专利名称：用于直线电动机的定子铁心的制作方法
技术领域：
本发明涉及直线电动机，具体涉及直线电动机、直线电动机的定子铁心以及直线电动机的动子。
背景技术：
通常，电动机和机器中也称为铁心的软磁部件由软磁材料例如铁或铁心硅钢绝缘薄板制成。这些软电工材料绝缘薄板也称为叠片。铁心由叠片制成，以便减少涡电流的出现，从而提高电动机和机器的效率。
在具有环形定子铁心和管状动子的直线电动机中，其中动子是直线电动机中将通过与定子的磁场相互作用而被移动的部件，每个金属板设置在径向和轴向平面内，以使涡电流的影响最小。
在一些直线电动机中，金属板平行地堆叠在一起形成铁心部分，该部分设置成使得一个金属板位于径向和轴向平面内，而其它金属板与该金属板平行。
如上所述制成的定子铁心的一个问题在于线圈必须缠绕在定子铁心的槽内。这在该槽的开口设置在定子铁心的内圆周表面上时尤其麻烦。
此外，在产生的力与直线电动机的总空间体积的比率，即产生的力/空间体积方面，采用上述技术的直线电动机效率不高。
因此，需要直线电动机产生一定的力但空间体积较小，以及需要更容易装备线圈的定子。
在US 6 060 810中，提出了一种用于直线电动机的定子，所述定子具有交错排列的铁心叠片。该定子包括缠绕成圆筒形的定子线圈，以及具有一个水平组件和一个垂直组件的L形层压板。水平组件的多个层压板在上表面和下表面上交替层叠形成放射状，从而形成圆筒形。
当构建这样的定子时，不需要通过开口将线圈缠绕在定子铁心的槽内。但是，将该定子铁心构建在线圈上比较复杂。
此外，在产生的力与电动机的空间体积的比率方面，根据US 6 060 810的定子铁心的效率仍不够高。
发明内容
本发明的目的是提供用于改进直线电动机的方法。
该目的可利用根据权利要求1的定子铁心、根据权利要求9的动子、根据权利要求16的直线电动机以及根据权利要求18的定子铁心实现。从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
具体地，根据本发明的一个方面，用于直线电动机的定子铁心包括内周边；基本包围该内周边的外周边；沿该内周边或该外周边之一设置的第一和第二齿；以及用于接纳定子线圈的槽，所述槽是设置在定子铁心内的空腔，其中所述定子铁心分为第一定子部件和第二定子部件；所述第一定子部件包含第一齿，并设置成部分限定该槽，并由软磁粉制成；所述第二定子部件包括第二齿，并设置成部分限定该槽，并由软磁粉制成。
通过将定子铁心分为各包含一个齿的两个定子部件，可有利于将线圈布置在定子铁心内，这是因为可在分开定子部件时容易地将线圈设置在第一定子部件内，然后可容易地将第二定子部件设置成与第一定子部件紧密接触以便形成定子或定子部分。此实施例允许使用预先缠绕的线圈，当将定子铁心如本发明所指示的那样分开时可将该预先缠绕的线圈容易地设置在定子铁心内。因此，有助于定子的制造。
另外，通过用软磁粉制造定子部件，则即使定子部件要形成复杂的形状，也可容易地制造出该定子部件，并且定子部件可做得坚固。此外，在必要时，由软磁粉制成的定子部件易于进行高精度地加工。因此，根据上文所述使用软磁粉并分为两个单独的定子部件可有助于定子的组装。如果两个定子部件均是软磁粉制成的均质体，则更有助于定子组装。
用软磁粉制造定子部件的另一个优点在于，可提高包含该定子的电动机产生的力与所述电动机的总空间体积的比率。尤其可增大定子的填充系数(占空系数)。该填充系数定义为活性材料(active material)的空间体积与总空间体积的比率。其原因是软磁粉可形成为在整个定子铁心内提供较高的磁通量磁导率。由于可高精度地形成设置成紧密接触的部件，所以甚至可以跨越该部件的相邻边缘提供较高的磁通量磁导率。层压定子铁心仅能够在每个层压板中提供高磁导率，并且当层压板将设置在径向和轴向平面内以形成具有外周边和内周边的体部时，将具有很大的其中不存在软磁材料的空间。所述空间通常填充有低磁导率物质例如空气或某种填充材料。但是，通过用软磁粉制造定子铁心，则磁通量并不局限于具有恒定宽度的“通量通道”，而是可更自由地流动(对于层压板，所述宽度对应于每个层压板的厚度)。因此，定子的总体积中的更多部分可用于传输磁通量，从而可达到较高的填充系数，即，定子从而电动机可制造得较小。
