專利名稱：同步直線電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按專利權(quán)利要求1前序部分所述之同步直線電動機(jī)。由US-PS4908533已知一種此類同步直線電動機(jī)。
用作伺服電動機(jī)的高質(zhì)量同步電動機(jī)，應(yīng)當(dāng)有盡可能均勻和無干擾的力作用過程。在旋轉(zhuǎn)的同步電動機(jī)中，引起周期性力波動(“Kraftelligkeit(力波動性)”)的原因，主要認(rèn)為是定子開槽。為了補(bǔ)償這種力波動性，以及補(bǔ)償所有其他因開槽引起的對驅(qū)動軸扭矩的影響，通常轉(zhuǎn)子極或定子極按一個槽的寬度傾斜。
由US-PS 4908533的同步直線電動機(jī)中也已知，為避免力的波動，極按卷繞的初級部分一個槽的寬度傾斜。因?yàn)樵诟┮晥D中初級部分端面的邊緣平行于其槽延伸，所以在這種已知的槽傾斜時，在極的前端邊和后端邊處傾斜。由EP 0334645A1已知的另一種避免這種力波動的可能性是，同步直線電動機(jī)初級部分的芯由鐵磁性極構(gòu)成，以及，線圈在直線電動機(jī)的氣隙內(nèi)安排成，使極的端部從氣隙的線圈中伸出和在直線電動機(jī)中心線區(qū)域形成一個臺階。
與沿圓周觀察無限連續(xù)的旋轉(zhuǎn)同步電動機(jī)不同，同步直線電動機(jī)的顯著特點(diǎn)是有始有終。在直線同步電動機(jī)中，在起點(diǎn)和終點(diǎn)的轉(zhuǎn)換區(qū)沿運(yùn)動方向產(chǎn)生周期性電動機(jī)端部力，它們對直線電動機(jī)的運(yùn)動帶來干擾。而且由于直線電動機(jī)與磁極的重疊根據(jù)電動機(jī)位置而不同，所以產(chǎn)生電動機(jī)端部力。在這種情況下存在直線電動機(jī)儲存磁能特別大的優(yōu)先位置。于是需要消耗附加的力將直線電動機(jī)移出此優(yōu)先位置。將直線電動機(jī)拉入磁極優(yōu)先位置的力稱“極力(Polkraft)”。它達(dá)到電動機(jī)額定力的20％。通過每一個磁極存在一個優(yōu)先位置。因此極力相對于磁極周期性改變，從而導(dǎo)致稱為“極波動性(Polwelligkeit)”的電動機(jī)力的擾動。因?yàn)闃O力與電動機(jī)電流無關(guān)(意味著它是無源力)，故在無電流狀態(tài)也存在。極力不作功，因它沿直線電動機(jī)運(yùn)動方向和逆運(yùn)動方向交變作用。工作時它疊加在通過電動機(jī)電流產(chǎn)生的力上。極力與槽力無共同之處，磁極邊緣與定子槽通過槽力相互作用。
上述“極波動性”導(dǎo)致傳統(tǒng)的同步直線電動機(jī)的運(yùn)動不準(zhǔn)確性，尤其在使用這種電動機(jī)作為高精度調(diào)節(jié)器時這種情況是不希望發(fā)生的。
因此本發(fā)明的目的是，改善前言所述類型的同步直線電動機(jī)的運(yùn)動準(zhǔn)確度。
按本發(fā)明此目的通過專利權(quán)利要求1特征部分所述特征來達(dá)到。
按本發(fā)明的同步直流電動機(jī)的有利設(shè)計(jì)和進(jìn)一步改進(jìn)由從屬權(quán)利要求給出。
在按本發(fā)明的同步直線電動機(jī)中，電動機(jī)兩端按磁極寬度斜切。傾斜的電動機(jī)端部沒有開槽和沒有卷繞。與已知的采用控制槽力的措施不同，在本發(fā)明中，直線電動機(jī)的卷繞區(qū)完全不變。由于電動機(jī)兩端部按本發(fā)明的傾斜按磁極的寬度，因此，每一個在直線電動機(jī)前端的極力，在數(shù)量上與在直線電動機(jī)后端處的極力完全相等，但方向相反。為了使極力完全補(bǔ)償，要求電動機(jī)端部的斜切按磁極的全部寬度。若端部傾斜設(shè)計(jì)得較小或較大，則極力不能完全補(bǔ)償。其原因在于，為避免槽的干擾所設(shè)的前面已提及的槽的傾斜，和電動機(jī)端部與之相關(guān)連地平行傾斜大約一個槽距，不能排除極波動性的問題，通常三個或六個槽覆蓋直線電動機(jī)的一個磁極，在已知的按一個槽傾斜時，這只相當(dāng)于電動機(jī)端部按三分之一或六分之一個磁極傾斜。
