CN103762822A

CN103762822A - 直线电机

Info

Publication number: CN103762822A
Application number: CN201410028230.9A
Authority: CN
Inventors: 叶佩青; 李方; 张辉
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Jiangsu Gaotong Equipment Co ltd
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103762822B

Abstract

本发明公开了一种直线电机。所述直线电机包括：定子，所述定子包括定子外壳、设在所述定子外壳内的线圈骨架和设在所述线圈骨架上的线圈绕组，其中所述定子外壳与所述线圈骨架之间限定出容纳腔；动子，所述动子设在所述线圈骨架内；用于检测所述动子的位移的位移检测器，所述位移检测器设在所述容纳腔内；和用于对所述位移检测器的检测信号进行处理的位移检测电路板，所述位移检测电路板设在所述容纳腔内且与所述位移检测器相连。根据本发明实施例的直线电机具有结构合理、体积小、应用范围广、性能好等优点。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及一种直线电机。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能、而不需要任何中间转换机构的驱动装置。直线电机广泛应用于工业、民用、军事等各个领域。直线电机按照结构可以分为平板型、U型、圆筒型等几种类型，其中圆筒型直线电机相比于其它类型的直线电机具有更高的能源效率，即同样体积的电机可以获得更大的推力。虽然圆筒型直线电机具有一定的性能优势，但是也存在尺寸方面的限制，如在某一方向外形高度上，圆筒型直线电机要比平板型或U型的尺寸更大，从而限制了该类型电机的应用场合。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有结构合理、体积小、应用范围广、性能好等优点的直线电机。

根据本发明实施例的直线电机包括：定子，所述定子包括定子外壳、设在所述定子外壳内的线圈骨架和设在所述线圈骨架上的线圈绕组，其中所述定子外壳与所述线圈骨架之间限定出容纳腔；动子，所述动子设在所述线圈骨架内；用于检测所述动子的位移的位移检测器，所述位移检测器设在所述容纳腔内；和用于对所述位移检测器的检测信号进行处理的位移检测电路板，所述位移检测电路板设在所述容纳腔内且与所述位移检测器相连。

根据本发明实施例的直线电机通过将所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述容纳腔内，即将所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述定子外壳内，从而使所述位移检测器和所述位移检测电路板无需占用额外的空间，不会增加所述直线电机的体积，由此可以将所述直线电机应用在对电机体积要求苛刻的场合。也就是说，根据本发明实施例的直线电机的体积与现有的不设置位移检测器和位移检测电路板的电机的体积大小相当。

而且，由于所述位移检测器和所述位移检测电路板都设在所述容纳腔内，因此所述位移检测器与所述位移检测电路板之间的距离较短。由此所述位移检测器与所述位移检测电路板可以通过长度较小的导线相连，从而可以避免所述位移检测器的检测信号受到外界的干扰，使所述位移检测器的检测结果更加精确，以便提高所述直线电机的性能。

因此，根据本发明实施例的直线电机具有结构合理、体积小、应用范围广、性能好等优点。

另外，根据本发明上述实施例的直线电机还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述位移检测电路板包括：电路板本体，所述电路板本体具有输入端和输出端，所述电路板本体的输入端与所述位移检测器的引脚直接相连；和信号引出线，所述信号引出线的一端与所述电路板本体的输出端相连，所述信号引出线的另一端伸出所述定子外壳。

通过将所述电路板本体的输入端与所述位移检测器的引脚直接相连，从而无需再使用连接导线，由此不仅可以进一步避免所述位移检测器的检测信号受到外界的干扰，即进一步提高所述位移检测器的检测信号的抗干扰能力，而且可以简化所述直线电机的制造工艺。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述线圈骨架的外周面上。由此可以使所述直线电机的结构更加合理，而且可以使所述位移检测器和所述位移检测电路板安装的更加稳固。

根据本发明的一个实施例，所述线圈骨架的外周面上设有多个线槽，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在多个所述线槽中的一个内，所述线圈绕组设在多个所述线槽中的其余部分内。由此可以充分地利用所述线圈骨架上的空间，从而可以使所述直线电机的结构更加合理。

根据本发明的一个实施例，所述线圈骨架包括：线圈骨架本体；和多个凸筋，多个凸筋沿所述线圈骨架本体的长度方向间隔开地设在所述线圈骨架本体上，相邻两个所述凸筋与所述线圈骨架本体之间限定出所述线槽，其中位于所述位移检测电路板的一侧的所述凸筋上设有容纳槽，所述信号引出线容纳在所述容纳槽内。