根据定子的一个实施例，第一齿沿轴向朝第二定子部件延伸一段距离，所述距离沿定子铁心的内周边或外周边之一变化，并且第二定子部件沿轴向朝第一定子部件延伸一段距离，所述距离沿定子铁心的内周边或外周边之一变化。
通过向每个定子部件的齿在沿所述周向的不同位置处沿轴向延伸的距离引入所述变化，可实现类似于旋转电动机中的扭斜(skew)的效果。因此，可减小具有此种定子设计的直线电动机中的力波动的存在。根据将设有该定子的电动机的预期(使用)的动子是要设置在定子的外侧即在定子的外周边上，还是定子的内侧即在定子的内周边上，可将齿设置在该定子的外周边或内周边处。
在一个实施例中，第一齿和第二齿设置成彼此紧密接触。紧密接触的齿的径向延伸部的尺寸足够小以至于齿间的接触区域在操作期间会变成磁饱和。通过使齿定位成彼此接触，这两个定子部件的组件会更稳定，通过使接触区域在操作期间饱和，可保持经由该接触区域的磁漏较低。
根据另一个实施例，所述第一定子部件和所述第二定子部件均包含至少两个由软磁粉制成的部分，所述部分设置成在与所述内周边和外周边的方向相对应的方向上彼此相邻。此实施例有助于大定子的生产。
根据一个实施例，每个定子部件的密度至少为6500kg/m3。这样会使得在软磁粉使定子部件易于形成的同时，定子部件具有良好的磁性能。特别地，磁通量通路不必像在层压铁心的情况下那样是两维的。
根据另一个实施例，每个所述定子部件的电阻率至少为1μΩm。因此，可减小涡电流带来的负面影响。
在一个实施例中，第一定子部件和第二定子部件中的每一个均设置成在外周边处彼此紧密接触，并在内周边处彼此分隔，在内周边处的分隔形成位于第一和第二齿之间的一个通到所述槽内的槽开口。这有助于在这样的实施例中布置线圈。
在一个可选实施例中，第一定子部件和第二定子部件中的每一个均设置成在内周边处彼此紧密接触，并在外周边处彼此分隔，在外周边处的分隔形成位于第一和第二齿之间的一个通到所述槽内的槽开口。
根据本发明的另一个方面，用于直线电动机的动子包括至少一个软磁材料部分和至少一个永磁体，所述至少一个软磁材料部分和所述至少一个永磁体在动子的轴向上对齐，其中所述至少一个永磁体的极化向量是轴向的。
在本发明的上下文中，所述轴向是动子或定子的移动方向，至于是动子还是定子，则取决于两者中哪一个将相对于另一个移动。
通过将所述具有轴向极化向量的至少一个永磁体设置成与所述至少一个软磁材料部分之一轴向对齐，可获得稳固的动子。此外，可用于这种动子的永磁体的制造会更容易，这是因为该永磁体的轴向长度与永磁体的宽度的比率比动子中常用的永磁体小。
在一个实施例中，体部的软磁部分由软磁粉制成。这样，有利于软磁部分的制造，并且可增大动子的填充系数。
在另一个实施例中，动子包括沿所述轴向对齐的至少两个永磁体，即第一永磁体和第二永磁体，所述至少两个永磁体的轴向中心之间的距离是预期(使用的)定子的齿距的0.75-1.5倍。通过设计这样的动子，该动子的效率会更高。
根据另一个实施例，动子是管状的。
根据另一个实施例，所述至少一个软磁材料部分具有带端面的至少第一轴向端，所述至少一个永磁体设置成基本与所述第一轴向端的整个端面接触。根据此实施例，所述至少一个软磁材料部分和所述至少一个永磁体之间的接触面很大，因此动子会更有效。
在一个实施例中，所述至少一个永磁体的沿圆周和轴向延伸的表面设置成与设置成朝向预期(使用的)定子的动子的沿圆周和轴向延伸的表面基本平齐。
根据本发明的另一个方面，直线电动机包含根据上述定子铁心的实施例中任何一个的定子铁心。因此，这种直线电动机可具有与定子铁心的特定实施例相同的优点。
根据直线电动机的另一个实施例，直线电动机还包含根据上述动子的实施例中任何一个的动子。因此，这种直线电动机可具有与动子的特定实施例相同的优点。
