專利名稱：具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及永磁體同步直線電機，特別是涉及一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機。
背景技術：
一般來說，有兩類永磁體同步直線電機，通常應用于工業(yè)上。這些是無鐵芯直線電機(也叫做無芯直線電機)和鐵芯直線電機。無鐵芯直線電機從它的名字來看，它在線圈里不含有鐵芯或者鐵疊片。線圈僅僅由銅線成形或者塑造成所需的形狀。另一方面，鐵芯電機使用鐵疊片形成銅線纏繞所在的核心。鐵芯幫助磁通聚集到銅線。鐵芯直線電機提供比無鐵芯直線電機更高的力。它也在設計中比無鐵芯電機使用更少的永磁材料，因此更符合成本效益。然而，鐵芯電機和無鐵芯直線電機有兩個缺點第一，在鐵芯直線電機里存在一個齒槽力。這種力是由磁鐵的磁性和鐵芯的齒相互作用形成的。在永磁體鐵芯直線電機里，這是個眾所周知的現(xiàn)象。這個齒槽力有時也稱為磁阻力或定位力。這種力是對準沿著直線電機運動的軸線，甚至當沒有電流通過電機線圈的情況下也存在的。它通過妨礙從電機來的所需要的力，干擾了正常的直線電機操作。圖1中示出了齒槽力Fc作用于鐵芯直線電機。 力的方向可能是正的或者負的，取決于線圈的相對位置和磁軌。換句話說，在運動或者當運動穩(wěn)定時，它增加了或者減少了所需要的力。當這個干擾通過從伺服驅動器和控制卡供給更多的電流到電機里來被抵消，它減少了直線電機的性能，尤其是增加了整定時間，這是電機到位后，靜止在一個所要求的公差里所需要的時間。在需要高精度的應用中，在很短的時間內位置公差必須要求目標定位在微米里，這種效應變得非常不可取。此外，在需要平穩(wěn)的速度和挑剔的應用里，齒槽力將會有負效果，引起電機有速度波動或者行駛速度不均勻。鐵芯直線電機的另一個不利條件是在鐵芯的齒和磁鐵之間存在非常強烈的磁性的吸引力。這是明顯的，由于在齒和鐵磁之間的間隙通常是0. 8到1毫米的。該力以及其方向是如圖1所示。在一個典型的，線圈長度在200毫米，線圈寬度大約在 75毫米的有鐵芯直線電機里，吸引力大約是在1450N或者145公斤的力。在一個大的帶有 700毫米線圈長度和220線圈寬度的鐵芯直線電機里，吸引力是23000N或者等于2300公斤的力。這個吸引力是極不可取的，因為需要安裝非常大的軸承導軌和移動塊來托住線圈，反抗磁軌。在大型機器比如PCB轉孔機，直線電機被安裝了多個導軌，來預防倒塌或者線圈和磁軌的并合在一起，并且維持兩者之間的空氣間隙。這也意味著，用于托住電機線圈的機械零件必須也要非常堅硬和堅固，由于增加了重量，導致了笨重的設計并且減少了動態(tài)性能。 當直線電機在運動時這個吸引力增加了摩擦力，導致了直線電機效率降低。用于減少在鐵芯直線電機里的齒槽力的方法有很多。其中一個方法是偏斜磁軌上的磁鐵。通過偏斜磁鐵一個角度，這個齒槽力會被減少，雖然減少并不十分顯著。另一個常用的方法是偏斜在線圈部分的鐵疊片，它和偏斜磁鐵一樣有同樣的效果。當偏斜磁鐵或者疊片的方法能在一定的程度上降低齒槽力，它并沒有解決由吸引力所引起的問題。它也減少了電機的效率，因為磁通量沒有通過磁鐵偏斜完全優(yōu)化。還有一個常用的方法是在鐵芯直線電機的末端增加2個輔助齒。這在圖2里說明了，其中如和恥是輔助齒。美國專利號5910691描述了這樣一個技術方案，其在鐵芯直線電機里增加了 2個輔助齒。輔助齒被設計成帶有傾斜角，具有一定的優(yōu)化角度，盡管通過它不能完全消除齒槽力，但會被減少到最低。美國專利號4912746在一個三角楔形里使用輔助齒來減少齒槽力。美國專利號6831379 B2也描述了一個帶有8極9槽設計的直線電機， 并且也在直線電機線圈的末端增加了 2個輔助齒。通過用主齒和2個輔助齒之間的距離優(yōu)化輔助齒的長度，它已被證明了齒槽力能被減小。用增加輔助齒的方法，當齒槽力能被減少時，在線圈和磁軌之間的吸引力仍然沒有減少或者消除。