TW201440391A - 線性馬達 - Google Patents

Abstract

本發明之目的，係提供一種線性馬達，其即使線性馬達之全長較長，亦不會使磁石之使用量增大，從而實現固定子的小型化及輕量化。本發明之線性馬達，其特徵在具備固定子2、及具有線圈1a之可動子1之線性馬達中，固定子2係於可動子1之移動方向上具有長的2個板狀部，2個板狀部間係作為可動子1之移動域，並以磁氣結合之方式而相對設置；在2個板狀部彼此相對之各自面上，其複數之齒部21a、22a，係以一側板狀部之齒部21a(22a)與另一側板狀部之齒部22a(21a)於移動方向上作成如鋸齒錯開狀而並設者；可動子1係於線圈1a內部中，沿著移動方向有2個磁石1c、1d及3個軛鐵1b交互配列；2個磁石1c、1d係沿著移動方向磁化，並在磁化方向上彼此相對者。

Description

線性馬達

本發明係關於一種由具有突極之固定子，及具有線圈及磁石之可動子所組合而成之線性馬達。

舉例而言，在半導體製造裝置、液晶顯示裝置之製造領域中，需要一種運送裝置，其能將大面積之基板等處理對象物以高速度進行直線移動，並以高精度將其位置決定於適當之移動位置。此種運送裝置，一般而言，係將作為驅動源之馬達的旋轉運動，以滾珠螺桿機構等的運動變換機構，改變成直線運動而獲得實現，但由於運動變換機構存在其中之故，使得移動速度的高速化有其界限。又因為運動變換機構有機械性的誤差存在之故，還有位置決定的精度不夠完全之問題。

為處理這個問題，近年所使用之運送裝置，其係以直線運動之出力可直接送出之線性馬達作為驅動源。線性馬達，係具有直線狀的固定子及沿著該固定子移動之可動子。在前述的運送裝置中，係使用一種移動線圈型之線性馬達，其係於每一定間隔多數地、並設了板狀之永久磁石而構成固定子，而將具有磁極齒及通電線圈之電機子作為可動子(例如，專利文獻1參照)者。

【先前技術文獻】 【專利文獻】

【專利文獻1】特開平3-139160號公報

在移動線圈型之線性馬達上，由於在固定子上配置有磁石之故，線性馬達的全長越長(可動子的移動距離變得越長)，所使用之磁石的量就越增加。近年，隨著稀土類的價格上升，所使用磁石量之增加，遂成為成本增加的原因。

此外，由於3相線性馬達會因可動子的位置而使變動的3相合成推力之變動幅度減低，每單相之推力波形幾乎必須係正弦波。又必須確保推力。其中之一種手段，通常係企圖於各相設置複數之磁極使其間距窄化，而此方法會阻礙可動子構造的簡單化或固定子及可動子的小型化、輕量化。且間距窄化的情形會導致驅動周波數的高周波化，產生線性馬達本身之鐵損增大的問題。

本發明之目的，係鑑於上述情事，而提供一種線性馬達，其即使線性馬達之全長很長而磁石之使用量仍不會增加，實現可動子的小型化及輕量化者。

本發明之線性馬達，其特徵係在具備固定子、及具有線圈之可動子之線性馬達中，前述固定子係於前述可動子之移動方向上具有長的2個板狀部，2個板狀部間係作為可動子之移動域，並以磁氣結合之方式而相對設置；在前述二個板狀部彼此相對之各自面上，其複數之齒部，係以一側板狀部之齒部與另一側板狀部之齒部於前述移動方向上作成如鋸齒 錯開狀而並設者；前述可動子係於前述線圈內部中，沿著前述移動方向有2個磁石及3個軛鐵交互配列；前述2個磁石係沿著前述移動方向磁化，並在磁化方向上彼此相對者。

本發明中，可動子係具備2個磁石、3個軛鐵之最小構成，因此即使與固定子側之齒部間距相對較大，也可達到較可動子移動方向之尺寸為小。換言之，固定子側之齒部，其間距相對較大，可說是構造簡單。且，因固定子並無使用磁石，即使線性馬達之全長很長，磁石之使用量仍不會增加。

本發明之線性馬達，其中被2個磁石，所包夾之軛鐵係在前述移動方向上較其他2個軛鐵為長者。

本發明中，被2個磁石所包夾之軛鐵，係在移動方向上較僅連接1個磁石之其他2個軛鐵為長者。與磁石相互作用之磁束量一併之移動方向之長度，亦即，與齒部相對相之部分，其長度係為固定，即使增加線圈上流動的電流量，軛鐵仍難以磁氣飽和。

本發明之線性馬達，其中被2個磁石所包夾之軛鐵，係在前述移動方向上較其他2個軛鐵為長2倍者。

本發明中，被2個磁石所包夾之軛鐵之前述移動方向的長度，因所流動的磁束量為最合適之其他2個軛鐵長度2倍，故可動子的移動方向其長度變小時，可緩和軛鐵之磁氣飽和，而獲得大推力之線性馬達。

