CN209134269U - 一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备。其中，所述直线电机包括：第一定子、第二定子和动子；所述第一定子和第二定子分别设置在所述动子的两侧，且分别与所述动子之间存在间隙；所述第一定子面对所述动子的面形成多个第一浅表槽，至少部分所述第一浅表槽内设置第一永磁体；所述第二定子面对所述动子的面形成多个第二浅表槽，至少部分所述第二浅表槽内设置第二永磁体；所述动子面对所述第一、第二定子的面分别形成多个第三、第四浅表槽，至少部分所述第三、第四浅表槽内分别设置第三、第四永磁体。采用本实用新型所述的直线电机，具有增大出力效果的优势。

Description

一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备

技术领域

本实用新型涉及电磁技术领域，具体涉及一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备。

背景技术

随着电机技术应用的发展，由于直线电机不像旋转电机需要将转矩转换成推力，因此相比旋转电机具有结构更精简，反应更快，精度更高等优点。

但目前的直线电机往往出力小较小，难以满足人们对大出力电机的需求。

实用新型内容

有鉴于此，提供一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备。

本实用新型第一方面提供一种直线电机，包括：第一定子、第二定子、动子；所述第一定子和第二定子分别设置在所述动子的两侧，且分别与所述动子之间存在间隙；

所述第一定子面对所述动子的面形成多个第一浅表槽，至少部分所述第一浅表槽内设置第一永磁体；

所述第二定子面对所述动子的面形成多个第二浅表槽，至少部分所述第二浅表槽内设置第二永磁体；

所述动子面对所述第一、第二定子的面分别形成多个第三、第四浅表槽，至少部分所述第三、第四浅表槽内分别设置第三、第四永磁体。

进一步，所述第三、第四永磁体和所述第一、第二永磁体的磁力线方向相同；或

所述第一、第二永磁体的磁力线方向相同，所述第三、第四永磁体的磁力线方向与所述第一、第二永磁体的磁力线方向相反；或

所述第一、第二永磁体的磁力线相反，所述第三、第四永磁体的磁力线方向相反。

进一步，所述第一、第二定子上设置的永磁体位置对齐，所述动子两侧设置的永磁体位置互补；或者

所述动子两侧设置的永磁体位置对齐，所述第一、第二定子上设置的永磁体位置互补。

进一步，所述第一、第二定子分别包括面向所述动子的多个第一、第二齿，所述第一、第二齿面对所述动子的面上形成多个第一、第二浅表槽，所述第一、第二永磁体设置在所述第一、第二浅表槽内。

进一步，所述直线电机还包括：第一、第二绕组；

所述第一、第二绕组分别设置在所述第一、第二定子的所述第一、第二齿上，或相邻两个所述第一、第二齿之间形成的槽内。

进一步，所述第一、第二定子分别包括多个按照动子运动方向排列的彼此间隔一定距离的独立单元。

进一步，所述定子包括至少nN+1个独立单元；所述动子包括对应所述至少nN+1个独立单元长度的第一部分；其中，N为电机的相数,n＝1或2。

由于当动子按照方向F完全运动到对应相邻定子单元位置之前，依然是原来位置的n N个定子单元通电，因此实际需要动子的有效长度为nN+1个定子单元的长度，而定子需要至少nN+1个独立单元；其中，N为电机的相数，n＝1或2。

进一步，设所述第一、第二定子的独立单元间隔的距离为M；则

T电*Speed＝L；L/定子的单元个数＝M

其中，T电为一个电周期的时间，Speed为动子的运动速度，L为动子运动的距离，N为电机的相数，n＝1或2。

进一步，所述动子还包括沿所述第一部分的至少一端延长的第二部分，所述第二部分包括端槽，所述端槽被配置为与所述第一部分中的第三、第四浅表槽规格不一致，以减小齿槽效应以及转矩脉动。

本实用新型第二方面提供一种包括上面任意一项所述的直线电机的自动化设备。

本实用新型的主要优势在于：由于间隙两侧的动子和定子都设置永磁体，使得磁力增大。

另外，又由于采用双定子结构，相当于一个电机形成两套电机的出力效果，因此可以使得直线电机整体的出力大大增加。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图。

