以制造成相反，并且施加相同相位的三相交流電流，或者可以改變線圈的連接方法。
(第八實(shí)施方式的變型)以下將參考圖8解釋第八實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的變型。
如參考圖8所解釋的那樣，各組相鄰的線圈3A1和3A2、線圈3B1和3B2及線圈3C1和3C2的長(zhǎng)度被制成基本上與相鄰的兩個(gè)永久磁鐵N和S的長(zhǎng)度相同。各組線圈根據(jù)磁鐵的位置以精確的π/3弧度(60度)或2π/3(120度)的相位差布置。借助于與第七實(shí)施方式的線性馬達(dá)相同的方式在各組線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)可獲得與第七實(shí)施方式相同的工作模式和效果。
(第九實(shí)施方式)以下將參考圖27解釋本發(fā)明第九實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖27所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1H的基本構(gòu)造與圖21所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1F相同，但是在無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)1H中，在線圈組件3的中空部分3H中裝配有加強(qiáng)部件20H。
加強(qiáng)部件20H具有與線圈組件3中空部分3H截面形狀匹配的截面形狀，并且在中空部分3H的整個(gè)長(zhǎng)度上配合于中空部分3H的內(nèi)周。加強(qiáng)部件20H與線圈組件3連接。
設(shè)置加強(qiáng)部件20H以與第一實(shí)施方式的加強(qiáng)部件20相同的方式提高線圈組件3的剛度。加強(qiáng)部件20H設(shè)有中空部分20h。形成該中空部分20h以減輕加強(qiáng)部件20H的重量和提高線圈組件3的冷卻效果。
與第一實(shí)施方式的加強(qiáng)部件20相同，可使用非磁性的電絕緣材料作為形成加強(qiáng)部件20H的材料。作為本實(shí)施方式的加強(qiáng)部件20H的優(yōu)選材料，重量輕于金屬并且具有高剛度的材料是優(yōu)選的。優(yōu)選如使用玻璃環(huán)氧樹脂、碳纖維、或其他強(qiáng)化纖維的FRP之類的材料。
加強(qiáng)部件20H的形狀可為筒狀，當(dāng)然不限于這種形狀?？刹捎酶鞣N形狀。例如，加強(qiáng)部件20H的形狀可以制造成平板。另外，可以采用不沿線圈組件3的整個(gè)周邊提供加強(qiáng)部件而是在例如相向的成對(duì)的側(cè)表面上提供平板加強(qiáng)部件的構(gòu)造。此外，也可以使用實(shí)心部件作為加強(qiáng)部件和制造全部中空部分3H的加強(qiáng)部件。
(第十實(shí)施方式)以下將參考圖28到圖31解釋本發(fā)明第十實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖28示出的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100D具有可動(dòng)部件150D和固定部件101D。在本實(shí)施方式中，固定部件101D用作電樞。
固定部件101D具有線圈組件103D和保持部件110D。
保持部件110D的形狀與參考圖12解釋的保持部件110的形狀相同，并由非磁性材料如不銹鋼或鋁合金等金屬形成。保持部件110D具有保持線圈組件103的功能，并被固定到未示出的基座等上。
線圈組件103D由多組三相線圈103A、103B和103C組裝在一起而構(gòu)成。各組線圈103A、103B和103C經(jīng)由電絕緣部件109連接。線圈組件103D由與第一和第六實(shí)施方式中所說明的線圈組件3的形成方法相同的方法形成。需要注意的是，其不同之處在于連接了很多三相線圈103A、103B和103C并且總長(zhǎng)度較長(zhǎng)。
如圖29所示，保持部件110D在線圈組件103D的整個(gè)表面上保持線圈組件103D的相向的外周表面。因此，可迅速提高具有較長(zhǎng)的總長(zhǎng)度的固定部件101D的剛度。
線圈組件3D的中空部分103H沿直接作用方向A1和A2延伸。
可動(dòng)部件150D具有軛鐵151以及設(shè)置在軛鐵151的第一和第二相向軛鐵部分151A和151B的相向表面上的第一組和第二組永久磁鐵106A和106B。借助于未示出的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)沿直接作用方向A1和A2可運(yùn)動(dòng)地支撐可動(dòng)部件150D。
圖29所示的軛鐵151的構(gòu)造與參考圖13解釋的軛鐵151的構(gòu)造相同，并由相同的材料制成。需注意的是，圖13所示的軛鐵151是固定的和不運(yùn)動(dòng)的，但是圖29所示的軛鐵151可與第一組和第二組永久磁鐵106A和106B一起運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)施方式的軛鐵151可通過鐵或其他磁性材料形成，但是從減輕可動(dòng)部件150D重量的觀點(diǎn)來看，可使用鋁合金或其他單位強(qiáng)度高、重量輕的材料?；蛘?，可使用磁性材料作為第一和第二相向軛鐵部分151A和151B，可使用鋁、鋁合金、或其他非磁性材料作為連接軛鐵部分151C。
第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的狀況等都與上面解釋的那些實(shí)施方式的狀況相同。
在各組三相線圈103A、103B和103C中，橫截面輪廓為矩形，因此如圖30和圖31所示，相向的第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的相向表面106f以預(yù)定的空間面對(duì)線圈組件103的外周表面103f，并且相向表面106f和外周表面103f基本平行設(shè)置。
下文將參考圖31解釋無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100H的工作情況。