實際上，輔助齒只會增加吸引力。美國專利號6476524 Bl描述了另一個方法，憑借把至少2個或者3個直線電機線圈串聯(lián)。每個單個的電機線圈是由8極和9槽構成的。通過變化單個線圈到一小部分磁距之間的間隙或者空間，它已被證明了，通過疊加由單個線圈引起的齒槽力，純齒槽力能完全被消除。然而，以這個設計，直線電機的最小線圈長度是至少2個直線電機的長度，或者等于16個極。這使直線電機線圈非常長，并且不適合滑動部分的空間或者長度被限制的應用。此外，這種方法不能解決由直線電機線圈和磁軌之間的吸引力造成的問題。PCT/NL2005/000029描述了一個直線電機模組，其包括一些在一個平面上連續(xù)交變極性放置的磁鐵；至少2個連續(xù)放置線圈組件，它包括一堆平行板的型式，每個提供至少 3個平行指并且電線圈排列在指的周圍，其中至少2個組件彼此隔開一段距離排列。描述了直線電機的“齒槽效應”是因此減少的，當不同線圈組件分層堆疊是不接觸的，它們之間有一定的距離。然而，這個現(xiàn)有技術無法描述“一定的距離”，并且不建議采用中和“齒槽效應”。

實用新型內容本實用新型的目的是在于針對現(xiàn)有技術的缺點，而提供一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其具有補償齒槽力和吸引力，能提供優(yōu)越的性能和功效。本實用新型所述具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其齒槽力由直線電機產(chǎn)生，當它通過一個有60度循環(huán)的或者1/3磁距的同樣距離移動。由構造2對抗磁軌裝配，它以1/3磁距的距離故意互相抵消，由頂端的直線電機線圈產(chǎn)生的齒槽力Fcl抵消或者補償由底部直線電機線圈產(chǎn)生的齒槽力Fc2。正如所看到的，通過負載兩個直線電機這樣被排列，凈吸引力實際上是零。換而言之，對立的齒槽力互相抵消。本實用新型的具體技術方案如下本實用新型提供了一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，包括第一組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第一磁軌裝置；第二組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第二磁軌裝置；其中，第一組中的一個或多個線圈與第二組中一個或者多個線圈的方向相反，以便第一磁軌裝置、第二磁軌裝置互相靠近1/3磁距的距離互相抵消。本實用新型還提供了一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，包括第一線圈組從相同的參考位置來形成第一磁軌裝置；第二線圈組從相同的參考位置來形成第二磁軌裝置；[0018]其中的兩個磁軌裝置都來自同一個參考位置組裝部件，以便第一磁軌裝置、第二磁軌裝置在靠近1/3磁距的距離互相抵消，該磁距使得直線電機產(chǎn)生凈零齒槽力和吸引力。上述中，第一磁軌裝置和第二磁軌裝置是固定在安裝板上的。上述中，所述安裝板是一鋁板。 上述中，所述雙線圈直線電機還設有導管，該導管是安裝在所述安裝板內，其用于冷卻所述雙線圈直線電機。本實用新型具有的有益效果本實用新型通過減少電機所需要的力的輸出量，齒槽力干涉了直線電機的正確操作。在這樣做時，齒槽力降低了直線電機的效率。通過有效的抵消了齒槽力，直線電機變成更有效率，并且在過程中使用更少的能量，不但節(jié)省了能量成本，還能帶來更高的生產(chǎn)力。

