专利名称：线性马达的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种产生直线运动的线性马达。
背景技术：
通常，线性马达具有在沿直线彼此面对的动子与定子之间产生推力的结构。永磁式线性马达的构造方式为，固定磁体布置在动子和定子中的一个处，并且交互多相电源施加到另一个上，以在马达与定子之间产生电磁力，从而产生推力。常规线性马达具有的结构是，回转马达展开并沿直线布置，由此从电枢铁芯和永磁体产生强磁引力。因此，系统精度退化，并且保持预定间隙的导引机构的磨损变得非常严重。
发明内容
技术问题本文献的一方面提供一种线性马达，用于防止产生板式线性马达中的磁引力，并加宽产生推力的电枢铁芯的凸极与面对凸极的永磁体之间的间隙的有效面积，以提高效率。本发明的另一目的是提供一种线性马达，用于防止第二构件永磁体由于其重量产生的挠曲，由此能长距离传输。技术方案在一方面中，一种线性马达包括:第一构件，其包括多个电枢模块，每个电枢模块都包括磁芯、从磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈，单相电流流经其中的线圈缠绕在凸极的一部分或全部或缠绕在凸极之间的磁芯上；以及第二构件，其包括一个或多个永磁体模块，每个永磁体模块都包括多个永磁体，永磁体模块朝向布置在电枢模块的两个凸极之间的磁芯突伸，多个永磁体的磁极沿线性马达的移动方向交替，其中，具有预定相位差的电源提供给每个电枢模块的线圈，以便通过将沿移动方向布置的S数量的电枢模块和P数量的永磁体用作一个单元而产生根据移动磁场的推力，并且第一构件和第二构件中的一个是动子，而另一个是定子，以使动子和定子通过产生的推力相对于彼此移动。在实施例中，在每个电枢模块中，线圈可缠绕在凸极上，以使每个电枢模块中的相邻凸极具有不同的极性，并且一个永磁体模块中的每个永磁体可具有与沿垂直于移动方向的方向邻近一个永磁体模块的另一永磁体模块中的永磁体的极性不同的极性。在实施例中，永磁体模块的永磁体的磁化方向可面对两个对应的凸极。在实施例中，永磁体模块中的磁通量穿过其中的永磁体的截面具有矩形或平行四边形形状。在实施例中，至少一个永磁体模块的永磁体的位置偏移可沿移动方向在小于永磁体的宽度范围内与另一永磁体模块的位置偏移不同。在实施例中，第二构件还可包括连接永磁体模块的连接部件，连接部件具有沿移动方向延伸的凹陷以固定永磁体模块，并且永磁体模块各自具有插入连接部件的凹陷部分中的突出部，其中，永磁体模块的突出部和连接部件的凹陷部分彼此滑动地连接。在实施例中，永磁体模块的数量可与凸极的数量相同或小于凸极的数量。在实施例中，磁芯可具有圆环形状或多边形环形状，四个或更多偶数个凸极可从磁芯突伸出，以具有点对称或线对称，并且永磁体模块的数量与凸极的数量相同。在实施例中，磁芯可具有围绕第二构件并具有线对称的弧形形状，凸极可从磁芯突伸出以具有线对称，并且永磁体模块的数量可比凸极的数量少一个。在实施例中，每个凸极的端部的垂直于移动方向的截面可具有两条径向线，以使凸极与对应于凸极的永磁体之间的间隙在凸极和永磁体彼此面对的整个表面上是均匀的。线圈可在凸极的接近磁芯的部分缠绕。在实施例中，两个或更多个凸极可沿相同方向从磁芯突伸，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。在实施例中，第二构件还可包括连接永磁体模块的连接部件，并且永磁体模块可从连接部件朝向磁芯突伸。在实施例中，第一构件或第二构件可具有比包括S数量的电枢模块和P数量的永磁体的一个单元长的长度。在实施例中，电枢模块的磁体可具有分层形式。