CN108539952A - 直线电机以及线性模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直线电机以及线性模组。该直线电机包括定子组件、动子组件以及滑台，所述定子组件被配置用于形成磁场，所述动子组件与所述磁场配合，以进行线性移动，所述滑台与外部载荷连接，所述动子组件包括动子外壳，所述动子外壳和所述滑台是一体成型的。通过这种方式，能有效减小动子组件与滑台的组合件的体积，提高二者的连接强度，提高直线电机的刚度，降低线性模组的整体尺寸。

Description

直线电机以及线性模组

技术领域

本发明涉及电机技术领域，更具体地，涉及一种直线电机以及线性模组。

背景技术

在工业自动化领域，直线驱动方式主要采用旋转电机加丝杆、齿轮、皮带等方式。由于中间传动机构的存在，故上述驱动方式存在反向间隙、摩擦力大、刚性低、驱动精度差、噪音大等问题。

直线电机作为一种零传动的驱动机构，不需要中间传动机构，能够解决上述问题。并且直线电机具有高精度、高动态响应和高刚性等优势。

此外，由于没有传动的磨损，故直线电机的机械损耗极小。直线电机的维护需求低，因而可靠性高，寿命长。

现有的直线电机通常包括定子、动子两个部分。相应的线性模组包括底座、直线电机(定子和动子)、导轨、滑台、光栅或者磁栅，读数头、限位开关等。

然而，直线电机的定子和动子与线性模组的结构件通常是互相独立的，因而造成直线电机和线性模组的体积较大，在产线上需要大的安装空间。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种直线电机以及线性模组的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种直线电机。该直线电机包括定子组件、动子组件以及滑台，所述定子组件被配置用于形成磁场，所述动子组件与所述磁场配合，以进行线性移动，所述滑台与外部载荷连接，所述动子组件包括动子外壳，所述动子外壳和所述滑台是一体成型的。

可选地，所述直线电机为圆筒形直线电机，其中，所述定子组件包括圆管、永磁体和磁轭，所述永磁体和所述磁轭间隔设置在所述圆管内；所述动子组件包括定位管，所述定位管套设在所述圆管外，并且能延所述圆管滑动，所述动子组件的多个线圈并列套设在所述定位管外，所述动子外壳的内部具有沿轴向延伸的通孔，所述多个线圈和所述定位管被固定在所述通孔内。

可选地，在所述通孔的两端设置有密封环，所述密封环的内孔形成台阶结构，所述定位管的端部插入所述台阶结构中，所述密封环与所述通孔形成过盈配合，所述定位管被卡在两个所述密封环之间。

可选地，在所述通孔的孔壁上设置有走线槽，所述走线槽被构造为用于线圈的引线的走线。

可选地，在所述动子外壳的外侧设置有第一沉孔，在所述第一沉孔内设置有贯穿孔，所述贯穿孔被构造为用于线圈的引线的出线，在所述第一沉孔内设置有出线板，所述引线与所述出线板连接。

可选地，在所述第一沉孔的底面设置有用于安装所述出线板的多个螺纹孔，围绕至少一个所述螺纹孔开设有第二沉孔，所述第二沉孔被构造为用于设置动力线的接地端子。

可选地，所述滑台的横截面呈U形结构。

根据本发明的另一个方面，提供了一种线性模组。该模组包括底座、导轨、滑块、支撑结构以及本发明提供的所述直线电机；所述导轨和所述支撑结构被固定在所述底座上，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述动子外壳被固定在所述滑块上，所述定子组件被固定在所述支撑结构上。

可选地，还包括限位开关、开关支架以及垫块，所述限位开关被设置在所述开关支架上，所述开关支架通过的垫块悬空并固定在所述底座上，悬空的区域用于限位开关的线材的走线。

可选地，所述支撑结构包括相对设置的两个支撑台，两个所述支撑台分别设置在所述定子组件的两端，在两个所述支撑台的靠近彼此的一侧设置有缓冲元件，所述缓冲元件被构造为用于缓冲所述动子组件的撞击。

根据本公开的一个实施例，滑台与动子外壳是一体成型的。通过这种方式，能有效减小动子组件与滑台的组合件的体积，提高二者的连接强度，提高直线电机的刚度。

此外，一体成型的方式优化了动子外壳和滑台的设计，二者可以共用结构件，例如，同一个壁部既可以作为滑台的结构件又可以作为动子外壳的结构件，这使得一体结构的体积能够做的更小，直线电机的结构更加紧凑。

