CN104702012A - 线圈结构及直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明提出的线圈结构及直线电机，线圈结构中的线圈均紧贴在一起，从而使线圈结构更加紧凑、坚固，并且线圈结构的结构尺寸能够较为固定，应用在直线电机中能够降低直线电机的推力波动、推力干扰，提高直线电机模态稳定性及控制精度。

Description

线圈结构及直线电机

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种线圈结构及直线电机。

背景技术

直线电机又被称为线性马达或推杆马达，其原理可以看作将旋转电机沿径向切开，取其定子作为初级，动子作为次级，当绕组通入三相电流后，由原来的旋转运动变成了直线运动。由于直线电机相对于传统旋转电机与工件台之间无机械传动环节，因此具有高速、高精和零传动等特性，被广泛应用在高端数控领域。

请参考图1和图2，现有的直线电机包括定子和动子；所述定子包括磁钢背铁10以及若干主磁极磁铁，所述磁钢背铁10为两部分，所述主磁极磁铁自左到右依次包括N极磁铁11、第一H型磁铁12、S极磁铁13以及第二H型磁铁14，其中所述N极磁铁11、第一H型磁铁12、S极磁铁13以及第二H型磁铁14内部的磁向15均不相同，所述主磁极磁铁均与磁钢背铁10的两部分相固定，并且固定于两部分磁钢背铁10上的主磁极磁铁相对，所述动子位于相对的主磁极磁铁之间，其中，所述动子包括第一线圈21、第二线圈22以及第三线圈23，三个线圈作为一个发力体，分别通入相位差为120°的三相电流后，所述动子会受到水平向作用力，从而能够水平移动。

然而，请参考图3，所述第一线圈21、第二线圈22以及第三线圈23固定在一起，且所述第一线圈21、第二线圈22以及第三线圈23均为缠绕起的漆包线组成，并且内部均存在一定的空隙24，由于漆包线缠绕的线圈存在缠绕不均匀等问题，线圈在尺寸上始终会存在一定偏差，同时制作起来也较为繁琐，并且由于空隙24的存在，会对降低直线电机的推力常数，并且由于线圈尺寸的偏差，也会影响直线电机的稳定性及控制精度，对直线电机的性能产生一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线圈结构及直线电机，线圈结构不存在空隙，从而提高直线电机的稳定性及控制精度。

为了实现上述目的，本发明提出了一种线圈结构，包括：

沿第一方向排列的若干线圈组，所述线圈组包括M层线圈，所述M层线圈沿与第一方向垂直的第二方向堆叠，所述M层线圈中的每一层包括沿第一方向排列的第一线圈、第二线圈以及第三线圈，其中一线圈组内的第N层的第一线圈、第二线圈及第三线圈分别与相邻的另一线圈组内的第N+1层的第一线圈、第二线圈及第三线圈相连，线圈组内的第M层第一线圈、第二线圈及第三线圈分别与相邻的另一线圈组内的第M层的第一线圈、第二线圈及第三线圈相连；

其中，N和M为大于等于1的自然数，且N<M。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述第一线圈、第二线圈以及第三线圈均由导线和绝缘体构成，所述导线位于所述绝缘体内。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述导线为铜线。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述绝缘体为玻纤环氧树脂。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述第N层的第一线圈、第二线圈和第三线圈均通过硅胶线分别与相邻的第N+1层的第一线圈、第二线圈和第三线圈相连，所述第M层第一线圈、第二线圈和第三线圈均通过硅胶线与相邻的第M层的第一线圈相连。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述沿第一方向排列的第一线圈、第二线圈及第三线圈贴合在一起。

进一步的，在所述的线圈结构中，所述第一线圈、第二线圈及第三线圈均为长方体线圈。

进一步的，在发明中还提出了一种直线电机，采用如上文中任一权利要求所述的线圈结构。

进一步的，在所述的直线电机中，还包括：

磁钢背铁，所述磁钢背铁分为相互平行的两部分；以及

磁钢，由若干主磁极磁铁组成，所述主磁极磁铁分别固定于所述磁钢背铁的两部分上，固定于所述磁钢背铁两部分上的主磁极磁铁相对，所述线圈结构位于两部分磁钢背铁之间。

进一步的，在所述的直线电机中，所述主磁极磁铁包括沿第一方向依序排列的N极磁铁、第一H型磁铁、S极磁铁以及第二H型磁铁，其中所述N极磁铁及S极磁铁内部的磁极方向均相异，第一H型磁铁及第二H型磁铁内部的磁极方向相异。

进一步的，在所述的直线电机中，所述主磁极磁铁包括沿第一方向依序排列的N极磁铁和S极磁铁，其中所述N极磁铁和S极磁铁内部的磁极方向相异。

进一步的，在所述的直线电机中，所述线圈结构为所述直线电机动子，所述磁钢为所述直线电机定子。

进一步的，在所述的直线电机中，所述磁钢沿第一方向的宽度大于所述线圈沿第一方向的宽度。

进一步的，在所述的直线电机中，所述线圈结构为所述直线电机定子，所述磁钢为所述直线电机动子。

进一步的，在所述的直线电机中，所述线圈结构沿第一方向的宽度大于所述磁钢沿第一方向的宽度。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：线圈结构中的线圈均紧贴在一起，从而使线圈结构更加紧凑、坚固，并且线圈结构的结构尺寸能够较为固定，应用在直线电机中能够降低直线电机的推力波动、推力干扰，提高直线电机模态稳定性及控制精度。

