CN109546838A - 一种直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直线电机，包括相配合的动子和定子，动子包括多个沿其运动方向间隔布设的动子铁芯，定子包括多个沿所述运动方向间隔布设的永磁体；动子铁芯包括相连接的铁芯轭部和铁芯齿部，铁芯齿部设有开口，每个永磁体至少部分位于开口内。本发明在动子铁芯上形成一开口，并将至少部分永磁体置于开口内，使得永磁体位于开口两侧的齿部之间，使得永磁体与两侧的齿部产生的磁吸引力可以相互削弱甚至抵消，提高了电机稳定性；另外，由于永磁体置于开口两侧的齿部之间，即使在永磁体与铁芯齿部偏心装配也能够保证总磁通量不变，可以有效杜绝生产装配不良而导致的电机性能下降的问题。

Description

一种直线电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种直线电机。
背景技术
直线电机具有高精度、高加速度、高响应性、高推力等特点，在工业领域特别是高精度机械加工方向应用广泛。
现有的直线电机包括永磁体和位于永磁体相邻的动子铁芯，由于铁芯与永磁体存在单向的磁吸引力，导致动子在水平运动过程中需要克服5-10倍推力数值的法向吸引力，对直线电机的运行造成一定影响。
为克服此上述的法向吸引力，现有技术一种克服措施是通过控制算法进行反向补偿，以削弱法向吸引力，但该方法会降低电机的性能。现有技术的另一种克服措施是提出一种双边型直线电机，其永磁体和动子铁芯的数量均为现有单边型直线电机的两倍，通过两侧永磁体对动子吸引力相互抵消实现，但该方法会使电机结构在原尺寸基础之上增加一倍，并不利于安装使用。
另外，现有的直线电机对动子铁芯与永磁体之间安装精度要求较高，装配不良将会影响两者间的气隙磁场，进而导致电机性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直线电机，以解决现有直线电机的铁芯与永磁体存在单向的磁吸引力，和装配不良会影响动子铁芯与永磁体之间的气隙磁场的问题。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种直线电机，包括相配合的动子和定子，所述动子包括多个沿其运动方向间隔布设的动子铁芯，所述定子包括多个沿所述运动方向间隔布设的永磁体；所述动子铁芯包括相连接的铁芯轭部和铁芯齿部，所述铁芯齿部设有开口，每个所述永磁体至少部分位于所述开口内。
根据本发明提供的直线电机，对现有的动子铁芯进行改进，在其上形成一开口，并将至少部分永磁体置于开口内，使得永磁体位于开口两侧的齿部之间，使得永磁体与两侧的齿部产生的磁吸引力可以相互削弱甚至抵消，提高了电机稳定性；另外，由于永磁体置于开口两侧的齿部之间，即使在永磁体与铁芯齿部偏心装配也能够保证总磁通量不变，可以有效杜绝生产装配不良而导致的电机性能下降的问题。
根据本发明的一个示例，所述铁芯齿部包括第一齿部和第二齿部；所述第一齿部和第二齿部分别与所述铁芯轭部沿长度方向设置的相对两端相连接，所述第一齿部和第二齿部之间形成所述开口。
根据本发明的一个示例，所述第一齿部和第二齿部关于所述铁芯轭部对称设置。
根据本发明的一个示例，在沿所述铁芯轭部的长度方向上，所述第一齿部的的齿宽与所述第二齿部的齿宽相等。
根据本发明的一个示例，所述永磁体与所述第一齿部之间具有第一距离，所述永磁体与所述第二齿部之间具有第二距离。
根据本发明的一个示例，所述第一距离与所述第二距离相等。
根据本发明的一个示例，所述永磁体与所述铁芯轭部之间具有第三距离，所述第三距离大于等于所述第一距离和所述第二距离之和。
根据本发明的一个示例，还包括铁芯连接部；在沿所述铁芯轭部的长度方向上，所述铁芯齿部具有沿相对两侧，相邻两个所述铁芯齿部的相对两侧分别通过两个所述铁芯连接部相连接。
根据本发明的一个示例，所述铁芯连接部靠近所述永磁体的一侧的侧壁与所述动子铁芯的齿部相持平。
根据本发明的一个示例，在沿所述铁芯轭部的长度方向上，所述铁芯齿部的外侧壁相对于所述铁芯连接部远离所述永磁体一侧的侧壁凸出设置，或者，所述铁芯连接部远离所述永磁体一侧的侧壁相对于所述铁芯齿部的外侧壁凸出设置。
根据本发明的一个示例，每个所述动子铁芯的铁芯轭部上均设有绕组；相邻两绕组之间的间距为s，相邻两个所述永磁体之间的间距为τ，m*s≥n*τ，其中m/m＝0.1-4。
根据本发明的一个示例，相邻两个所述永磁体之间通过磁板相连接。
以上附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例的直线电机的动子和定子的结构示意图(一)；
图2为本发明实施例的直线电机的动子和定子的结构示意图(二)；
图3为本发明实施例的直线电机的动子和定子的剖面示意图；
图4为本发明实施例的直线电机的动子铁芯和永磁体的配合示意图(一)；
