專利名稱：線性馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性馬達(dá)，特別涉及作為二相和多相直線脈沖馬達(dá)或無電刷直流線性馬達(dá)工作的線性馬達(dá)。


圖11示出與本發(fā)明相關(guān)的永磁型圓筒狀線性馬達(dá)的縱剖視圖。
在圖11中，上述永磁型圓筒狀線性馬達(dá)定子100的定子鐵心101是將形成環(huán)狀定子齒端部102a的小內(nèi)徑環(huán)狀軛鐵部，扎形成環(huán)狀定子齒底部102b的大內(nèi)徑的環(huán)狀軛鐵部沿軸向交替層疊，從而在上述定子鐵心101的內(nèi)周面上沿軸向以等齒距形成多個由環(huán)狀齒端部102a和環(huán)狀齒底部(槽部)102b構(gòu)成的定子小齒102。
各個環(huán)繞組103，104…110配設(shè)在上述環(huán)狀齒底部(槽部)102b。這些環(huán)狀繞組103，104…110如圖12所示，環(huán)狀繞組103，105，107，109交替地反極性連接形成一相(A相)，環(huán)狀繞組104，106，108，110同樣交替地反極性連接形成另一相(B相)，整體形成二相。上述定子鐵心100由于有這樣的結(jié)構(gòu)，定子100的極距為定子小齒102的齒距的四倍。
動子100的動子鐵心301有圓筒形狀，沿半徑方向充磁成不同極性的永磁極302，以定子小齒102的齒距二倍的間距，沿軸向交替地配設(shè)在其外周面上，結(jié)果，動子300的極距成為定子小齒的齒距的四倍，與上述定子100的極距一致。
配置在定子鐵心101上的上述二相繞組相互之間位于沿軸向錯開定子小齒齒距即定子極距的1/4處，上述線性馬達(dá)成為每次步進(jìn)的基本移動量為該極距的1/4即定子小齒齒輪的二相永磁型圓筒狀直線脈沖馬達(dá)。
然而，上述結(jié)構(gòu)的永磁型圓筒狀直線脈沖馬達(dá)，為連接各環(huán)形繞組103，104…110，在上述磁端部102a和齒底部102b各環(huán)狀軛鐵部的外周部要設(shè)置切口部，從這里將上述各繞級103，104…110的端部引出，還要將它們連結(jié)并存在位于上述切口部的導(dǎo)線引出槽部。這就產(chǎn)生該馬達(dá)裝配的作業(yè)性不良的問題。
收存上述繞組103，104…110的定子小齒102的和齒底部102b的大小取決于定子小齒的齒距，當(dāng)該小齒齒距小時，上述齒底部120b不可能大，由于每相的安培導(dǎo)體數(shù)不能取大，因而有推力低的問題。
上述馬達(dá)由于永磁極配置在動子側(cè)，該馬達(dá)的長度就需要在(動子鐵心軸向長度+沖程長度)以上，所以存在要加長該沖程長度，馬達(dá)的長度就要變長的問題。
上述馬達(dá)是永磁型，原則上能作為無電刷直流馬達(dá)工作，因而就需要另外設(shè)置檢測動子位置的傳感器裝置，所以存在也使馬達(dá)長度變長問題。
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述問題的，繞組的作業(yè)性和馬達(dá)裝配的作業(yè)性都好，而且能與定子小齒齒距無關(guān)地增大存放繞組部分，以小型就能實現(xiàn)高推力，永磁極配置在定子側(cè)的永磁型線性馬達(dá)。
本發(fā)明的另一目的提供一種無須另外附加檢測動子位置的傳感裝置，能廉價形成線性伺服機構(gòu)且能作為無電刷直流馬達(dá)工作的永磁型線性馬達(dá)。