此外，一体成型的方式节约了材料用量和装配工序。

此外，在该例子中，动子外壳和滑台之间的热传导更迅速，这使得动子组件内的线圈散热更迅速，有效降低了直线电机的整体升温。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明的一个实施例的直线电机的结构示意图。

图2是根据本发明的一个实施例的线性模组的结构示意图。

图3是根据本发明的一个实施例的线性模组的分解图。

图4是根据本发明的一个实施例的动子组件的剖视图。

图5是根据本发明的一个实施例的动子组件的主视图。

图6是根据本发明的一个实施例的动子组件的侧视图。

附图标记说明：

1：导轨；2：定子组件；3：垫块；4：动子组件；5：磁栅尺或者光栅尺；6：底座；7：读数头；8：开关支架；9：光电开关；10：第一支撑台；11：滑块；12；第二支撑台；14：模组端盖；15：防撞胶块；16：转接板；17：侧防护板；18：顶部防护板；19：遮光板；20：固定支架；21：安装支架；22：拖链；401：密封环；402：动子外壳；403：线圈；404：定位管；405：环氧树脂；406：走线槽；407：方形沉孔；408；弧形沉孔；409：工艺孔；410：螺纹孔；411：滑台；412：贯穿孔；413：出线板。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本发明的一个实施例，提供了一种直线电机。该直线电机包括定子组件2、动子组件4以及滑台411。可选地，直线电机为圆筒形直线电机、U形槽式直线电机或者平板式直线电机。本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

定子组件2被配置用于形成磁场。定子组件2包括永磁体、磁轭以及用于支撑永磁体和磁轭的第一固定结构(例如，圆管)。例如，永磁体和磁轭间隔设置。永磁体的充磁方向与动子组件4的运动方向平行。相邻的永磁体之间的磁极相反。磁轭能够导磁，并且聚拢磁场。定子组件2形成的磁场的方向垂直于运动方向。

动子组件4与磁场配合，以进行线性移动。动子组件4包括线圈403和用于固定线圈403的动子外壳402。例如，线圈403为多个，并且多个线圈403并列设置在动子外壳402中。多个线圈403之间可以并联或者串联。在通电时，线圈403在磁场中切割磁感线。线圈403受到磁场力的作用，进而带动动子外壳402发生线性移动。

滑台411与外部载荷连接。例如，滑台411通过螺栓连接、铆接等方式与外部载荷连接。在该例子中，动子外壳402和滑台411是一体成型的。二者形成一体结构。例如，动子外壳402和滑台411的材质为金属，可以采用浇铸、冲压等方式一体成型。动子外壳402和滑台411为非金属材料，可以采用注塑的方式一体成型。

在本发明实施例中，滑台411与动子外壳402是一体成型的。通过这种方式，能有效减小动子组件4与滑台411的组合件的体积，提高二者的连接强度，提高直线电机的刚度。

此外，一体成型的方式优化了动子外壳402和滑台411的设计，二者可以共用结构件，例如，同一个壁部既可以作为滑台411的结构件又可以作为动子外壳402的结构件，这使得一体结构的体积能够做的更小，直线电机的结构更加紧凑。

此外，一体成型的方式节约了材料用量和装配工序。

此外，在该例子中，动子外壳402和滑台411之间的热传导更迅速，这使得动子组件4内的线圈403散热更迅速，有效降低了直线电机的整体升温。

在一个例子中，如图1所示。直线电机为圆筒形直线电机。其中，定子组件2包括圆管、永磁体和磁轭。永磁体和磁轭间隔设置在圆管内。圆管由非导磁材料制作而成。例如，铝、不锈钢或者非金属材料。优选地，圆管由SS304不锈钢制作而成。可选地，永磁体为圆柱形或者圆环形。永磁体为铁氧体磁铁、钕铁硼磁铁等。

永磁体的充磁方向平行于圆管的轴向，如图1中A所示。动子组件4的运动方向平行于轴向。定子组件2的磁场方向平行于圆管的径向，如图1中B所示。本领域技术人员可以根据实际需要设置永磁体和磁轭的大小、数量等。

如图4所示，动子组件4包括定位管404。定位管404用于承载线圈403。例如，定位管404为圆形管。定位管404套设在圆管外，并且能沿圆管轴向运动。可选地，定位管404可以是沿圆管接触滑动或者非接触滑动。例如，定位管404由耐高温的非金属材料制作而成，例如，陶瓷。动子组件4的多个线圈403并列套设在定位管404外。例如，动子外壳402呈长方体结构。与动子外壳402一体成型的滑台411位于动子外壳402的平行于轴向的一个面上。优选地，滑台411呈U形结构。U形结构的两个凸台用于连接外部负载。这种结构便于外部负载的安装。