如果次級部分磁極的傾斜設(shè)計(jì)為沿初級部分的一個槽的寬度以補(bǔ)償開槽引起的力波動性，則按本發(fā)明的初級部分端側(cè)的傾斜必須增大或減小此磁極的傾斜，這要看磁極與初級部分端側(cè)傾斜的方向究竟是同樣的還是相反的。
按本發(fā)明按磁極寬度傾斜的電動機(jī)端部沒有卷繞，并因而不需要開槽。當(dāng)初級部分端部的傾斜朝著次級部分方向形成一個光滑面。而這一光滑面具有與直線電動機(jī)相同的氣隙時，能獲得最佳效果。
下面借助于附圖中表示的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。其中

圖1按本發(fā)明的同步直線電動機(jī)第一種實(shí)施例的示意俯視圖；圖2按本發(fā)明的同步直線電動機(jī)第二種實(shí)施例的俯視圖，與圖1相比，其次級部分的極間隙是傾斜的；圖3按本發(fā)明的同步直線電動機(jī)第三種實(shí)施例的俯視圖，與圖1相比，轉(zhuǎn)子槽是傾斜的；以及圖4按本發(fā)明設(shè)計(jì)用于初級部分前端和后端的附加段透視圖。
圖1表示按本發(fā)明設(shè)計(jì)的同步直線電動機(jī)1的俯視圖，它按傳統(tǒng)的方式由初級部分或轉(zhuǎn)子10與次級部分20組成。直線電動機(jī)1的運(yùn)動方向用箭頭30表示。初級部分10沿運(yùn)動方向30的長度比次級部分20的長度短。初級部分10包括一個具有互相平行延伸的轉(zhuǎn)子槽14的疊片鐵芯16，在圖1中轉(zhuǎn)子槽14只在疊片鐵芯16的左邊緣用虛線表示了其中的兩個轉(zhuǎn)子槽14。在按圖1的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子槽14的縱軸線垂直于初級部分10的縱軸線13。在轉(zhuǎn)子槽14中置入兩相或三相繞組15。它以圖中沒有表示的方式與兩相或三相交流電壓電連通。
此例如固定的次級部分由多個沿運(yùn)動方向30連續(xù)排列各有一個北極21和一個南極22的永久磁鐵。在各具有寬度W的每個極對21/22的極之間，有一個狹窄的極間隙24，它有間隙寬度S。在按圖1的實(shí)施例中，極間隙24的縱軸線垂直于初級部分10的縱軸線13延伸。并因而與轉(zhuǎn)子槽14的縱軸線同樣的方式定向。
在轉(zhuǎn)子繞組15通電時感應(yīng)了一個電磁力，它使例如通過滑架固定的初級部分10，沿箭頭30的方向相對于固定的初級部分20運(yùn)動。在這種情況下，初級部分10的運(yùn)動變化相對于供入初級部分10的兩相或三相交流電壓的頻率是同步的，正因?yàn)槿绱?，此直線電動機(jī)的類型才命名為同步直線電動機(jī)。
按本發(fā)明，初級部分10疊片缺芯16的端部11、12設(shè)計(jì)為不開槽的，并斜切一個磁極21、22的寬度W，以相對于縱軸線13形成一個傾斜角β。端側(cè)11、12的這一傾斜，或如圖1所示涉及整個端面11a、12a，或只涉及它們的一部分，如在圖4中借助于一個附加段100所表示的那樣。無槽的附加段100裝在疊片鐵芯16每一個軸向端上，因此，疊片鐵芯16可按傳統(tǒng)的方式加工槽14和繞組15。每個附加段100垂直于初級部分10和次級部分20之間的氣隙面疊片，其中，板疊的定向最好與疊片鐵芯16的定向一致。