本發明之線性馬達，其中前述齒部之並設方向之寬度係較齒部之並設間隔為長者。

本發明中，齒部之並設方向之寬度係較齒部之並設間隔為 長，因此可得更大推力之線性馬達。

本發明之線性馬達，其中前述2個磁石及3個軛鐵係呈直方體狀，各磁石及各軛鐵在前述移動方向側之面，相對於與前述移動方向及前述板狀部之對向方向所直交之方向係呈傾斜者。

本發明中，各磁石及各軛鐵在前述移動方向側之面，相對於與前述移動方向及前述板狀部之對向方向所直交之方向係呈傾斜者。亦即進行所謂的歪斜配置，故可減低其無激磁保持力，且固定子與可動子之相對位置不同，可使推力減低。

本發明之線性馬達，其中前述齒部係呈直方體狀，且與前述齒部之前述板狀部呈平行之斷面的相對向之任二邊，係相對於前述移動方向呈傾斜者。

本發明中，前述齒部係呈直方體狀，且與前述齒部之前述板狀部呈平行之斷面的相對向之任二邊，係相對於前述移動方向呈傾斜者。亦即齒部係進行歪斜配置，故可減低其無激磁保持力，且固定子與可動子之相對位置不同，可使推力不均減低。

本發明之線性馬達，其中前述2個板狀部所具有之齒部，係與前述斷面之前述2邊之傾斜方向呈互相相反者。

本發明中，前述2個板狀部所具有之齒部，係與前述斷面之前述2邊之傾斜方向呈互相相反者。亦即齒部之傾斜方向係與板狀部之一方和另一方相異，因此可動子在相對於移動方向所發生之左右傾斜並導致旋扭的情形，就可被抑制。

本發明之線性馬達，其中係具有：由與前述軛鐵及磁石之前 述移動方向平行之側面和前述線圈間所設置板狀之非磁性體板，以及，與該非磁性體板在介於前述軛鐵及磁石且相對向，並於前述線圈間設置板狀之非磁性非導電性材所成之補助板者。

本發明中，軛鐵與線圈間因設置非磁性非導電性材，因此可部份地遮斷軛鐵上流動的渦電流之流路，並使渦電流損失變小。

本發明之線性馬達，其中係與前述非磁性體板連結，並進而具備在前述移動方向上所配列3個可動子連結之連結部者。

本發明中，因3個可動子相互連結，因此與可動子一個的情形相較時，可得較大之推力。

本發明之線性馬達，其中前述非磁性體板，係具有位於前述線圈之捲線間相對之板狀之第1突出板部及第2突出板部，及前述第1突出板部及第2突出板部連結之基部者。

本發明中，具有在線圈外部設置之2突出板部，因此線性馬達之推力可容易傳達至外部。

本發明中，固定子係具備2個磁石、3個軛鐵之最小構成，因此可較可動子之移動方向之尺寸為小。且，因固定子並無使用磁石，即使線性馬達之全長很長，磁石之使用量仍不會增加而達其效果。

在此，本說明書及請求項使用電機子軛鐵係與軛鐵有相同意義。

1‧‧‧可動子

1a‧‧‧線圈

1b、10b‧‧‧電機子軛鐵(軛鐵)

1c、1d‧‧‧永久磁石(磁石)

2‧‧‧固定子

21‧‧‧上板部

21a‧‧‧齒部

22‧‧‧下板部

22a‧‧‧齒部

23‧‧‧側板部

31‧‧‧補助版

32‧‧‧出力部(非磁性體版)

32a‧‧‧第1突出板部

32b‧‧‧基部

32c‧‧‧第2突出板部

4‧‧‧連結板(連結部)

【圖1】表示實施形態1之線性馬達的概略構成之一例的部分截斷斜視 圖。

【圖2】表示實施形態1之線性馬達的可動子構成例之平面圖。

【圖3】表示實施形態1之線性馬達的概略構成之斷面圖。

【圖4】表示實施形態1之線性馬達的概略構成之側面圖。

【圖5】實施形態1之線性馬達的推力發生原理之說明用圖。

【圖6】實施形態1之線性馬達的推力發生原理之說明用圖。

【圖7】實施形態1之線性馬達的推力發生原理之說明用圖。

【圖8】表示實施形態2之線性馬達的可動子之平面圖。

【圖9A】關於可動子之電機子軛鐵的磁氣飽和之說明圖。

【圖9B】關於可動子之電機子軛鐵的磁氣飽和之說明圖。

【圖10】實施型態1及實施型態2之線性馬達，關於其各自線圈流通電流及所得推力之關係圖

【圖11】表示實施形態3之線性馬達的可動子構成之平面圖。

【圖12】表示圖11中，斷面線XII-XII所成之斷面與固定子的斷面之斷面圖。

【圖13】實施形態3之線性馬達的動作之說明用圖。

【圖14】表示實施形態3之線性馬達的推力之圖。

【圖15】表示實施形態4之線性馬達的可動子構成例之平面圖。

【圖16】表示實施形態5之線性馬達的固定子構成之斷面圖。

【圖17】表示實施形態6之線性馬達的固定子構成之斷面圖。

實施形態1

圖1係表示實施形態1之線性馬達的概略構成之一例的部分截斷斜視圖。圖2係表示實施形態1之線性馬達的可動子1的構成例之平面圖。圖3係表示實施形態1之線性馬達的概略構成之斷面圖。圖4係表示實施形態1之線性馬達的概略構成之側面圖。

