CN204835886U - 一种凸杆式无铁芯直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种凸杆式无铁芯直线电机，包括定子、第一磁铁组、第二磁铁组和在定子的两侧相对所述定子运动的动子，通过将第一磁铁组和第二磁铁组背向设置在定子上，可使电机的磁轭体积做得更小，结构更紧凑，并且采用双侧动子结构可使速度更快，以很高的速度频繁的进行直线往复运动。

Description

一种凸杆式无铁芯直线电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术，特别涉及一种凸杆式无铁芯直线电机。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机有多种形式，主要有无铁芯、无槽、有铁芯等。其中，无铁芯直线电机的优势在于：零齿槽效应，零定位力；动子与定子之间没有吸引力；宽速度范围；高动态性能；极高的定位精度等。

无铁芯直线电机，一般采用分数槽集中绕组形式，可分为非重叠绕组和重叠绕组。非重叠分数槽集中绕组端部无重叠，绕制工艺较简单，制作方便。重叠分数槽集中绕组形式，使三相重叠集中绕组的线圈端部相互错位，绕组端部被拉开90°形成工字形结构，该“叠放非重叠”绕组形式可增加绕组端部与初级连接件的接触面积，提高散热效率，并增加初级部件的刚度，但是工艺较复杂。

与有铁芯直线电机相比，无铁芯直线电机的劣势在于散热困难，推力小，推力密度小，同时，为了提高无铁芯直线电机的驱动力，已有技术一般都采用双边磁轨“U”型结构，磁体数量是有铁芯直线电机的两倍，且双边磁轭及其连接支撑板使得电机体积较大，动子线圈在两磁极板之间，气隙磁密较大，推力密度大，在高速运动时，电机的反电动势也较大，对直流母线电压要求也较高，从而不利于高速运动；若无铁芯直线电机采用单边磁轨结构，电机推力又往往不足，只能带轻载运行。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种凸杆式无铁芯直线电机，使电机的结构更紧凑，速度更快。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种凸杆式无铁芯直线电机，包括定子和在定子的两侧相对所述定子的运动的动子，所述定子的一侧面上设置有第一磁铁组，定子的另一侧面上设置有第二磁铁组；所述动子与第一磁铁组之间具有第一气隙、与第二磁铁组之间具有第二气隙。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述线圈架位于所述定子的下方，所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述第一线圈组上具有用于包围所述第一磁铁组的顶面和两个侧面的第一凹部，第二线圈组上具有用于包围所述第二磁铁组的顶面和两个侧面的第二凹部。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述第一线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成所述第一凹部；所述第二线圈组包括第三弯折部和第四弯折部，所述第四弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第三弯折部与第四弯折部之间形成所述第二凹部。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述动子还包括用于封装所述第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述线圈架上设置有用于引出电源线和信号线的通孔。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述第一磁铁组和第二磁铁组均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述定子的端面呈凸字型。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。

所述的凸杆式无铁芯直线电机中，所述第一凹部和第二凹部截面为直角梯形。

相较于现有技术，本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机，包括定子、第一磁铁组、第二磁铁组和在定子的两侧相对所述定子运动的动子，通过将第一磁铁组和第二磁铁组背向设置在定子上，可使电机的磁轭体积做得更小，结构更紧凑，并且采用双侧动子结构可使速度更快，可以以很高的速度频繁的进行直线往复运动。

附图说明

图1为本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机的侧视结构示意图。

图2为本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机的立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种推力大、结构紧凑、刚度强、速度高、精度高的凸杆式无铁芯直线电机，尤其适用于加工检测行业带轻中载要求高速运行的精密运动平台上。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机包括定子10和在定子10的两侧相对所述定子10的运动的动子20，所述定子10的一侧面上设置有第一磁铁组102，在定子10的另一侧面上设置有第二磁铁组103，所述动子20与第一磁铁组102之间具有第一气隙301、与第二磁铁组103之间具有第二气隙302，所述动子20通电时与定子10磁场相互作用产生电磁推力，使动子20在定子10的一侧作直线往复运动。