在按圖4的實(shí)施例中，端面110有一個斜切的表面區(qū)111和一個沒有斜切的直的表面區(qū)112，在兩個區(qū)111和112之間形成一個具有三角形平面形狀的臺階113。斜切表面區(qū)111的高度例如大于初級部分10與次級部分20之間氣隙高度的5倍。通過端面11a、12a的這種局部傾斜(這不僅在附加段100而且也可以在整體式設(shè)計(jì)的疊片鐵芯16中實(shí)施)，可以提高疊片式附加段100的機(jī)械強(qiáng)度。附加段100可設(shè)計(jì)為，它能直接用螺釘固定在矩形疊片鐵芯16的端部。此外，附加段100可以固定在疊片鐵芯16也可固定在其上的同一機(jī)械構(gòu)件上(圖中未表示)。在這種情況下，(圖中未表示的)用于疊片鐵芯16的固定孔一直延長到附加段100。
在疊片鐵芯16端部的整體式設(shè)計(jì)的情況下，開槽的疊片鐵芯16的各鐵芯疊片，有不同長度的無槽的超出段，在將一個個疊片拼合為疊片鐵芯16后，不同長度的超出段使構(gòu)成了初級部分10傾斜的端部。如果為了獲得初級部分10斜切的端部，將一個個疊片逐個地截去多余長度的做法在加工技術(shù)上過于麻煩的話，那么這一傾斜也可以通過銑削已制成的疊片鐵芯16獲得。在這種情況下，若斜面只是沿疊片鐵芯16的部分高度延伸，如圖4中對附加段100所表示的那樣，也仍然足以滿足要求。
在圖2所示之按本發(fā)明的同步直線電動機(jī)另一種實(shí)施例中，為了補(bǔ)償開槽引起的力的波動性，次級部分20的磁極21、22相對于運(yùn)動方向30的垂直線傾斜一個角δ。如圖2所示，磁極21、22的這一傾斜可沿初級部分10端側(cè)11、12的傾斜方向進(jìn)行。但效果同樣好的是，也可以按圖中未表示的方式，使磁極21、22的傾斜逆初級部分10端側(cè)11、12的傾斜方向進(jìn)行。在磁極21、22沿端側(cè)11、12的傾斜方向傾斜δ角的情況下，端側(cè)11、12的傾斜角β增加此磁極21、22的傾斜角δ；在磁極21、22逆端側(cè)11、12傾斜方向傾斜的情況下，端側(cè)11、12的傾斜角β減小此傾斜角δ。當(dāng)次級部分20的磁極21、22傾斜一個角度δ時，初級部分10端側(cè)11、12的傾斜角β可用下式確定β＝arctan(b/τp)±δ式中β為初級部分10在前端部和后端部11、12的傾斜面11a、12a傾斜角，b為初級部分10的電力有效寬度，τp為次級部分20極21、22的極距，以及δ為次級部分20磁極21、22的傾斜角，在上述關(guān)系式內(nèi)，當(dāng)磁極21、22的傾斜沿著初級部分10端側(cè)11、12的傾斜方向時，此傾斜角取正號；當(dāng)磁極21、22的傾斜與初級部分10端側(cè)11、12傾斜的方向相反時，此傾斜角取負(fù)號。
應(yīng)當(dāng)理解，按圖2的轉(zhuǎn)子槽14縱軸線的傾斜和按圖3的極間隙24縱軸線的傾斜還可以聯(lián)合使用。除此之外，替代極間隙24的傾斜或在此傾斜之外附加地，也可以不是如同圖1至3中的情況那樣，令間隙寬度S不保持的常數(shù)，而是連續(xù)改變，所以極間隙24呈錐形延伸。
權(quán)利要求
1.同步直線電動機(jī)有一個初級部分和一個次級部分，次級部分沿直線電動機(jī)運(yùn)動方向的長度大于初級部分的長度，其中，初級部分具有容納單相或多相轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)子槽，初級部分由一系列永久磁鐵組成，這些永久磁鐵總是有兩個起北極和南極作用的極對，其特征為初級部分(10)的前端部和后端部(11、12)無槽和無卷繞以及至少按區(qū)斜切成，使垂直于氣隙面延伸的斜面(11a、12a)，在初級部分(10)的前端部和后端部(11、12)，相對于電動機(jī)縱軸線(13)的傾斜角(β)，按下列關(guān)系式選擇β＝arctan(b/τp)式中β為初級部分(10)在前端部和后端部(11、12)的斜面(11a、12a)傾斜角，b為初級部分(10)的電力有效寬度，以及τp為次級部分(20)極(21、22)的極距。