根据本发明的另一个方面，用于直线电动机的定子铁心包括环形定子铁心，其中所述环分成至少两个环形定子部件，即第一定子部件和第二定子部件，并且所述定子部件是由软磁粉制成的均质体。
在本发明的上下文中，环形定子铁心和定子部件不必须是圆形，而是可以为任何形状。例如，环形定子铁心和定子部件可以是三角形、正方形、矩形、椭圆形、类似于数字8的形状等。
本发明的此方面的优点在于，将环形定子铁心分成两个环形定子部件可形成这样一种设计，该设计有助于制造该定子铁心作为其一部分的定子。此外，该定子铁心可容易地制造并具有高填充系数。
在此定子铁心的一个实施例中，该定子铁心还包含用于接纳定子线圈的槽，所述槽是设置在该定子铁心内的空腔，其中所述槽部分由第一定子部件限定，并部分由第二定子部件限定。
在定子铁心的另一个实施例中，第一定子部件包括第一齿，第二定子部件包括第二齿，所述第一和第二齿沿环形定子铁心的内周边或外周边之一设置。
此外，此定子铁心可包括前文所述的定子铁心的特征。
从下面的详细说明中可清楚地了解本发明另外的应用范围。但是，应理解，代表本发明的优选实施例的详细说明和特定示例仅作为示例，因为从下面的详细说明中，本技术领域内的技术人员可清楚地了解在本发明的精神和范围内的各种变化和改变。
从下面参照附图对本发明的优选实施例的详细说明，可清楚了解本发明的其它特征和优点，附图中图1a是根据本发明的一个实施例的直线电动机和定子铁心的透视图；图1b是图1a的直线电动机沿轴向的视图；图1c是图1a的直线电动机沿图1b中的A-A线的横截面视图；图2a是根据本发明的另一个实施例的直线电动机和定子铁心沿轴向的视图；图2b是沿图2a中的A-A线的横截面视图；图3a是根据本发明的另一个实施例的直线电动机、定子铁心和动子沿轴向的视图；图3b是沿图3a中的A-A线的横截面视图；图4a是根据本发明的另一个实施例的直线电动机、定子铁心和动子沿轴向的视图；图4b是沿图4a中的A-A线的横截面视图；图5是根据本发明的一个实施例的包括两个定子部件的定子铁心的透视图；图6是对应于图5的定子铁心的定子铁心的横截面视图；图7a-c是根据本发明的实施例的定子铁心的横截面视图，示出定子铁心分为两个单独的定子部件的其它示例；图8和图9是根据本发明的一个实施例的被分成几个部分的定子部件的透视图；图10是根据本发明的一个实施例的定子铁心的横截面视图，示出可引入类似于扭斜的效果的设计示例；图11是根据本发明的一个实施例的定子铁心的横截面视图，示出其中齿设计成彼此接触的示例；图12是根据本发明的一个实施例的用于两个定子线圈的定子铁心的横截面视图；图13a是根据本发明的一个实施例的动子的透视图；图13b是图13a的直线电动机沿轴向的视图；图13c是图13a的动子沿图13b的A-A线的横截面视图；图14是根据本发明的一个实施例的定子铁心的透视图；图15a是根据本发明的另一个实施例的直线电动机和定子铁心沿轴向的视图；图15b是沿图15a的A-A线的横截面视图。
具体实施例方式
在图1a-c中，示出根据一个实施例的直线电动机的示意图。直线电动机10包括定子12和动子14。通常，定子是静止的并沿轴向驱动动子，但是，也可使动子静止而使定子沿轴向驱动自身。因此，在本发明的上下文中，轴向是动子或定子的移动方向，至于是动子还是定子则取决于两者中谁将相对于另一个移动。
定子包括至少一个线圈18a-c以及至少一个定子铁心20a-c。定子线圈可以是单个绕组，即缠绕成线圈并连接在未示出的供电单元上的一根线，或者是分布绕组，即每个定子线圈包括连接到供电单元的不同输出口并从而可以传输具有不同电特性的电流的(多个)线。电动机技术领域内的技术人员已知可以利用的多种不同类型的供电单元。技术人员还已知如何使单个绕组或分布绕组与这些供电单元相连接。
定子线圈的目的是产生将与动子相互作用的磁通量。定子铁心20a-c设置成紧密接近定子线圈18a-c，如图1a-c中的实施例所示，定子线圈18a-c甚至可基本被定子铁心20a-c封闭。