由此可以使所述线圈骨架的结构更加合理，进而可以使所述直线电机的结构更加合理。而且，通过将所述信号引出线设在所述容纳槽内，从而不仅可以约束所述信号引出线的走线方向，而且可以利用所述容纳槽对所述信号引出线进行保护，以便延长所述直线电机的使用寿命。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器和所述位移检测电路板位于所述线圈骨架的中部。由此可以扩大所述位移检测器的检测范围，即在所述动子有较大位移的情况下，所述位移检测器依然能检测出所述动子的运动位置和运动速度。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述定子外壳的内周面上。由此可以使所述直线电机的结构更加合理，而且可以使所述位移检测器和所述位移检测电路板安装的更加稳固。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器包括两个霍尔传感器，两个所述霍尔传感器平行设置，两个所述霍尔传感器的安装中心间距为所述动子的永磁体极距的一半。由此可以使所述位移检测器能够更加精确地检测出所述动子的运动位置和运动速度。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测电路板为柔性电路板。由此可以更加方便地、容易地将所述位移检测电路板设置在所述线圈骨架的外周面上或所述定子外壳的内周面上。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器和所述位移检测电路板粘结在所述线圈骨架的外周面上或所述定子外壳的内周面上，所述容纳腔内填充有环氧树脂。由此可以使所述位移检测器和所述位移检测电路板安装的更加稳固。

附图说明

图1是根据本发明实施例的直线电机的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的直线电机的局部结构示意图；

图3是根据本发明实施例的直线电机的剖视图；

图4是根据本发明实施例的直线电机的剖视图；

图5是根据本发明实施例的直线电机的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的直线电机10。如图1-图5所示，根据本发明实施例的直线电机10包括定子、动子105、用于检测动子105的位移的位移检测器106和用于对位移检测器106的检测信号进行处理的位移检测电路板107。

所述定子包括定子外壳101、设在定子外壳101内的线圈骨架102和设在线圈骨架102上的线圈绕组103，其中定子外壳101与线圈骨架102之间限定出容纳腔104。动子105设在线圈骨架102内，位移检测器106设在容纳腔104内。位移检测电路板107设在容纳腔104内，且位移检测电路板107与位移检测器106相连。

换言之，直线电机10由内向外依次是动子105、线圈骨架102、线圈绕组103和定子外壳101。

根据本发明实施例的直线电机10通过将位移检测器106和位移检测电路板107设在容纳腔104内，即将位移检测器106和位移检测电路板107设在定子外壳101内，从而使位移检测器106和位移检测电路板107无需占用额外的空间，不会增加直线电机10的体积，由此可以将直线电机10应用在对电机体积要求苛刻的场合。也就是说，根据本发明实施例的直线电机10的体积与现有的不设置位移检测器106和位移检测电路板107的电机的体积大小相当。

而且，由于位移检测器106和位移检测电路板107都设在容纳腔104内，因此位移检测器106与位移检测电路板107之间的距离较短。由此位移检测器106与位移检测电路板107可以通过长度较小的导线相连，从而可以避免位移检测器106的检测信号受到外界的干扰，使位移检测器106的检测结果更加精确，以便提高直线电机10的性能。

因此，根据本发明实施例的直线电机10具有结构合理、体积小、应用范围广、性能好等优点。

具体地，直线电机10可以是圆筒型直线电机。

如图2-图5所示，在本发明的一些实施例中，位移检测电路板107可以包括电路板本体1071和信号引出线1072。电路板本体1071可以具有输入端和输出端，电路板本体1071的输入端可以与位移检测器106的引脚1061直接相连。信号引出线1072的一端可以与电路板本体1071的输出端相连，信号引出线1072的另一端可以伸出定子外壳101。

通过将电路板本体1071的输入端与位移检测器106的引脚1061直接相连，从而无需再使用连接导线，由此不仅可以进一步避免位移检测器106的检测信号受到外界的干扰，即进一步提高位移检测器106的检测信号的抗干扰能力，而且可以简化直线电机10的制造工艺。

位移检测电路板107可以对位移检测器106的检测信号进行滤波、放大、校正等处理后获得模拟电压信号或数字脉冲信号。该模拟电压信号或数字脉冲信号与动子105相对于所述定子的运动距离有对应关系，外部的电机驱动器通过接收该模拟电压信号或数字脉冲信号即可换算出动子105的运动位置和运动速度，从而可以实现对直线电机10的闭环控制。

如图2-图4所示，有利地，位移检测器106可以包括两个霍尔传感器，两个霍尔传感器可以平行设置，两个霍尔传感器的安装中心间距为动子105的永磁体极距的一半。由此可以使位移检测器106能够更加精确地检测出动子105的运动位置和运动速度。

所述霍尔传感器可以是电压型霍尔传感器，所述霍尔传感器的输出电压与检测磁场强度呈正比。

如图2-图5所示，在本发明的一些示例中，位移检测器106和位移检测电路板107可以设在线圈骨架102的外周面1021上。由此可以使直线电机10的结构更加合理，而且可以使位移检测器106和位移检测电路板107安装的更加稳固。

