專利名稱：直線電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直線電機。
背景技術(shù)：
作為動子相對于定子往復(fù)直線運動的直線電機，有的具有多個永磁鐵成列地配置而過程的1個以上的磁極列、和電樞。該電樞具有將多片鋼板疊層的磁芯及多個勵磁線圈。磁芯具有多個極齒，該多個極齒在端部具有在與鋼板的疊層方向垂直的方向沿直線延伸的軛鐵及從該軛鐵向磁極列側(cè)突出且朝向磁極列的磁極面。多個勵磁線圈將多個極齒勵磁。但是，該種直線電機，其具有齒槽應(yīng)力變大的問題。對此，如美國專利第4638192號的圖7所示，提出了以覆蓋磁芯的方式安裝了金屬加工板的直線電機的方案。該金屬加工板，具有沿動子的往復(fù)移動方向從磁芯的兩端部突出的部分。該突出的部分，具有彎曲成圓弧狀的曲面，以便能隨著從各個鄰接的極齒離開而加大與磁極列之間的間隙尺寸。
但是，該直線電機，由于加工金屬板并做成圓弧狀的彎曲面，所以具有難于形成最適合于降低齒槽應(yīng)力的圓弧形狀的問題。此外，由于使用了金屬加工板，所以具有渦流損失增大的問題。此外，具有彎曲面容易因來自外部的力而變形的問題。因此，容易產(chǎn)生質(zhì)量不穩(wěn)定的問題。
專利文獻1美國專利第4638192號(圖7)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種容易將位于由多個極齒構(gòu)成的極齒列的兩端的磁極面形狀形成為適合于降低齒槽應(yīng)力的形狀的直線電機。
本發(fā)明的其他目的在于提供一種直線電機，位于由多個極齒構(gòu)成極齒列的兩端的極齒的磁極面的彎曲面，即使具有相同的寬度尺寸，也具有在磁力上能降低齒槽應(yīng)力的磁阻特性曲線。
本發(fā)明的其他目的在于提供一種可以減少渦流損失的直線電機。
本發(fā)明的其他目的在于提供一種可以減少質(zhì)量偏差的直線電機。
作為本發(fā)明改良對象的直線電機，動子相對于定子往復(fù)直線運動地構(gòu)成。本發(fā)明的直線電機具有磁極列和電樞。磁極列設(shè)置在定子和動子中的一方上，由多個永磁鐵成列地配置而成。電樞設(shè)置在定子和動子中的另一方上，具有磁芯和多相勵磁線圈。磁芯由多片鋼板疊層而成，并且具有沿與鋼板的疊層方向垂直的方向直線延伸的軛鐵、及從該軛鐵向磁極列側(cè)突出且在端部具有與磁極列對向的磁極面的多個極齒。多相勵磁線圈對多個極齒進行勵磁。分別位于由多個極齒構(gòu)成的極齒列的兩端的極齒的磁極面，由被彎曲成隨著從各個鄰接的另外的極齒離開而加大與磁極列之間的間隙尺寸的彎曲面構(gòu)成。這樣，在本發(fā)明中，用疊層鋼板的疊層面形成位于由多個極齒構(gòu)成的極齒列的兩端的極齒的成為彎曲面的磁極面。因此，通過適當?shù)卦O(shè)定多片鋼板的形狀，可以容易地將位于多個極齒的兩端的極齒的磁極面形成為最適合降低齒槽應(yīng)力形狀。此外根據(jù)本發(fā)明，由于利用疊層鋼板形成了彎曲面，所以能減小渦流損失。此外，與以往一張的金屬加工板不同，即使從外部對疊層鋼板施加力，其彎曲面也難于變形，所以能減少質(zhì)量的偏差。
當具有從疊層方向的一方側(cè)看彎曲面時的輪廓形狀呈圓弧形狀的彎曲面時，彎曲面如下所述。若以R作為圓弧的半徑，以τp作為磁極列中的鄰接的兩個永磁鐵中心之間的間距，則最好能滿足1≤R/τp≤3.5關(guān)系地設(shè)定圓弧半徑R。若如此確定圓弧半徑R，則能以簡單地設(shè)計獲得能降低齒槽應(yīng)力的彎曲面。若使R/τp小于1，則不僅不能減小齒槽應(yīng)力，而且會加大齒槽應(yīng)力的偏差。若使R/τp大于3.5則除了加長了電樞的全長以外，還有增加了電樞質(zhì)量等問題。