其中，所述定子10的端面呈凸字型，“凸”下半部分主要作为导通磁路的作用，上半部分的表面可安装用于凸杆式无铁芯直线电机运行需要的光栅尺编码器、导轨（未示出）等，可以保证动子运行时与定子间的第一间隙301和第二间隙302的大小，确保凸杆式无铁芯直线电机可以精确的实现高速频繁往复直线运行。

本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机中，所述动子20与定子10的磁极间没有齿槽力，通过两排磁铁背向设置在凸杆状的定子上，定子磁轭的体积可做得更小。凸杆状的定子磁轭不仅是导通汇聚磁场的磁路，而且还同时兼顾支撑动子稳定导向和精准定位控制需要反馈信号等作用。

请继续参阅图1和图2，所述第一磁铁组102和第二磁铁组103均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。如图1的视角，若一块磁铁的N极向左、S极向右，则与其相邻的磁铁则为N极向右、S极向左排列，且各磁铁排列成一条直线。具体地，各磁铁为模块化永磁磁铁，可以分段拼接，各磁铁组的长度可以根据定子的长度匹配设计。具体的，所述磁铁为海尔贝克永磁磁铁、钕铁硼永磁磁铁、稀土永磁磁铁等。

所述定子10的凸杆磁轭是由导磁材料Q235A钢等做成，也可选用更优的导磁性能更好、刚度刚强的材料，且截面呈现一个凸台，所述定子10的凸杆磁轭长度可根据使用工况选取合理长度。

请继续参阅图1和图2，所述动子包括第一线圈组201、第二线圈组202、用于固定第一线圈组201和第二线圈组202的线圈架203；所述第一线圈组201的一端和第二线圈组202的一端设置于所述线圈架203上。本实用新型中双侧动子线圈与线圈架203连接成一体，保证了双侧动子同步稳定运行。

具体实施时，所述第一线圈组201和第二线圈组202的端部通过螺钉和强力胶层固定在线圈架203上，本发明采用双重连接固定方式，保证线圈架203稳固连接第一线圈组201和第二线圈组202的端部，增大了线圈端部与线圈架的连接面积，刚度强，保证了两侧动子可以同步稳定运行，实现同步直驱负载，并且在线圈架203的侧面上设置有用于引出电源线2031和信号线（图中未示出）的通孔。

在所述第一线圈组201的另一端设置有第一动子转接固定板204，该第一动子转接固定板204用于安装读数头（图中未示出）等。相应地，所述第二线圈组202的另一端设置有第二动子转接固定板205，该第二动子转接固定板205同样也可用于安装读数头（图中未示出）等。具体地，第一动子转接固定板204和第二动子转接固定板205也通过螺钉和强力胶层分别固定在第一线圈组201和第二线圈组202上，使动子更稳固。

请继续参阅图1和图2，所述第一线圈组201上具有用于包围所述第一磁铁组102的顶面和两个侧面的第一凹部（图中未标出），第二线圈组202上具有用于包围所述第二磁铁组103的顶面和两个侧面的第二凹部（图中未标出）。本实施例中，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。

本实用新型采用动子线圈设计成凹部的结构可使得动子的宽度更小，且“C”型结构使得线圈端部更靠近永磁体端部，充分利用端部磁场，一定程度上也可使得电机出力更大一点。并且，C字型结构使线圈端部与动子转接固定板和线圈架的连接面积更大，使动子刚度更强。

本实用新型采用双边磁铁背对粘贴在磁轭上，其磁场与分布在两侧的动线圈产生的磁场相互作用，推力比单侧磁铁要大得多，当凸杆式无铁芯直线电机直接驱动较轻负载时，可以精确的实现高速频繁往复直线运行。

请继续参阅图1和图2，本实用新型的凸杆式无铁芯直线电机中，所述动子20还包括用于封装所述第一线圈组201的第一装封体（图中未示出）和用于封装所述第二线圈组202的第二装封体（图中未示出）。其中，第一装封体和第二装封体均为环氧树脂体，线圈组通过环氧树脂真空灌注形成，然后与线圈架230紧固连接，进一步增加了动子的刚度。

