CN100574059C - 线性电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种解决可动部发热问题的线性电动机。本发明的线性电动机是将复数个电磁铁用线圈连续地排列、在与来自这些电磁铁用线圈的磁通的相互作用下可移动地组装永久磁铁体而成。电磁铁用线圈包括以星型接线连接的U相、V相、W相的各个线圈(12)，这些各相线圈在中空轴状的中核(11)周围，在永久磁铁体的整个移动范围直列地装着，使这些磁极轴和中核的轴芯为相同方向。永久电磁铁体具有能够围住电磁铁用线圈的环状形状，且磁极轴由具有各相线圈的3倍长度尺寸的复数个永久磁铁(21)形成，这些复数个永久磁铁直列状组装，使其邻接的磁极互相为相反方向，磁极轴和中核的轴芯为相同方向。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及线性电动机。

背景技术

线性电动机有多种多样的型式，如果不是象线性电动机驱动车辆那样需要强大驱动力的情况，多数是由永久磁铁和电磁铁线圈的组合构成。这样的由永久磁铁和电磁铁线圈的组合构成的线性电动机，可以考虑比如说在半导体制造装置领域中作为精密用微级、或精密定位级的驱动源的应用。这是因为，相比迄今为止作为主流的圆头螺栓驱动机构，线性电动机驱动机构具有不仅驱动速度高、而且定位精度高、另外重复定位精度高、驱动时和停止时发生的过冲、下冲比较小、等速移动时的速度波动较小的优点。

参照图14，对由永久磁铁和电磁铁线圈的组合构成的线性电动机进行简单的说明。图14中，复数个永久磁铁102一定间隔地分别配置于剖面大致呈U形的轭101互相对向的内壁上。在轭101互相对向的内壁之间，设置有在轭101延伸方向可动的可动线圈部103。可动线圈部103中，可动线圈部103发生的磁通和邻接的永久磁铁102的磁通相互作用产生驱动力，在该驱动力作用下，可动线圈部103在未图示的引导机构引导下移动。可动线圈部103中，通常组装有用于搭载被搬送体、例如半导体晶片的台(载物台)。

另外，作为线性电动机使用三相驱动型的场合，可动线圈部103作为基本要素具备以U相线圈、V相线圈、W相线圈的3个线圈为1组的组合体。

如上所述，迄今为止的线性电动机，一般由固定的永久磁铁和可动线圈的组合构成，这样的线性电动机具有以下的问题点。

第1个问题点，对可动线圈部103供给电力的电源电缆为必须，由于可动线圈部103是可动的，该电源电缆也必须有能够追随可动线圈部103移动的可弯曲性。然后，这样的可弯曲性的电源电缆和可弯曲性的电缆支持装置，为了预防断线必须定期进行维护(交换)作业。又，可弯曲性的电缆支持装置的设置空间亦为必须。

第2个问题点，尽管可动线圈部103发热很大，由于可动的缘故很难进行冷却，而且因为必须占有很大的空间，故为了能实现其必须有复杂的冷却构造。如果不解决可动线圈部103的发热问题，可动线圈部103的周边温度上升，例如搭载于台上的半导体晶片之类的被搬送体产生向外翘曲及膨胀等的变形，难以维持被搬送体的精度，产生不好的影响。

第3个问题点，如图14所示的型式，由于相对可动线圈部103的线圈为圆筒状或矩形状，永久磁铁只是设为互相对向的2面，因此，推力发生用的有效磁通较少。若为了增大推力而加大可动线圈部103的励磁电流，则上述第2问题点的解消更为困难。

作为第4个问题点，尤其是在平面对向型(平板型)线性电动机中，在固定子一侧配置复数个板状永久磁铁，在与其对峙的可动子一侧，轭上装有复数个线圈，此时，由于永久磁铁和线圈配置为其间中断的断片构造，可动子在轴向移动时一定会有规则且连续地产生轭和永久磁铁互相吸引的位置和相互不吸引的位置的现象(速度不均)。这可以考虑为产生所谓速度不恒定的直接原因。

这里，本发明的课题在于提供一种能解决上述问题点的线性电动机。

发明内容

由本发明提供一种线性电动机，其特征为，将复数个电磁铁用线圈连续地排列，组装永久磁铁体，使其在与来自这些电磁铁用线圈的磁通的相互作用下沿这些电磁铁用线圈可移动，相邻所述电磁铁用线圈之间中介有由磁性体形成的衬垫部件。

本发明的线性电动机中，所述电磁铁用线圈包括以星型接线连接的U相线圈、V相线圈、W相线圈，这些各相线圈在中空轴状的中核周围，在所述永久磁铁体的整个移动范围形成直列地装着，并使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

或者是，所述电磁铁用线圈包括以三角型接线连接的U相线圈、V相线圈、W相线圈，这些各相线圈在中空轴状的中核周围，在所述永久磁铁体的整个移动范围形成直列地装着，并使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

