CN103141017B - 线性马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线性马达。根据本发明实施例，线性马达由第一构件和第二构件组成；第一构件包括多个电枢模块；每个电枢模块都包括磁芯、从磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈；相同相的电流流经其中的线圈缠绕在某些或所有凸极上，或缠绕在凸极之间的磁芯上；第二构件包括至少一个永磁体模块，永磁体模块包括多个永磁体；永磁体模块位于两个凸极之间，以朝向磁芯突伸；多个磁体放置为其极性沿线性马达的移动方向交替；沿移动方向布置的P个永磁体与S个电枢模块组合，并且具有预定相位差的电源施加到每个电枢模块的线圈，以借助于磁场行进产生动力；并且或者第一构件或者第二构件成为动子，而另一个成为定子，以使它们借助于产生的动力相对于彼此移动。因此，可解决由磁引力导致的问题，使组装方便，效率高，使长距离传输成为可能，并且可提供一种减少动力波动的电动马达。

Description

线性马达

技术领域

本申请涉及一种产生直线运动的线性马达。

背景技术

通常，线性马达具有在沿直线彼此面对的动子与定子之间产生推力的结构。永磁式线性马达的构造方式为，固定磁体布置在动子和定子中的一个处，并且交互多相电源施加到另一个上，以在马达与定子之间产生电磁力，从而产生推力。

常规线性马达具有的结构是，回转马达展开并沿直线布置，由此从电枢铁芯和永磁体产生强磁引力。因此，系统精度退化，并且保持预定间隙的导引机构的磨损变得非常严重。

发明内容

技术问题

本文献的一方面提供一种线性马达，用于防止产生板式线性马达中的磁引力，并加宽产生推力的电枢铁芯的凸极与面对凸极的永磁体之间的间隙的有效面积，以提高效率。

本发明的另一目的是提供一种线性马达，用于防止第二构件永磁体由于其重量产生的挠曲，由此能长距离传输。

技术方案

在一方面中，一种线性马达包括：第一构件，其包括多个电枢模块，每个电枢模块都包括磁芯、从磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈，单相电流流经其中的线圈缠绕在凸极的一部分或全部或缠绕在凸极之间的磁芯上；以及第二构件，其包括一个或多个永磁体模块，每个永磁体模块都包括多个永磁体，永磁体模块朝向布置在电枢模块的两个凸极之间的磁芯突伸，多个永磁体的磁极沿线性马达的移动方向交替，其中，具有预定相位差的电源提供给每个电枢模块的线圈，以便通过将沿移动方向布置的S数量的电枢模块和P数量的永磁体用作一个单元而产生根据移动磁场的推力，并且第一构件和第二构件中的一个是动子，而另一个是定子，以使动子和定子通过产生的推力相对于彼此移动。

在实施例中，在每个电枢模块中，线圈可缠绕在凸极上，以使每个电枢模块中的相邻凸极具有不同的极性，并且一个永磁体模块中的每个永磁体可具有与沿垂直于移动方向的方向邻近一个永磁体模块的另一永磁体模块中的永磁体的极性不同的极性。

在实施例中，永磁体模块的永磁体的磁化方向可面对两个对应的凸极。

在实施例中，永磁体模块中的磁通量穿过其中的永磁体的截面具有矩形或平行四边形形状。

在实施例中，至少一个永磁体模块的永磁体的位置偏移可沿移动方向在小于永磁体的宽度范围内与另一永磁体模块的位置偏移不同。

在实施例中，第二构件还可包括连接永磁体模块的连接部件，连接部件具有沿移动方向延伸的凹陷以固定永磁体模块，并且永磁体模块各自具有插入连接部件的凹陷部分中的突出部，其中，永磁体模块的突出部和连接部件的凹陷部分彼此滑动地连接。

在实施例中，永磁体模块的数量可与凸极的数量相同或小于凸极的数量。

在实施例中，磁芯可具有圆环形状或多边形环形状，四个或更多偶数个凸极可从磁芯突伸出，以具有点对称或线对称，并且永磁体模块的数量与凸极的数量相同。

在实施例中，磁芯可具有围绕第二构件并具有线对称的弧形形状，凸极可从磁芯突伸出以具有线对称，并且永磁体模块的数量可比凸极的数量少一个。

在实施例中，每个凸极的端部的垂直于移动方向的截面可具有两条径向线，以使凸极与对应于凸极的永磁体之间的间隙在凸极和永磁体彼此面对的整个表面上是均匀的。线圈可在凸极的接近磁芯的部分缠绕。

在实施例中，两个或更多个凸极可沿相同方向从磁芯突伸，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。

在实施例中，第二构件还可包括连接永磁体模块的连接部件，并且永磁体模块可从连接部件朝向磁芯突伸。

在实施例中，第一构件或第二构件可具有比包括S数量的电枢模块和P数量的永磁体的一个单元长的长度。

在实施例中，电枢模块的磁体可具有分层形式。

发明效果

本发明的线性马达解决了板式线性马达中通常产生的磁引力所导致的导引件的磨损，并且以更小的尺寸实现了更大的推力或更快的输送速度，同时本发明的线性马达每个元件都模块化，因此有助于组装并允许各种修改。

