CN109450216A - 一种具有轻量化动子的直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有轻量化动子的直线电机，包括动子组件和定子组件，动子组件包括一个动子骨架，动子骨架具有两个卡槽，两个卡槽分别固定安装有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体和第二永磁体的充磁方向为竖直方向。动子骨架与第一永磁体和第二永磁体灌封成一体构成扁平型动子组件。在扁平型动子组件的至少一侧设有定子组件，定子组件包括第一铁芯、第二铁芯以及设置在第一铁芯与第二铁芯之间的隔磁桥，第一铁芯和第二铁芯上设有线圈。本发明采用一体轻薄封装的扁平型动子组件，具有轻量化、推力波动小的优点，并且直线电机的输出力和电流基本成正比关系，安装简便且出力大，能够有效驱动柔性机构达到高精度定位或实现高速定位。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体地说是一种具有轻量化动子的直线电机。
背景技术
直线电机通过电磁相互作用，将电能转换为机械能，直接提供直线运动或者推力。直线电机由于其不需要机械传动，因而系统中的非线性误差大量减少，采用直驱方式的直线电机被广泛的应用于高精密定位平台。为了进一步提高精度，传统的滑动式导轨不再适用，在微/纳米定位场合，柔性机构被广泛采用，柔性机构通过受力变形从而达到定位目的。在百微米级行程以下时，可以采用压电陶瓷驱动柔性机构，但由于材料本身限制，压电陶瓷变形范围不可能超过百微米。压电陶瓷可以采用尺蠖结构，提高行程范围，但使用寿命短是最大的限制因素。行程达到毫米级时，可以采用音圈电机或者直线电机，一方面柔性机构的紧凑化设计导致留给电机的空间小，体积小的电机的出力不足，难以驱动柔性机构，另一方面柔性机构的驱动力作用位置以及方向是特定的，导致电机无法安放。
因此，用于驱动柔性机构的致动器需要满足以下要求：1.动子质量小；2.动子与机构的连接简易、方便；3.出力大，体积小；4.出力平稳；5.温升低；但现有的直线电机技术无法满足以上要求。
发明内容
本发明针对上述现有技术现状，而提供一种具有轻量化动子的直线电机，采用一体轻薄封装的扁平型动子组件，具有轻量化、推力波动小的优点，并且直线电机的输出力和电流基本成正比关系，安装简便且出力大，能够有效驱动柔性机构达到高精度定位或实现高速定位。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有轻量化动子的直线电机，包括动子组件和定子组件，动子组件包括一个动子骨架，动子骨架具有两个卡槽，两个卡槽分别固定安装有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体和第二永磁体的充磁方向为竖直方向。动子骨架与第一永磁体和第二永磁体灌封成一体构成扁平型动子组件。在扁平型动子组件的至少一侧设有定子组件，定子组件包括第一铁芯、第二铁芯以及设置在第一铁芯与第二铁芯之间的隔磁桥，第一铁芯和第二铁芯上设有线圈。
上述的第一铁芯和第二铁芯分别具有两个齿部，第一铁芯的两个齿部之间制有第一线圈槽，第二铁芯的两个齿部之间制有第二线圈槽。第一线圈槽和第二线圈槽经隔磁桥隔断，分别具有独立的槽磁路。在第一线圈槽和第二线圈槽内嵌装有数个独立的线圈。
相邻的两个齿部在线圈槽处具有相对的第一凸起和第二凸起，第一凸起的凸出长度大于与第二凸起的凸出长度。第一永磁体和第二永磁体始终处于第一凸起和第二凸起的下方。
上述的线圈采用导电性材料，绕制成型后嵌装在第一铁芯和第二铁芯内，并与第一铁芯和第二铁芯灌封构成一个整体。
上述的动子骨架采用高强度、低电阻率的不导磁材料，第一永磁体和第二永磁体的厚度与动子骨架的厚度一致。动子骨架上设有对外连接的螺纹孔。
上述第一永磁体和第二永磁体的充磁方向相同时，第一线圈槽与第二线圈槽分别嵌装数个独立的线圈。
上述第一永磁体和第二永磁体的充磁方向相反时，第一线圈槽与第二线圈槽共同嵌装数个独立的线圈。
上述扁平型动子组件的上下两侧分别设有一个定子组件，上下两侧的定子组件对称布置。
上述扁平型动子组件的一侧设有一个定子组件，另一侧设有一个平衡扁平型动子组件法向吸力的导向组件。
上述的导向组件为没有线圈的导向铁芯。
与现有技术相比，本发明经过动子骨架加固的永磁体机械强度高，一体封装构成的扁平型动子组件不易振动，并且可以方便的与柔性机构连接，定子组件也可以方便的从侧边进行安装。并且由于扁平型动子组件厚度薄、质量较小，能够提升系统的动态性能。被隔磁桥隔断的第一铁芯和第二铁芯是独立的，各自齿部的形状能够减小电机齿槽力。动子组件和定子组件之间没有机械连接，也没有摩擦力和反向间隙，仅有电磁相互作用。定子铁芯导热性良好可以快速的传导线圈产生的热，从而限制温升。
附图说明
图1为实施例1中直线电机的组装分解示意图。
