專利名稱：線性電機(jī)以及它的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種線性電機(jī)以及制造它的方法。
本發(fā)明特別涉及一種線性電機(jī)，其中，一個線圈纏繞在電樞上，上部和下部磁極布置成彼此相對，上部磁極的磁極齒與下部磁極的磁極齒交替布置，本發(fā)明還涉及一種制造該線性電機(jī)的方法。
現(xiàn)有技術(shù)的說明迄今為止，已經(jīng)提出了多種結(jié)構(gòu)的線性電機(jī)。不過，普通的線性電機(jī)構(gòu)成為使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)斷開(cut to open)，并且在很多情況下采用線性驅(qū)動。
在普通線性電機(jī)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)斷開并進(jìn)行線性驅(qū)動，大量磁通在電樞和活動元件之間泄漏，電機(jī)推力相對于激勵電流較小，電機(jī)效率較差。而且，因?yàn)榇盼ρ匾粋€方向作用于電樞和活動元件之間，較大負(fù)載施加在活動元件支承機(jī)構(gòu)上，結(jié)構(gòu)將變形，產(chǎn)生各種故障，且該線性電機(jī)難以實(shí)際使用。
發(fā)明簡介本發(fā)明的目的是提供一種線性電機(jī)，其中，在電樞和活動元件之間的泄漏磁通流減小，以便減小在電樞和活動元件之間產(chǎn)生的單向磁吸引力，本發(fā)明還提供一種制造該線性電機(jī)的方法。
為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供了一種線性電機(jī)，該線性電機(jī)有電樞，該電樞包括由磁性體形成的芯和纏繞在該芯上的繞組；以及活動元件，該活動元件支承為使得該活動元件能夠通過間隙相對于電樞運(yùn)動。該線性電機(jī)包括布置在活動元件上面和下面的磁極齒，該磁極齒沿活動元件的運(yùn)動方向以預(yù)定間距布置，并布置成通過活動元件彼此相對，繞組用于激勵磁極齒，從而使相鄰和相對的磁極齒有不同的磁極。活動元件、磁極齒和繞組構(gòu)成線性電機(jī)，通過根據(jù)預(yù)定控制電路激勵繞組，活動元件相對于電樞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。
換句話說，線性電機(jī)包括電樞和能夠相對于該電樞運(yùn)動的活動元件。該線性電機(jī)還包括一個磁極齒排(teeth row)，該一個磁極齒排與電樞的一個磁極進(jìn)行磁連接，其中，磁極齒的第一和第二級分開，并沿與活動元件運(yùn)動方向基本垂直的方向布置；以及另一磁極齒排，該另一磁極齒排與活動部件的另一磁極進(jìn)行磁連接，其中，磁極齒的第一和第二級分開，并沿與活動元件運(yùn)動方向基本垂直的方向布置。磁極齒排的第一級磁極齒和另一磁極齒排的第一級磁極齒相對于活動部件的運(yùn)動方向交替布置。磁極齒排的第二級磁極齒和另一磁極齒排的第二級磁極齒相對于活動部件的運(yùn)動方向交替布置?；顒釉梢圆贾迷诖艠O齒排的第一級磁極齒以及磁極齒排的第二級磁極齒之間。
附圖的簡要說明

圖1A和1B表示了本發(fā)明的線性電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B是表示線性電機(jī)的磁通流以及由層疊鋼板構(gòu)成的組件的示意圖。
圖3是本發(fā)明的線性電機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖4是表示本發(fā)明的活動元件的另一實(shí)施例的視圖。
圖5是本發(fā)明的線性電機(jī)的剖視圖。