線性馬達(dá)配備有定子和動子，所說的定子有以等傾角向內(nèi)側(cè)呈放射狀配置有偶數(shù)個凸極的定子鐵心和分別纏繞在上述多凸極上的繞組，所說的動子沿軸向可移動自如地支承在該定子內(nèi)，同時有在其外周面上沿軸向配置了多個動子小齒的動子鐵心，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)有如下所述的特征。
1.被以沿軸向交替地不同極性向半徑方向充磁的多個永磁極按等間距配置在上述定子鐵心的上述凸極的內(nèi)周面上，同時上述動子小齒以兩倍于上述永磁極的配置間距的距離配置;上述動子鐵心是將規(guī)定張數(shù)的上述動子鐵心的動子鐵板層疊起來作為動子鐵心單元，以只由配置在上述動子鐵板外周部的小齒排列來決定的角度，順次轉(zhuǎn)動該單元進(jìn)行層疊形成;上述定子凸極，當(dāng)其凸極數(shù)為N個，上述馬達(dá)的相數(shù)為m時，由m組凸極群構(gòu)成，所說的凸極群由相互鄰近的成對的每二個凸極，按均等的720m/N度的角度配置的N/m個凸極組成;分別纏繞在屬于上述多凸極群的(N/m-1)個或(N/m-2)個凸極上的繞組，在構(gòu)成上述對的凸極間極性相反地進(jìn)行連接，在夾著不構(gòu)成上述對的屬于其它凸極群的凸極對并相對的凸極間，極性相同地進(jìn)行連接，構(gòu)成m相的相繞組;多相的與上述凸極群中相的構(gòu)成無關(guān)的剩余的凸極作為傳感電極，檢測出動子的軸向位置和移動方向，能使之作好m相直線脈沖馬達(dá)或者無電刷直流線性馬達(dá)工作。
2.上述定子鐵芯，如相數(shù)m為2，K為大于1的整數(shù)時，有8K個凸極，同時有K組由成(135/K)度角度配置在上述動子鐵板外周部的二個小齒組成的小齒群，上述多小齒群相互成(360/K)度的角度配置，上述動子鐵心是將上述動子鐵心單元順序逐次轉(zhuǎn)動(135/K)度進(jìn)行層疊形成，上述動子鐵心單元的軸向厚度為t時，配置在上述定子鐵心上的永磁極的配置間距是4t。
3.上述定子鐵心，如相數(shù)m為3，K為大于1的整數(shù)量，有12K個凸極，同時有K組由成(150/K)度設(shè)置在上述動子鐵板的外周部的二個小齒組成的小齒群，上述多小齒群相互成(360/K)度配置，上述動子鐵心是將上述動子鐵心單元順序逐次轉(zhuǎn)動(150/K)度進(jìn)行層疊形成，上述動子鐵心單元的軸向金屬為t時，配置在上述定子鐵心上的永磁板的配置間距是6t。
關(guān)于本發(fā)明的作用，上述這樣結(jié)構(gòu)的永磁線性馬達(dá)，由于定子繞組以纏繞在多凸極上的形式設(shè)置在定子圓周方向，所以繞組的作業(yè)性好，而繞組收存部加大與定子小齒齒距無關(guān)，能取多的安培導(dǎo)體數(shù)，能實現(xiàn)高推力的線性馬達(dá)。
由于永磁極設(shè)置在定子側(cè)，所以能無須加長上述馬達(dá)的長度實現(xiàn)長沖程化。
而且，由于能將一部分定子凸極用作檢測動子位置、移動方向的傳感凸極，所以勿須另外設(shè)置以往的編碼器，解貨裝置等位置檢測手段，就能作為無電刷直流線性馬達(dá)工作。
圖1是表示本發(fā)明的線性馬達(dá)的一個實施例的縱剖視圖。
圖2是圖1的定子鐵心的局部放大圖。
圖3是沿圖1的Ⅲ-Ⅲ線剖切的橫剖視圖。
