圆柱型直线电机用动子的制作方法

专利名称：圆柱型直线电机用动子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在圆柱型直线电机的定子内做往复直线运动的圆柱 型直线电机用动子。
背景技术：
以前，圆柱型直线电机用动子的动子芯，由于磁通量的通路的关系， 采用以固定动子芯的直动轴的直径方向为叠层方向叠层硅钢板的叠层构 造。这种叠层构造公布在特开2000—236653的图6中。另外，特开2002 — 359962中公布了本申请人以前所提案的圆柱型直线电机的构造。该以前的 申请的图中所示的圆柱型直线电机中，在动子的棱柱状磁铁安装部上设置 有永磁铁列。
专利文献1特开2000—236653 (图6)
专利文献2特开2002—359962
以前的动子芯中，为了降低涡流损耗而采用上述的叠层构造。然而从 特开2002—359962的实施例中来看，在有些工作条件下，即使不采用钢板 叠层构造的动子芯也不会发生实质性问题。在考虑实际上的动子芯的批量 生产的情况下，特开2000—236653的图6中所示的叠层构造的动子芯，由 于构造复杂，另外还必须准备多种形状不同的钢板，因此制造费用较高， 不太实用。与此相对，像特开2002—359962的实施例中所示的动子芯那样， 通过切削加工形成动子芯的方法较实用。然而后者的动子芯的构造，并不 适于廉价生产
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不需要切削加工而能够廉价制造，且能 够不降低磁性的圆柱型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种不增加零件的种类，而能够达到 上述目的的圆柱型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种利用涡流止动挡板构造改善磁性 的圆柱型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种容易制造的圆柱型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种较少发生动子损伤的圆柱型直线 电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种能够紧凑构成动子芯的圆柱型直 线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种能够使动子芯的重量减轻的圆柱 型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种能够提高动子芯与直动轴之间在 轴线方向的结合强度的圆柱型直线电机用动子。
本发明的另一个目的在于，提供一种比以前更廉价的圆柱型直线电机 用动子。
本发明以一种具有固定在可往复直线运动的l根以上的直动轴上的动 子芯的圆柱型直线电机用动子为改良对象。本发明中，动子芯，由在直动 轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成的叠层磁轭所构成。叠层磁轭， 具有沿着直动轴方向延伸且处于夹持直动轴而相对向的位置关系的一对 侧面。该一对侧面上，分别固定有排列在轴线方向上的多个永磁铁。多个 永磁铁中，相邻的2个永磁铁的外侧表面所表现出的极性相异，隔着上述
叠层磁轭而相面对的2个永磁铁的外侧表面所表现出的极性相异。这样， 在相面对的2个永磁铁之间流有磁通量，而电磁钢板的叠层方向上，很难 流过来自永磁铁的磁通量。因此，能够在直动轴的轴线方向上叠层多个电 磁钢板，且构成实际上不发生涡流损耗的叠层磁轭。
l根以上的直动轴，具有固定上述动子芯的固定部分以及相对于固定 部分位于轴线方向的两侧并且分别被轴承所支撑的一对被支撑部分。也可以使l根直动轴从一端到另一端的与轴线垂直的方向上的横截面形状相 等，也即所谓的直型轴。但直动轴，最好是固定部分在与轴线方向垂直的 方向上的横截面形状，比被支撑部分在与轴线方向垂直的方向上的横截面 形状小。如果使用这样的直动轴，即使固定部分的横截面形状的面积较小， 也能够在直动轴的周围确保必要的叠层磁轭的厚度。因此能够使叠层磁轭 的横截面形状的面积较小，叠层磁轭比以前更加紧凑且重量更轻。其结果 是，能够使直线电机的推力增大，从而能够增大马达的驱动加速度。
另外如果像这样使固定部分的横截面形状较小，只在叠层磁轭上单纯 形成贯通孔，将直动轴压入该贯通孔中的话，不能够将叠层磁轭固定在直 动轴上。因此构成叠层磁轭的电磁钢板由多片分割电磁钢板片构成。多片 分割电磁钢板片的形状，被设置为在组合起来将l根以上的直动轴围住的 状态下能够形成构成叠层磁轭的一层的电磁钢板。这样通过使多个分割电 磁钢板片从直动轴的半径方向外侧趋近直动轴，能够由多个分割电磁钢板 片围住直动轴的外周面。因此，即使直动轴的固定部分的横截面形状较小， 也能够在固定部分上牢固地固定叠层磁轭。
在电磁钢板由2片分割电磁钢板片构成的情况下，2片分割电磁钢板片
的形状，可以被设置为在组合起来将l根以上的直动轴围住的状态下能够
形成构成叠层磁轭的一层的电磁钢板。另外，这种情况下，最好使2片分 割电磁钢板片具有相同的形状。这样一来，由于可以只准备一种分割电磁 钢板片，能够降低叠层磁轭的制造费用。
