具備直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置以及機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具備直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置以及具備該直線驅(qū)動裝置的機(jī)床，該直線電動機(jī)具有線圈和磁體。
【背景技術(shù)】
[0002]圖5是不意性地表不一般的直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)例的圖。直線電動機(jī)100具有:定子106，是在磁體鐵芯104上配置磁體102而成的；以及動子(線圈)112，其是在線圈鐵芯108上卷繞三相(U相、V相、W相)的繞組110而成的，其中，通過向繞組110流通電流而在與磁體102之間產(chǎn)生箭頭114所示的方向的推力。通常，線圈側(cè)構(gòu)成為可動部，磁體側(cè)構(gòu)成為固定部，遍及將線圈的推力方向長度與該線圈的可動范圍(行程(stroke)長度)相加而得到的長度，磁體以N極與S極交替的方式在推力方向上并排地配置。
[0003]圖6是將裝載有如圖5所示的一般的直線電動機(jī)的以往的直線驅(qū)動裝置120的概要結(jié)構(gòu)在直線電動機(jī)的推力方向上觀察而得到的圖。線圈112被固定于滑動件122(可動部)，定子106被固定于基座124 (固定部)。滑動件122為通過軸承126被支承在基座124上且只能在推力方向上移動的構(gòu)造。因而，在直線驅(qū)動裝置120中，線圈112與定子106(磁體102)的距離(磁隙g)被預(yù)先確定為固定值。
[0004]磁隙是對直線電動機(jī)的性能影響大的因素，當(dāng)磁隙的大小發(fā)生變化時,直線電動機(jī)的性能(推力)也大幅變動。作為與此相關(guān)的技術(shù)，例如在日本特開2003-250258號公報(bào)中公開了一種如下的直線電動機(jī):該直線電動機(jī)構(gòu)成為動子12能夠相對于可動部(臺部2)在上下方向上滑動。
[0005]在如圖5所示的一般的直線電動機(jī)中，已知以下情況:當(dāng)改變線圈112與磁體102之間的距離(磁隙g)時，即使向線圈112流通相同大小的電流，推力也大幅改變。另外，在如圖5那樣具有線圈鐵芯108的直線電動機(jī)中，磁體102的磁通密度根據(jù)位置的不同而存在差異，由此，在驅(qū)動時作用于線圈鐵芯108與磁體102之間的磁性引力產(chǎn)生變動(齒槽效應(yīng)(cogging))。當(dāng)磁隙g變小時,推力增大,而另一方面,齒槽效應(yīng)變大，當(dāng)磁隙g變大時，推力減小，而另一方面，齒槽效應(yīng)變小。
[0006]在超精密加工機(jī)等中使用的要求高進(jìn)給精度的直線電動機(jī)的情況下，為了避免進(jìn)給軸的直線度由于齒槽效應(yīng)而降低，以在某種程度上增大磁隙來降低推力的方式使用的情況多?；蛘撸袝r也采取以下對策:使用不具有鐵芯的(無芯的)線圈，來從原理上避免產(chǎn)生齒槽效應(yīng)。
[0007]但是，在增大磁隙或者使用無芯的線圈的情況下，雖然能夠抑制齒槽效應(yīng)，但直線電動機(jī)的推力降低，因此為了獲得大的推力而需要向線圈流通大的電流。于是，存在以下問題:由于線圈的發(fā)熱而導(dǎo)致直線電動機(jī)、包括該直線電動機(jī)的機(jī)床等的機(jī)械精度變差。一般來說機(jī)床的熱容量大，因此一旦發(fā)生溫度的變化(升高)，則恢復(fù)為原來的溫度要花費(fèi)時間。另外，作為對此的對策，還可考慮在機(jī)床中內(nèi)置冷卻機(jī)構(gòu)，但由于不能使熱的發(fā)生源與冷卻機(jī)構(gòu)的位置完全相同，因此不能避免產(chǎn)生某種程度的溫度分布。
[0008]在日本特開2003-250258號公報(bào)所記載的發(fā)明中，構(gòu)成為能夠使動子12相對于臺部2進(jìn)行滑動，但該目的被解釋為:在調(diào)整定子11與動子12之間的距離(氣隙，air gap)時，使得能夠忽略定子11的厚度D和動子12的厚度R，排除質(zhì)量較高的臺部2的影響，并且即使在使用時動子12發(fā)生振動，也不會改變臺部2與機(jī)座I的上下方向的相對位置關(guān)系。也就是說，在日本特開2003-250258號公報(bào)中絲毫沒有啟示以下內(nèi)容:氣隙的大小由第二導(dǎo)軌部7和第二滑動件部9的尺寸決定，有目的地變更氣隙的大小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在考慮到直線電動機(jī)的推力與齒槽效應(yīng)的平衡的同時應(yīng)用于各種用途的直線驅(qū)動裝置以及具備該直線驅(qū)動裝置的機(jī)床。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個方式提供一種直線驅(qū)動裝置，該直線驅(qū)動裝置具備直線電動機(jī)，能夠使可動部借助軸承相對于固定部直線地移動，其中，該直線電動機(jī)具備包括線圈鐵芯的線圈和磁體，該直線驅(qū)動裝置的特征在于，具有磁隙變更機(jī)構(gòu)，該磁隙變更機(jī)構(gòu)通過使上述線圈和上述磁體中的至少一方以使上述線圈和上述磁體相互接近和遠(yuǎn)離的方式移位，來變更上述線圈與上述磁體之間形成的磁隙的大小。
[0011]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述磁隙變更機(jī)構(gòu)是用電、氣壓或者液壓進(jìn)行驅(qū)動的致動器。