根据图1a-c中的实施例，每个定子铁心20a-c分为两个定子部件21a-c和22a-c。图1a-c、2a-b和3a-b中的每个定子铁心20a-c均由沿轴向彼此堆叠的一个第一定子部件21a-c和一个第二定子部件22a-c形成。在如图1-3所示的具有多个定子铁心20a-c的直线电动机中，设置成与另一个定子铁心的定子部件紧密连接的一个定子的定子部件可制成单独一个部件，即，定子部件22a和21b可制成单独一个部件，定子部件22b和21c可制成单独一个部件，稍后将对此进行说明。
下面将说明将定子20a-c分成两个定子部件21a-c和22a-c的不同方式以及定子20a-c的不同设计。
定子部件21a-c和22a-c由具有电阻的软磁材料制成，以减小涡电流的出现。为了获得电阻，使用的材料可以是电绝缘的软磁粉，具有电阻的软磁粉或具有电阻的可模压的软磁材料。当使用电绝缘的软磁粉、具有电阻的软磁粉或具有电阻的可模压的软磁材料时，根据一个实施例，制造的定子部件必须具有至少为1μΩm的电阻率，以便令人满意地减小涡电流的出现。另外，在由层压板制成的定子中，可能难以获得高的填充系数，但是这可利用软磁粉来实现。根据一个实施例，每个定子部件制成为一个软磁粉的均质件。在这种定子部件中，磁通量并不局限于层压件的二维几何形状，而是可利用定子部件的三维形状，以便在不会造成定子铁心饱和的情况下减小尺寸。根据一个实施例，根据使用的软磁材料，可将软磁粉压制或烧结成所需的形状，只要所得的定子部件具有至少为1μΩm的电阻率即可。此外，根据另一个实施例，定子部件的密度可至少为6500kg/m3。可用于通过压制制成定子部件的软磁粉的一些示例是Hgans AB，S-263 83Hgans，Sweden的Somaloy 500，Somaloy 550和Permite 75。
通常，动子14是直线电动机中将相对于定子移动并从而可以在直线电动机10的外部产生实际效应的部件。动子14与定子12产生的磁场相互作用，从而被定子12驱动。动子14可包括软磁材料制成的管26。该软磁材料可为任何在上文结合定子铁心20a-c说明的品质和/或类型。此外，在管26上安装有多个磁性管28a-d。每个磁性管均是具有径向极化向量的永磁体，即该永磁体的一个磁极沿径向向外，而该永磁体的另一个磁极沿径向向内。例如，图1a-c中的磁性管28a-c可这样设置磁性管28a的北极向外而南极向内，磁性管28b的南极向外而北极向内，磁性管28c的北极向外而南极向内，磁性管28d的南极向外而北极向内。磁性管28a-d可通过本领域内的技术人员已知的任何方法紧固在管26上。
动子的轴向长度可与图1中所示的长度不同，并且磁性管的数量也可不同。磁性管28a-d的轴向长度以及磁性管28a-d的数量可改变，并可取决于直线电动机10将用于其中的应用场合。根据一个实施例，每个磁性管28a-d的轴向长度Lm可以是定子的两个连续的齿的中心之间的齿距Lp的0.75-1.5，即Lm/Lp的比率为0.75-1.5。在本申请的上下文中，齿距可看作两个相邻齿的中心线之间的轴向距离。
在图2a-b中示出直线电动机的另一个实施例。该实施例类似于图1a-c的实施例，下文将说明它们的不同之处。
直线电动机10的定子12包括一附加部件，即内定子部件30。内定子部件30可以是这样的管它位于定子部件21a-c和22a-c内部，且在内定子部件30的外周边与定子部件21a-c和22a-c的内周边之间留有空间。该内定子部件的作用是用作磁路的一部分，定子部件21a-c和22a-c也是该磁路的一部分。内定子部件30可用与上文所述的定子的其余部分相同的软磁材料并使用相同的技术制成。内定子部件设置成保持其相对于定子部件21a-c和22a-c的位置。
此外，动子的设计与图1a-c的动子不同。图2a-b的实施例中的动子仅由磁性管28a-d制成。与图1a-c的实施例中一样，这些磁性管也是永磁体，并且它们可设置成其极化向量的方向与图1a-c中所示的永磁体的极化向量的方向相同。这样，该动子可制成比图1a-c中的动子轻，但是，其结果是动子会变得更易损坏，尤其是在两个磁性管28a-d之间的连接处。比率Lm/Lp可与图1a-c所示的实施例中相同。
