CN1906831B - 无铁芯型线性马达 - Google Patents

Abstract

一种无铁芯型线性马达具有高刚度、高散热效果且重量轻。该无铁芯型线性马达包括固定部件及相对于固定部件可相对运动的活动部件。固定部件具有轭铁和设置在轭铁中的永久磁铁组。活动部件具有线圈组件。永久磁铁组包括被设置成彼此面对的第一组和第二组永久磁铁。第一组和第二组永久磁铁中的每一组沿轭铁纵向具有多个磁铁。在多个磁铁中，沿轭铁纵向面对的磁铁的磁极交替，而沿轭铁纵向的永久磁铁的磁极相同。线圈组件具有至少三个被设置成可在第一和第二永久磁铁组之间沿轭铁纵向相对于第一和第二永久磁铁组运动的线圈。线圈以致密的状态被设置和缠绕成多层并由粘合剂固定。优选还设置配合于线圈的实心部分中作为非磁性部件的加强部件。

Description

无铁芯型线性马达

技术领域

本发明涉及一种无铁芯型线性马达(coreless linear motor)。

背景技术

无铁芯型线性马达是一种线圈不缠绕在铁芯上，即，电枢没有铁芯的线性马达。这种无铁芯型线性马达的优点是没有齿槽效应(cogging)、推力波动小、便于精确控制等。

无铁芯型线性马达用于各种领域，例如，工作母机、注塑成型机、和半导体生产设备。

在专利文件1、日本专利公开(A)No.2002-165434披露的无铁芯型线性马达中，固定有线圈的保持板被设置在两排直线布置的永久磁铁之间。根据Fleming左手定律，从一排永久磁铁向另一排永久磁铁发出的磁通量和线圈中流动的电流的相互作用形成推力。因为线圈没有铁芯，无铁芯型线性马达的可动部件的刚度低。为了提高低的刚度，在保持板的两个表面上平坦地形成不锈钢、FRP(纤维强化塑料，DuPont公司的注册商标)、或其他具有高刚度的非磁性材料，并且通过树脂将线圈固定于其上，以确保可动部件的刚度。然而，在具有所述结构的无铁芯型线性马达中，线圈的保持板位于磁路的磁通量路径中，因此保持板不能制造得太厚。也就是说，在这种将线圈固定到保持板两个表面的无铁芯型线性马达中，保持板越厚，永久磁铁产生的磁通量的利用效率越低，因此，保持板不能制造得太厚，并且这种结构限制了可动部件刚度的提高。采用这种方式，若不能保证保持板中具有足够刚度，将存在驱动无铁芯型线性马达时容易产生振动并且不能提高控制回路增益的缺点。

在上面所说明的无铁芯型线性马达中，构成电枢的线圈由具有低导热率的树脂固定于保持板上，并且保持板由不锈钢或其他具有低导热率的材料形成，于是由于线圈产生的热量使无铁芯型线性马达内部的温度容易升高。因此，由于温度变化，使得无铁芯型线性马达各部件的位置发生偏移。

结果，很难保证无铁芯型线性马达的定位精度。从散热的观点出发，优选使用铝合金或其他高导热率的金属作为保持板，但是与不锈钢等相比，高导热率的金属电阻低，因此，驱动线性马达时，可能产生比使用不锈钢的情况大得多的感应电流。由于感应电流和磁铁的磁通量的相互作用，可产生与推力方向相反的力，并且推力相对于线性马达中的可动部件的脉动变大。从所述观点看，铝合金或其他高导热率的金属不适于用作保持板。

专利文件1：日本专利公开(A)No.2002-165434。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种无铁芯型线性马达，这种无铁芯型线性马达可提高电枢的刚度并且能够抑制由电枢线圈产生的热量引起的温度升高。

本发明另一目的是减轻所述无铁芯型线性马达的重量。

本发明的无铁芯型线性马达包括固定部件和相对于固定部件可相对运动的可动部件。

在本发明第一方面的无铁芯型线性马达中，固定部件具有轭铁和固定于轭铁上的永久磁铁组，可动部件具有线圈组件。具有线圈组件的可动部件可在永久磁铁组之间运动。

在本发明第二方面的无铁芯型线性马达中，可动部件具有轭铁和设置在轭铁中的永久磁铁组。固定部件具有线圈组件。永久磁铁组和具有轭铁的可动部件沿线圈组件的纵向运动。

轭铁具有横过(across)第一距离彼此面对并由磁性材料形成的第一和第二相向轭铁部分，以及连接第一和第二相向轭铁部分的第一端的连接轭铁部分。

永久磁铁组包括设置成面对第一和第二相向轭铁部分的相向表面的第一组和第二组永久磁铁。第一组和第二组永久磁铁中的每一组沿轭铁纵向具有多个磁铁。在第一组和第二组永久磁铁中的每一组的多个磁铁中，沿轭铁纵向彼此面对的磁铁的磁极彼此是不同的，而沿轭铁纵向的永久磁铁的磁极是相同的。

线圈组件具有至少三个线圈，这些线圈被安排成可相对于第一组和第二组永久磁铁沿所述轭铁纵向在第一组和第二组永久磁铁之间运动。至少三个线圈被稳固地设置和缠绕成多层，然后通过粘合剂固定。相邻线圈的端面经由电绝缘部件彼此连接。

优选线圈组件还包括插入线圈的实心部分中的非磁性加强部件。更优选的是，在加强部件内侧形成冷却剂可通过的孔。

更优选的是，加强部件被设置成与第一组和第二组永久磁铁隔开精确的距离，借此入射在加强部件表面上的磁通量密度为相向的第一组和第二组永久磁铁表面中心处的磁铁的磁通量密度的1/2或更小。

通过以下参考附图作出的说明本发明的所述目的和特征以及其他目的和特征将更加清晰。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图2是图1所示的无铁芯型线性马达中可动部件结构的透视图；

图3是图2所示的可动部件的侧视图；

图4是沿垂直于图1所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件的直接作用方向的平面的剖视图；

图5图解说明了图1所示的无铁芯型线性马达的运行情况；

图6是本发明第二实施方式的无铁芯型线性马达可动部件结构的透视图；

图7图解说明了具有图6所示的可动部件的无铁芯型线性马达的运行情况；

图8示出了第二实施方式的无铁芯型线性马达的一种变型；

图9的剖视图示出了本发明第三实施方式的无铁芯型线性马达结构的一实例；

图10的剖视图示出了第三实施方式的无铁芯型线性马达中的加强部件结构的另一实例；

图11是本发明第四实施方式的无铁芯型线性马达的透视图；

图12是图11所示的无铁芯型线性马达的侧视图；

图13是沿垂直于图11所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件的直接作用方向的平面的剖视图；

图14是沿图11所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件的水平面方向的剖视图；

图15的剖视图示出了图11所示的无铁芯型线性马达中的冷却方法的一实例；

图16示出了本发明第五实施方式的无铁芯型线性马达的构造；

图17示出了本发明第六实施方式的无铁芯型线性马达的构造；

图18的剖视图示出了图17所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件的结构；

图19是本发明第七实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图20是图19所示的无铁芯型线性马达的可动部件结构的透视图；

图21是图19所示的无铁芯型线性马达的可动部件断面结构的透视图；。

图22是本发明第八实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图23示出了图19至22所示的无铁芯型线性马达的运行情况；

图24是本发明第九实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图25示出了图24所示的无铁芯型线性马达的运行情况；

图26示出了第九实施方式的变型；

图27是本发明第十实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图28是本发明第十一实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图29是图28所示的无铁芯型线性马达的侧剖视图；

图30是图28所示的无铁芯型线性马达的剖视图；

图31图解说明了图28所示的无铁芯型线性马达的运行情况；

图32图解说明了图31所示的无铁芯型线性马达冷却方法的一个实例；

图33是本发明第十二实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图；

图34示出了本发明第十二实施方式的无铁芯型线性马达的构造；

图35是图34所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件结构的剖面图。

附图标记说明

1、100           无铁芯型线性马达

2、150           可动部件

3、30、103       线圈组件

3A、3B、3C       三相线圈

5、50、101        固定部件

9、109            电绝缘部件

10、110           保持部件

11                紧固部件

20、120           加强部件

25、125           垫片

51、151           轭铁

51A、51B          第一、第二相向轭铁部分

51C               连接轭铁部分

60                永久磁铁组

60A至60D          永久磁铁组

具体实施方式

下面将参考附图对本发明的无铁芯型线性马达的优选实施方式进行说明。

(第一实施方式)

