CN1656663A - 直线电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一至少两相(P1，P2，P3)的电流转换型直线电动机，所述电动机包括一支承和/或导向定子件，所述定子件有沿定子件放置的两磁性独立的极(2)，所述电动机还包括一活动装置，所述活动装置包括相，所述相包括至少一感应线圈(11a，11b)、至少一永久磁铁(16)及至少一电枢(17，18)，各相确定一活动磁极，活动装置移动时，所述磁极相继处于定子磁极(2)及线圈(11a，11b)内的电流方向转换装置的对面。本发明的特征在于，定子磁极在磁性上独立，其特征还在于，各相有两感应线圈(11a，11b)，所述两线圈绕平行于定子件轴的一轴卷绕，并以串联方式安装。

Description

直线电动机

技术领域

本发明涉及一直线电动机。它尤其涉及由权利要求1前序部分定义的一直线电动机。

背景技术

从申请PCT WO/0067364中已知一电动机，所述电动机包括一定子管，所述管由矩形截面的U型非磁性导向型材如铝构成。定子管还可为合成材料，因为它只用作磁性独立的定子极的支座，所述定子极由铁磁性材料如软钢的矩形板构成。所述板紧嵌在型材内成对的相对槽中内，以固定在U型型材的两平行相对翼的内面上。板成对放置，这样，每对中的两块板彼此相对，相对于型材的轴对称。连续板对彼此间隔开的距离相等，所述距离确定了电动机节距。在管的横壁上，所述管有两补充槽，以引导一活动装置。

活动装置有两或三个相，所述各相原则上由一线圈构成，所述线圈的轴垂直于定子极的平面，所述线圈环绕构成电枢的磁性材料核体。在线圈两侧，沿定子管的轴，安放有两块永久磁铁，所述磁铁的磁极方向相反，且平行于线圈轴。线圈的两端固定有两非磁性材料的矩形法兰，所述法兰有助于固定住永久磁铁。所述核体及所述永久磁铁大致有沿定子管轴的相同正方形截面，它们沿所述轴排成直线形。双相活动装置由如前所述并置的两相构成，而三相活动装置由如前所述并置的三相构成。

另一方面，从申请JP 61-124261中已知一圆柱形直线电动机，所述电动机有一圆柱形定子件，所述定子件由磁性材料实施而成，且有环形凹槽，所述凹槽隔开了所述定子件上的齿。

这类电动机的结构较复杂，因而会对其生产成本产生影响，同时相对于其体积而言，性能相对较差。

发明内容

本发明的目的在于实施一电动机，所述电动机弥补所述缺陷，也改进以前技术中的公知电动机。尤其，本发明所提出的电动机可实施一简单结构，因而安装简便，且其极性件在相同体积内可有更大表面，因而提高了其性能。