图5为本发明实施例的直线电机的动子铁芯和永磁体的配合示意图(二)。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、动子铁芯；2、铁芯轭部；3、铁芯齿部；4、永磁体；5、开口；6、绕组；7、磁板；8、第一齿部；9、第二齿部；10、铁芯连接部。
实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
结合附图1-5所示，本实施例提供了一种直线电机，包括相配合的动子和定子，动子位于定子上方，且两者之间具有一定的安装间隙，动子包括多个沿其运动方向间隔布设的动子铁芯1，定子包括多个沿动子的运动方向间隔布设的永磁体4。
本实施例的动子铁芯1可以由门型硅钢片冲制沿横向叠压而成，动子铁芯1包括相连接的铁芯轭部2和铁芯齿部3，一般两者为一体连接，并且在每个铁芯轭部2上均设有绕组6，绕组6缠绕在铁芯轭部2上，每一块动子铁芯1和绕组6形成一副电枢绕组6。
本实施例的相邻两个永磁体4之间通过磁板7相连接，如图1-3所示，磁板7数量可以一个，永磁体4通过填充料或者胶水等物质固定在磁板7上，沿横向位置交错排列在开口5之间提供闭合的纵向永磁磁场，当然磁板7的数量可以为多个，相邻两个永磁体4之间通过一个磁板7相连接。
需要说明的是，由于除动子和定子之外，本实施例的直线电机其余部件与现有技术相同，因此未在附图中未示出除定子和动子外的其余电机部件。
本实施例的动子铁芯1直线电机的改进之一在于：铁芯齿部3设有开口5(也可以理解为一个间隙)，每个永磁体4至少部分位于开口5内，具体的，本实施例的开口5由具有预设间隔的第一齿部8和第二齿部9形成，第一齿部8和第二齿部9分别与铁芯轭部2沿水平长度方向设置的相对两端相连接，或者可以理解成开口5将铁芯齿部3分隔成两个单独的齿部，即第一齿部8和第二齿部9，永磁体4至少部分置于第一齿部8和第二齿部9之间，使得永磁体4与两个齿部产生的磁吸引力可以相互削弱甚至抵消，提高了电机稳定性。需要说明的是，上述的“水平长度方向”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，不代表本发明的铁芯轭部必须按照该方位设置有水平的长度。
如图5所示，由于本实施例的永磁体4置于第一齿部8和第二齿部9之间，永磁体4与第一齿部8的距离为δ1，永磁体4与第二齿部9的距离δ2，有效气隙δ＝δ1+δ2，而电机产生的总磁通量可知无论永磁体4位于第一齿部8和第二齿部9之间的哪个位置，均能够保证总磁通量不变，因此可以有效杜绝生产装配不良而导致的电机性能下降的问题。
如图4所示，优选的，本实施例的第一齿部8和第二齿部9关于铁芯轭部2的中心对称设置，并且在沿铁芯轭部2的长度方向上，第一齿部8的的齿宽与第二齿部9的齿宽相等，并且永磁体4与第一齿部8的距离δ1等于永磁体4与第二齿部9之间的距离δ2。
该结构的永磁体4对第一齿部8法向吸引力为F1,对第二齿部9法向吸引力为F2，由于第一齿部8和第二齿部9和第二齿部9齿宽相等，且δ1，＝δ2，因此永磁体4对左右两侧的第一齿部8和第二齿部9产生的磁吸引力大小相等(F1＝F2)，方向相反，铁芯所承受永磁体4的法向磁吸引力相互抵消。
在上述结构的基础上，本实施例的永磁体4与铁芯轭部2之间的距离为δ3，为保证永磁体4在铁芯侧产生闭合磁路，单片永磁体4的磁场方向为垂直于横向的纵向磁场，永磁体4产生的磁场从第一齿部8通过铁芯轭部2进入第二齿部9后回到永磁体4的另一侧，本实施例的δ1+δ2≤δ3。
另外，发明人发现现有的相邻两个动子铁芯1的齿部之间没有任何连接关系，相邻两个齿部为断开结构，造成气隙侧磁场不均匀，定位精度低。
因此本实施例的直线电机还具有用于连接相邻两个动子铁芯1的铁芯连接部10，铁芯连接部10为金属板状件，如图1所示，在沿铁芯轭部2的长度方向上，铁芯齿部3具有沿相对两侧，相邻两个铁芯齿部3的相对两侧分别通过两个铁芯连接部10相连接，即，相邻两个铁芯齿部3中的一个铁芯齿部3的一侧通过一个铁芯连接部10与另一个铁芯齿部3的一侧相连接，相邻两个铁芯齿部3中的一个铁芯齿部3的另一侧通过一个铁芯连接部10与另一个铁芯齿部3的另一侧相连接，多个动子铁芯1与其之间的铁芯连接部10形成一个通道式结构，该结构能够改变气隙侧磁场不均匀的问题，提高定位精度。
优选的，本实施例的铁芯连接部10靠近永磁体4的一侧的侧壁(即内侧壁)与动子铁芯1的齿部相持平，保证气隙侧沿横向运动方向的一致性，使得永磁体4与电枢绕组6齿部间的气隙磁共能不会因为横向运动导致磁场变化。具体的，由图4所示，该结构通过在两电枢绕组6齿部之间增加高度与齿部相同的金属连接板形成齿部连接部以后，动子铁芯1与永磁体4之间的气隙导磁曲线Ф基本呈现图示中的马鞍形或矩形，使气隙处磁密在横向运动方向基本保持不变，有效解决了直线电机运动过程中永磁体4与动子铁芯1发生相对位置时气隙处气密发生变化的问题，同时也解决了气隙处磁共能变化的问题，改善了电机在运动过程中的磁阻力和推力波动，达到了降低直线电机推力波动及提高定位精度的效果。