圖6A、6B和6C是本發(fā)明的線性電機(jī)的另一實(shí)施例(No.1)的剖視圖。
圖7A、7B和7C是本發(fā)明的線性電機(jī)的另一實(shí)施例(No.2)的剖視圖。
圖8A、8B和8C表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一實(shí)施例(No.1)。
圖9A、9B、9C、9D和9E表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一圖10是本發(fā)明的電樞的組件的分解圖。
圖11A、11B和11C表示了本發(fā)明的線性電機(jī)中的導(dǎo)管組合。
圖12A、12B和12C表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一實(shí)施例(No.3)的視圖。
圖13A、13B和13C表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一實(shí)施例(No.4)的視圖。
圖14A、14B和14C表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一實(shí)施例(No.5)的視圖。
圖15A、15B和15C表示了本發(fā)明的電樞中的分開芯的另一實(shí)施例(No.6)的視圖。
圖16A、16B和16C表示了本發(fā)明的模制電樞的實(shí)施例的視圖。
圖17A、17B和17C表示了根據(jù)本發(fā)明采用殼體的裝配方法的實(shí)施例的視圖。
圖18表示了制造本發(fā)明的活動元件的實(shí)施例的視圖。
圖19A和19B是表示在本發(fā)明的線性電機(jī)中的三相結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明下面將參考附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施例。而且，在附圖中，以相同參考標(biāo)號表示的構(gòu)成元件彼此相同和相對應(yīng)。
圖1A和1B表示了本發(fā)明實(shí)施例的線性電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。
圖1A表示了本發(fā)明一個實(shí)施例的線性電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。圖1B示意表示了有多個磁極的基本結(jié)構(gòu)的實(shí)例。
在圖1A中，參考標(biāo)號51表示包括第一相對部分的芯，而52表示了包括第二相對部分的芯。在芯51和52中，上部和下部磁極布置為彼此交替。
這時，芯51的上部磁極齒11a和下部磁極齒21b定義為第一相對部分，芯52的下部磁極齒12b和上部磁極齒22a定義為第二相對部分。因此，電樞構(gòu)成為這樣，第(2n-1)個芯成為第一相對部分，第(2n)個芯成為第二相對部分(其中，n＝1、2、3…)。
而且，如圖1A所示，一個繞組4纏繞在芯51和52上，但是該繞組也可以纏繞在芯的多個分開部分上。
活動元件6放置和保持在芯51的第一相對部分之間以及在芯52的第二相對部分之間，且該活動元件6可相對于線性電機(jī)中的電樞進(jìn)行運(yùn)動。這里，電樞由芯和線圈4構(gòu)成，而活動元件由永磁體、磁性本體和非磁性本體構(gòu)成。
而且，在各相對部分的上部磁極齒和下部磁極齒之間布置有恒定間隙8。當(dāng)活動元件通過該間隙8時，形成為這樣的結(jié)構(gòu)，即活動元件由該第一和第二相對部分保持。如上所述，在本實(shí)施例中，在線性電機(jī)的各相對部分中的上部和下部磁極齒之間的間隙中形成電樞，在該電樞中，磁通在上部和下部磁極齒之間交替垂直流動。而且，活動元件通過該間隙相對于電樞運(yùn)動。
