CN1356760A - 线性电动机 - Google Patents

Abstract

一种多相线圈组件,包括:具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分的第一线圈;具有在第一平面内的第二顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分的第二线圈,并且第二线圈左臂邻近第一线圈右臂布置;以及具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括第一线圈右臂和第二线圈左臂的第三线圈中心部分的第三线圈,其中第三顶臂与第一、第二顶臂配合,第三底臂与第一、第二底臂配合;布置第一、第二、第三线圈与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的中心部分一起移动,每个顶臂和底臂配合时具有两倍于上述厚度的恒定厚度。

Description

线性电动机

技术领域

本发明涉及线性电动机。

背景技术

线性电动机具有许多优点，例如很高的加速度(高达10倍于重力加速度，即10g)和亚微米定位精度，线性电动机可以理想用于新型设备或设备升级。其它优点包括仅具有一个运动件，这使得其结构简单和可靠，没有后座力和具有高稳定性。非接触工作也降低了磨损，延长了寿命和减少了维修。线性电动机可以用于多种应用。例如，可用于半导体制造设备，工厂自动化设备，微型平版印刷装置以及其它用于精确控制设备和仪器位置的精确运动装置。

传统同步线性电动机包括一个与线圈阵列进行电磁相互作用的磁体阵列。与磁体阵列配合而在线圈阵列上产生电磁力(称为洛仑兹力)，并且在线圈阵列上的电磁力使得线圈阵列相对于磁体阵列被驱动，或者与之相反。这样，线性电动机可以包括一个静止磁体阵列(这里线圈阵列被驱动)或一个静止线圈阵列(这里磁体阵列被驱动)。线圈阵列通常机械固定到一个可以与一套轨道滑动配合的平动支架(或承重架)上。

典型地，传统移动线圈型线性电动机在可移动线圈组件两侧具有永磁体。该磁体固定到两个轨道的内表面上，以便彼此相对。磁体彼此相邻安装，每个后续磁体的磁极方向与前一个相反。

线圈组件由灌封固定在环氧树脂板中的几个线圈构成。每个线圈包括缠绕到一般为矩形的框架上的电线，在框架中心有开口。电线在垂直于永磁体产生磁场的磁通量方向上缠绕。一系列线圈彼此邻接布置在两个相对的永磁体阵列之间。缠绕在线圈上的电线切割在两个相对的永磁系统之间的磁力线，接通到电线的电流产生移动线圈的洛仑兹力。

为了增加电动机的功率，线圈框架的面积需要增加，以便更多的磁通量可以通过线圈。为增加供磁通量通过的框架面积，可以“层叠”线圈，以利用线圈中心部分的非活动空间。在这种布置中，线圈框架的一侧可以布置在另一个线圈框架的开口中。图1表示这样的一种布置形式。如图所示，五个矩形线圈22、24、26、28、30彼此层叠布置。线圈22具有两个横向侧臂22a和22b，两个纵向侧臂22c和22d，以及一个开口22o。类似，线圈24具有两个横向侧臂24a和24b，两个纵向侧臂24c和24d。侧臂24c布置在线圈22的开口22o中，以俘获穿过开口22o的磁通量。

对于三相电动机，通常三个线圈依次彼此串联布置。三相电源具有三根“火”线，彼此具有120度的相位差。三相电源成本低，高效并可以提供大启动力矩。对于每一相，使用一个线圈。对于三相电动机，三个线圈作为一组使用并可以层叠起来。图2表示三相电源的层叠线圈的侧视图。可以发现，由于在一定位置层叠三个线圈，线圈22和24组件的厚度或高度是每个单独线圈厚度的三倍。厚度变化，一个厚度系列是1d，2d，3d，2d，1d，这里d是一个线圈的厚度。生产时不希望出现3d厚度，因为3d太厚以至于线圈需要在某个位置强烈弯曲，并且这些力会破坏和/或者降低线圈的结构完整性。并且，不希望出现厚度变化(1d，2d，3d，2d，1d厚度系列)。

Frandsen的美国专利US 4,314,295公开了一种扁平线圈致动器阵列，其中每个致动器包括在平面基板上至少一侧的一定量的扁平线圈匝数，该基板沿着由一对相对的导轨构成的通道布置在相反极性的磁体之间，这些线圈以彼此‘重叠’方式并相对于各个磁极件布置。从而当选择的线圈匝数接通电源时，基板以可控制方式移动和定位。