动子外壳402的内部具有沿轴向延伸的通孔。定位管404和多个线圈403被固定在通孔内。通过设置线圈403的绕组以及电流方向，使得多个线圈403受到的驱动力的方向相同。为了更好的绝缘，相邻的线圈403之间设置有绝缘纸。为了防止线圈403在运动时随意移动，通过环氧树脂405将线圈403固定在动子外壳402的通孔中。

圆筒形直线电机的结构简单、紧凑。

在一个例子中，在通孔的两端设置有密封环401。密封环401的内孔形成台阶结构。定位管404的端部插入台阶结构中。密封环401与通孔形成过盈配合。定位管404被卡在两个密封环401之间。密封环401能有效防止外部灰尘、水进入通孔中。

此外，密封环401使得线圈403和定位管404在通孔中的位置更加固定。

例如，如图4所示，台阶结构使得密封环401的内孔靠近定位管404一侧的内径d1大于远离定位管404一侧d2。定位管404的外径计为D3，d2＜D3＜d1。定位管404的内径计为d3，d3＜d2。这使得定位管404能顺利插入台阶结构中。在该例子中，密封环401通过过盈配合被固定在通孔的两端。

在其他示例中，密封环401具有外螺纹，通孔具有与外螺纹相匹配的内螺纹。密封环401旋紧在通孔中。

在一个例子中，如图5所示，在通孔的孔壁上设置有走线槽406。走线槽406为开设在孔壁上的凹槽。走线槽406被构造为用于线圈403的引线的走线。例如，走线槽406沿轴向或者基本沿轴向延伸。走线槽406为引线的布线提供了作业空间。

在一个例子中，如图6所示，在动子外壳402的外侧设置有第一沉孔。例如，第一沉孔为方形沉孔407。在第一沉孔内设置有贯穿孔412。贯穿孔412与通孔连通。贯穿孔412被构造为用于线圈403的引线的出线。在第一沉孔(例如，方形沉孔407)内设置有出线板413。引线与出线板413连接。出线板413与动力线连接。通过这种方式，引线的出线变得容易。例如，出线板413通过螺栓被固定在方形沉孔407中。优选地，在方形沉孔407的与出线板413之间涂覆密封胶，以使二者密封紧密。

优选地，在第一沉孔的底面设置有用于安装出线板413的多个螺纹孔。围绕至少一个螺纹孔开设有第二沉孔。第二沉孔被构造为用于设置动力线的接地端子。例如，第二沉孔为弧形沉孔408。弧形沉孔408的形状为弧形。动力线的接地端子通过螺栓被固定在弧形沉孔408中。接地端子与动子外壳402导通，以使直线电机的外壳接地。

在一个例子中，如图5所示，在一体结构的端面设置有工艺孔409和用于固定线缆的螺纹孔410等。例如，工艺孔409用于固定灌装环氧树脂405的灌装工装。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种线性模组。如图2-3所示，该线性模组包括底座6、导轨1、滑块11、支撑结构以及本发明提供的直线电机。例如，底座6呈板状结构。导轨1和支撑结构被固定在底座6上。支撑结构用于支撑定子组件2。滑块11与导轨1滑动连接。动子外壳402被固定在滑块11上。定子组件2被固定在支撑结构上。

该线性模组的结构简单，整体尺寸小，散热效果良好。

在该例子中，如图3所示，线性模组包括转接板6。例如，转接板6呈U形结构。动子外壳402嵌入转接板6中。转接板6的两边与滑台411的底部连接。转接板6的底部固定在滑块11上。通过设置滑块11和导轨1，能够提高线性模组的承载能力。

在底座6上还设置有磁栅尺或者光栅尺5。在转接板6上设置有读数头7。读数头7用来读取磁栅尺或者光栅尺5的刻度，进而标识动子组件4的移动位置。

在一个例子中，如图2-3所示，线性模组还包括限位开关、开关支架8以及垫块3。限位开关被设置在开关支架8上。限位开关用于防止动子组件4的运动超出设定的范围。例如，限位开关为光电开关9。在转接板6上设置有遮光板19。在动子组件4运动到达设定位置时，遮光板19挡住光电开关9的感测器，从而触发光电开关9。光电开关9切断线圈403的供电，以使动子组件4停止移动。

