专利名称：直线电动机以及工作台进给装置的制作方法
技术领域：
所公开的实施方式涉及直线电动机以及工作台进给装置。
背景技术：
以往公知有如下技术将构成磁场部的永久磁铁的个数设为奇数个，以减轻因直线电动机的小型化引起的磁场轭铁的磁饱和，从而避免所产生的电磁推力的下降。作为与该现有技术相关联的技术，例如有日本特开2000-037070、日本特开2000-341930和日本特开平6-MM80所记载的技术。但是，在现有的直线电动机中，磁场部的永久磁铁为奇数个，因此有时会在磁场部与电枢部之间的磁隙中产生磁通密度的偏差，从而不能得到充分的电动机特性。
发明内容
实施方式的一个形式的目的在于，提供能够得到充分的电动机特性的直线电动机以及进给装置。实施方式的一个形式的直线电动机具有磁场部、电枢部和连接部。磁场部具有第1 磁场轭铁和第2磁场轭铁，该第1磁场轭铁和第2磁场轭铁在长边方向上以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成， 彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁的极性不同。电枢部缠绕有绕组，且被配置在所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间。连接部由磁性体构成，将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁连接。并且，所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。根据实施方式的一个形式，可提供一种能够得到充分的电动机特性的直线电动机以及进给装置。
图1是示出第1实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。图2A和图2B是用于说明第1实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。图3是示出第1实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。图4是示出第2实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。图5是示出第2实施方式中的磁通密度相对于轭铁固定部件的宽度尺寸的变化的曲线图。图6是示出第2实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。图7A和图7B是示出将第1及第2实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。图8是示出第3实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。图9A和图9B是用于说明第3实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。
图10是示出第3实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。图11是示出第4实施方式的直线电动机磁场部的立体图。图12是示出第4实施方式中的磁通密度相对于第1及第2固定部件的宽度尺寸的变化的曲线图。图13是示出第4实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。图14A和图14B是示出将第3及第4实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。图15是示出第5实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。图16是用于说明第5实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。图17是示出第6实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。图18A和图18B是示出将第5及第6实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。
具体实施例方式实施方式的直线电动机具有磁场部、电枢部和连接部。磁场部具有第1磁场轭铁和第2磁场轭铁，该第1磁场轭铁和第2磁场轭铁沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且，所述第1磁场轭铁和第2磁场轭铁被配置成彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁的极性不同。电枢部缠绕有绕组，且被配置在所述第1 磁场轭铁与第2磁场轭铁之间。连接部由磁性体构成，将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁连接。并且，所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。首先，对第1实施方式进行说明。图1是示出第1实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。在图1中，磁场部由以下部分构成一对平板状的磁场轭铁la、Ib ；以及在该磁场轭铁la、lb上沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置的奇数个(在本例中为5个)永久磁铁加 加。此外，配置着构成磁场部的永久磁铁加 加的1对磁场轭铁la、lb通过两个轭铁固定部件3a、3b (磁性体)相连，且连接成该磁场轭铁的与长边方向(图1中的箭头方向)垂直的方向上的一侧的端部被局部地封闭。而且，轭铁固定部件3a、!3b被配置在该磁场轭铁la、lb的长边方向上的两端的对称位置处。另外，图1中的箭头方向表示磁场部的移动方向。图2A和图2B是用于说明第1实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。