在图3a-b中示出直线电动机的另一个实施例。该实施例也类似于图1a-c的实施例，下文将说明它们的不同之处。
定子12可与图1a-c中的定子相同。但是，动子14可以是软磁管32a-d，其中软磁管32a-d的一些部分由环形永磁体34a-c代替。环形永磁体设置在软磁管内，从而该永磁体的极化向量是轴向的。下文将更详细地说明这种动子。
在图1a-c、2a-b和3a-b的实施例中，说明了具有三个定子铁心和三个线圈的定子。但是，定子铁心和线圈的数量可以更多或更少。例如，图1a-c的定子可扩展为还具有一个附加的定子铁心以及对应的定子线圈。此外，可通过从图1a-c、2a-b和3a-b中的直线电动机中除去定子铁心20a-c和对应的定子线圈来减小定子线圈的数量。
在图4a-b中，示出具有一个定子线圈18和一个定子铁心20的直线电动机。此图中的动子是与图3a-b中所示的直线电动机的动子相对应的动子，下文将对其进行更详细的说明。但是，该动子也可是任何类型的，例如图1a-c和2a-b中所示的其中一种动子。
在图5和6中示出根据一个实施例的定子铁心20。如上所述，定子铁心20分为两个单独的定子部件，即第一定子部件21和第二定子部件22。定子铁心20具有内周边50、外周边52和分隔面54。内周边应被理解为限定定子铁心20的内边界的线，外周边应被理解为限定定子铁心20的外边界的线。这种定子铁心也可被描述为具有圆环形状。图中，外周边52包围内周边50，但是，定子铁心20可包括沿径向穿过定子铁心20延伸的缺口，并仍被认为是外周边包围内周边，至少基本包围内周边。分隔面54是将定子铁心分为两个定子部件21、22的平面。
此外，定子铁心20包括至少两个齿，即第一齿56和第二齿58，以及后部铁心60。齿56和58沿内周边50设置以便引导磁通量朝向和离开动子附近。后部铁心60沿外周边52设置以便在第一齿56和第二齿58之间提供高磁导率的磁通量通路。在图5和6所示的实施例中，每个定子部件21和22各包括一个齿56、58和后部铁心60的一部分。
形式为空腔的槽62设置在定子铁心20内以便接纳定子线圈。从而，该槽设置在外周边52和内周边之间，并部分由第一定子部件21限定，部分由第二定子部件22限定。因此，槽62的形状也为圆环形。
定子铁心20的齿56和58沿轴向方向彼此相对地延伸，在它们之间留有槽开口64。槽开口64通到定子铁心20的槽62内。
定子部件21和22，从而定子铁心20，可由具有上文结合图1a-c说明的特性的软磁材料制成。
定子铁心20的分隔面54可设置成与轴向朝向的定子铁心的第一表面66以及沿相反方向轴向朝向的定子铁心的第二表面68的轴向距离相等。如果齿56和58沿内周边在轴向延伸相同的轴向距离，且分隔面54如前所述地设置，则这两个定子部件相同，并可使用一套制造工具来生产。因此，与需要两套用于生产不同定子部件21和22的不同工具的定子相比，可降低生产定子的最初成本。
但是，分隔面54的位置可与图5和6中所示的不同。图7a-c中示出将定子铁心20分为第一定子部件21和第二定子部件22的一些其它方法。这些附图并不旨在示出分开定子铁心的可能变型的所有图形。将定子铁心20分为至少两个定子部件21和22的一个原因是有助于向定子20的槽62提供线圈。通过如上所述分开定子20，可使用预先缠绕的线圈，并且生产线圈设置在其槽内的定子铁心可像下面这样简单，即将预先缠绕的线圈放入其中一个定子部件21或22内，然后通过使另一个定子部件21或22与第一个定子部件21或22紧密接触来形成定子。
在图8-9中示出这样的实施例，其中定子部件21、22分为几个部分74a-b、75a-b、76a-d以及77a-d，这些部分在与内周边和外周边的方向相对应的方向上相邻地设置。至少在要制造大的定子时，这样分开定子部件是有利的。
