高推力密度的直線電機的制作方法

本發明涉及直線電機技術領域，具體而言涉及一種高推力密度直線電機。

背景技術：

直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。直線電機通常被認為是旋轉電機在結構方面的一種變形，它可以看作是一臺旋轉電機沿其徑向剖開，然后拉平演變而成。隨著自動控制技術和微型計算機的高速發展，對各類自動控制系統的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統的旋轉電機再加上一套變換機構組成的直線運動驅動裝置，已經遠不能滿足現代控制系統的要求，再加上直線電機本身具有結構簡單、定位精度高以及反應快、靈敏性高等優點，世界許多國家都在研究、發展和應用直線電機，使得直線電機的應用領域越來越廣。

直線電機主要應用于三個方面：一是應用于自動控制系統，這類應用場合比較多；其次是作為長期連續運行的驅動電機；三是應用在需要短時間、短距離內提供巨大的直線運動能的裝置中。但目前的直線電機的推力密度小，氣隙磁密低的缺點，限制了直線電機的應用。

現有的直線電機主要有平板式、u型槽式和圓筒式三種。以圓筒式直線電機為例，如圖1所示，其定子(固定部)和動子(可動部)之間有圓筒狀氣隙，氣隙平行于運動方向，當定子的電樞繞組的電流較大時，電樞反應容易引起磁路飽和、氣隙磁密發生畸變以及鐵耗增加等缺陷，限制了電機的最大過載能力和推力密度。

技術實現要素：

本發明目的在于提供一種高推力密度的直線電機，通過氣隙的改進設計來提高直線電機的推力密度。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明提出一種高推力密度的直線電機，包括：

固定部；

可動部；

所述可動部被設置成在該直線電機被加載激勵時做直線運動；

其中：所述固定部與可動部之間具有氣隙，該氣隙平行于直線電機的運動方向，并且在垂直于運動方向的橫截面上，所述固定部與可動部上設置有相互配合的呈凹凸交錯的齒槽結構，使得所述氣隙在垂直于運動方向上具有延伸。

應當理解，前述構思以及在下面更加詳細地描述的額外構思的所有組合只要在這樣的構思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開的發明主題的一部分。另外，所要求保護的主題的所有組合都被視為本公開的發明主題的一部分。

結合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發明教導的前述和其他方面、實施例和特征。本發明的其他附加方面例如示例性實施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見，或通過根據本發明教導的具體實施方式的實踐中得知。

附圖說明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或近似相同的組成部分可以用相同的標號表示。為了清晰起見，在每個圖中，并非每個組成部分均被標記。現在，將通過例子并參考附圖來描述本發明的各個方面的實施例，其中：

圖1是現有技術中的直線電機的示意圖。

圖2是根據本發明某些實施例的直線電機的示意圖。

圖3是現有技術中直線電機的原理示意圖。

圖4是根據本發明某些實施例的直線電機的原理示意圖。

具體實施方式

為了更了解本發明的技術內容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。

在本公開中參照附圖來描述本發明的各方面，附圖中示出了許多說明的實施例。本公開的實施例不必定意在包括本發明的所有方面。應當理解，上面介紹的多種構思和實施例，以及下面更加詳細地描述的那些構思和實施方式可以以很多方式中任意一種來實施，這是因為本發明所公開的構思和實施例并不限于任何實施方式。另外，本發明公開的一些方面可以單獨使用，或者與本發明公開的其他方面的任何適當組合來使用。

結合圖2所示，根據本發明的實施例，一種高推力密度的直線電機，該直線電機構造為圓筒狀結構，其包括固定部1和可動部2。可動部2被設置成在該直線電機被加載激勵時做直線運動。

圖2所示的左側為立體圖示例，其右側的沿著運動方向的截面示意圖。固定部1與可動部2之間具有氣隙3，該氣隙3平行于直線電機的運動方向，并且在垂直于運動方向上具有延伸，結合圖2所示，該氣隙在垂直于運動方向的截面內在圓周方向上呈交錯齒狀分布。