图2为实施例1中齿部的剖视图。
图3为实施例1中直线电机的整体结构示意图。
图1至图3中的附图标记为：定子组件1、齿部11、第一凸起11a、第二凸起11b、第一铁芯12、第一线圈槽12a、第二铁芯13、第二线圈槽13a、线圈2、隔磁桥3、动子骨架4、第一永磁体51、第二永磁体52、散热片6。
具体实施方式
以下通过具体实施例及附图，对本发明的原理与运行进行详细说明，但本发明的应用领域不限于高精度定位。通过实例1举例说明，本发明应用于高精度定位领域，通过实例2举例说明，本发明应用于高速定位领域。
实施例1：
如图1所示，本实施例的具有轻量化动子的直线电机，包括动子组件和定子组件1。动子组件包括一个动子骨架4，动子骨架4具有两个卡槽，两个卡槽分别固定安装有第一永磁体51和第二永磁体52，第一永磁体51和第二永磁体52的充磁方向为竖直方向。动子骨架4与第一永磁体51和第二永磁体52灌封成一体构成扁平型动子组件。
在扁平型动子组件的至少一侧设有定子组件1，定子组件1包括第一铁芯12、第二铁芯13以及设置在第一铁芯12与第二铁芯13之间的隔磁桥3，第一铁芯12和第二铁芯13上设有线圈2。
第一铁芯12和第二铁芯13分别具有两个齿部11，第一铁芯12的两个齿部11之间制有第一线圈槽12a，第二铁芯13的两个齿部11之间制有第二线圈槽13a。第一线圈槽12a和第二线圈槽13a经隔磁桥3隔断，分别具有独立的槽磁路。在第一线圈槽12a和第二线圈槽13a内嵌装有数个独立的线圈2。
线圈2采用导电性材料，绕制成型后嵌装在第一铁芯12和第二铁芯13内，并与第一铁芯12和第二铁芯13灌封构成一个整体。
动子骨架4采用高强度、低电阻率的不导磁材料，第一永磁体51和第二永磁体52的厚度与动子骨架4的厚度一致。动子骨架4上设有对外连接的螺纹孔。
动子骨架4采用退磁处理的304不锈钢，第一永磁体51和第二永磁体52采用汝铁硼永磁体并卡入其两端的卡槽，整体采用树脂灌封，此时动子成为一块扁平的六面体，整体质量较小。
动子骨架4的底部提供对外的连接，动子骨架4可以通过胶水或螺钉刚性连接到柔性机构，柔性机构是一种导向机构，常用于高精度定位，在其运动方向有力的输入时，柔性机构通过弹性变形而达到定位目的，此时动子骨架4在柔性机构的导向功能下，仅能沿一条水平轴运动。
如图2所示第一铁芯12和第二铁芯13的齿部11底端采用多边形，且齿部11关于线圈槽是不对称的。相邻的两个齿部11在线圈槽处具有相对的第一凸起11a和第二凸起11b，第一凸起11a的凸出长度大于与第二凸起11b的凸出长度。第一永磁体51和第二永磁体52始终处于第一凸起11a和第二凸起11b的下方。
动子运动时，永磁体5的两端始终在多边形的底部下。齿部11的形状使得，不通电时，永磁体5左右移动时，受到更小的齿槽力。同时，隔磁桥3可以加宽或变窄，使第一线圈槽12a和第二线圈槽13a的间距可调整，且被隔断的第一线圈槽12a和第二线圈槽13a的齿槽力能够相互抵消一部分。
当第一永磁体51和第二永磁体52的充磁方向相同时，第一线圈槽12a与第二线圈槽13a分别嵌装数个独立的线圈2。当第一永磁体51和第二永磁体52的充磁方向相反时，第一线圈槽12a与第二线圈槽13a共同嵌装数个独立的线圈2。
本实施例中，扁平型动子组件的上下两侧分别设有一个定子组件1，上下两侧的定子组件1对称布置。本实施例也可以适当变形，只在一侧设置一个定子组件1，使如在扁平型动子组件的一侧设有一个定子组件1，另一侧设有一个平衡扁平型动子组件法向吸力的导向组件。导向组件可以是没有线圈的导向铁芯，用于平衡平型动子组件的法向吸力。
本实施例中，第一铁芯12和第二铁芯13采用Q235钢，拥有良好的导磁性能，隔磁桥3采用铝合金，第一铁芯12和第二铁芯13均被隔磁桥3隔断为左右两部分，漆包线嵌入第一线圈槽12a和第二线圈槽13a中，并灌封为一体。
整个定子组件1固定于机壳，当线圈2通电时，永磁体5与线圈2相互作用，永磁体5受到电磁力，可以在气隙往复运动，如图3的箭头所示，动子可以在气隙中小范围往复运动，带动柔性机构，从而实现定位功能。可选的，在铁芯上增加散热片6，使得直线电机温升下降，提高定位精度。
实施例2：
本实施例中，动子骨架4采用退磁处理的304不锈钢，第一永磁体51和第二永磁体52采用汝铁硼永磁体并卡入其两端的卡槽，整体采用树脂灌封，此时动子成为一块扁平的六面体，整体质量较小。
不同于实例1，动子骨架4安装在摩擦小的直线导轨上，例如交叉滚柱导轨，由于直线导轨对运动的限制，动子骨架4仅能沿直线导轨轴线运动。
第一铁芯12和第二铁芯13采用硅钢片叠压，叠压方向平行水平面，从而减小涡流损耗。第一铁芯12和第二铁芯13拥有良好的导磁性能，定子组件1为两个并关于扁平型动子组件上下对称，隔磁桥3采用退磁处理的304不锈钢，从而减小涡流损耗。第一铁芯12和第二铁芯13被隔磁桥3隔断为左右两部分，分别开有第一线圈槽12a和第二线圈槽13a，第一线圈槽12a和第二线圈槽13a的形状是一样的，线圈2采用漆包线，嵌入第一线圈槽12a和第二线圈槽13a中。
