CN109921600A

CN109921600A - 直线电机

Info

Publication number: CN109921600A
Application number: CN201910324613.3A
Authority: CN
Inventors: 郑立章; 谢芳; 焦雷; 刘伟健; 郜曦; 肖智勇; 张智超; 赖奕霖; 张海斌; 刘建国
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-06-21

Abstract

本发明提供了一种直线电机。该直线电机包括：铁芯，多个所述铁芯沿所述直线电机的长度方向间隔布置，所述铁芯包括凹槽，所述凹槽的两侧均具有齿部；绕组，多个所述绕组沿所述直线电机的长度方向交错布置在所述凹槽两侧的所述齿部上。本发明的直线电机动子铁芯采用双边门型结构，每相绕组线圈缠绕在铁芯一侧齿部上组合成电枢绕组，三相绕组线圈沿直线电机的长度方向依次交错分布，有利于减小其横向尺寸，从而缩小直线电机体积，提高推力密度。

Description

直线电机

技术领域

本发明涉及驱动装置技术领域，具体而言，涉及一种直线电机。

背景技术

直线电机与旋转电机相比具有推力大、响应速度快、功耗低、结构简单等特点，在高档数控机床，芯片制造等高精度进给系统中应用广泛。

传统单边型直线电机的初级铁芯位于次级永磁体的一侧，存在着5-10倍推力数值的法向吸力，为了克服该法向吸力，研究者提出了双边型直线电机，双边直线电机使电机单边产生的法向吸力相互抵消，但由于增加了初级数量，该电机纵向尺寸与原尺寸相比增大了一倍，同时对两个初级之间的安装精度要求变高。为了解决安装难问题，一些机构还设置双边一体式直线电机，但该双边一体式直线电机三相线圈在同一轴线上，限制了电机在该方向尺寸进一步缩小，同时在纵向尺寸仍较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种直线电机，以解决现有技术中的直线电机的横向尺寸大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种直线电机，包括：铁芯，多个所述铁芯沿所述直线电机的长度方向间隔布置，所述铁芯包括凹槽，所述凹槽的两侧均具有齿部；绕组，多个所述绕组沿所述直线电机的长度方向交错布置在所述凹槽两侧的所述齿部上。

进一步地，相邻两个所述绕组在所述直线电机的宽度方向上具有预定间隙。

进一步地，所述直线电机还包括永磁体，所述永磁体位于所述凹槽内部，所述永磁体包括永磁体N极和永磁体S极，所述永磁体N极和所述永磁体S极沿所述直线电机的长度方向交替间隔布置。

进一步地，所述永磁体的纵剖面呈V形。

进一步地，所述直线电机还包括磁板，所述永磁体通过填料或者胶水固定在所述磁板上。

进一步地，所述永磁体与所述凹槽两侧的所述齿部的间距分别为δ₁和δ₂，其中，δ₁＝δ₂或δ₁≠δ₂。

进一步地，所述凹槽两侧的所述齿部的宽度相等。

进一步地，所述永磁体的顶端与所述凹槽的内壁顶部的间距为δ₃，其中，δ3≥δ₁+δ₂。

进一步地，所述直线电机初级的槽数m，所述直线电机次级的极数n，相邻两个所述铁芯之间的中心间距为s，相邻两个所述永磁体的中心距为τ，其中，m×s≥n×τ。

进一步地，所述直线电机还包括安装板，所述铁芯安装在所述安装板上。

进一步地，所述铁芯和所述安装板两者之一上设置有凹陷部，两者另一上设置有与所述凹陷部相适配的凸块。

进一步地，相邻两个所述绕组的高度差为0。

进一步地，所述绕组的单边厚度占相邻两个所述铁芯之间的间距的比例为0.5～1。

进一步地，邻两个所述绕组的高度差和所述齿部的长度之间的比例为0～0.5。

进一步地，所述凹槽内没有设置凸起或者设置有至少一个凸起。

应用本发明的技术方案，本发明的直线电机动子铁芯采用双边门型(也可以称U型、C型)结构，每相绕组线圈缠绕在铁芯一侧齿部上组合成电枢绕组，三相绕组线圈沿直线电机的长度方向依次交错分布有利于减小其横向尺寸，从而缩小直线电机体积，提高推力密度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的直线电机的立体图；

图2示意性示出了本发明的直线电机的局部结构的立体图；

图3示意性示出了本发明的直线电机铁芯与绕组的长度方向配合图；

图4示意性示出了本发明的铁芯与绕组横向配合图

图5示意性示出了本发明的直线电机的宽度方向右侧结构图；

图6示意性示出了本发明的直线电机的宽度方向左侧结构图；

图7示意性示出了本发明的直线电机生产不当时纵向结构剖面图；

图8示意性示出了本发明的直线电机的剖面结构尺寸图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、铁芯；11、凹槽；12、齿部；13、凹陷部；20、绕组；30、永磁体；40、磁板；50、安装板；60、填料。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