发明效果本发明的线性马达解决了板式线性马达中通常产生的磁引力所导致的导引件的磨损，并且以更小的尺寸实现了更大的推力或更快的输送速度，同时本发明的线性马达每个元件都模块化，因此有助于组装并允许各种修改。此外，根据本发明实施例的线性马达防止由第二构件的重量所导致的挠曲，并可用在长距离传输中。而且，根据本发明实施例的线性马达实现了第二构件重量的减小，并提高组装效率。而且，根据本发明实施例的线性马达减少了推力的波动。此外，根据本发明实施例的线性马达可提高制造精度并节省模具成本。
图1示出内磁式线性马达的电枢模块，内磁式线性马达具有位于内侧的第二构件永磁体和位于外侧的第一构件电枢；图2示出内磁式线性马达的永磁体模块；图3示出根据图1所示的电枢模块和图2所示的永磁体模块的组合产生直线推力的基本原理；图4示出外磁式线性马达；图5示出敞开式线性马达的截面；图6示出连接施加到电枢模块的电源的方法的示例；图7示出根据本发明实施例的闭合式线性马达的截面和包括永磁体的第二构件；图8通过举例示出磁通量穿过其中的永磁体的矩形截面和平行四边形截面；
图9不出至少一个永磁体模块中的永磁体的位置偏移与另一永磁体的位置偏移不同的示例；图10示出根据本发明实施例的敞开式线性马达；图11示出修改示例，其中，在根据本发明实施例的敞开式线性马达中修改凸极的数量和永磁体模块的数量；图12和13示出通过使用隔离件保持电枢模块之间的间隙的示例；图14示出用于稳定地固定永磁体模块的端部定子；图15和16示出根据本发明另一实施例的敞开式线性马达；以及图17示出用于驱动根据本发明示例性实施例的线性马达的伺服系统的示意结构。
具体实施例方式下文中将结合附图详细描述线性马达的实施例。根据本发明的线性马达具有几乎类似于在韩国专利申请号10-2009-0090806(注册号10-0964538)中公开的线性马达驱动原理的驱动原理。因此，现在将描述在10-2009-0090806中公开的圆柱形线性马达的结构和驱动原理。10-2009-0090806中公开的圆柱形线性马达可包括第一构件和第二构件。图1和2分别示出内磁式线性马达的电枢和永磁体，其中，第二构件永磁体位于内侧，而第一构件电枢位于外侧。如图1所示，第一构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个电枢模块10。每个电枢模块10都具有环形磁芯11、沿径向方向从磁芯11突伸出的至少四个凸极12、以及缠绕在凸极12上的线圈13。在此，环形不限于圆环，而是可包括形成闭合线路的矩形和八边形环。如图2所示，第二构件包括沿移动方向以预定间隔布置的多个永磁体模块20。每个永磁体模块20都包括沿圆周方向形成的永磁体21。在此，永磁体21的磁极数量与线圈13缠绕在其上的凸极12的数量相同。电流提供给线圈13，以便在具有缠绕在它们上的线圈13的各个凸极12中形成移动磁场。在此，可将电流提供给至少一个电枢模块10的线圈13，所述电流具有不同于提供给另一电枢模块10的线圈的电流的相，以便由于在具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12的端部处形成的电磁极与对应于电磁极的永磁体21之间的吸引力和排斥力产生移动推力。第一和第二构件中的一个通过固定作为定子，而另一个用作动子。动子和定子相对于彼此移动，同时保持电枢模块10的凸极12与永磁体21之间的预定间隙。每个电枢模块10中的相邻凸极12的电磁极性呈现出彼此不同，以便高密度磁通量在凸极12与对应于凸极2的永磁体21之间平稳地流动。