專利名稱：線性電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及線性電動機。
傳統(tǒng)同步線性電動機包括一個與線圈陣列進行電磁相互作用的磁體陣列。與磁體陣列配合而在線圈陣列上產(chǎn)生電磁力(稱為洛侖茲力)，并且在線圈陣列上的電磁力使得線圈陣列相對于磁體陣列被驅(qū)動，或者與之相反。這樣，線性電動機可以包括一個靜止磁體陣列(這里線圈陣列被驅(qū)動)或一個靜止線圈陣列(這里磁體陣列被驅(qū)動)。線圈陣列通常機械固定到一個可以與一套軌道滑動配合的平動支架(或承重架)上。
典型地，傳統(tǒng)移動線圈型線性電動機在可移動線圈組件兩側(cè)具有永磁體。該磁體固定到兩個軌道的內(nèi)表面上，以便彼此相對。磁體彼此相鄰安裝，每個后續(xù)磁體的磁極方向與前一個相反。
線圈組件由灌封固定在環(huán)氧樹脂板中的幾個線圈構(gòu)成。每個線圈包括纏繞到一般為矩形的框架上的電線，在框架中心有開口。電線在垂直于永磁體產(chǎn)生磁場的磁通量方向上纏繞。一系列線圈彼此鄰接布置在兩個相對的永磁體陣列之間。纏繞在線圈上的電線切割在兩個相對的永磁系統(tǒng)之間的磁力線，接通到電線的電流產(chǎn)生移動線圈的洛侖茲力。
為了增加電動機的功率，線圈框架的面積需要增加，以便更多的磁通量可以通過線圈。為增加供磁通量通過的框架面積，可以“層疊”線圈，以利用線圈中心部分的非活動空間。在這種布置中，線圈框架的一側(cè)可以布置在另一個線圈框架的開口中。

圖1表示這樣的一種布置形式。如圖所示，五個矩形線圈22、24、26、28、30彼此層疊布置。線圈22具有兩個橫向側(cè)臂22a和22b，兩個縱向側(cè)臂22c和22d，以及一個開口22o。類似，線圈24具有兩個橫向側(cè)臂24a和24b，兩個縱向側(cè)臂24c和24d。側(cè)臂24c布置在線圈22的開口22o中，以俘獲穿過開口22o的磁通量。
對于三相電動機，通常三個線圈依次彼此串聯(lián)布置。三相電源具有三根“火”線，彼此具有120度的相位差。三相電源成本低，高效并可以提供大啟動力矩。對于每一相，使用一個線圈。對于三相電動機，三個線圈作為一組使用并可以層疊起來。圖2表示三相電源的層疊線圈的側(cè)視圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，由于在一定位置層疊三個線圈，線圈22和24組件的厚度或高度是每個單獨線圈厚度的三倍。厚度變化，一個厚度系列是1d，2d，3d，2d，1d，這里d是一個線圈的厚度。生產(chǎn)時不希望出現(xiàn)3d厚度，因為3d太厚以至于線圈需要在某個位置強烈彎曲，并且這些力會破壞和/或者降低線圈的結(jié)構(gòu)完整性。并且，不希望出現(xiàn)厚度變化(1d，2d，3d，2d，1d厚度系列)。
Frandsen的美國專利US 4,314,295公開了一種扁平線圈致動器陣列，其中每個致動器包括在平面基板上至少一側(cè)的一定量的扁平線圈匝數(shù)，該基板沿著由一對相對的導(dǎo)軌構(gòu)成的通道布置在相反極性的磁體之間，這些線圈以彼此‘重疊’方式并相對于各個磁極件布置。從而當選擇的線圈匝數(shù)接通電源時，基板以可控制方式移動和定位。
Imahashi的美國專利4390827公開了一種使用直流電(DC)的兩相直線電機，其中沿著直線等間隔形成交替反轉(zhuǎn)磁通方向的磁場。在Imahashi的專利中，一組雙線圈布置在該磁場中，并且以這種方式定位使得當一個線圈穿過磁力線最大程度時，另一個線圈交截的磁力線達到最小程度。布置了大量永磁體對，這些永磁體對產(chǎn)生的磁場方向交替反向。兩個線圈按照彼此相隔一半間距交錯布置。線圈在磁場內(nèi)的部分被纏繞為扁平形狀，線圈的繞線寬度和該線圈內(nèi)部空間的寬度彼此基本相等。在一對線圈中，線圈以這種方式布置，使得一個的線圈的一個側(cè)臂安裝在另一個線圈的內(nèi)部空間中。在該線圈對的另一個實例中，兩個線圈側(cè)臂靠著側(cè)臂并排布置并彼此固定起來。
Itagaki等的美國專利4758750公開了一種線圈移動型線性電動機，其中多相移動線圈包括多個線圈單元，它們中的每個線圈寬度不大于構(gòu)成由多個線圈相分割的靜止部分的永磁體的縱向長度。連續(xù)布置在同一平面內(nèi)的線圈單元，其中心部分不重疊。盡管是多個線圈的多個相位，移動線圈單元的中心部分具有單相線圈的厚度。在Itagaki等的專利中，移動線圈包括三個線圈單元，它們在平行于頁面的平面內(nèi)永磁體寬度1/3的寬度內(nèi)纏繞而成。線圈單元組離開單個線圈單元，這樣線圈單元組的中心部分彼此不重疊，移動線圈中心部分的厚度等于單相線圈的厚度。不與磁體成相反關(guān)系的線圈上端和下端具有圍繞它們的足夠大的空間，它們可以形成各種形狀。所述的上端和下端可以分別具有等于單相線圈的厚度、兩相線圈的厚度和三相線圈的厚度。由于層疊，移動線圈的中心部分可以具有在線圈厚度1倍到3倍之間的厚度。