在一些例子中，固定部1構造為直線電機的初級，可動部2構造為直線電機的次級，其中初級布置有線圈，線圈在外部電源的激勵下產生磁場。

在另一些實施例中，可動部2構造為直線電機的初級，固定部1構造為直線電機的次級。

在圖2所示的例子中，固定部1構造為直線電機的初級，可動部2構造為直線電機的次級。在該示例中，固定部1與可動部2之間有齒輪狀氣隙，氣隙平行于運動方向，且在垂直于運動方向上有延伸。結合圖1，也就是說，直線電機的固定部和可動部之間的氣隙，在垂直于運動方向的平面上相互之間至少部分地交錯分布。

結合圖1所示的傳統的直線電機(圓筒形結構)的示例，本發明前述實施例提出的直線電機可使得固定部1與可動部2即定子與動子之間的氣隙垂直于運動方向上的周向長度增加，提高了固定部1與可動部2之間的耦合面積，磁力線通過齒頂、齒根和齒面分別閉合，降低了氣隙的磁飽和程度，有利于增加固定部和可動部之間的相互作用力，提高推力密度，從而產生更大的電磁推力，提高電機效率。

圖3以及圖4大致表示了現有技術中的直線電機的構造與本發明所提出的直線電機的構造的原理對比。在圖3中，位于左側的視圖表示了現有技術中直線電機的大致結構，其右方視圖為沿著運動方向的垂直方向的截面示意，灰色部分為線圈(纏繞在定子上)，可見，電機的固定部與可動部之間，在垂直于運動方向的平面上沒有交錯。而在圖4中，位于左側的視圖表示了本發明某實施例的直線電機的大致結構，其右方視圖為沿著運動方向的垂直方向的截面示意，灰色部分為線圈(纏繞在定子上)，顯然，固定部與可動部之間，在垂直于運動方向的平面上有交錯，固定部與可動部之間形成更大的磁場耦合面積，從而產生更大的推力。

在一些例子中，前述直線電機還包括導向裝置，例如，導軌式結構、滑輪式導向機構等，用于直線電機的運動導向，即可動部的運動導向。

結合圖2所示，作為可選的例子，固定部1與可動部2上設置有相互配合的齒槽結構，使得他們之間的氣隙在垂直于運動方向上具有延伸。

在圖2的例子中，固定部1和可動部2均構造成筒狀的結構，并且可動部2可在固定部1的內部通道內做直線式的往復運動。固定部1的內表面規則地設置有多個齒槽1-1，并且在可動部2的外表面上同樣規則地設置有多個與齒槽配合的齒2-1，二者配合后，對固定部1與可動部2之間的氣隙產生影響，使得氣隙在垂直于(可動部的)運動方向上具有延伸，藉此以增大耦合面積。

優選地，在橫切于可動部2的運動方向的每個可產生磁力作用的截面位置，固定部的內表面上等間隔地設置前述的齒槽1-1，同樣地在可動部的配合位置同樣等間隔地在其外表面(圓周面)設置齒2-1。

這些齒1-1、齒槽2-1的配合，增大耦合面積，使得氣隙得以在垂直于可動部2的運動方向上具有延伸的分布。

本例子中，這些齒槽1-1、齒2-1的結構采用對稱的設計，尤其是采用梯形、半圓型、正弦形設計、三角形、漸開線形，以更大限度地增大耦合面積。為了避免在齒根處發生磁飽和現象，所有的齒優選地要求齒根的寬度不小于齒尖的寬度，或者說這些齒從結構來上說，從齒根到齒尖的寬度至少不是遞增的(應該是一致的或者遞減的)。

結合圖2所示，根據本發明的公開，前述的固定部1在一些例子中被構造為初級組件，具備定子和繞組；而相應地可動部2則被構造為次級組件，具備動子。

優選地，前述復數個齒2-1具有相同的形狀和尺寸，同樣地，對應的齒槽1-1也具有相同的適配的形狀和尺寸。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護范圍當視權利要求書所界定者為準。