例如，在电枢模块10具有四个凸极12的情况下，线圈13可分别缠绕在凸极12上，以便当单相电流流经线圈13时，从预定参考点沿顺时针方向的第一和第三凸极具有相同极性，并且第二和第四凸极具有相同极性。例如，如图1所示，来自第一或第三凸极的磁通量穿过对应于第一或第三凸极的第一或第三永磁体、永磁体轭、以及第二和第四永磁体，施加到第二和第四凸极，穿过芯，然后施加到第一和第三凸极，由此形成磁通量闭环。此外，通过将单相电流流经其中的线圈13缠绕在每个电枢模块10的凸极12上，同时改变缠绕方向，可提高电枢模块10的组装效率。线圈13可用一条线彼此连接。当线性马达应用在动子移动速度不高的情况时，提供给线圈13的电源频率不高，由此可用不分层的线圈11制造线性马达。因此，可节省制造成本，并可实现具有高耐久性的线性马达的大量生产。当线性马达需要高传输速度时，提供给线圈13的电源频率很高。因此，使用分层形式的芯11，由此可减少芯11中产生的涡流损耗和磁滞损耗。如图2所示，在每个永磁体模块20中，与电枢模块10的凸极12数量相同数量的永磁体21，即偶数的四个永磁体21或更多个永磁体21沿圆周方向布置并固定到铁磁体轭22，同时相邻永磁体21具有不同极性。在此，永磁体21沿中心方向，即，沿径向方向磁化，以便从具有缠绕在它们上的线圈13的凸极12发出的磁通量通过分别对应于凸极12的永磁体21施加到轭22，或从永磁体21发出的磁通量施加到分别对应于永磁体21的凸极12。即，永磁体21被磁化成外部N极/内部S极，或外部S极/内部N极。永磁体21的磁场沿垂直于产生推力的方向(动子的移动方向)的径向方向形成，由此提高磁路的效率。相邻永磁体模块20A和20B以它们之间的预定间隔彼此间隔开，或具有介于两个模块20A与20B之间的非磁性隔离件23，并且它们布置为沿圆周方向对应于彼此定位的两个永磁体21具有不同极性。例如,如图2所示,永磁体模块A20A包括从圆周方向的参考点按N、S、N和S极的次序顺序布置的永磁体21，并且邻近永磁体模块20A的永磁体模块B20B包括从参考点按S、N、S和N极的次序顺序布置的永磁体21。端部定子24可布置在第二构件的两个端部处。图3示出根据图1和2所示的至少两个电枢模块10和至少两个永磁体模块20的组合产生直线推力的原理，并示出沿图1的线A-A’截取的部分截面图。在图3中，U、V和W表示在图1所示的电枢模块10UU0V和IOW中基于圆周方向定位在相同位置并沿移动方向布置的凸极12，并且S和N表示布置为面对凸极U、V和W的永磁体21。因为单相电流提供给如以上参考图1所描述的每个电枢模块10的线圈，所以3-相电流可提供给一组三个电枢模块10UU0V和10W。即，在3-相的情况下，各自具有与相邻模块成120°相位差的电流分别提供给电枢模块10U、IOV和IOW的线圈。替代地，各自具有与相邻模块成60°相位差的电流可提供给每个电枢模块10的线圈。例如，各自具有60°相位差的X-相、Y-相和Z-相电流顺序地提供给三个连续的电枢模块，同时Y-相电流流经其中的线圈连接的方向可从X-相和Z-相电流流经其中的线圈改变180°。同样，如图3所示，当沿移动方向交替布置的永磁体S和N的磁极距是τ ( 1/2周期，180° )时，三个电枢模块10UU0V和IOW以对应于2/3 τ (120° )的间隔布置。当提供具有峰值(P)的AC电流通过沿正(+ )方向缠绕在位于S与N极永磁体之间的凸极V上的线圈，并由此使凸极V变成N极时，提供具有对应于峰值/根号2大小的AC电流通过沿负(_)方向缠绕在凸极U和W上的线圈，由此使凸极U和W变成S极。因此，对应于N极的凸极V对S极永磁体施加吸引力，而对N极永磁体施加排斥力，由此向右移动永磁体。