图2A 是磁场部的主视图，图2B是磁场部的侧视图。另外，图2A和图2B的虚线箭头表示磁通的流向。如图2所示，由于具有将磁场轭铁la、lb局部地连接的轭铁固定部件3a、3b，因此，在磁路中，还形成了经由磁隙而穿过永久磁铁加 加、磁场轭铁la、lb和轭铁固定部件3a、 3b的磁路。因此，对于从未图示的电枢部观察到的磁场部而言，磁场部的两端相对地具有周期性的边界，等同于磁场极数为偶数的情况。如上所示，在第1实施方式中，在构成了永久磁铁加 加的个数为奇数的磁场部的奇数极磁场直线电动机中，在磁场轭铁la、lb上设置有两个轭铁固定部件3a、3b，这两个轭铁固定部件3a、!3b将磁场轭铁la、lb连接成，使得该磁场轭铁的与移动方向垂直的方向的一侧的端部被局部地封闭。由此，能够减少两端的漏磁通，因此，对于从电枢部观察到的磁场部而言，磁场部的两端相对地存在周期性的边界，等同于极数为偶数的情况。
接着，说明第1实施方式的变形例。图3是示出第1实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。在图3中，第1实施方式也可以构成为在轭铁固定部件3a、!3b之间的空间部中设置有作为强度构件的非磁性部件4。这样，能够提供如下的直线电动机该直线电动机既提高了制造性又能保持强度，同时实现了小型化、轻量化和低造价，而且既实现了奇数极磁场又避免了电动机特性的下降。接着，对第2实施方式进行说明。图4是示出第2实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。在图4中，第2实施方式相对于第1实施方式的不同点为使轭铁固定部件3a、!3b的宽度A成为永久磁铁加 加的极间距的长度1 以上。图5是示出第2实施方式中的磁通密度相对于轭铁固定部件的宽度尺寸的变化的曲线图。横轴取轭铁固定部件的宽度尺寸A与磁极间距Rii之比，纵轴取永久磁铁的厚度方向的中央部分中的磁通密度⑴的数值，以此来表示它们的关系。从图5可知，在A/Rii为 1. 0以上时，永久磁铁的磁通密度的偏差量为0. 005以下，因而是稳定的，所以，如果使轭铁固定部件的宽度成为永久磁铁的极间距以上，则能够以最佳程度降低磁场轭铁两端的漏磁
ο此外，第2实施方式的动作基本上与第1实施方式相同，因此省略其说明。由于第2实施方式采用了上述结构，因此与第1实施方式同样，具有将磁场轭铁 la、lb局部地连接的轭铁固定部件3a、3b，不过其中，使该轭铁固定部件的宽度成为永久磁铁加 加的极间距长度以上。由此，与第1实施方式相比进一步减少了两端的漏磁通，而且从电枢部观察到的磁场部的两端相对地存在周期性的边界，从而得到与极数为偶数的情况等同的磁场。接着，说明第2实施方式的变形例。图6是示出第2实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。在图6中， 第2实施方式也可以构成为在配置于磁场轭铁la、lb两端的轭铁固定部件3a、3b与磁场轭铁之间的连接部位处设置有作为强度构件的非磁性部件5。这样，能够提供如下的直线电动机该直线电动机既提高了制造性又能保持强度，同时实现了小型化、轻量化和低造价， 而且既实现了奇数极磁场又避免了电动机特性的下降。接着，对将第1及第2实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子进行说明。图7A和图7B是示出将第1及第2实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。图7A是工作台进给装置的侧剖视图，图7B是工作台进给装置的俯视图。另外，图7B示出了卸下图7A的工作台后的状态，它是沿行进方向从上方观察到的图。 在图7A和图7B中，直线电动机构成为将磁场部6作为定子、将电枢部7作为动子，其中，磁场部6在磁场轭铁la、lb上沿着行进方向相邻地配置有多个永久磁铁( …)，电枢部7是在电枢铁芯8上缠绕电枢绕组10而构成的。此外，在该直线电动机中，沿着行进方向，通过轭铁固定部件3a、!3b将磁场轭铁la、lb的端部局部地封闭。另外，在构成动子的电枢部7 的上表面上隔着电枢安装板12设置有工作台13，动子由设置于固定台14上的直线引导件 11进行滑动支撑。
这样，通过将小型/轻量、且电动机特性的下降程度小的直线电动机应用于工作台进给装置，能够实现高精度的定位进给。另外，在上述实施方式中的第1实施方式(图3的变形例)中，示出了在轭铁固定部件之间的空间部中设置有作为强度构件的非磁性部件的结构。或者，在第2实施方式(图 6的变形例)中，示出了在配置于磁场轭铁两端的轭铁固定部件与磁场轭铁之间的连接部位处设置有作为强度构件的非磁性部件的结构。但是，作为其替代，也可以在第1实施方式中，在轭铁固定部件与磁场轭铁之间的连接部位处设置作为强度构件的非磁性部件，或者在第2实施方式中，在轭铁固定部件之间的空间部中设置作为强度构件的非磁性部件。以上，以磁场侧为中心，对奇数极磁场直线电动机的作为特征的结构、动作、效果进行了详细说明。在具有偶数极永久磁铁的偶数极磁场直线电动机中，以提高推力为目的，在设计上根据与电枢之间的关系，考虑将电枢中的与磁铁列垂直的方向上的齿的长度取值为比齿槽间距大，以提高绕组系数。这里，使用图7B的奇数极磁场对偶数极磁场直线电动机的情况进行说明(齿9的长度相当于符号Ht，齿槽间距相当于符号I3S)。在偶数极磁场直线电动机中，为了将电枢绕组10的铜损抑制得较低，一般采取增大电枢部7的齿槽间距Ps、减小齿9的宽度Bt的方法。但是，当齿9的宽度Bt过窄而偏离于一定范围时，反而可能产生推力饱和的问题。因此，需要在不改变客户要求的直线电动机规格(电枢、磁场尺寸)的状态下，实现不容易发生推力饱和、绕组系数高的直线电动机。但是，在保持电枢部7和磁场部6的尺寸不变的状态下，电枢部7的齿9的宽度Bt是恒定的，作为不容易发生推力饱和而提高绕组系数的手段，有时会采用这样的直线电动机将构成磁场部6的永久磁铁的个数例如从偶数个变更为奇数个来减少磁场极数。