此外，根据本发明实施例的线性马达防止由第二构件的重量所导致的挠曲，并可用在长距离传输中。

而且，根据本发明实施例的线性马达实现了第二构件重量的减小，并提高组装效率。

而且，根据本发明实施例的线性马达减少了推力的波动。

此外，根据本发明实施例的线性马达可提高制造精度并节省模具成本。

附图说明

图1示出内磁式线性马达的电枢模块，内磁式线性马达具有位于内侧的第二构件永磁体和位于外侧的第一构件电枢；

图2示出内磁式线性马达的永磁体模块；

图3示出根据图1所示的电枢模块和图2所示的永磁体模块的组合产生直线推力的基本原理；

图4示出外磁式线性马达；

图5示出敞开式线性马达的截面；

图6示出连接施加到电枢模块的电源的方法的示例；

图7示出根据本发明实施例的闭合式线性马达的截面和包括永磁体的第二构件；

图8通过举例示出磁通量穿过其中的永磁体的矩形截面和平行四边形截面；

图9示出至少一个永磁体模块中的永磁体的位置偏移与另一永磁体的位置偏移不同的示例；

图10示出根据本发明实施例的敞开式线性马达；

图11示出修改示例，其中，在根据本发明实施例的敞开式线性马达中修改凸极的数量和永磁体模块的数量；

图12和13示出通过使用隔离件保持电枢模块之间的间隙的示例；

图14示出用于稳定地固定永磁体模块的端部定子；

图15和16示出根据本发明另一实施例的敞开式线性马达；以及

图17示出用于驱动根据本发明示例性实施例的线性马达的伺服系统的示意结构。

具体实施方式

下文中将结合附图详细描述线性马达的实施例。

根据本发明的线性马达具有几乎类似于在韩国专利申请号10-2009-0090806（注册号10-0964538）中公开的线性马达驱动原理的驱动原理。因此，现在将描述在10-2009-0090806中公开的圆柱形线性马达的结构和驱动原理。

10-2009-0090806中公开的圆柱形线性马达可包括第一构件和第二构件。图1和2分别示出内磁式线性马达的电枢和永磁体，其中，第二构件永磁体位于内侧，而第一构件电枢位于外侧。

如图1所示，第一构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个电枢模块10。每个电枢模块10都具有环形磁芯11、沿径向方向从磁芯11突伸出的至少四个凸极12、以及缠绕在凸极12上的线圈13。在此，环形不限于圆环，而是可包括形成闭合线路的矩形和八边形环。

如图2所示，第二构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个永磁体模块20。每个永磁体模块20都包括沿圆周方向形成的永磁体21。在此，永磁体21的磁极数量与线圈13缠绕在其上的凸极12的数量相同。

电流提供给线圈13，以便在具有缠绕在它们上的线圈13的各个凸极12中形成移动磁场。在此，可将电流提供给至少一个电枢模块10的线圈13，所述电流具有不同于提供给另一电枢模块10的线圈的电流的相，以便由于在具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12的端部处形成的电磁极与对应于电磁极的永磁体21之间的吸引力和排斥力产生移动推力。

第一和第二构件中的一个通过固定作为定子，而另一个用作动子。动子和定子相对于彼此移动，同时保持电枢模块10的凸极12与永磁体21之间的预定间隙。

每个电枢模块10中的相邻凸极12的电磁极性呈现出彼此不同，以便高密度磁通量在凸极12与对应于凸极2的永磁体21之间平稳地流动。例如，在电枢模块10具有四个凸极12的情况下，线圈13可分别缠绕在凸极12上，以便当单相电流流经线圈13时，从预定参考点沿顺时针方向的第一和第三凸极具有相同极性，并且第二和第四凸极具有相同极性。

例如，如图1所示，来自第一或第三凸极的磁通量穿过对应于第一或第三凸极的第一或第三永磁体、永磁体轭、以及第二和第四永磁体，施加到第二和第四凸极，穿过芯，然后施加到第一和第三凸极，由此形成磁通量闭环。此外，通过将单相电流流经其中的线圈13缠绕在每个电枢模块10的凸极12上，同时改变缠绕方向，可提高电枢模块10的组装效率。线圈13可用一条线彼此连接。

当线性马达应用在动子移动速度不高的情况时，提供给线圈13的电源频率不高，由此可用不分层的线圈11制造线性马达。因此，可节省制造成本，并可实现具有高耐久性的线性马达的大量生产。当线性马达需要高传输速度时，提供给线圈13的电源频率很高。因此，使用分层形式的芯11，由此可减少芯11中产生的涡流损耗和磁滞损耗。

如图2所示，在每个永磁体模块20中，与电枢模块10的凸极12数量相同数量的永磁体21，即偶数的四个永磁体21或更多个永磁体21沿圆周方向布置并固定到铁磁体轭22，同时相邻永磁体21具有不同极性。在此，永磁体21沿中心方向，即，沿径向方向磁化，以便从具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12发出的磁通量通过分别对应于凸极12的永磁体21施加到轭22，或从永磁体21发出的磁通量施加到分别对应于永磁体21的凸极12。即，永磁体21被磁化成外部N极/内部S极，或外部S极/内部N极。永磁体21的磁场沿垂直于产生推力的方向（动子的移动方向）的径向方向形成，由此提高磁路的效率。

相邻永磁体模块20A和20B以它们之间的预定间隔彼此间隔开，或具有介于两个模块20A与20B之间的非磁性隔离件23，并且它们布置为沿圆周方向对应于彼此定位的两个永磁体21具有不同极性。例如，如图2所示，永磁体模块A20A包括从圆周方向的参考点按N、S、N和S极的次序顺序布置的永磁体21，并且邻近永磁体模块20A的永磁体模块B20B包括从参考点按S、N、S和N极的次序顺序布置的永磁体21。端部定子24可布置在第二构件的两个端部处。

图3示出根据图1和2所示的至少两个电枢模块10和至少两个永磁体模块20的组合产生直线推力的原理，并示出沿图1的线A-A’截取的部分截面图。

在图3中，U、V和W表示在图1所示的电枢模块10U、10V和10W中基于圆周方向定位在相同位置并沿移动方向布置的凸极12，并且S和N表示布置为面对凸极U、V和W的永磁体21。