Imahashi的美国专利4390827公开了一种使用直流电(DC)的两相直线电机，其中沿着直线等间隔形成交替反转磁通方向的磁场。在Imahashi的专利中，一组双线圈布置在该磁场中，并且以这种方式定位：使得当一个线圈穿过磁力线最大程度时，另一个线圈交截的磁力线达到最小程度。布置了大量永磁体对，这些永磁体对产生的磁场方向交替反向。两个线圈按照彼此相隔一半间距交错布置。线圈在磁场内的部分被缠绕为扁平形状，线圈的绕线宽度和该线圈内部空间的宽度彼此基本相等。在一对线圈中，线圈以这种方式布置，使得一个的线圈的一个侧臂安装在另一个线圈的内部空间中。在该线圈对的另一个实例中，两个线圈侧臂靠着侧臂并排布置并彼此固定起来。

Itagaki等的美国专利4758750公开了一种线圈移动型线性电动机，其中多相移动线圈包括多个线圈单元，它们中的每个线圈宽度不大于构成由多个线圈相分割的静止部分的永磁体的纵向长度。连续布置在同一平面内的线圈单元，其中心部分不重叠。尽管是多个线圈的多个相位，移动线圈单元的中心部分具有单相线圈的厚度。在Itagaki等的专利中，移动线圈包括三个线圈单元，它们在平行于页面的平面内永磁体宽度1/3的宽度内缠绕而成。线圈单元组离开单个线圈单元，这样线圈单元组的中心部分彼此不重叠，移动线圈中心部分的厚度等于单相线圈的厚度。不与磁体成相反关系的线圈上端和下端具有围绕它们的足够大的空间，它们可以形成各种形状。所述的上端和下端可以分别具有等于单相线圈的厚度、两相线圈的厚度和三相线圈的厚度。由于层叠，移动线圈的中心部分可以具有在线圈厚度1倍到3倍之间的厚度。

Beakley等的美国专利4839543公开了一种移动线圈型线性电动机，它具有中心交替排列的、具有多相的永磁体列，以及具有位于磁体列两侧的多极线圈组件。磁路连接材料基本是与永磁体在同一高度并位于线圈组件外部。线圈组件包括一系列以多相连接、属于多极关系的单个线圈。在不是线圈组件末端的某位置，一相的单独线圈彼此相邻并相互连接，结果电流在单一方向通过它们。单个线圈的总宽度等于从磁体上一点到邻近磁体上相同点的距离，单个线圈的厚度是总厚度被相位数目的两倍除的结果。

为进一步增加电动机的功率，可以层叠两个电动机子单元。图3表示一个具有安装在第二电动机子单元70上的第一电动机子单元60的这种电动机50。电动机子单元包括具有顶部61a和底部61b的轭铁61。在顶部61a和底部61b中每个上安装着永磁体阵列63a或63b，其中磁条的磁极端部布置为交替分布的N极/S极构造。细长线圈65布置在磁体阵列63a和63b之间。类似，第二电动机子单元70包括具有顶部71a和底部71b的轭铁71。在顶部71a和底部71b中每个上安装着永磁体阵列73a或73b，其中磁条的磁极端部布置为交替分布的N极/S极构造。细长线圈75布置在磁体阵列73a和73b之间。当电流接通到线圈65和75上时，产生洛仑兹力并驱动固定到两个线圈65和75上的移动支架。如图3所示，对应电动机子单元60和70中的每个单元，磁力线67和77分别具有单独的磁通回路。尽管磁力线67和77在同一方向上流动(在图3中相加)，但是它们也可以在相反方向流动(或相减)。并且，由于层叠，距离69(等于部分61b和71a的厚度)分离开磁体阵列63b和73a。由于(i)电动机60和70的电机壳体的存在增加了距离69；以及(ii)单独的磁通回路，结果磁路延长。

发明内容

在一方面，一个多相线圈组件包括：第一线圈，它具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分；一个具有在第一平面内的第二顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分的第二线圈，并且第二线圈左臂邻近第一线圈右臂布置；以及一个具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括第一线圈右臂和第二线圈左臂的第三线圈中心部分的第三线圈，其中第三顶臂与第一、第二顶臂配合，第三底臂与第一、第二底臂配合；布置第一、第二、第三线圈与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的中心部分一起移动，每个顶臂和底臂配合时具有两倍于上述厚度的恒定厚度。

