专利摘要:
本發明提供一種線圈與磁軛的接觸面積增加、散熱性提升、磁性平衡佳且磁特性得以提升之圓筒型線性馬達之捲裝方法。圓筒型線性馬達具備有定子10及活動件20。定子10具有:以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛8、及分別呈短型圓筒狀且在磁軛8的內徑側朝軸向排列有複數個的U相、V相、W相的複數個線圈4A;活動件20係在定子10的內側隔著磁性間隙相對向並以可朝軸向移動的方式配置,且朝軸向插設有複數個永久磁鐵6。此外,定子10的各相線圈4A的跨接線5A係配設在線圈4A的內周面。藉此設計,可以在線圈4A的內徑側進行跨接線處理,線圈4A的外周部係可形成為正圓筒狀,而無須在磁軛8設置凹凸,使散熱性、磁特性提升,且加工亦較為容易。
公开号:TW201312905A
申请号:TW101106165
申请日:2012-02-24
公开日:2013-03-16
发明作者:Yosuke Takaishi;Haruyuki Hasegawa;Toru Katae
申请人:Mitsubishi Electric Corp;
IPC主号:H02K15-00
专利说明:
圓筒型線性馬達之定子、圓筒型線性馬達及圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法
本發明係關於具有在圓筒狀磁軛的內徑側朝軸向排列複數個之複數個線圈的圓筒型線性馬達的定子;除了該定子以外,具備有在定子的內側相對向配置,朝軸向插設有複數個永久磁鐵的活動件的圓筒型線性馬達、及圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法。
第11圖係在例如專利文獻1中作為課題而予以記載之習知圓筒型線性馬達的側剖面圖。第12圖係沿著第11圖之C-C線的箭頭方向剖面圖。在第11圖中,10為定子,20為活動件,3為支持機構,4為U相、V相、W相的線圈,15為U相、V相、W相的跨接線,6為永久磁鐵,7為護套(can),8為磁軛。
定子10係在由長型圓筒狀之磁性體所構成的磁軛8的內側,朝軸向排列複數個構成U相、V相、W相的短型圓筒狀(環狀)線圈4,利用黏著方式而固定在磁軛8所構成。線圈4係朝軸向配置複數個,且分別藉由各相的跨接線15而接合。各相的線圈4的跨接線15係如第12圖所示集中在圓周方向的一個部位,以密接於線圈4表面的方式成形。
活動件20係在朝軸向延伸的圓筒狀護套7的內側,朝軸向插設複數個圓筒狀之永久磁鐵6而構成。活動件20係與定子10隔著微小間隙,以可朝軸向移動的方式藉由支持機構3予以支持。藉由這樣構成之圓筒型線性馬達,在定子10與活動件20之間會發生軸向的推力並輸出至外部。
在這種習知圓筒型線性馬達中,由於線圈的跨接線集中在一個部位,且與線圈表面相密接,故構成各相線圈的銅線會在彼此的跨接線間、或跨接線與線圈間相接觸。因此,各相間的絕緣僅由銅線的絕緣皮膜所構成,因為施加於銅線的機械應力或存在於銅線皮膜的針孔的影響,會有絕緣耐壓降低的間題。
相對於此,在專利文獻1之圓筒型線性馬達中,為了確保跨接線的收納空間,而在磁軛設置凸部(由內徑側觀察時為凹部)以確保空間,使跨接線、結線作業性提升,而且使製作之容易性提升。
此外,若依據專利文獻2之圓筒型線性馬達,則在環狀線圈的繞線型式上下工夫,藉由在內外側實施跨接線的處理,俾可施行連續繞線。此外,為了確保跨接線的空間,在短型圓筒狀外周的磁軛設置缺口部分,以形成間隙來實施空間的確保。 (先前技術文獻) (專利文獻)
(專利文獻1)日本特開2008-79358號公報
(專利文獻2)日本特開2006-223090號公報
但是,依據上述習知技術,由於係在線圈外周側進行結線處理、跨接線處理,所以必須在線圈外周側確保收納結線、跨接線的空間。因此,必須在磁軛設置缺口或凸部,或在線圈與磁軛間設置間隙。