2.按照權(quán)利要求1所述之同步直線電動機(jī)，其特征為初級部分(10)的轉(zhuǎn)子槽(14)相對于其縱軸線(13)，有一個不同于90°的傾斜角。
3.按照權(quán)利要求1所述之同步直線電動機(jī)，其特征為初級部分(10)的轉(zhuǎn)子槽(14)定向?yàn)榇怪庇谄淇v軸線(13)。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述之同步直線電動機(jī)，其特征為在次級部分(20)每一個極對(21、22)之間的極間隙(24)，相對于其縱軸線(23)，有一個不同于90°的傾斜角。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述之同步直線電動機(jī)，其特征為初級部分(10)端側(cè)(11、12)的傾斜角(β)，在次級部分(20)的級極(21、22)傾斜一個角δ時，按下列關(guān)系式選擇β＝arctan(b/τp)±δ式中β為初級部分(10)在前端部和后端部(11、12)的傾斜面(11a、12a)傾斜角，b為初級部分(10)的電力有效寬度，τp為次級部分(20)極(21、22)的極距，以及δ為次級部分(20)磁極(21、22)的傾斜角，在上述關(guān)系式內(nèi)，當(dāng)磁極(21、22)的傾斜沿著初級部分(10)端側(cè)(11、12)的傾斜方向時，此傾斜角取正號；當(dāng)磁極(21、22)的傾斜與初級部分(10)端側(cè)(11、12)傾斜的方向相反時，此傾斜角取負(fù)號。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述之同步直線電動機(jī)，其特征為次級部分(20)每一個極對(21、22)之間的極間隙(24)，具有變化的間隙寬度(S)。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述之同步直線電動機(jī)，其特征為次級部分(20)每一個極對(21、22)之間的極間隙(24)，定向?yàn)榇怪庇谄淇v軸線(23)。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述之同步直線電動機(jī)，其特征為為初級部分(10)的前端和后端，設(shè)置用導(dǎo)磁材料制的附加段(100)；以及，每個附加段(100)的自由端側(cè)(110)有至少一個斜切的面(111)。
9.按照權(quán)利要求8所述之同步直線電動機(jī)，其特征為附加段(100)由垂直于直線電動機(jī)(1)運(yùn)動方向(箭頭30)定向的鐵磁性疊片構(gòu)成。
全文摘要
為了提高同步直線電動機(jī)的運(yùn)動準(zhǔn)確度，建議初級部分(10)的前端部和后端部(11、12)無槽和無卷繞以及按區(qū)斜切成，使初級部分(10)前端部和后端部(11、12)處斜切面(11a、12a)，相對于電動機(jī)縱軸線(13)的傾斜角(β)按下列關(guān)系式選擇β＝arctan(b/τp)，式中β表示初級部分(10)在前端部和后端部(11，12)的斜面(11a，12a)傾斜角，b為初級部分(10)的電力有效寬度，以及τp表示次級部分(20)極(21、22)的極距。
文檔編號H02K41/03GK1159257SQ96190843
公開日1997年9月10日 申請日期1996年6月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者迪特馬爾·施托伊伯 申請人:卡勞斯-馬菲股份公司