又，本发明的线性电动机中，所述永久磁铁体具有能够围住所述电磁铁用线圈的环状或大致U形的剖面形状，且在与中心轴向平行磁化的磁极轴上，由具有所述各相线圈的3倍长度尺寸的复数个永久磁铁形成，这些复数个永久磁铁直列状组装，使其邻接的磁极互相为相反方向。

或者是，所述永久磁铁体具有能够围住所述电磁铁用线圈的环状或大致U形的剖面形状，且在长度方向上，由具有所述各相线圈的3倍长度尺寸的、面向中心轴呈放射状(径向)上被磁化了的复数个永久磁铁形成，这些复数个永久磁铁直列状组装，使其邻接的磁极互相为相反方向。

本发明的线性电动机中，所述永久磁铁体的外面一侧最好设置有由磁性体形成的筒状轭。

又本发明的线性电动机中，相邻永久磁铁之间可以中介有由磁性体形成的衬垫部件。

又，本发明的线性电动机中，所述中核可为供所述永久磁铁体作直线运动的直线形状，也可通过将所述中核做成在其延长方向上具有圆形或圆的一部分被切去后的大致呈C形的形状，能够使所述永久磁铁体沿圆形或大致呈C形的轨道作周向运动或往复运动。

进一步在本发明的线性电动机中，所述永久磁铁体的内面一侧即、所述电磁铁用线圈的外面一侧，在所述永久磁铁体的整个移动范围设置筒状体，以收容所述电磁铁用线圈，在该筒状体与所述永久磁铁体的内面一侧之间及所述筒状体与所述电磁铁用线圈的外面一侧之间，分别存在缝隙。

进一步在本发明的线性电动机中，可将所述中核的中空部及所述电磁铁用线圈的外面一侧与所述筒状体的内面一侧之间的所述缝隙作为冷却空间。

进一步在本发明的线性电动机中，所述永久磁铁体中组装有引导块，该引导块可由配置于基座体的引导部件沿所述永久磁铁体移动方向引导。

进一步在本发明的线性电动机中，所述永久磁铁体收容于盒内，该盒的内面一侧设置至少一个沿所述筒状体的外面可滑动的第1滑动轴承，所述盒的侧面一侧设置有沿其侧方延伸的辅助部件，该辅助部件在设置与所述永久磁铁体移动方向平行的贯通孔的同时在其内面一侧设置有第2滑动轴承，设置导向用引导部件使其与所述筒状体平行且沿所述永久磁铁体移动方向延伸，通过将该导向用引导部件插入所述第2滑动轴承能够进行所述永久磁铁体的移动导向。

进一步在本发明的线性电动机中，收容所述电磁铁用线圈的所述筒状体被固定在设于基座体的2个支架之间。

进一步在本发明的线性电动机中，沿所述永久磁铁体的移动方向配置有线性尺，所述永久磁铁体中设置有与所述线性尺对向的编码头，从该编码头检测的信号经过可弯曲性的电缆输入至控制驱动装置。

进一步在本发明的线性电动机中，在包含所述永久磁铁体的可动部一侧、包含所述支架的固定部一侧，分别在一方设置有供检测位置用的被检测片，另一方设置有用于检测所述被检测片的传感器。

进一步在本发明的线性电动机中，所述电磁铁用线圈包括以U相线圈、V相线圈、W相线圈为1组、将其按顺序直列状排列组装而成的复数组，在所述中空轴状的中核周围，将这些复数组的线圈在所述永久磁铁体的整个移动范围直列地装着，使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

进一步在本发明的线性电动机中，在所述复数组中的复数个所述U相线圈、复数个所述V相线圈、复数个所述W相线圈各相分别直列状连接并以星型接线连接，且将其中2个相中的复数个线圈连接成偶数组的磁极相对奇数组的磁极为相反方向，其余的1个相中的复数个线圈连接成奇数组的磁极与所述2个相中复数个线圈的所述奇数组的磁极为相反方向，偶数组的磁极与所述2个相中复数个线圈的所述偶数组的磁极为相反方向。

本发明的线性电动机具有以下的效果。

(1)通过将电磁铁线圈做成固定、将永久磁铁做成可动，能够以简单的构造实现对电磁铁线圈发热的冷却。

(2)由于可动部不发热，组装入可动部的被搬送台就不发生温度上升，从而也就对搭载于上的被搬送体不产生热的影响。由于这一点，本发明的线性电动机最适合于要求有严格的温度条件的环境下的使用，比如半导体制造装置中真空室内的搬送驱动系统。

(3)由于在环状或U形状永久磁铁的内侧，中介有微小缝隙状收容配置的电磁铁线圈，因此能够使电磁铁线圈的磁通有效地作用于永久磁铁。尤其是在环状永久磁铁的情况下，电磁铁线圈的磁通的利用效率非常高，能得到高推力。