圖2A和2B表示了在本發(fā)明的線性電機(jī)中的磁通流的概念的示意圖以及層疊鋼板組件的示意圖。
在上述結(jié)構(gòu)中，如圖2所示，在電樞3的各個相對部分中的上部磁極齒(11a、22a)和下部磁極齒(21b、12b)之間的間隙中形成電樞3，從而使磁通在該上部磁極齒和下部磁極齒之間交替沿垂直方向流動。在該結(jié)構(gòu)中，活動元件6通過該間隙相對于電樞進(jìn)行運(yùn)動。
而且，在本實(shí)施例的線性電機(jī)中，施加在活動元件6和上部磁極齒(11a、22a)上的吸引力與施加在活動元件6和下部磁極齒(21b、12b)上的吸引力基本相同。而且，該吸引力的作用方向彼此相反，因此總吸引力很小。因此，可以使活動元件6和電樞3的磁極齒之間的吸引力變小，并可以減小支承機(jī)構(gòu)的負(fù)載。
在圖2B中，電樞3由層疊鋼板構(gòu)成，在本結(jié)構(gòu)中，多個第一相對部分與多個第二相對部分交替布置。而且，芯部分開，并通過層疊金屬板進(jìn)行裝配，該芯部有纏繞在它上面的電樞3的繞組4以及其中保持有活動元件6的相對部分。
圖3表示了本發(fā)明實(shí)施例的線性電機(jī)的結(jié)構(gòu)的示意圖。
其中，圖3表示了兩個電樞3串聯(lián)布置。繞組激勵變化，同時在A和B相之間設(shè)置90°的電角度相位差。因此，產(chǎn)生前進(jìn)的磁場，并使活動元件6相對于電樞運(yùn)動。
還可以對多個本發(fā)明線性電機(jī)彼此并聯(lián)布置且多個活動元件形成一體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行類似操作。
在布置多個線性電機(jī)的電樞3時，磁極間距設(shè)置為P，彼此相鄰的電樞3的磁極齒之間以及彼此不同的磁極的磁極齒之間的間距為(k*P+P/M){(k＝0、1、2…)，(M＝2、3、4…)}{其中，k是在相鄰電樞3可以布置的范圍內(nèi)自由選定的數(shù)字，M是電機(jī)的相數(shù)}。
另外，盡管在本發(fā)明實(shí)施例中介紹了1相和2相線性電機(jī)，但是本發(fā)明也可用于多相線性電機(jī)，例如3相、4相和5相線性電機(jī)。
圖19A和19B表示了本發(fā)明電樞的3相結(jié)構(gòu)的一個實(shí)施例。
在圖19A和19B中，凸起127安裝在下部殼體120b上，各相的電樞單元以預(yù)定間隔安裝。這有利于各相電樞的裝配。相反，當(dāng)凸起形成于電樞單元上，而在下部殼體120b中形成凹形部分或槽時，也可以實(shí)現(xiàn)相同功能。電樞芯由層疊的鋼板形成，但是也可以模制。
圖4所示的是另一個實(shí)施例，其中，采用了一個柱形活動元件，而不是采用所述的板狀活動元件。
在圖4中，鐵磁體36和非磁體37組合交替安裝在桿35上。而且，可以采用永磁體。而且，圖4表示了根據(jù)活動元件的形狀，電樞芯的形狀有很高的自由度。
圖5是本發(fā)明實(shí)施例的線性電機(jī)的剖視圖。
在圖5中，支承機(jī)構(gòu)14布置在電樞3的側(cè)部，支承機(jī)構(gòu)15布置在活動元件6一側(cè)，并支承可相對于電樞運(yùn)動的活動元件6。因此，活動元件6由支承機(jī)構(gòu)14、15支承，且當(dāng)該活動元件將通過間隙8相對于電樞的運(yùn)動就像該元件穿過一條隧道(tunnel)一樣。
圖6A、6B和6C是本發(fā)明的線性電機(jī)的另一實(shí)施例的剖視圖。