在不想改变电枢、磁场尺寸的情况下，如果从偶数极磁场直线电动机替换为奇数极磁场直线电动机，则在以下方面起到了有利的效果无需像偶数极磁场直线电动机那样采取减小齿9的宽度Bt等设计方法，而仅仅通过变更磁场极数 (永久磁铁的个数)，就能够最大限度地降低推力饱和的问题。接着，对第3实施方式进行说明。图8是示出第3实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。第3实施方式的直线电动机具有磁场部和电枢部，将任意一方作为定子，将另一方作为动子。在图8中，作为一例，将磁场部作为动子。此外，为了使说明便于理解，在图8中，分别标注了表示磁场部的移动方向的箭头、和表示与该移动方向垂直的方向(以下称作垂直方向)的箭头。此外，设移动方向的一侧为A侧、另一侧为B侧、垂直方向的一侧为C侧、另一侧为D侧。该移动方向和垂直方向的箭头在后述的一部分附图中也作了标注。第3实施方式的磁场部采用了永久磁铁的个数为奇数个的奇数极磁场。如图8所示，第3实施方式的磁场部具有第1磁场轭铁211、第2磁场轭铁212、第1永久磁铁221a 221e、第2永久磁铁22 222e、第1固定部件231、第2固定部件232。 第1磁场轭铁211由平板状的磁性体构成。第2磁场轭铁212由平板状的磁性体构成。第1磁场轭铁211和第2磁场轭铁212构成一对，且被设置成彼此的一个主面隔着空隙而相对。 第1永久磁铁221a 221e的合计数量为5个，即为奇数个。第1永久磁铁221a 221e沿着移动方向排列在第1磁场轭铁211的一个主面上。并且，第1永久磁铁221a 221e以极性交替不同的方式排列。在图8中，作为一例，第1永久磁铁221a的第2磁场轭铁212侧的极性为N极，第1永久磁铁221b的第2磁场轭铁212侧的极性为S极，第1永久磁铁221c的第2磁场轭铁212侧的极性为N极。此外，第1永久磁铁221d的第2磁场轭铁212侧的极性为S极，第1永久磁铁221e的第2磁场轭铁212侧的极性为N极。第2永久磁铁22 22 的合计数量为5个，即为奇数个。第2永久磁铁22 222e沿着移动方向排列在第2磁场轭铁212的一个主面上。第2永久磁铁22 22 以分别与第1永久磁铁221a 221e相对的方式排列。具体而言，如图8所示，第2永久磁铁 222a与第1永久磁铁221a相对，第2永久磁铁222b与第1永久磁铁221b相对。并且，第 2永久磁铁222c与第1永久磁铁221c相对，第2永久磁铁222d与第1永久磁铁221d相对，第2永久磁铁22 与第1永久磁铁221e相对。此外，第2永久磁铁22 22 所分别具有的第1磁场轭铁211侧的极性不同于分别与第2永久磁铁22 22 相对的第1 永久磁铁的第2磁场轭铁212侧的极性。如果以第2永久磁铁22 为例进行说明，则如图 8所示，第1永久磁铁221a的第2磁场轭铁212侧的极性为N极，因此第2永久磁铁22 的第1磁场轭铁211侧的极性为S极。另外，对于第2永久磁铁222b 22 也同样如此。另外，在上述说明中，将第1永久磁铁和第2永久磁铁的合计数量设为5个，不过， 只要设为奇数个即可，例如，也可以将第1永久磁铁和第2永久磁铁的合计数量设为3个或 7个。第1固定部件231由平板状的磁性体构成。第1固定部件231分别固定于第1磁场轭铁211的第1侧面部211a和第2磁场轭铁212的第1侧面部21 上。由此，第1固定部件231将第1磁场轭铁211与第2磁场轭铁212彼此固定。第1磁场轭铁211的第1 侧面部211a和第2磁场轭铁212的第1侧面部21 分别位于移动方向上的一侧(图8的 A侧)且位于垂直方向上的一侧(图8的C侧)。第2固定部件232由平板状的磁性体构成。第2固定部件232分别固定于第1磁场轭铁211的第2侧面部211b和第2磁场轭铁212的第2侧面部212b上。由此，第1固定部件232将第1磁场轭铁211与第2磁场轭铁212彼此固定。第1磁场轭铁211的第2 侧面部211b和第2磁场轭铁212的第2侧面部212b分别位于移动方向上的另一侧(图8 的B侧)且位于垂直方向上的另一侧(图8的D侧)。以这种方式，将第1固定部件231和第2固定部件232设置在一对磁场轭铁(211、 212)的移动方向上的两端。并且，第1固定部件231和第2固定部件232被设置在关于第 1磁场轭铁211 (或第2磁场轭铁)的一个主面上的中心对称的位置处。此外，第1固定部件231和第2固定部件232的形状是关于第1磁场轭铁211 (或第2磁场轭铁)的一个主面上的中心对称的形状。电枢部具有电枢绕组，在图8中未作图示，该电枢部被设置在第1永久磁铁 221a 221e与第2永久磁铁22 22 之间。在电枢部与第1永久磁铁221a 221e 之间、以及电枢部与第2永久磁铁22 22 之间，分别形成有磁隙。图9A和图9B是用于说明第3实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。图9A是从图8的D侧观察到的磁场部的主视图，图9B是从图8的A侧观察到的磁场部的侧视图。 另外，图9A和图9B的虚线箭头表示磁通的流向。
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如图8所示，在第3实施方式的磁场部中，利用由磁性体构成的第1固定部件231 和第2固定部件232将一对磁场轭铁011、212)的两端彼此固定。因此，除了图9A所示的磁路以外，还新地形成了图9B所示的磁路。如图9B所示，在该新的磁路中，磁通从第1永久磁铁221c 221e经由第1磁场轭铁211、第1固定部件231、第2磁场轭铁212、第2永久磁铁222c 22 而重新返回到第1永久磁铁221c 221e。此外，虽然在图9B中未图示， 但是在该新的磁路中，还形成有如下路径在该路径中，磁通从第1永久磁铁221a 221c 经由第1磁场轭铁211、第2固定部件232、第2磁场轭铁212、第2永久磁铁22 222c 而重新返回到第1永久磁铁221a 221c。因此，磁场部的移动方向上的两端的漏磁通减少，对于从未图示的电枢部观察的磁场部而言，磁场部的两端相对地具有周期性的边界，从而具有与磁场极数为偶数的情况等同的磁场。即，能够减小在电枢部与磁场部之间的磁隙中产生的磁通密度的偏差量。