Beakley等的美國專利4839543公開了一種移動線圈型線性電動機，它具有中心交替排列的、具有多相的永磁體列，以及具有位于磁體列兩側(cè)的多極線圈組件。磁路連接材料基本是與永磁體在同一高度并位于線圈組件外部。線圈組件包括一系列以多相連接、屬于多極關(guān)系的單個線圈。在不是線圈組件末端的某位置，一相的單獨線圈彼此相鄰并相互連接，結(jié)果電流在單一方向通過它們。單個線圈的總寬度等于從磁體上一點到鄰近磁體上相同點的距離，單個線圈的厚度是總厚度被相位數(shù)目的兩倍除的結(jié)果。
為進一步增加電動機的功率，可以層疊兩個電動機子單元。圖3表示一個具有安裝在第二電動機子單元70上的第一電動機子單元60的這種電動機50。電動機子單元包括具有頂部61a和底部61b的軛鐵61。在頂部61a和底部61b中每個上安裝著永磁體陣列63a或63b，其中磁條的磁極端部布置為交替分布的N極/S極構(gòu)造。細長線圈65布置在磁體陣列63a和63b之間。類似，第二電動機子單元70包括具有頂部71a和底部71b的軛鐵71。在頂部71a和底部71b中每個上安裝著永磁體陣列73a或73b，其中磁條的磁極端部布置為交替分布的N極/S極構(gòu)造。細長線圈75布置在磁體陣列73a和73b之間。當電流接通到線圈65和75上時，產(chǎn)生洛侖茲力并驅(qū)動固定到兩個線圈65和75上的移動支架。如圖3所示，對應(yīng)電動機子單元60和70中的每個單元，磁力線67和77分別具有單獨的磁通回路。盡管磁力線67和77在同一方向上流動(在圖3中相加)，但是它們也可以在相反方向流動(或相減)。并且，由于層疊，距離69(等于部分61b和71a的厚度)分離開磁體陣列63b和73a。由于(i)電動機60和70的電機殼體的存在增加了距離69；以及(ii)單獨的磁通回路，結(jié)果磁路延長。
上述方面的修正可以包括下述方面的一項或多項。每個線圈為‘鷗翅’形狀。并且每個線圈可以兩次彎折。線圈可以具有45度的彎曲處，連接每個左臂和右臂到每個頂臂和底臂。第一平面和第二平面的間隔相當于線圈厚度的一半?？梢栽诖艌龅目v向布置線圈在間隙內(nèi)運動。可以增加附加線圈到線圈組件中，相鄰線圈具有與之相同的厚度。這樣，可以增加一個具有在第一平面內(nèi)的第四頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第四線圈中心部分的第四線圈?？梢栽黾右粋€具有在第三平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第五線圈中心部分的第五線圈，并且第五線圈左臂鄰近第三線圈右臂布置。第一、第二、第三、第四、第五線圈與厚度等于單個線圈厚度的中心部分一起移動，每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于上述厚度之厚度?？梢允褂靡粋€軛鐵，軛鐵具有容納線圈組件的第一槽口和能容納第二線圈組件的第二槽口。每個槽口具有兩個相對的面，其中每個相對的面還包括取向為一列而構(gòu)成磁體平面并具有一個縱軸的多個磁體，在磁體平面的表面上以交替變化磁極方向方式取向布置磁體。
在另一方面，線性電動機軛鐵組件包括第一線圈組件和第二線圈組件，每個線圈組件由多個線圈組成；以及一個具有兩個適合容納第一線圈組件和第二線圈組件的、基本上細長形的槽口的殼體，其中每個槽口具有兩個相對的面，每個相對的面還包括取向為一列并具有一個縱軸的多個磁體，在磁體平面的表面上以交替變化磁極方向方式取向布置磁體。
線性電動機軛鐵組件的修正可以包括下述方面的一項或多項。磁力線可以存在于軛鐵上，并在單個回路中橫截第一和第二槽口上的磁體。每個線圈組件可以包括一個具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分的第一線圈；一個具有在第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分的第二線圈，并且第二線圈左臂鄰近第一線圈右臂布置；以及一個具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括第一線圈右臂和第二線圈左臂的第三線圈中心部分的第三線圈，其中第三頂臂與第一、第二頂臂配合，第三底臂與第一、第二底臂配合；布置第一、第二、第三線圈與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的中心部分一起移動，每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于上述厚度的恒定厚度。這兩個槽口可以包括安裝在兩個槽口表面的八個磁體，其中在單個回路中，磁通回路橫截穿過八個磁體。殼體可以是W形。每個線圈組件包括一個厚度等于單個線圈厚度的中心部分，每個線圈組件具有厚度等于上述厚度兩倍的頂部和底部。