若在磁軛設置缺口或凸部時,由於磁軛的鐵心部分會消失或距離變遠,因此有磁特性降低的問題。此外,雖依製作精度而有不同,但是若未以良好的平衡度製作缺口部分,則會發生磁性不平衡,有因齒槽效應轉矩(cogging torque)或轉矩漣波(torque ripple)、磁性吸引力的不平衡而造成軸變形等,導致軸位移精度惡化的情形,而成為課題所在。此外,在磁軛設置缺口或凸部,必須在磁軛實施機械加工等而加工成特殊形狀,因此與磁軛為正圓形的情形相比,成本會增加,故成為課題所在。
另一方面,若在線圈與磁軛間設置間隙,在作為發熱源的短型圓筒狀的線圈之外周面、及對將熱能傳到外部框體的磁軛部分,會存在有具有隔熱性的空氣層,而導致線圈的散熱性惡化。
本發明係鑑於上述課題而研創者,其目的在提供一種線圈與磁軛的接觸面積增加、散熱性提升、磁性平衡佳且磁特性提升、加工容易之圓筒型線性馬達之定子、圓筒型線性馬達及圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法。
為了解決上述課題並達成目的,本發明之圓筒型線性馬達之定子之特徵為具有:以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛;及分別呈短型圓筒狀且在磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的U相、V相、W相的複數個線圈,各相的線圈的跨接線係配設在線圈的內周面。
再者,本發明之圓筒型線性馬達之特徵為具備有定子及活動件,定子具有:以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛、及分別呈短型圓筒狀且在磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的U相、V相、W相的複數個線圈;而活動件係在定子的內側隔著磁性間隙相對向,並以可朝軸向移動的方式配置,且朝軸向插設有複數個永久磁鐵;並將定子的各相線圈的跨接線配設在線圈的內周面。
此外,本發明之圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法,該定子線圈係具有以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛、及分別呈短型圓筒狀且在磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的第1、第2、第3之複數個線圈,該圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法的步驟包括:使用第1、第2、第3的3支拉線管,首先,在捲繞第1線圈後,由第1線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,接著,將與第1線圈鄰接的第2線圈捲繞在第1線圈的跨接線的外側,由第2線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,繼之,將與第2線圈鄰接的第3線圈捲繞在第1線圈及第2線圈的跨接線的外側,由第3線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,接著,將與第3線圈鄰接的第1線圈捲繞在第2線圈及第3線圈的跨接線的外側,由第1線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,藉由反覆以上步驟,將定子的各相之線圈的跨接線配設在線圈的內周面。
藉由在短型圓筒狀的內徑實施所有的結線處理、跨接線處理,短型圓筒狀的外周部係可形成為圓筒狀,且不需要在磁軛設置缺口或凸部,因此線圈與磁軛的接觸面積會增加,散熱性會提升。此外,由於磁軛為圓筒狀,因此不會發生磁性不平衡,亦不會導致磁特性之降低。此外,由於磁軛為圓筒狀,因此加工亦較為容易。
以下根據圖式詳細說明本發明之圓筒型線性馬達之定子、圓筒型線性馬達及圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法之實施形態。然而,本發明不應受該實施形態之限定。 〈實施形態1〉