上述方面的修正可以包括下述方面的一项或多项。每个线圈为‘鸥翅’形状。并且每个线圈可以两次弯折。线圈可以具有45度的弯曲处，连接每个左臂和右臂到每个顶臂和底臂。第一平面和第二平面的间隔相当于线圈厚度的一半。可以在磁场的纵向布置线圈在间隙内运动。可以增加附加线圈到线圈组件中，相邻线圈具有与之相同的厚度。这样，可以增加一个具有在第一平面内的第四顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第四线圈中心部分的第四线圈。可以增加一个具有在第三平面内的第二顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第五线圈中心部分的第五线圈，并且第五线圈左臂邻近第三线圈右臂布置。第一、第二、第三、第四、第五线圈与厚度等于单个线圈厚度的中心部分一起移动，每个顶臂和底臂配合时具有两倍于上述厚度之厚度。可以使用一个轭铁，轭铁具有容纳线圈组件的第一槽口和能容纳第二线圈组件的第二槽口。每个槽口具有两个相对的面，其中每个相对的面还包括取向为一列而构成磁体平面并具有一个纵轴的多个磁体，在磁体平面的表面上以交替变化磁极方向方式取向布置磁体。

在另一方面，线性电动机轭铁组件包括第一线圈组件和第二线圈组件，每个线圈组件由多个线圈组成；以及一个具有两个适合容纳第一线圈组件和第二线圈组件的、基本上细长形的槽口的壳体，其中每个槽口具有两个相对的面，每个相对的面还包括取向为一列并具有一个纵轴的多个磁体，在磁体平面的表面上以交替变化磁极方向方式取向布置磁体。

线性电动机轭铁组件的修正可以包括下述方面的一项或多项。磁力线可以存在于轭铁上，并在单个回路中横截第一和第二槽口上的磁体。每个线圈组件可以包括：一个具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分的第一线圈；一个具有在第一平面内的第二顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分的第二线圈，并且第二线圈左臂邻近第一线圈右臂布置；以及一个具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括第一线圈右臂和第二线圈左臂的第三线圈中心部分的第三线圈，其中第三顶臂与第一、第二顶臂配合，第三底臂与第一、第二底臂配合；布置第一、第二、第三线圈与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的中心部分一起移动，每个顶臂和底臂配合时具有两倍于上述厚度的恒定厚度。这两个槽口可以包括安装在两个槽口表面的八个磁体，其中在单个回路中，磁通回路横截穿过八个磁体。壳体可以是W形。每个线圈组件包括一个厚度等于单个线圈厚度的中心部分，每个线圈组件具有厚度等于上述厚度两倍的顶部和底部。

在又一方面，线性电动机包括第一线圈组件和第二线圈组件，每个线圈组件可以包括：一个具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分的第一线圈；一个具有在第一平面内的第二顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分的第二线圈，并且第二线圈左臂邻近第一线圈右臂布置；以及一个具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括第一线圈右臂和第二线圈左臂的第三线圈中心部分的第三线圈，其中第三顶臂与第一、第二顶臂配合，第三底臂与第一、第二底臂配合；布置第一、第二、第三线圈与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的中心部分一起移动，每个顶臂和底臂配合时具有两倍于上述厚度的恒定厚度；一个具有两个适合容纳第一线圈组件和第二线圈组件的、基本上细长形的槽口的壳体，其中每个细长槽口具有两个相对的面，每个相对的面还包括取向为一列并具有一个纵轴的多个磁体，在磁体平面的表面上以交替变化磁极方向方式取向布置磁体。

本系统的优点可以包括下述方面的一项或多项。层叠线圈组合件在最小化其外形轮廓和尺寸的同时获得了高磁通密度。层叠线圈组合件在中心区域具有单个线圈的厚度，在线圈组合件端部具有两个线圈的厚度。不论层叠的线圈数目如何，在线圈每端的厚度都是线圈厚度的两倍。这比现有工艺的层叠技术好，在现有工艺的层叠技术中，依赖于层叠位置，具有变化的端部厚度(例如1d，2d，3d，2d，1d，其中d是线圈的厚度)。线圈的两次弯折也是有利的，这是由于容许线圈弯曲很小的角度，而不是大角度。这种弯曲降低了线圈上的应力，对整体可靠性有利。