图2A-2C为本实用新型另一种实施例提供的直线电机的两个定子和动子上的永磁体不同方向设置的局部放大示意图。

图3A-3B为本实用新型另一实施例提供的直线电机局部放大示意图,其中，3A为第一、第二定子上的永磁体对齐，而动子两侧永磁体位置互补；图 3B为动子两侧永磁体对齐，第一、第二定子永磁体位置互补。

图4为本实用新型另一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图。

图5为本实用新型另一实施例提供的动子的整体结构示意图，其中动子包括不规则的第二部分。

图6为本实用新型另一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图，其中定子包括4个独立单元，动子包括4个独立单元；

图7为本实用新型另一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图，其中定子包括7个独立单元，动子包括7个独立单元。

图8A为直线电机包括六个单元通入六相电流的部分简化示意图；图8B为对应图8A的电流矢量图。

图9A为图8A的部分单元示意图；图9B为与图9A等效的电流部分简化示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备，由于间隙两侧的动子和定子都设置永磁体，使得磁力增大。另外，又由于采用双定子结构，相当于一个电机形成两套电机的出力效果，因此可以使得直线电机整体的出力大大增加。

图1为本实用新型一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种直线电机，所述直线电机包括动子11和第一、第二定子12、13，所述第一、第二定子12、13设置在所述动子11 的径向X两侧，第一、第二定子12、13和动子11之间存在间隙以形成磁隙。第一定子和第二定子除分布在动子的径向两侧之外，也可以根据动子和定子上磁力线的走向分别设置在动子轴向的两侧(图未示意出)，因为该部分属于现有技术，在此不再详细赘述。

所述第一定子12在面对所述动子的面上形成多个第一浅表槽121，至少部分第一浅表槽121内设置第一永磁体122。

所述第二定子13在面对所述动子的面上形成多个第二浅表槽131，至少部分第二浅表槽131内设置第二永磁体132。

所述动子11在分别面对第一、第二定子的两个面分别形成第三、第四浅表槽111、113，至少部分第三、第四浅表槽111、113内设置第三、第四永磁体112、 114。

采用上面的直线电机，由于间隙两侧的动子和定子都设置永磁体，使得磁力在某些情况下增大为原来的2-3倍；另外，又由于采用双定子结构，相当于一个电机形成两套电机的出力效果；采用上面的两侧都设置永磁体和双定子相结合的电机，由于磁场聚合和叠加作用，使得整个电机的出力效果并不只是两个出力效果的简单加和，而是在此基础上，形成了相对现有电机大于简单加和的出力效果。

需要说明的是，电机并不限于上面所述的一个动子和两个定子的结构，也可以是由上面所述结构的多个单元组合而成，比如：一个电机包括并列设置的多个包含两个定子和一个动子的结构单元组成(图未示意出)；又或者电机包括两个大的定子，中间设置多个动子(图未示意出)；又或者一个动子对应多个并列设置的第一、第二定子。只要满足本实用新型的双边永磁体的双定子结构的技术特征，都属于本实用新型保护的范围内。

需要说明的是，如图1所示，可以优选每个第一、第二、第三、第四浅表槽内都设置永磁体，这样有助于增大出力；另外，也可以根据需要在部分浅表槽内设置永磁体(图未示意出)。浅表槽内设置的第一、第二、第三、第四永磁体的数量可以是一个，也可以是多个(比如：HALBACH阵列)。

所述多个第一、第二浅表槽与第三、第四浅表槽的规格可以相同，也可以不同；另外，第一、第二、第三、第四浅表槽彼此的规格可以相同，也可以不同。如图1所示，优选相同，从而可以有助于获得均匀出力。

图2A-2C为本实用新型直线电机的另一种实施例提供的两个定子和动子上的永磁体不同方向设置的局部放大示意图；其中，图2A为动子两边的永磁体和两个定子上的永磁体同向设置的局部放大示意图；图2B为动子两边的永磁体和两个定子上的永磁体方向相反设置的局部放大示意图；图2C为动子两边的永磁体方向相反和两个定子上的永磁体方向相同设置的局部放大示意图。