现在将参考图1至图5描述本发明第一实施方式的无铁芯型线性马达1。

图1是本发明第一实施方式的无铁芯型线性马达结构的透视图。

无铁芯型线性马达1具有固定部件50和可相对于固定部件50运动的可动部件2。固定部件50起定子的作用，而可动部件2起电枢的作用。

固定部件50具有轭铁51、第一组永久磁铁60A、和第二组永久磁铁60B。第一组和第二组永久磁铁60A和60B将统称为永久磁铁组60。

轭铁51由第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及连接轭铁部分51C构成，第一和第二相向轭铁部分具有彼此面对的内面，面之间彼此相向地具有第一距离D1，连接轭铁部分51C被设置成垂直于这些轭铁部分51A和51B并沿直接作用方向(或轭铁51的纵向)A1和A2连接轭铁部分51A和51B的第一端。第一和第二相向轭铁部分51A和51B的另一端不连接而处于开放状态。

第一和第二相向轭铁部分51A和51B和/或连接轭铁部分51C的外侧表面固定到未示出的基座等上。

直接作用方向(或轭铁51的纵向)A1和A2是可动部件2在第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间往复运动的方向。

第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及连接轭铁部分51C优选由铁或其他铁磁材料整体形成。第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及连接轭铁部分51C可形成为不同的部件然后连接成整体。若以这种方法将这些部件形成为不同的部件时，可采用铁磁部件作为第一和第二相向轭铁部分51A和51B而用非磁性部件作为连接轭铁部分51C的构造。从减轻无铁芯型线性马达1的重量的观点出发，有必要用铝合金或其他单位强度高且重量轻的金属、强化塑料、或其他非磁性材料作为连接轭铁部分51C的材料。

第一组和第二组永久磁铁60A和60B被设置(被固定)成横过第二距离D2面对第一和第二相向轭铁部分51A和51B的相向表面。

设置在第一相向轭铁部分51A处的第一组永久磁铁60A具有多个永久磁铁，它们沿直接作用方向A1和A2具有相同宽度。这些永久磁铁被设置成沿直接作用方向(或轭铁51的纵向)A1和A2朝向第二组永久磁铁60B，致使磁极交替相反，即，N极磁铁和S极磁铁交替布置。在设置于第二相向轭铁部分51B中的第二组永久磁铁60B中，以与第一组永久磁铁60A相同的方式将具有相同宽度的多个永久磁铁沿直接作用方向A1和A2设置，致使N极和S极交替布置。沿直接作用方向A1和A2，第一组和第二组永久磁铁60A和60B中相向永久磁铁的磁极相同，并且各永久磁铁的长度为L1。

图2和图3的透视图示出了可动部件2的结构。

可动部件2优选具有线圈组件3、加强部件20、保持部件10和垫片25。

如图4所示，在第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间的第二距离D2中沿直接作用方向A1和A2通过未示出的固定到保持部件10的引导机构引导线圈组件3和加强部件20。

图4示出了保持部件10所处的位置，但在图1中，为简化图解说明，略去了保持部件10。

保持部件10包括用来保持线圈组件3的板状部件，例如，它可由不锈钢、铝合金或其他非磁性材料形成。

起无铁芯型线性马达1的电枢作用的线圈组件3由第一到第三线圈3A、3B和3C构成，在这些线圈中施加相移为120度的交流电流。如图2和图4所示出的那样，线圈3A、3B和3C具有矩形横截面并形成中空的圆筒形状。

面对第一组和第二组永久磁铁60A和60B的各个线圈3A、3B和3C的表面的第一部分的长度a大于垂直于第一部分的第二部分的长度b。将第一部分的长度a制造得较长的原因是为了增加第一组和第二组永久磁铁60A和60B的磁通量的横越量(number of crossings)。第一部分的长度a和第二部分的长度b多长还通过考虑制造加强部件20的垂直长度和侧向长度以使加强部件20的刚度为预定值来确定。这是因为，例如，如果将加强部件20制造得太扁平且薄，则不再能够保持加强部件20的刚度。

三相线圈3A、3B和3C不围绕铁芯缠绕。因此，这种没有铁芯的线性马达1是一种无铁芯型线性马达。线圈3A、3B和3C的缠绕方向都相同。

通过在例如由电绝缘材料9覆盖的导线上涂覆湿粘结剂、将它们以多层的形式布置和缠绕成中空的圆筒形状态以围绕加强部件20、并使粘结剂固化和硬化可获得线圈3A、3B和3C。在分开形成矩形横截面、中空的圆筒形形状的线圈3A、3B和3C后，使相邻线圈3A、3B和3C的端面通过非磁性的电绝缘材料9彼此连接。电绝缘材料9例如可以是玻璃环氧树脂或经硬防蚀铝处理的(hard alumite-treated)铝合金。

借助于提供上面所述构造的线圈3A、3B和3C，即使不设置加强部件20，也可以在所述横截面中获得大的副抗矩(secondary moment)，并可提高线圈刚度特别是抗弯刚度和剪切刚度。

如果设置加强部件20，可进一步改善线圈组件3的刚度。即，为使线圈组件3具有所需刚度，可设置加强部件20。可将加强部件20制造为具有矩形横截面的柱形部件，如图2和4所示。外部形状(轮廓)的尺寸与线圈3A、3B和3C中空部分的内壁尺寸一致。可将该部件配合在中空圆筒形线圈3A、3B和3C的中空部分(内壁)并支撑线圈3A、3B和3C。

加强部件20没有定位在第一组和第二组永久磁铁60A和60B与线圈组件3之间的磁场中，因此，不会减小第一组和第二组永久磁铁60A和60B与线圈组件3之间的磁场，并且不会使磁场分布(profile)发生变形。

将加强部件20配合在线圈组件3(线圈3A、3B和3C)的中空部分中后，加强部件20和线圈组件3通过电绝缘材料固定，所述电绝缘材料与用来连接相邻线圈3A、3B和3C的电绝缘材料9相同。这样，可以预定精度预先形成线圈组件3，因此，加强部件20和线圈组件3的组装非常方便。

加强部件20由非磁性电导材料形成。当使用非磁性电导材料作为加强部件20时，例如可使用不锈钢、碳石墨、铝合金或铜合金。

加强部件20除具有提高线圈组件3的刚度的功能外还具有将线圈3A、3B和3C中产生的热量高效发散到线圈组件3外部的功能。从此观点出发，加强部件20优选使用具有尽可能高的导热率的材料。如铝合金或铜合金之类的金属作为加强部件20的材料是最佳的。

这样，加强部件20除具有提高线圈组件3的刚度的功能外，还具有发散线圈组件3中的热量的散热功能。

理想的情况是应减轻可动部件2的重量。从此观点出发，希望减轻加强部件20的重量。优选用非磁性高导热率和重量轻的材料例如铝合金作为加强部件20。

如图3所示，沿直接作用方向A1和A2，加强部件20长于线圈组件3的纵向总长度。加强部件20的端部20e从线圈组件3的两端突出。加强部件20的两端20e经由垫片25通过保持机构例如螺栓30被固定到保持部件10。当经由垫片25将加强部件20固定到保持部件10上时，保持部件10在它们的整个表面范围保持线圈组件3的面向外周的表面。

将这种结构应用到无铁芯型线性马达1时，线圈3A、3B和3C中产生的热量传到加强部件20，并且可经由线圈3A、3B和3C两侧上的垫片25引导到保持部件10。

这样，垫片25除了将保持线圈组件3的加强部件20固定到保持部件10上的功能之外还具有将线圈3A、3B和3C的热量传递到保持部件10的功能。理想的是，垫圈25以与加强部件20相同的方式由非磁性材料制成，其除具有将加强部件20固定到保持部件10上的机械强度外，还具有高导热率。因此优选重量轻、机械强度高的材料。作为垫片25的材料，例如理想的是使用铝合金或其他材料。

通过加强部件20和垫片25，线圈3A、3B和3C中产生的热量可传导到保持部件10。因此，可以将线圈3A、3B和3C中产生的热量高效地从保持部件10发散到线性马达1的外侧。

如图4所示，将第一和第二相向轭铁部分51A和51B之间的第一距离D1以及第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间的第二距离D2制造得足够大以满足以下条件。

(1)线圈组件3和加强部件20可在设于第一和第二相向轭铁部分51A和51B的相向表面上横过第二距离D2彼此面对的第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间运动。

(2)确保加强部件20的尺寸，使之具有足以保证刚度的厚度。

(3)所述尺寸范围可防止来自位于面对第一和第二相向轭铁部分51A和51B的位置处的第一组和第二组永久磁铁60A和60B的磁通量的任何影响。

相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B的相向表面60f横过预定距离面向线圈组件3的外周表面3f。相向表面60f和线圈3A、3B和3C的外周表面3f基本平行。第一组和第二组永久磁铁60A和60B的相向表面60f与线圈组件3的内表面之间的距离设定为Ld。