因为单相电流提供给如以上参考图1所描述的每个电枢模块10的线圈，所以3-相电流可提供给一组三个电枢模块10U、10V和10W。即，在3-相的情况下，各自具有与相邻模块成120°相位差的电流分别提供给电枢模块10U、10V和10W的线圈。替代地，各自具有与相邻模块成60°相位差的电流可提供给每个电枢模块10的线圈。例如，各自具有60°相位差的X-相、Y-相和Z-相电流顺序地提供给三个连续的电枢模块，同时Y-相电流流经其中的线圈连接的方向可从X-相和Z-相电流流经其中的线圈改变180°。

同样，如图3所示，当沿移动方向交替布置的永磁体S和N的磁极距是τ（1/2周期，180°）时，三个电枢模块10U、10V和10W以对应于2/3τ（120°）的间隔布置。

当提供具有峰值（P）的AC电流通过沿正（+）方向缠绕在位于S与N极永磁体之间的凸极V上的线圈，并由此使凸极V变成N极时，提供具有对应于峰值/根号2大小的AC电流通过沿负（-）方向缠绕在凸极U和W上的线圈，由此使凸极U和W变成S极。因此，对应于N极的凸极V对S极永磁体施加吸引力，而对N极永磁体施加排斥力，由此向右移动永磁体。虽然分别在S与N极永磁体和根据小于对应于N极的凸极V的磁力的磁力变成S极的凸极U与W之间产生排斥力和吸引力，但吸引力和排斥力互相抵消，由此凸极U和W不影响永磁体的移动。

永磁体移动2/3磁极距，因此凸极W位于S极与N极永磁体之间。在此情况下，当相位向前120°的电流通过每个凸极的线圈并且具有峰值（P）的电流通过沿正（+）方向缠绕在凸极W上的线圈供应时，凸极W变成N极。此外，具有对应于峰值/根号2大小的AC电流通过沿负方向缠绕在凸极U和V上的线圈供应，以使凸极U和V变成S极。因此，在对应于N极的凸极W与S极永磁体之间产生吸引力，并在凸极W与N极永磁体之间产生排斥力，以向右移动永磁体。根据小于对应于N极的凸极W的磁力的磁力变成S极的凸极U和V分别在S极和N极永磁体上产生排斥力和吸引力。但是，吸引力和排斥力互相抵消。

重复上述操作以向右移动永磁体。即，施加到电枢模块的3-相电流在凸极U、V和W产生移动磁场，因此产生向右移动磁体的推力。

虽然已描述了假设线圈沿相同方向缠绕在凸极U、V、W上，但是线圈可沿相反方向缠绕在彼此对应的相邻电枢模块的凸极上。即，线圈可沿相同方向缠绕在凸极U和W上，并且线圈可沿与线圈缠绕在凸极U和W上的缠绕方向相反的方向缠绕在凸极V上。甚至在此情况下，可提供具有相位差的电流，以产生沿相同方向移动永磁体的推力。

在具体情况下，用于移动永磁体的推力与凸极和永磁体的接触部分表面积的和、施加到线圈的电流的大小、缠绕在凸极上的线圈的线圈圈数、以及每个永磁体的磁力大小成比例。

图3的第一示例示出3-相电枢模块和2-磁极永磁体的基本组合，并且图3的第二示例示出3-相电枢模块和4-磁极永磁体的组合。这两个示例具有产生推力的相同基本原理。此外，也可使用3-相电枢模块和8-磁极永磁体的组合。

即，基于对应于马达常数倍数的电枢模块数量S和永磁体模块数量P的组合的磁路被认为是产生推力的马达的基本单元。在此，如果以3-相电源驱动电枢模块，马达常数是3，如果以5-相电源驱动电枢模块，马达常数是5。通常使用等于或大于3的奇数马达常数，并且由马达常数确定施加到每个电枢模块线圈的电流的相位差。

在此，当S和P的最小公倍数增大时，推力的波动减小。此外，当S与P的比，即缠绕因数变得接近1时，磁路的对称效率增加。表1示出在3-相马达的情况下，电枢模块和永磁体模块的组合。就效率和波动而言，9个电枢模块和8或10个永磁体的组合是有利的。

[表1]

当S个电枢模块面对P个永磁体模块、在电枢模块与永磁体模块之间具有间隙的区域的长度（沿移动方向的长度）被称为马达的单位长度时，可仅当由多个电枢模块组成的第一构件和由多个永磁体模块组成的第二构件中的一个等于或大于单位长度时确保能产生移动动子的推力的有效距离。此外，第一构件和第二构件的重叠部分的长度与自然数倍数的单位长度一样长，即，马达的基本单元重复连接，以使推力可与重叠部分的长度成比例地增加。

当磁路的基本单元重复连接并且组成基本单元的永磁体的数量（P）是奇数时，如果第一基本单元的永磁体以N极（或S极）开始，那么它以N极（或S极）结束。因为第二基本单元的永磁体以S极（或N极）开始，所以第二基本单元的每个电枢模块都需要提供与第一基本单元的对应电枢模块反相的电流。

例如，当具有（S，P）=（6，5）的基本单元的两个马达连接时，如果3-相电流按uUVvwW的次序施加到第一基本单元的六个电枢模块，那么3-相电流需要按UuvVWw的次序施加到第二基本单元的六个电枢模块。在此，U、V、W（或u、v、w）具有彼此成120°的相位差，并且小写字母u、v和w意味着施加与大写字母U、V和W反相的电流。

此外，可用2-相电源驱动马达。在此情况下，甚至当在电枢模块间隔开永久磁体的磁极距的一半（τ/2）的状态下将90°相位差的2-相电流施加到两个电枢模块时，可产生可将永磁体移向一侧的推力。

