专利名称：具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁体同步直线电机，特别是涉及一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机。
背景技术：
一般来说，有两类永磁体同步直线电机，通常应用于工业上。这些是无铁芯直线电机(也叫做无芯直线电机)和铁芯直线电机。无铁芯直线电机从它的名字来看，它在线圈里不含有铁芯或者铁叠片。线圈仅仅由铜线成形或者塑造成所需的形状。另一方面，铁芯电机使用铁叠片形成铜线缠绕所在的核心。铁芯帮助磁通聚集到铜线。铁芯直线电机提供比无铁芯直线电机更高的力。它也在设计中比无铁芯电机使用更少的永磁材料，因此更符合成本效益。然而，铁芯电机和无铁芯直线电机有两个缺点第一，在铁芯直线电机里存在一个齿槽力。这种力是由磁铁的磁性和铁芯的齿相互作用形成的。在永磁体铁芯直线电机里，这是个众所周知的现象。这个齿槽力有时也称为磁阻力或定位力。这种力是对准沿着直线电机运动的轴线，甚至当没有电流通过电机线圈的情况下也存在的。它通过妨碍从电机来的所需要的力，干扰了正常的直线电机操作。图1中示出了齿槽力Fc作用于铁芯直线电机。 力的方向可能是正的或者负的，取决于线圈的相对位置和磁轨。换句话说，在运动或者当运动稳定时，它增加了或者减少了所需要的力。当这个干扰通过从伺服驱动器和控制卡供给更多的电流到电机里来被抵消，它减少了直线电机的性能，尤其是增加了整定时间，这是电机到位后，静止在一个所要求的公差里所需要的时间。在需要高精度的应用中，在很短的时间内位置公差必须要求目标定位在微米里，这种效应变得非常不可取。此外，在需要平稳的速度和挑剔的应用里，齿槽力将会有负效果，引起电机有速度波动或者行驶速度不均勻。铁芯直线电机的另一个不利条件是在铁芯的齿和磁铁之间存在非常强烈的磁性的吸引力。这是明显的，由于在齿和铁磁之间的间隙通常是0. 8到1毫米的。该力以及其方向是如图1所示。在一个典型的，线圈长度在200毫米，线圈宽度大约在 75毫米的有铁芯直线电机里，吸引力大约是在1450N或者145公斤的力。在一个大的带有 700毫米线圈长度和220线圈宽度的铁芯直线电机里，吸引力是23000N或者等于2300公斤的力。这个吸引力是极不可取的，因为需要安装非常大的轴承导轨和移动块来托住线圈，反抗磁轨。在大型机器比如PCB转孔机，直线电机被安装了多个导轨，来预防倒塌或者线圈和磁轨的并合在一起，并且维持两者之间的空气间隙。这也意味着，用于托住电机线圈的机械零件必须也要非常坚硬和坚固，由于增加了重量，导致了笨重的设计并且减少了动态性能。 当直线电机在运动时这个吸引力增加了摩擦力，导致了直线电机效率降低。用于减少在铁芯直线电机里的齿槽力的方法有很多。其中一个方法是偏斜磁轨上的磁铁。通过偏斜磁铁一个角度，这个齿槽力会被减少，虽然减少并不十分显著。另一个常用的方法是偏斜在线圈部分的铁叠片，它和偏斜磁铁一样有同样的效果。当偏斜磁铁或者叠片的方法能在一定的程度上降低齿槽力，它并没有解决由吸引力所引起的问题。它也减少了电机的效率，因为磁通量没有通过磁铁偏斜完全优化。还有一个常用的方法是在铁芯直线电机的末端增加2个辅助齿。这在图2里说明了，其中如和恥是辅助齿。美国专利号5910691描述了这样一个技术方案，其在铁芯直线电机里增加了 2个辅助齿。辅助齿被设计成带有倾斜角，具有一定的优化角度，尽管通过它不能完全消除齿槽力，但会被减少到最低。美国专利号4912746在一个三角楔形里使用辅助齿来减少齿槽力。美国专利号6831379 B2也描述了一个带有8极9槽设计的直线电机， 并且也在直线电机线圈的末端增加了 2个辅助齿。通过用主齿和2个辅助齿之间的距离优化辅助齿的长度，它已被证明了齿槽力能被减小。用增加辅助齿的方法，当齿槽力能被减少时，在线圈和磁轨之间的吸引力仍然没有减少或者消除。实际上，辅助齿只会增加吸引力。美国专利号6476524 Bl描述了另一个方法，凭借把至少2个或者3个直线电机线圈串联。每个单个的电机线圈是由8极和9槽构成的。通过变化单个线圈到一小部分磁距之间的间隙或者空间，它已被证明了，通过叠加由单个线圈引起的齿槽力，纯齿槽力能完全被消除。然而，以这个设计，直线电机的最小线圈长度是至少2个直线电机的长度，或者等于16个极。这使直线电机线圈非常长，并且不适合滑动部分的空间或者长度被限制的应用。此外，这种方法不能解决由直线电机线圈和磁轨之间的吸引力造成的问题。PCT/NL2005/000029描述了一个直线电机模组，其包括一些在一个平面上连续交变极性放置的磁铁；至少2个连续放置线圈组件，它包括一堆平行板的型式，每个提供至少 3个平行指并且电线圈排列在指的周围，其中至少2个组件彼此隔开一段距离排列。描述了直线电机的“齿槽效应”是因此减少的，当不同线圈组件分层堆叠是不接触的，它们之间有一定的距离。然而，这个现有技术无法描述“一定的距离”，并且不建议采用中和“齿槽效应”。