CN112234797A - 一种直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直线电机，包括具有基座和滑座的滑动机构、间隔设置在所述滑动机构上的初级机构和次级机构；所述次级机构具有沿所述滑座的移动方向设置的长轴和与所述长轴垂直设置的短轴；所述初级机构至少包括沿所述滑座的移动方向布置的第一初级单元和第二初级单元，所述第一初级单元具有第一齿槽，所述第一齿槽的槽口长度延伸方向自所述短轴的延伸方向朝向所述滑座的移动方向倾斜第一角度，所述第二初级单元具有第二齿槽，所述第二齿槽的槽口长度延伸方向自所述短轴的延伸方向背离所述滑座的移动方向倾斜第二角度。本技术方案解决了直线电机因初级机构倾斜而导致电机的动子和定子之间产生弯矩，进而影响电机性能的技术问题。

Description

一种直线电机
【技术领域】
本发明涉及电机的技术领域，尤其涉及一种直线电机。
【背景技术】
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，并且具有高精度、高动态响应和高刚性等优势。此外，由于没有传动的磨损，机械损耗极小，直线电机的维护需求低，寿命长。因此，直线电机的应用也越来越广泛。
永磁同步直线电机多采用高性能稀土磁钢作为次级，带齿槽钢片铁芯作为初级，以提高单位体积电机的出力，即推力密度。正是由于齿槽的存在，造成电机气隙不均匀，引起推力波动，即齿槽力。该齿槽力除影响运动的平滑性及精密运动系统的低速性能外，也容易引发高速运动系统的噪音。
现有的斜槽型直线电机，其初级一般按照一定角度往同一个方向倾斜，初级倾斜后，会在电机动子和定子之间产生弯矩，影响电机性能。
因此，有必要提供一种新型的直线电机来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种直线电机，以解决现有技术中的直线电机因初级倾斜而导致电机的动子和定子之间产生弯矩，进而影响电机性能的技术问题。
为此，本发明实施例中提供了一种直线电机，包括：滑动机构、相对间隔设置在所述滑动机构上的初级机构和次级机构；所述滑动机构包括基座和可移动地设置在所述基座上的滑座，所述初级机构固定连接于所述基座，所述次级机构固定连接于所述滑座；或，所述初级机构固定连接于所述滑座，所述次级机构固定连接于所述基座；
所述次级机构具有沿所述滑座的移动方向设置的长轴和与所述长轴垂直设置的短轴；所述初级机构至少包括沿所述滑座的移动方向布置的第一初级单元和第二初级单元，所述第一初级单元具有第一齿槽，所述第一齿槽的槽口长度延伸方向自所述短轴的延伸方向朝向所述滑座的移动方向倾斜倾斜第一角度，所述第二初级单元具有第二齿槽，所述第二齿槽的槽口的延伸方向自所述短轴的延伸方向背离所述滑座的移动方向倾斜第二角度。
作为一种改进，所述第一角度与所述第二角度相等。
作为一种改进，所述次级机构包括具有所述长轴与所述短轴的磁轭和多个沿所述长轴的延伸方向间隔且平行布置在所述磁轭上的磁钢，所述磁钢的长度延伸方向与所述短轴的延伸方向相同；
所述第一初级单元包括具有所述第一齿槽的第一铁芯和设置在所述第一铁芯上的第一绕组，所述第二初级单元包括具有所述第二齿槽的第二铁芯和设置在所述第二铁芯上的第二绕组。
作为一种改进，所述基座包括底壁、相对且间隔设置在所述底壁上的侧壁，所述滑座与所述侧壁的远离所述底壁的一端活动连接。
作为一种改进，所述铁芯设置在所述滑座上，所述磁轭设置在所述底壁上，所述第一铁芯和所述第二铁芯设置在所述滑座上，且所述第一齿槽的槽口和所述第二齿槽的槽口均朝向所述磁钢。
作为一种改进，所述磁轭设置在所述滑座上，所述第一铁芯和所述第二铁芯设置在所述底壁上；且所述第一齿槽的槽口和所述第二齿槽的槽口均朝向所述磁钢。
作为一种改进，所述第一铁芯与所述第二铁芯间隔设置。
作为一种改进，所述滑动机构还包括设置所述侧壁与所述滑座之间的导轨。
作为一种改进，所述侧壁的远离底壁的一端开设有与所述导轨导接的第一导向槽，所述滑座上开设有与所述导轨导接的第二导向槽。
作为一种改进，所述直线电机还包括设置在所述底壁上的栅尺和相对所述栅尺设置在所述滑座上的栅尺读数头。
