直线电机的制作方法

【技术领域】

本实用新型涉及电机技术领域，尤其涉及一种直线电机。

背景技术：

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能的动力装置，其无需任何中间转换机构。相较于传统的旋转电机，直线电机不仅重量和体积大大降低，而且能消除中间环节带来的各种定位误差，从而具有较高的定位精度；也因此，直线电机的反应速度更快、灵敏度更高、随动性更好，同时，直线电机在工作过程中可实现次级与初级之间无摩擦传力，因此，直线电机具有工作安全、可靠性高及使用寿命长的优点。

相关技术中的直线电机，包括初级以及与所述初级形成气隙的次级，所述初级包括铁芯及绕设于铁芯靠近气隙一端的绕组，所述铁芯内嵌设有永磁体。然而，现有结构嵌入的永磁体体积有限，导致直线电机推力密度相对较低。

因此，实有必要提供一种新的直线电机解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种直线电机，该直线电机可以有效增加嵌入的永磁体的体积以使得气隙侧的磁场显著增大，从而增加直线电机的推力密度。

本实用新型提供的直线电机，包括具有收容空间的壳体以及收容于所述壳体内的初级及与所述初级形成气隙的次级，所述壳体包括固定所述初级的初级座及固定所述次级的次级座，所述初级座和所述次级座可沿滑动方向发生相对滑动，所述初级包括铁芯及绕设于所述铁芯靠近所述气隙一端的绕组，所述铁芯包括固定于所述初级座的轭部及自所述轭部向靠近所述气隙方向延伸形成的多个齿部，多个所述齿部沿所述滑动方向间隔设置，所述齿部内嵌设有永磁体，且相邻两所述永磁体的磁极相反，所述永磁体包括呈一夹角设置的第一永磁体和第二永磁体，所述夹角的角平分线自所述夹角的顶点向所述次级延伸并垂直于所述次级所在的平面，且所述第一永磁体和所述第二永磁体关于所述角平分线对称分布，其中，所述第一永磁体和所述第二永磁体靠近所述次级一侧的磁极相同，所述夹角的角度为α，且0°＜α＜180°。

优选地，沿所述滑动方向上，所述角平分线将所述齿部划分为相同的两个部分。

优选地，所述第一永磁体和所述第二永磁体具有相同的磁场强度。

优选地，所述初级设有至少两个，且至少两个所述初级沿所述滑动方向间隔设置。

优选地，所述次级包括固定于所述次级座的主体部及自所述主体部向靠近所述气隙的方向延伸形成的多个凸齿，多个所述凸齿沿所述滑动方向间隔设置，所述初级沿所述滑动方向的长度与相邻两个所述初级的间距之和为d，d＝(n+1/m)*p，其中，n为正整数，m为所述初级的个数，p为相邻两个所述凸齿之间的间距。

优选地，所述初级的相对两侧分别设有所述次级。

优选地，所述次级的相对两侧分别设有所述初级。

优选地，多个所述齿部分别为位于所述轭部一端的第一齿部、位于所述轭部远离所述第一齿部一端的第二齿部及位于所述第一齿部和所述第二齿部之间的多个第三齿部，所述第三齿部绕设有所述绕组。

优选地，所述第三齿部靠近所述气隙的一侧形成有绕线齿，所述绕组绕设于所述绕线齿。

优选地，所述直线电机还包括收容于所述壳体内的栅尺及与所述栅尺相对且间隔设置的栅尺读头，所述栅尺与所述栅尺读头中的其中一方固设于所述初级座，另一方固设于所述次级座。

优选地，所述初级座与所述次级座通过导轨滑动连接。

与相关技术相比，本实用新型提供的直线电机通过将嵌设于所述齿部内的永磁体设置成包括呈一夹角设置的第一永磁体和第二永磁体，且通过将所述夹角的角平分线设置成自所述夹角的顶点向所述次级延伸并垂直于所述次级所在的平面、所述第一永磁体和所述第二永磁体设置成关于所述角平分线对称分布且二者靠近所述次级一侧的磁极相同以及所述夹角的角度设置成0°至180°之间，以增大嵌入所述齿部的永磁体的体积，从而使得所述气隙侧的磁场显著增大，进而可以达到有效增加直线电机的推力密度的目的。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的直线电机实施例一的分解图；