圖4是構(gòu)成動子鐵心的動子鐵板的平面圖。
圖5是從定子側(cè)看的，將圖4的動子鐵板轉(zhuǎn)動規(guī)定角度進(jìn)行層疊時形成的動子小齒部的展開圖。
圖6是定子繞組的接線圖。
圖7是表示本發(fā)明的曲線性馬達(dá)的另一實施例的橫剖視圖。
圖8是構(gòu)成動子鐵心的動子鐵板的平面圖。
圖9是從定子側(cè)看，將圖8的動子鐵板轉(zhuǎn)動規(guī)定角度進(jìn)行層疊形成的動子小齒部的展開圖。
圖10是定子繞組的接線圖。
圖11是已有技術(shù)的永磁型圓筒狀線性馬達(dá)的縱剖視圖。
圖12是圖11的定子鐵心的接線圖。
下面將根據(jù)附圖對所例舉的本發(fā)明的最佳實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是表示本發(fā)明的線性馬達(dá)的一實施例的縱剖視圖，圖2是圖1的定子鐵心的局部放大圖，圖3是從圖1的Ⅲ-Ⅲ線剖切的橫剖視圖。
本實施例表示相數(shù)m＝2，整數(shù)k＝1的情況，因而定子凸極數(shù)N＝8，K＝8。
在圖1-圖3中，定子1由定子鐵心10和定子繞組W1，W2，W3…W8組成。沿其內(nèi)周面的多個永磁極19沿軸向以等間距配置在向定子鐵心10內(nèi)側(cè)以等傾角呈放射狀設(shè)置的偶數(shù)個凸極上，在本實施例是配置在8個凸極11，12，12…18上，該永磁極19的內(nèi)周面的極性是沿半徑方向交替地充磁成N極和S極。
設(shè)置在多凸極11，12，12…18的內(nèi)周面上的上述永磁極19，在軸向相同位置配置成相同極性，設(shè)置在上述軸向相同位置上的該8個永磁極19因有凸極間的開口部而成斷開的圓環(huán)形狀。
其定子繞組W1，W2，W3…W8分別纏繞在上述這8個凸極11，12，13…18上的上述定子鐵心10用框架21，22和圖中未繪出的螺栓等收存而且支承在外殼20內(nèi)。
在定子1內(nèi)的動子3，借助框架21，22，通過軸承23，24來支承并可沿軸向移動自如。沿該軸39的方向有多個動子小齒40(齒端部40a，齒底部40b)以兩部于上述永磁極19的配置距離的間距形成在上述動子3的動子鐵心30的與上述8個凸極11，12，13…18相對的各外周部31，32，33…38上，非磁性材料41充填在該齒底部40b，上述動子鐵心30的外周面加工成簡單的圓筒面。
圖4示出構(gòu)成上述動子鐵心30的動子鐵板42的一個實例。在圖4中43，44是設(shè)置在動子鐵板42的外周部的二個小齒，形成相互成130/K度，即135度(K＝1)的角度配置的一組小齒群。本實施例是K＝1即是一組小齒43，44的情況，而在例如K＝2時，則有二組由成135/K度即67.5度的角度配置的二個小齒組成的小齒群，該兩組小齒群相互成360/K度即180度設(shè)置在外周方向。
圖5是從定子側(cè)看動子鐵心30的外周部31，32，33…38上的動子小齒的情況，這些動子小齒40是層疊規(guī)定板軸的上述動子鐵板42構(gòu)成疊厚為t的動子鐵心單元45后，再將動子鐵心單元45每次轉(zhuǎn)動130/K度，K＝1時為135°進(jìn)行層疊形成的。有陰影線部分表示齒端部40a，無陰影線部分表示齒底部40b。通過順次轉(zhuǎn)動層疊上述動子鐵心單元45，在各外周部31，32，33…38上形成齒距為8t(齒厚2t，齒底層度6t)的小齒40。從而使設(shè)置在上述定子鐵心10上的永磁極19間距成為4t(動子小齒齒距的1/2)。