虽然分别在S与N极永磁体和根据小于对应于N极的凸极V的磁力的磁力变成S极的凸极U与W之间产生排斥力和吸引力，但吸引力和排斥力互相抵消，由此凸极U和W不影响永磁体的移动。永磁体移动2/3磁极距，因此凸极W位于S极与N极永磁体之间。在此情况下，当相位向前120°的电流通过每个凸极的线圈并且具有峰值(P)的电流通过沿正(+ )方向缠绕在凸极W上的线圈供应时，凸极W变成N极。此外，具有对应于峰值/根号2大小的AC电流通过沿负方向缠绕在凸极U和V上的线圈供应，以使凸极U和V变成S极。因此，在对应于N极的凸极W与S极永磁体之间产生吸引力，并在凸极W与N极永磁体之间产生排斥力，以向右移动永磁体。根据小于对应于N极的凸极W的磁力的磁力变成S极的凸极U和V分别在S极和N极永磁体上产生排斥力和吸引力。但是，吸引力和排斥力互相抵消。重复上述操作以向右移动永磁体。即，施加到电枢模块的3-相电流在凸极U、V和W产生移动磁场，因此产生向右移动磁体的推力。虽然已描述了假设线圈沿相同方向缠绕在凸极U、V、W上，但是线圈可沿相反方向缠绕在彼此对应的相邻电枢模块的凸极上。即，线圈可沿相同方向缠绕在凸极U和W上，并且线圈可沿与线圈缠绕在凸极U和W上的缠绕方向相反的方向缠绕在凸极V上。甚至在此情况下，可提供具有相位差的电流，以产生沿相同方向移动永磁体的推力。在具体情况下，用于移动永磁体的推力与凸极和永磁体的接触部分表面积的和、施加到线圈的电流的大小、缠绕在凸极上的线圈的线圈圈数、以及每个永磁体的磁力大小成比例。图3的第一示例示出3-相电枢模块和2-磁极永磁体的基本组合，并且图3的第二示例示出3-相电枢模块和4-磁极永磁体的组合。这两个示例具有产生推力的相同基本原理。此外，也可使用3-相电枢模块和8-磁极永磁体的组合。即，基于对应于马达常数倍数的电枢模块数量S和永磁体模块数量P的组合的磁路被认为是产生推力的马达的基本单元。在此，如果以3-相电源驱动电枢模块，马达常数是3，如果以5-相电源驱动电枢模块，马达常数是5。通常使用等于或大于3的奇数马达常数，并且由马达常数确定施加到每个电枢模块线圈的电流的相位差。在此，当S和P的最小公倍数增大时，推力的波动减小。此外，当S与P的比，即缠绕因数变得接近I时，磁路的对称效率增加。表I示出在3-相马达的情况下，电枢模块和永磁体模块的组合。就效率和波动而言，9个电枢模块和8或10个永磁体的组合是有利的。[表 I]
权利要求
1.一种线性马达，包括: 第一构件，所述第一构件包括多个电枢模块，每个所述电枢模块都包括磁芯、从所述磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈，单相电流流经其中的所述线圈缠绕在所述凸极的一部分或全部上，或缠绕在所述凸极之间的所述磁芯上；以及 第二构件，所述第二构件包括一个或多个永磁体模块，每个所述永磁体模块都包括多个永磁体，所述永磁体模块朝向布置在所述电枢模块的两个凸极之间的所述磁芯突伸，所述多个永磁体的磁极沿所述线性马达的移动方向交替， 其中，具有预定相位差的电源提供给每个电枢模块的线圈，以便通过将沿所述移动方向布置的S数量的电枢模块和P数量的永磁体用作一个单元来产生根据移动磁场的推力，并且 所述第一构件和所述第二构件中的一个是动子，而另一个是定子，以使所述动子和所述定子通过所述产生的推力相对于彼此移动。
2.如权利要求1所述的线性马达，其中，在每个电枢模块中，所述线圈缠绕在所述凸极上，以使每个所述电枢模块中的相邻凸极具有不同的极性，并且一个永磁体模块中的每个永磁体都具有与沿垂直于所述移动方向的方向邻近所述一个永磁体模块的另一永磁体模块中的永磁体的极性不同的极性。