本實施形態之線性馬達，係包含可動子1及固定子2。可動子1係將各個略直方體狀之電機子軛鐵(軛鐵)1b、永久磁石(磁石)1c、1d交互地使其連結，並以線圈1a捲繞所構成者。本實施型態中，可動子1以具備3個電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d各一個作為最小構成。如圖1及圖2所示，電機子軛鐵1b、永久磁石1c、電機子軛鐵1b、永久磁石1d、電機子軛鐵1b、與電機子軛鐵1b、永久磁石1c及1d係沿著可動子1之移動方向交互配列。永久磁石1c及永久磁石1d係配置為包夾電機子軛鐵1b。圖2、圖4之各永久磁石1c、1d所示之空白箭頭係表示各永久磁石1c、1d之磁化方向。空白箭頭之終點為N極，起點為S極。永久磁石1c及永久磁石1d係沿著可動子1之移動方向磁化，其磁化方向為互相相對。如以上所配置之電機子軛鐵1b、永久磁石1c及永久磁石1d，係由線圈1a所圍繞著。

如圖3所示，固定子2係斷面上略呈現橫字形(U字形)。固定子2係2個板狀部，包含上板部21、下板部22。上板部21與下板部22之間作為可動子1之移動域，板面彼此相對。呈板狀之側板部23與上板部21和下板部22結合。如圖1所示，固定子2較可動子1之移動方向為長。上板部21與下板部22相對之面具有複數之齒部。齒部21a係沿著可動子1之移動方向，與上板部21並置。下板部22與上板部21相對之面具有複數之齒部22a。齒部22a係沿著可動子1之移動方向與下板部22並置者。齒部21a、齒部22a各 自係呈略直方體狀。固定子2係軟磁性金屬，例如平板狀之折彎壓延剛材所形成者。固定子2除了彎曲外，亦可將平板狀的板以溶接等接合或螺旋夾等方式而形成。固定子2之上板部21與下板部22，係側板部23以磁氣進行結合。關於齒部21a、齒部22a，則藉由軟磁性金屬板，例如鋼板等層積之直方體狀而形成。形成直方體狀之齒部21a、齒部22a各自於上板部21、下板部22上以溶接等接合或螺旋夾等方式而固定。

又，亦可將略呈字狀之磁性鋼板的齒部部位留下，並在齒部部位之兩側以深掘加工形成溝，而作成齒部21a、齒部22a。如此進行時，相較於將齒部以溶接等接合或螺旋夾等加以固定之情況，固定子2可以降低其成本。更進一步，亦可將板狀部材之齒部21a、齒部22a部份留下，形成裂縫。又，亦可將齒部21a、齒部22a部份形成梳狀。此外，圖3所示方向之設置並非固定子2必須之要件。只要在設置上可能之方向皆可以使用。上板部21亦可設置成下側或左右兩側。

如圖3及圖4所示，齒部21a及齒部22a為同一形狀、同一尺寸者為較理想。齒部21a(齒部22a)所沿可動子1之長度L1與2個齒部，齒部21a(齒部22a)之間隔L2比值為6比4。亦即，齒部21a(齒部22a)之並設方向之寬度L1較齒部21a(齒部22a)之並設間隔L2為長。本實施型態之線性馬達之可動子1為具有3個電機子軛鐵1b之最小構成。

電機子軛鐵1b及永久磁石1c與1d與可動子1之移動方向垂直之方向，其長度(圖2為相對紙面之垂直方向，圖3為紙面上下方向之長度：相對向之固定子2之上板部21及下板部22之板面之法線方向之長度)略同為理想。在此電機子軛鐵1b若較永久磁石1c與1d為長時，於較永久磁石1c與1d 突出部分中，電機子軛鐵1b之磁束，將無法於上板部21或下板部22板面之法線方向流動，而向水平方向遺漏。導致從電機子軛鐵1b流向固定子之齒部21a或22a之磁束量減低，而使推力低下。

此外，永久磁石1c及1d較電機子鐵心1b為長時，助於推力之磁束，其於上板部21或下板部22板面之法線方向之成分將難以確保，使推力減損。如後述所示，本發明之推力係藉由流動於電機子鐵心1b與齒部21a間，電機子鐵心1b及齒部22a間之磁束量決定，永久磁石1c及1d突出時，齒部21a與電機子鐵心1b間的距離，及齒部22a與電機子鐵心1b之間的距離變遠，將減低推力。此外，在此略同的意義係指於構造部設計上，尺寸設定相同。且，加工設備因含有加工誤差，設計上之尺寸設計含有公差也可以略同記述。

圖5、圖6及圖7係用以說明實施形態1之線性馬達的推力發生之原理圖。因說明的方便性，將可動子1沿線圈1a之移動方向的部分省略，僅表示與移動方向正交部分之斷面。在可動子1之線圈1a上有交流電流在流通。在圖5、圖6中線圈1a所示之黑點者係代表由紙面的內側朝表面之通電，打叉者則代表由紙面的外表朝紙內側的通電。(表示有交流電流流通時之某一時點，其電流的方向)線圈1a通電時，將發生如圖5虛線所示之磁束流動。