如上所述，根据第3实施方式，通过设置第1固定部件231和第2固定部件232，由此，即使将磁场部设为奇数极磁场，也能够减小在电枢部与磁场部之间的磁隙中产生的磁通密度的偏差量。其结果，即便使磁场部成为奇数极磁场，也能够得到充分的电动机特性。 另外，除了第1固定部件231和第2固定部件232以外，还可以利用作为强度部件的非磁性部件将上述一对磁场轭铁(211、21 彼此固定。图10是示出第3实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。如图10所示，在磁场部中，还增加了第1非磁性部件241和第2非磁性部件M2。第1非磁性部件Ml 被固定在第1磁场轭铁211的位于垂直方向上的一侧(图10的C侧)的除第1侧面部211a 以外的侧面部、和第2磁场轭铁212的位于垂直方向上的一侧(图10的C侧)的除第1侧面部21 以外的侧面部上。由此，第1非磁性部件241将第1磁场轭铁211与第2磁场轭铁212彼此固定。第2非磁性部件242被固定在第1磁场轭铁211的位于垂直方向上的另一侧(图10的D侧)的除第2侧面部211b以外的侧面部、和第2磁场轭铁212的位于垂直方向上的另一侧(图10的D侧)的除第2侧面部212b以外的侧面部上。由此，第2非磁性部件242将第1磁场轭铁211与第2磁场轭铁212彼此固定。利用如图10所示的结构，能够提高制造性，并且实现小型化、轻量化，同时能够保持或提高磁场部的强度。另外，也可以仅设置第1非磁性部件241和第2非磁性部件242中的任意一方。即使在这种情况下，与未设置第1非磁性部件241和第2非磁性部件242两者的情况相比，也能够提高制造性，并且实现小型化、轻量化，同时保持或提高磁场部的强度。接着，对第4实施方式进行说明。图11是示出第4实施方式的直线电动机磁场部的立体图。在图11中，第4实施方式相对于第3实施方式的不同点为使第1固定部件231、第2固定部件232的宽度X成为第1永久磁铁221a 221e的磁极间距的长度Rn以上。以下，仅以不同点为中心进行说明。如上所述，将第1固定部件231、第2固定部件232的宽度X设定为第1永久磁铁 221a 221e的磁极间距的长度Rn以上。另外，第1永久磁铁221a 221e的磁极间距的长度Pm也是第2永久磁铁22 22 的磁极间距的长度。此外，优选第1和第2固定部件231和232的宽度X为第1磁场轭铁211和第2磁场轭铁212的移动方向上的宽度以下。图12是示出第4实施方式中的磁通密度相对于第1及第2固定部件的宽度尺寸的变化的曲线图。在图12的曲线图中，横轴取宽度尺寸X与磁极间距Rii之比，纵轴取第1 永久磁铁221a的厚度方向的中央部分中的磁通密度(T)的数值，以此来表示它们的关系。 从图12可知，在X/Rii为1.0以上时，第1永久磁铁221a的磁通密度的偏移量为0. 005以下，是稳定的。因此，如果将第1和第2固定部件231和232的宽度X设定为磁极间距Rn 以上，则能够以最佳程度降低磁场部两端的漏磁通。由于第4实施方式采用了上述结构，因此与第3实施方式相比，能够进一步减少两端的漏磁通。其结果，能够进一步减小在电枢部与磁场部之间的磁隙中产生的磁通密度的偏差量，能够得到更充分的电动机特性。另外，还可以针对上述第4实施方式的磁场部进一步设置作为强度构件的由非磁性体构成的抵接部件2 25d。图13是示出第4实施方式的变形例的直线电动机的磁场部的立体图。在图13中， 抵接部件2 25d为三棱柱状，由非磁性体构成。抵接部件2 被配置成，从垂直方向上的另一侧(图13的D侧)起、以覆盖第1磁场轭铁211和第1固定部件231的直角状的连接部位的方式，与第1磁场轭铁211及第1固定部件231两者抵接。抵接部件2 被设置成，从垂直方向上的另一侧(图13的D侧)起、以覆盖第2磁场轭铁212和第1固定部件 231的直角状的连接部位的方式，与第2磁场轭铁212及第1固定部件231两者抵接。抵接部件25c被设置成，从垂直方向上的一侧(图13的C侧)起、以覆盖第1磁场轭铁211和第2固定部件232的直角状的连接部位的方式，与第1磁场轭铁211及第2固定部件232 两者抵接。抵接部件25d被设置成，从垂直方向上的一侧(图13的C侧)起、以覆盖第2 磁场轭铁212和第2固定部件232的直角状的连接部位的方式，与第2磁场轭铁212及第 2固定部件232两者抵接。利用图13所示的结构，能够提高制造性，并且实现小型化、轻量化，同时能够保持或提高磁场部的强度。另外，也可以仅设置抵接部件25a 25d中的任意一个。即使在这种情况下，与完全未设置抵接部件2 25d的情况相比，也能够提高制造性，并且实现小型化、轻量化，同时能够保持或提高磁场部的强度。另外，可以将图13所示的第4实施方式的变形例应用于第3实施方式。反之，也可以将图10所示的第3实施方式的变形例应用于第4实施方式。此外，第3和第4实施方式的直线电动机可用于例如机床、半导体制造装置等FA 设备的工作台进给装置。接着，对将第3及第4实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子进行说明。图14A和图14B是示出将第3及第4实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。图14A是工作台进给装置的侧剖视图，图14B是工作台进给装置的俯视图。另外，图14B是沿图14A的线EE的剖视图。此夕卜，在图14A和图14B的例中，应用了第3实施方式的直线电动机。在图14A和图14B中，直线电动机具有磁场部沈和电枢部27。在图14A和图14B 的例子中，磁场部沈是动子，电枢部27是定子。另外，图14B所示的箭头表示磁场部沈的移动方向。磁场部26具有图8所示的结构，从而省略详细的说明。电枢部27具有电枢铁芯观和电枢绕组30。电枢绕组30安装于电枢铁芯观的齿四上。如图14A和图14B所示，电枢部27穿过磁场部沈的内部(第1永久磁铁221a 221e与第2永久磁铁22 222e之间)。电枢部27被设置成隔着磁隙分别与第1永久磁铁221a 221e和第2永久磁铁22 22 相对。在磁场部沈的上表面(第1磁场轭铁211的另一个主面)上设置有工作台32。