本发明的有益效果在于：次级机构具有沿滑座的移动方向设置的长轴和与长轴垂直设置的短轴，初级机构至少包括沿滑座的移动方向布置的第一初级单元和第二初级单元，第一初级单元的第一齿槽的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向朝向滑座的移动方向倾斜第一角度，使得第一初级单元因倾斜的第一齿槽而与次级机构产生第一弯矩；第二初级单元的第二齿槽的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向背离滑座的移动方向倾斜第二角度，使得第二初级单元因倾斜的第二齿槽而与次级机构产生第二弯矩；因此，第一齿槽的槽口长度延伸方向的倾斜方向与第二齿槽的槽口长度延伸方向的倾斜方向相反，就直线电机整体而言，第一弯矩和第二弯矩可以相互抵消。本技术方案一方面通过设置第一齿槽的槽口长度延伸方向倾斜减小了第一初级单元与次级机构之间的推力波动，通过设置第二齿槽的槽口长度延伸方向倾斜减小了第二初级单元与次级机构之间的推力波动，可以提升直线电机的整体推力；另一方面通过设置第一齿槽的槽口长度延伸方向的倾斜方向与第二齿槽的槽口长度延伸方向的倾斜方向相反，解决了直线电机因初级机构倾斜而导致电机的动子和定子之间产生弯矩，进而影响电机性能的技术问题。
【附图说明】
图1为本发明一实施例中直线电机的整体结构示意图；
图2为图1的主视图；
图3为图1的分解结构示意图；
图4为本发明一实施例中直线电机的第一铁芯和第二铁芯的结构示意图；
图5为图1中A－A方向的剖视图；
图6为本发明另一实施例中直线电机的整体结构示意图；
图7为图6的主视图。
图中：10、直线电机；11、初级机构；111、第一初级单元；1111、第一铁芯；1111a、第一齿槽；1112、第一绕组；112、第二初级单元；1121、第二铁芯；1121a、第二齿槽；1121、第二绕组；12、次级机构；121、磁钢；122、磁轭；13、滑动机构；131、基座；1311、底壁；1312、侧壁；1312a、第一导向槽；132、滑座；132a、第二导向槽；133、导轨；141、栅尺；142、栅尺读数头。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过其他多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供了一种直线电机10，参见图1、图2、图6及图7，直线电机10包括滑动机构13、初级机构11和次级机构12；滑动机构13包括基座131和可移动地设置在基座131上的滑座132，初级机构11与次级机构12以预设物理间隙相对设置在滑动机构13上，使得初级机构11和次级机构12相互作用产生的电磁推力可以推动初级机构11或次级机构12作直线运动。如，初级机构11固定于基座131，次级机构12固定于滑座132，次级机构12相对初级机构11滑动；又如，初级机构11固定于滑座132，次级机构12固定于基座131，初级机构11相对次级机构12滑动。
如图3-图5所示，次级机构12具有沿滑座132的移动方向设置的长轴和与长轴垂直设置的短轴；初级机构11至少包括沿滑座132的移动方向布置的第一初级单元111和第二初级单元112，第一初级单元111具有第一齿槽1111a，第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向朝向滑座132的移动方向倾斜第一角度，第二初级单元112具有第二齿槽1121a，第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向背离滑座132的移动方向倾斜第二角度。其中，长轴和短轴的延伸方向请参见图1及图6。
在本发明中，次级机构12具有沿滑座132的移动方向设置的长轴和与长轴垂直设置的短轴，初级机构11至少包括沿滑座132的移动方向布置的第一初级单元111和第二初级单元112，第一初级单元111的第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向朝向滑座132的移动方向倾斜第一角度，使得第一初级单元111因倾斜的第一齿槽1111a而与次级机构12产生第一弯矩；第二初级单元112的第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向背离滑座132的移动方向倾斜第二角度，使得第二初级单元112因倾斜的第二齿槽1121a而与次级机构12产生第二弯矩；因此，第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向的倾斜方向与第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向的倾斜方向相反，就直线电机10整体而言，第一弯矩和第二弯矩可以相互抵消。