[0012]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述磁隙變更機(jī)構(gòu)構(gòu)成為將上述線圈相對于上述磁體定位并保持在第一位置、第二位置以及上述第一位置與上述第二位置之間的位置，其中，該第一位置時上述磁隙為第一值，該第二位置時上述磁隙為大于上述第一值的第二值。
[0013]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，一對直線電動機(jī)在上述磁隙的方向上彼此相向地配置，上述一對直線電動機(jī)的磁隙彼此相等。
[0014]并且，在上述磁隙機(jī)構(gòu)是致動器時，優(yōu)選的是構(gòu)成為:在上述一對直線電動機(jī)中，上述線圈、上述磁體以及上述致動器是對稱構(gòu)造，上述致動器能夠以相同的移位量同時變更磁隙。
[0015]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述軸承是空氣靜壓軸承。
[0016]本發(fā)明的其它方式提供機(jī)床，該機(jī)床至少具有一個上述直線驅(qū)動裝置，具有上述磁隙的大小互不相同的多個加工模式。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的上述或者其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)會通過參照附圖并說明以下的優(yōu)選實(shí)施方式而變得更明確。
[0018]圖1是將本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的裝載有直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置的概要結(jié)構(gòu)在該直線電動機(jī)的行進(jìn)方向上觀察而得到的圖。
[0019]圖2是表示在圖1的直線驅(qū)動裝置中變更磁隙后的狀態(tài)的圖。
[0020]圖3是將本發(fā)明的第二實(shí)施方式所涉及的裝載有直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置的概要結(jié)構(gòu)在該直線電動機(jī)的行進(jìn)方向上觀察而得到的圖。
[0021]圖4是表示將本發(fā)明所涉及的直線驅(qū)動裝置應(yīng)用于超精密加工機(jī)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0022]圖5是示意性地表示以往技術(shù)所涉及的直線電動機(jī)的構(gòu)造的圖。
[0023]圖6是將以往技術(shù)所涉及的裝載有直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置的概要結(jié)構(gòu)在該直線電動機(jī)的行進(jìn)方向上觀察而得到的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1是將本發(fā)明的第一實(shí)施方式所涉及的裝載有直線電動機(jī)的直線驅(qū)動裝置20的概要結(jié)構(gòu)在該直線電動機(jī)的行進(jìn)方向上觀察而得到的圖。直線驅(qū)動裝置20具有滑動件24 (可動部)和基座32 (固定部)，其中，該滑動件24 (可動部)上固定有在線圈鐵芯上卷繞三相(U相、V相、W相)的繞組而成的線圈22，該基座32上固定有在磁體鐵芯28上配置磁體26而成的定子30，線圈22和定子30構(gòu)成直線電動機(jī)的主要部分?；瑒蛹?4為以下構(gòu)造:通過滑動件軸承34被支承在基座32上，只能在直線電動機(jī)的推力方向上移動。作為滑動件軸承34，能夠使用滾動軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承等，如后述那樣空氣靜壓軸承最為理想。
[0025]此外，線圈(動子)22和定子30自身的結(jié)構(gòu)可以與圖5所示的以往結(jié)構(gòu)相同，因此省略詳細(xì)的說明。另外，實(shí)際上為了驅(qū)動直線電動機(jī)而使用伺服放大器、NC裝置以及直線標(biāo)尺(Linear scale)等,但在此省略圖示。
[0026]如圖1和圖2所示,直線驅(qū)動裝置20具有磁隙變更機(jī)構(gòu)(在圖示例中為氣缸(aircylinder) )36,該磁隙變更機(jī)構(gòu)構(gòu)成為通過使線圈22和磁體26中的至少一方(在圖示例中為線圈22)以使線圈22與磁體26相互接近和遠(yuǎn)離的方式移位，來變更線圈22與磁體26之間的磁隙的大小(例如從圖1所示的間隙gl變更為圖2所示的間隙g2，或者與之相反)。氣缸36其一端(上端)被固定于滑動件24(在圖示例中為滑動件24中形成的凹部37的上表面)，另一端(下端)被固定于線圈22,能夠通過氣缸36的驅(qū)動力來在間隙方向(在圖示例中為上下方向)上變更線圈22相對于滑動件24的位置。
[0027]優(yōu)選的是，在滑動件24(的凹部37的內(nèi)表面)與線圈22之間設(shè)置用于將線圈的移動方向限定為磁隙方向的滑動軸承等線圈軸承38。但是，如果氣缸36是內(nèi)置具有足夠的剛度的軸承的類型，則也可以不設(shè)置線圈軸承38，而僅利用氣缸36來支承線圈22?；蛘撸€可以利用多個氣缸來支承線圈。通常，磁體26吸引線圈22的鐵芯的磁性引力有時達(dá)到幾百N，因此為了變更磁隙且維持該狀態(tài)，優(yōu)選的是，對氣缸36選定能夠產(chǎn)生磁性引力以上的驅(qū)動力的類型。另外，在驅(qū)動直線電動機(jī)的過程中哪怕線圈22稍微移動也會使控制性變差，因此期望氣缸36和線圈軸承38具備能夠保持線圈22的位置的足夠的剛度。
[0028]圖1示出了氣缸36伸長的狀態(tài)、即線圈22處于第一位置而磁隙gl的大小比較小的狀態(tài)，與此相對地，圖2示出了氣缸36收縮的狀態(tài)、即線圈22處于第二位置而磁隙g2的大小大于gl的