根据本发明的直线电动机，其特征由由权利要求1的特征部分确定。

相关权利要求2至18确定了根据本发明的直线电动机的若干实施方式。

可供给活动装置直流电，电流转换装置可安装在活动装置上。

附图说明

附图以举例方式示出根据本发明的电动机的几例实施方式。

图1为根据本发明的导向定子管的一透视图。

图2为根据第一实施方式的电动机的活动装置的一相的透视图。

图3为根据本发明的电动机的一纵剖面图，图中只示出了唯一一相。

图4A至4D示出了一相中的磁通转换原则。

图5为根据本发明第二实施方式的电动机的纵剖面图。

图6为根据本发明第三实施方式的一三相电动机的透视剖面图。

图7为根据本发明第三实施方式的电动机的第一变型的剖面图。

图8为根据第三实施方式的电动机的第二变型的剖面图。

具体实施方式

磁铁内的箭头表示其磁化矢量的指向及方向。

现参照图1至3。

图中所示电动机包括一定子件1，此处，所述定子件由一圆形截面的非磁导向型材构成，其整个长度上开槽，例如可用铝实施。在所述实施方式中，定子件用词“定子管”表示。它还可用合成材料实施，因为它只用作定子极的支座，所述定子极由平行于其一母线的开槽环2构成。所述环形部分2由铁磁性材料如软铁实施而成。例如，它们粘贴在定子管1内。连续环形部分2彼此隔开一段距离，所述距离即确定电动机的节距。活动装置10在定子管1内被引导。所述导向一方面由非磁化隔垫3保证，另一方面由环形部分2保证，所述隔垫3涂有一层方便活动装置10滑移的材料如聚四氟乙烯，且被放置在环形部分2之间。环形部分2与隔垫3的内径大致相同，这样，在定子管1内引导活动装置10，一方面由环形部分2及隔垫3上的、另一方面由活动装置10上的滚动件保证。尤其可考虑在活动装置中装配一滚珠重复循环系统。

可看出，槽可把活动装置的运动传递给待驱动件。因此，当传递活动装置的运动可由运动轴中的一部件完成时，所述槽并非必不可少。有利地是，上述环形部分成为完整环。

此处，活动装置10为圆柱形状。其外径——略小于环形部分2及隔垫3的内径，可使其在定子管1中自由滑移。活动装置10有两个或三个相，如图2、3所示的相P1。所述各相由两线圈11a和11b构成，所述线圈的轴平行于定子管1的轴，所述线圈安放在构成电枢的磁性材料核体12的两侧。线圈11a、11b以串联方式安装，卷绕方向相反。因此，当供给线圈电流时，其磁场在电枢12构成的磁极内结合。线圈11a、11b的两侧安放有两环形永久磁铁13、14，其磁极沿径向方向相反。核体12和永久磁铁13、14有大致相同的矩形截面。电动机的所述圆柱形构型可在一定容积内，增大相对极表面的面积，因此即可改善电动机的性能。

双相活动装置由两并置相如P1构成，三相活动装置如三并置相如P1构成。

永久磁铁13、14之间或核体12和定子极2之间的径向间隙确定一磁隙(entrefer)e1。

图4A至4D简略描述了根据本发明的电动机的原理。为描述更清楚，图中所示的环形定子部分2比实际的短。

在图4A所示的位置上，核体12在环形定子部分2处，相邻环形部分所处的距离，可使永久磁铁13、14未插入相邻环形部分中。两永久磁铁13、14的磁场会穿过环形定子部分及核体12闭合，核体12插入所述环形定子部分里。所述两磁场相等、相对，核体12内的磁通为零。

如果活动装置10右移，以使其位于图4B所示位置上，可看到，在所述位置上，核体12内的主磁场来自邻近定子极12的永久磁铁13。所述磁场沿小弯曲箭头所示的第一方向，穿过线圈11a。

活动装置10继续右移，可到达图4C所示的位置，在所述位置上，由线圈11a、11b构成的组件正好在两定子极2的正中间，永久磁铁13插进一环形定子部分里，磁铁14插进相邻环形定子部分中。在所述位置上，线圈11a、11b由一强度和方向相同的磁场穿过。线圈的卷绕方向相反，以串联方式安装，穿过两线圈组的总磁通再次等于零。

活动装置继续右移，到达图4D所示的位置，所述位置和图4B中所示的位置对称。在所述位置上，主磁场此次来自磁铁14，所述主磁场沿小弯曲箭头所表示的方向循环。所述磁场沿和图4B中所示的相同方向，穿过线圈11b。线圈11b的卷绕方向和线圈11a的相反，穿过线圈11b的磁通和在位置4B上穿过线圈11a的磁通相反。

线圈内磁通的变化产生一电动势，因此，活动装置10在定子管1内的移动，可产生一往复电动势。

为使其以电动机方式运行，当感应电动势消失并改变方向时，即所述线圈内的磁通最大或最小时，可变换线圈内的电流方向。

图4B中磁铁14的磁场及图4D中磁铁13的磁场，会在核体12内产生一不期望的磁通，所述磁通形成磁损耗。但图4B中磁铁14的外极和定子极部件2——主磁场穿过所述定子极部件——之间的距离相对较大，这样，与根据专利EP0 667 991的结构中发生的情况正相反，产生的磁损耗极小。使用在相对棱上倾斜的极性件，也可限定磁损耗。