除固定部件和可動(dòng)部件相反外，無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100H的工作情況基本上與參考圖14解釋的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100的工作情況相同。以下將簡(jiǎn)要說明無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100H的工作情況。
在直接作用方向A1和A2上，相鄰兩個(gè)永久磁鐵N和S的長(zhǎng)度和三相線圈103A、103B和103C的尺寸基本一致。
相向的永久磁鐵N和N、永久磁鐵S和S的磁通量幾乎不從一個(gè)磁鐵延伸到另一磁鐵。該通量主要鄰近永久磁鐵N和S延伸。因此，從永久磁鐵N到S的磁通量BF主要分布在相鄰的永久磁鐵N和S附近，并且不易到達(dá)線圈103A、103B和103C的內(nèi)部。
將相位差為120度的U相、V相和W相三相交流電流施加于三相線圈103A、103B和103C時(shí)，在第一相向軛鐵部分151A側(cè)和第二相向軛鐵部分151B側(cè)上產(chǎn)生相同方向的推力。由于該推力，軛鐵151及包括第一組和第二組永久磁鐵106A和106B的可動(dòng)部件150D沿直接作用方向A1和A2運(yùn)動(dòng)。
以下將參考圖32解釋圖31所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100D的冷卻方法的實(shí)例。
通過使用風(fēng)扇300從線圈組件103D的中空部分103H的一端供給空氣。從中空部分103H一端供給的空氣穿過中空部分H高效地吸收熱量并從中空部分103H的另一端排出。
在本實(shí)施方式中，線圈組件103D是固定的，因此通過不斷地向中空部分103H供給如空氣或水之類的冷卻介質(zhì)很容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制冷卻，并且可簡(jiǎn)便地控制無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100D的溫度。
(第十一實(shí)施方式)下文將參考圖32解釋本發(fā)明第十一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
在無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100E中，固定部件是電樞，可動(dòng)部件具有軛鐵151和設(shè)置在第一和第二相向軛鐵部分151A和151B中的第一組和第二組永久磁鐵106A和106B。
第十一實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100E的構(gòu)造與參考圖16解釋的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100A的構(gòu)造相同，只是固定部件和可動(dòng)部件的關(guān)系相反。
三相線圈103A2、103B2和103C2產(chǎn)生與三相線圈103A1、103B1和103C1相位差為180度的磁場(chǎng)。
在無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100E中，將U相、V相和W相三相交流電流供給三相線圈103A1、103B1和103C1，并將與前面的三相交流電流相位差為180度的-U相、-V相和-W相三相交流電流供給到三相線圈103A2、103B2和103C2時(shí)，在線圈103A1和103A2、線圈103B1和103B2以及線圈103C1和103C2中產(chǎn)生相反方向的磁場(chǎng)，并且具有軛鐵151及第一組和第二組永久磁鐵106AA和106BB的可動(dòng)部件沿直接作用方向A1和A2相對(duì)于線圈組件103E運(yùn)動(dòng)。
(第十二實(shí)施方式)以下將參考圖34和35解釋本發(fā)明第十二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)。
圖34示出了本發(fā)明第十二實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的構(gòu)造，圖35的剖視圖示出了圖34所示的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的可動(dòng)部件和固定部件的結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施方式的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)100F中，電樞是固定部件，可動(dòng)部件設(shè)置有四組永久磁鐵組106A至106D。固定部件和可動(dòng)部件的關(guān)系是相反的，但是軛鐵151-A的結(jié)構(gòu)和設(shè)于軛鐵151-A中的四組永久磁鐵106A至106D與參考圖19所述的內(nèi)容相同。
通過在軛鐵151-A上設(shè)置四組永久磁鐵106A至106D，可提高被線圈利用的永久磁鐵的利用效率及提高推力等。
在所述的實(shí)施方式中，線圈的截面形狀被制造為矩形或正方形，永久磁鐵組60A和60B或者第一組和第二組永久磁鐵106A和106B等被制造為平板形狀，當(dāng)然本發(fā)明不限于此。例如，作為線圈的截面形狀，可采用如正方形、圓形、和橢圓形之類的其他形狀。永久磁鐵可根據(jù)這些形狀彎曲。
也可將上面所述加強(qiáng)部件應(yīng)用于中心軛鐵被插入到線圈中的這類無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的線圈中。
下面將說明本發(fā)明的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的效果。
用于電樞的線圈通過將導(dǎo)線纏繞成筒狀形態(tài)而形成，因此可獲得大的線圈的截面副抗矩，并可提高線圈的剛度特別是抗彎剛度和剪切剛度。另外，借助于以多層方式將導(dǎo)線對(duì)齊和纏繞成筒狀形態(tài)、利用粘合劑固定它們、以及經(jīng)由電絕緣部件將端面彼此連接，可迅速提高線圈本身的剛度。特別是，當(dāng)使用線圈組件3和30等作為無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)的固定部件時(shí)，無(wú)需使用加強(qiáng)部件20和120。通過如上所說明的那樣形成線圈，并通過使用緊固部件11僅將它們固定到保持部件110上可獲得足夠的剛度。