可動子1具備3個電機子軛鐵1b時，如圖5所示，由齒部21a之磁束，流入位於可動子1兩端之電機子軛鐵1b。流入之磁束，通過永久磁石1c、1d內，永久磁石1c、1d間，亦即聚集於位在可動子1中央之電機子軛鐵1b，向齒部22a離開。如此，並設之齒部21a之間距(L1+L2)將可小於兩端之電機子軛鐵1b之移動方向中央部位間的距離(L3)。亦即，可動子1之移動方向，該長度可變小。齒部21a之間距為相鄰2個齒部21a、齒部21a並設方 向中央部位間之距離。齒部22a也如同齒部21a。

換言之，係相對於1相之齒部之間距可較大者。

與此相對，可動子1具備4個以上電機子軛鐵1b時，相對並設之齒部21a之移動方向中央部之間距(L1+L2)，各個電機子軛鐵1b之移動方向中央部位的間格必須為1/2。以圖5為例，因需L1+L2=L3/2+L3/2=L3，使可動子之移動方向的長度難以縮小。 亦即具備4個以上電機子軛鐵1b時，會有以下問題產生。若L1+L2>L3，相鄰電機子軛鐵1b間的間隔會變小。相鄰電機子軛鐵1b間若介有永久磁石1c、1d，會因其永久磁石1c、1d而界磁方向各自不同，造成與一齒部21a(22a)間，相吸和相斥會在短距離進行，使可動子1與固定子2間的推力下降。

可動子1除去線圈1a移動方向之寬度，係較齒部21a(22a)之寬度L1與2個齒部21a(22a)之間隔L2相加(L1+L2)為狹窄者。圖3中齒部21a及齒部22a之紙面左右方向之長度，係較電機子軛鐵1b及永久磁石1c、1d為略長。此時，因邊緣磁通使得假想上的氣縫隙變短，由可動子1的永久磁石1c、1d而來的磁通就可以效率良好地流到固定子2。又，齒部21a、22a之長度與電機子軛鐵1b及永久磁石1c、1d之長度亦可為相同。

齒部21a和齒部22a係各自以等間隔(L2)被配置於固定子2之相對的上板部21、下板部22的相對面側。齒部21a、齒部22a之長方向，係配置於可動子1的移動方向之略直角處。又，齒部21a和齒部22a互相相對之面係與可動子1之移動方向之中央部不重合，使其與沿著可動子1之移動方向相異(鋸齒狀)而並設。且，齒部21a和齒部22a互相相對之面若全面皆 重合時，則不會對可動子1產生推力。

如上述，在所構成之固定子2上配置上述之可動子1。如圖4所述，在可動子1之一側的面上係與齒部21a相對，而在可動子1之另一側的面上則與齒部22a相對。於移動方向之前後所配置之電機子軛鐵1b之一側與齒部21a相對，而在另一側則與齒部22a相對。中央之電機子軛鐵1b係與齒部21a、22a之兩者相對。齒部21a、22a係一個一個以1磁氣週期進行設置。且並齒部21a、22a係以電氣角180度的相異位置(僅1/2磁氣週期錯開之位置)而設置。

接著，參考圖5、圖6及圖7，說明實施型態1之線性馬達之推力發生原理。如上述，圖5中之可動子，係發生如虛線所示之磁束流向。亦即，發生於左右之電機子軛鐵1b之磁束，通過永久磁石1c或1d，經由中央之電機子軛鐵1b流入齒部22a。流入齒部22a之磁束，通過下板部22、側板部23、上板部21，經由齒部21a流入左右之電機子軛鐵1b，會發生如上述之磁束回路。由於磁束回路，齒部21a勵磁為N極，齒部22a則勵磁為S極。

接著，關於永久磁石1c、1d之磁極發生及推力發生，藉由圖6加以說明。如圖6所示，如永久磁石1c、1d係對於電機子軛鐵1b為著磁方向相對之配置情形時，各電機子軛鐵1b整體會成為單極。中央之電機子軛鐵1b勵磁為N極，由左右之電機子軛鐵1b勵磁為S極。

另一方面，固定子2的齒部21a勵磁為N極，齒部22a勵磁為S極。齒部21a、22a所發生之磁極，與因永久磁石1c、1d所導致之勵磁化電機子軛鐵1b，進行著吸引或排斥的動作，而在可動子1上產生了圖6的朝紙面左向的推力。

圖7所表示者，係由圖6的狀態，進行到可動子1相當於電氣 角180度之距離的情形。圖7中在線圈1a所流動的電流方向係相反的。其結果，圖5之紙面中，虛線表示之由上側流向下側之磁束，其流向為相反的。因此，相當於齒部21a勵磁化為S極，齒部22a勵磁化為N極。由於永久磁石1c、1d之電機子軛鐵1b之勵磁不會發生改變，在圖6時，吸引/排斥之齒部21a、齒部22a為相反的關係。圖7所示之箭頭方向上會發生吸引力，可動子1在圖7中，係發生相對紙面向左之推力。由圖7之狀態，如可動子1是進行到相當於電氣角180度之距離的情形時，就會成為圖6相同之情形。藉由重複以上的動作，可動子1就可繼續移動。