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术的缺点，而提供一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其具有补偿齿槽力和吸引力，能提供优越的性能和功效。本发明所述具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其齿槽力由直线电机产生，当它通过一个有60度循环的或者1/3磁距的同样距离移动。由构造2对抗磁轨装配， 它以1/3磁距的距离故意互相抵消，由顶端的直线电机线圈产生的齿槽力Fcl抵消或者补偿由底部直线电机线圈产生的齿槽力Fc2。正如所看到的，通过负载两个直线电机这样被排列，净吸引力实际上是零。换而言之，对立的齿槽力互相抵消。本发明的具体技术方案如下本发明提供了一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，包括第一组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第一磁轨装置；第二组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第二磁轨装置；其中，第一组中的一个或多个线圈与第二组中一个或者多个线圈的方向相反，以便第一磁轨装置、第二磁轨装置互相靠近1/3磁距的距离互相抵消。本发明还提供了一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，包括第一线圈组从相同的参考位置来形成第一磁轨装置；第二线圈组从相同的参考位置来形成第二磁轨装置；
其中的两个磁轨装置都来自同一个参考位置组装部件，以便第一磁轨装置、第二磁轨装置在靠近1/3磁距的距离互相抵消，该磁距使得直线电机产生净零齿槽力和吸引力。上述中，第一磁轨装置和第二磁轨装置是固定在安装板上的。
上述中，所述安装板是一铝板。上述中，所述双线圈直线电机还设有导管，该导管是安装在所述安装板内，其用于冷却所述双线圈直线电机。本发明具有的有益效果本发明通过减少电机所需要的力的输出量，齿槽力干涉了直线电机的正确操作。在这样做时，齿槽力降低了直线电机的效率。通过有效的抵消了齿槽力，直线电机变成更有效率，并且在过程中使用更少的能量，不但节省了能量成本，还能带来更高的生产力。
图1为传统的铁芯直线电机的剖面图；图2为另一类传统的铁芯直线电机的剖面图；图3-图4为当直线电机移动一个电周期的示意图；图5为一个两个直线电机线圈对立的组装并且面对对方的结构图；图6是本发明优选实施例的截面图；图7为本发明直线电机磁路的示意图；图8是本发明的另一优选实施例的示意图；图9是本发明两个直线电机线圈的安装示意图；图10是本发明所述直线电机的结构图；图11是本发明的另一优选实施例的示意图。图号对照说明1 铁芯3永磁铁5a辅助齿6a 磁轨7轨道固定块9a顶部电机10安装板12 出水口
具体实施例方式为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下请参阅图1，为传统的铁芯直线电机剖面图，该铁芯直线电机使用8极6槽的设计。 铁芯1是由许多铁叠片成形的，并且铜线圈2是在铁芯的槽周围成形的。永磁体3是组装在背铁4上。磁距Rii是一个磁铁到另一个磁铁之间的距离。2块磁铁将形成一个完整电气
2铜线圈 4背铁 5b辅助齿 6b磁轨
8固定板 9b底部电机 11进水口周期，可以是360度。当直线电机移动一个电气周期如图3-图4所示，齿槽力由直线电机所产生，6个重复的循环是一个完整的360度电气周期。这意味着，每个重复的循环具有一个60度的周期，或者一个等于磁距1/3的距离。图2是为另一类传统的铁芯直线电机的剖面图，如图所示，5a，5b是辅助齿。图5为一个两个直线电机线圈对立的组装并且面对对方的结构图。两个磁轨装置 6a和6b，通过一个铝的轨道固定块7互相分开的。应当注意到，2个轨道组是特意互相偏离 1/3的磁距。图5示出了图4的齿槽力，具体是由顶端的直线电机线圈产生的齿槽力Fcl抵消或者补偿由底部直线电机线圈产生的齿槽力Fc2。如图6所示，是一个横截面视图，2个直线电机线圈可以通过一个负载固定在其上的固定板8作机械连接。电机线圈也可以电力的连接在一起，每一个电机线圈是并联或者串联。这意味着，2个直线电机线圈比单个电机线圈更有效的，并且由单个伺服驱动器驱动， 带有同样的电流传递给或者通过线圈，根据它们是使用串联还是并联。除了齿槽力的补偿，其可从图5中看出，吸引力Fal和Fa2作用于相反的方向。由固定2个直线电机线圈在这样的结构里，如图所示，通过负载在加入2个电机的固定板8 上，净吸引力实际上为零。换而言之，吸引力互相抵消了。图7为本发明直线电机磁路的示意图。自从铝的轨道固定块7是非磁性的，并且两个直线电机由这个块隔开的，顶部电机9a的磁路和底部电机9b的磁路是分开的。这两个磁路之间是没有冲突的。