并且，为了获得等同的高磁通密度，不需要昂贵的铁心材料诸如具有高饱和磁化强度和高磁导率的合金钢，就获得了高磁通密度。这样，获得协同支持大功率线性电动机的层叠线圈组合件，并且成本低，外形尺寸小。

本直线压缩机的层叠线圈组合件厚度薄并且紧凑。薄线圈缠绕结构增加了电动机力矩常数和降低了承重架重量。电动机力矩常数增加和承重架重量降低提高了性能和增加了可能的加速度。对三相配电系统，增加线性电动机施加的力在整个电动机工作期间仍然比较稳定。

层叠线圈组合件与集成双电动机子单元一起使用时，协同效应进一步放大。在集成双电动机子单元中，磁力线流动穿过整个轭铁，进入和离开轭铁的上和下边缘，以及穿过整个磁体阵列。这与传统线性电动机相反，传统线性电动机中，作为一个磁力线组，磁力线进入和离开相对的磁体阵列；还作为另一个磁力线组，磁力线进入和离开相对的磁体阵列。这样，为了说明，这里是磁通量流通穿过八个磁体，而不是传统技术那样磁通量流通穿过四个磁体。

轭铁设计容许相对的磁体阵列彼此移动靠近而缩短磁通磁路。电机按照本发明层叠时，由于消除了一个磁通通路，结果磁通通路进一步变短。降低磁路距离增加磁通密度支持大功率线性电动机。由于磁路形状，降低磁路距离也容许使用薄磁体。

集成的双电动机子单元设计提供支持高功率直线电机的高磁通密度。所得直线电机厚度薄并具有紧凑结构。并且，轭铁和线圈组合件提供高磁通密度和产生直线电机大力矩。作为附加的益处，电动机的尺寸容许线性电动机应用在要求尺寸限制的场合。对于要求附加功率的应用，电动机可以放大，层叠多于两个的电机。在这种情况下，所需磁体比上述双电动机子单元磁体可以进一步变薄。电动机也有高效率并且操作成本低，并且很好地响应应用的需要。

从下述的包括附图和权利要求书的说明中，其它优点和特征会显而易见。

附图的简单说明

图1表示现有工艺层叠线圈布置形式。

图2表示图1层叠线圈布置形式的立体视图。

图3表示现有技术中具有两个电动机子单元的层叠电动机。

图4A、4B和4C分别表示线性电动机的立体视图、截面图和某部分的放大视图。

图5表示电动机轭铁的立体视图。

图6示意性表示穿过图5的轭铁的磁力线。

图7和图8分别表示线圈组件的一个实施例的立体视图和截面图。

图9是图7和图8的线圈中电线的截面图。

图10表示简化电动机的截面图。

图11表示图10电动机中的磁通量。

图12表示图10电动机的运动顺序。

图13表示使用第二线圈组件实施例的线性电动机的一个实施例。

图14表示图13线圈组件实施例的截面图。

具体实施方式

现在更详细地参照附图，这里表示线性电动机的结构图。应该理解，通过以一定形式层叠多个线圈的线圈组件，实现了电动机功率提高。其中线圈组件在其与永磁体阵列相互作用的位置，其厚度只是一个线圈的厚度。电动机功率也可以通过在一个整体轭铁内层叠电动机子单元得到提高。从这些结构图的研究中会更容易地理解这些特征。

图4A、4B和4C分别表示线性电动机401的立体视图、截面图和某部分的放大视图。线性电动机401包括作为线性电动机401轨道的两个细长的轴承406A和406B。轴承406A和406B静止布置在细长形基板402上。轴承406A和406B是滑动轴承，容许诸如承重架或支承架等载荷利用线性电动机401移动一定的距离。