另外，2片分割电磁钢板片上，可以分别设置l个以上的嵌合部以及l 个以上的被嵌合部。这种情况下，在将2片分割电磁钢板片组合起来的状 态下，使2片分割电磁钢板片中的一方的分割电磁钢板片的1个以上的嵌合 部被嵌合在另一方的分割电磁钢板片的l个以上的被嵌合部中，另一方的 分割电磁钢板片的l个以上的嵌合部被嵌合在一方的分割电磁钢板片的l 个以上的被嵌合部中。这样一来，通过使嵌合部与被嵌合部相嵌合，能够 阻止2片分割电磁钢板片的移动。其结果是，使得叠层磁轭的组装更加容 易。另外，根据电磁钢板片的形状，可以预先叠层多片分割电磁钢板片而 构成2种分割叠层磁轭。这样，可以组合该2种分割叠层磁轭，将l根以上
的直动轴夹持在其它们之间，从而构成叠层磁轭。另外，上述叠层磁轭中，最好配置有与上述l根以上的直动轴平行排
列的贯通上述叠层磁轭的贯通体。这种情况下，电磁钢板最好也由2片分 割电磁钢板片构成。2片分割电磁钢板片的形状，被设置为在组合起来将 上述l根以上的直动轴包围住的状态下能够形成用来插入上述贯通体的插 入孔。特别是，最好采用在与平行于直动轴的轴线而延伸的中心线垂直的 方向上的横截面形状为H形的贯通体作为该贯通体。这样，通过将贯通体 插入到插入孔中，能够简单地阻止位于贯通体两侧的2片分割电磁钢板片 的分离。
另外，在将2片分割电磁钢板片组合起来时，能够使用2片分割电磁钢 板片的上述连接部，与连接第1以及第2直动轴的中心的假想线以45度以下 的角度相交叉而倾斜的这种形状的分割电磁钢板片。如果使用该分割电磁 钢板片，通过按照使重叠多片分割电磁钢板片而构成的2个分割叠层磁轭
的各自的连接部相结合的方式靠近组合，能够简单地使叠层磁轭固定在直 动轴的固定部分。
形成l个以上的嵌合部与l个以上的被嵌合部的位置是任意的。例如可 以将它们形成在连接部上。另外，还可以将l个以上的嵌合部设置在与连 接部之间存在第l轴接触部的位置上，将l个以上的被嵌合部设置在与连接 部之间存在第2轴接触部的位置上。
另外，第1以及第2直动轴的固定部分的形状不限定于圆柱，也可以是 非圆柱。
另外，本发明的另一种方式中，以一种具有固定在可往复直线运动的 l根以上的直动轴上的动子芯的圆柱型直线电机用动子为改良对象。本发 明中，动子芯，由在直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成的叠层 磁轭所构成。该叠层磁轭中的电磁钢板的叠层构造，对于磁通量的通道来 说磁阻变大。然而在采用在直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板的构造 的情况下，与旋转电机的转子芯一样，由于以所需要片数叠层同一形状的 电磁钢板即可，因此能够大幅降低制造费用。本发明中，叠层磁轭内设置 有，磁阻比叠层磁轭在叠层方向的磁阻小且在叠层磁轭内形成在叠层方向 上完全延伸的磁路的磁性体。这样，能够通过磁性体降低动子芯在叠层方 向上的磁阻的增加。因此，即使釆用在轴线方向上叠层的构造的叠层磁轭，
9大幅下降。因此根据本发明，能够提供一 种不需要切削加工，能够廉价制造，且磁性不会下降的圆柱型直线电机用 动子。
圆柱型直线电机用动子，既可以在动子芯中设有励磁线圈，又可以在
动子芯上固定N极与S极相交互排列的多个永磁铁。如果在动子芯上固定多
个永磁铁，就能够使动子的动作较容易。
磁性体的构造是任意的。例如，如果由磁性体构成贯通叠层磁轭的直 动轴，就能够得到不增加新零件数目，且不需要切削加工的廉价的圆柱型 直线电机用动子。这样的磁性体。可以由例如碳钢或纯铁等磁性材料构成。
另外，直动轴的根数以及形状是任意的。在叠层磁轭的与直动轴垂直
的方向上的横截面形状为非圆形的情况下，最好采用平行排列的2根圆柱 状直动轴。2根圆柱状直动轴分别由磁阻小的材料形成，分别构成磁性体。 这样，能够使得构成叠层磁轭的多片电磁钢板对直动轴的涡流止动与定位 较容易实现，动子的制造更加容易。
磁性体可以由贯通上述直动轴的筒状部构成。这样，虽然增加了零件 数目，但能够通过筒状部增加叠层磁轭的强度。另外，通过将筒状部的横 截面的外部形状设定为各种形状，能够容易地实现多片电磁钢板对筒状部 的涡流止动与定位。
最好在磁性体的筒状部的一端上， 一体化设置有与叠层磁轭的叠层方 向的一方的端面相接触的阻隔部。这样，能够通过阻隔部防止叠层磁轭与 圆柱型直线电机的外壳直接相碰撞，从而能够防止动子的损伤。另外，通 过在阻隔部上设置与叠层方向平行的螺 L，从叠层磁轭的与阻隔部相接触 的侧的相反侧上通过螺钉进行连接，能够容易且牢固地固定住磁性体与叠 层磁轭。
叠层磁轭，能够被构成为具有在与上述直动轴垂直的方向的横截面形 状为多边形的多边棱柱状构造。在叠层磁轭的外周上能够形成平行于直动 轴而延伸的多个永磁铁搭载面。这种情况下，最好在叠层磁轭的内部形成
对应于多个永磁铁搭载面且沿着直动轴延伸的多个磁性体嵌合 L，多个磁 性体嵌合孔中分别嵌合有构成磁性体的多个分割磁性体。这样，能够形成 良好的磁路，降低动子芯在叠层方向上的磁阻。可以在叠层磁轭的外周表面上形成在叠层方向延伸的槽，并在槽中设 置位置检测用线性标尺(用于检测动子相对定子的位置的刻度尺)。通过 适当设定构成叠层磁轭的多个电磁钢板的形状，能够简单地形成这种槽。 如果在叠层磁轭的叠层方向的一方的端面上设置具有与槽相连续的面的 台座，将位置检测用线性标尺设置为跨越槽与台座的话，通过适当变更台 座的尺寸，就能够将位置检测用线性标尺设置为希望的尺寸。