第1圖係本發明實施形態1之圓筒型線性馬達的側剖面圖。第2圖係沿著第1圖A-A線箭頭方向之剖面圖。在第1圖中,10為定子,20為活動件,3為支持機構,4A為U相、V相、W相的線圈,5A為U相、V相、W相的跨接線,6為永久磁鐵,7為護套(can),8為磁軛。
定子10係在由長型圓筒狀之磁性體所構成的磁軛8的內側,朝軸向排列複數個構成U相、V相、W相的短型圓筒狀(環狀)之線圈4A,藉由粘著方式而固定在磁軛8所構成。線圈4A係朝軸向配置複數個,且分別藉由各相的跨接線5A而相接合。如第2圖所示,本實施形態之跨接線5A係在線圈4A的徑向內徑側,集中在圓周方向的一個部位,並以密接於前述線圈4A的內周表面的方式配設。
活動件20係在朝軸向延伸的圓筒狀護套7的內側,朝軸向插設複數個圓筒狀永久磁鐵6而構成。活動件20係與定子10隔著微小的磁性間隙(磁隙,gap)相對向,並藉由支持機構3以可朝軸向移動的方式予以支持。在此,所謂軸向係指活動件20的可移動方向。藉由這種構成之圓筒型線性馬達,係與習知物品同樣地會在定子10與活動件20之間產生軸向的推力,該推力則藉由活動件20的移動而輸出至外部。
第3圖係顯示實施形態1之圓筒型線性馬達之線圈4A之跨接線5A的配設位置之圖,且為第1圖的B部分的放大圖。第4圖係顯示實施形態1之圓筒型線性馬達之線圈4A的捲裝順序的步驟圖。其中,在第3、4圖中僅顯示線圈4A及其跨接線5A,活動件20或捲繞工具則並未記載。第5圖係實施形態1之圓筒型線性馬達之線圈4A的局部放大剖面圖。
在第3圖中,將U相、V相、W相的各相的跨接處理配置在內徑側(內周面),俾可進行各線圈4A間的結線。此外,藉由在線圈4A的內徑側進行跨接線處理及結線處理,可將線圈4A的外徑側設計成沒有凹凸的圓筒狀,以提高與磁軛8的接觸面積。此外,線圈4A的外周面為不具凹凸的正圓型圓筒狀,因此可利用輕壓入或輕熱縮嵌合(shrinkage fit)將線圈4A插入磁軛8。藉此,得以提升熱傳導性,並且提升線圈4A的固定可靠性。
根據第4圖說明本實施形態之線圈4A之捲裝方法、及跨接線5A之配線方法。其中,在第4圖中,在第3圖所示之線圈4A中,係將U相(第1相)的線圈設為4u,將V相(第2相)的線圈設為4v,將W相(第3相)的線圈設為4w。此外,在第3圖所示之跨接線5A之中,係將U相(第1相)的跨接線設為5u,將V相(第1相)的跨接線設為5v,將W相(第3相)的跨接線設為5w。
U相、V相、W相的線圈4u、4v、4w係藉由捲繞在圓筒棒狀之未圖示捲繞工具而成形,然後從捲繞工具抽出,並插入在磁軛8(第2圖)內。第4圖係示意性顯示捲繞在捲繞工具的樣態。線圈4A之捲裝係使用U相、V相、W相之各相1支的3支拉線管(nozzle)9u、9v、9w來進行。首先,捲繞U相線圈4u。捲繞U相線圈4u後,由U相線圈4u的內徑側端,朝軸向拉出跨接線5u。該跨接線5u係朝軸向圈繞達2個相的線圈寬度份(第4圖(a))。
接著,與U相線圈4u鄰接的V相線圈4v係捲繞在U相線圈4u的跨接線5u之上(外側)。V相線圈4v捲繞結束時,則與U相線圈4u同樣地,由V相線圈4v的內徑側端拉出跨接線5v,且朝軸向圈繞達2個相的線圈寬度份(第4圖(b))。
接著,使與V相線圈4v鄰接的W相線圈4w捲繞在跨接線5u及跨接線5v之上(外側)(第5圖(c))。之後,同樣地使U相、V相、W相的各線圈4u、4v、4w分別捲繞在其他2個(2相)線圈的跨接線之上(外側)。
依上述方式,依據本實施形態之圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法,係使用3支拉線管9u、9v、9w,依各相的各別順序進行繞線及朝軸向延伸的2相份的跨接處理,並且第1線圈的繞線係捲繞在第2、第3繞線之上(外側),藉由反覆這個操作即可進行連續跨接線處理,由於不需要結線作業,因此有助於作業性之提升。此外,藉由在線圈4u、4v、4w的內周面進行跨接線處理,故可輕易捲繞在其他2相的跨接線之上(外側),無須避開其他2相的跨接線即可進行繞線,因此即使未對繞線型式或繞線機作特殊的設計,亦可輕易地進行連續繞線。