致动器组件403布置在基板402上方，并位于轴承406A和406B之间。在图4C、图5和图6中，对致动器组件403进行更详细的说明。顶板405布置在轴承406A、406B和线性致动器403顶部。顶板405具有向下突出的部分或突片，与线性致动器403串联，并固定致动器103到电动机401的支承座上。一个位置编码器404安装在顶板405上，并定位在顶板405和基板402之间。编码器404检测线性电动机401的当前位置。可以使用各种类型的位置传感器，包括光学位置传感器、电阻(电位测定)位置传感器、以及磁性位置传感器(感应式传感器)。在光学传感器中，可移动编码盘利用在其表面蒸发沉积铬的玻璃板制造，或者利用诸如不锈钢、镍、铜或类似的金属板制造；通过蚀刻利用光源的光发射元件(LED)扫描的环状区域某些部分，形成透光部分。在可移动编码盘的任何一侧具有光源和光接受部分。光源和光接受部分分别由特定数目的光发射元件(图中略去)和感光器构成。当透光部分位于感光器前方时，从光源指向可移动编码盘的光透过上述透光部分并进入相应的感光器，而且由感光器输出代表接受到光的信号。电位测量传感器本质上是一个具有滑动触头的分压器，所述滑动触头与同电压源连接的碳膜带或其它电阻元件接合。传感器的输出电压是滑动触头上的电压或者该电压的比例数值。该位置影响滑动触头相对于电阻元件的位置，因此可以使用传感器的输出电压值来表示检测到或测量到的位置。磁性位置传感器使用安装在一个静止元件表面的多个方波线圈，以及一个安装在可移动元件上并与交流电源(AC)连接的线圈。每个方波线圈包括多个‘高’和‘低’部分并具有不同周期。通过检测本线圈与多个方波线圈之间的互感系数变化，本系统确定可移动元件相对于静止元件的位置。当电源供给能量到线圈时，如果线圈邻近‘高’方波部分，则在方波线圈中感应大电流。如果线圈邻近‘低’方波部分，则在方波线圈中只是感应小电流。因此，从方波线圈的信号可以确定可移动元件沿着静止元件长度的位置。

图4C更详细地表示致动器组件403。致动器组件403包括一个具有三个分叉或部分511b、511a和511c的轭铁511，三者构成两个空腔530a和530b。三个分叉或部分511b、511a和511c在一端利用一个公共部分511d连接起来，并且上述部分511a到511d共同构成两个空腔530a和530b。安装在空腔530a和530b每面(上和下)的是磁体条带的永磁体阵列512a、512b、512c和512d，其中磁体条带的端部以交替N极/S极的形式布置在一起。大体上细长形的线圈514a和514b布置在空腔530a和530b中。线圈514a和514b在垂直于永磁体产生的磁场的磁通量的方向上绕线。当电流接通到线圈阵列时，产生洛仑兹力并驱动组件403中的移动支承架移动。在图5和图6中对轭铁511进行更详细的说明，而在图7详细说明诸如线圈514a的一个示例性线圈。

图5表示轭铁511的立体视图。轭铁511可以由具有高磁导率和高饱和度的材料诸如坡莫合金或含钼超坡莫合金制造。在上轭铁511b的内表面(指向空腔530a)安装着永磁体阵列512a，在中轭铁511a的内侧和上表面安装着永磁体阵列512b。对应地，在中轭铁511a的内侧表面(指向空腔530b的中心)安装着永磁体阵列512c，在下轭铁511c的内表面安装着永磁体阵列512d。永磁体阵列512a、512b、512c和512d包括任何数目的永磁体条带，并交替布置永磁体条以得到交替变化的磁极分布。

永磁体条512a到512d在其厚度方向永久磁化。永磁体条的宽度指永磁体条沿着电动机运动方向的尺寸大小。在一个实施例中，每块永磁体条具有基本相同的宽度。永磁体条可以由任何永磁材料，例如钕铁硼(NdFeB)构成。永磁体条可以按照包括装配胶和环氧树脂胶在内的任何形式分别连接到上轭铁511b、中轭铁511a和下轭铁511c上。其它分别连接永磁体条到轭铁511b、511a和511c上的机构，包括机械卡紧或者磁力吸引。永磁体阵列具有均匀的厚度，结果其表面位于电枢件(没示出)的线圈组件表面上方恒定的距离。设计磁体沿着移动轴线方向产生有基本上是正弦的磁通量分布，来与线圈组件产生的磁场相互作用。

图5结构优于图3所示现有工艺的结构，图3是将两个亚电动机壳体简单层叠在一起。首先，图3的层叠电动机具有形成一个厚的单片中轭铁的两片，它又产生了两个单独的磁通回路。当形成以前工艺中的中轭铁的层叠电动机壳体的厚度减少时，相对的磁体会相互吸引导致壳体变形。相反，图5的结构抵消了四个磁体阵列的磁力，不面临这种变形。整体的单片中分叉511a可以比图3的单个电动机壳体61b和71a的厚度更薄。并且，由于缩短了磁通通路，可以将磁体阵列512a至512d制造的更薄。