图8是本发明的另一优选实施例的示意图，凭借代替偏移磁轨装置，直线电机线圈组偏移同样的磁距1/3的距离或者60度。这种结构的效果和图5描述的是一样的。为了加强2个直线电机线圈的装配，安装板可以这样加入2个直线电机，如图9所示。这些安装板10是由铝构成的，它们在横向非常坚硬并且有助于保持直线电机线圈和磁轨板之间的空气间隙。一个完整的模组使用这种结构，如图10所示，直线电机装配是固定在模组中心的支撑架盘上，在直线电机装配上每侧带有2个导轨。实际上，支撑架盘加入到安装盘的顶部。使用这样的设计，导轨的尺寸可以相比常规的铁芯直线电机明显的减少，因为净零吸引力作用于导轨上。导轨仅仅使用于支撑负载和引导直线电机运动的方向。这样的一种设计能应用在比如PCB钻孔机和机床。图11是本发明的另一优选实施例的示意图，该图中，直线电机线圈安装板是被设计成带有水导管来允许直线电机水冷。虽然铜线圈通常可以运作于高达130度，在应用里用冷却是必要的，热量被转移到负载是不可取的。在传统的设计里，水冷管通常是安装在直线电机线圈内部来提供冷却的。这个方法使制造过程非常昂贵和繁琐，就像需要注意采取适当的隔离电流通过的铜线和冷却液。任何泄露会造成短路和直线电机线圈故障。这个方法也占用了直线电机线圈里的有效空间，在有限的空间里代替了一些在直线电机线圈的凹槽之间的可用的铜线圈。在本发明中，通过加工安装板来合并冷却通道，制造成本会显着减少，并且对于铜线圈的绕组会有更多的空间，因此使电机更有效率。以这样的模块化设计， 任何电机线圈或者磨损部件的更换也是可行的。综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依
6本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于，包括第一组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第一磁轨装置；第二组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第二磁轨装置；其中，第一组中的一个或多个线圈与第二组中一个或者多个线圈的方向相反，以便第一磁轨装置、第二磁轨装置互相靠近1/3磁距的距离互相抵消。
2.根据权利要求1所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 第一磁轨装置和第二磁轨装置是固定在安装板上的。
3.根据权利要求2所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 所述安装板是一铝板。
4.根据权利要求1所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 所述双线圈直线电机还设有导管，该导管是安装在所述安装板内，其用于冷却所述双线圈直线电机。
5.一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于，包括第一线圈组从相同的参考位置来形成第一磁轨装置；第二线圈组从相同的参考位置来形成第二磁轨装置；其中的两个磁轨装置都来自同一个参考位置组装部件，以便第一磁轨装置、第二磁轨装置在靠近1/3磁距的距离互相抵消，该磁距使得直线电机产生净零齿槽力和吸引力。
6.根据权利要求5所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 第一磁轨装置和第二磁轨装置是固定在安装板上的。
7.根据权利要求6所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 所述安装板是一铝板。
8.根据权利要求5所述的具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，其特征在于， 所述双线圈直线电机还设有导管，该导管是安装在所述安装板内，其用于冷却所述双线圈直线电机。
全文摘要
本发明涉及一种具有补偿齿槽力和吸引力的双线圈直线电机，包括第一组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第一磁轨装置；第二组中的一个或多个线圈组从相同的参考位置来形成第二磁轨装置；其中，第一组中的一个或多个线圈与第二组中一个或者多个线圈的方向相反，以便第一磁轨装置、第二磁轨装置在互相靠近1/3磁距的距离互相抵消。齿槽力会减少电机所需要力的输出量来干涉了直线电机的正确操作。在这样做时，齿槽力降低了直线电机的效率。通过有效的抵消了齿槽力，直线电机变成更有效率，并且在过程中使用更少的能量，不但节省了能量成本，还能带来更高的生产力。
文档编号H02K41/03GK102185460SQ20111011729
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者吴彩鸣, 廖永平, 林浩元, 江永明 申请人:雅科贝思精密机电(上海)有限公司