工作台32由设置于固定台33上的直线引导件31以可滑动的方式进行支撑。这样，通过将能够得到充分的电动机特性的直线电动机应用于工作台进给装置，能够实现高精度的定位进给。在具有偶数个永久磁铁的偶数极磁场直线电动机中，以提高推力为目的，在设计上根据与电枢之间的关系，考虑将电枢中的与磁铁列垂直的方向上的齿的长度取值为比齿槽间距大，以提高绕组系数。另一方面，为了将电枢绕组的铜损抑制得较低，需要减小与磁铁列平行的方向上的齿的宽度。使用图14B来说明该情况。在图14B中，齿的长度相当于符号Ht，齿槽间距相当于符号1^。为了将电枢绕组30的铜损抑制得较低，一般采取增大电枢部27的齿槽间距1^、减小齿宽Bt的方法。但是，当齿宽Bt过窄而偏离于一定范围时，反而可能产生推力饱和的问题。因此，需要在客户要求的直线电动机规格(电枢部、磁场部的尺寸)不变的状态下，实现不容易发生推力饱和、绕组系数高的直线电动机。但是，在保持电枢部27和磁场部沈的尺寸不变的状态下，电枢部27的齿宽Bt是恒定的，作为不容易发生推力饱和而提高绕组系数的手段，有时会采用这样的直线电动机将构成磁场部沈的永久磁铁的个数例如从偶数个变更为奇数个来减少磁场极数。在不想改变电枢部、磁场部的尺寸的情况下，如果从偶数极磁场直线电动机替换为奇数极磁场直线电动机，则在以下方面起到了有利的效果无需像偶数极磁场直线电动机那样采取减小齿宽Bt等设计方法，而仅仅通过变更磁场极数(永久磁铁的个数)，就能够最大限度地降低推力饱和的问题。接着，对第5实施方式进行说明。图15是示出第5实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。第5实施方式的直线电动机具有作为磁场部的磁场部46 (参照图18A和图18B)和作为电枢部的电枢部47 (参照图18A和图18B)。磁场部46具有矩形平板状的第1磁性部件41a和矩形平板状的第2 磁性部件41b。一对平板状的作为磁场轭铁的第1磁性部件41a和第2磁性部件41b被配置成彼此大致平行。第1磁性部件41a和第2磁性部件41b的长边方向是与电枢部47相对于磁场部46进行相对移动的移动方向(图15中的箭头方向)相同的方向。在第1磁性部件41a上，沿着移动方向交替地排列设置有磁化方向不同的奇数个 (在第5实施方式中为5个)永久磁铁4 42e。同样，在第2磁性部件41b上，也是沿着移动方向交替地排列设置有磁化方向不同的奇数个(在第5实施方式中为5个)永久磁 ^ 42a 42e。在电枢部47上缠绕着电枢绕组50 (参照图18A和图18B)。电枢部47被配置在第 1磁性部件41a与第2磁性部件41b之间。第1磁性部件41a和第2磁性部件41b被配置成，永久磁铁4 4 分别相对、 且相对的永久磁铁的极性不同。利用磁性体的连接部件60a、60b将第1磁性部件41a与第 2磁性部件41b的长边方向的两个侧面连接。在第5实施方式的直线电动机中，构成为通过对电枢绕组50进行通电，由此使电枢部47相对于磁场部46进行相对移动。连接部件60a、60b呈具有开口部(参照图16)的大致“U”字形状，其开口部64作为避免与在移动方向上移动的电枢部47发生干涉的干涉避免部发挥功能。下面对连接部件60a、60b的形状进行详细叙述。即，连接部件60a、60b具有沿着第1磁性部件41a的短边方向设置的棱柱状的磁性体的第1连接部61a、61b ；沿着第2磁性部件41b的短边方向设置的棱柱状的磁性体的第2连接部62a、62b。此外，连接部件60a、 60b具有棱柱状的磁性体的第3连接部63a、63b，该第3连接部63a、6;3b将第1连接部61a、 61b与第2连接部62a、62b的长边方向上相同方向的端部连接。接着，对第5实施方式的直线电动机中的磁通分布进行说明。图16是用于说明第5实施方式的磁场部中的磁通分布的示意图。另外，图16的虚线箭头表示磁通的流向。如图16所示，本实施方式的直线电动机具有将磁性部件41a、 41b局部地连接的磁性体的连接部件60a、60b，因此在磁路中，还形成了经由磁隙而穿过永久磁铁4 42e、磁性部件41a、41b和连接部件60a、60b的磁路。因此，作为磁场部的磁场部46的移动方向上的两端的漏磁通减少，这里，对于从未图示的电枢部47观察的磁场部 46而言，同样是磁场部46的两端相对地具有周期性的边界。由此，因磁性部件41a、41b两端的永久磁铁42a、42e的作用而与电枢部47交链的磁通分布等同于因中央部的永久磁铁 42b、42c、42d的作用而与电枢部47交链的磁通分布。由此，能够减小在作为电枢部的电枢部47与作为磁场部的磁场部46之间的磁隙中产生的磁通密度分布的偏差量。如上所述，在第5实施方式中，在构成了永久磁铁4 4 的个数为奇数的磁场部46的奇数极磁场直线电动机中，在磁性部件41a、41b上设置有两个连接部件60a、60b， 这两个连接部件60a、60b以将磁性部件41a、41b的长边方向的端面封闭的方式将磁性部件 41a、41b连接。由此，两端的磁通可通过两个连接部件60a、60b而向移动方向的中心侧返回。由此，对于从电枢部47观察到的磁场部46而言，同样是在磁场部的两端相对地存在周期性的边界。由此，能够得到磁性部件41a、41b的两端部磁铁的磁通分布与中央部磁铁的磁通分布相同的磁场。S卩，根据第5实施方式，通过设置两个连接部件60a、60b，由此，即便使磁场部成为奇数极磁场(将永久磁铁设为奇数个)，也能够减小在电枢部与磁场部之间的磁隙中产生的磁通密度的偏差量。其结果，即便使磁场部成为奇数极磁场，也能够得到充分的电动机特性。由此，能够提供高性能的直线电动机。接着，对第6实施方式进行说明。图17是示出第6实施方式的直线电动机的磁场部的立体图。在图17中，第6实施方式是在第5实施方式中，增加了包含后述的各种部件在内的至少一个部件。在第6实施方式的直线电动机中，连接部件60a、60b具有对连接部件60a、60b进行加强的磁性体或非磁性体的加强部45。作为加强部45的例子，可例举三棱柱形状的肋， 但不限于此，只要是能够加强连接部件60a、60b的强度的部件即可。此外，在第6实施方式的直线电动机中设置成，在第1磁性部件41a和第2磁性部件41b的短边方向的侧面及长边方向(移动方向)的两侧分别隔开了间隔。此外，第6实施方式的直线电动机具有连接第1磁性部件41a与第2磁性部件41b的磁性体的第2连接部件43a和磁性体的第3连接部件43b。第2连接部件43a和第3连接部件43b也作为对轭铁进行固定的轭铁固定部件发挥作用。