在图10中示出定子铁心20的另一个实施例。此实施例可基于前文所述的定子铁心实施例中的任何一个。在此实施例中，每个定子齿56和58的沿内周向表面50的轴向长度可改变。图中，当沿内周边70的圆周长度观察齿56、58的轴向长度时，齿56、58的轴向长度从长度Lmax变为Lmin然后重新变回Lmax。该变化可以是线性的。槽开口64可独立于沿内周边70的位置而延伸相同的轴向距离，这可通过这样设置定子部件实现，即，使在周向位置处一个定子部件的齿的轴向延伸为Lmax，而在相同周向位置处另一个齿的轴向延伸为Lmin。
引入这种具有可变轴向长度的齿就如同在旋转电动机中引入扭斜。在结合旋转电动机使用时，扭斜是指用电角度(衡量)的离开轴向方向的槽的角度“扭曲”。在大多数情况下，扭斜是转子的特性，见M.G.Say“Alternating Current Machines”，5th ed.，Longman Scientific &Technical，1983，(ISBN 0-582-98875-6)，page 106。因此，通过引入具有所述可变轴向长度的齿56和58，可减小直线电动机的力波动。
在图11中示出定子铁心20的另一个实施例。此实施例可基于前文所述的定子铁心实施例中的任何一个。在此实施例中，齿56和58的轴向长度延伸为使得齿56和58彼此相接触。与齿56或58的其余部分相比，该延伸部分在径向上较窄，从而得到突出部72。突出部72在径向上应足够窄以使突出部72达到磁通饱和，从而使流经突出部72的路径的漏磁的量很少。另外，突出部72在径向上的宽度可使得当将两个定子部件21和22设置成彼此紧密连接时，该突出部可用作辅助支承。
为了制造具有单个定子线圈的直线电动机例如图4a-b中所示的直线电动机，可使用上文所述的定子铁心中的任何一个。为了制造具有多个定子线圈的直线电动机例如图1a-c、2a-b和3a-b中所示的直线电动机，可彼此相邻地设置多个上文所述的定子铁心。在这种定子中，即其中所述定子铁心彼此相邻地设置的定子中，从磁通量角度看，两个相邻的定子铁心的相邻齿可看作单独一个齿。从而，在确定这种定子的齿距时，应使用此“磁性”齿的中心。在这种设计中，包含来自两个不同定子铁心的软磁材料的磁性齿可被称为整齿，而位于定子的各端部、仅包含来自一个定子铁心的软磁材料的每个磁性齿可被称为半齿。此外，用于具有多个线圈的直线电动机的定子12也可设计成如图12所示。
图12是用于未示出的两个定子线圈的定子12的实施例的示意图。与包含如上文所述的定子铁心的定子(其中，定子铁心是单独的且彼此相邻地设置)的区别在于，此实施例包括中间部件80。该中间部件80制成一体，并包括与图6中所示的单个定子铁心的第二齿58相对应的齿82，以及与设置成与第一个定子铁心紧密接触的另一个单个的定子铁心的第一齿56相对应的齿84。从而，所述中间部件80部分地限定第一定子槽86，并部分地限定第二定子槽88。该中间部件80也可用于制造包括数量多于两个的定子线圈的定子12。
在图13a-c中示出与图3a-b的直线电动机中所示的动子的一个实施例相对应的动子14。该动子可包括由软磁材料即结合图1a-c说明的材料之一制成的软磁部分32a-d，以及永磁部分34a-c。永磁部分34a-c可从动子14的内表面102基本延伸到外表面104，并沿动子14的圆周连续。为了将磁通量传输到软磁部分32a-d，永磁部分34a-c可设置成与软磁部分32a-d紧密接触。永磁部分34a-c不应延伸越过动子的朝向定子的表面。而且，永磁部分不需要设置成与所述朝向定子的表面齐平，而是可在就要到达所述表面之前终止。在轴向上，永磁部分可短于软磁部分32a-d。
永磁部分34a-c设置成它们的磁极N和S在轴向上相对。而且，永磁部分34a-c设置成一个永磁部分例如永磁部分34b的北极N朝向相邻永磁部分例如永磁部分34c的北极N。相应地，永磁部分的南极S朝向相邻的永磁部分例如永磁部分34a和34b的南极。其结果是，软磁部分32a-d可用作具有径向极化向量的磁体。