最好以使通過彎曲面的下側(cè)端部并與磁極列平行地延伸的假想線和通過彎曲面的上側(cè)端部并與假想線垂直的假想垂線的交點、和上述下側(cè)端部之間的長度尺寸(通過下側(cè)端部的垂線與通過上側(cè)端部垂線之間的最短距離)Lt與圓弧的半徑R，滿足0.38≤Lt/R≤0.65的關(guān)系地形成所述彎曲面。若如此地形成彎曲面，則即使不提高電樞的安裝精度，也可以減少齒槽應(yīng)力，并且具有能減小偏差的優(yōu)點。若Lt/R小于0.38則不能減小齒槽應(yīng)力。此外若Lt/R大于0.65則除加長了電樞的全長以外，還有增加電樞質(zhì)量等問題。
平行于磁極列延伸的假想線與通過彎曲面的下側(cè)端部的切線之間的角度α°最好滿足0°≤α°≤10°。若如此地設(shè)定角度α°則即使不提高永磁鐵排列的位置精度，也可以減少齒槽應(yīng)力，并且能減小齒槽應(yīng)力的偏差。若α°大于10°則除了不能減小齒槽應(yīng)力以外，還加大了齒槽應(yīng)力的偏差。
在分別位于極齒列的兩端位置的2個極齒上，可以在磁極面附近形成沿鋼板的疊層方向延伸的一個以上的孔或空洞。并且該孔或空洞可以是通孔，也可以是有底的孔或空洞。通過適當?shù)卮_定孔或空洞的設(shè)置位置及其數(shù)量，即使形成于彎曲面與磁極列之間的間隔尺寸相同，也可以改變極齒內(nèi)的磁阻，并能改變其極齒側(cè)的磁力特性，以減小齒槽應(yīng)力。
此外在一個以上的孔或空洞中，可以配置比鋼板疊層方向厚度尺寸短的磁性體。如此則在極齒的內(nèi)部，與殘留著孔或空洞部分的磁阻相比，磁性體存在部分的磁阻減小。其結(jié)果是，通過適當?shù)馗淖兇判泽w的插入位置，可以改變極齒內(nèi)磁路的磁力特性。通過插入磁性體，不改變極齒的實際外形，例如，可以獲得與由隨著朝向前端(在軛鐵延伸的方向隨著朝離開軛鐵的方向)而寬度變窄的極齒形狀獲得的磁力特性相似的磁力特性。如此的磁力特性，能夠通過在一個以上的孔或空洞的內(nèi)部使空隙殘留于兩端而獲得。如果形成如此的磁力特性，則具有能進一步減小產(chǎn)生于兩端部的極齒上的齒槽應(yīng)力的優(yōu)點。此外，該磁力特性，可以利用孔或空洞的數(shù)量及插入的磁性體的長度及配置位置而任意改變。
最好能沿磁極面排列地形成多個孔或空洞，并且隨著靠近磁極面的上側(cè)端部、且隨著離開磁極列而縮短插入孔或空洞內(nèi)的磁性體的長度。如若如此，則可以獲得與由隨著朝向前端(在軛鐵延伸的方向隨著朝離開軛鐵的方向)而寬度階段性變窄的極齒形狀獲得的磁力特性相似的磁力特性，具有能進一步減小齒槽應(yīng)力的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，能容易形成最適合降低齒槽應(yīng)力形狀的彎曲面。此外，可以減小分別位于多個極齒的兩端的2個極齒的渦流損失。并且，可以防止兩端的極齒的彎曲面的變形，減小質(zhì)量偏差。并且，通過在兩端的極齒上形成孔或空洞，或在這些孔或空洞中插入磁性體，可以不改變磁極面的形狀，而改變兩端部的極齒的磁力特性。所以，根據(jù)本發(fā)明，能容易形成具有適合于降低齒槽應(yīng)力的磁力特性的極齒。


圖1是用于說明實施本發(fā)明的一最佳實施例的直線電機的構(gòu)造的模式圖。
圖2是圖1所示的直線電機中使用的動子的一部分的立體圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的第2實施例的直線電機的構(gòu)造的模式圖。
圖4是圖3所示的直線電機中使用的動子的一部分的立體圖。
圖中1-定子，3-動子，7-磁極列，9-磁芯，10-鋼板，11-勵磁線圈，13-軛鐵，15-極齒，19a-磁極面，19b-彎曲面，23A、23B-通孔(孔或空洞)，25A、25B-磁性體。