本实用新型实施例中，所述第一线圈组201为三组，每个线圈组中的每个线圈均呈C字型，因此，每个线圈组由若干个C字型线圈叠绕而成。如图1和图2所示，所述第一线圈组201包括第一弯折部2011、第二弯折部2012和第一中间部2013，所述第二弯折部2012的端面和侧面连接于所述线圈架230上，从而增加了第一线圈组201与线圈架203的接触面积，所述第一弯折部2011的端面和侧面连接于所述第一动子转接固定板204上，增加了第一线圈组201与第一动子转接固定板204的接触面积，使第一线圈组的刚度更强。所述第一动子转接固定板204呈L型，所述第一弯折部2011与第二弯折部2012之间形成所述第一凹部，从而可包围第一磁铁组的顶面和两个侧面，减少了凸杆式无铁芯直线电机对周围环境的漏磁辐射。

相应地，所述第二线圈组202包括第三弯折部2021、第四弯折部2022和第二中间部2023，所述第四弯折部2022的端面和侧面连接于所述线圈架203上，所述第三弯折部2021与第四弯折2022部之间形成所述第二凹部，所述第三弯折部2021的端面和侧面连接于所述第二动子转接固定板205上。

所述第一凹部和第二凹部截面为直角梯形，即第二弯折部2012与第一磁铁组102相邻的侧面，及第四弯折部2012与第二磁铁组103相邻的侧面为斜面，本实用新型采用斜面的设计一方面增加了动子20的装配空间，便于动子20与定子10的装配，另一方面还有利于第一线圈组201和第二线圈组202通风散热，确保电机的性能。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机推力大、结构紧凑、刚度强、精度高，尤其适用于加工检测行业对体积有限制，高速运行的精密运动平台上。

2、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机采用双边动线圈驱动结构，推力比单边无铁芯直线电机大，推力密度虽然不如双边“U”型磁极无铁芯直线电机，但正因为推力密度适中此特点，使其高速运行反电势不至于过大，对母线直流电压要求过高，对电子元器件要求较低，有助于降低成本。

3、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机由定磁极和动线圈组成，定动子都可模块化，结构简单，且双排磁铁都背对粘贴在同一块磁轭上，可节省磁极磁轭的成本，使得电机整体上更扁平。另外，定子呈凸杆状，集合导通磁路、固定导向动子、配合位置控制等多功能用途于一体，结构更紧凑。

4、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机对叠绕的端部线圈整型，然后通过环氧树脂等封装成类“C”型外形，“C”型结构使得动子横向宽度更小。

5、本实用新型提供的凸杆式无铁芯直线电机采用叠绕线圈比集中绕组推力密度更大，且“C”型结构与单边型的“T”型结构相比，增加了绕组端部与线圈架、动子转接固定板之间的接触面积，提高了散热效率，两侧线圈动子通过线圈架连接成一体，刚度强，更加有助于双线圈同步实现驱动负载，精度更高。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，包括定子和在定子的两侧相对所述定子的运动的动子，所述定子的一侧面上设置有第一磁铁组，定子的另一侧面上设置有第二磁铁组；所述动子与第一磁铁组之间具有第一气隙、与第二磁铁组之间具有第二气隙。

2.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上。

3.根据权利要求2所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述第一线圈组上具有用于包围所述第一磁铁组的顶面和两个侧面的第一凹部，第二线圈组上具有用于包围所述第二磁铁组的顶面和两个侧面的第二凹部。

4.根据权利要求3所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述第一线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成所述第一凹部；所述第二线圈组包括第三弯折部和第四弯折部，所述第四弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第三弯折部与第四弯折部之间形成所述第二凹部。

5.根据权利要求2所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述动子还包括用于封装所述第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

6.根据权利要求2所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述线圈架上设置有用于引出电源线和信号线的通孔。

7.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述第一磁铁组和第二磁铁组均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。

8.根据权利要求1所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述定子的端面呈凸字型。

9.根据权利要求2所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。

10.根据权利要求3所述的凸杆式无铁芯直线电机，其特征在于，所述第一凹部和第二凹部截面为直角梯形。