此外，永磁体可制成在轴向上较短，即磁体的轴向长度与从动子的内表面到外表面的径向长度之间的比率La/Lr，可小于图1a-c和2a-b中的直线电动机的动子中的永磁体的对应比率。因此，有利于永磁体的制造，这是因为制造具有较小La/Lr值的永磁体较容易。这样设计时动子也变得更坚固。
但是，动子也可以是其中设置凹槽以容纳磁体的管。在这种实施例中，凹槽可设置成朝向定子，因而，容纳在该凹槽内且背离定子的磁体的部分朝向该管的材料。这种动子的其它特征至少对应于动子的其它实施例的特征。
根据一个实施例，用于直线电动机的动子可包括至少一个软磁材料部分和至少一个永磁体，所述至少一个软磁材料部分和所述至少一个永磁体沿动子的轴向对齐，其中所述至少一个永磁体的极化向量是轴向的。
此外，上述由软磁材料制成的动子的所述部分可由软磁粉制成。
根据另一个实施例，动子可包括至少两个永磁体，即第一永磁体和第二永磁体，所述永磁体沿所述轴向对齐，并且所述至少两个永磁体的轴向中心之间的距离是预期(使用的)定子的齿距的0.75-1.5倍。
除上述实施例之外，永磁体可设置成没有其它的永磁体比第二永磁体更接近第一永磁体。
根据另一实施例，动子可以是管状的。
根据另一实施例，所述至少一个软磁材料部分具有带端面的至少第一轴向端部，并且所述至少一个永磁体设置成基本与所述第一轴向端部的整个端面接触。
根据另一实施例，所述至少一个永磁体的沿圆周和轴向延伸的表面设置成与设置成朝向预期(使用的)定子的动子的沿圆周和轴向延伸的表面基本平齐。
根据一个实施例，本文的任何一个实施例中所述的直线电动机可包含根据上文所述动子实施例中任何一个的动子。
定子12和动子14的径向截面的形状不必须是圆形。在某些应用中，径向截面为其它形状可能更好。在图14中示出包括两个定子部件21和22的三角形定子铁心20。该定子铁心还可被描述为三角形的环。定子铁心20可以与上文所述定子中的任何一个相同的方式制造和/或设置。将要设置在定子铁心内的定子线圈可独立于径向截面的形状预先缠绕。具有所述三角形定子铁心的直线电动机中的动子也必须形成这种三角形以便具有最佳性能。定子和/或动子的径向截面的形状可采用几乎任何形状。例如，可以为椭圆形、矩形、星形、两个圆结合在一起的形状即类似于阿拉伯数字8的形状等，可能性是无穷的。通过由上述具有至少良好的磁通量磁导率和对电流的电阻的特性的软磁粉或可模压材料形成定子和动子，可有利于制造具有奇怪的和通常难以制造的形状的定子和动子。
在图15a-b中示出直线电动机的另一个实施例。正如结合图1a-c、2a-b和3a-b说明的直线电动机一样，该实施例的直线电动机包括定子112和动子114。但是，在该实施例中，定子112位于动子114内，即动子114基本包围定子112。定子112可包括多个定子线圈，图中的实施例包括三个定子线圈118a-c。但是，这种直线电动机也可设置成仅具有一个定子线圈。
定子112的定子铁心120a-c也可以与上述外部定子铁心相似的方式分为第一定子部件121a-c和第二定子部件122a-c。图1-3中的直线电动机的定子与此实施例的直线电动机的定子之间的一个很大的区别在于，定子铁心120a-c的齿156a-c和158a-c沿定子112的外周边150设置，以便可与动子114产生磁相互作用。
此外，定子铁心120a-c可以与上述外部定子铁心相似的方式设计，其结构差别在于需要能够与外部动子114而不是内部动子产生磁相互作用。从而，它们可设计成具有类似于图10中的实施例的变化的轴向齿长度，以及类似于图11中的实施例的突出部的齿突出部。因此，前文所述的外部定子铁心的特征可应用于这些内部定子铁心120a-c。
在所示实施例中，定子112包括在定子铁心120a-c的中心内限定一轴向孔的内周边152。在另一个实施例中，可不存在这种孔，即每个定子铁心120a-c的中心可以是由与定子铁心的其余部分相同的软磁材料制成的实体。
动子114以与图1a-c中的动子相似的方式形成，区别在于永磁体128a-d设置在软磁性管126的内侧上。动子114也可以是图13a-b中所述的类型，可使用这种动子而无需在设计中进行任何改变。
权利要求
