CN102780375B - 具有小定位力的圆柱形直线电动机 - Google Patents

具有小定位力的圆柱形直线电动机 Download PDF

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Abstract

圆柱形直线电动机的定位力应该被减小。该直线电动机在此具有转子（2）和定子（1），该转子具有8个极，该定子具有36个（在需要的情况下以18的倍数而增多）环形线圈（10），这些环形线圈插入在凹槽（N1至N36）中。环形线圈（10）在定子（1）的圆周方向上延伸，环形线圈大小相同并且轴向顺序布置。环形线圈（10）的所有端子都布置在轴向延伸的开关槽（19）中。每个线圈的两个端子都按照特定的线路图相连。

Description

具有小定位力的圆柱形直线电动机
技术领域
本发明涉及一种具有圆柱形转子以及圆柱形定子的圆柱形直线电动机，该圆柱形转子具有8个极，该圆柱形定子具有绕组，该绕组具有36个同轴的、在圆周方向上延伸的线圈。
背景技术
可以以圆柱形的构造方式设计直线电动机。在此，定子芯设计成空心圆柱体形的并且在其内侧上具有在圆周方向上延伸的凹槽。在这些凹槽中插入了环形线圈。该定子芯通常由实心的、弱磁性材料制成。
直线电动机的转子通常在其表面上构造有永磁体。直线电动机的定子在轴向方向上动态地形成磁极。转子和定子分别根据轴向位置而具有不同的力。由此产生了部分为直线电动机所不期望的高定位力。
为了实现驱动目的，使用了需要旋转运动和线性运动的组合式驱动装置。在此优选的是：可以在角度和路径方面彼此独立地自由调整上述运动。为此通常进一步要求以高动态方式实现上述运动。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种圆柱形直线电动机，该直线电动机具有尽可能小的定位力。
可以通过一种圆柱形直线电动机来实现该目的，该圆柱形直线电动机具有：
-圆柱形转子，该转子具有8个极，以及
-圆柱形定子，该定子具有绕组，该绕组具有36个同轴的、在圆周方向上延伸的环形线圈，其中
-这些环形线圈大小相同并且轴向地顺序布置，
-这些环形线圈的所有端子都布置在轴向延伸的开关槽中，
-在该开关槽的预先给定的俯视图中，每个环形线圈都具有各一个左端子和各一个右端子，从而为这36个环形线圈提供了左端子A1L至A36L以及右端子A1R至A36R，
这些端子以如下方式成对地相连接：
A1L与A6R
A4L与A9R
A7L与A12R
A10L与A15R
A13L与A18R
A16L与A21R
A19L与A24R
A22L与A27R
A25L与A30R
A28L与A33R
A31L与A36R
A3L与A5L
A6L与A8L
A9L与A11L
A12L与A14L
A15L与A17L
A18L与A20L
A21L与A23L
A24L与A26L
A27L与A29L
A30L与A32L
A33L与A35L
A2R与A4R
A5R与A7R
A8R与A10R
A11R与A13R
A14R与A16R
A17R与A19R
A20R与A22R
A23R与A25R
A26R与A28R
A29R与A31R
A32R与A34R
-另外，端子A2L，A1R和A3R分别与三相系统的相位相连，以及
-端子A34L，A36L以及A35R连接到零点。
在优选的方式中，三相系统的三个相位以如下方式设置在定子的环形线圈上，使得为具有8个极的转子和具有36个环形线圈的定子仅提供了非常小的定位力。这特别由此实现，即根据上述的线路图，在各个方向上利用不同相位为各个线圈通电。
理想的是可以以一定数量的额外的环形线圈在中间延长定子，这些环形线圈的数量为18个或其倍数，其中，如在未延长的定子的中间部分中那样，以与其相同的线路图来连接额外的环形线圈的端子。直线电动机也就可以分别延长了原线圈的长度，该原线圈在此包括了18个环形线圈。