接著說明端效果所致影響之改善。所謂的端效果，係指在線性馬達中，在可動子兩端發生之磁氣性吸引、排斥力之影響，所造成對於馬達之推力特性(頓振(Cogging)特性、無激磁保持(Detent)特性)的影響。傳統上，為減少端效果，都是採用將兩端的齒部形狀，作成其他不同形狀之對策。端效果之所以會發生，就是因為磁通回路之流動係與移動方向相同所致(專利文獻1之第2圖參照)。然而，實施形態1之線性馬達，由於含有通過固定子2之磁路的回路(磁束回路)，其流動方向係與進行方向呈直角方向之故，故可減低端效果之影響。

如上所述，實施形態1之線性馬達，因為永久磁石1c、1d僅在可動子1上使用之故，即使將線性馬達全長加長，所使用之永久磁石量都不會增加而保持一定，所以可減少成本。並且，還可減少端效果之影響。又，可動子1係具有3個電機子軛鐵1b，永久磁石1c、1d各1個總計2個之最小構成。因此，可動子1所具備之永久磁石1c、1d之移動方向之寬度、及齒部21a、齒部22a之可動子1移動方向之寬度皆可變大。其結果，可較具有多數 電機子軛鐵、永久磁石之同尺寸之固定子得到更大之推力。

此外，雖然在實施形態1上所示之形態係可動子1全部被上板部21及下板部22夾住，但本發明中亦可為：可動子1之中的永久磁石1c、1d及電機子軛鐵1b被固定子2夾住；或線圈1a之一部突出到固定子2外，皆可。

又，電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d雖為直方體狀，但並不以此為限。亦可係與因線圈1a勵磁化產生之磁束及固定子2協同構成磁氣回路者。例如，電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d亦可為正六面體。

實施形態2

圖8係表示實施形態2之線性馬達的可動子1之平面圖。關於固定子2，由於與實施形態1相同之故，省略其說明。

實施型態2中，其特徵係沿著可動子1之移動方向並列之3個電機子軛鐵1b、10b中，位於中央之電機子軛鐵10b與位於左右之電機子軛鐵1b，移動方向之寬度相異者。電機子軛鐵10b的寬度d2為電機子軛鐵1b的寬度d1的2倍。此係伴隨線圈電流增加，流動於電機子軛鐵1b、10b之磁束也增加時，磁氣飽和會因此變困難。相對於位於左右之電機子軛鐵1b係將1個永久磁石1c或1d之磁束與齒部21a或22a做交換，位於中央之電機子軛鐵10b係將2個永久磁石1c及1d之磁束與齒部21a或22a做交換。因此，位於中央之電機子軛鐵10b之寬度d2係為位於左右之電機子軛鐵1b的寬度d1的2倍為佳。

圖9A及圖9B係關於可動子1之電機子軛鐵1b、10b，其磁氣飽和之說明圖。圖9A表示本實施型態中可動子1的情形。圖9B表示上述之實施型態中可動子1的情形。自齒部21a通過電機子軛鐵1b、永久磁石1c或1d， 經過電機子軛鐵1b或10b，至齒部22a之虛線，係表示其磁束之流動。本實施型態中，被2個永久磁石1c、1d所包夾之電機子軛鐵，亦即位於中央之電機子軛鐵10b，其較實施型態1中之電機子軛鐵1b之移動方向之寬度(長度)為大。因此，流入齒部22a之磁束密度變高變難，而難以磁氣飽和。如此，即使增加了線圈1a之電流，電機子軛鐵10b還是難以磁氣飽和，因此，線性馬達之電流增加時，必須改善線性推力。此外，圖9所示之磁束流向係表示其中一個例子。

又，並不限定寬d2為寬d1的2倍，若寬d2為2倍以上，電機子軛鐵10b將難以飽和，然而，即使電機子軛鐵10b無法磁氣飽和，兩端之電機子軛鐵1b仍為飽和，寬d2係寬d1的2倍為佳。雖寬d2為2倍以下時較寬d2與寬d1相等時，電機子軛鐵10b更難磁氣飽和，但在兩端之電機子軛鐵1b磁氣飽和前，電機子軛鐵10b已磁氣飽和。因可動子1之移動方向之尺寸係依寬d1、d2決定，寬d1、d2該如何設定，依上述論點考慮進行決定即可。

圖10表示實施型態1及實施型態2之線性馬達，關於個別線圈1a之流動電流及所得推力之關係圖。橫軸為電流單位安培(A)。縱軸為推力單位牛頓(N)。如圖10所示，與實施型態1之線性馬達相比，本實施型態(實施型態2)之線性馬達具有較優之線性推力。

如上操作之實施形態2之線性馬達，除了實施形態1之線性馬達所達成的效果外，還有以下之效果。位於中央之電機子軛鐵10b之寬d2係位於左右之電機子軛鐵1b之寬d1的2倍，因此可動子1之移動方向之長變小，電機子軛鐵1b、10b之磁氣飽和仍可緩和，而得到較大之推力。亦即，可得到將可動子1小型化及推力增大，此2事項為最適化時之線性馬達。因此， 電流增加時線性有更好之效果。