在圖6A至6C中，圖6B中的第二相對部分52與圖6A中的第一相對部分51相反。該相對部分彼此交疊，如圖6C所示。形成于芯中的多個通孔101布置成這樣，在層疊的多個第一和第二相對部分51和52中，交疊部分的通孔彼此對齊。因此，該通孔101可通過螺栓、鉚釘?shù)榷行в糜诰o固這些部分。
圖7A、7B和7C是本發(fā)明的線性電機(jī)的另一實(shí)施例的剖視圖。
在圖7A至7C中，基本的芯形狀與圖6A至6C所示類似，除了臂102伸出到芯外面，以便在該臂中形成多個通孔101。與圖6A至6C類似，圖7B的第二相對部分與圖7A的第一相對部分相反，且該相對部分彼此交疊，如圖7C所示。多個通孔101布置成這樣，在層疊的多個第一和第二相對部分51和52中，交疊部分的通孔彼此對齊。
而且，圖6A至6C中所示的通孔與圖7A至7C所示的通孔進(jìn)行局部組合。
圖8A、8B和8C以及9A、9B、9C、9D和9E示意表示了本發(fā)明的線性電機(jī)中的分開芯的實(shí)施例。
在圖8A至8C中，圖8A表示了上部磁極齒11a和下部磁極齒21b，活動元件保持在它們之間，圖8B表示了芯125，該芯對應(yīng)于繞組芯，而圖8C表示了該齒和芯的組合。
在圖9A至9E中，在上部和下部磁極齒11a和21b中，彼此長度間斷地不同的芯55a層疊，而在芯125中，彼此長度不同的芯55b錯開層疊，以便形成凹形部分，該芯彼此組合，這樣，在上部和下部芯的接觸部分中，凹形部分和凸起進(jìn)行組合。
當(dāng)在上部和下部芯的接觸部分中凹形部分和凸起進(jìn)行組合時，它們可以沿垂直方向和水平方向而彼此壓緊。一個實(shí)施例如圖9E所示。
而且，在緊固分開的上部磁極齒11a、下部磁極齒21b以及芯125的各層疊鋼板的方法中，如圖8B所示，其中形成有凹形部分130的鋼板進(jìn)行層疊，最后將壓力施加在該層疊件上，并對該層疊件進(jìn)行緊固。也可選擇，該層疊件可以通過鉚釘、焊接材料、粘接劑材料等進(jìn)行緊固。
下面將介紹在分開芯中進(jìn)行繞組操作的優(yōu)點(diǎn)。將布置電樞繞組的芯部與包括相對部分的磁極部分的芯制成為一體，活動元件保持在該相對部分中，繞組4纏繞在制成的結(jié)構(gòu)上。這時，繞組需要沿層疊芯部的厚度方向纏繞多次。不過，其中將布置電樞繞組的芯部與包括具有活動元件的相對部分的磁極齒部分的芯制成為分開結(jié)構(gòu)。這時，如圖15所示，繞組4能夠很容易地插入。
圖10是本發(fā)明的線性電機(jī)中的電樞組件的分解圖。
在圖10中，導(dǎo)管110布置在第一相對部分51和第二相對部分52之間，固定部件107穿過通孔101并進(jìn)行緊固。這里，螺栓、鉚釘、銷釘?shù)榷伎梢杂糜诠潭ú考?07。而且，導(dǎo)管110的結(jié)構(gòu)為這樣活動元件6可以自由地相對電樞運(yùn)動，并還構(gòu)成為起到軸承的作用，用于支承活動元件。
圖11A、11B和11C表示了本發(fā)明的線性電機(jī)中的導(dǎo)管110的組合。
在圖11A至11C中，上部導(dǎo)管109與下部導(dǎo)管108a或108b組合，以便形成本實(shí)施例中的導(dǎo)管110a或110b。上部導(dǎo)管109由非磁性體形成，下部導(dǎo)管108a或108b既可以由非磁性體形成，也可以由鐵磁體形成。
圖12A至15C表示了在本發(fā)明的線性電機(jī)中的分開芯的其它實(shí)施例。
圖12A、12B和12C表示了另一實(shí)施例，其中，具有圖7A至7C中所示的基本形狀的芯變化成由層疊鋼板形成的分開芯。
在圖12A至12C中，當(dāng)裝配上部和下部芯部時，可以采用圖9中所示的方法。
圖13A、13B和13C表示了采用固體磁性本體而不是圖12A至12C中所示的層疊鋼板的形狀。