使用本发明的动子的圆柱型直线电机，具有圆柱型定子与动子。定子 具有定子芯与多个励磁线圈。动子具有固定在l根以上的直动轴上的动子 芯以及被固定在动子芯上的多个永磁铁，并在定子的内部直线移动。动子 芯由在直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成的叠层磁轭所构成。 该叠层磁轭内设置有，磁阻比叠层磁轭在叠层方向的磁阻小且在叠层磁轭 内形成在叠层方向上完全延伸的磁路的磁性体。这样，和以前相比能够降 低圆柱型直线电机的制造费用。
根据本发明，能够得到一种不需要切削加工，能够廉价制造，且磁特 性不会降低的圆柱型直线电机用动子。


图l为具有本发明的最佳实施方式的一例动子的圆柱型直线电机的截 面图。
图2为图1中所示的动子中所使用的直动轴的俯视图。 图3为图1中所示的动子中所使用的电磁钢板的俯视图。
图4为另一例直动轴的俯视图。 图5为另一例电磁钢板的俯视图。 图6为另一例电磁钢板的俯视图。 图7为另一例电磁钢板的俯视图。 图8为另一例电磁钢板的俯视图。 图9为另一例电磁钢板的俯视图。 图10为另一例动子的斜视图。 图ll为另一例动子的斜视图。图12为另一例动子的斜视图。
图13 (a)为另一例动子的斜视图，(b) (d)为图13 (a)中所使 用的永久磁铁群的变形例。
图14为另一例动子的斜视图。 图15为另一例动子的斜视图。
图16 (a)为另一例动子的斜视图，(b)为图16 (a)中所使用的筒 状结构体的斜视图。
图17为另一例动子的斜视图。 图18为另一例动子的斜视图。 图19为另一例动子的斜视图。
图中3 —定子；5 —动子；15 —定子芯；19一励磁线圈；27—直动轴； 29 —叠层磁轭(动子芯)；31—永磁铁；33—电磁钢板；61A—第l分割电 磁钢板片；61B—第2分割电磁钢板片；61a—第l轴接触部；61b—第2轴接 触部；61c—连接部；61d—嵌合部；61e—被嵌合部；343、 443a—筒状部； 443b—阻隔部；543A 543D—分割磁性体；545A 545D—磁性体嵌合孔； 651 —台座；652—位置检测用线性标尺；653—槽。
具体实施例方式
下面对照附图对本发明的最佳实施方式进行说明。图l为具有本发明 的实施方式l的动子的圆柱型直线电机的截面图。如图1所示，本例的圆柱 型直线电机具有外壳l、定子3、动子5以及用来检测动子5的位置的线性传 感器7。外壳l具有一对由非磁性材料(例如铝)所制成的尾架11以及13。 尾架11以及13被固定在后述的定子3的定子芯15的两端。
定子3具有圆柱型定子芯15以及多个励磁线圈19。定子芯15位于尾架 11与13之间。定子芯15具有磁轭21以及在动子5的轴线方向上以给定的间 隔隔开而设置的多个磁极部23...。另外对于定子芯15的构造来说，由于是 公知的，因此这里省略说明。定子芯15的相邻2个磁极部23之间所形成的 狭槽中，分别嵌合有由线圈导体以环状缠绕而成的励磁线圈19…的一部 分。
另外，线性传感器7，可以采用具有霍尔传感器(霍尔器件)的装置。另外， 一对尾架11与13上，能够形成从外部向后述的轴承lla、 13a补给润 滑剂的润滑剂补给通道IO、 12。
动子5具有2根第1以及第2直动轴27A、 27B、固定在直动轴27A、 27B 上的叠层磁轭29所构成的动子芯29、以及固定在动子芯29上的多个永磁铁 31...。另外，第1以及第2直动轴27A、 27B的长度尺寸比实际的要小。第l 以及第2直动轴27A、 27B平行配置，具有相同的形状与大小。如图2所示， 一根直动轴(27A、 27B)具有固定部分27a以及在轴线方向上相对该固定 部分27a设置在两侧的l对被支撑部分27b。固定部分27a为圆柱形状，用来 固定动子芯。l对被支撑部分27b为与固定部分27a同心的圆柱形状，如图l 所示，被一对尾架ll、 13内的轴承lla、 13a所支撑并能够做往复直线运动。 第1以及第2直动轴27A、 27B中，固定部分27a在与轴线方向垂直的方向上 的横截面的形状，比被支撑部分27b在与轴线方向垂直的方向的横截面的 形状小。另夕卜，第1以及第2直动轴27A、 27B，由磁阻比后述的叠层磁轭 29的在叠层方向的磁阻小且在叠层磁轭29内形成在叠层方向上完全延伸 的磁路的磁性体(以下简称作磁路形成用磁性体)形成。具体的说，第l 以及第2直动轴27A、 27B (磁路形成用磁性体)由碳钢形成。
叠层磁轭29为在磁轭29与第1以及第2直动轴27A、 27B垂直的方向的 横截面形状为非圆形(本例中为长方形)的四边棱柱构造。该叠层磁轭29， 由在第1以及第2直动轴27A、 27B的轴线方向上叠层多个长方形的电磁钢 板33而成。另外，后面将要说明，1片或1层电磁钢板33由2片分割电磁钢 板片构成。叠层磁轭29中，形成有接近中央部的分别贯穿第1以及第2直动 轴27A、 27B的2个贯通孔35、 35。 2个贯通孔35、 35,与长方形的一对长 边平行。叠层磁轭29的外周面30A 30D中，沿轴线方向延伸且处于相互 对向的位置关系的一对外周面30A、 30C构成搭载多个永磁铁31…的永磁 铁搭载面。永磁铁31几乎都是立方体板状。多个永磁铁31…与定子3的多 个磁极23相面对配置，并且其长边方向位于与第1以及第2直动轴27A、 27B 的轴线方向垂直的方向。本例中，按照在相邻两个永磁铁31的外侧表面上 所表现的极性相异，隔着叠层磁轭29而相面对配置的两个永磁铁31的外侧 表面所表现的极性也相异的方式配置着多个永磁铁31...。