(4)由于没有必要对可动部供给电源，因此不需要可弯曲性的电源电缆，不需要对电源电缆的断线等进行维护作业。

(5)在将电磁铁线圈一侧做成可动的情况下，因为有必要监视其温度上升，所以必须在电磁铁线圈上设置热电偶等的温度传感器，用可弯曲性的信号线将温度检测信号向控制驱动装置一侧送出，但本发明中则不需要。

(6)可弯曲性的电源电缆、信号线由于反复折曲有发生断线的可能，但在本发明中不会发生电源电缆的断线，通过将编码头设置于基座一侧也可避免信号线的断线。

(7)由于可动部的永久磁铁的盒子可以铝合金的一体成型物实现，其机械强度很强。

(8)各构成要素中，除了永久磁铁的材料为高价外，全部能以低价实现，即使制作大型装置，作为线性电动机全体能实现低价格化。

(9)因为没有必要将动子和定子之间的缝隙规定为一定的值，所以对动子和定子不要求严格的安装精度，对其构成的部件也不要求严格的加工精度。

(10)因为中核(轭)为直线的圆筒形状，永久磁铁和中核(轭)没有断续性的吸引力作用，所以可实现极高的速度恒定性。

附图说明

图1是显示本发明实施形态的线性电动机的概略构成的图。

图2a为本发明的线性电动机平面图。

图2b为从图2a的下侧看到的线性电动机侧面图。

图2c为从图2a的上侧看到的线性电动机侧面图。

图2d为从图2a的右侧看到的线性电动机侧面图。

图3a用于说明图2a至图2d中动子及定子的内部构造的截面图。

图3b用于说明从图3a的侧面看到的的部分截面图

图4用于说明使用于本发明的电磁铁线圈的基本构成的图。

图5用于说明作为电磁铁线圈使用9个线圈的情况下各线圈和控制驱动装置的连接例的图。

图6显示图5中控制驱动装置的电压波形例的图。

图7a用于对在图6的时刻①时图5中9个线圈诱发的磁极的例子进行说明的图。

图7b用于对在图6的时刻②时图5中9个线圈诱发的磁极的例子进行说明的图。

图7c用于对在图6的时刻③时图5中9个线圈诱发的磁极的例子进行说明的图。

图8用于4个线圈的情况下、对由各线圈诱发的磁极而使线圈全体发生的磁极进行说明的图。

图9与图8同样的原理、用于9个线圈的情况下、对由各线圈诱发的磁极而使线圈全体发生的磁极进行说明的图。

图10用于说明在具有如图9(a)的磁极的电磁铁线圈中组装有永久磁铁的情况下驱动永久磁铁的原理图。

图11用于说明在具有如图9(b)的磁极的电磁铁线圈中组装有永久磁铁的情况下驱动永久磁铁的原理图。

图12用于说明在具有如图9(c)的磁极的电磁铁线圈中组装有永久磁铁的情况下驱动永久磁铁的原理图。

图13用于说明在具有如图9(a)的磁极的电磁铁线圈中组装有永久磁铁的情况下驱动永久磁铁的又一原理图。

图14显示以往的线性电动机的概略构成的图。

图15a为用于说明本发明中为了构成动子而使用的永久磁铁的另一个例子的横向剖面图。

图15b为用于说明本发明中为了构成动子而使用的永久磁铁的另一个例子的纵向剖面图。

图16a为用于说明本发明中动子的改进例的剖面图。

图16b为用于说明本发明中动子的改进例的正视图。

图17a为用于说明本发明中动子的另一改进例的剖面图。

图17b为用于说明本发明中动子的另一改进例的正视图。

图18为用于说明本发明中动子一侧的永久磁铁体的改进例的剖面图。

图19为用于说明本发明中定子一侧的线圈的改进例的剖面图。

图20a为用于说明本发明中被使用的三相线圈的三角形接线图。

图20b为用于说明本发明中被使用的三相线圈的并联三角形接线图。

图20c为用于说明本发明中被使用的三相线圈的并联星型接线图。

图20d为用于说明本发明中被使用的三相线圈的线圈阵列图。

图21为用于说明本发明中动子的引导系统的另一例的斜视图。

图22用于说明本发明第2实施形态的2轴驱动型的台装置的图。

符号的说明

10        定子

11        中核

12        线圈

13        管体

20        动子

21        永久磁铁

22        磁铁盒

23        引导块

24        编码头

25        电缆支承

30        基座

31        支架

32        导轨

33        线性尺

40        控制驱动装置

41        个人电脑

61        外轭

65，66    衬垫

71，74    衬套

72        引导管

73        辅助部件

80        基座

85        滑块

具体实施方式

以下，对本发明第1实施形态的线性电动机进行说明。图1显示线性电动机的概略构成，图2a至图2d为从4个方向看线性电动机的图。即图2a为平面图，图2b为从图2a的下侧看到的侧面图，图2c为从图2a的上侧看到的侧面图，图2d为从图2a的右侧看到的图。