图6示意表示穿过轭铁511的磁力线632。如图所示，许多磁力线632纵向穿过轭铁511，进入和离开整个轭铁511的上边缘和下边缘，并穿过所有磁体阵列512a、512b、512c和512d(图5)。穿过两个亚电动机60和70中所有磁体的单独磁力线缩短了磁通路径。通过消除传统亚电动机的厚的两件壳体，磁通路径进一步缩短。这与具有较长的磁通路径的传统线性电动机相反，传统电动机较长的磁通路径是由于层叠两个单独的电动机壳体，以及由于存在多个磁力线组别。通过缩短磁通路径，磁通强度增加，导致更高功率的电动机。

图5和图6的轭铁，其厚度薄并且结构紧凑。并且，轭铁和线圈组合件提供高磁通密度和产生大的线性电动机力矩。并且，尽管轭铁511只是具有两个亚电动机60和70，但是可以层叠任意数量N个亚电动机来增加电动机功率。在这种层叠的N个亚电动机中，由于磁通路径缩短，可以降低磁体的厚度。

图7和图8分别表示包含线圈692-708的线圈组件690的一个实施例的立体视图和截面图。由于线圈结构相同，只深入讨论代表性线圈692-698以及它们的相互关系。

线圈692包括一个通常为矩形的整体件，它分别具有顶臂692a、底臂692b、左臂692c和右臂692d。臂692a、692b、692c、692d一起构成开口692o。在一个实施例中，顶臂692a和底臂692b比细长臂692c、692d短。可是，臂692a、692b、692c、692d可以对称或非对称以及采取任何形式。相对于左臂692c和右臂692d所在的平面，顶臂692a和底臂692b布置在一个不同的平面内。

如图8所示，由于臂692c和692d在不同的一个平面，从臂692c和692d在底部以及臂692a、692b在顶部观察时，线圈692为‘鸥翅’形，并在线圈中有两个弯折点：一个弯折点发生在线圈692从点680过渡到点682处，第二个弯折点发生在线圈692从点682过渡到点684处。双弯折结构的优点是，线圈仅需要弯曲一个小角度。这种逐步弯曲减少了线圈制造中的机械应力，增加了线圈强度，结果得到更坚固和可靠的线性电动机。

类似，线圈694包括一个通常矩形的整体件，它分别具有顶臂694a、底臂694b、以及一对相对的左臂694c和右臂694d。臂694a、694b、694c、694d一起构成开口694o。在一个实施例中，顶臂694a和底臂694b比臂694c、694d短，并相对于细长臂692c、692d升高。类似，线圈696包括一个通常矩形的整体件，它分别具有顶臂696a、底臂696b、以及一对相对的左臂696c和右臂696d。臂696a、696b、696c、696d一起构成开口696o。

开口692o的右部容纳臂694c，而开口692o的左部容纳一个布置在线圈692(没示出)左侧的线圈的右臂。对应地，臂694d布置在开口696o的左部，而臂698c占据了开口696o的右部。这种次序沿着线圈组件长度连续布置。

如图8所示，‘鸥翅’形的线圈692-694容许两个线圈层叠起来并在中心开口692o、694o和696o处仅具有一层线圈的厚度。在本实施例中，线圈在点682和684之间弯曲45度和1/2d距离。如图所示，在中心开口692o的线圈厚度为d。厚度d稍微小于在磁体阵列512a和512b之间的距离，从而容许线圈移动。

图8的多相线圈组件包括一个第一线圈692，它具有：在顶臂692a和底臂692b中心线之间延伸的第一平面内的第一顶臂692a和底臂692b；以及在左臂692c和右臂692d中心线之间延伸的第二平面上的包括左臂692c和右臂692d的第一线圈中心部分。本组件还包括一个第二线圈(没在图中示出)，它具有：在第一平面内的第二顶臂696a和底臂696b，以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分并且第二线圈左臂邻近第一线圈右臂布置。图8的线圈组件还包括一个第三线圈694，它具有：在第三顶臂694a和底臂694b中心线之间延伸的第三平面内的第三顶臂694a和底臂694b；以及在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括第一线圈右臂和第二线圈左臂的第三线圈中心部分，其中第三顶臂与第一、第二顶臂配合，第三底臂与第一、第二底臂配合。在图8中，布置第一、第二、第三线圈与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度d的中心部分一起移动，每个顶臂和底臂配合时具有大约两倍于上述厚度的恒定厚度2d。