而且，從圖5可知，以外周部31為基準(zhǔn)時，各外周部小齒40的偏移分別為齒距的在外周部32是3/8，外周部33是6/8，外周部34是9/8(即1/8)，外周35是4/8，外周部36是7/8，外周部37是10/8(即2/8)，外周部38是5/8，相鄰的外周部小齒相互以齒距的3/8的偏移配置。
在圖3中，相互緊挨著的成對的各二個凸極11，12和15，16構(gòu)成以720m/K度即m＝2，N＝8，K＝8時為180度的均勻配置的N/m個即4個為一組的凸極群，同時凸極13，14和17，18構(gòu)成有相同配置關(guān)系的四個為中一組的凸極群，整體上有m＝2組凸極群。
如圖6所示，纏繞在構(gòu)成上述多凸極群的每4個上述凸極中的(N/m-1)個即3個凸極上的，也就是纏繞在凸極11，12，16和凸極13，14，17上的各繞組W1，W2，W6和W3，W4，W7，像圖示那樣連接形成A相和B相，從而構(gòu)成二相馬達(dá)。
各A，B相繞組的構(gòu)成如圖6所示，將纏繞在相鄰成對的凸極11，12上的繞組W1，W2相互極性相反地進(jìn)行連接，將纏繞在其間夾有另一相凸極17，18那樣配置的凸極11，16上的繞組W1，W6同極性地進(jìn)行連接作為A相，同樣，將纏繞在相鄰成對的凸極13，14上的繞組W3，W4相互極性相反地進(jìn)行連接，將纏繞在其間夾有另一相的凸極15，16那樣配置的凸極14，17上的繞組W4，W7同極性地進(jìn)行連接作為B相。
與上述凸極群中的相構(gòu)成無關(guān)的凸極15，18及其繞組W5，W8分別構(gòu)成傳感極SA，SB。
由于是這樣構(gòu)成的，所以上述凸極群的各凸極對11，12;15，16;13，14;17，18有這樣結(jié)構(gòu)，即在被激勵時分別形成閉磁路，多閉磁路沒有公共的磁路部分。
此傳感極SA，SB用圖中未繪出的高頻振蕩器激勵，能檢測出按照動子小齒和傳感極SA，SB的永磁極19的位置關(guān)系而變化的電感。也就是說，在傳感極SA，SB的永磁極19和動子小齒40的齒端部40a相對時電感最大，在傳感極SA，SB的永磁極19和動子小齒40的齒底部40b處于相對量有一間隙位置的電感最小。上述動子小齒40由于像上述那樣沿軸向相位偏移，結(jié)果能產(chǎn)生90度電角度相位偏移的動子位置信號。
因此，利用上述那樣的結(jié)構(gòu)，所以能構(gòu)成內(nèi)裝位置傳感器的二相永磁型圓筒狀的直線脈沖馬達(dá)。這時每次步進(jìn)的基本移動量為動子小齒40的齒距的1/4，即2t(而t是動子鐵心單元45的疊厚)。由于內(nèi)裝能檢測出動子3的位置和移動方向的傳感極SA，SB，所以也能作為無電刷直流伺服馬達(dá)工作。
圖7-圖11示出本發(fā)明的線性馬達(dá)的其它實施例，圖7是與上述實施例中圖3一樣的橫剖視圖。
本實施例示出相數(shù)m＝3，整數(shù)K＝1時，因而定子凸極數(shù)N成為N＝12，K＝12。在本實施例中除下述的說明外，其余均與上述實施例相同。
在圖7中，在其內(nèi)周面上沿軸向的多個永磁極63以等間距設(shè)置在以等傾角向定子鐵心50的內(nèi)側(cè)呈放射狀配置的12個凸極51，52，53…62上，使該永磁極63內(nèi)周面的極性沿半徑方向交替地充磁成N極和S極。定子繞組W51，W52，W53…W62分別纏繞在這12個凸極51，52，53…62的每一個上。