因为图1和2所示的马达的截面具有对称布置的所有元件，所以由每个电枢和永磁体产生的磁引力抵消，并且在导引动子直线运动的导引件处不产生外力。因此，导引件的寿命可延长。

在图1中，电枢模块10的芯11具有圆形形状，但可具有点对称或线对称的多边形形状，例如，六边形、八边形和十边形。为了确保安全状态，芯11具有矩形外边缘，并且可在矩形芯11的角部形成孔，以帮助与相邻电枢模块10的连接。

同样，图1至3所示的实施例与具有沿圆周方向布置的四个凸极的4槽式马达相关，但当对于大容量、高速度等需要高磁通量时，可配置具有8个凸极的8槽式马达，由此需要增加马达的截面。当增加凸极的截面积以增加流经电枢模块的磁通量的量时，磁通量流经其中的芯与截面积的增加成比例地沿径向方向增加，由此增加马达的截面积。在此情况下，通过增加凸极的数量而不是增加凸极的截面积，可在保持芯的厚度的同时增加磁通量的量，这对马达小型化或提高推力是有利的。

图1至3示出内磁式的实施例，其中，第一构件电枢模块位于外侧，而第二构件永磁体模块位于内侧。然而，图4示出外永磁体式线性马达的实施例，其中，电枢模块位于内侧，而永磁体模块位于外侧。

除了凸极沿径向方向从芯朝外圆周突伸出、以及面对凸极的永磁体固定在环形轭内侧之外，这种外永磁体式线性马达的操作原理与内磁式的操作原理相同。

参见图1和4，3-相电流沿移动方向按UVW、UVW和UVW的次序施加到电枢模块10。但是，3-相电流可按UuU、VvV和WwW的次序施加到其上。

第一构件配置为彼此不连接的单独电枢模块（铁磁体，其是与第一构件的芯相同的材料）。为此，如果具有相同大小的电源提供给各个电枢模块，磁通量以相同大小单独地流经每个电枢模块，这导致由电枢模块产生的推力的较小变化，由此减少推力的波动。因为磁通量均匀地分布到每个凸极，而不集中在特定的凸极，所以甚至当电枢模块的芯的截面积很小时也可使高磁通量流过。此外，磁通量通过单独磁路在电枢模块中流动，由此没有磁通量沿与动子的移动方向相同方向流动。因此，磁通量仅沿垂直于移动方向的方向流动，确保更少地泄露与推力不相关的磁通量，并提高马达效率。

在10-2009-0090806中公开的线性马达具有封闭式的结构，其中，环形电枢模块围绕永磁体模块，并且第二构件永磁体仅固定在可移动线圈式马达的两个端部处。这方面不导致短距离需要高精度的传输装置的任何问题，但是，在马达应用在长距离传输装置的情况下，永磁体的重量带来挠曲，导致问题。

韩国专利申请号10-2009-0099828（注册号10-0964539）提出了使用在10-2009-0090806中公开的线性马达的操作原理的敞开式马达的实施例，同时修改了马达的截面（基于垂直于移动方向的平面），即，电枢模块和永磁体模块的截面形状，以使每个第二构件沿移动方向接触地面，或以预定间隔将它们支撑在地面上。

图5示出在10-2009-0099828中公开的敞开式线性马达的一个实施例。

像在图1至3中描绘的线性马达，图5所示的线性马达包括第一构件和第二构件，第一构件包括沿移动方向布置在直线上的多个电枢模块，第二构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个永磁体模块。第二构件和支撑机构可集成在一起。

如图5所示，不像图1的电枢模块形成环形闭合线路，根据本发明的电枢模块包括具有看上去像图1所示的电枢模块的磁环的圆周部分被移除的C形或弧形的磁芯、从磁芯朝永磁体模块突伸出以形成至少线对称（两侧对称）的多个凸极、以及缠绕在各个凸极上的线圈。

弧形可以是圆形的一部分的圆形弧，或可以是多边形闭环的一部分的形式，例如，六边形、八边形和十边形环的一部分。同样，弧形可以是多边形弧或多边形或圆形弧的组合形式。在此，弧形可以是至少线对称形状。

如果有可能，多个凸极可布置为相对于永磁体模块的中心点对称，由此有助于抵消在凸极与永磁体之间产生的磁吸引力。如果难以实现点对称，多个凸极可布置为相对于竖直和水平轴线对称。

此外，永磁体模块包括与电枢模块中的具有缠绕在它们上的线圈的凸极数量相同数量的永磁体磁极，并且这些永磁体布置为面对分别对应的凸极。

包括多个磁体模块的第二构件可固定为沿移动方向在整个截面上的支撑机构（基部），或以预定间隔固定为支撑机构。用作用于固定第二构件的支撑机构的基部可通过在第二构件的两侧沿移动方向对齐的多个固定螺栓固定到底部。

在线圈缠绕在每个凸极上的基本模块的电枢模块和永磁体模块的情况下，沿圆周方向离C形磁体中心最远的凸极（P1或P4）产生仅朝更接近C形磁体中心的相邻凸极（P2或P3）流动的磁通量。即，仅沿一个方向在凸极P1（或P4）中形成磁通量闭环，由此高磁通量不能在其中流动。

因此，如在图5的右侧图中所示，电枢模块还可包括分别布置在C形磁体的两个端部处并不具有缠绕在它们上的线圈的辅助凸极14（P0和P5），由此，永磁体模块还可包括分别对应于辅助凸极14（辅助凸极式模块）定位的辅助永磁体25，以便甚至在具有缠绕在它们上的线圈的凸极之中离C形磁体中心最远的凸极（P1或P4）处可形成磁通量的闭环。在此情况下，永磁体模块的辅助永磁体25可省略。