本技术方案一方面通过设置第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向倾斜减小了第一初级单元111与次级机构12之间的推力波动，通过设置第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向倾斜减小了第二初级单元112与次级机构12之间的推力波动，可以提升直线电机10的整体推力；另一方面通过设置第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向的倾斜方向与第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向的倾斜方向相反，解决了直线电机10因初级机构11倾斜而导致电机的动子和定子之间产生弯矩，进而影响电机性能的技术问题。
需要说明的是，初级机构11至少包括从前往后布置的第一初级单元111和第二初级单元112，则，初级机构11还设置为包括从前往后布置的第一初级单元111、第二初级单元112、第三初级单元、第四初级单元等多个初级单元，且任意两个初级单元的齿槽槽口的倾斜方向相反，以达到弯矩抵消的作用。齿槽槽口倾斜，降低了电机运行时的推力波动，两个或两个以上初级单元的位置合理配置以进一步降低直线电机10运行时的推力波动。
以次级机构12固定在基座131，初级机构11固定在滑座132上为例，电磁推力作用在第一初级单元111分解成与滑座132的移动方向相同的第一分力和垂直于第一齿槽1111a的第二分力，第一初级单元111因第二分力产生第一弯矩；电磁推力作用在第二初级单元112上后分解成与滑座132的移动方向相同的第三分力和垂直于第二齿槽1121a的第四分力，第二初级单元112因第四分力产生第二弯矩，第一齿槽1111a和第二齿槽1121a的倾斜方向相反，因此第二分力与第四分力的作用方向相反，因第二分力产生的第一弯矩和因第四分力产生的第二弯矩转动方向相反，从而达到弯矩抵消的效果。
优选地，第一角度与第二角度相等，第一齿槽1111a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方向朝向滑座132的移动方向倾斜的第一角度和第二齿槽1121a的槽口长度延伸方向自短轴的延伸方背离滑座132的移动方向倾斜的第二角度相等，如图4所示，第一角度为∠a，第二角度为∠b，∠a和∠b的大小相等，因而第一初级单元111受到的第一弯矩大小与第二初级单元112受到的第二弯矩大小相同，方向相反，使得第一弯矩和第二弯矩可以几乎完全抵消。
其中，次级机构12包括具有长轴与短轴的磁轭122和多个沿长轴的延伸方向间隔且平行布置在磁轭122上的磁钢121，磁钢121的长度延伸方向与短轴的延伸方向相同；第一初级单元111包括具有第一齿槽1111a的第一铁芯1111和设置在第一铁芯1111上的第一绕组1112，第二初级单元112包括具有第二齿槽1121a的第二铁芯1121和设置在第二铁芯1121上中的第二绕组1121。
第一绕组1112和第二绕组1121通入交流电源，第一初级单元111、第二初级单元112与次级机构12之间的气隙产生行波磁场，次级机构12在行波磁场的切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场作用就产生电磁推力。当初级机构11固定，则电磁推力推动次级机构12直线运动；当次级机构12固定，则电磁推力推动初级机构11直线运动。
在一些具体的实施例中，基座131包括底壁1311、相对且间隔设置在底壁1311上的侧壁1312，滑座132与侧壁1312的远离底壁1311的一端活动连接。初级机构11和次级机构12位于基座131和滑座132形成的空间中，并通过设置在滑座132和侧壁1312的相对滑动来实现相对直线运动。
在一种实施例中，滑动机构13还包括设置侧壁1312与滑座132之间的导轨133，以使得滑座132可顺利的相对基座131滑动。
参加图3，侧壁1312的远离底壁1311的一端开设有与导轨133导接的第一导向槽1312a，滑座132上开设有与导轨133导接的第二导向槽132a。
在一些具体的实施例中，导轨133通过第一导向槽1312a与侧壁1312固定连接，则滑座132通过第二导向槽132a相对导轨133滑动；或，导轨133通过第二导向槽132a与滑座132132固定连接，则导轨133通过第一导向槽1312a相对侧壁1312滑动，以带动滑座132直线运动。