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。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。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授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，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示例可以具有不同的值。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。

参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供了一种直线电机，本实施例中的直线电机包括铁芯10和绕组20，其中，多个铁芯10沿直线电机的长度方向间隔布置，铁芯10上设置有一个凹槽11，凹槽11的两侧具有齿部12；多个绕组20沿直线电机的长度方向交错布置在凹槽11两侧的齿部12上。结合图1至图2、图5和图6所示，本实施例中的交错布置的意思是指第一副电枢绕组的线圈缠绕在铁芯10的右侧齿部12上，第二副电枢绕组的线圈缠绕在相邻铁芯10的左侧齿部12上，依次相邻的第2*i-1副电枢绕组20及第2*i副电枢绕组20(i均为大于0的整数)均采用相同的方式右侧齿部12、左侧齿部12的缠绕线圈的形式排列，该直线电机结构有利于减小其横向尺寸，从而缩小电机体积，提高推力密度。

具体来说，由图5和6图可以看出，当绕组20分别缠绕在铁芯10的右侧齿部12、左侧齿部12上时，其产生的总磁通量与线圈的位置无关，只与气隙δ、线圈匝数N、电流i有关，因此将相邻两相线圈交错分布不会影响电机的有效推力，并且可以有效减小电机横向尺寸，提高电机推力密度。

再次结合图1至图8所示，本实施例中的铁芯10为冲制的门型或U形或C形硅钢片沿横向叠压而成，绕组20交错缠绕在铁芯10的两侧齿部12位置上，相邻两个绕组20在直线电机的宽度方向上具有预定间隙，可以有效增加绕组间的电气间隙，提高绝缘可靠性。

实际组装时，每一块铁芯10和绕组20形成一副电枢绕组，Q副电枢绕组(Q为电机相数的整数倍)按照每副电枢绕组间隔距离s沿横向结构依次排开，直线电机还包括安装板50，铁芯10安装在安装板50上，每一副电枢绕组通过螺钉与安装板50固定在一起，再通过填充料把电枢绕组和安装板50封装一体形成直线电机动子。

实际组装时，铁芯10和安装板50两者之一上设置有凹陷部13，两者另一上设置有与凹陷部13相适配的凸块(图中未示出)，便于将铁芯10与安装板50定位在一起，结构简单，便于组装。

直线电机还包括永磁体30，该永磁体30位于凹槽11内部，永磁体30包括永磁体N极和永磁体S极，永磁体N极和永磁体S极沿直线电机的长度方向交替间隔布置。相邻永磁体30间隔为τ，当给缠绕在铁芯10上的绕组20通入交流电后，铁芯10内部会产生一闭合磁路，其从铁芯10一侧的齿部12通过铁芯轭部进入铁芯10另一侧齿部12，并通过气隙与永磁体的磁路发生交链，从而产生推力，使电机做直线运动。

优选地，本实施例中的永磁体30的纵剖面呈V形。直线电机还包括磁板40，组装时，永磁体30通过填料60或者胶水固定在磁板40上。

由图6可以看出，中间位置的永磁体30对铁芯10左侧齿部12的法向吸引力为F₁，对铁芯10右侧齿部12的法向吸引力为F₂，由于永磁体30正好处于凹槽11中间位置，永磁体30与倒凹槽11两侧的齿部12的间距分别为δ₁和δ₂，凹槽11两侧的齿部12的宽度相等其中，δ₁＝δ₂，故永磁体30对铁芯10左右两侧齿部12的磁吸力大小相等，方向相反，故整个铁芯10所受到的法向磁吸力被削弱。

由图7剖面图可以看出，该门型结构气隙磁场是由永磁体30左右两侧气隙串联提供，有效气隙δ＝δ₁+δ₂，电机产生的总磁通量即使加工和装配过程中出现误差δ₁≠δ₂，但总磁通Φ仍保持不变，推力性能不会降低。而法向吸力F₁和F₂虽然会存在一个增大，一个减小的情况，但两者方向仍相反，可以相互抑制，说明该结构直线电机不仅可以有效杜绝生产装配不良导致的电机性能下降，同时也可以有效抑制法向吸力。