附图说明

图1为现有技术中直线电机的结构示意图；

图2为现有技术中直线电机的剖面示意图；

图3为现有技术中动子的结构示意图；

图4为本发明实施例一中线圈结构的结构示意图；

图5为本发明实施例一中线圈结构的内部线圈连线示意图；

图6为本发明实施例一中有H直线电机结构示意图；

图7为本发明实施例一中有H直线电机剖面示意图；

图8为本发明实施例一中线圈结构的外部连线示意图；

图9为本发明实施例二中无H直线电机结构示意图；

图10为本发明实施例二中无H直线电机剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的线圈结构及直线电机进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参考图4和图5，在本实施例中，提出了一种线圈结构，包括：

沿第一方向排列的若干线圈组，所述线圈组包括M层线圈，所述M层线圈沿与第一方向垂直的第二方向堆叠，所述M层线圈中的每一层包括沿第一方向排列的第一线圈210、第二线圈220以及第三线圈230，其中一线圈组内的第N层的第一线圈210、第二线圈220及第三线圈230分别与相邻的另一线圈组内的第N+1层的第一线圈210、第二线圈220及第三线圈230相连，线圈组内的第M层第一线圈210、第二线圈220及第三线圈230分别与相邻的另一线圈组内的第M层的第一线圈210、第二线圈220及第三线230圈相连，其中，N和M为大于等于1的自然数，且N<M；

在本实施例中，所述沿第一方向排列的第一线圈210、第二线圈220及第三线圈230贴合在一起，相邻的线圈组也紧贴在一起（为方便观察，在图5中将两层线圈组分开，各线圈也分开，实际上下两层以及各线圈之间是贴合在一起的）；所述第一线圈210、第二线圈220及第三线圈230均为长方体线圈；

所述线圈组为多层，在本实施例中选取两层，在本实施例中的其他实施例中，可以为M层，如上文所述M为大于等于1的自然数；

其中一线圈组内的第1层的第一线圈210通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第一线圈210相连，线圈组内的第1层的第二线圈220通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第二线圈220相连，线圈组内的第1层的第三线圈230通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第三线圈230相连，线圈组内的第2层第一线圈210通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第一线圈210相连，线圈组内的第2层第二线圈220通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第二线圈220相连，线圈组内的第2层第三线圈230通过硅胶线240与相邻的另一线圈组内的第2层的第三线圈230相连；

在本实施例中，所述第一线圈210、第二线圈220以及第三线圈230均由导线和绝缘体构成，所述导线位于所述绝缘体内，也就是说第一线圈210、第二线圈220以及第三线圈230之间是相互绝缘的，其中，所述导线为铜线，所述绝缘体为玻纤环氧树脂（FR4）；由于不同层之间的线圈均采用硅胶线连接起来，相当于将第一线圈、第二线圈以及第三线圈分别串联起来，进而能够使线圈加强，将线圈结构应用至直线电机中，能够提高直线电机的推力常数。

请参考图6和图7，在本实施例中，还提出了一种有H型直线电机，包括如上文所述的线圈结构，所述有H型直线电机还包括：

磁钢背铁100，所述磁钢背铁100分为相互平行的两部分；以及磁钢，所述磁钢，若干主磁极磁铁组成，所述主磁极磁铁分别固定于所述磁钢背铁100的两部分上，固定于所述磁钢背铁100两部分上的主磁极磁铁相对，所述线圈结构位于两部分磁钢背铁100之间，所述主磁极磁铁自左到右依次包括沿第一方向依序排列的N极磁铁110、第一H型磁铁120、S极磁铁130以及第二H型磁铁140，其中，所述N极磁铁110及S极磁铁130内部的磁极方向150均相异，第一H型磁铁120及第二H型磁铁140内部的磁极方向150均相异。

在本实施例中，所述线圈结构为所述直线电机动子，所述磁钢为所述直线电机定子，所述磁钢沿第一方向的宽度大于所述线圈沿第一方向的宽度，或者所述线圈结构为所述直线电机定子，所述磁钢为所述直线电机动子，所述线圈结构沿第一方向的宽度大于所述磁钢沿第一方向的宽度。

请参考图8，对所述线圈结构内部的第一线圈210通入三相电的相电流A，对第二线圈220通入三相电的相电流B，对第三线圈230通入三相电的相电流C，且相电流B的接法与相电流A和相电流C的相反，相电流A、相电流B以及相电流C的相位差、磁角度和电角度的对应关系与传统直线电机一致，在此不再赘述，其中，将线圈组右边第一线圈210、第二线圈220以及第三线圈230的第一层的出线端短接，作为三相电流的星形连接点。