l片电磁钢板33，如图3所示，由具有相同形状的2片第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B构成。设置第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B的 形状，使其能够在组合起来包围住第1以及第2直动轴27A、 27B的状态下 形成构成叠层磁轭29的一层的电磁钢板33。第1分割电磁钢板片61A的轮 廓，具有分别与第1直动轴27A的固定部分27a的外周面以及第2直动轴27B 的固定部分27a的外周面相接触的第l以及第2轴接触部61a、 61b，以及连 接第l以及第2轴接触部61a、 61b的连接部61c。第2分割电磁钢板片61B的 轮廓也和第1分割电磁钢板片61A的轮廓一样，具有分别与第2直动轴27B 的固定部分27a的外周面以及第l直动轴27A的固定部分27a的外周面相接 触的第l以及第2轴接触部61a、 61b，以及连接第l以及第2轴接触部61a、 61b的连接部61c。这样，第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B分别沿着 箭头A1、 A2的方向移动。这样，在以包围住第1以及第2直动轴27A、 27B 的方式组合的状态下，第l分割龟磁钢板片61A的第l轴接触部61a与第2分 割电磁钢板片61B的第2轴接触部61b之间夹持第l直动轴27A，第l分割电 磁钢板片61A的第2轴接触部61b与第2分割电磁钢板片61B的第l轴接触部 61a之间夹持第2直动轴27B。并且第l分割电磁钢板片61A的连接部61c与第 2分割电磁钢板片61B的连接部61c处于相接触的状态。这样，当组合第l 以及第2分割电磁钢板片61A、 61B时，第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B的连接部61c，相对于连接第1以及第2直动轴27A、 27B的中心的假想 线L1以45度以下的角度相交叉而倾斜。
另外，第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B的轮廓，分别具有嵌合 部61d与被嵌合部61e。嵌合部61d被设置在与连接部61c之间具有第l轴接 触部61a的位置上。被嵌合部61e被设置在与连接部61c之间具有第2轴接触 部61b的位置上。这样，在第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B被组合在 一起的状态下，第l分割电磁钢板片61A的嵌合部61d被嵌合在第2分割电磁 钢板片61B的被嵌合部61e之中，第2分割电磁钢板片61B的嵌合部61d被嵌 合在第l分割电磁钢板片61A的被嵌合部61e之中。通过设置这种嵌合构造， 能够防止第l以及第2分割电磁钢板片61A、 61B的组合状态很容易地散开。
本例的动子5中，2根第1以及第2直动轴27A、 27B的磁阻比叠层磁轭 29的在叠层方向的磁阻小，且在叠层磁轭29内形成在叠层方向上完全延伸 的磁路。因此能够降低动子芯在叠层方向的磁阻的增加。其结果是，即使构成采用在轴线方向上叠层电磁钢板33这种构造的叠层磁轭29的动子芯， 也能够使动子芯的磁性与以前相比不会大幅下降。另外，本例的动子5， 由于采用平行的2根直动轴27A、 27B,所以能够使得多枚电磁钢板33对直 动轴27A、 27B的涡流止动与定位较容易实现。
另外，本例中，第1以及第2直动轴27A、 27B中，固定部分27a在与轴 线方向垂直的方向上的截面形状，比被支撑部分27b在与轴线方向垂直的 方向上的截面形状小。因此，能够使叠层磁轭29的截面形状的面积较小， 从而能够使叠层磁轭29比以前更加紧凑且重量更轻。另外，由于第l以及 第2直动轴27A、 27B的外周面分别被第1以及第2分割电磁钢板片61A、 61B 包围住，因此即使第1以及第2直动轴27A、 27B的固定部分27a的横截面形 状较小，也能够在固定部分27a将叠层磁轭29牢牢固定。本例中，叠层多 片第1分割电磁钢板片61A并相互固定而构成第1分割叠层磁轭，叠层多片 第2分割电磁钢板片61B并相互固定而构成第2分割叠层磁轭。组合这些第1 以及第2分割叠层磁轭构成叠层磁轭29。
本例的圆柱型直线电机用动子中，由于使隔着叠层磁轭29而相面对的 2个永磁铁31的外表面所表现的极性相异，而配置多个永磁铁31...,因此， 相面对的2个永磁铁31之间流过磁通量，而在电磁钢板33的叠层方向上磁 通量很难流过。所以，能够构成在直动轴的轴线方向上叠层多层电磁钢板， 而实际上并不发生涡流损耗的叠层磁轭。
图2中所示的直动轴(27A、 27B)中，固定部分27a与一对被支撑部 分27b之间的阶梯部，由与直动轴的轴线垂直的环状面27形成。但固定部 分27a与被支撑部分27b之间的阶梯部可以采用各种各样的形状。例如，如 图4所示的直动轴(127A、 127B)中，固定部分127a与一对被支撑部分127b 之间的阶梯部，由随着从固定部分127a朝向一对被支撑部分127b，越来越 远离直动轴127的轴线地倾斜的斜面127c所构成。