这里，第2连接部件43a与第3连接部件4 为彼此对称的形状，且以磁性部件 41a、41b的长边方向(直线电动机的移动方向)上的中心线为线对称轴而设置在彼此对称的位置处。利用该对称性，能够确保直线电动机的强度平衡和磁平衡。这里，第6实施方式的直线电动机具有非磁性体的第4连接部件44，该第4连接部件44设置于第2连接部件43a与第3连接部件4 之间，连接第1磁性部件41a和第2磁性部件41b。如果用强化塑料等轻量且高刚性的非磁性体材料形成第4连接部件44，则能够同时实现直线电动机的高刚性化和轻量化。另外，不一定必须具有加强部45、第2连接部件43a、第3连接部件43b、第4连接部件44所有这些部件，只要具有这些部件内的任意一个或任意组合即可。此外，第2连接部件43a、第3连接部件43b、第4连接部件44可以由磁性体和非磁性体中的任意一种材料形成。由此，除了与第1实施例同样的效果以外，还能够得到可提高直线电动机的刚性的特殊效果。例如，也可以仅设置非磁性体的第2连接部件43a。此时，可以将第2连接部件43a 设置于磁性部件41a、41b的长边方向上的任何位置处，不过，当使其位于磁性部件41a、41b 的长边方向上的中央部附近时，能够确保直线电动机的强度平衡，因此是优选的。此外，也可以仅设置磁性体的第2连接部件43a。此时，将第2连接部件43a的长边方向尺寸与磁性部件41a、41b的长边方向尺寸设为大致相同。或者，使长边方向尺寸比磁性部件41a、41b的长边方向尺寸短的第2连接部件43a位于磁性部件41a、41b的长边方向上的中央部附近。此时，磁性体的第2连接部件43a以磁性部件41a、41b的长边方向(直线电动机的移动方向)上的中心线为线对称轴而对称地设置。利用该对称性，能够确保强度平衡和磁平衡。此外，也可以在第2连接部件43a的长边方向上的中央部附近设置贯通孔等对称形状的开口。由此，能够同时确保直线电动机的刚性提高和强度平衡以及磁平衡， 并且能够得到直线电动机的轻量化、散热性提高等效果。接着，对将第5及第6实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子进行说明。图18A和图18B是示出将第5及第6实施方式的直线电动机应用于机床的工作台进给装置的例子的图。图18A是工作台进给装置的侧剖视图，图18B是工作台进给装置的俯视图。这里进行详细叙述，图18B示出了卸下图18A的工作台后的状态，它是沿着行进方向从上方观察到的图。从该图可知，在设置于电枢铁芯48上的齿49上缠绕有电枢绕组 50。并且，以齿槽间距I3S设置有多个齿宽为Bt且齿长为Ht的齿49。另一方面，永久磁铁 42a 42e以磁极间距Rn进行设置。图18A和图18B所示的工作台进给装置具备具有凹部且截面为大致“U”字形状的基座部件M ；以及截面大致为“U”字形状的设置于基座部件M两侧的直线引导件51。 此外，工作台进给装置具有工作台53，该工作台53与直线引导件51连接，由直线引导件51 在移动方向(磁性部件41a、41b的长边方向)上进行引导。磁场部46和电枢部47的结构与已经说明的直线电动机的结构大致相同。另外，图18B中的箭头方向表示工作台53的移动方向。在图18A和图18B所示的工作台进给装置中，磁场部46被连接在基座部件M的凹部中，并且，电枢部47经由安装部件52被连接在工作台53上。因此，在该工作台进给装置中，通过对电枢绕组50进行通电，使得工作台53沿移动方向(磁性部件41a、41b的长边方向)进给。另外，也可以将磁场部46连接到工作台53上，并且经由安装部件52将电枢部47 连接到基座部件讨的凹部中。这样，通过将高性能的直线电动机应用于工作台进给装置，能够提供高性能的工作台进给装置，能够实现高精度的定位进给。以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，对于本领域技术人员来说，能够在不脱离本发明主旨的范围内从上述实施方式进行适当变更，此外，还可以将上述实施方式和变更例的方法适当地组合来进行利用。即，显然，实施了这样的变更等的技术也包含在本发明的技术范围内。
权利要求
1.一种直线电动机，该直线电动机具有磁场部，其具有第1磁场轭铁和第2磁场轭铁，该第1磁场轭铁和第2磁场轭铁沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且，所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁的极性不同；电枢部，其缠绕有绕组，且被配置在所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间；以及连接部，其由磁性体构成，将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁连接，其中，通过对所述绕组进行通电，使得所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。
2.根据权利要求1所述的直线电动机，其中，所述连接部具有固定部件，该固定部件将所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的与长边方向垂直的方向上的一个端部彼此局部地连接。
3.根据权利要求2所述的直线电动机，其中，所述固定部件将所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的位于长边方向上两端的对称位置处的端部彼此连接。
4.根据权利要求2或3所述的直线电动机，其中，所述固定部件在所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向上的宽度为所述永久磁铁的极间距长度以上。