當(dāng)設(shè)置形成磁路的磁鐵使得面向如此形成的三相線圈的外周表面的位置處彼此面對(duì)、并將它們?cè)O(shè)置成具有相同極性的磁極彼此面對(duì)時(shí)，相向磁鐵的磁通量的方向相反，因此磁通量到達(dá)位于磁鐵附近位置的線圈，而三相線圈內(nèi)部的磁密度非常小。
相向磁鐵之一的磁通量和線圈之間產(chǎn)生的力的方向與另一磁鐵的磁通量和線圈之間產(chǎn)生的力的方向相同。這成為可動(dòng)部件的推力。
非磁性的傳導(dǎo)加強(qiáng)部件支撐三相線圈的內(nèi)周，并進(jìn)一步增強(qiáng)剛度已得到改善的線圈。該加強(qiáng)部件具有傳導(dǎo)性。由三相線圈產(chǎn)生的磁通量通過它。因此，有感應(yīng)電流流動(dòng)。然而，該部件處于磁鐵的磁通量不能達(dá)到的線圈內(nèi)部，因此幾乎不會(huì)產(chǎn)生與推力方向相反的力。加強(qiáng)部件還起發(fā)散線圈的熱量的散熱構(gòu)件的作用?？扇缙谕哪菢訙p輕加強(qiáng)部件的重量。因此，可使用鋁合金等作為加強(qiáng)部件。
將與第一組三相線圈呈相反相位關(guān)系的第二組三相線圈設(shè)置于鄰近該相位的線圈時(shí)，在互相鄰近的線圈內(nèi)部產(chǎn)生相反方向的磁通量，它們彼此抵消，使穿過加強(qiáng)部件的磁通量大大減小，并且在加強(qiáng)部件中幾乎沒有感應(yīng)電流流動(dòng)。結(jié)果，即使磁鐵的磁通量到達(dá)加強(qiáng)部件，也可以極大抑制與推力方向相反的力的產(chǎn)生。另外，可避免過度的電流損耗，并可防止馬達(dá)的效率降低。
上面所述的固定部件和可動(dòng)部件可以相反設(shè)置。在線圈組件3、103等用作固定部件時(shí)，很容易將冷卻介質(zhì)提供到線圈組件3和103的中空部分等處，并且提高了無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)散熱措施的效果。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，包括固定部件；及相對(duì)于所述固定部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部件；所述固定部件具有軛鐵(51、151)和固定于所述軛鐵上的永久磁鐵組(60)；所述可動(dòng)部件(2)具有線圈組件(3，30)；所述軛鐵(51、151)具有橫過第一距離彼此面對(duì)并由磁性材料形成的第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)以及連接所述第一和第二相向軛鐵部分第一端的連接軛鐵部分(51C、151C)；所述永久磁鐵組(60)包括被設(shè)置成面對(duì)所述第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)的相向表面的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)，所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組沿所述軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向彼此面對(duì)的磁鐵的磁極彼此不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同；所述線圈組件(3、30)具有至少三個(gè)線圈(3A、3B、3C)，這些線圈被設(shè)置成相對(duì)于所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)沿所述軛鐵的縱向(A1、A2)在所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)之間運(yùn)動(dòng)；所述至少三個(gè)線圈被穩(wěn)固地設(shè)置和纏繞成多層，然后通過粘合劑固定，相鄰線圈的端表面經(jīng)由電絕緣部件彼此連接；所述線圈組件(3、30)在所述相向的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)之間的空間內(nèi)沿所述軛鐵的縱向(A1、A2)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在各個(gè)線圈的橫截面形狀中，面對(duì)所述第一組和第二組永久磁鐵(60A，60B)的長(zhǎng)度(a)長(zhǎng)于垂直于所述第一組和第二組永久磁鐵(60A，60B)的長(zhǎng)度(B)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述可動(dòng)部件還具有配合在所述線圈的實(shí)心部分中的非磁性加強(qiáng)部件(20、120)，及在所述加強(qiáng)部件(20、120)的橫截面形狀中，面對(duì)所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的側(cè)面長(zhǎng)度(a)長(zhǎng)于垂直于所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的側(cè)面長(zhǎng)度(B)。
4.如權(quán)利要求3所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在所述加強(qiáng)部件(20、120)內(nèi)側(cè)形成有使冷卻介質(zhì)流過的孔。
5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在所述加強(qiáng)部件(20、120)內(nèi)側(cè)的孔中形成有散熱翅片。
6.如權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)由鋁或鋁合金制成。
7.如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述可動(dòng)部件(2)還設(shè)置有保持部件(10、110)和所述墊片(25、125)，及被插入所述線圈組件(3、30)中的所述加強(qiáng)部件(20)的兩端經(jīng)由墊片(25、125)由所述保持部件(10)保持。