如图2所示，并置两或三个活动装置，可实施一双相或三相电动机。活动装置包括相P1、P2和P3，所述相由所述申请后文将描述的装置供给电流。

构成相P1、P2和P3并包括线圈11a、11b的组件，相对于由两连续定子极之间的距离确定的定子节距，分别间隔1/3、2/3节距。因此，两相邻线圈组之间的距离等于4/3节距。若为双相电动机，由线圈11a、11b构成的组件，相对于定子节距，分别间隔1/4节距。当然，所述间距为相邻节距的一整数，只需使相关线圈中的电流换向，即可加或减一半节距。因而，可获得这类活动装置：所述活动装置在两连续线圈组之间的距离，等于5/6节距或7/6节距。

和专利EP0 667 991中一样，各相均可装配一对滑动接触器，所述滑动接触器在安装在定子管1上如在其槽处的一绝缘支座上，沿铜印刷馈电通路(piste)移动。所述通路被供给直流电，转换可由两通路的嵌入的齿形物(créneaux imbriqués)保证，如专利EP0 161 677中所示及描述的。还可由连续直线形集电轨供电给线圈，并利用安装在活动装置各相上的转换装置保证转换，如专利EP0 667 991中所描述的及目前技术状态中熟知的。根据直接安装在活动装置上的直接霍耳效应式传感器状态，专门的电子电路容易进行这样的控制，所述电子电路例如为摩托罗拉的集成电路MC33033。

定子管的结构可通过弯曲管1而制成曲线形。隔垫3及环形部分2的内径与活动装置外径之间的间隙应当合适，以便可吻合曲线(la prise decourbes)。

第二实施方式不同于第一实施方式之处在于，永久磁铁和电枢的位置颠倒。事实上，如图5所示，环形且径向磁化方向的磁铁16，放置在同相的线圈11a、11b之间。电枢17、18安放在由线圈11a、11b构成的组件的两侧。在所述构型中，永久磁铁16的磁化方向可全部相同。另外，属于同一相的线圈11a、11b，其卷绕方向必须相同。如图5所示，线圈11a在一环形部分2内。因此，它被一磁场穿过，可任意假设所述磁场沿顺时针方向旋转。活动装置10左移时，则是线圈11b在环形部分2内，所述线圈被沿逆时针方向旋转的一磁场穿过。由此，显然，以串联方式安装的线圈11a、11b必须沿相同方向卷绕，以使活动装置10的上述两位置之间的相内的磁通可颠倒。所述活动装置的结构必需的磁铁比前面描述的其它实施方式要少。另外，它可使用磁化方向全部相同的磁铁。

也可考虑使用磁化方向从一相到下一邻接相反向的磁铁。此时，必须颠倒馈送给所述邻接相之间的线圈的电流方向。

构成相P1、P2和P3的三组件，可安装在一共同铁磁性圆柱上，或安装在被非磁性材料部件19隔开的铁磁性圆柱上。例如，所述部件19可形成球关节，所述球关节可连接各相，以改进活动装置的曲线吻合度。

所述圆柱形结构尤其有利，因为它涉及活动装置的实施和装配。构成一相的各组件可包括一铁磁性材料圆柱20，磁铁、电枢及线圈可绕所述圆柱滑移。为此，所有所述部件都有一矩形截面的环形形状。所述部件可粘贴或紧装在圆柱20上。

尽管所述电动机包括活动装置及圆形截面的定子管，但所述活动装置及定子管仍可为多焦点式的不同形状，如椭圆，尤其是矩形或正方形截面的活动装置及定子管。

图6示出了根据第三实施方式的一三相电动机。所述电动机有一定子，所述定子包括定子极，所述定子极由简单的平的软铁矩形件2’构成。不同于前面所述的实施方式的是，活动装置10’由一平行六面体构成，所述六面体上固定有磁铁13’、14’及磁性材料核体12’，所述六面体周围围绕着线圈11’a和11’b。