實施型態3

實施型態1及實施型態2係說明關於單相之線性馬達(單相分之單元)。然而並不限制於此。例如構成3相驅動之線性馬達時，其3個之各可動子間的間距，為固定子齒部之間距之2/3的n倍(3分之2的整數倍)即可。又此時，可考慮各可動子之長方向之長度，設定為整數n即可。

圖11係表示實施型態3之線性馬達，其可動子1的構成例平面圖。圖12為圖11中依斷面線XII-XII所成斷面與固定子2之斷面之斷面圖。圖12為了表示固定子2與可動子1的位置關係，記載圖11所沒有之固定子2之斷面圖。本實施型態之線性馬達為3相馬達。可動子1係實施型態2中可動子1與相同之3個單相單元1U、1V、1W，沿移動方向所配置者。U相對應之單相單元為1U，V相對應之單相單元為1V，W相對應之單向單元為1W。3個單相單元1U、1V、1W具有相同之構成。各個的構成中與圖8所示相同的部分為具有與圖8相同符號。比較圖8所示之可動子1與各單相單元1U、1V、1W，各單相單元1U、1V、1W各自具有補助板31及出力部32。補助板31為矩形。補助板31係由例如工程塑料Engineering plastic(聚酰胺polyamide、聚碳酸酯polycarbonate)，或非磁性之陶瓷ceramic等非磁性非導電體所構成。補助板31由非磁性且非導電體形成時，可遮斷部分電機子軛鐵1b、10b所流動之渦電流之流路，使渦電流損失變小，提高出力效率。補助板31係以垂直方向，配置於電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向之相近側板部23之側面(與移動方向平行之側面)與線圈1a間。補助板31係緊貼電機子軛 鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向之側面。出力部32(非磁性體板)為縱斷面字狀(U字狀)，具有第1突出板部32a、基部32b、第2突出板部32c。出力部32係由例如鋁、非磁性不銹鋼等之非磁性體所構成。

非磁性體可防止可動子1內所發生之磁束短路。

第1突出板部32a、第2突出板部32c各自成矩形板狀。第1突出板部32a、第2突出板部32c係於成矩形板狀之基部32b之略垂直上突出者。第1突出板部32a及第2突出板部32c係兩者間介著線圈1a之捲線，互相相對者。第1突出板部32a係配置於電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向之側面(與移動方向平行之側面)與線圈1a間。基部32b之長方向之長度，係與電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向之長度之總和值略同。第1突出板部32a係緊貼於電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向中，與補助板31緊貼之側面之相對面。依補助板31和第1突出板部32a，電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d相互不會位移。可動子1具有較移動方向長之連結板4(連結部)。各單相單元係由螺絲等固定而將連結板4及各單相單元所具備之第2突出板部32c而連結。

非磁性體之第1突出板部32a支持著可動子1，並可介著基部32b、第2突出板部32c移動。

第1突出板部32a位於電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d與線圈1a間，例如比較支持可動子1時與支持線圈1a之側面時，可動子1可小型化。

3個單相單元之線圈1a流動之電流為3相交流(對稱3相交流)。圖13所示白色箭頭與圖8相同，表示永久磁石1c、1d之磁化方向。實施型態3中固定子2，由於與實施形態1及實施形態2相同之故，省略其說明。

圖13為實施型態3之線性馬達之動作說明圖。圖13為由側面所見之線性馬達圖。因說明需要，沒有記載通過圖13紙面左右方向之線圈1a之線圈線。圖13所示之可動子相間距P2為齒部21a(22a)之間距P1之2/3×2倍(P1之3分之2之2倍)相等之值。圖13所示狀態為U相與W相之線圈1a有電流流動，而V相之線圈1a無電流流動。此時，W相之可動子1W發生推力之原理，與圖5相同。U相之可動子1U發生推力之原理，與圖7相同。

U相、V相、W相之線圈1a所流動之交流電流為3相交流，故V相後W相為電流為0之狀態，之後U相為電流為0之狀態，再之後將如圖13所示，V相為電流為0之狀態。藉由此重複，使可動子1繼續移動。

圖14表示為實施型態3之線性馬達之推力圖。

橫軸為可動子1的移動距離，單位為釐米(mm)。

縱軸為推力，單位為牛頓(N)。如圖14所示，3相之合成推力約為單向高峰推力的2.5倍。一般而言，單向之推力波形為略正弦波狀，而3相合成後之推力波形係成平滑化，除去推力脈動者。但，此時3相之合成推力約為單向高峰推力的1.4倍。與此相對，因本實施型態之線性馬達為圖3及圖4所示之齒部21a(齒部22a)之沿可動子1之移動方向長度L1，與2個齒部21a(齒部22a)之間隔L2比值為6比4，相對固定子2之可動子1之相對位置變化時之推力波形分布，係由正弦波狀變化為梯形波狀。結果，推力脈動變大，3相合成推力大幅提高。換言之，使線性馬達可同時兼顧小型化及高推力化。