在图4中未示出垫片25。

如图5所示，线圈3A、3B和3C的长度(宽度)L2相等。邻近第一组和第二组永久磁铁60A和60B的直接作用方向A1和A2的相邻对(两个)永久磁铁N和S的长度Lm＝(2×L1)与三个线圈3A、3B和3C的尺寸Lc＝(3×L2)基本一致。线圈3A、3B和3C的宽度L2短于各个永久磁铁的宽度L1。

下面将参考图5解释无铁芯型线性马达1的工作情况。

因为相向的永久磁铁的磁极极性相同，从相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B没有磁通量BF从第一组和第二组永久磁铁60A和60B的其中一组朝向另一组发出，而主要朝向相邻的永久磁铁N和S发出。该磁通量成为使可动部件2沿直接作用方向A1和A2运动的力。

第一组和第二组永久磁铁60A和60B的磁通量BF主要分布在它们的表面60f附近，而不容易到达线圈3A、3B和3C内侧的加强部件20。

将相移为120度的U相、V相和W相的三相交流电流施加到三相线圈3A、3B和3C时，第一相向轭铁部分51A侧的线圈3A、3B和3C中流动的电流方向和第二相向轭铁部分51B侧的线圈3A、3B和3C中流动的电流的方向相反，穿过第一相向轭铁部分51A侧的线圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向和穿过第二相向轭铁部分51B侧的线圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向亦相反。结果，在第一相向轭铁部分51A侧和第二相向轭铁部分51B侧上产生相对于活动部分2(线圈3A、3B和3C)具有相同方向的推力。

将相移为120度的U相、V相和W相的三相交流电流施加到三相线圈3A、3B和3C时，由于电磁感应产生相移120度的磁场，并且感应电流在加强部件20中流动。例如，若加强部件20由铝合金或其他低电阻的金属制成时，在加强部件20中流动着大的感应电流。这时，如果到达线圈3A、3B和3C内侧的第一组和第二组永久磁铁60A和60B的磁场的磁通量密度高，则可产生与使可动部件2运动的推力方向相反的力。为了防止在这种方式中产生与推力方向相反的这样的力，有必要精确确保第一组和第二组永久磁铁60A和60B与面对它们的加强部件20的表面20f之间的距离(第三距离)Ld的大小。

若用铝合金作为加强部件20，可以看到，如果将距离Ld设置成使得施加到加强部件20的表面20f的磁通量BF的密度为第一组和第二组永久磁铁60A和60B的表面60f的中心处的磁通量密度的1/2或更小，则由于上面所提到的缺点而导致的影响几乎为零。

根据此第一实施方式的无铁芯型线性马达1，即使用作电枢的可动部件2为无铁芯型，利用所述方法构造的线圈3A、3B和3C也有可能提高具有线圈3A、3B和3C的可动部件2的刚度。另外，优选的是，通过设置非磁性加强部件20可以迅速提高线圈3A、3B和3C的刚度并相应地提高可动部件2的刚度。结果，当控制无铁芯型线性马达1的驱动而将相移120度的交流电流施加到线圈3A、3B和3C上使可动部件2沿直接作用方向A1和A2运动时，可以提高无铁芯型线性马达1的控制回路增益。若使用这种无铁芯型线性马达1有可能涉及到抗外界干扰的纳米(nm)级定位控制。

通过将三相线圈3A、3B和3C(线圈组件3)制造成中空的圆筒形状态并且将线圈组件3安排在相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间，即使当使用例如铝、铝合金或其他低电阻的材料作为加强部件20时流动着大的感应电流，来自第一组和第二组永久磁铁60A和60B的磁通量BF对线圈3A、3B和3C内侧的影响也非常小，因此，可将沿可动部件2的推力的相反方向产生的力抑制到最低限度。结果，可以极大地抑制无铁芯型线性马达1的推力波动。

当加强部件20由例如铝合金、铜合金或其他具有高导热率的金属材料制成时，线圈3A、3B和3C中产生的热量可通过加强部件20和垫片25传导到保持部件10，这样就可将线圈3A、3B和3C的热量高效地发散到可动部件2的外侧。结果，可抑制整个无铁芯型线性马达1的温度升高，并且可防止由于温度升高导致的无铁芯型线性马达1各部分的热变形而引起的定位精度的降低。

与采用高电阻材料制作加强部件20的情况相比，采用铝合金、铜合金或其他低电阻的材料制作加强部件20时，线圈3A、3B和3C与加强部件20之间的互感可制造得较小，并可防止由于互感导致的响应的降低。换句话说，可提高无铁芯型线性马达1的电反应。

若用铝合金或其他重量轻的材料制作加强部件20，可减轻可动部件2的重量。若再用重量轻的材料制作连接部分51C，整个无铁芯型线性马达1的重量可进一步减小。

(第二实施方式)

下面将参考图6和7说明本发明第二实施方式的无铁芯型线性马达。

图6的透视图示出了本发明第二实施方式的无铁芯型线性马达的可动部件的结构。第二实施方式的无铁芯型线性马达1A的基本构造与第一实施方式的无铁芯型线性马达1相同。在图6中，相同的附图标记用于表示与参考图1至图5解释的第一实施方式的部件相同的部件。

图6所示的无铁芯型线性马达1A的可动部件2A设置有线圈组件30，该线圈组件由包括第一组三相线圈3A1、3B1和3C1和第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的两个线圈组构成。

第一组的第一线圈3A1和第二组的第一线圈3A2彼此相邻设置，第一组的第二线圈3B1和第二组的第二线圈3B2彼此相邻设置，第一组的第三线圈3C1和第二组的第三线圈3C2彼此相邻设置。第二组的第一线圈3A2和第一组的第二线圈3B1彼此相邻设置，第二组的第二线圈3B2和第一组的第三线圈3C1彼此相邻设置。

第一组的三相线圈3A1、3B1和3C1和第二组的三相线圈3A2、3B2和3C2具有和参考图1至图5解释的第一实施方式的无铁芯型线性马达1的三相线圈3A、3B和3C相同的构造。另外，第二实施方式的无铁芯型线性马达中的线圈组件30也是通过与第一实施方式的无铁芯型线性马达中的线圈组件3的形成方法相同的方法形成。

下文将参考图7说明第二实施方式的无铁芯型线性马达1A的工作情况。

第一组三相线圈3A1、3B1和3C1和第二组三相线圈3A2、3B2和3C2面对两对永久磁铁，例如第一N极永久磁铁N1、第一S极永久磁铁S1、第二N极永久磁铁N2、第二S极永久磁铁S2。

在直接作用方向A1和A2上，例如，沿轭铁51纵向(直接作用方向A1和A2)的第一N极永久磁铁N1、第一S极永久磁铁S1、第二N极永久磁铁N2、第二S极永久磁铁S2的四个永久磁铁的尺寸与第一组和第二组的六个线圈的尺寸基本相同。

第二组三相线圈3A2、3B2和3C2确定线圈的缠绕方向并从未示出的电源施加三相交流电流，以产生相对于第一组三相线圈3A1、3B1和3C1具有相反相位的磁场，即，具有180度相差的磁场。

为使第二组三相线圈3A2、3B2和3C2与第一组三相线圈3A1、3B1和3C1产生的磁场具有相反的相位关系，第二组三相线圈3A2、3B2和3C2与第一组三相线圈3A1、3B1和3C1的缠绕方向可以相反，并且可将具有相同相位的三相交流电流施加到第一组和第二组的线圈上，或者可以改变线圈的连接方式。

作为实例，例如，若第一组三相线圈3A1、3B1和3C1与第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的缠绕方向相同，将U相、V相、W相的三相交流电流施加到第一组三相线圈3A1、3B1和3C1上，将与所述三相交流电流相差为180度的反U相(-U相)、反V相(-V相)、反W相(-W相)的三相交流电流施加到第二组三相线圈3A2、3B2和3C2上。因此，在相邻的线圈3A1、3A2中、在相邻的线圈3B1和3B2中、在相邻的线圈3C1和3C2中产生相反方向的磁场。

这些磁场呈相位相反的关系，因此，磁场的磁通量彼此抵消。结果，可抑制在配合于线圈中的加强部件20中产生的感应电流。这样，可抑制加强部件20中流动的感应电流，因此，加强部件20与第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间的距离可缩短。