在本发明的一种优选地的实施例中，如图8所示，动子铁芯10采用的门型硅钢片沿横向叠压成单个铁芯，绕组20线圈缠绕在单个铁芯10的齿部12的左侧或右侧共同构成了一副电枢绕组，并且绕组20填满相邻铁芯10之间的间隙。相邻三相电枢绕组即U相、V相、W相的线圈沿横向依次交错缠绕，并且相邻电枢绕组的线圈高度差为0mm，电机结构紧凑，而每相电枢绕组可以由一副电枢绕组组成，或者由两副、多副电枢绕组组成，如果每相电枢绕组采用p副电枢绕组，则改进后电机长度与改进前相比可以减小其中l为单个铁芯叠高，w为线圈单边厚度，如图4所示，因此当每相电枢绕组采用一副、两副或者三副电枢绕组时，电机整个长度分别为75mm、142.5mm、210mm，与改进前电机长度相比分别减小了16.7％、20.8％、22.2％，因此采用交错绕组20可以进一步缩小电机横向尺寸，减小电机体积，提高推力密度。单个铁芯10左右两侧为等宽齿设计，即齿宽a＝b，同时保证铁芯两侧齿部12与永磁体30之间的距离相等，即δ₁＝δ₂，使铁芯10左右两侧齿部12受到永磁体30的磁吸力大小相等，方向相反，相互抑制；每一副电枢绕组单独绕线，通过铁芯10上的凹陷部13与安装板50进行限位，然后通过螺钉将电枢绕组与安装板50进行固定，由于采用了分块铁芯，大大削弱了铁芯绕线和安装难度；电枢绕组安装完成后，使用非导磁的环氧树脂或注塑料将所有电枢绕组注塑在一起，形成电机初级。

本实施例中的V形永磁体30安装于铁芯10两侧齿部12之间，永磁体N极、永磁体S极沿横向交错分布排列，永磁体30的顶端与倒凹槽11的内壁顶部的间距为δ3，由磁路最短原理可知，当δ₃≥δ₁+δ₂，才能保证永磁体在铁芯齿部产生闭合磁路，为保证该结构的直线电机在横向方向连续稳定运行，要求m×s≥n×τ，直线电机初级的槽数m，直线电机次级的极数n，相邻两个铁芯10之间的中心间距为s，相邻两个永磁体30的间距为τ。

在本发明的其他实施例中，绕组20的单边厚度w占相邻两个铁芯10之间的间距的比例为0.5～1。相邻两个绕组20的高度差和齿部12的长度之间的比例为0～0.5。凹槽11内没有设置凸起或者设置有至少一个凸起，凸起设置为一个时，凹槽11的横截面呈E形，没有设置凸起时，铁芯10呈门型或U形或C形，永磁体30不仅可以采用单边，也可采用轭板加两边磁钢的形式，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的直线电机动子铁芯采用双边门型(也可以称U型、C型)结构，每相绕组线圈缠绕在铁芯一侧齿部上组合成电枢绕组，三相绕组线圈沿直线电机的长度方向依次交错分布，相邻绕组间采用宽度方向依次交错的形式分布排列，有利于减小其横向尺寸，从而缩小直线电机体积，提高推力密度。永磁体沿横向位置插入在门型硅钢片缝隙之间提供宽度方向永磁磁场，通过采用V型永磁体可以降低电机的定位力，达到降低电机本身的磁阻力和推力波动，提高直线电机的定位精度。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种直线电机，其特征在于，包括：

铁芯(10)，多个所述铁芯(10)沿所述直线电机的长度方向间隔布置，所述铁芯(10)包括凹槽(11)，所述凹槽(11)的两侧均具有齿部(12)；

绕组(20)，多个所述绕组(20)沿所述直线电机的长度方向交错布置在所述凹槽(11)两侧的所述齿部(12)上。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，相邻两个所述绕组(20)在所述直线电机的宽度方向上具有预定间隙。

3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括永磁体(30)，所述永磁体(30)位于所述凹槽(11)内部，所述永磁体(30)包括永磁体N极和永磁体S极，所述永磁体N极和所述永磁体S极沿所述直线电机的长度方向交替间隔布置。

4.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述永磁体(30)的纵剖面呈V形。

5.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括磁板(40)，所述永磁体(30)通过填料(60)或者胶水固定在所述磁板(40)上。

6.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述永磁体(30)与所述凹槽(11)两侧的所述齿部(12)的间距分别为δ₁和δ₂，其中，δ₁＝δ₂或δ₁≠δ₂。

7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述凹槽(11)两侧的所述齿部(12)的宽度相等。

8.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，所述永磁体(30)的顶端与所述凹槽(11)的内壁顶部的间距为δ₃，其中，δ₃≥δ₁+δ₂。

9.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机初级的槽数m，所述直线电机次级的极数n，相邻两个所述铁芯(10)之间的中心间距为s，相邻两个所述永磁体(30)的中心距为τ，其中，m×s≥n×τ。

10.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括安装板(50)，所述铁芯(10)安装在所述安装板(50)上。

11.根据权利要求10所述的直线电机，其特征在于，所述铁芯(10)和所述安装板(50)两者之一上设置有凹陷部(13)，两者另一上设置有与所述凹陷部(13)相适配的凸块。

12.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，相邻两个所述绕组(20)的高度差为0。

13.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述绕组(20)的单边厚度占相邻两个所述铁芯(10)之间的间距的比例为0.5～1。

14.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，相邻两个所述绕组(20)的高度差和所述齿部(12)的长度之间的比例为0～0.5。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的直线电机，其特征在于，所述凹槽(11)内没有设置凸起或者设置有至少一个凸起。