由于直线电机两边都放置永磁，气隙很小，会使两者之间的吸引力非常大，如果直线电机两侧形成的作用力方向相同，则要采用机械强度较高的机械部分来抵消垂直方向不平衡力。因此，为克服上述问题，在另一些优选实施例中，通过将第一、第二、第三、第四永磁体的磁力线方向相配合，使得电机两侧形成的与电机运动方向垂直的力方向相反，因此减小直线电机垂直方向受到的力，避免对机械部分需要抵抗高强度的要求。

第一、第二、第三、第四永磁体的磁力线方向可以在满足上面要求的情况下，采用各种组合方式设置，具体如下：

如图2A所示，在最优选的实施例中，动子11上的第三、第四永磁体112、 114和第一、第二定子12、13上的第一、第二永磁体122、132的磁力线方向相同，由于动子两侧永磁的方向使得磁力线可以贯穿动子，使得齿槽转矩减小，气隙磁密相对最大，出力相对最大。除此之外，按照出力的大小，从大到小依次排列的顺序，也可以采用如下的设置方式：

如图2B所示，第一、第二定子12、13的第一、第二永磁体122、132的磁力线方向相同，且动子11两侧第三、第四永磁体112、114的磁力线方向与所述第一、第二永磁体122、132的磁力线方向相反。

如图2C所示，第一、第二定子12、13上的第一、第二永磁体122、132 的磁力线相反，且动子两侧第三、第四永磁体112、114的磁力线方向相反。

图3A-3B为本实用新型另一实施例提供的直线电机局部放大示意图,其中， 3A为在图2B的磁力线布置的基础上，第一、第二定子上的永磁体对齐，而动子两侧永磁体位置互补；图3B为动子两侧永磁体对齐，第一、第二定子永磁体位置互补。

进一步，如图3A所示，在上面实施例所述的第一、第二、第三、第四永磁体的磁力线配合的基础上，由于动子两侧的第三、第四永磁体会受到定子的第一、第二永磁体的斜向作用力，斜向作用力可以分解成水平X和竖直方向Y，在某些情况下当动子两侧的第三、第四永磁体受到的水平方向X作用力同向时，会造成电机动子要采用机械强度较高的机械部分来抵消水平方向不平衡力，同样原理也适用于定子，在此不再重复赘述。因此，为解决上述问题，在另一些优选实施例中，可以使得第一、第二、第三、第四永磁体的位置相配合，从而使得第一和第二永磁体在水平方向受力方向相反；第三、第四永磁体在水平方向受力方向相反。具体可以采用但不限于如下两种方式：

第一种方式：如图3A所示，可以使得第一、第二定子上的第一、第二定子永磁体的位置彼此对齐，而动子两侧的第三、第四永磁体的位置形成互补(互补是指，动子两侧设置的第三、第四永磁体彼此位置错开)。

由于各个永磁体采用这种位置排列方式，在各个永磁体的磁力线如上面实施例所述相互配合的情况下，动子或定子两侧的永磁体的水平方向X的分解受力正好为相反的方向，从而避免产生电机在水平方向的受力不平衡。

第二种方式，如图3B所示，除上面所述，也可以使得动子两侧的第三、第四永磁体的位置彼此对齐，而第一、第二定子上的第一、第二永磁体的位置形成互补，原理同上，在此不再重复赘述。

图4为本实用新型另一种实施例提供的直线电机的整体结构示意图。

如图4所示，进一步，在一些优选实施例中，所述直线电机包括如下结构：

第一定子22包括多个向动子21延伸的多个第一齿221，所述每个第一齿221 的在面对动子21的端部形成多个第一定子浅表槽2211，至少部分(优选每一个) 第一定子浅表槽2211内设置第一定子永磁体222。

第二定子23包括多个向动子21延伸多个第二齿231，所述每个第二齿231的在面对动子21的端部形成多个第二定子浅表槽2311，至少部分(优选每一个) 第二定子浅表槽2311内设置第二定子永磁体232。

所述动子21面对所述第一、第二定子22、23的两个侧面上分别形成多个第一、第二动子浅表槽211、212，至少部分所述第一、第二浅表槽211、212内分别设置至少一个第三、第四永磁体213、214。

所述直线电机还包括第一、第二绕组，第一、第二绕组223、233设置在第一、第二定子22、23的第一、第二齿221、231上或者相邻两个第一、第二齿221、 231之间形成的槽内。