图1、图2a至图2d中，线性电动机包括：收容有复数个连续排列的电磁铁用线圈(以下简称为线圈)的轴体(以下称为定子)10；以及通过与来自这些线圈的磁通的相互作用、在与定子10的延伸方向相同的方向上可移动的可动磁铁体(以下称为动子)20。定子10架设在隔有一定间隔地固定于基座30上的2个支架31之间。

再参照图3a、图3b，对定子10和动子20的内部构造进行说明。定子10包括：中空轴状的中核11；安装于中核11周围的复数个线圈12；以及组装成覆盖复数个线圈12的外周一侧的管体13(筒状体)。线圈12包括连接于控制驱动装置40的马达连接端的U相线圈、V相线圈、W相线圈。这些各个线圈在中核11周围的覆盖动子20移动的近乎全长范围内安装，并使其磁极轴与中核11的轴芯平行。

动子20包括：能够围住线圈12的环状的复数个永久磁铁21，以及收容这些复数个永久磁铁21的磁铁盒22。复数个永久磁铁21具有相同长度尺寸，而且邻接的磁极互相为相反方向，且形成直列状组装成使磁极轴与中核11的轴芯平行、收容于磁铁盒22。线圈12、永久磁铁21的尺寸虽然由推力、线性电动机全体的大小等的条件而变化，但做成的全部永久磁铁21在轴向上的尺寸为相等，另外，轴向的尺寸为线圈12的磁极轴向尺寸的3倍长度。

管体13的内径做成较线圈12的外径稍大，外径做成较永久磁铁21的内径稍小。这样，在管体13的外面一侧和永久磁铁21的内面一侧之间及线圈12的外面一侧和管体13的内面一侧之间，分别形成缝隙。然后，将中核11的中空部及线圈12的外面一侧和管体13的内面一侧之间的缝隙做成能利用气体及液体进行冷却的冷却空间。管体13使用了不锈钢等的非磁性金属材料，但也可使用其他材料、例如树脂材料。

另外，动子20有必要在对管体13外周保持缝隙的状态下、即在与管体13的非接触状态下使其移动。这一点通过如下所述的引导块23和导轨32实现。即磁铁盒22装配有2个引导块23，这2个引导块23受到沿动子20移动方向配置于基座30上的导轨32的引导。

另外，管体13的外面一侧和永久磁铁21的内面一侧之间的缝隙没有必要为一定。换言之，不管上述缝隙在全长度范围为一定、或是在上下方向、左右方向上有参差不平，其推力相同，不会受到推力不均等的影响。这是因为永久磁铁21为环状，其内侧有线圈12的缘故。由此，对动子20和定子10不要求严格的安装精度，对其构成的部件也不要求严格的加工精度。

对上述各构成要素的材料举一个例子，中核11为了使其具有作为轭的功能，使用如铁的磁性体，做成管状以增强机械强度。管体13最好为SUS304及非磁性体的不锈钢等的材料。

这是因为，通过将管体13接地可以屏蔽由线圈12发生的电磁波。永久磁铁21使用作为磁铁性能高的、例如钕磁铁。特别是，永久磁铁21在磁极轴向上的尺寸必须全部相同。

考虑到轻量化，作为磁铁盒22最好使用铝合金等，但不限于此，例如也可使用石材等。

不管何种情况，磁铁盒22，如图2a至图2d所示，可由收容固定复数个永久磁铁21的盒本体部22-1和安装于其两端部的盖部件22-2的3个部件构成一体，使其具有充分的机械强度。

中核11的中空部通过利用支架31使冷却用流体、比如油等的液体及空气等的气体流通，从线圈12的内侧进行冷却。另一方面，在线圈12的外面一侧和管体13的内面一侧之间的缝隙中，同样地通过利用支架31使冷却用流体、冷却用的液体及气体流通，从线圈12的外侧进行冷却。

回到图1、图2a至图2d，基座30上沿动子20移动方向配置有线性编码器用的线性尺33，磁铁盒22中设置有与线性尺33相对向的编码头24。来自编码头24的检测信号通过具有可弯曲性的信号电缆的履带状的电缆支承25输入至控制驱动装置40。不用说来自编码头24的检测信号被利用于动子20的定位控制。又，定子10内的各个线圈12通过支架31连接于3相用电源电缆35，电源电缆35连接于控制驱动装置40。控制驱动装置40与单相100V交流电源50连接的场合，内部装有单相-三相变换器，U相、V相、W相的各相连接于U相线圈、V相线圈、W相线圈。但是，如后所述，不限于将电源的U相、V相、W相一一对应地连接于U相线圈、V相线圈、W相线圈。电源和U相线圈、V相线圈、W相线圈的连接可以有各种各样的形态。另外对于控制驱动装置40，作为控制数据输入装置及数据处理装置连接有个人电脑，根据由个人电脑41提供的数据，用来自编码头24的检测信号对动子20的定位控制及速度控制实行全封闭循环控制。这样的控制驱动装置40可使用市售品。