在又一方面，線性電動機包括第一線圈組件和第二線圈組件，每個線圈組件可以包括一個具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分的第一線圈；一個具有在第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分的第二線圈，并且第二線圈左臂鄰近第一線圈右臂布置；以及一個具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括第一線圈右臂和第二線圈左臂的第三線圈中心部分的第三線圈，其中第三頂臂與第一、第二頂臂配合，第三底臂與第一、第二底臂配合；布置第一、第二、第三線圈與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的中心部分一起移動，每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于上述厚度的恒定厚度；一個具有兩個適合容納第一線圈組件和第二線圈組件的、基本上細長形的槽口的殼體，其中每個細長槽口具有兩個相對的面，每個相對的面還包括取向為一列并具有一個縱軸的多個磁體，在磁體平面的表面上以交替變化磁極方向方式取向布置磁體。
本系統(tǒng)的優(yōu)點可以包括下述方面的一項或多項。層疊線圈組合件在最小化其外形輪廓和尺寸的同時獲得了高磁通密度。層疊線圈組合件在中心區(qū)域具有單個線圈的厚度，在線圈組合件端部具有兩個線圈的厚度。不論層疊的線圈數(shù)目如何，在線圈每端的厚度都是線圈厚度的兩倍。這比現(xiàn)有工藝的層疊技術(shù)好，在現(xiàn)有工藝的層疊技術(shù)中，依賴于層疊位置，具有變化的端部厚度(例如1d，2d，3d，2d，1d，其中d是線圈的厚度)。線圈的兩次彎折也是有利的，這是由于容許線圈彎曲很小的角度，而不是大角度。這種彎曲降低了線圈上的應(yīng)力，對整體可靠性有利。
并且，為了獲得等同的高磁通密度，不需要昂貴的鐵心材料諸如具有高飽和磁化強度和高磁導(dǎo)率的合金鋼，就獲得了高磁通密度。這樣，獲得協(xié)同支持大功率線性電動機的層疊線圈組合件，并且成本低，外形尺寸小。
本直線壓縮機的層疊線圈組合件厚度薄并且緊湊。薄線圈纏繞結(jié)構(gòu)增加了電動機力矩常數(shù)和降低了承重架重量。電動機力矩常數(shù)增加和承重架重量降低提高了性能和增加了可能的加速度。對三相配電系統(tǒng)，增加線性電動機施加的力在整個電動機工作期間仍然比較穩(wěn)定。
層疊線圈組合件與集成雙電動機子單元一起使用時，協(xié)同效應(yīng)進一步放大。在集成雙電動機子單元中，磁力線流動穿過整個軛鐵，進入和離開軛鐵的上和下邊緣，以及穿過整個磁體陣列。這與傳統(tǒng)線性電動機相反，傳統(tǒng)線性電動機中，作為一個磁力線組，磁力線進入和離開相對的磁體陣列；還作為另一個磁力線組，磁力線進入和離開相對的磁體陣列。這樣，為了說明，這里是磁通量流通穿過八個磁體，而不是傳統(tǒng)技術(shù)那樣磁通量流通穿過四個磁體。
軛鐵設(shè)計容許相對的磁體陣列彼此移動靠近而縮短磁通磁路。電機按照本發(fā)明層疊時，由于消除了一個磁通通路，結(jié)果磁通通路進一步變短。降低磁路距離增加磁通密度支持大功率線性電動機。由于磁路形狀，降低磁路距離也容許使用薄磁體。
集成的雙電動機子單元設(shè)計提供支持高功率直線電機的高磁通密度。所得直線電機厚度薄并具有緊湊結(jié)構(gòu)。并且，軛鐵和線圈組合件提供高磁通密度和產(chǎn)生直線電機大力矩。作為附加的益處，電動機的尺寸容許線性電動機應(yīng)用在要求尺寸限制的場合。對于要求附加功率的應(yīng)用，電動機可以放大，層疊多于兩個的電機。在這種情況下，所需磁體比上述雙電動機子單元磁體可以進一步變薄。電動機也有高效率并且操作成本低，并且很好地響應(yīng)應(yīng)用的需要。
從下述的包括附圖和權(quán)利要求書的說明中，其它優(yōu)點和特征會顯而易見。
圖2表示圖1層疊線圈布置形式的立體視圖。