作为比较，现有工艺的线圈层叠时所具有的厚度在单个线圈厚度的2和3倍之间。在本实例中，在实现从相对的磁体阵列俘获磁通量的面积翻倍的同时，获得了薄厚度。由于线圈变薄，磁路缩短的同时磁通量增加，二者协同增加线性电动机的功率。此外，通过沿着线圈组件保持稳定的2d厚度，结构强度显著提高。

在线圈692-698中电线的截面图表示在图9。如图所示，线圈692-698的电线按照统一的宽度d以平面顺序布置。多层电线绕组包括多匝线形式的导电材料，利用聚合物材料在电线形式材料的各匝之间绝缘。线圈的单个绕组利用可固化环氧树脂组合物封装起来。在一个实施例中，该环氧树脂组合物利用合适的固化组份进行热固化，以执行线圈浸渍处理。示意性线圈阵列的截面包括一个以平面形式布置的8个线圈构成的阵列，每个线圈依次具有方形截面，截面具有7×7电线缠绕阵列。

图10-12表示简化的电动机的操作。现在参照图10，表示简化电动机的截面图。本电动机具有位于相对的磁体阵列904-906之间的线圈组件902，其中相对磁体的磁极相反。这样，例如，磁体阵列904中的磁体914同磁体阵列906中的磁体916相对。并且磁体914极性是北极(N极)，而磁体916极性为南极(N极)。并且，接通到线圈组件902的电流可以是三相电BAC中的每一个，来控制磁体阵列904-906中每一个磁体对应的电动机的运动。在这种情况下，线圈组件902具有对以下三相电源顺序响应的线圈臂，即A_BA’CB’AC’BA’CB’_C’。在线圈A、B和C上的电流为相位差120度的正弦波。瞥号表示电流方向与没有瞥号者相反。例如A处电流方向与A’相反。

图11表示施加到线圈组件902的磁通量，图12表示得到的运动。现在参照图12，表示电动机900的示意性运动。电动机900具有由对下述顺序电流：A_BA’CB’AC’BA’CB’_C’响应的12个线圈臂构成的阵列。首先，在周期a，相A的电流为零，磁通量从N到S。由于电流为零，与相A响应的臂在电动机上没有净效应贡献。现在谈到B相，相B的电流为正，磁通量从N到S。在B相电源驱动下，洛仑兹力导致B臂所属线圈向右移动。现在转到对C相电源响应的线圈臂，相C的电流为负，磁通量从S到N。洛仑兹力也导致线圈向右移动。因此，净效应是电动机900向右移动。本过程重复5个附加循环b-f，结果电动机在每个循环在时刻f向前运动。尽管图12的实例表示向前运动，但是电动机可以自由向前、向后或保持不动。

图13表示在配合线圈1033和1035之间存在间隙的线性电动机的一个实施例。线圈1033具有顶臂1033a和底臂1033b，并且对应地线圈1035具有顶臂1035a和底臂1035b。不是彼此紧密配合，顶臂1033a和顶臂1035a间隔开一个线圈的宽度。类似，底臂1033b和底臂1035b也间隔开一个线圈的宽度，结果组合线圈1033和1035在中心部分具有一个线圈的厚度，而在端部具有三个线圈的厚度。图14表示图13的电动机线圈绕组的截面图。如前所述，线圈绕组是7×7电线环阵列。

这里详细说明本发明是为了符合专利法，以及提供本领域技术人员所需要的信息来应用本发明的新原理和构造以及使用需要的专门零件。可是，应该理解本发明可以使用具体的不同的设备和装置来实施，在不脱离本发明范围的前提下，对设备细节和操作方法可以进行各种改变。

Claims (17)

1.一种多相线圈组件，其特征在于，它包括：

第一线圈，它具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分；

第二线圈，它具有在所述第一平面内的第二顶臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分，所述第二线圈左臂邻近所述第一线圈右臂布置；以及

第三线圈，它具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及具有在所述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括所述第一线圈右臂和所述第二线圈左臂的第三线圈中心部分，所述第三顶臂与所述第一、第二顶臂配合，所述第三底臂与所述第一、第二底臂配合；

所述第一、第二、第三线圈被布置成与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的所述中心部分一起移动，所述每个顶臂和底臂配合时具有两倍于所述厚度的恒定厚度。

2.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，每个所述线圈为‘鸥翅’形状。

3.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，每个所述线圈被弯折两次。

4.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，每个所述线圈具有45度的弯曲处，它将每个所述左臂和右臂连接到每个所述顶臂和底臂。