5.根据权利要求2或3所述的直线电动机，其中，该直线电动机还具有非磁性部件，该非磁性部件作为强度构件而设置在所述固定部件与所述第1磁场轭铁彼此垂直的连接部位处以及所述固定部件与所述第2磁场轭铁彼此垂直的连接部位处。
6.根据权利要求3所述的直线电动机，其中，该直线电动机还具有非磁性部件，该非磁性部件作为强度构件而设置在配置于所述第 1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的两端的所述固定部件之间的空间部中。
7.根据权利要求1所述的直线电动机，其中，所述连接部具有第1固定部件，其将所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的位于长边方向上的一侧且位于与该长边方向垂直的方向上的一侧的第1侧面部彼此连接，由此将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁彼此固定；以及第2固定部件，其将所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的位于长边方向上的另一侧且位于与该长边方向垂直的方向上的另一侧的第2侧面部彼此连接，由此将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁彼此固定。
8.根据权利要求7所述的直线电动机，其中，所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成，使得所述第1磁场轭铁的配置有永久磁铁的一个主面与所述第2磁场轭铁的配置有永久磁铁的一个主面相对，所述第1固定部件和所述第2固定部件设置在关于所述第1磁场轭铁的一个主面上的中心对称的位置处，所述第1固定部件和所述第2固定部件的形状关于所述第1磁场轭铁的一个主面上的中心对称。
9.根据权利要求7所述的直线电动机，其中，所述第1固定部件和所述第2固定部件在所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向上的宽度为永久磁铁的极间距长度以上。
10.根据权利要求7、8或9所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有第1非磁性部件，该第1非磁性部件将位于与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的一侧的、所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的除第1侧面部以外的侧面部彼此连接。
11.根据权利要求10所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有第2非磁性部件，该第2非磁性部件将位于与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的另一侧的、所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的除第2侧面部以外的侧面部彼此连接。
12.根据权利要求7、8或9所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有非磁性部件，该非磁性部件将位于与所述第1磁场轭铁和所述第2 磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的另一侧的、所述第1磁场轭铁和第2磁场轭铁的除第 2侧面部以外的侧面部彼此连接。
13.根据权利要求7、8或9所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有第1抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的另一侧起、以覆盖所述第1磁场轭铁与所述第 1固定部件之间的连接部位的方式，与所述第1磁场轭铁及所述第1固定部件两者抵接；以及第2抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的另一侧起、以覆盖所述第2磁场轭铁与所述第 1固定部件之间的连接部位的方式，与所述第2磁场轭铁及所述第1固定部件两者抵接。
14.根据权利要求13所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有第3抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的一侧起、以覆盖所述第1磁场轭铁与所述第2 固定部件之间的连接部位的方式，与所述第1磁场轭铁及所述第2固定部件两者抵接；以及第4抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向垂直的方向上的一侧起、以覆盖所述第2磁场轭铁与所述第2 固定部件之间的连接部位的方式，与所述第2磁场轭铁及所述第2固定部件两者抵接。
15.根据权利要求7、8或9所述的直线电动机，其中，所述磁场部还具有第1抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述移动方向垂直的方向上的一侧起、以覆盖所述第1磁场轭铁与所述第2固定部件之间的连接部位的方式，与所述第1磁场轭铁及所述第2固定部件两者抵接；以及第2抵接部件，其是由非磁性体构成的部件，且被设置成，从与所述移动方向垂直的方向上的一侧起、以覆盖所述第2磁场轭铁与所述第2固定部件之间的连接部位的方式，与所述第2磁场轭铁及所述第2固定部件两者抵接。
16.根据权利要求1所述的直线电动机，其中，所述连接部具有连接部件，该连接部件将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁的长边方向上的两个侧面彼此连接。
17.根据权利要求16所述的直线电动机，其中， 所述连接部件具有开口部。
18.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中， 所述连接部件为大致U字形状。