圖3表示現(xiàn)有技術(shù)中具有兩個電動機子單元的層疊電動機。
圖4A、4B和4C分別表示線性電動機的立體視圖、截面圖和某部分的放大視圖。
圖5表示電動機軛鐵的立體視圖。
圖6示意性表示穿過圖5的軛鐵的磁力線。
圖7和圖8分別表示線圈組件的一個實施例的立體視圖和截面圖。
圖9是圖7和圖8的線圈中電線的截面圖。
圖10表示簡化電動機的截面圖。
圖11表示圖10電動機中的磁通量。
圖12表示圖10電動機的運動順序。
圖13表示使用第二線圈組件實施例的線性電動機的一個實施例。
圖14表示圖13線圈組件實施例的截面圖。
圖4A、4B和4C分別表示線性電動機401的立體視圖、截面圖和某部分的放大視圖。線性電動機401包括作為線性電動機401軌道的兩個細長的軸承406A和406B。軸承406A和406B靜止布置在細長形基板402上。軸承406A和406B是滑動軸承，容許諸如承重架或支承架等載荷利用線性電動機401移動一定的距離。
致動器組件403布置在基板402上方，并位于軸承406A和406B之間。在圖4C、圖5和圖6中，對致動器組件403進行更詳細的說明。頂板405布置在軸承406A、406B和線性致動器403頂部。頂板405具有向下突出的部分或突片，與線性致動器403串聯(lián)，并固定致動器103到電動機401的支承座上。一個位置編碼器404安裝在頂板405上，并定位在頂板405和基板402之間。編碼器404檢測線性電動機401的當前位置?？梢允褂酶鞣N類型的位置傳感器，包括光學位置傳感器、電阻(電位測定)位置傳感器、以及磁性位置傳感器(感應(yīng)式傳感器)。在光學傳感器中，可移動編碼盤利用在其表面蒸發(fā)沉積鉻的玻璃板制造，或者利用諸如不銹鋼、鎳、銅或類似的金屬板制造；通過蝕刻利用光源的光發(fā)射元件(LED)掃描的環(huán)狀區(qū)域某些部分，形成透光部分。在可移動編碼盤的任何一側(cè)具有光源和光接受部分。光源和光接受部分分別由特定數(shù)目的光發(fā)射元件(圖中略去)和感光器構(gòu)成。當透光部分位于感光器前方時，從光源指向可移動編碼盤的光透過上述透光部分并進入相應(yīng)的感光器，而且由感光器輸出代表接受到光的信號。電位測量傳感器本質(zhì)上是一個具有滑動觸頭的分壓器，所述滑動觸頭與同電壓源連接的碳膜帶或其它電阻元件接合。傳感器的輸出電壓是滑動觸頭上的電壓或者該電壓的比例數(shù)值。該位置影響滑動觸頭相對于電阻元件的位置，因此可以使用傳感器的輸出電壓值來表示檢測到或測量到的位置。磁性位置傳感器使用安裝在一個靜止元件表面的多個方波線圈，以及一個安裝在可移動元件上并與交流電源(AC)連接的線圈。每個方波線圈包括多個‘高’和‘低’部分并具有不同周期。通過檢測本線圈與多個方波線圈之間的互感系數(shù)變化，本系統(tǒng)確定可移動元件相對于靜止元件的位置。當電源供給能量到線圈時，如果線圈鄰近‘高’方波部分，則在方波線圈中感應(yīng)大電流。如果線圈鄰近‘低’方波部分，則在方波線圈中只是感應(yīng)小電流。因此，從方波線圈的信號可以確定可移動元件沿著靜止元件長度的位置。
圖4C更詳細地表示致動器組件403。致動器組件403包括一個具有三個分叉或部分511b、511a和511c的軛鐵511，三者構(gòu)成兩個空腔530a和530b。三個分叉或部分511b、511a和511c在一端利用一個公共部分511d連接起來，并且上述部分511a到511d共同構(gòu)成兩個空腔530a和530b。安裝在空腔530a和530b每面(上和下)的是磁體條帶的永磁體陣列512a、512b、512c和512d，其中磁體條帶的端部以交替N極/S極的形式布置在一起。大體上細長形的線圈514a和514b布置在空腔530a和530b中。線圈514a和514b在垂直于永磁體產(chǎn)生的磁場的磁通量的方向上繞線。當電流接通到線圈陣列時，產(chǎn)生洛侖茲力并驅(qū)動組件403中的移動支承架移動。在圖5和圖6中對軛鐵511進行更詳細的說明，而在圖7詳細說明諸如線圈514a的一個示例性線圈。
圖5表示軛鐵511的立體視圖。軛鐵511可以由具有高磁導(dǎo)率和高飽和度的材料諸如坡莫合金或含鉬超坡莫合金制造。在上軛鐵511b的內(nèi)表面(指向空腔530a)安裝著永磁體陣列512a，在中軛鐵511a的內(nèi)側(cè)和上表面安裝著永磁體陣列512b。對應(yīng)地，在中軛鐵511a的內(nèi)側(cè)表面(指向空腔530b的中心)安裝著永磁體陣列512c，在下軛鐵511c的內(nèi)表面安裝著永磁體陣列512d。永磁體陣列512a、512b、512c和512d包括任何數(shù)目的永磁體條帶，并交替布置永磁體條以得到交替變化的磁極分布。
