CN107112876A - 线性电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线性电机(1),其具有固定在罩壳处的定子(2)和可轴向移动的且载有永磁体(6)的电枢(3),其中,定子(2)具有第一定子磁轭和第二定子磁轭(9、10),它们分别形成定子极(11‑14),其中,定子极(11‑14)沿径向且以围绕电枢(3)均匀分布的方式布置,并且为第一定子磁轭(9)分配至少一个可通电的线圈(17),以用于产生通过第一定子磁轭(9)和永磁体(6)的第一磁通,并且永磁体(6)的磁性的北极(N)分配给第二定子磁轭(10)的一定子极(13),而永磁体(6)的磁性的南极(S)分配给第二定子磁轭(10)的另一定子极(14),以产生通过第二定子磁轭(10)的第二磁通。
Description
技术领域
本发明涉及一种线性电机,具有固定在罩壳处的定子和可轴向移动的且载有永磁体的电枢。
背景技术
线性电机本质上是已知的。公开文献DE 100 55 078 Cl例如这样公开了一种线性电机,其作为磁阻电机根据横向通量原理工作,即,在其中,磁通横向于震荡的电枢(振子)的运动方向伸延。通过该线性电机的电激励,应克服线性电机具有的缺点,该线性电机通过设置永磁体产生磁通。由此特别是应克服这样的缺点:由永磁体激励的线性电机的效率在运行温度较高时由于可逆的去磁而快速下降,或者在不可逆的去磁的情况下效率可持久受到损害。
从公开文献JP 2008-206356 A中还已知一种线性电机,在其中设置多个永磁体以及两个可电激励的线圈,以用于使电机运行。在此,永磁体必须通过非磁性的元件固定,这意味着附加的结构成本和材料成本,特别是当可预期到高的运行温度时。
发明内容
根据本发明的线性电机具有的优点是,在低成本的情况下(特别是通过用电工钢片简单且标准化地层压叠成磁回路)提供简单的结构,其特别是持久地保证了电枢的震荡运行。特别是,因为需要仅仅一个可通电的线圈用于根据本发明的电机的运行,与已知的电机相比,该电机的结构以及操控简单且非常精确。
根据本发明的电机的特征在于,定子具有第一定子磁轭和第二定子磁轭,它们分别形成两个定子极,其中,该定子极沿径向且以围绕电枢均匀分布的方式布置,并且为第一定子磁轭分配至少一个可通电的线圈,以用于产生通过第一定子磁轭和永磁体的第一磁通,并且永磁体的磁性的北极分配给第二定子磁轭的一定子极,而永磁体的磁性的南极分配给第二定子磁轭的另一定子极,以产生通过第二定子磁轭的第二磁通。因此,定子具有两个定子磁轭,它们分别形成两个定子极。定子极通过其规则地分布在电枢的周向上的布置方案彼此均匀间隔开地布置。适宜地,在此,定子磁轭的定子极彼此相对而置。具有永磁体的电枢位于在定子极之间的气隙中。在此,北极分配给定子磁轭的一定子极,并且南极分配给定子磁轭的另一定子极。可通电的线圈分配给另一定子磁轭。由此,可通过第一定子磁轭电气地产生第一磁通,并且可通过第二定子磁轭磁性地产生第二磁通。由此构造的线性电机不仅产生横向磁通分量,而且产生纵向磁通分量,这两者同时作用,以引起电枢在轴向方向上的移动、特别是震荡。在此,一个线圈足够使就此而言优选地至少部分地也作为磁阻线性电机工作的线性电机运行。线性电机特别构造成线性磁阻电机或混合式线性磁阻电机。
根据本发明的有利的改进方案规定,为电枢分配至少一个弹簧元件,该弹簧元件预紧电枢,使得永磁体位于磁性中性的静止位置之外。中性的、确切地说磁性中性的静止位置理解成永磁体的这样的位置,即,当没有外部影响作用到定子上时,永磁体相对于定子位于该位置中。在没有为线圈通电且没有弹簧元件时,永磁体可到达相对于定子极的磁性中性的静止位置中。通过设置对电枢进行预紧使得弹簧元件位于其静止位置之外的弹簧元件,电枢在未通电的状态下位于磁性预紧的位置中,从而可在期望的方向上且在短时间内可靠地开始运转。
还优选地规定,永磁体具有通过永磁体确定的第一磁性中性的静止位置和通过通电的线圈确定的第二磁性中性的静止位置,其中,第一磁性中性的静止位置和第二磁性中性的静止位置彼此沿轴向间隔开。就此而言,第一磁性中性的静止位置为电枢或永磁体的以上说明的静止位置。那么,当为线圈通电并且由此在定子中产生电激励的磁通时,实现第二磁性中性的静止位置,通过该磁通将电枢推入第二位置中、即中性的通电的位置中。特别是将第二磁性中性的静止位置理解成这样的位置,即,在其中,以最大电流为线圈通电。