通过调节初始位置，使得第一线圈槽12a和第二线圈槽13a的中心线，与第一永磁体51和第二永磁体52中心线对齐。如图2所示第一铁芯12和第二铁芯13的齿部11，采用多边形，动子运动时，第一永磁体51和第二永磁体52的两端始终在多边形的底部下。
整个定子组件1固定于机壳，当线圈2通电时，永磁体5与线圈2相互作用，第一永磁体51和第二永磁体52受到电磁力，线圈2中通入高频的电流，动子由于质量小，机电时间短，可以高速的在导轨上高速运动，快速实现定位。
可选的，在定子铁芯上增加散热片6，使得直线电机温升下降，提高定位精度。
本发明的具有轻量化动子的直线电机，具有轻量化、推力波动小的优点，且直线电机出力和电流基本成正比关系，安装简便且出力大，能够有效驱动柔性机构达到高精度定位或实现高速定位。
Claims (10)
1.一种具有轻量化动子的直线电机，包括动子组件和定子组件(1)，其特征在于：所述的动子组件包括一个动子骨架(4)，所述的动子骨架(4)具有两个卡槽，两个卡槽分别固定安装有第一永磁体(51)和第二永磁体(52)，所述第一永磁体(51)和第二永磁体(52)的充磁方向为竖直方向；所述的动子骨架(4)与第一永磁体(51)和第二永磁体(52)灌封成一体构成扁平型动子组件；在扁平型动子组件的至少一侧设有所述的定子组件(1)，所述的定子组件(1)包括第一铁芯(12)、第二铁芯(13)以及设置在第一铁芯(12)与第二铁芯(13)之间的隔磁桥(3)，所述的第一铁芯(12)和第二铁芯(13)上设有线圈(2)。
2.根据权利要求1所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述的第一铁芯(12)和第二铁芯(13)分别具有两个齿部(11)，第一铁芯(12)的两个齿部(11)之间制有第一线圈槽(12a)，第二铁芯(13)的两个齿部(11)之间制有第二线圈槽(13a)；所述的第一线圈槽(12a)和第二线圈槽(13a)经隔磁桥(3)隔断，分别具有独立的槽磁路；在第一线圈槽(12a)和第二线圈槽(13a)内嵌装有数个独立的线圈(2)。
3.根据权利要求2所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：相邻的两个齿部(11)在线圈槽处具有相对的第一凸起(11a)和第二凸起(11b)，第一凸起(11a)的凸出长度大于与第二凸起(11b)的凸出长度；第一永磁体(51)和第二永磁体(52)始终处于第一凸起(11a)和第二凸起(11b)的下方。
4.根据权利要求1所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述的线圈(2)采用导电性材料，绕制成型后嵌装在第一铁芯(12)和第二铁芯(13)内，并与第一铁芯(12)和第二铁芯(13)灌封构成一个整体。
5.根据权利要求1所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述的动子骨架(4)采用高强度、低电阻率的不导磁材料，所述的第一永磁体(51)和第二永磁体(52)的厚度与动子骨架(4)的厚度一致；所述动子骨架(4)上设有对外连接的螺纹孔。
6.根据权利要求1所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述第一永磁体(51)和第二永磁体(52)的充磁方向相同时，所述第一线圈槽(12a)与第二线圈槽(13a)分别嵌装数个独立的线圈(2)。
7.根据权利要求1所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述第一永磁体(51)和第二永磁体(52)的充磁方向相反时，所述第一线圈槽(12a)与第二线圈槽(13a)共同嵌装数个独立的线圈(2)。
8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述扁平型动子组件的上下两侧分别设有一个定子组件(1)，上下两侧的定子组件(1)对称布置。
9.根据权利要求1至7任一权利要求所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述扁平型动子组件的一侧设有一个定子组件(1)，另一侧设有一个平衡扁平型动子组件法向吸力的导向组件。
10.根据权利要求9所述的具有轻量化动子的直线电机，其特征在于：所述的导向组件为没有线圈的导向铁芯。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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