永磁體條512a到512d在其厚度方向永久磁化。永磁體條的寬度指永磁體條沿著電動機運動方向的尺寸大小。在一個實施例中，每塊永磁體條具有基本相同的寬度。永磁體條可以由任何永磁材料，例如釹鐵硼(NdFeB)構(gòu)成。永磁體條可以按照包括裝配膠和環(huán)氧樹脂膠在內(nèi)的任何形式分別連接到上軛鐵511b、中軛鐵511a和下軛鐵511c上。其它分別連接永磁體條到軛鐵511b、511a和511c上的機構(gòu)，包括機械卡緊或者磁力吸引。永磁體陣列具有均勻的厚度，結(jié)果其表面位于電樞件(沒示出)的線圈組件表面上方恒定的距離。設(shè)計磁體沿著移動軸線方向產(chǎn)生有基本上是正弦的磁通量分布，來與線圈組件產(chǎn)生的磁場相互作用。
圖5結(jié)構(gòu)優(yōu)于圖3所示現(xiàn)有工藝的結(jié)構(gòu)，圖3是將兩個亞電動機殼體簡單層疊在一起。首先，圖3的層疊電動機具有形成一個厚的單片中軛鐵的兩片，它又產(chǎn)生了兩個單獨的磁通回路。當形成以前工藝中的中軛鐵的層疊電動機殼體的厚度減少時，相對的磁體會相互吸引導(dǎo)致殼體變形。相反，圖5的結(jié)構(gòu)抵消了四個磁體陣列的磁力，不面臨這種變形。整體的單片中分叉511a可以比圖3的單個電動機殼體61b和71a的厚度更薄。并且，由于縮短了磁通通路，可以將磁體陣列512a至512d制造的更薄。
圖6示意表示穿過軛鐵511的磁力線632。如圖所示，許多磁力線632縱向穿過軛鐵511，進入和離開整個軛鐵511的上邊緣和下邊緣，并穿過所有磁體陣列512a、512b、512c和512d(圖5)。穿過兩個亞電動機60和70中所有磁體的單獨磁力線縮短了磁通路徑。通過消除傳統(tǒng)亞電動機的厚的兩件殼體，磁通路徑進一步縮短。這與具有較長的磁通路徑的傳統(tǒng)線性電動機相反，傳統(tǒng)電動機較長的磁通路徑是由于層疊兩個單獨的電動機殼體，以及由于存在多個磁力線組別。通過縮短磁通路徑，磁通強度增加，導(dǎo)致更高功率的電動機。
圖5和圖6的軛鐵，其厚度薄并且結(jié)構(gòu)緊湊。并且，軛鐵和線圈組合件提供高磁通密度和產(chǎn)生大的線性電動機力矩。并且，盡管軛鐵511只是具有兩個亞電動機60和70，但是可以層疊任意數(shù)量N個亞電動機來增加電動機功率。在這種層疊的N個亞電動機中，由于磁通路徑縮短，可以降低磁體的厚度。
圖7和圖8分別表示包含線圈692-708的線圈組件690的一個實施例的立體視圖和截面圖。由于線圈結(jié)構(gòu)相同，只深入討論代表性線圈692-698以及它們的相互關(guān)系。
線圈692包括一個通常為矩形的整體件，它分別具有頂臂692a、底臂692b、左臂692c和右臂692d。臂692a、692b、692c、692d一起構(gòu)成開口692o。在一個實施例中，頂臂692a和底臂692b比細長臂692c、692d短?？墒?，臂692a、692b、692c、692d可以對稱或非對稱以及采取任何形式。相對于左臂692c和右臂692d所在的平面，頂臂692a和底臂692b布置在一個不同的平面內(nèi)。
如圖8所示，由于臂692c和692d在不同的一個平面，從臂692c和692d在底部以及臂692a、692b在頂部觀察時，線圈692為‘鷗翅’形，并在線圈中有兩個彎折點一個彎折點發(fā)生在線圈692從點680過渡到點682處，第二個彎折點發(fā)生在線圈692從點682過渡到點684處。雙彎折結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，線圈僅需要彎曲一個小角度。這種逐步彎曲減少了線圈制造中的機械應(yīng)力，增加了線圈強度，結(jié)果得到更堅固和可靠的線性電動機。
類似，線圈694包括一個通常矩形的整體件，它分別具有頂臂694a、底臂694b、以及一對相對的左臂694c和右臂694d。臂694a、694b、694c、694d一起構(gòu)成開口694o。在一個實施例中，頂臂694a和底臂694b比臂694c、694d短，并相對于細長臂692c、692d升高。類似，線圈696包括一個通常矩形的整體件，它分別具有頂臂696a、底臂696b、以及一對相對的左臂696c和右臂696d。臂696a、696b、696c、696d一起構(gòu)成開口696o。
開口692o的右部容納臂694c，而開口692o的左部容納一個布置在線圈692(沒示出)左側(cè)的線圈的右臂。對應(yīng)地，臂694d布置在開口696o的左部，而臂698c占據(jù)了開口696o的右部。這種次序沿著線圈組件長度連續(xù)布置。