另外，构成1片电磁钢板的2片第1以及第2分割电磁钢板片也可以采用 各种各样的形状。图5中所示的电磁钢板133也是由形状相同的2枚第1以及 第2分割电磁钢板片161A、 161B构成的。第1分割电磁钢板片161A的连接 部161c，具有从第l轴接触部161a的端部在第l直动轴127A的切线上延伸的 切线部161f，以及在第1以及第2直动轴127A、 127B的中心连线上延伸的接触部161g。第2分割电磁钢板片161B的连接部161c，也具有从第l轴接触部 161a的端部在第2直动轴127B的切线上延伸的切线部161f，以及在第l以及 第2直动轴127A、 127B的中心连线上延伸的接触部161g。这样，在第l以 及第2分割电磁钢板片161A、 161B按照包围第1以及第2直动轴127A、 127B 的方式组合的状态下，第l分割电磁钢板片161A的接触部161g与第2分割电 磁钢板片161B的接触部161g相接触。
另外，本例中，在第1以及第2分割电磁钢板片161A、 161B的形状， 被设置为在组合起来将第1以及第2直动轴127A、 127B包围住的状态下， 在接触部161g的位置上，形成有插入孔162。该插入孔162内配置有与第1 以及第2直动轴127A、 127B平行的贯通体128。贯通体128在与平行于第1 以及第2直动轴127A、 127B的轴线而延伸的中心线垂直的方向上的截面形 状为H形。如果采用本例的电磁钢板133，则由于通过贯通体128维持第1 以及第2分割电磁钢板片161A、 161B的结合，因此第1以及第2分割电磁钢 板片161A、 161B的轮廓可以不分别设置嵌合部与被嵌合部。
图6中所示的电磁钢板233由形状相同的2片第1以及第2分割电磁钢板 片261A、 261B构成。本例的电磁钢板233，除了没有形成有插入孔这一点 之外，其他构造与图5中所示的电磁钢板133相同。
图7中所示的电磁钢板333由形状相同的2片第1以及第2分割电磁钢板 片361A、 361B构成。第1以及第2分割电磁钢板片361A、 361B的轮廓分别 具有嵌合部361d与被嵌合部361e。第l分割电磁钢板片361A的嵌合部361d 由向第2分割电磁钢板片361B突出的突出部形成，第2分割电磁钢板片 361B的嵌合部361d由向第l分割电磁钢板片361A突出的突出部形成。第l 分割电磁钢板片361A的被嵌合部361e，由向第2分割电磁钢板片361B凹进 且能够嵌合第2分割电磁钢板片361B的嵌合部361d的凹部形成。第2分割电 磁钢板片361B的被嵌合部361e，由向第1分割电磁钢板片361A凹进且能够 嵌合第l分割电磁钢板片361A的嵌合部361d的凹部形成。
图8中所示的电磁钢板433由形状相同的2片第1以及第2分割电磁钢板 片461A、 461B构成。第1以及第2分割电磁钢板片461A、 461B的轮廓，分 别具有与图7中所示的电磁钢板333相同的嵌合部461d与被嵌合部461e。
另外，第1以及第2分割电磁钢板片461A、 461B的连接部461c，具有在第l直动轴27A与第2直动轴27B之间延伸的3个直线部461h 461j，以及 在与直线部461h 461j垂直的方向上延伸并连接直线部461h与直线部461i 的直线部461k，以及在与直线部461h 461j垂直的方向上延伸并连接直线 部461i与直线部461j的直线部461m。这样，第1分割电磁钢板片461A的直 线部461h与第2分割电磁钢板片461B的直线部461j相接触，第l分割电磁钢 板片461A的直线部461i与第2分割电磁钢板片461B的直线部461i相接触， 第l分割电磁钢板片461A的直线部461j与第2分割电磁钢板片461B的直线 部461h相接触，第l分割电磁钢板片461A的直线部461k与第2分割电磁钢板 片461B的直线部461m相接触，第l分割电磁钢板片461A的直线部461m与 第2分割电磁钢板片461B的直线部461k相接触。这样，第1以及第2分割电 磁钢板片461A、 461B的连接部461c形成了分别结合的阶梯部，能够使第l 分割电磁钢板片461A与第2分割电磁钢板片461B牢固地结合在一起。
图9中所示的电磁钢板533由形状相同的2片第1以及第2分割电磁钢板 片561A、 561B构成。该例中，第1以及第2直动轴527A、 527B的固定部分 527a的截面，为接近于长方形的形状，也即为非圆形。具体的说，固定部 分527a的截面，具有2条平行边527d、 527e，以及分别连接527d、 527e的 端部且向外侧突出的2条弯边527f、 527g。第1分割电磁钢板片561A的轮廓 的第l轴接触部561a，与第l直动轴527A的边527d、边527e的一半、弯边527f 以及弯边527g的一半相接触。第l分割电磁钢板片561A的轮廓的第2轴接触 部561b，与第2直动轴527B的边527e的一半以及弯边527g的一半相接触。 另外，第2分割电磁钢板片561B的轮廓的第l轴接触部561a,与第2直动轴 527B的边527d、边527e的一半、弯边527f以及弯边527g的一半相接触。第 2分割电磁钢板片561B的轮廓的第2轴接触部561b,与第1直动轴527A的边 527e的一半以及弯边527g的一半相接触。
第l以及第2分割电磁钢板片561A、 561B各自的连接部561c在第l以及 第2直动轴527A、 527B的中心连线上延伸。本例中，第1以及第2分割电磁 钢板片561A、 561B各自的连接部561c的轮廓分别具有嵌合部561d与被嵌 合部561e。第l分割电磁钢板片561A的嵌合部561d形成为向第2分割电磁钢 板片561B突出的突出部，第2分割电磁钢板片561B的嵌合部561d形成为向 第1分割电磁钢板片561A突出的突出部。第1分割电磁钢板片561A的被嵌合部561e，形成为向第2分割电磁钢板片561B凹进且能够嵌合第2分割电磁钢板片561B的嵌合部561d的凹部。第2分割电磁钢板片561B的被嵌合部561e，形成为向第l分割电磁钢板片561A凹进且能够嵌合第1分割电磁钢板片561A的嵌合部561d的凹部。