在该例子中，开关支架8通过的垫块3悬空并固定在底座6上。悬空的区域用于限位开关的线材的走线。垫块3的材质可以是橡胶、塑料、金属或者陶瓷等。垫块3的设置可以有效减小线性模组的宽度，提高线性模组的空间利用率。

在一个例子中，如图3所示，支撑结构包括相对设置的两个支撑台。两个支撑台分别设置在定子组件2的两端。例如，第一支撑台10和第二支撑台12。每个支撑台包括上板和下板。圆管的一端被夹在上板和下板之间。在两个支撑台10、12的靠近彼此的一侧设置有缓冲元件。缓冲元件被构造为用于缓冲动子组件4的撞击。

可选地，缓冲元件的材质为橡胶、硅胶、塑料等。例如，缓冲元件为防撞胶块15。防撞胶块15被固定在两个支撑台10、12的下板上。防撞胶块15能有效地缓冲动子组件4的撞击，从而保护支撑台。缓冲元件提高了线性模组的安全性能。

在一个例子中，在两个支撑台的远离彼此的一侧设置有模组端盖14。模组端盖14能保护定子组件2受到外部物体的撞击。

此外，模组端盖14能够防止在定子组件2意外松动后出现飞车事故。

在一个例子中，线性模组还包括侧防护板17、顶部防护板18和安装支架21。侧防护板17和安装支架21分别位于直线电机的沿轴向的两侧。顶部防护板18位于直线电机的顶部。例如，顶部防护板18位于U形的滑台411的两个凸台之间。凸台凸出于顶部防护板18，以便于与外部负载连接。第一支撑台10、第二支撑台12、侧防护板17、顶部防护板18、拖链22安装板和底座6一起围成容纳空间。动子组件4位于容纳空间内。

在一个例子中，安装支架21包括立板和横板。立板和横板连接，以形成L形结构。立板被固定在第一支撑台10和第二支撑台12的侧部。横板用于承托拖链22。在滑台411的一个凸台的侧部设置有固定支架20。拖链22的引入端被固定在固定支架20上。拖链22的引出端被固定在横板上。动力线布置在拖链22上，这样能够降低线性模组运动时的噪音。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种直线电机，其特征在于，包括定子组件、动子组件以及滑台，所述定子组件被配置用于形成磁场，所述动子组件与所述磁场配合，以进行线性移动，所述滑台与外部载荷连接，所述动子组件包括动子外壳，所述动子外壳和所述滑台是一体成型的。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机为圆筒形直线电机，其中，所述定子组件包括圆管、永磁体和磁轭，所述永磁体和所述磁轭间隔设置在所述圆管内；所述动子组件包括定位管，所述定位管套设在所述圆管外，并且能沿所述圆管轴向运动，所述动子组件的多个线圈并列套设在所述定位管外，所述动子外壳的内部具有沿轴向延伸的通孔，所述多个线圈和所述定位管被固定在所述通孔内。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，在所述通孔的两端设置有密封环，所述密封环的内孔形成台阶结构，所述定位管的端部插入所述台阶结构中，所述密封环与所述通孔形成过盈配合，所述定位管被卡在两个所述密封环之间。

4.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，在所述通孔的孔壁上设置有走线槽，所述走线槽被构造为用于线圈的引线的走线。

5.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，在所述动子外壳的外侧设置有第一沉孔，在所述第一沉孔内设置有贯穿孔，所述贯穿孔被构造为用于线圈的引线的出线，在所述第一沉孔内设置有出线板，所述引线与所述出线板连接。

6.根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于，在所述第一沉孔的底面设置有用于安装所述出线板的多个螺纹孔，围绕至少一个所述螺纹孔开设有第二沉孔，所述第二沉孔被构造为用于设置动力线的接地端子。

7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述滑台的横截面呈U形结构。

8.一种线性模组，其特征在于，包括底座、导轨、滑块、支撑结构以及如权利要求1-7中的任意一项所述的直线电机；所述导轨和所述支撑结构被固定在所述底座上，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述动子外壳被固定在所述滑块上，所述定子组件被固定在所述支撑结构上。

9.根据权利要求8所述的线性模组，其特征在于，还包括限位开关、开关支架以及垫块，所述限位开关被设置在所述开关支架上，所述开关支架通过的垫块悬空并固定在所述底座上，悬空的区域用于限位开关的线材的走线。

10.根据权利要求8所述的线性模组，其特征在于，所述支撑结构包括相对设置的两个支撑台，两个所述支撑台分别设置在所述定子组件的两端，在两个所述支撑台的靠近彼此的一侧设置有缓冲元件，所述缓冲元件被构造为用于缓冲所述动子组件的撞击。