还优选地规定,为永磁体分配至少一个钢片组,以对磁通进行导向。通过钢片组、特别是通过钢片的取向,可影响与永磁体有关的磁通。
特别是,钢片可在永磁体处布置和/或取向成使得阻挡或至少减小在确定的方向上的磁通,并且优选地允许在另一方向上的磁通。特别是由此可实现将通过线圈引起的第一磁通引导旁经永磁体,特别是在此不妨碍第二磁通。
根据本发明的优选的改进方案规定,在永磁体的北极处且在永磁体的南极处分别布置有钢片组,其钢片垂直于第二磁通延伸。由此钢片同时平行于第一磁通延伸。由此,通过通电的线圈产生的第一磁通通过钢片引导旁经永磁体,而通过永磁体引起的第二磁通可跟随永磁体的取向或自然磁场。
还优选地规定,定子极分别具有钢片组,其钢片在永磁体上沿相应的磁通的方向延伸。通过钢片设置在定子极处,有利地可根据在定子极之间的气隙或在定子极和永磁体之间的气隙对相应的磁通进行导向。特别优选地,第一定子磁轭和/或第二定子磁轭整体构造成钢片组。
根据本发明的优选的改进方案规定,相应的定子磁轭分别构造成开口的定子环,其自由的端部分别形成定子极中的一个。通过构造成开口的定子环的方案,相应的定子磁轭具有两个彼此相对而置的自由的端部,端部在此形成定子极。由此保证了不仅永磁体激励的有利的磁通,而且保证了电激励的有利的磁通。在此,相应的定子环可构造成圆形的、椭圆形的或矩形的。特别优选地,相应的定子磁轭在与槽或气隙相对而置的一侧上具有沿径向向内伸(即指向定子极或气隙的方向)的突出部,以优化在电枢的纵向方向上作用的第一磁通。
还优选地规定,永磁体在相对于第一定子磁轭向内指向的端侧处具有钢片组,其钢片垂直于第二磁通延伸。由此,第一磁通特别是被引向相应的定子磁轭的沿径向向内伸出的突出部的方向,由此减小磁阻并且提高磁通。
此外,根据本发明的优选的实施方式规定,为了探测第二磁通,为第二定子磁轭分配传感器装置,其特别是具有传感器线圈。为第一定子磁轭分配可通电的线圈,而为第二定子磁轭分配探测通过第二定子磁轭产生的磁通的传感器装置。通过定子磁轭的磁通根据永磁体相对于第二定子磁轭的定子极的位置变化,从而可根据所探测的磁通确定或获得永磁体以及由此电枢相对于定子的位置。优选地,传感器装置具有传感器线圈,其特别是绕第二定子磁轭缠绕。通过如此简化的结构可简单且可靠地探测通过第二定子磁轭引导的磁通。
还优选地规定,设置有控制单元,其根据所探测的第二磁通给线圈通电。由此,控制单元评估由传感器装置探测的关于磁通的测量数据,以例如确定永磁体和电枢相对于定子的位置。根据所探测的位置或所探测的测量数据,控制单元对第一定子磁轭的线圈通电,以使线性电机运行。因为现在已知电枢且特别是永磁体相对于定子极的位置,所以通过对仅仅一个线圈通电仍能可靠且高效地使电机运行。
优选地,为第一定子磁轭分配第二线圈,其中,第一定子磁轭的第一线圈和第二线圈通过钢片组环相互分离,并且电枢的永磁体在钢片组环的区域中布置在其静止位置中。例如,通过设置可通电的第二线圈可提高通过线性电机产生的功率并且如有可能也可提高震荡的电枢的频率。
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明。其中:
图1示出了线性电机的第一实施例,
图2示出了线性电机的俯视图,
图3A和图3B示出了线性电机的截面图,
图4A和图4B示出了线性电机的第一磁通和第二磁通,以及
图5相应以示意图示出了线性电机的第二实施方式。
具体实施方式
图1以示意图示出了线性电机1,其具有固定在罩壳处的定子2以及可线性地、确切地说沿轴向移动的电枢3。定子2为此固定地布置在此处未详细示出的罩壳中。电枢3具有电枢轴4,该电枢轴通过两个线性轴承5(在此仅仅示意性地示出)保持在线性电机1的罩壳中。
此外,永磁体6以固定地与电枢轴4相连接的方式布置在电枢轴4上。永磁体具有磁性的北极N和磁性的南极S。在此,通过南极和北极的磁轴垂直于电枢3的移动轴线或电枢轴线7取向。在永磁体6和线性轴承5中的一个之间还布置有在此呈螺旋弹簧的形式的弹簧元件8,该弹簧元件利用特别是与以下详细描述的磁力相反地作用的弹簧预紧力加载电枢3。