动子也可以采用各种各样的构造。图10中所示的动子605的叠层磁轭629，为与叠层磁轭629的直动轴627A、 627B垂直的方向上的横截面的形状为大致正方形的四方棱柱构造。在直动轴627A、 627B的轴线方向上叠层多枚正方形的电磁钢板633而构成叠层磁轭629。叠层磁轭629的外周形成与直动轴627A、 627B平行延伸的、搭载有多个永磁铁631…的4个矩形永磁铁搭载面630A 630D。本例中，分别被设置在4个永磁铁搭载面630A 630D上且在周方向排列的4个永磁铁631...,其外侧表面表现出相同的极性。
另外，如图11所示，也可以使在周方向上排列的4个永磁铁极性交互相异，而分别排列设置在4个永磁铁搭载面630A 630D上的永磁铁631。
另外，如图12所示，也可以使相邻的2个永磁铁搭载面630A与630B上配置的多个永磁铁631以相同的模式排列，并使得永磁铁的表面交互表现为N极与S极，而对分别设置在4个永磁铁搭载面630A 630D上的永磁铁631进行设置。另外，使剩下的相邻的2个永磁铁搭载面630C与630D上所配置的多个永磁铁631以相同的模式排列，并使永磁铁的表面交互表现为S极与N极来进行排列。
构成图13 (a)所示的动子705的叠层磁轭729的多片电磁钢板733中，形成有4个贯通孔。这样，叠层磁轭729的内部形成有4个永磁铁嵌合孔737...。 4个永磁铁嵌合孔737...沿着叠层磁轭729的外周面形成在叠层磁轭729的边缘部上。4个永磁铁嵌合孔737…中分别嵌合有板状的永磁铁群739。永磁铁群739，通过使多个永磁铁731…的外侧表面的极性交互变化配置而成，并使相邻的2个永磁铁之间间隔有非磁性体所构成的隔离体741平行排列而结合起来。
图13 (b) (d)中显示了与图13 (a)中所示的动子的永磁铁群的构造不同的永磁铁群。图13 (b)中所示的永磁铁群2139不使用隔离体，其他的构造与图13 (a)中所示的永磁铁群739的构造相同。图13 (c)中所示的永磁铁群3139，通过对整体板状的永磁铁材料进行磁化而交互表现 出N极与S极而构成。另外，图13 (d)中所示的永磁铁群4139通过在整体 的永磁铁材料上进行磁化而交互形成永磁铁部4131与隔离体部4141而构 成。隔离体部4141，使磁化方向相对于相邻的2个永磁铁部4131旋转90度， 形成沿着该2个永磁铁部4131的极性的磁路而进行磁化。也即，永磁铁群 4139，由所谓的哈尔巴哈磁铁排列(Halbach magnet array)构成。永磁铁 群4139既可以在预先被磁化的状态下固定到叠层磁轭上，也可以在将永磁 铁材料固定到叠层磁轭上之后，再对永磁铁进行磁化而形成。
图14中所示的动子805中，直动轴827的根数为1根。本例中的动子805 与图10中所示的动子一样，由磁路形成用磁性体构成直动轴827。另外， 本例的动子805中，叠层磁轭829为圆柱构造，电磁钢板333是大致圆形的 板状。
图15中所示的动子905的直动轴927的根数为l根，为了降低通过直动 轴927的泄漏磁通量，由非磁性或弱磁性体的不锈钢材料制成。叠层磁轭 929为圆筒形状。另外，图15中，省略了图示，动子芯929中固定有多个圆 环状的永磁铁。叠层磁轭929通过叠层圆环状的电磁钢板933而构成。在本 例中，叠层磁轭929与直动轴927之间配置有磁路形成用磁性体所构成的筒 状部943。筒状部943为细长的圆筒形，其中心的孔943a中贯通有直动轴 927。本例的动子905，通过筒状部943，形成磁阻比叠层磁轭929在叠层方 向的磁阻更小且在叠层磁轭929的叠层方向上延伸的磁路。另外，本例的 动子905，能够通过筒状部943提高叠层磁轭929的强度。
图16 (a)中 所示的动子1005的直动轴1027的根数为1根，为了降低通 过直动轴的泄漏磁通量，而由非磁性或弱磁性体的不锈钢材料制成。叠层 磁轭1029为圆筒形状。另外，本例中省略了图示，动子芯1029中固定有多 个圆环状的永磁铁。叠层磁轭1029通过叠层圆环状的电磁钢板1033而构 成。本例中，叠层磁轭1029与直动轴1027之间配置有磁路形成用磁性体所 构成的筒状结构体1043。筒状结构体1043如图16 (b)所示，具有筒状部 1043a与阻隔部1043b。筒状部1043a为细长的圆筒形。阻隔部1043b为长度 比筒状部1043a小，且在直径方向的尺寸较大的圆筒形，设置在筒状部1043 的一端。在筒状部1043a以及阻隔部1043b内连续延伸的中心孔1043c中贯通有直动轴1027。这样，阻隔部1043b与叠层磁轭1029的叠层方向的一个端面相接触。本例的动子1005，通过筒状结构体1043，形成磁阻比叠层磁轭1029在叠层方向的磁阻更小且在叠层磁轭1029的叠层方向上延伸的磁路。另外，通过阻隔部1043b能够防止叠层磁轭1029与圆柱型直线电机的外壳直接相碰撞，从而能够防止动子1005的损伤。