圖8示出構(gòu)成動子鐵心70的動子鐵板71的一個實例。在圖8中，72，73是設(shè)置在動子鐵板71外周部上的二個上齒，構(gòu)成相互成150/K度即150度(K＝1)角度配置的一組小齒群。本實施例是K＝1即上述小齒72，73為一組的情況，而在例如K＝2時，存在二組由成150/K度即75度配置的二個小齒群相互成360/K度即180度形成在外周方向。
圖9是從定子1側(cè)看位于動子鐵心70的外周部81，82，83…92上的動子小齒80的情況，所說的動子鐵心70是將規(guī)定鐵板數(shù)的上述動子鐵板71層疊成疊厚為t的動子鐵心單元74，再將該動子鐵心單元74每次轉(zhuǎn)動150/K度即K＝1時為150度進(jìn)行層疊形成的。有陰影線部分表示齒端部80a，無陰影線部分表示齒底部80b。通過順次轉(zhuǎn)動層疊上述動子鐵心單元74，在各外周部81，82，83…92上形成齒距為12t(齒厚2t，齒底厚度為10t)的小齒。因而配置在上述定子鐵心50上的永磁極63的極距為6t(動子小齒齒距的1/2)。
在圖7中相鄰成對的各二個凸極51，52和57，58以720m/N度即m＝3，N＝12，K＝12時為180度均勻配置，構(gòu)成以N/m個即4個為一組的凸極群，同時凸極53，54極60以及凸極55，56和61，62也同樣配置，構(gòu)成其它的各四個為一組的凸極群，共有m＝3組凸極群。
如圖10所示，纏繞在構(gòu)成上述各凸極群的各4個上述凸極中的(N/m-1)個即各三個凸極51，52，57和55，56，61以及59，60，53上的各繞組W51，W52，W57和W55，W56，W61以及W59，W60，W53像圖示那樣進(jìn)行連接，形成A相、B相和C相，構(gòu)成三相馬達(dá)。
各A，B，C相繞組與上述實施例一樣，像圖10那樣進(jìn)行連接。與上述凸極群中的相構(gòu)成無關(guān)的凸極54，58，62及其繞組W54，W58，W62分別構(gòu)成傳感極SC，SA，SB。
因此利用上述那樣的結(jié)構(gòu)，能構(gòu)成內(nèi)裝位置傳感器的三相永磁型圓筒狀直線脈沖馬達(dá)。這時每次步進(jìn)的基本移動量為動子小齒80的齒距的1/4即3t(t為動子鐵心單元74的疊厚)。由于內(nèi)裝能檢測出動子3的位置和移動方向的傳感極SA，SB，SC，所以也能作為無電刷直流伺服馬達(dá)工作。
本發(fā)明不限于上述實施例中的技術(shù)，也可用能取得同樣效果的其它的手段，本發(fā)明的技術(shù)也能在上述構(gòu)成的范圍內(nèi)進(jìn)行種種變更。
由上述說明可知，按照本發(fā)明的線性馬達(dá)能構(gòu)成二相或三相永磁型直線脈沖馬達(dá)或者無電刷直流永磁型線性馬達(dá)，同時由于各繞組以纏繞在各凸極上的形成沿圓周方向配置在這定子鐵心內(nèi)，能與齒距無關(guān)地增大收存繞組部分，取大的安培導(dǎo)體數(shù)，所以也能構(gòu)成小型高推力的線性馬達(dá)。
由于永磁極設(shè)置在定子側(cè)，所以能不使上述馬達(dá)的長度變長而實現(xiàn)長沖程化，同時由于動子鐵心能通過層疊規(guī)定張數(shù)的動子鐵板作為動子鐵心單元，再將其順轉(zhuǎn)動規(guī)定角度進(jìn)行層疊形成，所以生產(chǎn)性優(yōu)良。