跨接線5u、5v、5w的固定係使用清漆固定在各線圈4u、4v、4w的內周面。藉此,得以對各線圈4u、4v、4w賦予形狀穩定性,而且跨接線5u、5v、5w不會在內徑側脫落,另外,藉由將跨接線5u、5v、5w予以固定而賦予形狀穩定性,即不會有在內徑側脫落的情形,又可對跨接線5u、5v、5w賦加絕緣性。
藉由採用如上所述之捲裝方法,藉由形成朝軸向排列的各線圈4u、4v、4w,即可將各線圈的跨接線5u、5v、5w配置在內徑側。此外,構成U相、V相、W相之各線圈4u、4v、4w的電線係為沒有接頭之連續構造(連續繞線)。藉由依以上方式實現連續繞線,由於不需要各線圈間的結線,故不會有生產性惡化的情形。此外,藉由將跨接線5u、5v、5w配置在線圈的內周面,即可在其他2相的跨接線之上實施繞線,在預定的線圈繞線結束後,可直接實施下一個繞線。
再者,本實施形態之線圈4A係藉由捲繞在捲繞工具而成形,但是亦可藉由捲繞在裝設於捲繞工具之未圖示之捲線管(bobbin)(捲框)來成形,然後連同捲線管一起由捲繞工具抽出,並插入在磁軛8(第2圖)內。此時,跨接線5A係攀附在凹設於未圖示之捲線管(捲框)之線圈捲裝面的溝槽內。
如以上所述,依據本實施形態之圓筒型線性馬達,具備有定子及活動件。該定子具有以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛8、及分別呈短型圓筒狀且在磁軛8的內徑側朝軸向排列複數個的U相、V相、W相的複數線圈4A;該活動件20係在定子10的內側隔著磁性間隙相對向,並以可朝軸向移動的方式配置,且朝軸向插設有複數個永久磁鐵6。定子10之各相的線圈4A的跨接線5A係配設在線圈4A的內周面。藉由在線圈4A的內徑側實施全部的結線處理、跨接線處理,線圈4A的外周部係可設成為圓筒狀,而不需要在磁軛8設置缺口或凸部,因此線圈4A與磁軛8的接觸面積會增加,散熱性得以提升。而且,由於磁軛8為圓筒狀,因此不會發生磁性不平衡,亦不會導致磁特性之降低。此外,由於磁軛8為圓筒狀,因此加工亦較為容易。
此外,本實施形態之跨接線5A係藉由清漆而固定在各線圈4A的內周面,但是亦可利用黏著劑、黏著帶、樹脂等來進行固定,而非侷限於清漆。 〈實施形態2〉
第6圖係顯示實施形態2之圓筒型線性馬達的線圈外觀的局部放大圖。第7圖係實施形態2之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。本實施形態之線圈4B係用剖面扁平形的扁平電線使其寬面彼此重疊,並利用多數條無間隙地捲繞的所謂扁立(edgewise)方式捲繞而形成。使用剖面扁平形的扁平電線的本實施形態之線圈4B係如第6圖所示,與使用剖面圓形的電線的實施形態1(第5圖)的線圈4A相比較,可以沒有間隙地進行捲繞,且佔空因素較高。如第7圖所示,跨接線5B係呈剖面扁平形,詳而言之,係沿著線圈4B的內周面,朝寬度方向彎曲。其中,第7圖的線圈4B係經誇張描述其特徵,俾易於理解。
依據本實施形態之線圈4B,藉由使用扁平電線,可減小跨接線5B的空間,另外亦增加佔空因素,因此可減低損失,並且可謀求小型化。此外,藉由使用扁平電線而形成為扁立方式捲繞,可將線圈4A外形完全形成為正圓形,可更加增加對磁軛8的接觸面積,因此可提升熱傳導。
其中,如實施形態1的線圈4A(第5圖)那樣,即使在使用剖面圓形的電線的情況下,僅將跨接線的部分壓扁而形成為剖面扁平形,即可謀求跨接線的省空間化或小型化。 〈實施形態3〉
第8圖係實施形態3之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。在本實施形態中,係使用磁鐵保持用的金屬管(SUS管)來作為覆蓋活動件20之外周部的護套7。在護套7的外周面沿著軸向形成有溝槽20a,而跨接線5A則配設在該溝槽20a內。其他構成與實施形態1相同。