同时，第一构件可包括辊子31，并且第二构件可包括导轨32，以便第一构件可沿移动方向移动，同时保持第一构件的凸极与第二构件的对应永磁体之间的预定间隙。在此，多对辊子31和导轨32可设置为形成线对称。辊子31可设置在电枢模块的凸极之间，同样，导轨32可形成在永磁体模块的永磁体之间。

图6示出连接施加到电枢模块的电源的示例。

U-相电枢模块配置为C形磁体，并包括朝第二构件突伸出的多个凸极（图6中是四个）、以及缠绕在各个凸极上的线圈绕组U1、U2、U3和U4，相同相的电流流经线圈绕组。V-相电枢模块和W-相电枢模块具有与U-相电枢模块相同的结构。

作为每个电枢模块的线圈连接方法，可选择串联连接、并联连接、串-并联连接等。

关于将线圈缠绕在电枢模块的凸极上的方法，线圈可缠绕为，当相同相的电流提供给电枢模块的各个线圈时，在相邻凸极形成不同的磁极。

例如，如果线圈U1和U3是顺时针缠绕，那么线圈U2和U4可沿逆时针方向缠绕。当然，所有的线圈U1、U2、U3和U4可沿相同方向缠绕，并当后来连接导线时，线圈U1、U2、U3和U4可连接为当后来连接导线时在相邻凸极形成不同的磁极。

本发明公开修改的示例，其采用在10-2009-0090806和10-2009-0099828中公开的线性马达的操作原理，同时减小了包括永磁体模块的第二构件的重量，并同时提高组装效率。

在图1中，来自具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12的磁通量穿过对应的永磁体21，施加到轭22，穿过相邻永磁体21，然后流进相邻凸极12中。为了使磁通量更平稳，永磁体21可附接到轭21，或嵌入轭22中，轭21是磁体。但是，因为轭22是磁体，所以每个永磁体模块重量的减小是有限的。

即，图1、4和5与来自线圈缠绕在其上的凸极的磁通量穿过永磁体、轭、相邻永磁体，并流进相邻凸极中的结构相关。在此结构中，两个永磁体和轭位于磁通量流向其的凸极与相邻凸极之间，轭是固定永磁体的磁体。

在根据本发明的线性马达中，具有缠绕在它们上的线圈的凸极更突伸出，并且每个永磁体都放置在凸极之间，以便甚至当单个永磁体放置在凸极之间时磁通量也是连续的。

根据本发明的线性马达可包括第一构件和第二构件，第一构件包括产生磁通量的线圈，第二构件包括穿越磁通量的永磁体。

图7示出根据本发明实施例的线性马达的截面和包括永磁体的第二构件。图7示出闭合式线性马达。

第一构件包括沿移动方向布置成一行的多个电枢模块50，并且每个电枢模块50都包括芯51、多个凸极52、和线圈53。电枢铁芯51连接各个凸极52，并且相同相的电流流经其中的线圈53缠绕在各个凸极52上或缠绕在凸极52之间的磁芯51上。

第二构件包括各自包括永磁体62的多个永磁体模块61和永磁体模块61连接到其上的连接部件63。每个永磁体模块61都从连接部件63朝电枢模块50的芯51突伸出，并放置在两个凸极52之间，并且多个永磁体可布置为它们的磁极沿马达的移动方向交替。

电流提供给线圈53，以在每个电枢模块50的凸极52形成移动磁场。提供给至少一个电枢模块50的线圈53的电流具有不同于提供给另一电枢模块50的线圈的电流的相，以便由于具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12处形成的电磁极与对应于电磁极的永磁体21之间的吸引力和排斥力产生移动推力。

第一构件和第二构件中的任一个是固定到支撑机构的定子，而另一个是动子。动子和定子相对于彼此移动，同时保持电枢模块50的凸极52与永磁体模块61的永磁体62之间的预定间隙。

在每个电枢模块50中，相邻凸极52的电磁极性呈现出彼此不同，以使一对两个相邻凸极52形成磁通量闭环，由此允许高密度磁通量在两个凸极52与对应的永磁体62之间平稳地流动。在图7中，由四个凸极53和四个永磁体62形成四个磁通量闭环。为此，在每个电枢模块50中，相同相的电流流经其中的线圈53缠绕在各个凸极52上或缠绕在凸极52之间的芯51上，同时改变缠绕方向，以呈现出在每个电枢模块50中相邻凸极52的电磁极性彼此不同。

在10-2009-0090806和10-2009-0099828中公开的线性马达中，第二构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个永磁体模块，并且每个永磁体模块都包括沿圆周方向布置并固定到铁磁体轭的多个永磁体。从电枢模块的凸极发出的磁通量流经永磁体、轭和相邻永磁体。

即，不仅第一构件而且第二构件都模块化，以防止磁通量沿马达（或线性马达）的移动方向流动。这是因为第二构件的永磁体固定到是铁磁体的轭。

根据本发明，从凸极发出的磁通量仅通过单个永磁体施加到相邻凸极。因为不存在是铁磁体的轭，所以不需要关于移动方向使第二构件模块化，而是仅使第一构件模块化，以便可形成磁通量垂直于移动方向流动的磁通量闭合线路。

产生推力的原理与10-2009-0090806和10-2009-0099828中公开的线性马达的原理相同。因此，沿移动方向在相同位移上（当垂直于移动方向切割时在相同截面上）的第二构件的永磁体需要布置为，沿移动方向在相同位移上的永磁体的磁极与它们的相邻永磁体的磁极交替（如图2的永磁体模块A20A，其中永磁体从圆周方向的参考点按N、S、N和S的次序布置）。同样，沿圆周方向的相同角度处的永磁体（沿移动方向布置的永磁体）需要布置为，其磁极与相邻永磁体的磁极交替（如在图2中，其中，当永磁体从永磁体模块A20A的圆周方向的参考点按N、S、N和S的次序布置时，邻近永磁体模块A20A的永磁体模块B20B的永磁体按与永磁体模块A20A的极性相反的极性S、N、S和N的次序布置）。此外，因为从凸极出来的磁通量通过永磁体直接进入相邻凸极，而不穿过轭，所以永磁体需要在磁通量流经其中的两个相邻凸极之间突伸出，并且永磁体的磁化方向需要面对两个凸极。