具體實施例方式
以下，參照

用于實施本發(fā)明的最佳實施例。圖1是用于說明實施本發(fā)明的一實施例的直線電機的構(gòu)造的模式圖。圖1中表示定子1的一部分和動子3的一部分。如圖1所示，本實施例的直線電機具有定子1及動子3。定子1具有在底板5上設(shè)置有磁極列7的構(gòu)造。磁極列7由多個N極永磁鐵7A及多個S極永磁鐵7B交替排列配置而成。
動子3利用未圖示的支撐機構(gòu)活動自如地支撐在定子1上。如圖2的立體圖所示，動子3具備由磁芯9及多相的勵磁線圈11…構(gòu)成的電樞。磁芯9由多片鋼板10…疊層而成。磁芯9具有沿垂直于鋼板10…的疊層方向呈直線延伸的軛鐵13、從軛鐵13向磁極列7側(cè)突出的多個極齒15…。勵磁線圈11…分別將一部分配置在形成于多個極齒15…的鄰接極齒15、15之間的槽17內(nèi)。根據(jù)如此的結(jié)構(gòu)，多個極齒15…被勵磁線圈11…勵磁。并且，動子3沿永磁鐵7A與永磁鐵7B排列的方向(圖1所示的箭頭A的方向)往復(fù)運動。
分別位于由多個極齒15…構(gòu)成極齒列16的兩端的極齒15A，具有與定子1對向的磁極面構(gòu)成部19、連結(jié)磁極面構(gòu)成部19與軛鐵13的連結(jié)部21。此外，在圖1及圖2上，只表示了位于極齒列16的兩端的一方的極齒15A。動子3的往復(fù)運動方向(箭頭A)上的磁極面構(gòu)成部19的厚度尺寸，被形成的比連結(jié)部21的厚度尺寸厚。因此，磁極面構(gòu)成部19一部分，從連結(jié)部21向磁芯9的外側(cè)方向突出。磁極面構(gòu)成部19，在端部具有與磁極列7對向的磁極面19a。磁極面19a由彎曲面19b構(gòu)成，該彎曲面19b隨著從鄰接的另一個極齒15B離開而加大與磁極列7之間的間隙尺寸地彎曲。彎曲面19b具有從鋼板10…的疊層方向的一方側(cè)看彎曲面19b時呈圓弧形狀的輪廓形狀。如圖1所示，圓弧的半徑R，是將磁極列7中包含的相鄰的兩個永磁鐵7A、7B的中心距為τp時，被設(shè)定為1≤R/τp≤3.5的關(guān)系。并且，彎曲面19b使通過彎曲面19b的下側(cè)端部19c并與磁極列7平行地延伸的假想線L1和通過彎曲面19b的上側(cè)端部19d并與假想直線L1垂直的假想垂線L2的交點C、和下側(cè)端部19c之間的長度尺寸(通過下側(cè)端部的垂線與通過上側(cè)端部垂線之間的最短距離)Lt與上述的圓弧半徑R，滿足0.38≤Lt/R≤0.65的關(guān)系。并且，彎曲面19b使與磁極列7平行延伸的假想線L1和通過彎曲面19b的下側(cè)端部的切線L3之間的角度α°，滿足0°≤α°≤10°。
在磁極面構(gòu)成部19上，在磁極面19a附近形成由沿鋼板10…的疊層方向延伸的兩個通孔23A、23B構(gòu)成的孔或空洞。通孔23A、23B的橫截面為圓形，沿磁極面19a排列地形成。在兩個通孔23A、23B內(nèi)部，分別配置了能插入通孔23A、23B中的圓柱形狀的磁性體25A、25B。磁性體25A、25B均由比磁芯9的磁阻稍高的碳素鋼等構(gòu)成。磁性體25A、25B，具有比鋼板10…的疊層方向厚度尺寸小的尺寸，且被配置在通孔23A、23B的中央部，在通孔23A、23B的兩端留有空隙。在本實施例中，隨著靠近磁極面19a的上側(cè)端部而縮短被插入通孔23A、23B中的磁性體25A、25B的長度。即，被插入磁極面19a的上側(cè)端部附近的通孔23B中的磁性體25B，其長度比插入離開磁極面19a上側(cè)端部的通孔23A中的磁性體25A的長度短。