5.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，所述第一平面和第二平面的间隔相当于所述厚度的一半。

6.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，所述线圈被布置成在磁场纵向上的一个间隙内运动。

7.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，还包括连接到所第一线圈的附加线圈，相邻线圈的厚度与所述厚度相同。

8.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，还包括：

第四线圈，它具有在所述第一平面内的第四顶臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第四线圈中心部分；

第五线圈，它具有在所述第三平面内的第二顶臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第五线圈中心部分，所述第五线圈左臂邻近所述第三线圈右臂布置；

所述第一、第二、第三、第四、第五线圈被布置成与厚度等于单个线圈厚度的所述中心部分一起移动，所述每个顶臂和底臂配合时具有两倍于所述厚度的厚度。

9.如权利要求1所述的多相线圈组件，其特征在于，还包括一个轭铁，所述轭铁具有容纳所述线圈组件的第一槽口和能容纳所述第二线圈组件的第二槽口。

10.如权利要求9所述的多相线圈组件，其特征在于，每个槽口具有两个相对的面，其中每个相对的面还包括在构成磁体平面的列内对齐并具有纵轴的多个磁体，所述磁体与所述磁体平面的表面上的交替变化磁极方向对齐。

11.一种线性电动机轭铁组件，其特征在于，它包括：

第一线圈组件和第二线圈组件，每个线圈组件由多个线圈形成；以及

壳体，它具有两个适合容纳所述第一和第二线圈组件的、基本上细长形的槽口，其中每个细长槽口具有两个相对的面，每个相对的面包括在一列内对齐并具有纵轴的多个磁体，所述磁体与所述磁体平面的表面上的交替变化磁极方向对齐。

12.如权利要求11所述的线性电动机轭铁组件，其特征在于，还包括在单个回路中穿越所述第一和第二槽口上的所述磁体的磁力线。

13.如权利要求11所述的线性电动机轭铁组件，其特征在于，每个线圈组件还包括：

第一线圈，它具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分；

第二线圈，它具有在所述第一平面内的第二顶臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分，所述第二线圈左臂邻近所述第一线圈的右臂布置；以及

第三线圈，它具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括所述第一线圈右臂和所述第二线圈左臂的第三线圈中心部分，所述第三顶臂与所述第一、第二顶臂配合，所述第三底臂与所述第一、第二底臂配合；

所述第一、第二、第三线圈被布置成与在第二平面上厚度等于单个线圈厚度的所述中心部分一起移动，所述每个顶臂和底臂配合时具有两倍于所述厚度的恒定厚度。

14.如权利要求11所述的线性电动机轭铁组件，其特征在于，所述的两个槽口包括至少八个磁体，其中，所述磁通回路穿过所述单个回路中的八个磁体。

15.如权利要求11所述的线性电动机轭铁组件，其特征在于，所述壳体是W形。

16.如权利要求11所述的线性电动机轭铁组件，其特征在于，所述每个线圈组件包括一个厚度等于单个线圈厚度的中心部分，每个线圈组件具有厚度等于所述厚度两倍的顶部和底部。

17.一种线性电动机，其特征在于，它包括：

第一线圈组件和第二线圈组件，每个线圈组件包括：

    第一线圈，它具有在第一平面内的第一顶臂和底臂以及在第

二平面上的包括左臂和右臂的第一线圈中心部分；

    第二线圈，它具有在所述第一平面内的第二顶臂和底臂以及

在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二线圈中心部分，所述

第二线圈左臂邻近所述第一线圈右臂布置；和

    第三线圈，它具有在第三平面内的第三顶臂和底臂以及在所

述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位处包括所述第一线圈

右臂和所述第二线圈左臂的第三线圈中心部分，所述第三顶臂与

所述第一、第二顶臂配合，所述第三底臂与所述第一、第二底臂

配合；

    所述第一、第二、第三线圈被布置成与在第二平面上厚度等

于单个线圈厚度的所述中心部分一起移动，所述每个顶臂和底臂

配合时具有两倍于所述厚度的恒定厚度；以及

壳体，它具有两个适合容纳所述第一线圈组件和第二线圈组件的、基本上细长形的槽口，其中每个细长槽口具有两个相对的面，每个相对的面还包括在一列内对齐并具有纵轴的多个磁体，所述磁体与所述磁体平面的表面上的交替变化磁极方向对齐。

Images