圖1為傳統(tǒng)的鐵芯直線電機的剖面圖；圖2為另一類傳統(tǒng)的鐵芯直線電機的剖面圖；圖3-圖4為當直線電機移動一個電周期的示意圖；圖5為一個兩個直線電機線圈對立的組裝并且面對對方的結構圖；圖6是本實用新型優(yōu)選實施例的截面圖；圖7為本實用新型直線電機磁路的示意圖；圖8是本實用新型的另一優(yōu)選實施例的示意圖；圖9是本實用新型兩個直線電機線圈的安裝示意圖；圖10是本實用新型所述直線電機的結構圖；圖11是本實用新型的另一優(yōu)選實施例的示意圖。圖號對照說明1鐵芯2銅線圈3永磁鐵 4背鐵5a輔助齒恥輔助齒6a磁軌乩磁軌7軌道固定塊8固定板9a頂部電機9b底部電機10安裝板11進水口12 出水口
具體實施方式
為使對本實用新型的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下請參閱圖1，為傳統(tǒng)的鐵芯直線電機剖面圖，該鐵芯直線電機使用8極6槽的設計。 鐵芯1是由許多鐵疊片成形的，并且銅線圈2是在鐵芯的槽周圍成形的。永磁體3是組裝在背鐵4上。磁距Rii是一個磁鐵到另一個磁鐵之間的距離。2塊磁鐵將形成一個完整電氣周期，可以是360度。當直線電機移動一個電氣周期如圖3-圖4所示，齒槽力由直線電機所產(chǎn)生，6個重復的循環(huán)是一個完整的360度電氣周期。這意味著，每個重復的循環(huán)具有一個60度的周期，或者一個等于磁距1/3的距離。圖2是為另一類傳統(tǒng)的鐵芯直線電機的剖面圖，如圖所示，5ajb是輔助齒。圖5為一個兩個直線電機線圈對立的組裝并且面對對方的結構圖。兩個磁軌裝置 6a和6b，通過一個鋁的軌道固定塊7互相分開的。應當注意到，2個軌道組是特意互相偏離 1/3的磁距。圖5示出了圖4的齒槽力，具體是由頂端的直線電機線圈產(chǎn)生的齒槽力Fcl抵消或者補償由底部直線電機線圈產(chǎn)生的齒槽力Fc2。如圖6所示，是一個橫截面視圖，2個直線電機線圈可以通過一個負載固定在其上的固定板8作機械連接。電機線圈也可以電力的連接在一起，每一個電機線圈是并聯(lián)或者串聯(lián)。這意味著，2個直線電機線圈比單個電機線圈更有效的，并且由單個伺服驅動器驅動， 帶有同樣的電流傳遞給或者通過線圈，根據(jù)它們是使用串聯(lián)還是并聯(lián)。除了齒槽力的補償，其可從圖5中看出，吸引力Fal和Fa2作用于相反的方向。由固定2個直線電機線圈在這樣的結構里，如圖所示，通過負載在加入2個電機的固定板8 上，凈吸引力實際上為零。換而言之，吸引力互相抵消了。圖7為本實用新型直線電機磁路的示意圖。自從鋁的軌道固定塊7是非磁性的，并且兩個直線電機由這個塊隔開的，頂部電機9a的磁路和底部電機9b的磁路是分開的。這兩個磁路之間是沒有沖突的。圖8是本實用新型的另一優(yōu)選實施例的示意圖，憑借代替偏移磁軌裝置，直線電機線圈組偏移同樣的磁距1/3的距離或者60度。這種結構的效果和圖5描述的是一樣的。 為了加強2個直線電機線圈的裝配，安裝板可以這樣加入2個直線電機，如圖9所示。這些安裝板10是由鋁構成的，它們在橫向非常堅硬并且有助于保持直線電機線圈和磁軌板之間的空氣間隙。一個完整的模組使用這種結構，如圖10所示，直線電機裝配是固定在模組中心的支撐架盤上，在直線電機裝配上每側帶有2個導軌。實際上，支撐架盤加入到安裝盤的頂部。使用這樣的設計，導軌的尺寸可以相比常規(guī)的鐵芯直線電機明顯的減少，因為凈零吸引力作用于導軌上。導軌僅僅使用于支撐負載和引導直線電機運動的方向。這樣的一種設計能應用在比如PCB鉆孔機和機床。圖11是本實用新型的另一優(yōu)選實施例的示意圖，該圖中，直線電機線圈安裝板是被設計成帶有水導管來允許直線電機水冷。雖然銅線圈通?？梢赃\作于高達130度，在應用里用冷卻是必要的，熱量被轉移到負載是不可取的。在傳統(tǒng)的設計里，水冷管通常是安裝在直線電機線圈內部來提供冷卻的。這個方法使制造過程非常昂貴和繁瑣，就像需要注意采取適當?shù)母綦x電流通過的銅線和冷卻液。任何泄露會造成短路和直線電機線圈故障。這個方法也占用了直線電機線圈里的有效空間，在有限的空間里代替了一些在直線電機線圈的凹槽之間的可用的銅線圈。在本實用新型中，通過加工安裝板來合并冷卻通道，制造成本會顯著減少，并且對于銅線圈的繞組會有更多的空間，因此使電機更有效率。以這樣的模塊化設計，任何電機線圈或者磨損部件的更換也是可行的。綜上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用來限定本實用新型實施的范圍，凡依本實用新型權利要求范圍所述的形狀、構造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應包括于本實用新型的權利要求范圍內。