依此設計,不會浪費跨接線空間,而可縮短磁隙(活動件20與定子10間的微小磁性間隙)。尤其在活動件側使用磁鐵保持用之SUS管作為護套7時,可設置跨接線空間而不會對磁特性造成影響。
此外,本實施形態之活動件20係具有覆蓋外周部的護套7,在該護套7形成有供跨接線5A隱避的溝槽20a,但是即使為未具有護套的活動件,亦可藉由在外周面形成供跨接線隱避的溝槽,而獲得大略相同的效果。 〈實施形態4〉
第9圖係實施形態4之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。在本實施形態中,在活動件20的外周面,為了達成隱避跨接線5D之目的,而在圓周方向以120度間距朝軸向延伸形成有3條溝槽20b。在3條溝槽20b的位置分別配設有U相、V相、W相的各線圈4A的跨接線5D。其他構成則與實施形態3相同。依據本實施形態之圓筒型線性馬達,不會產生磁性吸引力的不平衡,可輸出穩定的推力。 〈實施形態5〉
第10圖係顯示實施形態5之圓筒型線性馬達的線圈捲裝樣態的局部放大圖。本實施形態之U相、V相、W相的各線圈4C係藉由就各相設置的3支拉線管9,僅捲繞成形與軸平行的1層。亦即,在本實施形態中,相對於實施形態1之以多段捲繞有線圈4A之方式,線圈4C係朝徑向以段數僅成為1段(1層)的方式捲繞,其他構成則與實施形態1相同。依據本實施形態之圓筒型線性馬達,可將線圈外周形狀輕易地形成為剖面正圓形的圓筒狀,可增加對磁軛8的接觸面積,而更加提升熱傳導性。 (產業上之可利用性)
如以上所述,本發明之圓筒型線性馬達最適用於具有在圓筒狀磁軛的內徑側朝軸向排列複數個之複數線圈的圓筒型線性馬達。
3‧‧‧支持機構
4、4A、4B、4C、4u、4v、4w‧‧‧線圈
15、5A、5B、5D、5u、5v、5w‧‧‧跨接線
6‧‧‧永久磁鐵
7‧‧‧護套
8‧‧‧磁軛
9、9u、9v、9w‧‧‧繞線機拉線管
10‧‧‧定子
20‧‧‧活動件
20a、20b‧‧‧溝槽
第1圖係本發明實施形態1之圓筒型線性馬達的側剖面圖。
第2圖係沿著第1圖之A-A線箭頭方向之剖面圖。
第3圖係顯示實施形態1之圓筒型線性馬達的線圈的跨接線配設位置之圖,其為第1圖的B部分放大圖。
第4圖(a)至(c)係顯示實施形態1之圓筒型線性馬達的線圈的捲裝順序之步驟圖。
第5圖係實施形態1之圓筒型線性馬達的線圈的局部放大剖面圖。
第6圖係顯示實施形態2之圓筒型線性馬達的線圈外觀的局部放大圖。
第7圖係實施形態2之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。
第8圖係實施形態3之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。
第9圖係實施形態4之圓筒型線性馬達的橫剖面圖。
第10圖係顯示實施形態5之圓筒型線性馬達之線圈捲裝樣態的局部放大圖。
第11圖係習知圓筒型線性馬達的側剖面圖。
第12圖係沿著第11圖之C-C線箭頭方向的剖面圖。
4A‧‧‧線圈
5A‧‧‧跨接線
8‧‧‧磁軛
10‧‧‧定子
20‧‧‧活動件
权利要求:
Claims (12)
[1] 一種圓筒型線性馬達之定子,係具有:以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛;及分別呈短型圓筒狀且在前述磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的U相、V相、W相的複數個線圈,前述各相的線圈的跨接線係配設在前述線圈的內周面。
[2] 一種圓筒型線性馬達,係具備有:定子,具有以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛、及分別呈短型圓筒狀且在前述磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的U相、V相、W相的複數個線圈;以及活動件,係在前述定子的內側隔著磁性間隙相對向並以可朝軸向移動的方式配置,且朝軸向插設有複數個永久磁鐵;並將前述定子的前述各相之線圈的跨接線配設在前述線圈的內周面。