由于定子采用了齿结构，可以将有效磁力线集中，因此可以增加直线电机的出力。

继续如图4所示，进一步，在另一些优选的实施例中，由于定子上设置例齿结构，因此可以将第一、第二绕组223、233设置在第一、第二定子22、23的第一、第二齿221、231上(如图4所示)或者相邻两个第一、第二齿之间形成的槽内(图未示意出)，由于动子21上无绕组，避免动子运动时造成绕组连接线反复弯折，损坏连接线。

图5为本实用新型另一实施例提供的动子的整体结构示意图，其中动子包括不规则的第二部分。图6为本实用新型另一种实施例提供的电机的整体结构示意图，其中定子包括4个独立单元，动子包括4个独立单元；图7为本实用新型另一种实施例提供的电机的整体结构示意图，其中定子包括7个独立单元，动子包括7个独立单元。图8A为直线电机包括六个单元通入六相电流的部分简化示意图；图8B为对应图8A的电流矢量图。图9A为图8A的部分单元示意图；图9B为与图9A等效的电流部分简化示意图。

如图6所示，在另一些优选实施例中，可以将直线电机的第一、第二定子分成多个独立的彼此间隔一定距离的单元C，从而使得每个单元为单独的一相电机，总体形成多相电机，从而避免出现磁链断开的情况。

另外，如上面实施例所述，当将绕组设置在定子上时，将定子分成多个单元，可以在动子运动的时候，根据动子运动的位置，对应控制每个绕组的通断电，从而减少非工作绕组的电磁干扰。

进一步，如图6所示，根据上面所述，当定子包括多个单元分别单独控制时，以三相电机为例，每一相包括一个定子单元，则定子包括3个定子单元，由于电机运行时，每个时刻都要保持3个定子单元同时通电，当动子的按照方向F运动行程为一个定子单元长度时，实际需要4个定子单元；而当动子按照方向F完全运动到对应相邻定子单元位置之前，依然是原来位置的3个定子单元通电，因此实际需要动子的有效长度为4个定子单元的长度，其中，动子无效部分为1个定子单元的长度。

如图7所示，为方便理解，进一步，以六相电机(N＝6)为例进行说明，根据上面所述，则定子实际包括至少7个定子单元，动子实际的长度为7个定子单元的长度，原理同上，在此不再重复赘述。

需要进一步说明的是，在另外一些实施例中，当电机包括6个定子单元，简化形似如图8A。六个单元通入的六相电流如图8A所示，相邻单元通入电流相差60度，由图8B电流矢量图中可知，Ia＝-Id,即Id＝-Ia,用电路图表示此等效关系如图9A，既然图8B与图9B等效，则可将1,4单元如图3电路所示形式连接到一起，同理，也可将2和5,3和6同样形式连接，则可将6个单元连接成6/2＝3相，来代替6个单元连接成6相。则此时，这里的6个定子单元连接成三相电机，此时，定子单元数量则为2*3+1。根据上面所述，同样适用于12个定子单元形成6相电机，原理与6个定子单元形成3相电机相同，在此不再重复赘述。

根据上面所述，设电机的相数为N(N为3的倍数)，n是每相电机包括的定子单元的个数，根据上面所述可以为1也可以为2(如上面所述将6个定子单元设置成3相)，则动子包括至少nN+1个定子单元长度的第一部分，定子包括至少nN+1个单元，即定子单元的个数为大于等于nN+1。

进一步，根据上面所述，设每个定子单元之间间隔的一定距离为M，则

T电*Speed＝L；L/定子的单元个数＝M

其中，T电为一个电周期的时间，Speed为动子的运动速度，L为动子运动的距离，N为电机的相数，n＝1或2。

进一步，在另一些优选实施例中，当定子分成多个单元分别单独控制时，以6相电机为例，动子规则排列部分为7个定子单元长度，这样会引起动子上始终有一个定子单元的长度没有相对位置的平衡，例如，如图7所示，1号位和4 号位位置互补，2与5,3与6，则7号位没有单元与其形成互补，这样会增大出力波动。