又，合成推力依移動距離而周期性的變動，相較利用PID(Proportional Integral Derivative)控制得到適當反饋，只需使變動寬度變小，控制電流即可。

本實施形態中，除了實施形態1及實施形態2之線性馬達所達成的效果外，還有以下效果。因於電機子軛鐵1b、10b與線圈1a之間設置以非導電體形成之補助板31，可部分遮斷電機子軛鐵1b、10b流動之渦電流之流路，減小渦電流的損失。

3個單相單元連結之可動子1，相較於1個單相單元，可得到較大之推力。因設置第2突出板部32c，線性馬達之推力可容易傳達至外部。

本實施型態中，具備各單相單元1U、1V、1W之第2突出板部32c與連結板4利用螺絲固定，使單相單元互相連結。但不限制於此，亦可不具備連結板4。亦即，各單相單元之第2突出板部32c若可形成為一體，則不須連結板4。

如圖12所示，出力部32係成斷面U字狀，但亦可於基部32b上構成，亦即，成為斷面逆U字狀。

於電機子軛鐵1b、10b、永久磁石1c、1d之橫向方向之側面與線圈1a間所設置之補助板31之構成，也可適用於上述之實施型態1及2。

實施型態4

可動子1上如配列有永久磁石1c、1d及電機子軛鐵1b時，由於移動方向上之比透磁率會週期性地改變，因此高次之無激磁保持力高調波成分會變得顯著。一般而言，在相獨立型之驅動上，在3相合成時，其基本波及2次、4次之高調波會抵銷，但3次、6次、9次、12次等之3的倍數之高調波會加成變強。

圖15係表示實施型態4之線性馬達之可動子1構成例之平面圖。永久磁石1c、1d、電機子軛鐵1b之移動方向側之面，係與移動方向並列之上板部及下板部之對向方向交叉之方向傾斜者。即所謂歪斜配置。歪斜配置，係將對於移動方向之垂直方向，以傾斜(角度)的方式，配置於永久磁石1c、1d、電機子軛鐵1b之長邊。亦即，永久磁石1c、1d及電機子軛鐵1b之長方向兩端部，其移動方向係呈彼此相異者。藉此，就可減低12次以上之高調波成分。此外，使之歪斜的角度(歪斜角)為0~6度左右。固定子2由於與實施形態1相同之故，省略其說明。

如上操作之實施形態4之線性馬達，除了實施形態1之線性馬達所達成的效果外，還有可降低無激磁保持力之高調波成分的效果。並且，電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d，其係配置成直方體狀者，惟亦可將與線圈1a的內周面相對之電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d，其各自的兩面，作成與線圈1a的內周面相平行之構成。亦即，電機子軛鐵1b、永久磁石1c、1d的一個斷面，亦可作成平行四邊行者。

也可於實施型態2和實施型態3中，將永久磁石1c、1d、電機子軛鐵1b及10b進行歪斜配置，使12次以上之高調波成分減低。

實施型態5

圖16係表示實施型態5之線性馬達之固定子2構成之斷面圖。圖16係線性馬達之固定子2，沿著可動子1之移動方向切斷之橫斷面圖。齒部21a、22a之與上板部21或下板部22平行之斷面面對之二組之2邊中的短邊(任2邊)，係相對於可動子1之移動方向傾斜者。具有上板部21之齒部21a及具有下板部22之齒 部22a進行歪斜配置。利用圖16從左算來第3個齒部21a說明。齒部21a之斷面為長方形。虛線所示長方形係齒部21a無進行歪斜配置時的情形。在圖16中，可動子1之移動方向係左右方向。無進行歪斜配置時，虛線所示齒部21a之斷面短邊相對可動子1之移動方向平行。進行歪斜配置時，斷面短邊E1與E2相對可動子1之移動方向係呈傾斜。

圖16係齒部22a係突出方向先端之端面。圖16從左算起第二之齒部22a，虛線所示長方形為齒部22a無進行歪斜配置的情形。端面短邊與可動子1之移動方向平行，不傾斜。進行歪斜配置時，端面之短邊E3、E4相對於可動子1之移動方向傾斜。齒部22a之斷面與端面為同一型狀，因此斷面短邊也同樣相對於可動子1之移動方向為傾斜。

關於可動子1，由於與實施形態1至實施形態4相同之故，省略其說明。實施型態5中，藉由固定子2之齒部21a及齒部22a歪斜配置，可動子1的電機子軛鐵1b(10b)及永久磁石1c、1d不作成歪斜配置，亦可減低無激磁保持力之12次以上之高調波成分。此外，作為可動子1與上述實施型態4同樣使用時，無激磁保持力之減低與固定子2之齒部21a及齒部22a及可動子1之電機子軛鐵1b、永久磁石1c及1d所成角度相關。該所成角度為適切值時，固定子2之齒部21a及齒部22a即可動子1之電機子軛鐵1b、永久磁石1c及1d各自歪斜即可。

實施型態6

圖17係表示實施形態6之線性馬達的固定子2構成之斷面圖。其係將線性馬達之固定子2沿著可動子1移動方向切斷之橫斷面圖。上板部21具有之齒部21a 及下板部22具有之齒部22a係以歪斜配置。亦即，固定子2之齒部21a及齒部22a，相對於可動1的移動方向，係配置成傾斜形式者。關於可動子1，由於與上述實施形態1至實施形態4之任一者相同之故，省略其說明。