另外，可降低加强部件20中过度的电流损耗，并可防止由于过度的电流损耗引起的无铁芯型线性马达1A效率的降低。

在此第二实施方式的无铁芯型线性马达中，可抑制从相反相位关系的相邻线圈3A1、3A2、相邻线圈3B1和3B2、相邻线圈3C1和3C2的内部泄漏的磁通量，因此，可减小相对于第一组和第二组永久磁铁60A和60B形成的磁场的干扰，并可防止轭铁51的磁饱和，特别是由于第一组和第二组线圈产生的磁通量在第一和第二相向轭铁部分51A和51B引起的磁饱和。

(第二实施方式的变型)

以下将参考图8说明第二实施方式的无铁芯型线性马达的变型。

在图8所示的线性马达1B中，各组相邻线圈3A1和3A2、线圈3B1和3B2、线圈3C1和3C2的尺寸被制造成基本上与第一组和第二组永久磁铁60A和60B中的相邻两个永久磁铁S和N的尺寸相同。各组线圈被设置成使得左、右永久磁铁的彼此相位差为π/3弧度(60度)或者与一组永久磁铁的相位差为2π/3弧度(120度)。

通过以与第二实施方式的线性马达1A相同的方式在各个线圈中产生磁场，图8所示的无铁芯型线性马达1B可给出与第二实施方式的线性马达1A相同的工作模式和效果。

在图8所示的线圈构造中，每两个线圈构成为一组，并且各组彼此隔开，因此线圈中产生的热量易于发散。

(第三实施方式)

图9的剖视图示出了本发明第三实施方式的无铁芯型线性马达。

在第三实施方式的无铁芯型线性马达1C中，第一组和第二组永久磁铁60A和60B、线圈组件3和30、轭铁51等与所述第一和第二实施方式的相应部件相同。下面，将说明第三实施方式的独特细节。

在第一和第二实施方式的无铁芯型线性马达中，加强部件20具有实心的矩形截面。为了进一步提高散热性能，在图9所示的无铁芯型线性马达1C的加强部件20C中形成沿直接作用方向A1和A2的通孔20Ca。借助于通孔20Ca可增加与冷却介质例如空气接触的加强部件20C的内表面面积，这样线圈中产生的热量更易于发散。

加强部件20C作为可动部件2的一部分沿直接作用方向A1和A2运动，此时，借助于空气在通孔20Ca中流动，可散发出线圈组件3和30中的热量。

若强制地将空气或其他冷却介质引入通孔20Ca中，则可进一步提高冷却效率。

通过加强部件20C提高线圈组件3和30刚度的功能与第一和第二实施方式相同。

通过在加强部件20C中形成通孔20Ca，加强部件20C的重量比实心的加强部件20C轻，并且可动部件2的重量也更轻。

(第三实施方式的变型)

图10的剖视图示出了第三实施方式的无铁芯型线性马达中的加强部件结构的另一实例。

在图10所示的无铁芯型线性马达1D的加强部件20D中，形成有沿直接作用方向A1和A2延伸的通孔20Da，并且在通孔20Da的内壁上形成有散热翅片20Df。通过形成这些翅片20Df，加强部件20D中与冷却介质接触的表面面积变大，与使用图9所示加强部件20C的情况相比，可进一步有效地散发热量。

(第四实施方式)

以下将参考图11至图15说明本发明第四实施方式的无铁芯型线性马达。

在图11中，无铁芯型线性马达100具有可动部件150和固定部件101。本第四实施方式的线性马达100与第一到第三实施方式中的线性马达不同。固定部件101起电枢的作用，可动部件150起定子的作用。也就是说，具有轭铁151以及第一组和第二组永久磁铁106A和106B的可动部件150沿直接作用方向A1和A2相对于固定部件101作相对运动。

固定部件101具有线圈组件103、通过提高线圈组件103的刚度来加强线圈组件103的加强部件120、和用来保持线圈组件103和加强部件120的保持部件110。

保持部件110以与第一到第三实施方式中的保持部件10相同的方式由板状部件制成并且例如由不锈钢、铝合金、或其他非磁性金属形成。保持部件110经由垫片125起保持加强部件120的作用并进一步保持线圈组件103。保持部件110被固定到未示出的基座等上。

在线圈组件103中，将每组都由三个三相线圈103A、103B和103C构成的多组线圈连续组合。每组中的三相线圈103A、103B和103C的相邻部分以与第一至第三实施方式相同的方式利用与电绝缘材料9相同的电绝缘材料109连接以形成线圈组。形成各组三相线圈103A、103B和103C的方法与形成第一到第三实施方式中的线圈组件3的方法相同。沿轭铁151的纵向各组三相线圈103A、103B和103C的相邻部分通过使用电绝缘材料109连接而形成线圈组件103。

由每组都包括三相线圈103A、103B和103C的多组线圈构成的线圈组件103的总长度长于第一实施方式中由三个线圈制成的线圈组件3。

如图11和12所示，经由垫片125固定到保持部件110的加强部件120与线圈组件103的内壁接触，穿过线圈组件103并支撑线圈组件103。

加强部件120除了以与第一至第三实施方式的加强部件20、20C和20D相同的方式具有提高线圈组件103的刚度的功能外，还具有将来自线圈组件103的热量散发到外侧的功能。在加强部件120的中心部分处，沿轭铁151的纵向形成有冷却介质可在其中流动的通孔(流动通道)120p。

加强部件120由与参考图1到图5说明的加强部件20所使用的材料相同的非磁性的、重量轻的材料如铝或铝合金形成。

如图12所示，加强部件120的端部120e从线圈组件103的两端突出并通过未示出的紧固部件经由垫片125被紧固到保持部件110上。

垫片125以与第一至第三实施方式的垫片25相同的方式起将加强部件120固定到保持部件110上的作用，并且还用来将加强部件120的热量传导到保持部件110，所以可由铝、铝合金或其他具有高导热率的非磁性材料形成。

保持部件110在线圈组件103的整个表面上保持其相向的外周表面。结果，可迅速提高具有较长的总长度的线圈组件103的刚度。

可动部件150具有轭铁151以及与第一到第三实施方式中的第一组和第二组永久磁铁60A和60B构造相同的第一组永久磁铁106A和第二组永久磁铁106B，其通过未示出的引导机构沿直接作用方向A1和A2活动地被支撑。

图13所示的轭铁151与参考图4解释的轭铁51相同。即，第一和第二相向轭铁部分151A和151B具有彼此相向的表面。横过第一距离D1彼此相向的第一和第二相向轭铁部分151A和151B与被设置成垂直于这些相向轭铁部分并沿直接作用方向A1和A2连接第一和第二相向轭铁部分151A和151B第一端的连接轭铁部分151C整体形成。可将相向轭铁部分151A和151B和连接轭铁部分151C形成为不同的部件然后连接在一起。轭铁151可由铁或其他磁性材料以与参考图4说明的轭铁51相同的方式形成为整体，但是从减轻可动部件150重量的观点来看，磁性材料可用于相向轭铁部分151A和151B，铝、铝合金或其他非磁性材料可用于连接轭铁部分151C。

如图14所示，由一对N极和S极永久磁铁制成的第一组和第二组永久磁铁106A和106B沿纵向外形形成为矩形板状，它们具有相同的尺寸并被固定到相向轭铁部分151A和151B的相向表面上。相向的永久磁铁的磁极相同。

形成线圈组件103的各组线圈103A、103B和103C具有正方形或矩形横截面形状，因此，如图13所示，相向的第一组和第二组永久磁铁106A和106B的相向表面106f彼此面对并相对于线圈组件103的外周表面103f横过预定距离(空间)。相向表面106f和外周表面103f基本平行设置。

下文将参考图14解释第四实施方式的无铁芯型线性马达100的工作情况。

沿直接作用方向A1和A2，相邻对的永久磁铁N和S的尺寸和一组三个线圈103A、103B和103C的尺寸基本匹配。

由于相向的永久磁铁的磁极相同，以与第一至第三实施方式中所说明的相同的方式跨过(across)一组三个线圈103A、103B和103C的彼此面对的永久磁铁的磁通量BF几乎不从其中一个相向的永久磁铁延伸到另一永久磁铁。磁通量主要从永久磁铁N向着沿轭铁151纵向相邻的永久磁铁S延伸。相应地，永久磁铁N和S的磁通量BF主要分布在相邻对永久磁铁N和S的表面附近并且不容易到达面对永久磁铁N和S的三相线圈103A、103B和103C内部的加强部件120。