3.如权利要求1所 述的线性马达，其中，所述永磁体模块的永磁体的磁化方向面对两个对应的凸极。
4.如权利要求1所述的线性马达,其中，所述永磁体模块中的磁通量穿过其中的永磁体的截面具有矩形或平行四边形形状。
5.如权利要求1所述的线性马达,其中，至少一个永磁体模块的永磁体的位置偏移沿所述移动方向在小于所述永磁体宽度的范围内与另一永磁体模块的位置偏移不同。
6.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述第二构件还包括连接所述永磁体模块的连接部件，所述连接部件具有沿所述移动方向延伸的凹陷，以固定所述永磁体模块，并且 所述永磁体模块各自具有突出部，以插入所述连接部件的所述凹陷部分中， 其中，所述永磁体模块的突出部和所述连接部件的凹陷部分彼此滑动地连接。
7.如权利要求1所述的线性马达，其中，永磁体模块的数量与凸极的数量相同或小于凸极的数量。
8.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述磁芯具有圆环形状或多边形环形状，四个或更多偶数个凸极从所述磁芯突伸出，以具有点对称或线对称，并且永磁体模块的数量与凸极的数量相同。
9.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述磁芯具有围绕所述第二构件并具有线对称的弧形形状，所述凸极从所述磁芯突伸出以具有线对称，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。
10.如权利要求8或9所述的线性马达，其中，每个凸极的端部的垂直于所述移动方向的截面具有两条径向线，以使所述凸极与对应于所述凸极的所述永磁体之间的间隙在所述凸极和所述永磁体彼此面对的整个表面上是均匀的。
11.如权利要求10所述的线性马达，其中，所述线圈在所述凸极的接近所述芯的部分缠绕。
12.如权利要求1所述的线性马达，其中，两个或更多个所述凸极沿相同方向从所述磁芯突伸，并且永磁体模块的数量比凸极的数量少一个。
13.如权利要求12所述的线性马达，其中，所述第二构件还包括连接所述永磁体模块的连接部件，并且所述永磁体模块沿相同方向从所述连接部件朝向所述磁芯突伸。
14.如权利要求1所述的线性马达，其中，所述第一构件或所述第二构件具有比包括S数量的电枢模块和P数量的永磁体的一个单元长的长度。
15.如权利要求1所述的线性马达， 其中，所述电枢模块的磁体具有分层形式。
全文摘要
本发明涉及一种线性马达。根据本发明实施例，线性马达由第一构件和第二构件组成；第一构件包括多个电枢模块；每个电枢模块都包括磁芯、从磁芯突伸出的多个凸极、以及线圈；相同相的电流流经其中的线圈缠绕在某些或所有凸极上，或缠绕在凸极之间的磁芯上；第二构件包括至少一个永磁体模块，永磁体模块包括多个永磁体；永磁体模块位于两个凸极之间，以朝向磁芯突伸；多个磁体放置为其极性沿线性马达的移动方向交替；沿移动方向布置的P个永磁体与S个电枢模块组合，并且具有预定相位差的电源施加到每个电枢模块的线圈，以借助于磁场行进产生动力；并且或者第一构件或者第二构件成为动子，而另一个成为定子，以使它们借助于产生的动力相对于彼此移动。因此，可解决由磁引力导致的问题，使组装方便，效率高，使长距离传输成为可能，并且可提供一种减少动力波动的电动马达。
文档编号H02K1/14GK103141017SQ201180040838
公开日2013年6月5日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月23日
发明者金弘中 申请人:科韦里有限公司, 金弘中