因此，如图5、图7所示，所述动子11除包括上面实施例所述的第一部分A 之外，还可以包括沿所述第一部分的至少一端延长的第二部分B，所述第二部分B可以在第一部分的两端都设置；除此之外，第二部分也可以只设置在第一部分的其中一端(图未示意出)。第二部分包括端槽B1、B2，所述端槽B1被配置为与所述第一部分中的第三、第四浅表槽111、113的规格不一致，以减小齿槽效应以及转矩脉动。所述端槽B1、B2内可以设置永磁体，也可以不设置永磁体。

在另外一些实施例中，本实用新型还提供一种包括上面所述的直线电机的自动化设备(图未示意出)需要说明的是，所述自动化设备可以包括：机器人；各种功能的自动化设备，可以包括：交通设备(比如：地铁或磁悬浮列车中应用直线电机)；精密仪器(比如：绘图仪器、医疗设备、航空航天仪器等)；传送设备(比如：电梯)；加速设备(比如：发射装置)；生活设备(比如：电动推拉门、电动开关窗帘)等等。其中，机器人可以看作是一种高级的自动化设备。

有关直线电机的描述参见上面所述，在此不再重复赘述。

当元件被表述“设置在”另一个元件上，它可以固定于另一个元件上，或者相对另一个元件可活动的连接。当一个元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的属于只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。

本文术语中“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如：A和/或B,可以表示单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本实用新型的权利要求书和说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等等(如果存在)是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如：包括了一系列步骤或者模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或者模块，而是包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其它步骤或模块。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

需要说明的是，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的结构和模块并不一定是本实用新型所必须的。

以上对本实用新型实施例所提供的一种直线电机及包括该直线电机的自动化设备进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，不应理解为对本实用新型的限制。本技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直线电机，包括：第一定子、第二定子、动子；所述第一定子和第二定子分别设置在所述动子的两侧，且分别与所述动子之间存在间隙；其特征在于，

所述第一定子面对所述动子的面形成多个第一浅表槽，至少部分所述第一浅表槽内设置第一永磁体；

所述第二定子面对所述动子的面形成多个第二浅表槽，至少部分所述第二浅表槽内设置第二永磁体；

所述动子面对所述第一、第二定子的面分别形成多个第三、第四浅表槽，至少部分所述第三、第四浅表槽内分别设置第三、第四永磁体。

2.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第三、第四永磁体和所述第一、第二永磁体的磁力线方向相同；或

所述第一、第二永磁体的磁力线方向相同，所述第三、第四永磁体的磁力线方向与所述第一、第二永磁体的磁力线方向相反；或

所述第一、第二永磁体的磁力线相反，所述第三、第四永磁体的磁力线方向相反。

3.根据权利要求2所述的电机，其特征在于，所述第一、第二定子上设置的永磁体位置对齐，所述动子两侧设置的永磁体位置互补；或

所述动子两侧设置的永磁体位置对齐，所述第一、第二定子上设置的永磁体位置互补。

4.根据权利要求1所述的电机，其特征在于，所述第一、第二定子面向所述动子形成多个第一、第二齿，每个所述第一、第二齿面对所述动子的面上形成多个所述第一、第二浅表槽，所述第一、第二永磁体设置在所述第一、第二浅表槽内。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述直线电机还包括：

第一、第二绕组；

所述第一、第二绕组分别设置在所述第一、第二定子的所述第一、第二齿上，或相邻两个所述第一、第二齿之间形成的槽内。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的电机，其特征在于，所述第一、第二定子按照动子运动方向分别形成多个彼此间隔一定距离的独立单元。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，所述第一、第二定子包括至少nN+1个独立单元；所述动子包括对应所述至少nN+1个独立单元长度的第一部分；其中，N为电机的相数，n＝1或2。

8.根据权利要求6所述的电机，其特征在于，设所述第一、第二定子的独立单元间隔的距离为M；则

T电*Speed＝L；L/nN＝M

其中，T电为一个电周期的时间，Speed为动子的运动速度，L为动子运动的距离，N为电机的相数，n＝1或2。

9.根据权利要求7所述的电机，其特征在于，所述动子还包括沿所述第一部分的至少一端延长的第二部分，所述第二部分包括端槽，所述端槽被配置为与所述第一部分中的第三、第四浅表槽规格不一致，以减小齿槽效应以及转矩脉动。

10.一种自动化设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1-9任意一项所述的直线电机。