图2示出了线性电机1的俯视图。定子2具有第一定子磁轭9以及第二定子磁轭10。两个定子磁轭9、10基本上环形地构造成开口的定子环并且具有缝隙或气隙,从而其形成具有两个指向彼此的自由端部的开口的环。在此,每个定子磁轭9、10在其自由的端部中的每一个上都形成定子极11、12或13、14。定子极11至14以围绕电枢3的周向均匀分布的方式布置,从而相应的定子磁轭9、10的相应两个定子极11、12或13、14彼此相对而置。在定子极11至14之间的气隙中布置有永磁体6,其中,磁性的南极S与定子极14相关联,并且北极N与定子极13相关联,从而永磁体6的磁轴从定子磁轭10的定子极14引导到定子极13。由此,如果永磁体6位于所描述的位置中,则其产生通过第二定子磁轭的磁通。
此外,为定子磁轭10分配有传感器装置15,该传感器装置具有绕定子磁轭10缠绕的传感器线圈16,以探测通过定子磁轭10的磁通。由此,借助于传感器装置15可感应或探测通过永磁体6产生的、通过定子磁轭10的磁通。
为第一定子磁轭9分配围绕定子磁轭9缠绕的可通电的线圈17。通过给线圈17通电,产生沿着箭头18的方向的围绕定子磁轭9的电流,其中,通过所产生的电流在定子磁轭9中产生从定子极11引导到定子极12的磁通,其通过箭头指出。
在此,在永磁体6处,在磁性的北极N并且在磁性的南极S的侧面分别布置有钢片组19。相应的钢片组19的钢片垂直于通过永磁体6产生的磁通延伸,从而钢片将定子磁轭9的通过可通电的线圈17产生的磁通从定子极11旁经永磁体6引导到定子极12。
图3A和图3B示出了线性电机1的特别简化的截面图,其中,图3A示出了通过定子磁轭9的平面的截面,并且图3B示出了通过定子磁轭10的平面的截面。在图3A和图3B中可看出,线性电机1的定子2在中心具有间距减小的区段。间距由此形成:一方面永磁体6在其内侧处设有片组20,并且定子磁轭9、10在与永磁体6相对而置的一侧上设有向内伸出的突出部21,由此减小了环形的定子磁轭9、10相对于永磁体6的间距。钢片组20构造成使得其钢片横向于或垂直于永磁体6的磁轴延伸,并且就此而言平行于钢片组19的钢片取向。
图4A和图4B示出了模拟的通过定子磁轭9、10的磁通(在所谓的d轴和q轴上)。根据图4B的通过永磁体6产生的磁通从磁性的北极N伸延通过第一钢片组19、气隙并且进入定子磁轭10中,并且从该处通过第二气隙伸延到第二钢片组19中并且回到磁性的南极S中,由此形成封闭的磁回路。钢片组20防止了磁通的短路。特别是根据钢片的数量和厚度得到磁导率μR。在此,根据在气隙中实现最小磁阻的特性,在永磁体6上沿着电枢轴线7的方向产生磁力。由此,永磁体6与电枢3一起沿轴向沿着电枢轴线7垂直于通过永磁体6激励的磁通移动,确切地说推到静止位置中,在该静止位置中,磁通具有最小阻抗。通过定子磁轭10的磁通根据永磁体6相对于定子极13、14的位置变化。这通过传感器装置15来识别。根据磁通的变化,可推出永磁体6以及由此电枢3的位置变化。由此,通过具有传感器线圈16的传感器装置15可准确确定电枢3的位置。优选地,为此不给传感器线圈16通电。由此实现与供电无关地探测电枢的位置确定。
由于永磁体6的磁轴产生仅仅通过定子磁轭10的磁通,其垂直于磁轴的磁导率μR约为1.05,这几乎相当于空气的磁导率(导磁性)。钢片组19具有相应于所选择的钢的导磁率。
可通电的线圈17构造成,通过该线圈产生的磁通产生在电枢轴线7的方向上的力,该力与通过永磁体6产生的和以上描述的力相反。在此,如在图4A中示出的那样,磁力是纵向作用的力,而如在图4B中示出的那样,通过永磁体6的磁力是横向力。
在通过控制单元E使线性电机1运行时,该控制单元评估传感器装置15的测量值并且相应地对线圈17通电,由此通过永磁体将电枢3在第一方向上从定子2中推出,并且通过对线圈17通电将其推入定子中,其中,通过传感器装置15可以简单的方式确定电枢3的当前位置,并且由此可进行精确操控,确切地说可为了线性电机1的震荡运行操控线圈17的通电。在此,线性电机1构造成,通过永磁体限定的永磁体6的磁性中性的静止位置与通过线圈17的通电得到的永磁体6的磁性中性的静止位置不同。如果不对线圈17通电,则永磁体6将电枢3推入其第一磁性中性的静止位置中。那么,通过对线圈17通电使永磁体6向通过通电的线圈17引起的静止位置的方向运动。由此,当对线圈17通电时,总是使电枢向正确的或期望的方向运动。在此,线圈17例如构造成铜绕组,例如具有60圈。
如果电枢3开始震荡,在定子2的方向或在突出部21的方向上进行震荡。如果电枢3由于其加速超过了电枢3的通过可通电的线圈限定的中性静止位置,则力关系如此变化,使得电枢3制动并且朝相反的方向加速。在此,该效应有助于在电枢3到达突出部21之前制动电枢3,从而防止机械的卡住或者电枢与定子2的机械接触。弹簧元件9辅助该震荡运动。