在示出马达截面的图7的左侧图中，径向设置四个永磁体62，并且每个永磁体62都朝相邻的两个凸极52（沿圆周方向）磁化，并朝凸极52之间的芯51突伸出。关于圆周方向从45°逆时针布置、同时分别具有磁化方向S/N、N/S、S/N和N/S的四个永磁体62顺序地布置。此外，朝芯51径向突伸出的四个永磁体62连接到具有圆形截面形状的连接部件63。

此外，在图7的右侧示出第二构件的图中，在沿圆周方向的相同角度处的永磁体63具有沿移动方向交替的N极和S极。在沿圆周方向的相同角度处固定到单个永磁体模块61的永磁体连接到连接部件63，连接部件63具有圆形截面形状并具有沿移动方向延伸的棒状。连接部件63的截面形状不限于圆形形状。

在沿圆周方向的相同角度处布置的永磁体可单独地固定到连接部件3；但是，如在图7所示的第二构件中，它们可固定到单独的永磁体模块61，并且永磁体模块61可连接到连接部件63。

如在图7的马达的截面中所示，具有环形芯51的电枢模块50包括四个凸极52，并且四个永磁体62在凸极52之间突伸出。四个永磁体62分别固定到对应于永磁体62的四个永磁体模块61。在图7所示的闭合式电动马达中，芯51不限于圆环形状，而是可具有形成闭合线路的矩形环、八边形环等。同样，芯51可具有点对称或线对称的多边形形状，而不是圆形形状。为了有助于与相邻电枢模块连接，可在芯51的角部中或在凸极52的端部处形成通孔54。

此外，在对于大容量、高速等需要高磁通量并由此需要增加马达截面积的情况下，马达可修改为，凸极的数量是2的倍数，例如6或8，并且永磁体模块的数量与凸极的数量相同。

在磁通量在凸极与永磁体之间流动的情况下，当凸极与永磁体之间的间隙很小时，可减少磁通量的泄露，磁通量垂直于凸极的表面和永磁体流动，并且凸极与永磁体之间的间隙在凸极和永磁体彼此面对的整个表面上是均匀的。可考虑线性马达的精度、速度、重量等确定凸极与永磁体之间的间隙，并且永磁体的磁化方向可确定为磁通量可垂直于表面流动。

同样，为了使凸极与永磁体之间的间隙在凸极和永磁体彼此面对的整个表面上均匀，凸极52更接近芯51的部分具有缠绕在其上的线圈53，并且凸极52远离芯51的部分具有扇形形式和两条径向线，即，更接近芯51的弧形部分呈现出比远离芯51的弧形部分长，而其面对永磁体62的部分通过使用两条径向线线性连接两个弧的端部而呈现出平行于永磁体62。

固定沿圆周方向的相同角度处布置的永磁体62的永磁体模块61由非磁体形成，并具有用于沿移动方向固定永磁体62的多个开口。可使用任何现有方法将永磁体62固定到永磁体模块61的开口。

第二构件的连接部件63具有沿移动方向延伸的多个凹陷，以连接并固定永磁体模块61。同样，永磁体模块71可具有沿移动方向延伸的突出部，以插入连接部件63的凹陷中。因此，永磁体模块61的突出部可通过插入和推动的滑动方法与连接部件63的凹陷连接。

沿移动方向产生推力的原理与图3所示的原理相同。例如，在沿移动方向布置的两个永磁体62对应三个电枢模块50U、50V和50W的情况下，这变成如图3的上图中所示的三相电枢模块和两个磁极的永磁体的组合。沿移动方向的电枢模块的数量（S）和永磁体的数量（P）的组合变成用于产生推力的马达的基本单元，并且这已在以上参考图3详细描述。

图8示出各自具有多个永磁体62的永磁体模块61，永磁体62布置为沿移动方向交替磁极。通过举例，从电枢模块50的凸极52出来或进入凸极52的磁通量通过其中的永磁体62的截面具有矩形或平行四边形形状。

当从凸极52出来或进入凸极52的磁通量的分布均匀时，穿过凸极52和永磁体52的磁通量的量与凸极52的表面重叠在永磁体50的表面的部分的面积成比例。通过磁通量的变化产生推力。例如，在作为动子的第二构件沿移动方向移动的情况下，当永磁体62在运动时，穿过凸极52和永磁体52的磁通量的量变成凸极52和永磁体63的表面卷积的结果。

假设面对永磁体63的凸极52的表面具有矩形形状（在图7的左侧截面上，宽度是沿移动方向，并且长度是沿径向方向），当沿移动方向移动时，具有矩形表面的永磁体63重叠凸极52的矩形表面的部分的面积变成梯形，如图8的上右侧图所示。当两个表面开始彼此重叠时，两个表面彼此完全重叠，完全重叠的两个表面开始分离，部分重叠的两个表面彼此完成分离，产生突变连接的点（两条直线彼此相遇的点）。

即，推力与磁通量的变化成比例，即与凸极52和永磁体62的重叠表面的面积的变化成比例，并且通过使凸极52和永磁体62的重叠表面的面积不同而获得的值与推力相关。因此，如在上右侧图所示的存在突变连接的点的情况下，推力可能在该点处经受突然的变化，并且可能引起波动。