[3] 如申請專利範圍第2項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述線圈係由扁平電線捲繞而形成。
[4] 如申請專利範圍第2項或第3項所述之圓筒型線性馬達,其中,同相的複數個前述線圈、及跨接該等線圈的跨接線係予以連續繞線而無電線之接頭。
[5] 如申請專利範圍第2項或第3項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述跨接線係呈剖面扁平形狀。
[6] 如申請專利範圍第2項或第3項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述跨接線係藉由清漆、接著劑、黏著帶、及樹脂之任一者而固定在前述線圈的內周面。
[7] 如申請專利範圍第2項或第3項所述之圓筒型線性馬達,其中,在前述活動件的外周面沿著軸向形成有溝槽,前述跨接線係配設在前述溝槽所形成的空間內。
[8] 如申請專利範圍第3項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述線圈係由前述扁平電線以扁立方式捲繞成形。
[9] 如申請專利範圍第2項、第3項或第8項中任一項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述線圈係僅捲繞與軸呈平行的1層而成形。
[10] 如申請專利範圍第2項、第3項或第8項中任一項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述線圈係壓入於前述磁軛。
[11] 如申請專利範圍第2項、第3項或第8項中任一項所述之圓筒型線性馬達,其中,前述定子復具備捲裝有前述線圈的捲線管,前述跨接線係攀附於凹設在前述捲線管的溝槽內。
[12] 一種圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法,該定子線圈係具有以磁性體所成的長型圓筒狀的磁軛、及分別呈短型圓筒狀且在前述磁軛的內徑側朝軸向排列複數個的第1、第2、第3之複數個線圈,該圓筒型線性馬達之定子線圈之捲裝方法的步驟包括:使用第1、第2、第3的3支拉線管,首先,在捲繞第1線圈後,由前述第1線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,接著,將與前述第1線圈鄰接的第2線圈捲繞在前述第1線圈的跨接線的外側,由前述第2線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,繼之,將與前述第2線圈鄰接的第3線圈捲繞在前述第1線圈及前述第2線圈的跨接線的外側,由前述第3線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,接著,將與前述第3線圈鄰接的第1線圈捲繞在前述第2線圈及前述第3線圈的跨接線的外側,由前述第1線圈的內徑端朝軸向拉出跨接線,藉由反覆以上步驟,將前述定子的前述各相之線圈的跨接線配設在前述線圈的內周面。
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同族专利:
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引用文献:
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法律状态:
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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