19.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中， 所述连接部件具有加强该连接部件的加强部。
20.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中， 所述连接部件具有棱柱状的第1连接部，其沿着所述第1磁场轭铁的短边方向设置； 棱柱状的第2连接部，其沿着所述第2磁场轭铁的短边方向设置；以及棱柱状的第3连接部，其连接所述第1连接部与所述第2连接部的长边方向上相同方向的端部。
21.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中，该直线电动机还具有第2连接部件和第3连接部件，该第2连接部件和第3连接部件设置于所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的短边方向的侧面以及所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向的两侧，将该第1磁场轭铁与该第2磁场轭铁连接。
22.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中， 该直线电动机还具有第2连接部件和第3连接部件，它们设置于所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的短边方向的侧面以及所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向的两侧，将该第1 磁场轭铁与该第2磁场轭铁连接；以及第4连接部件，其设置于所述第2连接部件与所述第3连接部件之间，将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁连接。
23.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中，该直线电动机还具有非磁性体的第2连接部件，该第2连接部件设置于所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的短边方向上的侧面，将该第1磁场轭铁与该第2磁场轭铁连接。
24.根据权利要求16或17所述的直线电动机，其中，该直线电动机还具有磁性体的第2连接部件，该第2连接部件设置于所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的短边方向上的侧面，且以所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向上的中心线为线对称轴而对称设置，将该第1磁场轭铁与该第2磁场轭铁连接。
25.一种直线电动机，该直线电动机具有磁场部，其具有第1磁场轭铁和第2磁场轭铁，该第1磁场轭铁和第2磁场轭铁沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且，所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁的极性不同； 电枢部，其缠绕有绕组，且被配置在所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间；以及形成如下磁路的单元，该磁路经由所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间的磁隙而穿过所述第1磁场轭铁的永久磁铁和所述第2磁场轭铁的永久磁铁，其中，通过对所述绕组进行通电，使得所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。
26. —种工作台进给装置，该工作台进给装置具有直线电动机、工作台和直线引导件， 所述直线电动机具有磁场部，其具有第1磁场轭铁和第2磁场轭铁，该第1磁场轭铁和第2磁场轭铁沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且，所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁的极性不同； 电枢部，其缠绕有绕组，且被配置在所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间；以及连接部，其由磁性体构成，将所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁连接， 所述工作台设置在所述磁场部和所述电枢部中的任意一方上， 所述直线引导件以使所述工作台能够在所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁的长边方向上移动的方式支撑该工作台，所述直线电动机通过对所述绕组进行通电，使得所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。
全文摘要
本发明提供直线电动机以及工作台进给装置。实施方式中的直线电动机具有磁场部、电枢部和连接部。磁场部具有第1磁场轭铁和第2磁场轭铁，它们沿着长边方向以极性交替不同的方式排列配置有奇数个永久磁铁，并且所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁被配置成彼此的永久磁铁相互面对、且相互面对的永久磁铁极性不同。电枢部上缠绕有绕组，且该电枢部被配置在所述第1磁场轭铁与所述第2磁场轭铁之间。连接部由磁性体构成，将所述第1磁场轭铁和所述第2磁场轭铁连接。并且，所述磁场部和所述电枢部中的任意一方相对于另一方进行相对移动。
文档编号B23Q5/28GK102195437SQ201110053649
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月7日 优先权日2010年3月11日
发明者川原敦志, 永松清刚, 汤川和哉 申请人:株式会社安川电机