但是，当沿移动方向移动时，具有平行四边形表面的永磁体63重叠凸极52的矩形表面的部分的面积具有总体上的梯形形状。但是，线是平滑地连接的，因此可减少波动的产生。即，倾斜应用到磁通量穿过其中的永磁体，即，永磁体是扭曲的，以便在永磁体与凸极之间作用的磁阻力根据移动过程导致轻微的相位差，甚至在导致推力轻微减小的同时减小产生推力波动的磁阻力。

在第二构件中，假设因为固定到每个永磁体模块61的永磁体62需要具有与相邻磁体模块61的对应永磁体62不同的磁极，其沿移动方向放置在与另一永磁体模块62上的对应永磁体62相同的位置处。即，在图9中，永磁体模块A61A中的永磁体的位置偏移（OFF_A）具有与其他永磁体模块B、C和D61B、61C和61D的位置偏移（OFF_B、OFF_C和OFF_D）相同的值。

在此情况下，当凸极52和永磁体62的表面彼此重叠，同时第二构件沿移动方向移动时，在同一时间产生突变连接的点（如图8的上右侧图中所示的点），增加波动。

为解决这个问题，永磁体的位置偏移可控制为在每个永磁体模块61中都不同，或在至少一个永磁体模块61中不同。在此情况下，因为永磁体需要具有与相邻永磁体模块61的对应磁体62不同的磁极，相对于单个永磁体61的宽度（沿移动方向的长度）的很小的值需要设置为永磁体的位置偏移。例如，当永磁体61的宽度是L时，位置偏移OFF_A、OFF_B、OFF_C和OFF_D的绝对值中的至少一个或两个或更多个呈现出在小于0.1L的范围内不同，以便在同一时间不产生如图8上右侧图中所示的突变连接的点，由此防止波动的增加。

图10示出根据本发明实施例的敞开式线性马达。图10所示的线性马达是图7所描绘的线性马达的修改，用于应用到具有长的第二构件的长距离输送装置。在图10中，参考符号64表示基部，55表示辊子，并且65表示用于将支撑机构固定在地上的固定螺栓。

除了电枢模块50的芯51具有通过去除形成闭合线路的环形芯51的圆周部分的一部分而获得的弧形或C形，以使细长的第二构件可连接到诸如基部64的支撑机构，以及凸极52布置在芯51处，以形成双侧对称而不是形成点对称之外，图10所描绘的敞开式线性马达几乎与图7的线性马达相同。因此，参考图5描述的电枢模块的芯和凸极的实施例可应用到图10所示的实施例。

在图7所示的闭合式线性马达中，电枢模块的凸极52的数量是偶数4或更大，并且永磁体模块61的数量需要与凸极52的数量相同。但是，在敞开式线性马达中，凸极52的数量是3或更大，而不论是偶数或奇数，并且永磁体模块61的数量小于凸极的数量。图10示出具有五个凸极52和四个永磁体的实施例，并且图11示出具有三个凸极52和两个永磁体模块61、以及四个凸极52和三个永磁体模块61的实施例。但是，本发明不限于示例，并且还可使用具有两个凸极52和单个永磁体模块61的实施例。

在奇数个凸极布置在电枢模块处的情况下，不包括位于芯的中心的单个凸极的偶数个凸极可布置为在可用范围内形成双侧对称。

替代地，如果奇数个凸极布置在电枢模块处，除了单个凸极之外的偶数个凸极可布置为形成双侧对称，以使左方和右方组件的磁吸引力互相抵消（单个凸极布置在不产生左方和右方组件的磁吸引力的位置处）。同样，凸极可布置在这样的位置处，在该位置，通过不包括单个凸极的剩余偶数个凸极产生的（准确地说，在凸极与对应的永磁体之间产生的）上方和下方组件的磁吸引力可尽可能多地抵消由单个凸极产生的仅上方和下方组件的磁吸引力。

替代地，不仅凸极的位置而且还有芯都取决于每个凸极，分别对应于凸极的永磁体的强度等可控制为，在每个凸极与对应的永磁体之间产生的磁吸引力可互相抵消。

如图12所示，为了保持第一构件中的电枢模块之间的预定间隙，在每个电枢模块的至少一个凸极（如果可能，是对称定位的凸极）的端部形成具有预定形状的凹陷，并且电枢模块可通过使用隔离件来彼此连接，该隔离件具有对应于凹陷形状的一个突出部以及具有对应于电枢模块之间间隙的宽度的另一突出部。

替代地，如图13所示，在每个电枢模块的芯和/或至少一个凸极（如果可能是对称定位的凸极）的端部中形成孔，并且电枢模块通过使用具有孔的隔离件和贯穿螺栓来彼此连接。以此方式，可保持电枢模块之间的预定间隙。

同样，如图14所示，各自具有对应于垂直于移动方向的第二构件的截面的凹陷的端部定子或支架可布置在第二构件的两个端部处，以使永磁体模块61可稳定地固定为不移动。

图15示出图10所示的敞开式线性马达的修改。在图10中，参考符号54是组装孔，以保持相邻电枢模块之间的均匀间隙。在图15中，电枢模块50的C形芯51是直的，因此凸极52以直角或沿相同方向从芯51突伸出并一个挨一个地布置。同样，第二构件的永磁体62朝向一个挨一个布置的两个凸极52之间的线性芯51突伸。沿移动方向布置的多个永磁体62可固定到永磁体模块61。因为凸极52之间的永磁体模块61一个挨一个地布置，所以基部用作用于连接多个永磁体模块61的连接部件63，即，基部和连接部件63是一体的，以使多个永磁体模块61可直接固定到基部，基部是支撑机构的形式。