1.一种用于直线电动机的定子铁心，所述定子铁心包括内周边，基本包围该内周边的外周边，沿该内周边或该外周边之一设置的第一和第二齿，用于接纳定子线圈的槽，所述槽是设置在定子铁心内的空腔，其中，所述定子铁心分为第一定子部件和第二定子部件，所述第一定子部件包括所述第一齿，并设置成部分限定所述槽，并由软磁粉制成，以及所述第二定子部件包括所述第二齿，并设置成部分限定所述槽，并由软磁粉制成。
2.根据权利要求1所述的定子铁心，其特征在于，所述第一齿沿轴向朝所述第二定子部件延伸一段距离，所述距离沿定子铁心的内周边或外周边之一变化；所述第二定子部件沿轴向朝所述第一定子部件延伸一段距离，所述距离沿定子铁心的内周边或外周边之一变化。
3.根据权利要求1或2所述的定子铁心，其特征在于，所述第一定子部件和所述第二定子部件中的每一个均设置成在所述外周边处彼此紧密接触，并在所述内周边处彼此分隔，在所述内周边处的分隔形成位于所述第一和第二齿之间的一个通到所述槽内的槽开口。
4.根据权利要求1或2所述的定子铁心，其特征在于，所述第一定子部件和所述第二定子部件中的每一个均设置成在所述内周边处彼此紧密接触，并在所述外周边处彼此分隔，在所述外周边处的分隔形成位于所述第一和第二齿之间的一个通到所述槽内的槽开口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的定子铁心，其特征在于，所述第一齿和所述第二齿设置成彼此紧密接触；所述齿在这两个齿之间的接触区域内在径向方向上的延伸部很小，以便在操作期间在定子的此部分内达到磁饱和。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的定子铁心，其特征在于，所述第一定子部件和所述第二定子部件均包含至少两个由软磁粉制成的部分，所述部分设置成在与所述内周边和外周边的方向相对应的方向上彼此相邻。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的定子铁心，其特征在于，每个所述定子部件的密度至少为6500kg/m3。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的定子铁心，其特征在于，每个所述定子部件内的电阻率至少为1μΩm。
9.包含根据权利要求1-3中任一项所述的定子铁心的直线电动机。
10.一种用于直线电动机的定子铁心，所述定子铁心包括一环形定子铁心，其中，所述环分成至少两个环形定子部件，即，第一定子部件和第二定子部件；并且所述定子部件是由软磁粉制成的均质体。
11.根据权利要求10所述的定子铁心，其特征在于，还包含用于接纳定子线圈的槽，所述槽是设置在定子铁心内的空腔，所述槽部分由所述第一定子部件限定，部分由所述第二定子部件限定。
12.根据权利要求10或11所述的定子铁心，其特征在于，所述第一定子部件包括第一齿，所述第二定子部件包括第二齿，所述第一齿和第二齿沿环形定子铁心的内周边或外周边之一设置。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的定子铁心，其特征在于，该定子铁心进一步由权利要求2-8中的任一项限定。
全文摘要
本发明涉及一种包含定子铁心和/或动子的直线电动机。所述直线电动机的定子铁心包括内周边；基本包围该内周边的外周边；沿该内周边或该外周边之一设置的第一和第二齿；以及用于接纳定子线圈的槽，所述槽是设置在该定子铁心内的空腔，其中所述定子铁心分为第一定子部件和第二定子部件；所述第一定子部件包括第一齿，并设置成部分限定所述槽，并由软磁粉制成；所述第二定子部件包括第二齿，并设置成部分限定所述槽；并由软磁粉制成。
文档编号H02K1/34GK1771644SQ200480009657
公开日2006年5月10日 申请日期2004年3月8日 优先权日2003年3月10日
发明者A·杰克, P·G·迪金森, L-O·彭纳德 申请人:霍加纳斯股份有限公司