图5示出了线性电机1的第二实施例,其中,从在前的图中已知的元件设有相同的附图标记,从而就此而言参考以上描述。下文主要仅仅阐述区别。
图5的线性电机1的实施例与之前的实施例的不同之处在于:除了线圈17之外,定子2具有第二线圈23,其分配给第一定子磁轭9。就此而言,图5示出了线性电机1的通过定子磁轭9的平面的纵截面,如还在图3A和图4A中示出的那样。两个线圈17、23通过钢片组环24在电枢轴线7的方向上相互分离。在此,钢片组环24形成定子磁轭9的与永磁体6相关联的定子极11、12。根据第二实施例的线性电机1的运行基本上相应于第一实施例的线性电机的运行,其中,两个线圈17和23可彼此独立地通电,以操控电枢3的震荡运动。
原则上,永磁体6优选地为稀土磁体、特别是NdFe35。根据第二实施例,省去了弹簧元件8。在第一实施例中也可省去弹簧元件8。在第二实施例中同样可通过设置弹簧元件8辅助线性电机1的震荡运动。无论如何,形成混合式线性磁阻马达或混合式线性磁阻电机,其一方面通过电激励的磁通并且另一方面通过永磁体激励的磁通运行。
Claims (10)
1.一种线性电机(1),具有固定在罩壳上的定子(2)和能轴向移动的且载有永磁体(6)的电枢(3),其中,所述定子(2)具有第一定子磁轭(9)和第二定子磁轭(10),它们分别形成定子极(11-14),其中,所述定子极(11-14)沿径向且以围绕所述电枢(3)均匀分布的方式布置,并且为所述第一定子磁轭(9)分配至少一个能通电的线圈(17),以用于产生通过所述第一定子磁轭(9)和所述永磁体(6)的第一磁通,并且所述永磁体(6)的磁性的北极(N)分配给所述第二定子磁轭(10)的一定子极(13),而所述永磁体(6)的磁性的南极(S)分配给所述第二定子磁轭(10)的另一定子极(14),以产生通过所述第二定子磁轭(10)的第二磁通。
2.根据权利要求1所述的线性电机,其特征在于,为所述电枢(3)分配至少一个弹簧元件(8),该弹簧元件预紧所述电枢(3),使得所述永磁体(6)位于磁性中性的静止位置之外。
3.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,所述永磁体(6)具有通过所述永磁体(6)确定的第一磁性中性的静止位置和通过通电的线圈(17)确定的第二磁性中性的静止位置,其中,所述第一磁性静止位置和所述第二磁性静止位置彼此沿轴向间隔开。
4.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,为所述永磁体(6)分配至少一个钢片组(19、20),以对磁通进行导向。
5.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,在所述永磁体(6)的北极处且在所述永磁体(6)的南极(S)处分别布置有钢片组(19),该钢片组的钢片垂直于所述第二磁通延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,相应的所述定子磁轭(9、10)分别构造成开口的定子环,其自由的端部分别形成所述定子极(11-14)中的一个定子极。
7.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,为了探测所述第二磁通,为所述第二定子磁轭(10)分配有传感器装置(15),该传感器装置特别是具有传感器线圈(16)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,设置有控制单元(S),该控制单元根据所探测的所述第二磁通给线圈(17)通电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,所述永磁体(6)在相对于所述第一定子磁轭(9)向内指向的端侧具有钢片组(20),该钢片组的钢片垂直于所述第二磁通延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的线性电机,其特征在于,为所述第一定子磁轭(9)分配有能通电的第二线圈(23),其中,所述第一线圈和第二线圈通过钢片组环(24)相互分离,并且所述电枢(3)的永磁体能在所述钢片组环(24)的区域中移动。
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