在圖13A至13C中，通孔101可以布置在芯的內(nèi)側(cè)，或者可以布置在伸出臂102上。而且，形成于芯的內(nèi)側(cè)上的通孔101可以與由于該目的而形成于臂102上的通孔進(jìn)行局部組合。上部和下部的芯部件可以利用圖14A、14B和14C所示的固定部件來固定，或者利用焊接材料、粘接劑材料等。
圖14A至14C表示了上部的芯部件通過銼削部件與下部的芯部件嚙合的實(shí)施例。
在圖14A至14C中，安裝在上部的芯部件上的固定部件105a插入到形成于下部的芯部件中的孔105b中。在該結(jié)構(gòu)中，螺栓、小螺釘、銷、鉚釘?shù)榷加米鞴潭ú考?05a。
圖15A、15B和15C表示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，繞組4與上部和下部的芯部件進(jìn)行裝配。
在圖15A至15C中，芯5是與圖5A至5C所示的芯5相同的結(jié)構(gòu)元件。該芯作為由繞組4產(chǎn)生的磁通的芯，還作為上部和下部磁極齒11a、21b的有效磁路。而且，保持在芯5之間的導(dǎo)管108可以為非磁性體或磁性體。圖15C表示了一個實(shí)施例，其中，利用固定部件107使圖15A的部件與圖15B的部件進(jìn)行裝配。
圖16A、16B和16C表示了本發(fā)明的模制電樞的實(shí)施例。
圖16A至16C表示了對由繞組、層疊金屬板和固定材料形成的分開芯部件進(jìn)行裝配以便模制電樞的各個視圖。包括層疊金屬板、繞組和支承機(jī)構(gòu)(未示出)的電樞3進(jìn)行模制。而且，對于電樞3，如圖3所示，該電樞串聯(lián)布置。用于A和B相的各電樞分別模制，或者多相電樞可以一起模制。還有，當(dāng)電樞并聯(lián)布置時，用于A和B相的各電樞分別模制，或者多相電樞可以一起模制。
根據(jù)芯的形狀，電樞3可以形成為方形桿形狀、圓柱形形狀等。活動元件6還可以形成為方形桿形狀、圖4所示的圓柱形形狀等。
而且，在與分開芯部件組合的前述實(shí)施例不同的另一實(shí)施例中，只有某些部件進(jìn)行組合。而且，不管參考標(biāo)號如何，在附圖中所示的線性電機(jī)的各個結(jié)構(gòu)元件可以以交疊方式進(jìn)行組合，且該組合件還可以進(jìn)行模制。
圖17A、17B和17C表示了在本發(fā)明的線性電機(jī)的裝配方法中采用上部和下部殼體部件的實(shí)施例。
在圖17A至17C中，芯的上部殼體部件120a利用固定部件121與下部殼體部件120b進(jìn)行裝配。其中，螺栓、鉚釘、銷釘?shù)榷伎梢杂糜诠潭ú考?21。而且，粘接劑材料、焊接材料等也可以用于該裝配。
圖17A示意表示了裝在芯的兩側(cè)的繞組，圖17B和17C表示了裝在芯的上部和下部的繞組。
如圖17C所示，可以只有上部殼體部件120a利用固定部件121而與下部芯部件125和固定在該芯部件上的臂126進(jìn)行裝配。
圖18表示了用于制造本發(fā)明的線性電機(jī)中的活動元件的實(shí)施例。
在圖18中，通過形成支承機(jī)構(gòu)15和支承件61的樓梯形狀框架，并將磁極布置在框架內(nèi)，從而整體構(gòu)成活動元件6?；顒釉?a是安裝有永磁體的活動元件，活動元件6b是磁阻型活動元件。支承機(jī)構(gòu)15支承為能夠相對于圖5中所示的支承機(jī)構(gòu)14而往復(fù)運(yùn)動。
在上述的本發(fā)明線性電機(jī)中，電樞固定支承，活動元件可運(yùn)動，但是活動元件也可以固定支承，這樣，電樞可相對于該元件運(yùn)動。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在線性電機(jī)中可以縮短磁路的、有效磁通的磁通路徑，并減少磁極齒的泄漏磁通，因此能提高效率，并實(shí)現(xiàn)較高產(chǎn)量。