图7所示电动机构成上述实施方式的第一变型。它有平面型定子极2’a、2’b，所述定子极相对地安放在活动装置移动方向的两侧。在两结合位置C1、C2处表示出所述电动机的唯一相。磁铁16’a、16’b为平行六面体，有一磁隙表面，所述磁隙表面沿垂直于图中平面的方向的尺寸大致等于定子极的尺寸。位置C1上对应穿过线圈11’a的中间磁铁16’a和16’b的磁通，位置C2上则对应按相反方向穿过线圈11’b的磁通。

此处，活动装置的构型相对于一中间平面对称地表示，位于离所述中间平面的等距处，两平面支承着一系列定子极2’a和2’b。所述对称并非必需，但所述对称对应一最佳实施方式。

可看出，可以根据活动装置的特征不同而设计出无数变型，并且这些变型包括在一带环形磁铁的圆形回转结构和一具有矩形极和分隔磁铁的结构范围之内变化的所有变型。因此，图7还可表示为一活动装置的剖面图，垂直于运动轴的所述活动装置的截面有一星形或部分星形型面，所述型面包括若干对称或不对称分支。在这种情况下，支承极的平面沿平行于移动轴的直线而相交。

最后，图7还可表示为活动装置的一展开剖面图，所述活动装置可在位于同一平面内的定子磁极2’a和2’b前移动。因而所得构型和图6中的相似，但在所述构型中，各定子极2’分为两磁性独立极2’a和2’b。因而，电枢17’、18’在垂直于移动轴的平面内有一U型形状。

所述构型有一好处。它可在支承定子磁极的平面上安装一系列中央滚子。它还有一优点：可在唯一一定子平面上实施下文将描述的第二变型。

图8所示电动机构成上述实施方式的第二变型。它有两列平行极，所述极彼此相对，间隔1/2节距。极还可设置在相交平面上，或当为展开视图时，设置在唯一一平面上，如前所述。

因此，在接合位置C3和下一接合位置C4时，同相的线圈11’a和11’b均被一最大磁通穿过。从一接合到下一接合时，线圈之一内的磁通方向会改变。因而其优点在于，磁路中有一纯粹的往复磁通(un flux purementalternatif)，相对于前面所述的其它实施方式的组件而言，截面尺寸可缩小，却不会导致饱和。

最后，本领域技术人员已了解，如果连接磁极的铁磁性材料有一足够小的截面，以使在有磁场时被极大地饱和，则可获得磁性独立的极。

对磁通的补充变化而言，饱和部分和空气一样，会产生磁效应。因此此处，定子极可在同一软铁磁性材料带内通过开槽实施而成。因此，它们可通过足够狭窄的峡部，彼此间机械连接，虽然由于所述连接，它们能类似于磁性独立的极。

本领域技术人员还知道，三相直线电动机，根据相对于定子极的活动装置的位置，其可用的动力(effort moteur)的振幅变化很大。但通过彼此相隔1/4节距的两活动装置的机械耦合，可极大减小动力的波动。因此，其中一活动装置的最大动力则对应另一活动装置的最小动力，反之亦然，从而可平滑所述动力。

这样的装置等同于采用一活动装置，所述活动装置由彼此间相隔1/6节距的六个相构成，相1和4、2和5、3及6，分别以串联或并联方式连接。

可看出，前面所有描述中形容装置10的形容词“活动”，可理解为“相对于定子件1活动”，定子件1可相对于另一参照物如地面参照物活动，装置10可相对于所述参照物固定。

Claims (18)

1.直线电动机，其具有通量转换型的至少两相(P1，P2，P3)，所述电动机包括：

一支承和/或导向定子件(1；1’)，所述定子件具有磁极(2；2’)，所述磁极沿所述定子件(1；1’)安置，所述定子件的轴确定出移动方向，

一活动装置(10)，所述活动装置包括相(P1，P2，P3)，各相包括至少一感应线圈(11a，11b；11’a，11’b)、至少一永久磁铁(13，14；16；13’，14’)及至少一电枢(12；17，18；12’)，各相形成一活动磁极，所述活动装置(10)移动时，所述磁极相继到达所述定子磁极(2；2’；2”)对面，及