图17中所示的动子1105的直动轴1127的根数为1根，为了降低通过直动轴的泄漏磁通量，而由非磁性或弱磁性体的不锈钢材料制成。叠层磁轭1129为正方棱柱构造。另外，本例中省略了图示，动子芯1129的4个永磁铁搭载面1130A 1130D上配置有多个永磁铁。叠层磁轭l 129通过叠层大致正方形的电磁钢板1033而构成。本例中，在叠层磁轭1129的内部，形成有与4个永磁铁搭载面1130A 1130D相对应、沿着直动轴1127延伸的4个磁性体嵌合孔l 145A 1145D。 4个磁性体嵌合孔1145A 1145D具有长方体状的内部空间。这样，构成磁路形成用磁性体的板状的分割磁性体1143A 1143D分别嵌合到4个磁性体嵌合孔l 145A 1145D中。本例的动子1105，通过分割磁性体1143A 1143D，形成具有比叠层磁轭l 129的叠层方向的磁阻更小的磁阻且在叠层磁轭1029的叠层方向上延伸的磁路。另夕卜，通过板状的分割磁性体1143A 1143D，还能够提高多片电磁钢板1133相对于直动轴1127的定位精度以及机械强度。
图18中所示的动子1205与图10中所示的动子605—样，通过磁路形成用磁性体构成2根直动轴1227。在构成该动子1205的叠层磁轭1229的多片电磁钢板1233中，形成有4个贯通孔。这样，在叠层磁轭1229内形成有4个永磁铁嵌合孔1237...。 4个永磁铁嵌合孔1237…沿着叠层磁轭1229的外周面形成在叠层磁轭1229的边缘部上。4个永磁铁嵌合孔1237…中分别嵌合有板状的永磁铁群1239。永磁铁群1239，通过使多个永磁铁1231…的外侧表面的极性交互变化平行排列并结合起来而构成。
叠层磁轭1229的叠层方向的一个端面上，固定有台座1251。叠层磁轭的外周表面上形成有沿着多片电磁钢板1233的叠层方向延伸的槽1253。并固定有跨越该槽1253与标尺台座1251的位置检测用线性标尺1252。位置检测用线性标尺1252是用来检测动子相对于定子的位置的刻度尺，通过在细长的金属板上形成在与长边方向垂直的方向上延伸的槽而构成。通过设置在定子侧的光学读取器进行刻度的显示的读取从而进行位置检测。槽1253的深度为0.2mm左右，对推力几乎没有影响。另外，由于槽1253是在对电磁钢板1233进行冲切加工时同时形成的，因此能够廉价进行制造，还能够提高机械的精度。另外，还能够提高位置检测用线性标尺1252的固定位置的精度。
图19中所示的动子1305与图10中所示的动子605—样，通过磁路形成用磁性体构成2根直动轴1327。在构成该动子1305的叠层磁轭1329的多片电磁钢板1333上，形成有2个永磁铁搭载面1330A、 1330B,固定永磁铁1333。叠层磁轭1329的没有搭载永磁铁1331的面上，设置有沿着电磁钢板1333的叠层方向延伸的槽1353。槽1353中固定有位置检测用线性标尺1352。本例能够不增加零件数目，而高精度地固定线性标尺，实现省空间化。
权利要求
1.一种圆柱型直线电机用动子，具有固定在可往复直线运动的1根以上的直动轴上的动子芯，其特征在于上述动子芯，由在上述直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成的叠层磁轭所构成；上述叠层磁轭内设置有，磁阻比上述叠层磁轭在上述叠层方向的磁阻小且在上述叠层磁轭内形成在上述叠层方向上完全延伸的磁路的磁性体。
2. 如权利要求l所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于-上述l根以上的直动轴，由碳钢或纯铁等磁性材料形成，构成上述磁性体。
3. 如权利要求l所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述叠层磁轭在与上述轴线方向垂直的方向上的横截面形状为非圆形；上述1根以上的直动轴为平行排列的2根以上的圆柱状直动轴；上述2根以上的圆柱状直动轴由磁阻比上述叠层磁轭小的材料形成，分别构成上述磁性体。
4. 如权利要求l所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述磁性体，具有贯通上述直动轴的筒状部；上述筒状部在与上述轴线方向垂直的方向上的横截面的外侧轮廓形 状为圆形或多边形。
5. 如权利要求4所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于上述磁性体的上述筒状部的一端， 一体化设置有与上述叠层磁轭的上 述叠层方向的一方的端面相接触的阻隔部。
6. 如权利要求l所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述叠层磁轭，为在与上述直动轴垂直的方向的横截面形状为多边形的多边棱柱构造；上述叠层磁轭的外周上形成有平行于上述直动轴而延伸的多个永磁 铁搭载面；在上述多个永磁铁搭载面上沿着上述直动轴配置着多个永磁铁；上述叠层磁轭的内部形成有对应于上述多个永磁铁搭载面且沿着上述直动轴延伸的多个磁性体嵌合孔；上述多个磁性体嵌合孔中分别嵌合有构成上述磁性体的多个分割磁 性体。
7. 如权利要求l所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述叠层磁轭的外周表面上形成有在上述叠层方向延伸的槽； 上述槽中设置有位置检测用线性标尺。
8. 如权利要求7所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 在上述叠层磁轭的上述叠层方向的一方的端面上设置有具有与上述槽相连续的面的台座，上述位置检测用线性标尺被设置为跨越上述槽与上 述台座。