如圖8所示，‘鷗翅’形的線圈692-694容許兩個線圈層疊起來并在中心開口692o、694o和696o處僅具有一層線圈的厚度。在本實施例中，線圈在點682和684之間彎曲45度和1/2d距離。如圖所示，在中心開口692o的線圈厚度為d。厚度d稍微小于在磁體陣列512a和512b之間的距離，從而容許線圈移動。
圖8的多相線圈組件包括一個第一線圈692，它具有在頂臂692a和底臂692b中心線之間延伸的第一平面內(nèi)的第一頂臂692a和底臂692b；以及在左臂692c和右臂692d中心線之間延伸的第二平面上的包括左臂692c和右臂692d的第一線圈中心部分。本組件還包括一個第二線圈(沒在圖中示出)，它具有在第一平面內(nèi)的第二頂臂696a和底臂696b，以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分并且第二線圈左臂鄰近第一線圈右臂布置。圖8的線圈組件還包括一個第三線圈694，它具有在第三頂臂694a和底臂694b中心線之間延伸的第三平面內(nèi)的第三頂臂694a和底臂694b；以及在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括第一線圈右臂和第二線圈左臂的第三線圈中心部分，其中第三頂臂與第一、第二頂臂配合，第三底臂與第一、第二底臂配合。在圖8中，布置第一、第二、第三線圈與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度d的中心部分一起移動，每個頂臂和底臂配合時具有大約兩倍于上述厚度的恒定厚度2d。
作為比較，現(xiàn)有工藝的線圈層疊時所具有的厚度在單個線圈厚度的2和3倍之間。在本實例中，在實現(xiàn)從相對的磁體陣列俘獲磁通量的面積翻倍的同時，獲得了薄厚度。由于線圈變薄，磁路縮短的同時磁通量增加，二者協(xié)同增加線性電動機的功率。此外，通過沿著線圈組件保持穩(wěn)定的2d厚度，結(jié)構(gòu)強度顯著提高。
在線圈692-698中電線的截面圖表示在圖9。如圖所示，線圈692-698的電線按照統(tǒng)一的寬度d以平面順序布置。多層電線繞組包括多匝線形式的導(dǎo)電材料，利用聚合物材料在電線形式材料的各匝之間絕緣。線圈的單個繞組利用可固化環(huán)氧樹脂組合物封裝起來。在一個實施例中，該環(huán)氧樹脂組合物利用合適的固化組份進行熱固化，以執(zhí)行線圈浸漬處理。示意性線圈陣列的截面包括一個以平面形式布置的8個線圈構(gòu)成的陣列，每個線圈依次具有方形截面，截面具有7×7電線纏繞陣列。
圖10-12表示簡化的電動機的操作?，F(xiàn)在參照圖10，表示簡化電動機的截面圖。本電動機具有位于相對的磁體陣列904-906之間的線圈組件902，其中相對磁體的磁極相反。這樣，例如，磁體陣列904中的磁體914同磁體陣列906中的磁體916相對。并且磁體914極性是北極(N極)，而磁體916極性為南極(N極)。并且，接通到線圈組件902的電流可以是三相電BAC中的每一個，來控制磁體陣列904-906中每一個磁體對應(yīng)的電動機的運動。在這種情況下，線圈組件902具有對以下三相電源順序響應(yīng)的線圈臂，即A_BA’CB’AC’BA’CB’_C’。在線圈A、B和C上的電流為相位差120度的正弦波。瞥號表示電流方向與沒有瞥號者相反。例如A處電流方向與A’相反。
圖11表示施加到線圈組件902的磁通量，圖12表示得到的運動?，F(xiàn)在參照圖12，表示電動機900的示意性運動。電動機900具有由對下述順序電流A_BA’CB’AC’BA’CB’_C’響應(yīng)的12個線圈臂構(gòu)成的陣列。首先，在周期a，相A的電流為零，磁通量從N到S。由于電流為零，與相A響應(yīng)的臂在電動機上沒有凈效應(yīng)貢獻?，F(xiàn)在談到B相，相B的電流為正，磁通量從N到S。在B相電源驅(qū)動下，洛侖茲力導(dǎo)致B臂所屬線圈向右移動。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到對C相電源響應(yīng)的線圈臂，相C的電流為負，磁通量從S到N。洛侖茲力也導(dǎo)致線圈向右移動。因此，凈效應(yīng)是電動機900向右移動。本過程重復(fù)5個附加循環(huán)b-f，結(jié)果電動機在每個循環(huán)在時刻f向前運動。盡管圖12的實例表示向前運動，但是電動機可以自由向前、向后或保持不動。