而且由于內(nèi)裝能檢測出動子位置和移動方向的傳感極，無須另外設(shè)置編碼器，解算裝置，就能廉價地形成作為無電刷直流線性馬達(dá)的線性伺服系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種線性馬達(dá)配備有定子和動子，所說的定子有以等傾角向內(nèi)側(cè)呈放射狀配置偶數(shù)個凸極的定子鐵心和分別纏繞在上述多凸極上的繞組，所說的動子沿軸向可移動自如地支承在該定子內(nèi)，該動子還有在其外周面上沿軸向配置有多個動子小齒的動子鐵心，其特征在于被沿軸向交替地不同極性沿半徑方向充磁的多個永磁極按等間距配置在上述定子鐵心的上述凸極的內(nèi)周面上，同時上述動子小齒以兩部于上述永磁板的配置間距的距離配置；上述動子鐵心是將指定片數(shù)的上述動子鐵心的動子鐵板層疊起來作為動子鐵心單元，以只由配置在上述動子鐵板外周部的小齒排列來決定的角度，順序轉(zhuǎn)動層疊該單元形成；上述定子凸極，當(dāng)其凸極數(shù)為N個，上述馬達(dá)的相數(shù)為m時，由m組凸極群構(gòu)成，所說的凸極群由相互鄰近成對的每二個凸極按均等的720m/N度的角度配置的N/m個凸極組成；分別纏繞在屬于上述多凸板群的(N/m-1)個或(N/m-2)個凸極上的繞組，在構(gòu)成上述對的凸極間極性相反地進(jìn)行連接，在夾著不夠成上述對的屬于其它凸極群的凸極對并相對的凸極間同極性地進(jìn)行連接，構(gòu)成m相的相繞組；多相的與上述凸極群中相的構(gòu)成無關(guān)的剩余的凸極作為傳感極，用以檢測出動子的軸向位置和移動方向，能使之作為相直線脈沖馬達(dá)或無電刷直流線性馬達(dá)工作。
2.按照權(quán)利要求1所說的線性馬達(dá)，其特征在于所說的定子鐵心如相數(shù)m為2，K為大于1的整數(shù)時，有8個凸極，同時有K組由成135/K度角度配置在上述動子鐵板外周部的二個小齒組成的小齒群，上述多小齒群相互成360/K度的角度配置，上述動子鐵心是將上述動子鐵心單元順序逐次轉(zhuǎn)動135/K度進(jìn)行層疊形成，上述動子鐵心單元的軸向厚度為t時，配置在上述定子鐵心上的永磁極的配置間距是4t。
3.按照權(quán)利要求1所說的線性馬達(dá)，其特征在于所說的定子鐵心如相數(shù)m為3，K為大于1的整數(shù)量，有12K個凸極，同時有K組由成150/K度設(shè)置在上述動子鐵板外周部的二個小齒組成的小齒群，上述多小齒群相互成360/K度配置，上述動子鐵心是將上述動子鐵心單元順序逐次轉(zhuǎn)動150/K度進(jìn)行層疊形成，上述動子鐵心單元的軸向厚度為t時，配置在上述定子鐵心上的永磁極的配置間距是6t。
全文摘要
本發(fā)明是作為得到高推力輸出的m值直線脈沖馬達(dá)或無電刷直流線性馬達(dá)工作的線性馬達(dá)。此線性馬達(dá)由定子1和沿軸向移動自如的動子3構(gòu)成，所說的定子1有以等傾角配置的偶數(shù)N個凸極11，12…，而且沿軸向有交替地不同極性的多個永磁極配置在該凸極的內(nèi)周面上。上述凸極由m組將相鄰成對的多二個凸極以720m/N度配置的N/m個凸極群組成，屬于多凸極群的(N/m-1)個或(N/m-2)個多凸極的繞組W
文檔編號H02K41/02GK1111415SQ9411538
公開日1995年11月8日 申請日期1994年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月29日
發(fā)明者里見博文, 巖佐孝夫 申請人:東方電機株式會社