将相移120度的交流电流施加到三相线圈103A、103B和103C上时，由于电磁感应产生磁场，在加强部件120中流动着感应电流。若使用铝、铝合金或其他具有低电阻的非磁性金属作为加强部件120，流动着大的感应电流。这时，若到达三相线圈103A、103B和103C内部的永久磁铁N和S的磁场的磁通量密度大，则产生相对于可动部件120的推力相反方向的力。为了防止产生沿推力相反方向的力，永久磁铁N和S与加强部件120之间的距离Ld以与第一实施方式相同的方式来确保。即，有必要精确确保第一组和第二组永久磁铁106A和106B的表面106f与面对它们的加强部件120的表面120f之间的距离(第三距离)为一定长度。

从此第四实施方式中也可得知，在与第一实施方式相同的方式中，若使用铝合金作为加强部件120，如果将距离Ld设定成使得施加到加强部件120的表面102f的磁通量BF的密度变为第一组和第二组永久磁铁106A和106B的表面中心处的磁通量密度的1/2或更小，则该通量几乎没有影响。

因此，即使在第四实施方式的无铁芯型线性马达100中也可以获得与第一到第三实施方式中的无铁芯型线性马达相同的效果。

第四实施方式的无铁芯型线性马达的固定部件和可动部件与第一到第三实施方式的无铁芯型线性马达中的固定部件和可动部件相反，但是即使固定部件和可动部件相反也可以呈现出与第一到第三实施方式相同的效果。也就是说，在本发明中，可动部件和固定部件可被构造成相对于彼此是可动的。

在第四实施方式的无铁芯型线性马达中，线圈组件103固定，因此线圈组件103的配线更加方便。

在第四实施方式的无铁芯型线性马达中，加强部件120为固定部件，因此，更便于冷却。

以下将参考图15解释第四实施方式的线性马达100的冷却方法的实例。

用来供给冷却介质的供给源300连接到形成于加强部件120中的通孔(流动通路)120p的一端。将冷却介质CL供给通孔120p。在本实施方式中，加强部件120位于固定部件101中，因此，作为冷却介质CL，与采用空气相比，可使用例如如热容量大的水之类的液体。从通孔120p一端供给的冷却介质CL流过通孔120p有效地吸收加强部件120的热量而变热，然后从通孔120p的另一端排出。结果，可简便而充分地控制第四实施方式的无铁芯型线性马达100的温度，使整个无铁芯型线性马达不受温度升高的影响。使用这种无铁芯型线性马达时，特别是在毫微级定位控制或其他精确控制中是有益的。

(第五实施方式)

图16示出了本发明第五实施方式的无铁芯型线性马达的构造。

此第五实施方式的无铁芯型线性马达100A的基本构造与第四实施方式的无铁芯型线性马达100相同。在图16中，与参考图11到图15所示的第四实施方式的无铁芯型线性马达的部件相同的部件使用相同的附图标记表示。

在图16所示的无铁芯型线性马达100A中，与第四实施方式的无铁芯型线性马达100相同，具有加强部件120和线圈组件103的固定部件用作电枢。该马达具有轭铁151，该轭铁具有未示出的连接轭铁部分、第一和第二相向轭铁部分151A和151B、和具有第一组和第二组永久磁铁106A和106B的可动部件。

在第一和第二相向轭铁部分151A和151B中，设置有形成第一组永久磁铁106AA和第二组永久磁铁106BB的两对即四个永久磁铁N和S。这些磁铁被设置成使得永久磁铁N和S的极性沿直接作用方向A1和A2交替相反，而使得相向的第一组和第二组永久磁铁106AA和106BB中的永久磁铁N和S的极性相同。

无铁芯型线性马达100A中的线圈组件103具有：第一线圈组件103A，该第一线圈组件具有每个都由三相线圈103A、103B和103C构成的多组；以及第二线圈组件103B，该第二线圈组件具有每个都由三相线圈103A2、103B2和103C2构成的多组。线圈103A1和103A2、线圈103B1和103B2及线圈103C1和103C2被设置成彼此相邻。线圈103A2被设置在线圈103A1和103B1之间，线圈103B2被设置在线圈103B1和103C1之间，线圈103C2被设置在线圈103C1和103A1之间。

线圈103A2、103B2和103C2产生与线圈103A1、103B1和103C1相位差为180度的磁场。

三相线圈103A1、103B1和103C1及三相线圈103A2、103B2和103C2面对两对即四个相邻的永久磁铁N和S。四个永久磁铁N和S的长度以及六个线圈的长度在直接作用方向A1和A2上基本相同。

将相位差为120度的U相、V相和W相三相交流电流施加到三相线圈103A1、103B1和103C1上、而将与U相、V相和W相的相位差为180度的-U相、-V相和-W相的三相交流电流施加到三相线圈103A2、103B2和103C2上时，在线圈103A1和103A2、线圈103B1和103B2及线圈103C1和103C2中产生相反方向的磁场。结果，虽然固定部件和可动部件相反，仍可获得与图7所示的第二实施方式的无铁芯型线性马达相同的工作模式和效果。

(第六实施方式)

以下将参考图17和图18解释本发明第六实施方式的无铁芯型线性马达。

图17示出了本发明第六实施方式的无铁芯型线性马达100B的构造。图18的剖视图示出了图17所示的无铁芯型线性马达100B的可动部件和固定部件的结构。

在无铁芯型线性马达100B中，具有四个轭铁侧面151A至151D的轭铁151-A形成为正方形或矩形筒状外形。在四个轭铁侧面的内壁上，设置了第一组永久磁铁106A、第二组永久磁铁106B、第三组永久磁铁106C和第四组永久磁铁106D。第一组永久磁铁106A和第二组永久磁铁106B彼此面对，第三组永久磁铁106C和第四组永久磁铁106D彼此面对。这些永久磁铁组面对线圈组件103的四个外周表面。

在无铁芯型线性马达100B中，通过采用线圈组件103的四个表面面对四组永久磁铁106A、106B、106C和106D的构造，各组永久磁铁106A、106B、106C和106D被线圈组件103利用的磁场的利用效率得以提高，并可提高由轭铁151A-1和多组永久磁铁106A、106B、106C和106D构成的可动部件的推力等。

加强部件120和通孔120a可提供与参考图13解释的加强部件120和通孔120a相同的冷却效果。

在上面所述的第一到第六实施方式中，线圈的截面形状被制成正方形或矩形，各组永久磁铁的横截面被形成为平板形状，当然本发明的无铁芯型线性马达的形状不限于此。例如，线圈的截面形状可以制成正方形、圆形、椭圆形或其他形状。永久磁铁可以根据这些形状弯曲。另外，轭铁的形状可与此匹配而改变。

此外，在所述第一到第六实施方式中，采用了在将线圈形成为筒状形态之后将加强部件插入到线圈中的构造，但可将电绝缘的导线直接缠绕在加强部件的四周。

(第七实施方式)

下文将参考图19至22解释本发明第七实施方式的无铁芯型线性马达。

在上面所描述的那些实施方式的无铁芯型线性马达中，为了提高线圈的刚度，使用了加强部件20，但是由于加强部件20的使用可动部件的质量有可能变大，并且无铁芯型线性马达的控制响应有可能降低。另外，当使用不锈钢或其他非磁性金属作为线圈的保持板时，因为保持板处于磁路的磁通量路径中，所以当保持板通过活动部分直线运动时保持板中的感应电流的流动会产生与推力相反方向的力。这有时成为推力波动的原因。下面将描述的实施方式克服了所述问题。也就是说，在下述实施方式的无铁芯型线性马达中可减轻电枢的重量并可减小推力波动。

图19的透视图示出了本发明第七实施方式的无铁芯型线性马达的结构。

第七实施方式的无铁芯型线性马达1F具有用作电枢的可动部件2F和固定部件50F。

固定部件50F具有轭铁51及第一组和第二组永久磁铁60A和60B。

轭铁51及第一组和第二组永久磁铁60A和60B的结构和布置与第一到第三实施方式中的结构和布置相同。直接作用方向A1和A2是可动部件2F运动的方向。

在图21示出的轭铁51中，以与参考图4解释的轭铁51相同的方式整体形成第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及连接轭铁部分51C，并将外表面固定到基座等上。第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及连接轭铁部分51C可以形成为不同的部件。在这种情况下，以与第一实施方式中的轭铁51相同的方式，可采用使用铁磁部件作为第一和第二相向轭铁部分51A和51B以及使用非磁性部件作为连接轭铁部分51C的构造。对于轭铁51而言，从减轻重量的观点出发，可使用铝、铝合金或其他重量轻、单位强度高的金属或增强塑料或其他非磁性材料。

第一组和第二组永久磁铁60A和60B以与第一到第三实施方式中解释的相同的方式具有多对永久磁铁N和S。磁极的布置情况、外形和尺寸的情况都与第一到第三实施方式中所描述的相同。