而且，在本發(fā)明的線性電機(jī)中，因?yàn)樽饔迷诨顒釉?和上部磁極齒上的吸引力與作用在活動元件和下部磁極齒上的吸引力相同。此外，該吸引力施加的方向彼此相反。因此，總吸引力減小。因?yàn)榛顒釉?的磁極齒和電樞3的磁極齒之間的吸引力減小，因此可以減小支承機(jī)構(gòu)的負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明，例如可以減小電樞和活動元件之間的磁泄漏，并能減小在電樞和活動元件之間沿一個方向產(chǎn)生的磁吸引力。
權(quán)利要求
1.一種線性電機(jī)，該線性電機(jī)有電樞，該電樞包括由磁性體形成的芯和纏繞在該芯上的繞組；以及活動元件，該活動元件支承為使得該活動元件能夠通過間隙相對于電樞運(yùn)動，所述線性電機(jī)包括布置在活動元件上面和下面的磁極齒，該磁極齒沿活動元件的運(yùn)動方向以預(yù)定間距布置，并布置成通過活動元件彼此相對；以及繞組用于激勵磁極齒，從而使相鄰和相對的磁極齒有不同的磁極，其中，活動元件、磁極齒和繞組構(gòu)成線性電機(jī)，通過根據(jù)預(yù)定控制電路來激勵所述繞組，活動元件相對于電樞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性電機(jī)，其中當(dāng)布置有多個所述線性電機(jī)的所述電樞，且磁極間距設(shè)置為P時，彼此相鄰的電樞以及彼此不同磁極的磁極齒之間的間距為(K*P+P/M){(k＝0、1、2…)，(M＝2、3、4…)}{其中，k是在相鄰電樞可以布置的范圍內(nèi)自由選定的數(shù)字，M是電機(jī)的相數(shù)}。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性電機(jī)，其中所述電樞以固定方式支承，所述活動元件可運(yùn)動。
4.一種制造如權(quán)利要求1所述包括所述電樞和所述活動元件線性電機(jī)的方法，所述方法包括以下步驟制造多個電樞芯磁性本體，它們相對于所述活動元件相對于所述電樞的運(yùn)動方向而沿垂直方向或水平方向分開；將所述電樞的繞組裝入芯的一部分中；以及將所述分開的電樞芯磁性本體和所述電樞繞組裝配成一體。
5.如權(quán)利要求4所述的、制造包括所述電樞和所述活動元件的線性電機(jī)的方法，還包括以下步驟將磁極布置在包括支承部件的樓梯形框架中，并使所述活動元件與支承機(jī)構(gòu)裝配成一體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種線性電機(jī)以及一種制造該線性電機(jī)的方法，以便減小在電樞和活動元件之間的泄漏磁通流，從而減小在電樞和活動元件之間產(chǎn)生的單向磁吸引力。該線性電機(jī)包括電樞，該電樞包括由磁性體形成的芯和纏繞在該芯上的繞組；以及活動元件，該活動元件支承為使得該活動元件能夠通過間隙相對于電樞運(yùn)動；布置在活動元件上面和下面的磁極齒，該磁極齒沿活動元件的運(yùn)動方向以預(yù)定間距布置，并布置成通過活動元件彼此相對；以及繞組用于激勵磁極齒，從而使相鄰和相對的磁極齒有不同的磁極，且通過根據(jù)預(yù)定控制電路來激勵所述繞組，活動元件相對于電樞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。
文檔編號H02K15/02GK1473386SQ01818297
公開日2004年2月4日 申請日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月6日
發(fā)明者金弘中, 清野博光, 長沼良一, 豐田浩, 牧晃司, 一, 光 申請人:株式會社日立制作所