8.如權(quán)利要求7所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)和所述墊片(25、125)由高導(dǎo)熱率和重量輕的材料形成。
9.如權(quán)利要求8所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)和所述墊片(25、125)由鋁或鋁合金形成。
10.如權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件被設(shè)置成與所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的所述表面隔開精確的距離，借此，入射在所述加強(qiáng)部件表面上的磁通量的密度為所述相向的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的表面中心處的磁鐵的磁通量密度的1/2或更小。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述三個(gè)線圈沿所述軛鐵縱向(A1、A2)的長(zhǎng)度和所述第一組永久磁鐵(60A、60B)的兩個(gè)相鄰磁鐵的長(zhǎng)度相等。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，形成電樞的所述線圈組件(3、30)具有產(chǎn)生相反相位磁場(chǎng)的第一組三相線圈和第二組三相線圈，及對(duì)應(yīng)于所述第一組和第二組三相線圈的不同相位的線圈被設(shè)置成彼此相鄰。
13.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述軛鐵(51、151)具有正方形或矩形橫截面，并且具有由磁性材料形成的第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)以及垂直相交于所述第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)并由磁性材料形成的第三和第三相向軛鐵部分(51C、51D/151C、151D)；所述永久磁鐵組(60)具有被設(shè)置成面對(duì)所述第一和第二相向軛鐵部分的相向表面的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)及被設(shè)置成面對(duì)所述第三和第四相向軛鐵部分的相向表面的第三組和第四組永久磁鐵(60C、60D)；所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組沿所述軛鐵的縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第一組和第二組永久磁鐵的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向的彼此面對(duì)的磁鐵的磁極交替不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同；及所述第三組和第四組永久磁鐵中的每一組沿所述軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第三組和第四組永久磁鐵的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向的彼此面對(duì)的磁鐵的磁極交替不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同。
14.一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，包括固定部件；及相對(duì)于所述固定部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部件；所述可動(dòng)部件具有被設(shè)置在所述軛鐵處的永久磁鐵組(60)；所述固定部件具有線圈組件(3、30)；所述軛鐵(51、151)具有橫過第一距離彼此面對(duì)并由磁性材料形成的第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)以及連接所述第一和第二相向軛鐵部分第一端的連接軛鐵部分(51C、151C)；所述永久磁鐵組(60)包括被設(shè)置成面對(duì)所述第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)的相向表面的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)，所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組沿軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向彼此面對(duì)的磁鐵的磁極彼此不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同；所述線圈組件(3、30)具有至少三個(gè)線圈(3A、3B、3C)，這些線圈被定位在所述相向的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)之間，所述至少三個(gè)線圈被穩(wěn)固地設(shè)置和纏繞成多層，然后由粘合劑固定，相鄰線圈的端表面經(jīng)由電絕緣部件彼此連接；所述可動(dòng)部件具有面對(duì)所述線圈組件(3、30)的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)，并且所述軛鐵(51、151)沿所述線圈組件的縱向(直接作用方向A1、A2)運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求14所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在各線圈的橫截面形狀中，面對(duì)所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的長(zhǎng)度(a)長(zhǎng)于垂直于所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的長(zhǎng)度(B)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述固定部件還具有配合在所述線圈的實(shí)心部分中的非磁性加強(qiáng)部件(20、120)，及在所述加強(qiáng)部件(20、120)的橫截面形狀中，面對(duì)所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的側(cè)面長(zhǎng)度(a)長(zhǎng)于垂直于所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的側(cè)面長(zhǎng)度(B)。