图2a至图2d中，磁铁盒22的两侧分别设有位置检测用的被检测片26，2个支架31分别设有用于检测被检测片26的传感器36。传感器36的检测信号被传送至控制驱动装置40，使用于动子20的原点定位或防止失去控制。即将由传感器36检测被检测片26的位置作为动子20移动开始时的原点，即使移动中动子20由于某种故障失去控制暴走，一旦被检测片26到达传感器36检测的位置，则动子20的移动将强行停止。被检测片26只要是可动部分，则任何部分均可，传感器36也只要是可检测被检测片26的部位，则也可是任何固定部分。另外，被检测片26也可设置于固定部分，这种情况，传感器36可设置于能够检测被检测片26的可动部分。

尽管没有图示，磁铁盒22的上面一侧安装有作为被驱动体的台。

图4显示U相线圈、W相线圈、V相线圈的基本构成。3个U相线圈U1、W相线圈W1、V相线圈V1以星型接线连接。各线圈具有卷取始端S、卷取终端E，2个线圈的卷取终端E和1个线圈的卷取始端S、在这里是指W相线圈W1的卷取始端S一起与共同端子连接。

图5显示具备以3个U相线圈、V相线圈、W相线圈为1组基本构成的3组即、合计9个线圈的场合的连接和使用控制驱动装置40的场合的连接例。这里，对于U相线圈，将第1线圈U1的卷取始端S连接于控制驱动装置40的U端子，将第1线圈U1的卷取终端E连接于第2线圈U2的卷取终端E。然后，将第2线圈U2的卷取始端S连接于第3线圈U3的卷取始端S，将第3线圈U3的卷取终端E连接于共同端子。同样，对于W相线圈，将第1线圈W1的卷取终端E连接于控制驱动装置40的V端子，将第1线圈W1的卷取始端S连接于第2线圈W2的卷取始端S。然后，将第2线圈W2的卷取终端E连接于第3线圈W3的卷取终端E，将第3线圈W3的卷取始端S连接于共同端子。另一方面，对于V相线圈，将第1线圈V1的卷取始端S连接于控制驱动装置40的W端子，将第1线圈V1的卷取终端E连接于第2线圈V2的卷取终端E。然后，将第2线圈V2的卷取始端S连接于第3线圈V3的卷取始端S，将第3线圈V3的卷取终端E连接于共同端子。

简单地说，在如图5所示具有9个线圈的情况下，对于2个相，将3个线圈中的中间的线圈与其两侧的线圈连接成卷取始端S和卷取终端E相互逆向，将剩下的1个相将3个线圈中的两侧的线圈与其间的线圈连接成卷取始端S和卷取终端E相互逆向。

如果是具有12个以上、即4组以上的复数组线圈的情况，复数组中的复数个U相线圈、复数个W相线圈、复数个V相线圈各相分别直列地连接，并以星型接线连接于控制驱动装置40。而且将2个相中的复数个线圈连接为成偶数组的磁极相对奇数组的磁极为相反方向，其余的1个相中的复数个线圈连接成奇数组的磁极与所述2个相中的复数个线圈的所述奇数组的磁极为相反方向，偶数组的磁极与所述2个相中的复数个线圈的所述偶数组的磁极为相反方向。

图6显示连接于上述的U相线圈、W相线圈、V相线圈的控制驱动装置40的电压波形。不用说，U相、V相、W相的电压波形分别具有120度的相位差。

图7a、图7b和图7c分别为在将产生图6的电压的控制驱动装置40连接于图5的各个线圈时、各线圈端部在图6的时刻①、②、③诱发的磁极变化的示意图。

这里，假设如图7a至图7c所示的关系、4个线圈如图8所示呈直列状配置。如果各线圈端部诱发如图8(a)的磁极，则在实际上，如图8(b)所示的互相吸引的磁极邻接的部分不产生磁极，而在互相排斥的磁极邻接的部分和最外侧线圈的外侧端部，产生与前述互相排斥的磁极相反的磁极。

图9显示考虑上述之点、在图7a、图7b、图7c诱发于各线圈端部的磁极作用下、9个线圈的组合体中实际产生的磁极。

接着，对本线性电动机的驱动原理进行说明。以下，对动子20由4个永久磁铁21组成的例子进行说明。

图10～图12分别显示，当如图9(a)～图9(c)所示发生了磁极变化时，动子20在与线圈磁通间的相互作用下单方向(这里图中为左方向)移动的原理。

图10中，当动子20处于如图10(a)所示的位置时，假设由定子10上的9个线圈12产生如图10(a)(对应图9(a))所示的磁极，则如图10(b)所示，动子20向图中的左方向移动1个线圈的位置。