实施例二

请参考图9和图10，在本实施例中，提出一无H型直线电机，采用如实施例一中的线圈结构，所述无H型直线电机包括：

磁钢背铁300，所述磁钢背铁300分为相互平行的两部分；以及磁钢，所述磁钢，若干主磁极磁铁组成，所述主磁极磁铁分别固定于所述磁钢背铁300的两部分上，固定于所述磁钢背铁300两部分上的主磁极磁铁相对，所述线圈结构位于两部分磁钢背铁300之间，所述主磁极磁铁自左到右依次包括沿第一方向依序排列的N极磁铁310和S极磁铁320，其中所述N极磁铁310和S极磁铁320内部的磁极方向330相异。

由于线圈结构与实施例一中的一致，具体的请参考实施例一，在此不再赘述，无H型直线电机与有H型直线电机的区别仅在于是否存在第一H型磁铁和第二H型磁铁，增加了第一H型磁铁和第二H型磁铁能够增加主磁极磁铁的磁性，提高直线电机的性能，然而，第一H型磁铁和第二H型磁铁在制作工艺上提出了更高的要求，增加了生产成本。但两者的工作原理均一致，在此不再赘述。

在本实施例中，所述线圈结构为所述直线电机定子，所述磁钢为所述直线电机动子；所述线圈结构沿第一方向的宽度大于所述磁钢沿第一方向的宽度，或者，所述线圈结构为所述直线电机动子，所述磁钢为所述直线电机定子，所述磁钢沿第一方向的宽度大于所述线圈沿第一方向的宽度。

综上，在本发明实施例提供的线圈结构及直线电机中，线圈结构中的线圈均紧贴在一起，从而使线圈结构更加紧凑、坚固，并且线圈结构的结构尺寸能够较为固定，应用在直线电机中能够降低直线电机的推力波动、推力干扰，提高直线电机模态稳定性及控制精度。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种线圈结构，包括：

沿第一方向排列的若干线圈组，所述线圈组包括M层线圈，所述M层线圈沿与第一方向垂直的第二方向堆叠，所述M层线圈中的每一层包括沿第一方向排列的第一线圈、第二线圈以及第三线圈，其中一线圈组内的第N层的第一线圈、第二线圈及第三线圈分别与相邻的另一线圈组内的第N+1层的第一线圈、第二线圈及第三线圈相连，线圈组内的第M层第一线圈、第二线圈及第三线圈分别与相邻的另一线圈组内的第M层的第一线圈、第二线圈及第三线圈相连；

其中，N和M为大于等于1的自然数，且N<M。

2.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于，所述第一线圈、第二线圈以及第三线圈均由导线和绝缘体构成，所述导线位于所述绝缘体内。

3.如权利要求2所述的线圈结构，其特征在于，所述导线为铜线。

4.如权利要求2所述的线圈结构，其特征在于，所述绝缘体为玻纤环氧树脂。

5.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于，所述第N层的第一线圈、第二线圈和第三线圈均通过硅胶线分别与相邻的第N+1层的第一线圈、第二线圈和第三线圈相连，所述第M层第一线圈、第二线圈和第三线圈均通过硅胶线与相邻的第M层的第一线圈相连。

6.如权利要求1所述的线圈结构，其特征在于，所述沿第一方向排列的第一线圈、第二线圈及第三线圈贴合在一起。

7.如权利要求所述的线圈结构，其特征在于，所述第一线圈、第二线圈及第三线圈均为长方体线圈。

8.一种直线电机，采用如权利要求1至7中任一权利要求所述的线圈结构。

9.如权利要求8所述的直线电机，还包括：

磁钢背铁，所述磁钢背铁分为相互平行的两部分；以及

磁钢，由若干主磁极磁铁组成，所述主磁极磁铁分别固定于所述磁钢背铁的两部分上，固定于所述磁钢背铁两部分上的主磁极磁铁相对，所述线圈结构位于两部分磁钢背铁之间。

10.如权利要求9所述的直线电机，其特征在于，所述主磁极磁铁包括沿第一方向依序排列的N极磁铁、第一H型磁铁、S极磁铁以及第二H型磁铁，其中所述N极磁铁及S极磁铁内部的磁极方向均相异，第一H型磁铁及第二H型磁铁内部的磁极方向相异。

11.如权利要求9所述的直线电机，其特征在于，所述主磁极磁铁包括沿第一方向依序排列的N极磁铁和S极磁铁，其中所述N极磁铁和S极磁铁内部的磁极方向相异。

12.如权利要求9所述的直线电机，其特征在于，所述线圈结构为所述直线电机动子，所述磁钢为所述直线电机定子。

13.如权利要求12所述的直线电机，其特征在于，所述磁钢沿第一方向的宽度大于所述线圈沿第一方向的宽度。

14.如权利要求9所述的直线电机，其特征在于，所述线圈结构为所述直线电机定子，所述磁钢为所述直线电机动子。

15.如权利要求14所述的直线电机，其特征在于，所述线圈结构沿第一方向的宽度大于所述磁钢沿第一方向的宽度。