在优选的实施方式中，利用定子芯的叠片来减小定子芯或定子铁心中的涡流并且由此也最小化了损耗。另外，由此产生了更小的场变化，从而能够更迅速地产生力。
在一个特定的实施方式中，定子可以具有弱磁性的定子芯，该定子芯具有在圆周方向上延伸的凹槽，在这些凹槽中插入了环形线圈。因此，这些环形线圈被固定并且各个磁场在转子和定子之间的气隙中引导。
另外，定子芯的单片可以形成叠片布置，该叠片布置在切线方向或圆周方向上具有一个或多个中断处，在这些中断处中分别插入了定子梳形件。在该定子梳形件中，绕组的端子可以向外引导和连接。
另外，定子梳形件可以具有轴向地延伸的槽，在该槽中布置有环形线圈的线路。因此，也可以将梳形件用于设置和固定用于绕组的线路或连接的连接件。
另外有利的是，定子梳形件具有电绝缘的塑料件、电绝缘的铸件或电绝缘的烧结件。这种材料可以确保在定子上无风险地设置绕组的线路。
另外，优选的是借助于切割夹钳(Schneidklemmen)或焊接来形成端子的连接。这种连接被证明是稳定的并且可以迅速地形成。
在一种特别有利的应用中，上述圆柱形直线电动机被应用于组合驱动装置。由此，定位力小的优点也可以应用于可以进行旋转运动和往复直线运动的驱动装置。
附图说明
现借助附图来阐述本发明，图中示出：
图1是穿过根据本发明的圆柱形直线电动机的一部分的横截面图；
图2是图1的圆柱形直线电动机的定子片；
图3是根据本发明的圆柱形直线电动机的定子的倾斜视图；
图4是定子梳形件；
图5是定子梳形件的区域中的图3的定子部分的端面视图；以及
图6是根据本发明的圆柱形直线电动机的定子的开关槽的俯视图。
具体实施方式
下面进一步描述的实施例展现了本发明的优选的实施方式。
图1示出了穿过圆柱形直线电动机的一部分的横截面图，该圆柱形直线电动机的定子1同样设计成圆柱形的并且在图3中再次透视地示出。在圆柱形定子1中同轴地设有同样为圆柱形的转子2。端盖3,4处在定子1的端面上。在端盖3，4中，与圆柱形直线电动机的轴线平行地固定有转子2的导向杆5。在端盖3,4中还固定有一个或多个其他这种导向杆5用来引导转子2。转子2借助于导向突起6直线地支承在一个或多个导向杆5上。在其外表面上设有在轴向方向和圆周方向上分布的多个永磁体7。
定子1在外部被冷却罩8包围着。冷却罩与还包围着该具有突起的冷却罩8的壳体9一起形成了多个冷却槽，在这些冷却槽中流淌着例如用于冷却直线电动机的水。端盖3,4被固定、例如旋拧在冷却罩8或壳体9上。
定子1具有多个环形线圈10，这些环形线圈分别在圆柱形定子1的圆周方向上延伸。这些环形线圈插入定子芯11的相应的凹槽中。这些凹槽同样在圆周方向上延伸。定子芯通常由铁磁材料形成并且聚集环形线圈10的磁流。
定子芯11可选的是薄片状的。该定子芯具有多个单片12，根据图2这些单片具有梳形结构。每个单片12都在圆柱形直线电动机的轴向方向上延伸。一个单片12具有定子芯的轴向长度或顺序布置有多个单片12。在圆柱形定子1的圆周方向上放射性地或径向地布置有单片12。由此形成了圆柱形的叠片布置或者圆柱形的叠片组。
每个单片12都具有轴向地延伸的磁轭13，与该磁轭垂直地间隔开地设有多个齿14。在装配状态下，这些齿14径向朝内并且形成了环形线圈10的凹槽的壁。
定子芯11设计成薄片状的，因此，即便在更高运行速度时在该定子芯中也仅形成了很小量的涡流。相应地降低了电损耗。另外，由于定子1的叠片构造，形成力的场结构所经历的延迟很小。因此可以提高圆柱形直线电动机的动力。
定子1在此具有数量为18个的环形线圈。因此，可以将定子1用于三相绕组系统。绕组系统的线圈被薄片梳间隔开，也就是被具有凹槽的定子芯11间隔开并且轴向地定位。薄片梳的齿的数量与线圈的数量相符。单片12相应地由至少一个具有齿14的齿区域和磁轭区域13构成。