而且本实施例的铁芯齿部3连接部和铁芯齿部3被构造为：在沿铁芯轭部2的长度方向上，铁芯齿部3的外侧壁相对于铁芯连接部10远离永磁体4一侧的侧壁凸出设置，或者铁芯连接部10远离永磁体4一侧的侧壁相对于铁芯齿部3的外侧壁凸出设置。也就是说该齿部连接部的纵向宽度方向可大于或小于门型铁芯齿部3纵向宽度，当多副电枢绕组6沿横向结构组合拼装在一起使用非导磁的环氧树脂或注塑料填充时，每一副电枢绕组6与齿部连接部之间能够形成凸台定位的形式，不仅方便动子部件的工装模具固定，同时还有利于增加电枢绕组6与齿部连接部之间的结构强度。
另外，为保证该结构直线电机在横向方向连续稳定运行，本实施例的直线电机还对相邻两绕组6之间的间距和相邻两个永磁体4之间的间距做出改进，多个动子铁芯1优选为均匀间隔设置，能够使得相邻两绕组6之间的间距和相邻两个永磁体4之间的间距保持恒定，相邻两绕组6之间的间距为s，相邻两个永磁体4之间的间距为τ，m*s≥n*τ，其中m/m＝0.1-4，更具体的m/m＝0.5-3，m为直线电机初级的槽数，n为直线电机次级的极数，其中槽数m与电机的具体结构及相数而定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“水平”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必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，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”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，或成一体等。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。
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 (12)

1.一种直线电机，包括相配合的动子和定子，所述动子包括多个沿其运动方向间隔布设的动子铁芯(1)，所述定子包括多个沿所述运动方向间隔布设的永磁体(4)；其特征在于，所述动子铁芯(1)包括相连接的铁芯轭部和铁芯齿部(3)，所述铁芯齿部(3)设有开口(5)，每个所述永磁体(4)至少部分位于所述开口(5)内。
2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述铁芯齿部(3)包括第一齿部(8)和第二齿部(9)；所述第一齿部(8)和第二齿部(9)分别与所述铁芯轭部沿水平长度方向设置的相对两端相连接，所述第一齿部(8)和第二齿部(9)之间形成所述开口(5)。
3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述第一齿部(8)和第二齿部(9)关于所述铁芯轭部对称设置。
4.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，在沿所述铁芯轭部的水平长度方向上，所述第一齿部(8)的的齿宽与所述第二齿部(9)的齿宽相等。
5.根据权利要求2-4任一项所述直线电机，其特征在于，所述永磁体(4)与所述第一齿部(8)之间具有第一距离，所述永磁体(4)与所述第二齿部(9)之间具有第二距离。
6.根据权利要求5所述直线电机，其特征在于，所述第一距离与所述第二距离相等。
7.根据权利要求5所述直线电机，其特征在于，所述永磁体(4)与所述铁芯轭部之间具有第三距离，所述第三距离大于等于所述第一距离和所述第二距离之和。
8.根据权利要求1-4任一项所述直线电机，其特征在于，还包括铁芯连接部(10)；在沿所述铁芯轭部的水平长度方向上，所述铁芯齿部(3) 具有沿相对两侧，相邻两个所述铁芯齿部(3)的相对两侧分别通过两个所述铁芯连接部(10)相连接。
9.根据权利要求8所述直线电机，其特征在于，所述铁芯连接部(10)靠近所述永磁体(4)的一侧的侧壁与所述动子铁芯(1)的齿部相持平。
10.根据权利要求8所述直线电机，其特征在于，在沿所述铁芯轭部的长度方向上，所述铁芯齿部(3)的外侧壁相对于所述铁芯连接部(10)远离所述永磁体(4)一侧的侧壁凸出设置，或者，所述铁芯连接部(10)远离所述永磁体(4)一侧的侧壁相对于所述铁芯齿部(3)的外侧壁凸出设置。
11.根据权利要求1-4任一项所述直线电机，其特征在于，每个所述动子铁芯(1)的铁芯轭部上均设有绕组(6)；相邻两绕组(6)之间的间距为s，相邻两个所述永磁体(4)之间的间距为τ，m*s≥n*τ，其中m/m＝0.1-4。
12.根据权利要求1-4任一项所述直线电机，其特征在于，相邻两个所述永磁体(4)之间通过磁板(7)相连接。
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