以下，在本實施例的直線電機中，改變(彎曲面19b的圓弧半徑R)/(永磁鐵7A、7B中心距τp)的數(shù)值，做成了其他構(gòu)造相同的各種直線電機。然后，調(diào)查了在R/τp為0.5時，設(shè)齒槽應(yīng)力及電樞全長分別為100時的R/τp與齒槽應(yīng)力之比及與電樞全長之比的關(guān)系。其結(jié)果如表1所示。
表1


根據(jù)表1可以表明，如果使R/τp低于1，除了不能減小齒槽應(yīng)力以外，還加大了齒槽應(yīng)力的偏差。若將R/τp增加到3.5以上，則加長了電樞全長。
以下，在本實施例的直線電機中，改變(在軛鐵延伸方向上的彎曲面19b的下側(cè)端部與上側(cè)端部之間的長度Lt)/(圓弧半徑R)的數(shù)值，做成了其他構(gòu)造相同的各種直線電機。然后，調(diào)查了Lt/R為0.30時，設(shè)齒槽應(yīng)力及電樞全長分別為100時的Lt/R與齒槽應(yīng)力之比及與電樞全長之比的關(guān)系。其結(jié)果如表2所示。
根據(jù)表2表明，如果Lt/R低于0.38，則不能減小齒槽應(yīng)力。此外，當將Lt/R加大到0.65以上時則增大了齒槽應(yīng)力，加長了電樞全長。
表2


以下，在本實施例的直線電機中，使與磁極列7平行地延伸的假想線L1與通過彎曲面19b下側(cè)端部的切線L3之間的角度α°的數(shù)值不同而做成了其他構(gòu)造相同的各種直線電機。然后，調(diào)查了α°為0時，設(shè)齒槽應(yīng)力為100時的α°與齒槽應(yīng)力之比的確關(guān)系。其結(jié)果如表3所示。
表3


根據(jù)表3表明，如果α°高于10°時，除了不能減小齒槽應(yīng)力之外，還加大了齒槽應(yīng)力偏差。
此外，在本實施例中，在磁極面構(gòu)成部19上形成了兩個通孔23A、23B，并在兩個通孔23A、23B的內(nèi)部分別配置了兩個磁性體25A、25B，但通孔的數(shù)量及配置于內(nèi)部的磁性體的數(shù)量可以是任意的。例如，如圖3所示，也可以在磁極面構(gòu)成部119上只形成1個通孔123。在該通孔123內(nèi)，如圖4所示，配置1個磁性體125。
此外，也可以不將磁性體配置在通孔的內(nèi)部。即，也可以是在磁極面構(gòu)成部只形成通孔的構(gòu)造。
此外，在上述實施例中，形成了橫截面為圓形的通孔作為孔或空洞，但也可以在磁極面構(gòu)成部形成任意形狀的孔或空洞。
此外，在上述實施例中，例示了定子具有磁極列、動子具有電樞的直線電機，但本發(fā)明當然也可以應(yīng)用于定子具有電樞、動子具有磁極列的直線電機。
權(quán)利要求
1.一種直線電機，是動子相對于定子往復(fù)直線運動地構(gòu)成的直線電機，其特征在于具備設(shè)置在所述定子和動子中的一方上、由多個永磁鐵成列地配置而成的一個以上的磁極列，和設(shè)置在所述定子和動子中的另一方上、具有磁芯和多相勵磁線圈的電樞，其中磁芯由多片鋼板疊層而成，并且具有沿與所述鋼板的疊層方向垂直的方向直線延伸的軛鐵、及從所述軛鐵向所述磁極列側(cè)突出且在端部具有與所述磁極列對向的磁極面的多個極齒，多相勵磁線圈對所述多個極齒進行勵磁；分別位于由所述多個極齒構(gòu)成的極齒列的兩端的所述極齒的所述磁極面由彎曲面構(gòu)成，該彎曲面隨著從鄰接的另外的所述極齒離開而加大與所述磁極列之間的間隙尺寸地彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機，其特征在于所述彎曲面，具有從所述疊層方向的一方側(cè)看所述彎曲面時呈圓弧形狀的輪廓形狀，設(shè)所述圓弧的半徑為R，所述磁極列中包含的鄰接的兩個永磁鐵的中心之間的間距為τp時，設(shè)定所述圓弧的半徑R，使?jié)M足1≤R/τp≤3.5的關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