如图19所示，可动部件2F包括具有线圈3A、3B和3C的线圈组件3、具有线圈组件3的保持部件10、以及紧固部件11。在可动部件2F中，如第一实施方式等中的无铁芯型线性马达那样的加强部件20没有配合到线圈3A、3B和3C的中空部分3H中。

保持部件10与第一实施方式的无铁芯型线性马达中的保持部件10相同，并且例如由不锈钢、铝合金和其他金属形成。保持部件10起保持线圈组件3的作用，并以与第一实施方式相同的方式沿直接作用方向A1和A2通过未示出的引导机构可运动地被支撑。

以与第一实施方式相同的方式，例如通过在电绝缘材料9覆盖的导线上涂覆湿粘合剂、以多层的形式将这些导线布置和缠绕为筒状形态、并使粘合剂固化以固定而获得构成线圈组件3的三相线圈3A、3B和3C。在线圈3A、3B和3C中，横截面轮廓为矩形。另外，生产方法也与第一实施方式相同。例如，在将三相线圈3A、3B和3C形成为筒状形态之后，通过非磁性电绝缘部件9将端面彼此连接，从而形成线圈组件3。电绝缘部件9例如可以是玻璃环氧树脂或经硬防蚀铝处理的铝合金。

在线圈3A、3B和3C的截面形状中，如参考图4说明的那样，面对第一组和第二组永久磁铁60A和60B的各侧面的长度a比除这些侧面以外的侧面的长度b长。

线圈组件3具有沿纵向穿过的方形轮廓的中空部分3H。三相线圈3A、3B和3C的缠绕方向都相同。

通过将所述构造应用于三相线圈3A、3B和3C，以与第一实施方式相同的方式可得到大的截面副抗矩(sectional secondary moment)，并可提高线圈3A、3B和3C的刚度特别是抗弯刚度和剪切刚度。另外，还可提高线圈3A、3B和3C本身的刚度，同时线圈3A、3B和3C具有中空部分3H。因为没有加强部件20，所以可动部件2F的重量轻。

为了将线圈组件3固定到保持部件10上，如图21所示，面对保持部件10的外周表面3f1通过电绝缘粘合剂350被固定到保持部件10上。然后，在面对线圈组件3的第一组和第二组永久磁铁60A和60B的外周表面3f3和3f4被紧固部件11紧固的状态下，通过螺栓30可将紧固部件11紧固到保持部件10上。由于此，线圈组件3被牢牢地固定到保持部件10上。

在三相线圈3A、3B和3C中，横截面轮廓为正方形或矩形，因此，如图22所示，相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B的相向表面60f横过预定空间面对线圈组件3的外周表面3f3和3f4。相向表面60f和外周表面3f3和3f4基本平行。在相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B之间，只设置了连接线圈3A、3B和3C的线圈组件3。因此，在线圈组件3的中空部分3H内侧既不存在第一实施方式的加强部件20，也不存在磁性部件或导电部件。

以下将参考图23解释第七实施方式的无铁芯型线性马达1F的工作。与第一实施方式中的无铁芯型线性马达相同，在直接作用方向A1和A2上相邻对的永久磁铁N和S的长度与三相线圈3A、3B和3C的长度基本一致。

在线圈3A、3B和3C中，相向的第一组和第二组永久磁铁60A和60B中的永久磁铁N和N、S和S的磁通量BF几乎不从其中一个相向的永久磁铁N和N、S和S向着另一永久磁铁延伸。由于磁铁的磁极相同，磁通量主要从相邻的永久磁铁N向着S延伸。

将相位差为120度的U相、V相和W相的三相交流电流施加到三相线圈3A、3B和3C上时，第一相向轭铁部分51A侧上的线圈3A、3B和3C中电流的流动方向与第二相向轭铁部分51B侧上的线圈3A、3B和3C中电流的流动方向相反，穿过第一相向轭铁部分51A侧上的线圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向与穿过第二相向轭铁部分51B侧上的线圈3A、3B和3C的磁通量BF的方向变得相反。于是，在第一相向轭铁部分51A侧和第二相向轭铁部分51B侧产生相同方向的推力。由于这些推力，可动部件2F沿直接作用方向A1和A2运动。

如图23所示，永久磁铁N和S的磁通量BF主要分布在永久磁铁N和S的表面60f附近并且不易到达线圈3A、3B和3C的内部。因此，即使导线延伸到线圈3A、3B和3C的芯部，永久磁铁N和S的磁通量也未被使用。

在本实施方式中，在通过将磁通量不能到达线圈组件3内的区域限定为中空部分3H而提高永久磁铁N和S的磁通量的利用效率的同时，可减轻线圈3A、3B和3C的重量。结果，可减小可动部件2F的质量，并可获得高的控制响应。

线圈组件3具有中空部分3H，因此，线圈3A、3B和3C中产生的热量通过该中空部分3H容易散发到外部。

当空气或其他冷却介质流过中空部分3H时，可更高效地进行冷却。结果，可抑制无铁芯型线性马达1F的温度升高，并可防止由于热变形引起的无铁芯型线性马达各部件的定位精度的降低。

在线圈组件3中，在中空部分3H中没有导体，因此不会产生由于线圈3A、3B和3C中产生的磁场而导致的感应电流，并且也不会产生与可动部件2F的推力相反方向的力。结果，不会出现因感应电流引起的线性马达1F的推力波动。另外，因为不产生感应电流，因此可防止无铁芯型线性马达效率的降低。

此外，可避免过度的电流损耗，从而可防止马达效率降低。

由于所述原因，根据第七实施方式可获得推力波动被大大抑制的无铁芯型线性马达。

(第八实施方式)

下文将参考图24和25解释本发明第八实施方式的无铁芯型线性马达。

图24的透视图示出了本发明第八实施方式的无铁芯型线性马达的活动部分2G的结构。

第八实施方式的无铁芯型线性马达的基本构造与参考图19到图22解释的第七实施方式的无铁芯型线性马达相同。对和第七实施方式相同的部件使用相同的附图标记表示。

可动部件2G设置有线圈组件30G，该线圈组件以与参考图6解释的可动部件2相同的方式由第一组三相线圈3A1、3B1和3C1以及第二组三相线圈3A2、3B2和3C2构成。

以下将参考图25解释第八实施方式的无铁芯型线性马达1G的工作情况。

沿直接作用方向A1和A2，相邻的四个永久磁铁N、S、N和S的长度与六个线圈的长度基本相同。

第一组三相线圈3A1、3B1和3C1以及第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的关系和状态与参考图6解释的可动部件2中的第一组三相线圈3A1、3B1和3C1以及第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的关系和状态相同。第一组三相线圈3A2、3B2和3C2产生与第二组三相线圈3A1、3B1和3C1相反相位的磁场，即，相位差为180度。例如，若第一组三相线圈3A1、3B1和3C1与第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的缠绕方向相同，如果将U相、V相和W相的三相交流电流施加到第一组三相线圈3A1、3B1和3C1，而将与前面的三相交流电流相位差为180度的-U相、-V相和-W相的三相交流电流施加到第二组三相线圈3A2、3B2和3C2，在第一组的线圈3A1和3A2、线圈3B1和3B2以及在第二组的线圈3C1和3C2中产生相反方向的磁场。它们呈相反的相位关系，于是，磁场的磁通量彼此抵消。结果，可抑制从线圈3A1和3A2、线圈3B1和3B2以及线圈3C1和3C2内侧泄漏的磁通量，因此，可减小对由永久磁铁N和S形成的磁场的干扰，并可防止由于线圈产生的磁通量引起的轭铁51(第一和第二相向轭铁部分51A和51B)的磁饱和。

用来使第一组三相线圈3A1、3B1和3C1与第二组三相线圈3A2、3B2和3C2产生的磁场相位相反的方法与参考图6解释的情况相同。例如，第一组三相线圈3A1、3B1和3C1与第二组三相线圈3A2、3B2和3C2的缠绕方向可以制造成相反，并且施加相同相位的三相交流电流，或者可以改变线圈的连接方法。

(第八实施方式的变型)

以下将参考图8解释第八实施方式的无铁芯型线性马达的变型。

如参考图8所解释的那样，各组相邻的线圈3A1和3A2、线圈3B1和3B2及线圈3C1和3C2的长度被制成基本上与相邻的两个永久磁铁N和S的长度相同。各组线圈根据磁铁的位置以精确的π/3弧度(60度)或2π/3(120度)的相位差布置。借助于与第七实施方式的线性马达相同的方式在各组线圈中产生磁场可获得与第七实施方式相同的工作模式和效果。

(第九实施方式)