下一步，当动子20移动至如图10(b)所示位置的状态时，假设由9个线圈12产生如图11(a)(对应图9b)所示的磁极，则如图11(b)所示，动子20向图中的左方向移动2个线圈的位置。

进一步，当动子20移动至如图11(b)所示位置的状态时，假设由9个线圈12产生如图12(a)(对应图9(c))所示的磁极，则如图12(b)所示，动子20向图中的左方向移动2个线圈的位置。

接着，当动子20移动至如图12(b)所示位置的状态时，假设由9个线圈12产生如图13(a)(对应图9(a))所示的磁极，则如图13(b)所示，动子20向图中的左方向移动2个线圈的位置。

由上述的说明，似乎动子20是以1个线圈的尺寸所决定的距离作一步步的移动，实际上不会产生这种现象。这是因为，本实施形态的线性电动机的驱动原理仅仅是对图6所示的时刻①～③进行了说明的缘故，实际上因为施加于U相、V相、W相各个线圈的电压如图6所示呈连续波形，故动子20的动作连续平稳，其定位也能达到线性尺33的分解能、编码头24的检测精度所决定的精度。

又、图11～图13中，相对动子20的移动距离为2个线圈的距离，图10中则为1个线圈的距离。这是因为，最初动子20被设置的位置偏移的缘故，实际上是一种呈图11～图13的循环动作。

进一步，图10～图13中，在9个线圈12的组合体的中央部分相对磁极间的距离为3个线圈的距离，而靠近组合体端部的磁极间的距离则为1个线圈或2个线圈的距离。有人认为这会对动子20的动作带来影响。但是实际上这种影响不会发生。之所以如此，是因为为了易于图解，表示了使用9个线圈12的情况，实际上，移动的动子20的端部被设计为不突出于复数个线圈12的组合体的两端部。即，实际上，不会发生动子20的一部分如图10～图13所示从9个线圈12的组合体的端部突出的情形。

不论何种情形，本实施形态的线性电动机，通过如图1所说明的在个人电脑41中设定必要的数据，不用说能够将动子20移动至定子10上的所需位置，也能够使动子20在定子10上的一定距离范围领域内进行往复运动(振动运动)之类的各种各样的运动。又，比如说也可以通常的速度进行从原点位置至所需的设定位置的前进运动，而以高速进行返回原点位置时的返回运动，通过这样的控制以缩短进行反复搬送动作场合的作业时间。在返回运动时，很容易地实现在接通加与前进方向相反的电流的同时、改变此时的电源的频率。

另外，在动子20和固定部之间，可以用所需的最低限度的可弯曲性的信号线、即编码头24用的信号线连接，从而电缆支承25(参照图2a至2d)不需要用于收容电源电缆的空间，可实现小型化。至于速度的不恒定性，本实施形态中已得到确认，在100mm/sec的速度下能把速度的不恒定性抑制在1(％)以内。另外，编码头24以设置于基座30一侧为好。这种场合，虽然对动子20的可动范围有所限制，但只要能适用于在较窄范围内进行往复运动这一类型的线性电动机即可，不需要可弯曲性的电源电缆和信号线，具有很大的优点。

以上，对本发明的第1实施形态进行了说明，但是本发明也可作如下所述的种种变更。

图15a、图15b分别显示永久磁铁的另一个例子的剖面图和正视图。就是说，在上述形态中，永久磁铁21在其中心轴向、即与中心轴向平行地被磁化，而本例的永久磁铁21’在径向、即向中心轴呈放射状(径向)的磁化。当然本例中也是由复数个永久磁铁21’直列状组装，其每一个的长度做成为线圈12(图3a、图3b)的磁极轴尺寸的3倍。然后，相邻永久磁铁21’组装成相反的磁极互相对向。

又、无论是与中心轴向平行磁化的磁铁，或是在径向磁化的磁铁，不必限定为由筒状体一体成型形成的磁铁，也可将分割的磁铁组装而成。就是说，准备好在周方向按一定角度间隔分割(例如若90度则一分为4，若45度则一分为8)成复数个，分别在与中心轴向平行的方向磁化或在径向磁化后组装为筒状体，这样做成的磁铁也可以。

图16a、图16b分别为，用磁性体形成的筒状、这里为圆筒状的外轭61上述的永久磁铁21’的组合体的外周覆盖而成的例子的剖面图和正视图。又，本图中省略线圈的图示。这样的外轭61具有对外轭61的外部周边进行磁性屏蔽的效果。就是说，能够减轻本线性电动机向外部的磁通泄漏，且构成高效的磁路，提高线性电动机的推力。

图17为将图16a和图16b的外轭61适用于上述第1实施形态的永久磁铁21的情形，不用说也能得到与图16a和图16b的示例同样的效果。

图18显示为提高永久磁铁21性能的改进例。也就是，相同磁极相邻的永久磁铁21之间中介有磁性体、比如由铁板形成环状的衬垫65。该衬垫65的厚度只要适合磁铁尺寸(磁铁内径、外径、长度(轴向))即为充分，通过在磁铁互相排斥的反磁界部分放入衬垫65，构成磁通径向(线圈)的磁路，具有帮助提高永久磁铁21性能的效果。当然，这样的衬垫65可以组装入图15a～图17中的任一例。