在一种实施例中，参见图1及图2，磁轭122设置在底壁1311上，第一铁芯1111和第二铁芯1121设置在滑座132上，且第一齿槽1111a的槽口和第二齿槽1121a的槽口均朝向磁钢121。次级机构12通过磁轭122设置在基座131的底壁1311上，第一初级单元111通过第一铁芯1111设置在滑座132上，第二初级单元112通过第二铁芯1121设置在滑座132上，因此，次级机构12固定，初级机构11在推力作用下随着滑座132相对次级机构12作直线运动。
在一种实施例中，参见图6及图7，磁轭122设置在滑座132上，第一铁芯1111和第二铁芯1121设置在底壁1311上；且第一齿槽1111a的槽口和第二齿槽1121a的槽口均朝向磁钢121。次级机构12通过磁轭122设置在滑座132上，第一初级单元111通过第一铁芯1111设置在基座131的底壁1311上，第二初级单元112通过第二铁芯1121设置在基座131的底壁1311上；因此，初级机构11固定，次级机构12在推力作用下随着滑座132相对初级机构11作直线运动。
请参见图5，优选地，第一铁芯1111和第二铁芯1121间隔设置，即第一初级单元111与第二初级单元112间隔设置，且第一初级单元111与第二初级单元112之间的距离可根据实际需要进行调整。
直线电机10还包括设置在底壁1311上的栅尺141和相对栅尺141设置在滑座132上的栅尺读数头142。栅尺读数头142随着滑座132直线运动时，栅尺读数头142也同步在栅尺141上运动，从而检测出初级机构11与次级机构12之前的相对位移，从而实现对直线电机10直线运动的控制。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种直线电机，包括：滑动机构、相对间隔设置在所述滑动机构上的初级机构和次级机构；所述滑动机构包括基座和可移动地设置在所述基座上的滑座，所述初级机构固定连接于所述基座，所述次级机构固定连接于所述滑座；或，所述初级机构固定连接于所述滑座，所述次级机构固定连接于所述基座；
所述次级机构具有沿所述滑座的移动方向设置的长轴和与所述长轴垂直设置的短轴；所述初级机构至少包括沿所述滑座的移动方向布置的第一初级单元和第二初级单元，所述第一初级单元具有第一齿槽，所述第一齿槽的槽口长度延伸方向自所述短轴的延伸方向朝向所述滑座的移动方向倾斜第一角度，所述第二初级单元具有第二齿槽，所述第二齿槽的槽口长度延伸方向自所述短轴的延伸方向背离所述滑座的移动方向倾斜第二角度。
2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述第一角度与所述第二角度相等。
3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述次级机构包括具有所述长轴与所述短轴的磁轭和多个沿所述长轴的延伸方向间隔且平行布置在所述磁轭上的磁钢，所述磁钢的长度延伸方向与所述短轴的延伸方向相同；
所述第一初级单元包括具有所述第一齿槽的第一铁芯和设置在所述第一铁芯上的第一绕组，所述第二初级单元包括具有所述第二齿槽的第二铁芯和设置在所述第二铁芯上的第二绕组。
4.根据权利要求3所述的直线电机，其特征在于，所述基座包括底壁、相对且间隔设置在所述底壁上的侧壁，所述滑座与所述侧壁的远离所述底壁的一端活动连接。
5.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述磁轭设置在所述底壁上，所述第一铁芯和所述第二铁芯设置在所述滑座上，且所述第一齿槽的槽口和所述第二齿槽的槽口均朝向所述磁钢。
6.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述磁轭设置在所述滑座上，所述第一铁芯和所述第二铁芯设置在所述底壁上；且所述第一齿槽的槽口和所述第二齿槽的槽口均朝向所述磁钢。
7.根据权利要求5或6所述的直线电机，其特征在于，所述第一铁芯与所述第二铁芯间隔设置。
8.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述滑动机构还包括设置所述侧壁与所述滑座之间的导轨。
9.根据权利要求8所述的直线电机，其特征在于，所述侧壁的远离底壁的一端开设有与所述导轨导接的第一导向槽，所述滑座上开设有与所述导轨导接的第二导向槽。
10.根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括设置在所述底壁上的栅尺和相对所述栅尺设置在所述滑座上的栅尺读数头。
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