直線電機，其特征在于形成所述彎曲面，使通過所述彎曲面的下側(cè)端部并與所述磁極列平行地延伸的假想線和通過所述彎曲面的上側(cè)端部并與所述假想線垂直的假想垂線的交點、和所述下側(cè)端部之間的長度尺寸Lt與所述圓弧的半徑R，滿足0.38≤Lt/R≤0.65的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的直線電機，其特征在于平行于所述磁極列延伸的假想線與通過所述彎曲面的所述下側(cè)端部的切線之間的角度α°滿足0°≤α°≤10°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的直線電機，其特征在于在分別位于所述極齒列的兩端的所述極齒上，在所述磁極面附近形成沿所述鋼板的疊層方向延伸的一個以上的孔或空洞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的直線電機，其特征在于在分別位于所述極齒列的兩端的所述極齒上，在所述磁極面附近形成沿所述鋼板的疊層方向延伸的一個以上的孔或空洞，在所述一個以上的孔或空洞的內(nèi)部，配置著比所述鋼板的疊層方向的厚度尺寸短的磁性體，并在所述一個以上的孔或空洞的兩端留有空隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項所述的直線電機，其特征在于在分別位于所述極齒列的兩端的所述極齒上，在所述磁極面附近形成沿所述鋼板的疊層方向延伸的一個以上的孔或空洞，在所述一個以上的孔或空洞的內(nèi)部，配置著比所述鋼板的疊層方向的厚度尺寸短的磁性體，并在所述一個以上的孔或空洞的兩端留有空隙，所述多個孔或空洞，沿所述磁極面排列地形成，且隨著從所述磁極列離開而縮短插入所述孔或空洞內(nèi)的磁性體的長度。
8.一種直線電機，是動子相對于定子往復(fù)直線運動地構(gòu)成的直線電機，其特征在于具備設(shè)置在所述定子和動子中的一方上、在底板上交替排列配置多個N極永磁鐵及多個S極永磁鐵而成的磁極列，和設(shè)置在所述定子和動子中的另一方上、具有磁芯和多相勵磁線圈的電樞，其中磁芯由多片鋼板疊層而成，并且具有沿與所述鋼板的疊層方向垂直的方向直線延伸的軛鐵、及從所述軛鐵向所述磁極列側(cè)突出且在端部具有與所述磁極列對向的磁極面的多個極齒，多相勵磁線圈的一部分配置在形成于所述多個極齒的鄰接的極齒之間的槽內(nèi)、并對所述多個極齒進行勵磁；位于由所述多個極齒構(gòu)成的極齒列的兩端的所述極齒的所述磁極面由彎曲面構(gòu)成，該彎曲面隨著從鄰接的另外的所述極齒離開而加大與所述磁極列之間的間隙尺寸地彎曲，所述彎曲面，具有從所述疊層方向的一方側(cè)看所述彎曲面時呈圓弧形狀的輪廓形狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直線電機，位于多個極齒(15…)的兩端位置的極齒(15A)的磁極面(19a)，由隨著從鄰接的另一個極齒(15B)離開而加大與磁極列(7)之間的間隙尺寸地彎曲的圓弧狀彎曲面構(gòu)成。在極齒(15A)上，在磁極面(19a)附近形成沿鋼板(10…)的疊層方向延伸的兩個通孔(23A、23B)。在通孔(23A、23B)內(nèi)，配置了比鋼板(10)疊層方向厚度尺寸短的磁性體，并在通孔(23A、23B)的兩端留有空隙。由此，可以容易地將位于多個極齒的兩端位置的極齒的磁極面形狀，形成為適于降低齒槽應(yīng)力的形狀。
文檔編號H02K41/03GK1592051SQ200410074840
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者杉田聰, 三澤康司 申請人:山洋電氣株式會社