以下将参考图27解释本发明第九实施方式的无铁芯型线性马达。

图27所示的无铁芯型线性马达1H的基本构造与图21所示的无铁芯型线性马达1F相同，但是在无铁芯型线性马达1H中，在线圈组件3的中空部分3H中装配有加强部件20H。

加强部件20H具有与线圈组件3中空部分3H截面形状匹配的截面形状，并且在中空部分3H的整个长度上配合于中空部分3H的内周。加强部件20H与线圈组件3连接。

设置加强部件20H以与第一实施方式的加强部件20相同的方式提高线圈组件3的刚度。加强部件20H设有中空部分20h。形成该中空部分20h以减轻加强部件20H的重量和提高线圈组件3的冷却效果。

与第一实施方式的加强部件20相同，可使用非磁性的电绝缘材料作为形成加强部件20H的材料。作为本实施方式的加强部件20H的优选材料，重量轻于金属并且具有高刚度的材料是优选的。优选如使用玻璃环氧树脂、碳纤维、或其他强化纤维的FRP之类的材料。

加强部件20H的形状可为筒状，当然不限于这种形状。可采用各种形状。例如，加强部件20H的形状可以制造成平板。另外，可以采用不沿线圈组件3的整个周边提供加强部件而是在例如相向的成对的侧表面上提供平板加强部件的构造。此外，也可以使用实心部件作为加强部件和制造全部中空部分3H的加强部件。

(第十实施方式)

以下将参考图28到图31解释本发明第十实施方式的无铁芯型线性马达。

图28示出的无铁芯型线性马达100D具有可动部件150D和固定部件101D。在本实施方式中，固定部件101D用作电枢。

固定部件101D具有线圈组件103D和保持部件110D。

保持部件110D的形状与参考图12解释的保持部件110的形状相同，并由非磁性材料如不锈钢或铝合金等金属形成。保持部件110D具有保持线圈组件103的功能，并被固定到未示出的基座等上。

线圈组件103D由多组三相线圈103A、103B和103C组装在一起而构成。各组线圈103A、103B和103C经由电绝缘部件109连接。线圈组件103D由与第一和第六实施方式中所说明的线圈组件3的形成方法相同的方法形成。需要注意的是，其不同之处在于连接了很多三相线圈103A、103B和103C并且总长度较长。

如图29所示，保持部件110D在线圈组件103D的整个表面上保持线圈组件103D的相向的外周表面。因此，可迅速提高具有较长的总长度的固定部件101D的刚度。

线圈组件3D的中空部分103H沿直接作用方向A1和A2延伸。

可动部件150D具有轭铁151以及设置在轭铁151的第一和第二相向轭铁部分151A和151B的相向表面上的第一组和第二组永久磁铁106A和106B。借助于未示出的引导机构沿直接作用方向A1和A2可运动地支撑可动部件150D。

图29所示的轭铁151的构造与参考图13解释的轭铁151的构造相同，并由相同的材料制成。需注意的是，图13所示的轭铁151是固定的和不运动的，但是图29所示的轭铁151可与第一组和第二组永久磁铁106A和106B一起运动。

本实施方式的轭铁151可通过铁或其他磁性材料形成，但是从减轻可动部件150D重量的观点来看，可使用铝合金或其他单位强度高、重量轻的材料。或者，可使用磁性材料作为第一和第二相向轭铁部分151A和151B，可使用铝、铝合金、或其他非磁性材料作为连接轭铁部分151C。

第一组和第二组永久磁铁106A和106B的状况等都与上面解释的那些实施方式的状况相同。

在各组三相线圈103A、103B和103C中，横截面轮廓为矩形，因此如图30和图31所示，相向的第一组和第二组永久磁铁106A和106B的相向表面106f以预定的空间面对线圈组件103的外周表面103f，并且相向表面106f和外周表面103f基本平行设置。

下文将参考图31解释无铁芯型线性马达100H的工作情况。

除固定部件和可动部件相反外，无铁芯型线性马达100H的工作情况基本上与参考图14解释的无铁芯型线性马达100的工作情况相同。以下将简要说明无铁芯型线性马达100H的工作情况。

在直接作用方向A1和A2上，相邻两个永久磁铁N和S的长度和三相线圈103A、103B和103C的尺寸基本一致。

相向的永久磁铁N和N、永久磁铁S和S的磁通量几乎不从一个磁铁延伸到另一磁铁。该通量主要邻近永久磁铁N和S延伸。因此，从永久磁铁N到S的磁通量BF主要分布在相邻的永久磁铁N和S附近，并且不易到达线圈103A、103B和103C的内部。

将相位差为120度的U相、V相和W相三相交流电流施加于三相线圈103A、103B和103C时，在第一相向轭铁部分151A侧和第二相向轭铁部分151B侧上产生相同方向的推力。由于该推力，轭铁151及包括第一组和第二组永久磁铁106A和106B的可动部件150D沿直接作用方向A1和A2运动。

以下将参考图32解释图31所示的无铁芯型线性马达100D的冷却方法的实例。

通过使用风扇300从线圈组件103D的中空部分103H的一端供给空气。从中空部分103H一端供给的空气穿过中空部分H高效地吸收热量并从中空部分103H的另一端排出。

在本实施方式中，线圈组件103D是固定的，因此通过不断地向中空部分103H供给如空气或水之类的冷却介质很容易实现强制冷却，并且可简便地控制无铁芯型线性马达100D的温度。

(第十一实施方式)

下文将参考图32解释本发明第十一实施方式的无铁芯型线性马达。

在无铁芯型线性马达100E中，固定部件是电枢，可动部件具有轭铁151和设置在第一和第二相向轭铁部分151A和151B中的第一组和第二组永久磁铁106A和106B。

第十一实施方式的无铁芯型线性马达100E的构造与参考图16解释的无铁芯型线性马达100A的构造相同，只是固定部件和可动部件的关系相反。

三相线圈103A2、103B2和103C2产生与三相线圈103A1、103B1和103C1相位差为180度的磁场。

在无铁芯型线性马达100E中，将U相、V相和W相三相交流电流供给三相线圈103A1、103B1和103C1，并将与前面的三相交流电流相位差为180度的-U相、-V相和-W相三相交流电流供给到三相线圈103A2、103B2和103C2时，在线圈103A1和103A2、线圈103B1和103B2以及线圈103C1和103C2中产生相反方向的磁场，并且具有轭铁151及第一组和第二组永久磁铁106AA和106BB的可动部件沿直接作用方向A1和A2相对于线圈组件103E运动。

(第十二实施方式)

以下将参考图34和35解释本发明第十二实施方式的无铁芯型线性马达。

图34示出了本发明第十二实施方式的无铁芯型线性马达的构造，图35的剖视图示出了图34所示的无铁芯型线性马达的可动部件和固定部件的结构。

在本实施方式的无铁芯型线性马达100F中，电枢是固定部件，可动部件设置有四组永久磁铁组106A至106D。固定部件和可动部件的关系是相反的，但是轭铁151-A的结构和设于轭铁151-A中的四组永久磁铁106A至106D与参考图19所述的内容相同。

通过在轭铁151-A上设置四组永久磁铁106A至106D，可提高被线圈利用的永久磁铁的利用效率及提高推力等。

在所述的实施方式中，线圈的截面形状被制造为矩形或正方形，永久磁铁组60A和60B或者第一组和第二组永久磁铁106A和106B等被制造为平板形状，当然本发明不限于此。例如，作为线圈的截面形状，可采用如正方形、圆形、和椭圆形之类的其他形状。永久磁铁可根据这些形状弯曲。

也可将上面所述加强部件应用于中心轭铁被插入到线圈中的这类无铁芯型线性马达的线圈中。

下面将说明本发明的无铁芯型线性马达的效果。

用于电枢的线圈通过将导线缠绕成筒状形态而形成，因此可获得大的线圈的截面副抗矩，并可提高线圈的刚度特别是抗弯刚度和剪切刚度。另外，借助于以多层方式将导线对齐和缠绕成筒状形态、利用粘合剂固定它们、以及经由电绝缘部件将端面彼此连接，可迅速提高线圈本身的刚度。特别是，当使用线圈组件3和30等作为无铁芯型线性马达的固定部件时，无需使用加强部件20和120。通过如上所说明的那样形成线圈，并通过使用紧固部件11仅将它们固定到保持部件110上可获得足够的刚度。

当设置形成磁路的磁铁使得面向如此形成的三相线圈的外周表面的位置处彼此面对、并将它们设置成具有相同极性的磁极彼此面对时，相向磁铁的磁通量的方向相反，因此磁通量到达位于磁铁附近位置的线圈，而三相线圈内部的磁密度非常小。