图2为图1所示直线电机中初级的结构示意图；

图3为图1所示直线电机中次级的结构示意图；

图4为图1所示直线电机组装后的立体图；

图5为图4所示直线电机沿a-a方向的剖视图；

图6为图5所示直线电机中d部分的放大图；

图7为本实用新型提供的直线电机实施例二的立体图；

图8为本实用新型提供的直线电机实施例三的剖视图；

图9为图8所示直线电机中e部分的放大图；

图10为本实用新型提供的直线电机实施例四的结构示意图；

图11为本实用新型提供的直线电机实施例五的结构示意图；

图12a为图11所示直线电机中次级的一实施方式的结构示意图；

图12b为图11所示直线电机中次级的另一实施方式的结构示意图；

图13为本实用新型提供的直线电机实施例六的结构示意图

图14a为图13所示直线电机中初级的一实施方式的结构示意图；

图14b为图13所示直线电机中初级的另一实施方式的结构示意图。

【具体实施方式】

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份实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请结合参阅图1至图6，所述直线电机包括具有收容空间1a的壳体1以及收容于所述壳体1内的初级3及与所述初级3形成气隙5的次级7。

所述壳体1包括固定所述初级3的初级座11及固定所述次级7的次级座13，所述初级座11和所述次级座13可沿滑动方向x发生相对滑动。具体地，所述初级3与所述次级7之间可产生沿所述滑动方向x的相互作用力，如果所述初级座11固定，则所述次级7在该相互作用力的作用下沿所述滑动方向x做直线运动并带动所述次级座13做直线运动；如果所述次级座13固定，则所述初级3在该相互作用力的作用下沿所述滑动方向x做直线运动并带动所述初级座11做直线运动。

在本实施例中，所述次级座13固定。

在本实施例中，所述初级座11与所述次级座13通过导轨15滑动连接，从而可以使得所述初级座11和所述次级座13可沿所述滑动方向x发生相对滑动。

如图1所示，所述初级座11呈平板状结构，所述次级座13包括与所述初级座11相对间隔设置的基板131及自所述基板131的两侧向靠近所述初级座11方向垂直弯折延伸出的侧板133，所述次级7固设于所述基板131，所述导轨15固定于所述侧板133上。

所述初级3包括固定于所述初级座11的铁芯31及绕设于所述铁芯31靠近所述气隙5一端的绕组33。其中，所述铁芯31和所述次级7为软磁体，该软磁体通常由硅钢片制成。

所述铁芯31包括固定于所述初级座11的轭部311及自所述轭部311向靠近所述气隙5方向延伸形成的多个齿部313，多个所述齿部313沿所述滑动方向x间隔设置，所述齿部313内嵌设有永磁体35，且相邻两所述永磁体35的磁极相反。具体地，所述永磁体35在所述次级7中感应出磁场，以使得所述初级3和所述次级7之间的所述气隙5内产生气隙磁场，当所述绕组33通入合适的电流时，所述初级3产生行波磁场以使得所述初级3和所述次级7之间产生沿所述滑动方向x的相互作用力。

所述永磁体35包括呈一夹角设置的第一永磁体351和第二永磁体353，所述夹角的角平分线a自所述夹角的顶点b向所述次级7延伸并垂直于所述次级7所在的平面，且所述第一永磁体351和所述第二永磁体353关于所述角平分线a对称分布，其中，所述第一永磁体351和所述第二永磁体353靠近所述次级7一侧的磁极相同，所述夹角的角度为α，且0°＜α＜180°。也就是说，所述第一永磁体351和所述第二永磁体353呈“v”字形结构，且“v”字形结构的开口朝向所述气隙5的一侧。这样可以增大嵌入所述齿部313的永磁体的体积，以使得所述气隙5侧的磁场显著增大，从而可以有效增加直线电机的推力密度。

其中，所述第一永磁体351和所述第二永磁体353可以采用铁氧体材料或钕铁硼材料制成。

在本实施例中，所述第一永磁体351和所述第二永磁体353具有相同的磁场强度。

所述角平分线a越靠近所述齿部313的中心，越有利于增大嵌入的所述第一永磁体351和所述第二永磁体353的体积，以使得所述气隙5侧的磁场进一步增大，从而可以进一步增加直线电机的推力密度。在本实施例中，沿所述滑动方向x上，所述角平分线a将所述齿部313划分为相同的两个部分。

可以理解的是，在所述夹角的角度一定的情况下，所述第一永磁体351和所述第二永磁体353越靠近所述角平分线a，也越有利于增大嵌入的所述第一永磁体351和所述第二永磁体353的体积，以使得所述气隙5侧的磁场进一步增大，从而可以进一步增加直线电机的推力密度。

多个所述齿部313分别为位于所述轭部311一端的第一齿部313a、位于所述轭部311远离所述第一齿部313a一端的第二齿部313b及位于所述第一齿部313a和所述第二齿部313b之间的多个第三齿部313c，所述第三齿部313c绕设有所述绕组33。也就是说，所述绕组33仅设于所述第三齿部313c上，而位于所述轭部311两端的所述第一齿部313a和所述第二齿部313b上均不设置所述绕组33，这样可以补偿初级两端的磁路以使得所述直线电机的磁链变化一致，从而可以有效降低端部定位力，而端部定位力的降低可以有效降低推力波动。