图19显示线圈12的改进例。也就是，在相邻的线圈12之间中介有磁性体、比如由铁板形成环状的衬垫66。该衬垫66的厚度只要具有1mm以下为充分，具有帮助提高推力性能的效果。当然，这样的衬垫66可以组装入图15a～图18中的任一例。

图20a、图20b、图20c和图20d显示三相线圈的另一例。也就是，上述第1实施形态中作为三相线圈例举了直列星型接线的线圈，不用说如图20a的三角型接线也可以。另外，图20b显示称之为并联三角型接线的三相线圈，但也可认为包含在三角型接线中。同样的理由，图20c显示了并联星型接线的情形，这也可以认为包含在星型接线中。然后，这些线圈的排列如图7a至图7c已作的说明，做成如图20d所示的阵列。

进一步作为可以考虑的变形例，在线圈12的外周一侧使液体冷媒循环进行冷却时，作为液体冷媒可以使用例如具有绝缘性的液体。这种情况下，线圈12最好用树脂材料等对其表面进行涂层。

另外，作为线性电动机的使用环境，假如在没有必要进行冷却、线圈不受化学药品等的影响、线圈表面的外观不重要等的条件下，可以省略管体13，使磁铁和线圈表面的距离更短，求得推力的提高。

又，对用于线圈12励磁的电源用配线举一个例子，则可在中核11的外周面沿长度方向设置槽，将配线埋入该槽内，以使线圈表面和磁铁表面更为接近，从而增强推力。

图21显示了动子20的导向系统的另一例子。上述第1实施形态中，动子20由引导块和导轨引导，本例在永久磁铁21的内径一侧设置树脂制的衬套71，使其能沿定子10一侧的管体13滑动。再加上，与管体13平行状并列设置引导管72。然后，在动子20侧面设置延伸至引导管72的辅助部件73，该辅助部件73在设置能供引导管72插通的贯通孔的同时，在该贯通孔21的内径一侧设置树脂制的衬套74，使辅助部件73能沿引导管72滑动。又，衬套71、74为滑动轴承。这样的引导系统在动子20为小型时、例如作为打印机打印头的移动驱动源使用时效果较好。

另外，上述第1实施形态对在动子和定子的组合为1组的情况进行了说明，但也可以并列设置2组以上动子和定子的组合，将复数个动子安装于共同的台，进行增强了推力的驱动控制。这种情况下，各组导轨也可在平行的状态下设置于基座上。

图22显示为考虑了上述之点后的显示本发明第2实施形态的例子，是一种使用了至少1个第1实施形态说明的线性电动机以2轴引导的驱动台式滑块(可动子)的示例。这里，对使用2个线性电动机的情形进行说明。在石头及陶瓷等形成的基座80上，互相平行地并设2根前述定子10一侧的管体13。管体13的外周组装有具有2个动子20(只图示其中一方)的滑块(可动子)85。也就是说，该形态下的滑块(可动子)85和磁铁为一体，换言之将磁铁埋入滑块85中。由此，滑块85兼具引导器和电动机的2重功能。

另外，2个动子20控制为同期移动。又、线性电动机可以为1个。

作为这样的形态的适用例，可考虑采用半导体制造装置中晶片加工用的台装置及通过重复往复运动对加工对象物进行涂层加工的涂层装置。

另外，上述形态中显示了直线形状的定子10，也可将定子制作有心带有一定半径的圆形或大致呈C的形状。就是说，本发明的线性电动机不限于作直线运动，也包括通过将定子做成圆形或割去其一部分大致呈C的形状，使其沿圆形或大致呈C形的轨道作周向运动或往复运动。这种情况下，动子20的复数个永久磁铁21的组合体的内径一侧空间也可做成与定子的曲率为同一曲率。另外，将定子做成圆形的情况下，有必要将动子一侧的剖面形状做成大致U形状。作为将定子制作成圆形或大致的C形状的场合的适用例，可考虑应用于MRI(核磁性共鸣)诊断装置、CT扫描器等中的扫描器的驱动源。

进一步，本发明的直动型线性电动机，例如作为自动门等的开关驱动源也能适用。例如，自动门的场合，只要在门的上方或下方设置本发明的线性电动机，使其随着该可动部的移动能够进行门的开闭就行。

进一步，动子20的引导机构也可包括静压轴承，用于定位控制的线性尺和编码头的组合也可使用其他公知的技术，例如使用激光的高精度装置。另外，被检测片26和传感器36的组合也可省略。

Claims (18)