實施型態6中，一側之板狀部21所具有的齒部21a與另一側之板狀部22所具有的齒部22a，其斷面短邊之傾斜方向相反。如圖17所示，齒部21a之斷面短邊E1、E2與齒部22a之端面短邊E3、E4係相對於可動子1之移動方向傾斜。此點與上述之實施型態5相同。實施型態6係齒部21a與齒部22a的傾斜方向相反，亦即，齒部21a之斷面短邊E1、E2的傾斜方向與齒部22a之斷面短邊E3、E4傾斜方向係彼此相反。此目的係在抑制由歪斜配置所導致之旋扭。藉由齒部21a、22a歪斜配置，在線性馬達所發生之推力，由於係從可動子1之移動方向向歪斜角度分傾方向產生，所以可能發生可動子全體傾斜旋扭之情形。藉由齒部21a及齒部22a之傾斜方向相反，從齒部21a及齒部22a所發生、且與可動子1之移動方向呈垂直之方向(橫方向)上，其推力成分就成為逆向者。因此，橫方向之推力成分，就可能互相抵銷，並防止旋扭之情形。

如上所述，在實施形態6中，除了實施形態1至實施形態4之線性馬達的效果外，還達成以下之效果。藉由固定子2之齒部21a及齒部22a進行之歪斜配置，即使可動子1的電機子軛鐵1b(10b)、永久磁石1c、1d不作成歪斜配置，亦具有可減低其無激磁保持力之12次以上的高調波成分的效果。此外，藉由齒部21a與齒部22a之傾斜方向相反，還有防止旋扭之效果。

再者，在實施形態6中，亦可與實施形態5相同地，使用實施形態4中之可動子1，惟關於可動子1之電機子軛鐵1b、永久磁石1c及1d及固 定子2之齒部21a及22a各自之歪斜角度，適當確定即可。

各實施例所記載之技術特徵(構成要件)可以互相組合，藉由互相組合，可形成新的技術特徵。

本次所揭示之實施形態，其全部之點僅為例示，並非用以限制本發明。本發明之範圍，並非以上述之意義為限，而應以申請專利範圍加以表示，且申請專利範圍及均等論上之意義及範圍內之全部變更，均包含在內。

1‧‧‧可動子

1a‧‧‧線圈

1b‧‧‧電機子軛鐵(軛鐵)

1c、1d‧‧‧永久磁石(磁石)

2‧‧‧固定子

21‧‧‧上板部

21a‧‧‧齒部

22‧‧‧下板部

22a‧‧‧齒部

23‧‧‧側板部

Claims (10)

1. 一種線性馬達，其特徵係在具備固定子、及具有線圈之可動子之線性馬達中，前述固定子係於前述可動子之移動方向上具有長的2個板狀部，2個板狀部間係作為可動子之移動域，並以磁氣結合之方式而相對設置；在前述二個板狀部彼此相對之各自面上，其複數之齒部，係以一側板狀部之齒部與另一側板狀部之齒部於前述移動方向上作成如鋸齒錯開狀而並設者；前述可動子係於前述線圈內部中，沿著前述移動方向有2個磁石及3個軛鐵交互配列；前述2個磁石係沿著前述移動方向磁化，並在磁化方向上彼此相對者。
2. 如申請專利範圍第1項之線性馬達，其中被2個磁石所包夾之軛鐵係在前述移動方向上較其他2個軛鐵為長者。
3. 如申請專利範圍第2項之線性馬達，其中被2個磁石所包夾之軛鐵係在前述移動方向上較其他2個軛鐵為長2倍者。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之線性馬達，其中前述齒部之並設方向之寬度係較齒部之並設間隔為長者。
5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之線性馬達，其中前述2個磁石及3個軛鐵係呈直方體狀，各磁石及各軛鐵在前述移動方向側之面，相對於與前述移動方向及前述板狀部之對向方向所直交之方向係呈傾斜者。
6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之線性馬達，其中前述齒部係呈直方體狀，且 與前述齒部之前述板狀部呈平行之斷面的相對向之任二邊，係相對於前述移動方向呈傾斜者。
7. 如申請專利範圍第6項之線性馬達，其中前述2個板狀部所具有之齒部，係與前述斷面之前述2邊之傾斜方向呈互相相反者。
8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之線性馬達，其中係具有：由與前述軛鐵及磁石之前述移動方向平行之側面和前述線圈間所設置板狀之非磁性體板，以及，與該非磁性體板在介於前述軛鐵及磁石且相對向，並於前述線圈間設置板狀之非磁性非導電性材所成之補助板者。
9. 如申請專利範圍第8項之線性馬達，其中係與前述非磁性體板連結，並進而具備在前述移動方向上所配列3個可動子連結之連結部者。
10. 如申請專利範圍第9項之線性馬達，其中前述非磁性體板，係具有位於前述線圈之捲線間相對之板狀之第1突出板部及第2突出板部，及前述第1突出板部及第2突出板部連結之基部者。