如图6所示，所述齿部313共设有六个，则所述第三齿部313c为四个。

所述第一齿部313a、所述第二齿部313b及所述第三齿部313c靠近所述气隙5的一侧均形成有绕线齿315，所述绕组33绕设于所述绕线齿315。

如图6所示，所述第一齿部313a、所述第二齿部313b及所述第三齿部313c均设有三个所述绕线齿315(即每个所述齿部313上均设有三个所述绕线齿315)，所述第三齿部313c的每个所述绕线齿315分别一一对应的绕设有一个所述绕组33。也就是说，所述绕组33共设有十二个。

所述次级7包括固定于所述次级座13的主体部71及自所述主体部71向靠近所述气隙5的方向延伸形成的多个凸齿73，多个所述凸齿73沿所述滑动方向x间隔设置。

在本实施例中，优选地，相邻两所述凸齿73之间以及相邻所述齿部313之间以及相邻两所述绕线齿315之间可以填充非导磁材料，从而使得所述初级3与所述次级7相向的表面均为光滑无槽结构，而且填充于相邻两所述绕线齿315之间的非导磁材料还起到固定所述绕组33的作用。

在本实施例中，所述直线电机还包括收容于所述壳体1内的栅尺8及与所述栅尺8相对且间隔设置的栅尺读头9，所述栅尺8与所述栅尺读头9中的其中一方固设于所述初级座11，另一方固设于所述次级座13。具体地，所述直线电机组装时，所述栅尺读头9的感应端对应朝向所述栅尺8，所述初级座11与所述次级座13在沿所述滑动方向x发生相对滑动时，所述栅尺8和所述栅尺读头9之间也会产生相对位移，此时，所述栅尺读头9可以通过所述栅尺8上的测量值进行读取，从而获得所述初级座11和所述次级座13的位移变化情况，即可以根据所述栅尺读头9所反馈的信息结果判断所述直线电机的工作情况。这仅仅是其中一种实施方式，例如：还可以利用霍尔传感器来检测所述初级座11与所述次级座13在沿所述滑动方向x发生相对滑动时产生的相对位移值。

如图4所示，所述栅尺8固设于所述初级座11，所述栅尺读头9固设于所述次级座13的所述基板131上。当然，所述栅尺8也可以设置成固设于所述次级座13的所述基板131上，相应地，所述栅尺读头9固设于所述初级座11。

实施例二

请参阅图7，实施例二与实施例一的区别仅在于：

所述初级座11固定；

所述次级座13呈平板状结构，所述初级座11包括与所述次级座13相对间隔设置的基板111及自所述基板111的两侧向靠近所述次级座13方向垂直弯折延伸出的侧板113，所述初级3固设于所述初级座11的所述基板111上，所述导轨15固定于所述侧板113上。

如图7所示，所述栅尺8固设于所述初级座11的所述基板111上，所述栅尺读头9固设于所述次级座13。当然，所述栅尺8也可以设置成固设于所述次级座13，相应地，所述栅尺读头9固设于所述初级座11的所述基板111上。

实施例三

请参阅图8和图9，实施例三与实施例一的区别仅在于：

所述初级3设有至少两个，且至少两个所述初级3沿所述滑动方向x间隔设置。

所述初级3沿所述滑动方向x的长度与相邻两个所述初级3的间距之和为d，d＝(n+1/m)*p，其中，n为正整数，m为所述初级3的个数，p为相邻两个所述凸齿73之间的间距与所述凸齿73沿所述滑动方向x上的宽度之和。通过调整d值的大小，可以补偿初级两端的磁路以使得所述直线电机的磁链变化一致，从而可以有效降低端部定位力，而端部定位力的降低可以有效降低推力波动。

在本实施例中，优选地，相邻两所述初级3之间可以填充非导磁材料，从而使得相邻两所述初级3之间无槽结构，而且填充于相邻两所述初级3之间的非导磁材料还起到固定所述初级3的作用。

如图8所示，所述初级3的数量为两个。

实施例四

请参阅图10，实施例四与实施例三的区别仅在于：所述初级座11固定；

所述次级座13呈平板状结构，所述初级座11包括与所述次级座13相对间隔设置的基板111及自所述基板111的两侧向靠近所述次级座13方向垂直弯折延伸出的侧板113，所述初级3固设于所述初级座11的所述基板111上，所述导轨15固定于所述侧板113上。

如图10所示，所述栅尺8固设于所述初级座11的所述基板111上，所述栅尺读头9固设于所述次级座13。当然，所述栅尺8也可以设置成固设于所述次级座13，相应地，所述栅尺读头9固设于所述初级座11的所述基板111上。

实施例五

请参阅图11，实施例五与实施例二的区别仅在于：所述次级7的相对两侧分别设有所述初级3。为了清楚地说明本实施例，特定义分别设于所述次级7的相对两侧的所述初级3分别为第一初级3a和第二初级3b。