图3示出了根据本发明的直线电动机的圆柱形定子1。定子芯11由所描述的具有放射性地布置的单片12的叠片布置形成。该叠片布置或定子芯11在圆周方向上被定子梳形件17中断。图4详细地示出了定子梳形件17。该梳形件具有(参考插入到圆柱形的定子芯11中的状态)与定子芯11的径向高度相符的径向高度。定子梳形件17的轴向长度在此与单片12的轴向长度相应。但梳形件的长度也可以相应于多个单片12的长度或与此相反。内侧上的定子梳形件17的结构(再次参考插入到圆柱形的定子芯11中的状态)基本上相应于定子芯11或叠片布置的大小相同部分的结构。也就是说，定子梳形件17具有在几何结构上与叠片布置相同造型的齿18。与此相应地，叠片布置的凹槽没有被插入的定子梳形件17中断。
在其外侧上，定子梳形件17具有槽19，该槽到达圆柱形定子1的外罩下面。在该槽19中可以在各个线圈之间建立起连接。通过这种方式可以在不扩大定子1的径向尺寸的情况下，在轴向方向上将环形线圈10彼此相连接或接合。在定子1的圆周上可以布置一个这种定子梳形件17或布置多个这种定子梳形件17，该定子梳形件在圆周方向上单次或多次地中断定子芯或叠片布置。单个或多个定子梳形件17可以不仅仅用于连接环形线圈10，而且还一般来说用于导出线圈端子。
在图5的端面视图中可以看出，定子梳形件17优选地具有环扇状外形。侧面20相应地径向对齐。这些侧面由此被用于同时定位相邻的薄片。
优选地使用绝缘塑料作为定子梳形件17的材料。定子梳形件17也可以是铸件或烧结件。在此情况下，该定子梳形件在表面上则具有电绝缘层。
优选地通过预制的连接条来形成各个线圈之间的连接，该连接条被定位在开关槽19中。环形线圈10的线路设计成提供尽可能小的定位力。根据图6，转子2具有8个极，而定子1具有36个环形线圈10。由此提供了具有环形线圈10的原线圈(见图6中呈弧形的括号)，而定子1具有是原线圈的多个整数倍的长度。在该实例中，原线圈具有转子2的长度，而定子1是转子2的两倍长。
从图6中可知，左端子A1L至A36L和右端子A1R至A36R伸入到开关槽19中。这些端子源于36个环形线圈10，这些环形线圈插入凹槽N1至N36中。例如，第一个凹槽N1中的线圈具有两个相对的端子A1L和A1R。三相系统的相位V与端子A1R相连接。由此，端子A1R中的电流流经线圈并且出现在端子A1L上的线圈的端部处。在此利用负标记(V-)来代表从右端子A1R到左端子A1L的电流。由此得到了相应对齐的磁性部件。
第一环形线圈的左端子A1L与第六环形线圈的右端子A6R相连接。然后，电流进一步流经第六线圈并且在该线圈的端部上从其位于端子A6L上的出口中流出。该端子与端子A8L相连接，从而使得电流进一步流入到第八线圈的左端子中。在流经第八线圈之后，电流出现在端子A8R处。在此，在电流从左端子A8L流到右端子A8R之后，电流此时具有正的标记(V+)。
另外从图6中还可以看出端子的其他连接方式。
在图6的实例中，端子A2L与相位U相连接，而端子A3R与相位W相连接。
在图6的下端处可以看出，凹槽N34至N36中的线圈与零点S相连接。特别是端子A34L，A36L以及A35R连接到该零点S。
在图6的左侧，可以看出具有环形线圈10的定子1的梳状结构。转子2在定子1的长度的一半上延伸。直线电动机的最大冲程也就与转子2的长度相应。如上所述，可以以原线圈或转子长度的几倍来扩大该冲程。假设例如以转子的长度扩大了冲程，那么在定子1上要另外设置18个环形线圈10。然后，正如凹槽N4至N33的区域中的相应数量的线圈那样按照相同的线路图在凹槽中从凹槽N34开始至凹槽N51连接线圈。然后由凹槽N52，N53和N54中的线圈形成零点。类似的方式也可以将直线电动机延长原线圈的两倍、三倍等等。