有利地，如图2-图4所示，线圈骨架102的外周面1021上可以设有多个线槽1022，位移检测器106和位移检测电路板107可以设在多个线槽1022中的一个内，线圈绕组103可以设在多个线槽1022中的其余部分内。由此可以充分地利用线圈骨架102上的空间，从而可以使直线电机10的结构更加合理。

如图2-图4所示，在本发明的一个具体示例中，线圈骨架102可以包括线圈骨架本体1023和多个凸筋1024。多个凸筋1024可以沿线圈骨架本体1023的长度方向间隔开地设在线圈骨架本体1023上，相邻两个凸筋1024与线圈骨架本体1023之间可以限定出线槽1022。其中，位于位移检测电路板107的一侧的凸筋1024上可以设有容纳槽，信号引出线1072可以容纳在所述容纳槽内。

由此可以使线圈骨架102的结构更加合理，进而可以使直线电机10的结构更加合理。而且，通过将信号引出线1072设在所述容纳槽内，从而不仅可以约束信号引出线1072的走线方向，而且可以利用所述容纳槽对信号引出线1072进行保护，以便延长直线电机10的使用寿命。

每个凸筋1024可以是圆环形，每个凸筋1024的内沿可以与线圈骨架本体1023的外周面相连，且每个凸筋1024可以垂直于线圈骨架本体1023的轴线。具体地，线圈骨架本体1023与多个凸筋1024可以一体形成，由此不仅可以提高线圈骨架102的结构强度，而且可以简化线圈骨架102的制造工艺、降低线圈骨架102的制造难度。

如图2和图4所示，位移检测器106和位移检测电路板107可以位于线圈骨架102的中部。也就是说，设有位移检测器106和位移检测电路板107的线槽1022可以位于线圈骨架102的中部。由此可以扩大位移检测器106的检测范围，即在动子105有较大位移的情况下，位移检测器106依然能检测出动子105的运动位置和运动速度。

在本发明的一个示例中，位移检测器106和位移检测电路板107可以设在定子外壳101的内周面上。由此可以使直线电机10的结构更加合理，而且可以使位移检测器106和位移检测电路板107安装的更加稳固。

有利地，位移检测电路板107可以是柔性电路板。由此可以更加方便地、容易地将位移检测电路板107设置在线圈骨架102的外周面1021上或定子外壳101的内周面上。

位移检测器106和位移检测电路板107可以粘结在线圈骨架102的外周面1021上或定子外壳101的内周面上。由此可以使位移检测器106和位移检测电路板107安装的更加稳固。

容纳腔104内可以填充有环氧树脂。由此可以防止灰尘等杂质进入到容纳腔104内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种直线电机，其特征在于，包括：

定子，所述定子包括定子外壳、设在所述定子外壳内的线圈骨架和设在所述线圈骨架上的线圈绕组，其中所述定子外壳与所述线圈骨架之间限定出容纳腔；

动子，所述动子设在所述线圈骨架内；

用于检测所述动子的位移的位移检测器，所述位移检测器设在所述容纳腔内；和

用于对所述位移检测器的检测信号进行处理的位移检测电路板，所述位移检测电路板设在所述容纳腔内且与所述位移检测器相连。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测电路板包括：

电路板本体，所述电路板本体具有输入端和输出端，所述电路板本体的输入端与所述位移检测器的引脚直接相连；和

信号引出线，所述信号引出线的一端与所述电路板本体的输出端相连，所述信号引出线的另一端伸出所述定子外壳。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述线圈骨架的外周面上。

4.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述线圈骨架的外周面上设有多个线槽，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在多个所述线槽中的一个内，所述线圈绕组设在多个所述线槽中的其余部分内。

5.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述线圈骨架包括：

线圈骨架本体；和

多个凸筋，多个凸筋沿所述线圈骨架本体的长度方向间隔开地设在所述线圈骨架本体上，相邻两个所述凸筋与所述线圈骨架本体之间限定出所述线槽，其中位于所述位移检测电路板的一侧的所述凸筋上设有容纳槽，所述信号引出线容纳在所述容纳槽内。

6.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测器和所述位移检测电路板位于所述线圈骨架的中部。

7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测器和所述位移检测电路板设在所述定子外壳的内周面上。

8.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测器包括两个霍尔传感器，两个所述霍尔传感器平行设置，两个所述霍尔传感器的安装中心间距为所述动子的永磁体极距的一半。

9.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测电路板为柔性电路板。

10.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述位移检测器和所述位移检测电路板粘结在所述线圈骨架的外周面上或所述定子外壳的内周面上，所述容纳腔内填充有环氧树脂。