圖13表示在配合線圈1033和1035之間存在間隙的線性電動機的一個實施例。線圈1033具有頂臂1033a和底臂1033b，并且對應(yīng)地線圈1035具有頂臂1035a和底臂1035b。不是彼此緊密配合，頂臂1033a和頂臂1035a間隔開一個線圈的寬度。類似，底臂1033b和底臂1035b也間隔開一個線圈的寬度，結(jié)果組合線圈1033和1035在中心部分具有一個線圈的厚度，而在端部具有三個線圈的厚度。圖14表示圖13的電動機線圈繞組的截面圖。如前所述，線圈繞組是7×7電線環(huán)陣列。
這里詳細說明本發(fā)明是為了符合專利法，以及提供本領(lǐng)域技術(shù)人員所需要的信息來應(yīng)用本發(fā)明的新原理和構(gòu)造以及使用需要的專門零件。可是，應(yīng)該理解本發(fā)明可以使用具體的不同的設(shè)備和裝置來實施，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，對設(shè)備細節(jié)和操作方法可以進行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種多相線圈組件，其特征在于，它包括第一線圈，它具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分；第二線圈，它具有在所述第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分，所述第二線圈左臂鄰近所述第一線圈右臂布置；以及第三線圈，它具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及具有在所述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括所述第一線圈右臂和所述第二線圈左臂的第三線圈中心部分，所述第三頂臂與所述第一、第二頂臂配合，所述第三底臂與所述第一、第二底臂配合；所述第一、第二、第三線圈被布置成與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的所述中心部分一起移動，所述每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于所述厚度的恒定厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，每個所述線圈為‘鷗翅’形狀。
3.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，每個所述線圈被彎折兩次。
4.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，每個所述線圈具有45度的彎曲處，它將每個所述左臂和右臂連接到每個所述頂臂和底臂。
5.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，所述第一平面和第二平面的間隔相當于所述厚度的一半。
6.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，所述線圈被布置成在磁場縱向上的一個間隙內(nèi)運動。
7.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，還包括連接到所第一線圈的附加線圈，相鄰線圈的厚度與所述厚度相同。
8.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，還包括第四線圈，它具有在所述第一平面內(nèi)的第四頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第四線圈中心部分；第五線圈，它具有在所述第三平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第五線圈中心部分，所述第五線圈左臂鄰近所述第三線圈右臂布置；所述第一、第二、第三、第四、第五線圈被布置成與厚度等于單個線圈厚度的所述中心部分一起移動，所述每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于所述厚度的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的多相線圈組件，其特征在于，還包括一個軛鐵，所述軛鐵具有容納所述線圈組件的第一槽口和能容納所述第二線圈組件的第二槽口。
10.如權(quán)利要求9所述的多相線圈組件，其特征在于，每個槽口具有兩個相對的面，其中每個相對的面還包括在構(gòu)成磁體平面的列內(nèi)對齊并具有縱軸的多個磁體，所述磁體與所述磁體平面的表面上的交替變化磁極方向?qū)R。