Claims (14)

1.一种圆柱形直线电动机，具有：
-圆柱形转子(2)，所述转子具有8个极，以及
-圆柱形定子(1)，所述定子具有绕组，所述绕组具有36个同轴的、在圆周方向上延伸的环形线圈(10)，其中
-所述环形线圈(10)大小相同并且轴向顺序布置，
-所述环形线圈(10)的所有端子(A1L至A36L，A1R至A36R)都布置在轴向延伸的开关槽(19)中，
-在所述开关槽(19)的预先给定的俯视图中，每个环形线圈(10)都具有各一个左端子(A1L至A36L)和各一个右端子(A1R至A36R)，从而为这36个环形线圈(10)提供了左端子A1L至A36L以及右端子A1R至A36R，
所述端子以如下方式成对地相连接：
A1L与A6R
A4L与A9R
A7L与A12R
A10L与A15R
A13L与A18R
A16L与A21R
A19L与A24R
A22L与A27R
A25L与A30R
A28L与A33R
A31L与A36R
A3L与A5L
A6L与A8L
A9L与A11L
A12L与A14L
A15L与A17L
A18L与A20L
A21L与A23L
A24L与A26L
A27L与A29L
A30L与A32L
A33L与A35L
A2R与A4R
A5R与A7R
A8R与A10R
A11R与A13R
A14R与A16R
A17R与A19R
A20R与A22R
A23R与A25R
A26R与A28R
A29R与A31R
A32R与A34R
-另外，所述端子A2L，A1R和A3R分别与三相系统的相位相连，以及
-所述端子A34L，A36L以及A35R连接到零点。
2.根据权利要求1所述的圆柱形直线电动机，其中，以一定数量的额外的环形线圈(10)在中间延长所述定子(1)，所述环形线圈的数量为18个或其倍数，以及如在根据权利要求1的直线电动机的定子(1)的中间部分中那样，以与其相同的线路图来连接所述额外的环形线圈(10)的所述端子。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子(1)具有单片(12)，所述单片径向地布置。
4.根据权利要求1或2所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子(1)具有定子芯(11)，所述定子芯具有在圆周方向上延伸的凹槽，所述环形线圈(10)插入所述凹槽中。
5.根据权利要求3所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子(1)具有定子芯(11)，所述定子芯具有在圆周方向上延伸的凹槽，所述环形线圈(10)插入所述凹槽中。
6.根据权利要求3所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子的定子芯(11)的所述单片(12)形成了叠片布置，所述叠片布置在圆周方向上具有一个或多个中断处，在所述中断处中分别插入了定子梳形件(17)。
7.根据权利要求5所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子芯(11)的所述单片(12)形成了叠片布置，所述叠片布置在圆周方向上具有一个或多个中断处，在所述中断处中分别插入了定子梳形件(17)。
8.根据权利要求6所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子梳形件(17)具有所述轴向延伸的开关槽(19)。
9.根据权利要求7所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子梳形件(17)具有所述轴向延伸的开关槽(19)。
10.根据权利要求6所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子梳形件(17)具有电绝缘的塑料件、电绝缘的铸件或电绝缘的烧结件。
11.根据权利要求9所述的圆柱形直线电动机，其中，所述定子梳形件(17)具有电绝缘的塑料件、电绝缘的铸件或电绝缘的烧结件。
12.根据权利要求1或2所述的圆柱形直线电动机，其中，借助于切割夹钳或焊接来形成所述端子(A1L至A36L，A1R至A36R)的连接。
13.根据权利要求11所述的圆柱形直线电动机，其中，借助于切割夹钳或焊接来形成所述端子(A1L至A36L，A1R至A36R)的连接。
14.一种用于进行旋转运动和往复直线运动的、具有旋转电动机和根据前述权利要求中任一项所述的直线电动机的组合驱动装置。
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