9. 一种圆柱型直线电机，包括具有定子芯以及多个励磁线圈的圆柱 型定子，以及具有固定在l根以上的直动轴上的动子芯及固定在上述动子 芯上的多个永磁铁并且在上述定子内部直线移动的动子，其特征在于上述动子芯，由在上述直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成 的叠层磁轭所构成；上述叠层磁轭内设置有，磁阻比上述叠层磁轭在上述叠层方向的磁阻 小且在上述叠层磁轭内形成在上述叠层方向上完全延伸的磁路的磁性体。
10. —种圆柱型直线电机用动子，具有固定在可往复直线运动的l根 以上的直动轴上的动子芯，其特征在于上述l根以上的直动轴，具有固定上述动子芯的固定部分以及相对于 上述固定部分位于上述轴线方向的两侧并且分别被轴承所支撑的一对被 支撑部分；并且，上述l根以上的直动轴，其上述固定部分在与上述轴线方向垂 直的方向上的横截面形状，比上述被支撑部分在与上述轴线方向垂直的方 向上的横截面形状小；上述动子芯，由在上述直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成 的叠层磁轭所构成；上述电磁钢板由多片分割电磁钢板片构成；上述多片分割电磁钢板片的形状，被设置为在组合起来将上述l根以上的直动轴围住的状态下能够形成构成上述叠层磁轭的一层的上述电磁 钢板，上述1根以上的直动轴由平行配置的第1以及第2直动轴构成， 进而，上述多片分割电磁钢板片具有相同的形状。
11. 如权利要求10所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述电磁钢板由2片分割电磁钢板片构成；上述2片分割电磁钢板片的形状，被设置为在组合起来将上述l根以上 的直动轴围住的状态下能够形成构成上述叠层磁轭的一层的上述电磁钢 板。
12. 如权利要求ll所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于；上述2片分割电磁钢板片，分别具有l个以上的嵌合部以及l个以上的 被嵌合部；在将上述2片分割电磁钢板片组合起来的状态下，上述2片分割电磁钢 板片中的一方的上述分割电磁钢板片的上述l个以上的嵌合部被嵌合在另 一方的上述分割电磁钢板片的上述l个以上的被嵌合部中，上述另一方的 分割电磁钢板片的上述l个以上的嵌合部被嵌合在上述一方的分割电磁钢 板片的上述l个以上的被嵌合部中。
13. 如权利要求10所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于-上述分割电磁钢板片的轮廓，具有分别与上述第l直动轴的上述固定部分的外周面以及上述第2直动轴的上述固定部分的外周面相接触的第1 以及第2轴接触部，和连接上述第1以及第2轴接触部的连接部；2片上述分割电磁钢板在被组合起来将上述第1以及第2直动轴围住的 状态下，上述第l直动轴成为被夹持在一方的上述分割电磁钢板的上述第l 轴接触部与另一方的上述分割电磁钢板的上述第2轴接触部之间的状态， 上述第2直动轴成为被夹持在一方的上述分割电磁钢板的上述第2轴接触 部与另一方的上述分割电磁钢板的上述第l轴接触部之间的状态，且上述 一方的分割电磁钢板的上述连接部与上述另一方的分割电磁钢板的上述 连接部处于相接触的状态，设定上述分割电磁钢板的上述轮廓形状，使构 成一片电磁钢板。
14. 如权利要求13所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于上述分割电磁钢板片的上述轮廓，具有l个以上的嵌合部以及l个以上的被嵌合部；在将上述2片分割电磁钢板片组合起来的状态下，上述2片分割电磁钢 板片的一方的上述分割电磁钢板片的上述l个以上的嵌合部被嵌合在另一 方的上述分割电磁钢板片的上述l个以上的被嵌合部中，上述另一方的分 割电磁钢板片的上述l个以上的嵌合部被嵌合在上述一方的分割电磁钢板 片的上述l个以上的被嵌合部中。
15. 如权利要求13所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 在将2片上述分割电磁钢板片组合起来时，2片上述分割电磁钢板片的上述连接部，相对于连接上述第1以及第2直动轴的中心的假想线以45度以 下的角度相交叉而倾斜。
16. 如权利要求14所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述l个以上的嵌合部与上述l个以上的被嵌合部形成在上述连接部上。
17. 如权利要求14所述的圆柱型直线电机用动子，其特征在于 上述l个以上的嵌合部被设置在与上述连接部之间存在上述第l轴接触部的位置上，上述l个以上的被嵌合部被设置在与上述连接部之间存在 上述第2轴接触部的位置上。
全文摘要
一种圆柱型直线电机用动子，具有固定在可往复直线运动的1根以上的直动轴上的动子芯，动子芯由在直动轴的轴线方向上叠层多个电磁钢板而构成的叠层磁轭所构成；叠层磁轭内设置有，磁阻比叠层磁轭在叠层方向的磁阻小且在叠层磁轭内形成在叠层方向上完全延伸的磁路的磁性体。
文档编号H02K1/34GK101640468SQ20091014636
公开日2010年2月3日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者唐玉琪, 杉田聪 申请人:山洋电气株式会社