11.一種線性電動機軛鐵組件，其特征在于，它包括第一線圈組件和第二線圈組件，每個線圈組件由多個線圈形成；以及殼體，它具有兩個適合容納所述第一和第二線圈組件的、基本上細長形的槽口，其中每個細長槽口具有兩個相對的面，每個相對的面包括在一列內(nèi)對齊并具有縱軸的多個磁體，所述磁體與所述磁體平面的表面上的交替變化磁極方向?qū)R。
12.如權(quán)利要求11所述的線性電動機軛鐵組件，其特征在于，還包括在單個回路中穿越所述第一和第二槽口上的所述磁體的磁力線。
13.如權(quán)利要求11所述的線性電動機軛鐵組件，其特征在于，每個線圈組件還包括第一線圈，它具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分；第二線圈，它具有在所述第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分，所述第二線圈左臂鄰近所述第一線圈的右臂布置；以及第三線圈，它具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括所述第一線圈右臂和所述第二線圈左臂的第三線圈中心部分，所述第三頂臂與所述第一、第二頂臂配合，所述第三底臂與所述第一、第二底臂配合；所述第一、第二、第三線圈被布置成與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的所述中心部分一起移動，所述每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于所述厚度的恒定厚度。
14.如權(quán)利要求11所述的線性電動機軛鐵組件，其特征在于，所述的兩個槽口包括至少八個磁體，其中，所述磁通回路穿過所述單個回路中的八個磁體。
15.如權(quán)利要求11所述的線性電動機軛鐵組件，其特征在于，所述殼體是W形。
16.如權(quán)利要求11所述的線性電動機軛鐵組件，其特征在于，所述每個線圈組件包括一個厚度等于單個線圈厚度的中心部分，每個線圈組件具有厚度等于所述厚度兩倍的頂部和底部。
17.一種線性電動機，其特征在于，它包括第一線圈組件和第二線圈組件，每個線圈組件包括第一線圈，它具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分；第二線圈，它具有在所述第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分，所述第二線圈左臂鄰近所述第一線圈右臂布置；和第三線圈，它具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及在所述第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括所述第一線圈右臂和所述第二線圈左臂的第三線圈中心部分，所述第三頂臂與所述第一、第二頂臂配合，所述第三底臂與所述第一、第二底臂配合；所述第一、第二、第三線圈被布置成與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的所述中心部分一起移動，所述每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于所述厚度的恒定厚度；以及殼體，它具有兩個適合容納所述第一線圈組件和第二線圈組件的、基本上細長形的槽口，其中每個細長槽口具有兩個相對的面，每個相對的面還包括在一列內(nèi)對齊并具有縱軸的多個磁體，所述磁體與所述磁體平面的表面上的交替變化磁極方向?qū)R。
全文摘要
一種多相線圈組件,包括:具有在第一平面內(nèi)的第一頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第一線圈中心部分的第一線圈;具有在第一平面內(nèi)的第二頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂的第二線圈中心部分的第二線圈,并且第二線圈左臂鄰近第一線圈右臂布置;以及具有在第三平面內(nèi)的第三頂臂和底臂以及具有在第二平面上的包括左臂和右臂并且其定位處包括第一線圈右臂和第二線圈左臂的第三線圈中心部分的第三線圈,其中第三頂臂與第一、第二頂臂配合,第三底臂與第一、第二底臂配合;布置第一、第二、第三線圈與在第二平面上厚度等于單個線圈厚度的中心部分一起移動,每個頂臂和底臂配合時具有兩倍于上述厚度的恒定厚度。
文檔編號H02K41/03GK1356760SQ01139630
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者金容日 申請人:株式會社佳特科技