所述次级座13包括板体131及自所述板体131向所述收容空间1a内延伸形成的固定部133，所述固定部133与所述次级7固定连接。

所述初级座11包括与所述板体131相对且间隔设置的基板111、自所述基板111的两侧向靠近所述板体131方向垂直弯折延伸出的侧板113及自所述侧板113向所述收容空间1a内延伸形成的连接板114，所述连接板114位于所述板体131和所述次级7之间，所述第一初级3a固定于所述连接板114，所述第二初级3b固定于所述基板111，所述导轨15固定于所述侧板113上并与所述板体131连接。

如图12a所示，所述次级7包括主体部71及自所述主体部71向靠近所述气隙5的方向延伸形成的多个凸齿73，其中，所述主体部71为一体成型结构，多个所述凸齿73分为自所述主体部71朝向所述第一初级3a延伸的第一凸齿73a以及自所述主体部71朝向所述第二初级3b延伸的第二凸齿73b。

如图12b所示，所述主体部71包括第一主体部711和第二主体部713，所述第一凸齿73a自所述第一主体部711朝向所述第一初级3a延伸，所述第二凸齿73b自所述第二主体部713朝向所述第二初级3b延伸。

如图11所示，所述栅尺8固设于所述初级座11的所述基板111上，所述栅尺读头9固设于所述次级座13的所述固定部133上。当然，所述栅尺8也可以设置成固设于所述次级座13的所述固定部133上，相应地，所述栅尺读头9固设于所述初级座11的所述基板111上。

在本实施例中，所述第一初级3a和所述第二初级3b可以均仅设置一个所述初级3，也可以均设置至少两个。当所述第一初级3a和所述第二初级3b均设置至少两个时，至少两个所述第一初级3a和至少两个所述第二初级3b均沿所述滑动方向x间隔设置，且所述初级3沿所述滑动方向x的长度与相邻两个所述初级3的间距之和为d，d＝(n+1/m)*p。

实施例六

请参阅图13，实施例六与实施例二的区别仅在于：所述初级3的相对两侧分别设置所述次级7。为了清楚地说明本实施例，特定义分别设于所述初级3的相对两侧的所述次级7分别为第一次级7a和第二次级7b。

所述初级座11包括板体111及自所述板体111向所述收容空间1a内延伸形成的固定部113，所述固定部113与所述初级3固定连接。

所述次级座13包括与所述板体111相对且间隔设置的基板131、自所述基板131的两侧向靠近所述板体111方向垂直弯折延伸出的侧板133及自所述侧板133向所述收容空间1a内延伸形成的连接板134，所述连接板134位于所述板体111和所述初级3之间，所述第一次级7a固定于所述连接板134，所述第二次级7b固定于所述基板131，所述导轨15固定于所述侧板133上并与所述板体111连接。

如图14a所示，所述初级3包括铁芯31及绕设于所述铁芯31靠近所述气隙5一端的绕组33。

所述铁芯31包括轭部311及自所述轭部311向靠近所述气隙5方向延伸形成的多个齿部313，多个所述齿部313分为自所述轭部311朝向所述第一次级7a延伸的第一齿部313a以及自所述轭部311朝向所述第二次级7b延伸的第二齿部313b。

如图14b所示，所述轭部311包括第一轭部313和第二轭部315，所述第一齿部313a自所述第一轭部313朝向所述第一次级7a延伸，所述第二齿部313b自所述第二轭部315朝向所述第二次级7b延伸。

如图13所示，所述栅尺8固设于所述次级座13的所述基板131上，所述栅尺读头9固设于所述初级座11的所述固定部113上。当然，所述栅尺8也可以设置成固设于所述初级座11的所述固定部113上，相应地，所述栅尺读头9固设于所述次级座13的所述基板131上。

在本实施例中，所述初级3可以仅设置一个，也可以设置至少两个。当所述初级3设置成至少两个时，至少两个所述初级3沿所述滑动方向x间隔设置，且所述初级3沿所述滑动方向x的长度与相邻两个所述初级3的间距之和为d，d＝(n+1/m)*p。

与相关技术相比，本实用新型提供的直线电机通过将嵌设于所述齿部313内的永磁体35设置成包括呈一夹角设置的第一永磁体351和第二永磁体353，且通过将所述夹角的角平分线a设置成自所述夹角的顶点b向所述次级7延伸并垂直于所述次级7所在的平面、所述第一永磁体351和所述第二永磁体353设置成关于所述角平分线a对称分布且二者靠近所述次级7一侧的磁极相同以及所述夹角的角度设置成0°至180°之间，以增大嵌入所述齿部313的永磁体的体积，从而使得所述气隙5侧的磁场显著增大，进而可以达到有效增加直线电机的推力密度的目的。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。