權利要求1.一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于，包括第一組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第一磁軌裝置；第二組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第二磁軌裝置；其中，第一組中的一個或多個線圈與第二組中一個或者多個線圈的方向相反，以便第一磁軌裝置、第二磁軌裝置互相靠近1/3磁距的距離互相抵消。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 第一磁軌裝置和第二磁軌裝置是固定在安裝板上的。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 所述安裝板是一鋁板。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 所述雙線圈直線電機還設有導管，該導管是安裝在所述安裝板內，其用于冷卻所述雙線圈直線電機。
5.一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于，包括第一線圈組從相同的參考位置來形成第一磁軌裝置；第二線圈組從相同的參考位置來形成第二磁軌裝置；其中的兩個磁軌裝置都來自同一個參考位置組裝部件，以便第一磁軌裝置、第二磁軌裝置在靠近1/3磁距的距離互相抵消，該磁距使得直線電機產(chǎn)生凈零齒槽力和吸引力。
6.根據(jù)權利要求5所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 第一磁軌裝置和第二磁軌裝置是固定在安裝板上的。
7.根據(jù)權利要求6所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 所述安裝板是一鋁板。
8.根據(jù)權利要求5所述的具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，其特征在于， 所述雙線圈直線電機還設有導管，該導管是安裝在所述安裝板內，其用于冷卻所述雙線圈直線電機。
專利摘要本實用新型涉及一種具有補償齒槽力和吸引力的雙線圈直線電機，包括第一組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第一磁軌裝置；第二組中的一個或多個線圈組從相同的參考位置來形成第二磁軌裝置；其中，第一組中的一個或多個線圈與第二組中一個或者多個線圈的方向相反，以便第一磁軌裝置、第二磁軌裝置在互相靠近1/3磁距的距離互相抵消。齒槽力會減少電機所需要力的輸出量來干涉了直線電機的正確操作。在這樣做時，齒槽力降低了直線電機的效率。通過有效的抵消了齒槽力，直線電機變成更有效率，并且在過程中使用更少的能量，不但節(jié)省了能量成本，還能帶來更高的生產(chǎn)力。
文檔編號H02K41/03GK202050348SQ20112014120
公開日2011年11月23日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權日2011年5月5日
發(fā)明者吳彩鳴, 廖永平, 林浩元, 江永明 申請人:雅科貝思精密機電(上海)有限公司