所述线圈(11a，11b；11’a，11’b)内的电流方向转换装置，

其特征在于，所述定子磁极是磁性独立的；并且各相(P1，P2，P3)具有两感应线圈(11a，11b；11’a，11’b)，所述两感应线圈绕平行于所述定子件(1；1’)的轴的一轴卷绕，并以串联方式安装。

2.按照权利要求1所述的直线电动机，其特征在于，所述磁铁的磁化方向垂直于所述移动方向。

3.按照权利要求1或2所述的直线电动机，其特征在于，与一相(P1，P2，P3)相关的所述电枢(12；12’)，安装在该相(P1，P2，P3)的所述两线圈(11a，11b；11’a，11’b)之间；并且，所述永久磁铁(13，14；13’，14’)安放在由属于该相(P1，P2，P3)的所述两线圈(11a，11b；11’a，11’b)构成的组件的两侧。

4.按照权利要求3所述的直线电动机，其特征在于，在属于不同两相(P1，P2，P3)的两线圈组件(11a，11b；11’a，11’b)之间，所述活动装置(10)只有唯一一块磁铁(13，14；13’，14’)。

5.按照权利要求1或2所述的直线电动机，其特征在于，与一相(P1，P2，P3)相关的永久磁铁(16)位于该相(P1，P2，P3)的两线圈(11a，11b)之间；并且，所述电枢(17，18)在由属于该相(P1，P2，P3)的两线圈(11a，11b)构成的组件的两侧。

6.按照上述权利要求任一项所述的直线电动机，其特征在于，构成各相(P1，P2，P3)的子组件彼此相铰接。

7.按照上述权利要求任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述支承和/或导向定子件具有一圆柱形状。

8.按照上述权利要求任一项所述的直线电动机，其特征在于，构成一相(P1，P2，P3)的各组件具有一圆柱形状。

9.按照权利要求7或8所述的直线电动机，其特征在于，各相(P1，P2，P3)包括一磁性材料圆柱体(20)，所述圆柱体上安装有所述磁铁、所述电枢及所述线圈，所述线圈为环形，并且其内径相应地与所述圆柱体(20)的外径相同。

10.按照权利要求8或9所述的直线电动机，其特征在于，所述电枢和线圈有相同外径。

11.按照权利要求1至10任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述定子件(1)为圆形，并且沿平行于其轴的方向开有槽。

12.按照权利要求1至11任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述定子磁极为环形部分(2)。

13.按照权利要求1至6任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述定子极由安放在同一平面内的矩形件(2’)构成。

14.按照权利要求1至6任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述定子极由两系列矩形件(2’a，2’b；2”a，2”b)构成，所述两列矩形件沿同一平面或沿多个平面安放，所述多个平面两两平行地位于所述移动方向两侧、和/或沿平行于所述移动方向的一直线相交。

15.按照权利要求14所述的直线电动机，其特征在于，所述极(2’a，2’b)相对放置；在具有所述极的一活动相的一第一接合位置(C1)上，一第一线圈(11’a)被磁通(16’a，16’b)穿过；并且，在具有所述极的所述活动相的一第二接合位置(C2)上，所述第二线圈(11’b)被磁通(16’a，16’b)穿过。

16.按照权利要求14所述的直线电动机，其特征在于，所述相对极(2”a，2”b)彼此之间相隔1/2节距；在具有所述极的一活动相的一第一接合位置(C3)上，一第一线圈(11’a)被一磁铁(16’a)的磁通穿过，而所述第二线圈(11’b)被一第二磁铁(16’b)的磁通穿过；并且，在具有所述极的活动相的一第二接合位置(C4)上，所述第一线圈(11’a)被所述第二磁铁(16’b)的磁通穿过，而所述第二线圈(11’b)被所述第一磁铁(16’a)磁通穿过。

17.按照上述权利要求任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述定子极在同一软铁磁性材料带内通过开槽制成，并且，它们可通过足够狭窄的峡部，保持彼此间机械连接，以获得磁性独立的极。

18.按照上述权利要求任一项所述的直线电动机，其特征在于，所述活动装置由彼此间相隔1/6节距的六相构成，相1和4、2和5、3和6，分别以串联或并联方式联接。

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