1、一种线性电动机，其特征是，将复数个电磁铁用线圈连续地排列，组装永久磁铁体，使其在与来自这些电磁铁用线圈的磁通的相互作用下可沿这些电磁铁用线圈移动，相邻所述电磁铁用线圈之间中介有由磁性体形成的衬垫部件。

2、如权利要求1所述的线性电动机，其特征是，所述电磁铁用线圈包括以星型接线连接的U相线圈、V相线圈、W相线圈，这些各相线圈在中空轴状的中核周围，在所述永久磁铁体的整个移动范围直列地装着，并使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

3、如权利要求1所述的线性电动机，其特征是，所述电磁铁用线圈包括以三角型接线连接的U相线圈、V相线圈、W相线圈，这些各相线圈在中空轴状的中核周围，在所述永久磁铁体的整个移动范围直列地装着，并使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

4、如权利要求2或3所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体具有能够围住所述电磁铁用线圈的环状或大致呈U形的剖面形状，且在与中心轴向平行磁化的磁极轴上，由具有所述各相线圈的3倍长度尺寸的复数个永久磁铁形成，这些复数个永久磁铁直列状组装，使其邻接的磁极互相为相反方向。

5、如权利要求2或3所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体具有能够围住所述电磁铁用线圈的环状或大致U形的剖面形状，且在长度方向上，由具有所述各相线圈的3倍长度尺寸的、面向中心轴呈放射状即径向磁化的复数个永久磁铁形成，这些复数个永久磁铁直列状组装，使其邻接的磁极互相为相反方向。

6、如权利要求4或5所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体的外面一侧设置有由磁性体形成的筒状轭。

7、如权利要求4所述的线性电动机，其特征是，相邻永久磁铁之间中介有由磁性体形成的衬垫部件。

8、如权利要求4所述的线性电动机，其特征是，所述中核为直线形状，供所述永久磁铁体作直线运动。

9、如权利要求4所述的线性电动机，其特征是，所述中核在其延长方向上具有圆形或圆的一部分被切去后的大致呈C形的形状，所述永久磁铁体沿圆形或大致呈C形的轨道作周向运动或往复运动。

10、如权利要求8或9所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体的内面一侧即所述电磁铁用线圈的外面一侧，在所述永久磁铁体的整个移动范围设置筒状体，以收容所述电磁铁用线圈，在该筒状体与所述永久磁铁体的内面一侧之间及所述筒状体与所述电磁铁用线圈的外面一侧之间，分别存在缝隙。

11、如权利要求10所述的线性电动机，其特征是，将所述中核的中空部及所述电磁铁用线圈的外面一侧与所述筒状体的内面一侧之间的所述缝隙作为冷却空间。

12、如权利要求11所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体中组装有引导块，该引导块可由配置于基座体的引导部件沿所述永久磁铁体移动方向引导。

13、如权利要求11所述的线性电动机，其特征是，所述永久磁铁体收容于盒内，该盒的内面一侧设置至少一个沿所述筒状体的外面可滑动的第1滑动轴承，所述盒的侧面一侧设置有沿其侧方延伸的辅助部件，该辅助部件在设置与所述永久磁铁体移动方向平行的贯通孔的同时在其内面一侧设置有第2滑动轴承，设置导向用引导部件使其与所述筒状体平行且沿所述永久磁铁体移动方向延伸，通过将该导向用引导部件插入所述第2滑动轴承能够进行所述永久磁铁体的移动导向。

14、如权利要求12或13所述的线性电动机，其特征是，收容所述电磁铁用线圈的所述筒状体，固定在设于基座体的2个支架之间。

15、如权利要求14所述的线性电动机，其特征是，沿所述永久磁铁体的移动方向配置有线性尺，所述永久磁铁体中设置有与所述线性尺对向的编码头，从该编码头检测的信号经过可弯曲性的电缆输入至控制驱动装置。

16、如权利要求15所述的线性电动机，其特征是，在包含所述永久磁铁体的可动部一侧、包含所述支架的固定部一侧，分别在一方设置有供检测位置用的被检测片，另一方设置有用于检测所述被检测片的传感器。

17、如权利要求2所述的线性电动机，其特征是，所述电磁铁用线圈包括以U相线圈、V相线圈、W相线圈为1组、将其按顺序直列状排列组装而成的复数组，在所述中空轴状的中核周围，将这些复数组的线圈在所述永久磁铁体的整个移动范围直列地装着，使所述电磁铁用线圈的磁极轴和所述中核的轴芯为相同方向。

18、如权利要求17所述的线性电动机，其特征是，所述复数组中的复数个所述U相线圈、复数个所述V相线圈、复数个所述W相线圈各相分别直列状连接并以星型接线连接，将其中2个相中的复数个线圈连接成偶数组的磁极相对奇数组的磁极为相反方向，其余的1个相中的复数个线圈连接成奇数组的磁极与所述2个相中的复数个线圈的所述奇数组的磁极为相反方向，偶数组的磁极与所述2个相中复数个线圈的所述偶数组的磁极为相反方向。

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