相向磁铁之一的磁通量和线圈之间产生的力的方向与另一磁铁的磁通量和线圈之间产生的力的方向相同。这成为可动部件的推力。

非磁性的传导加强部件支撑三相线圈的内周，并进一步增强刚度已得到改善的线圈。该加强部件具有传导性。由三相线圈产生的磁通量通过它。因此，有感应电流流动。然而，该部件处于磁铁的磁通量不能达到的线圈内部，因此几乎不会产生与推力方向相反的力。加强部件还起发散线圈的热量的散热构件的作用。可如期望的那样减轻加强部件的重量。因此，可使用铝合金等作为加强部件。

将与第一组三相线圈呈相反相位关系的第二组三相线圈设置于邻近该相位的线圈时，在互相邻近的线圈内部产生相反方向的磁通量，它们彼此抵消，使穿过加强部件的磁通量大大减小，并且在加强部件中几乎没有感应电流流动。结果，即使磁铁的磁通量到达加强部件，也可以极大抑制与推力方向相反的力的产生。另外，可避免过度的电流损耗，并可防止马达的效率降低。

上面所述的固定部件和可动部件可以相反设置。在线圈组件3、103等用作固定部件时，很容易将冷却介质提供到线圈组件3和103的中空部分等处，并且提高了无铁芯型线性马达散热措施的效果。

Claims (24)

1.一种无铁芯型线性马达，包括：

固定部件；及

相对于所述固定部件相对运动的可动部件；

所述固定部件具有轭铁和固定于所述轭铁上的永久磁铁组；

所述可动部件具有线圈组件；

所述轭铁具有横过第一距离彼此面对并由磁性材料形成的第一和第二相向轭铁部分以及连接所述第一和第二相向轭铁部分第一端的连接轭铁部分；

所述永久磁铁组包括被设置成面对所述第一和第二相向轭铁部分的相向表面的第一组和第二组永久磁铁，所述第一组和第二组永久磁铁中的每一组具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第一组和第二组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同；

所述线圈组件具有至少三个线圈，这些线圈被设置成相对于所述第一组和第二组永久磁铁沿所述轭铁的纵向在所述第一组和第二组永久磁铁之间运动；

所述至少三个线圈每一个都被稳固地绕中空部分缠绕成多层，并通过粘合剂固定，其中相邻线圈的端表面经由电绝缘部件彼此连接；

所述可动部件还具有加强部件，其中每个加强部件都配合在所述线圈的中空部分中，其中所述加强部件由非磁性高热导率和重量轻的材料形成，且在所述加强部件的横截面形状中，面对所述第一组和第二组永久磁铁的侧面长度长于垂直于所述第一组和第二组永久磁铁的侧面长度，及

所述线圈组件在所述相向的第一组和第二组永久磁铁之间的空间内沿所述轭铁的纵向运动。

2.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，在各个线圈的横截面形状中，面对所述第一组和第二组永久磁铁的长度长于垂直于所述第一组和第二组永久磁铁的长度。

3.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，在所述加强部件内侧形成有使冷却介质流过的孔。

4.如权利要求3所述的无铁芯型线性马达，其中，在所述加强部件内侧的孔中形成有散热翅片。

5.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件由铝或铝合金制成。

6.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，

所述可动部件还设置有保持部件和垫片，及

被插入所述线圈组件中的所述加强部件的两端经由所述垫片由所述保持部件保持。

7.如权利要求6所述的无铁芯型线性马达，其中，所述垫片由高导热率和重量轻的材料形成。

8.如权利要求7所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件和所述垫片由铝或铝合金形成。

9.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件被设置成与所述第一组和第二组永久磁铁的所述表面隔开精确的距离，借此，入射在所述加强部件表面上的磁通量的密度为所述相向的第一组和第二组永久磁铁的表面中心处的磁铁的磁通量密度的1/2或更小。

10.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，所述线圈组件具有三个线圈，该三个线圈沿所述轭铁纵向的长度和所述第一组永久磁铁的两个相邻磁铁的长度相等。

11.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，

形成可动部件的所述线圈组件具有产生相反相位磁场的第一组三相线圈和第二组三相线圈，及

所述第一组和第二组三相线圈中具有相反相位的线圈被设置成彼此相邻。

12.如权利要求1所述的无铁芯型线性马达，其中，

所述轭铁具有正方形或矩形横截面，并且具有由磁性材料形成的第一和第二相向轭铁部分以及垂直相交于所述第一和第二相向轭铁部分并由磁性材料形成的第三和第四相向轭铁部分；

所述永久磁铁组具有被设置成面对所述第一和第二相向轭铁部分的相向表面的第一组和第二组永久磁铁及

被设置成面对所述第三和第四相向轭铁部分的相向表面的第三组和第四组永久磁铁；

所述第一组和第二组永久磁铁中的每一组具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第一组和第二组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同；及

所述第三组和第四组永久磁铁中的每一组具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第三组和第四组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同。

13.一种无铁芯型线性马达，包括：

固定部件；及

相对于所述固定部件相对运动的可动部件；

所述可动部件具有轭铁和被设置在所述轭铁处的永久磁铁组；

所述固定部件具有线圈组件；

所述轭铁具有横过第一距离彼此面对并由磁性材料形成的第一和第二相向轭铁部分以及连接所述第一和第二相向轭铁部分第一端的连接轭铁部分；

所述永久磁铁组包括被设置成面对所述第一和第二相向轭铁部分的相向表面的第一组和第二组永久磁铁，所述第一组和第二组永久磁铁中的每一组具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第一组和第二组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同；

所述线圈组件具有至少三个线圈，这些线圈被定位在所述相向的第一组和第二组永久磁铁之间，所述至少三个线圈每一个都被稳固地绕中空部分缠绕成多层，并由粘合剂固定，其中相邻线圈的端表面经由电绝缘部件彼此连接；

所述固定部件还具有加强部件，其中每个加强部件都配合在所述线圈的中空部分中，其中所述加强部件由非磁性高热导率和重量轻的材料形成，且在所述加强部件的横截面形状中，面对所述第一组和第二组永久磁铁的侧面长度长于垂直于所述第一组和第二组永久磁铁的侧面长度，及

所述可动部件具有面对所述线圈组件的第一组和第二组永久磁铁，并且所述轭铁沿所述线圈组件的纵向运动。

14.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，在各线圈的横截面形状中，面对所述第一组和第二组永久磁铁的长度长于垂直于所述第一组和第二组永久磁铁的长度。

15.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，在所述加强部件内侧形成有流过冷却介质的孔。

16.如权利要求15所述的无铁芯型线性马达，其中，在所述加强部件内侧的孔中形成有散热翅片。

17.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件由铝或铝合金制成。

18.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，

所述固定部件还包括保持部件和垫片，及

被插入所述线圈组件中的所述加强部件的两端经由所述垫片由所述保持部件保持。

19.如权利要求18所述的无铁芯型线性马达，其中，所述垫片由高导热率和重量轻的材料形成。

20.如权利要求19所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件和所述垫片由铝或铝合金形成。

21.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，所述加强部件被设置成与所述第一组和第二组永久磁铁的所述表面隔开精确距离，借此，入射在所述加强部件表面上的磁通量的密度为所述相向的第一组和第二组永久磁铁表面中心处的磁铁的磁通量密度的1/2或更小。

22.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，所述线圈组件具有三个线圈，该三个线圈沿所述轭铁纵向的长度和所述第一组永久磁铁的两相邻磁铁的长度相等。

23.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，

所述线圈组件具有产生相反相位磁场的第一组三相线圈和第二组三相线圈，及

所述第一组和第二组三相线圈中具有相反相位的线圈被设置成彼此相邻。

24.如权利要求13所述的无铁芯型线性马达，其中，

所述轭铁具有正方形或矩形的横截面并且具有由磁性材料形成的第一和第二相向轭铁部分以及垂直相交于所述第一和第二相向轭铁部分并由磁性材料形成的第三和第四相向轭铁部分；

所述永久磁铁组具有被设置成面对所述第一和第二相向轭铁部分的相向表面的第一组和第二组永久磁铁，及

被设置成面对所述第三和第四相向轭铁部分的相向表面的第三组和第四组永久磁铁；

所述第一组和第二组永久磁铁中的每一组沿具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第一组和第二组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同；及

所述第三组和第四组永久磁铁中的每一组沿具有多个磁铁沿所述轭铁纵向设置并且其中相邻磁铁的磁极交替地变化，在沿所述轭铁纵向的所述第三组和第四组永久磁铁中相向的永久磁铁的磁极相同。

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