17.如權(quán)利要求16所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在所述加強(qiáng)部件(20、120)內(nèi)側(cè)形成有流過冷卻介質(zhì)的孔。
18.如權(quán)利要求17所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，在所述加強(qiáng)部件(20、120)內(nèi)側(cè)的孔中形成有散熱翅片。
19.如權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)由鋁或鋁合金制成。
20.如權(quán)利要求16至19中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述固定部件還包括保持部件(10、110)和墊片(25、125)，及被插入所述線圈組件(3、30)中的所述加強(qiáng)部件(20)的兩端經(jīng)由所述墊片(25、125)由所述保持部件(10)保持。
21.如權(quán)利要求20所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)和所述墊片(25、125)由高導(dǎo)熱率和重量輕的材料形成。
22.如權(quán)利要求21所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件(20、120)和所述墊片(25、125)由鋁或鋁合金形成。
23.如權(quán)利要求16至22中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述加強(qiáng)部件被設(shè)置成與所述第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)的所述表面隔開精確距離，借此，入射在所述加強(qiáng)部件表面上的磁通量的密度為所述相向的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)表面中心處的磁鐵的磁通量密度的1/2或更小。
24.如權(quán)利要求14至23中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述三個(gè)線圈沿所述軛鐵縱向(A1、A2)的長(zhǎng)度和所述第一組永久磁鐵(60A、60B)的兩相鄰磁鐵的長(zhǎng)度相等。
25.如權(quán)利要求14至24中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，形成電樞的所述線圈組件(3、30)具有產(chǎn)生相反相位磁場(chǎng)的第一組三相線圈和第二組三相線圈，及對(duì)應(yīng)于所述第一組和第二組三相線圈的不同相位的線圈被設(shè)置成彼此相鄰。
26.如權(quán)利要求14至26中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)，其中，所述軛鐵(51、151)具有正方形或矩形的橫截面并且具有由磁性材料形成的第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)以及垂直相于所述第一和第二相向軛鐵部分(51A、51B/151A、151B)并由磁性材料形成的第三和第三相向軛鐵部分(51C、51D/151C、151D)；所述永久磁鐵組(60)具有被設(shè)置成面對(duì)所述第一和第二相向軛鐵部分的相向表面的第一組和第二組永久磁鐵(60A、60B)，及被設(shè)置成面對(duì)所述第三和第四相向軛鐵部分的相向表面的第三組和第四組永久磁鐵(60C、60D)；所述第一組和第二組永久磁鐵中的每一組沿所述軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第一組和第二組永久磁鐵的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向的彼此面對(duì)的磁鐵的磁極交替不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同；及所述第三組和第四組永久磁鐵中的每一組沿所述軛鐵縱向具有多個(gè)磁鐵，在所述第三組和第四組永久磁鐵的多個(gè)磁鐵中，沿所述軛鐵縱向的彼此面對(duì)的磁鐵的磁極交替不同，而沿所述軛鐵縱向的永久磁鐵的磁極相同。
全文摘要
一種無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)具有高剛度和高散熱效果并且重量輕。該無(wú)鐵芯型線性馬達(dá)具有固定部分及活動(dòng)部分，固定部分具有軛鐵和設(shè)置在軛鐵中的永久磁鐵組，活動(dòng)部分可相對(duì)于固定部分運(yùn)動(dòng)并具有組合的線圈體。第一和第二永久磁鐵組的每一永久磁鐵組具有沿軛鐵縱向的磁鐵，將這些磁鐵設(shè)置成使得不同的磁極沿軛鐵縱向交替。另外，在第一和第二永久磁鐵組中，每一相反對(duì)的永久磁鐵具有相同極性。組合線圈體被設(shè)置在第一和第二永久磁鐵組之間，使之可沿軛鐵縱向相對(duì)于第一和第二永久磁鐵組運(yùn)動(dòng)。組合線圈體至少具有三個(gè)以多層方式對(duì)齊和纏繞成中空形式的線圈。優(yōu)選組合線圈體還具有配合于線圈的實(shí)心部分中的非磁性加強(qiáng)部件。
文檔編號(hào)H02K41/03GK1906831SQ200480040668
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者森山毅, 成吉郁馬, 星川朋之 申請(qǐng)人:東芝機(jī)械株式會(huì)社