如图15所示，线圈53可缠绕在每个凸极52接近芯51的部分上（朝芯51突伸出的永磁体63未达到的部分），或如图16所示，线圈53可缠绕在两个凸极52之间的芯51上。

在如图15所示的线圈缠绕在凸极52上的实施例中，线圈不缠绕在五个凸极52中的第一和第五凸极52上，即不缠绕在位于两个端部处的凸极52上。因此，线圈不是缠绕在每个凸极上，而是可仅缠绕在某些凸极上。同样，在图15所示的实施例中，线圈可沿相同方向缠绕在第二和第四凸极上，并且第三凸极可不具有缠绕在其上的线圈。

在图10的线性马达的情况下，电枢模块52的每个凸极52的突伸角度是不同的，因此在制造模具时需要高成本，并存在提高精度的限制。但是，图15和16所示的线性马达，每个电枢模块50的芯51和凸极52都成直角，并且基部和永磁体模块61也成直角，因此提高了制造精度并节省了模具成本。

图17示出驱动根据本发明实施例的线性马达的伺服系统的示意结构。在图17中，除了线性马达78之外的元件都可使用现有技术线性马达中所使用的元件。

伺服系统可包括驱动放大器72，其用于从外部提供的电源71产生施加到用于移动物体79的线性马达78的电流；电流传感器76，其用于检测从驱动放大器72施加到线性马达78的电流；线性传感器77，其用于检测线性马达78的动子的位置或速度；以及控制器75，其用于根据基于由电流传感器76和/或线性传感器77检测的信号的控制命令控制驱动放大器72。驱动放大器72可包括将AC电源71转换成DC电源的转换器73、以及产生马达驱动所需要的电流的逆变器74。

逆变器74可产生适用于线性马达78的驱动方案的电源，例如，2-相AC、3-相AC、2-相整流电流、3-相整流电流等，并将电源提供给线性马达的电枢模块。可通过根据控制器75的命令改变电流的幅度、频率等来控制动子的位置和速度、以及用于移动动子的推力的大小。

如以上所述，在根据本发明实施例的线性马达中，可防止由板式线性马达中通常产生的磁引力所导致的导引件的磨损，甚至可以小尺寸实现高推力或高输送速度，并且每个元件都模块化，因此有助于组装并允许各种修改。

Claims (14)

1.一种线性马达，包括：

第一构件，所述第一构件包括多个电枢模块，每个所述电枢模块都包括磁芯、从所述磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈，单相电流流经其中的所述线圈缠绕在所述凸极的一部分或全部上，或缠绕在所述凸极之间的所述磁芯上；以及

第二构件，所述第二构件包括两个或更多个永磁体模块，每个所述永磁体模块都包括沿所述线性马达的移动方向布置的多个永磁体和用于连接所述两个或更多个永磁体模块的连接部件，所述永磁体模块从所述连接部件朝向所述磁芯突伸，使得突出的永磁体模块放置在所述电枢模块的两个相邻凸极之间，所述多个永磁体的磁极沿所述线性马达的移动方向交替，

其中，具有预定相位差的电源提供给每个电枢模块的线圈，以便通过将沿所述移动方向布置的S数量的电枢模块和P数量的永磁体用作一个单元来产生根据移动磁场的推力，

其中，所述第一构件和所述第二构件中的一个是动子，而另一个是定子，以使所述动子和所述定子通过产生的所述推力相对于彼此移动；以及

其中，至少一个永磁体模块的永磁体的位置偏移沿所述移动方向在小于所述永磁体宽度的范围内与另一永磁体模块的位置偏移不同，以减小所述推力的波动。

2.如权利要求1所述的线性马达，其中，在每个电枢模块中，所述线圈缠绕在所述凸极上，以使每个所述电枢模块中的相邻凸极具有不同的极性，并且一个永磁体模块中的每个永磁体都具有与沿垂直于所述移动方向的方向邻近所述一个永磁体模块的另一永磁体模块中的永磁体的极性不同的极性。

3.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述永磁体模块的永磁体的磁化方向面对两个对应的凸极。

4.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述永磁体模块中的磁通量穿过其中的永磁体的截面具有矩形或平行四边形形状。

5.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述连接部件具有沿所述移动方向延伸的凹陷，以固定所述永磁体模块，并且

所述永磁体模块各自具有突出部，以插入所述连接部件的所述凹陷部分中，

其中，所述永磁体模块的突出部和所述连接部件的凹陷部分彼此滑动地连接。

6.如权利要求1所述的线性马达，其中，永磁体模块的数量与凸极的数量相同或小于凸极的数量。

7.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述磁芯具有圆环形状或多边形环形状，四个或更多偶数个凸极从所述磁芯突伸出，以具有点对称或线对称，并且永磁体模块的数量与凸极的数量相同。

8.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述磁芯具有围绕所述第二构件并具有线对称的弧形形状，所述凸极从所述磁芯突伸出以具有线对称，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。

9.如权利要求7或8所述的线性马达，其中，每个凸极的端部的垂直于所述移动方向的截面具有两条径向线，以使所述凸极与对应于所述凸极的所述永磁体之间的间隙在所述凸极和所述永磁体彼此面对的整个表面上是均匀的。

10.如权利要求9所述的线性马达，其中，所述线圈在所述凸极的接近所述磁芯的部分缠绕。

11.如权利要求1所述的线性马达，其中，两个或更多个所述凸极沿相同方向从所述磁芯突伸，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。

12.如权利要求11所述的线性马达，其中，所述第二构件还包括连接所述永磁体模块的连接部件，并且所述永磁体模块沿相同方向从所述连接部件朝向所述磁芯突伸。

13.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述第一构件或所述第二构件具有比包括S数量的电枢模块和P数量的永磁体的一个单元长的长度。

14.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述电枢模块的磁体具有分层形式。