高功率密度電機及利用該電機的電子設備振子和機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機械設備，尤其涉及一種高功率密度電機及利用該電機的電子設備振子和機器人。
【背景技術】
[0002]電磁式電動機的優點很多，包括推力大，加速度高，電能轉化為機械能的轉換效率高，但是因為體積和重量原因，在一些場景下不適合使用。
[0003]傳統電動機在運轉時，驅動電路依據線圈與磁體的相對位置，分別依次接通數個線圈中不同的相，通常線圈所有相不能同時通電，也不能全部時間以最大電流通電，因此大量的磁體磁場處于空閑狀態，沒有參與推力的產生。另外，在傳統有鐵芯電動機中，由于磁體表面磁場隨距離增加磁場強度呈指數衰減，所以需要利用鐵芯將線圈所產生的磁通量集中、轉移并釋放到磁體表面，以提高能量轉換效率。有鐵芯電動機雖然可以增加推力，但是由于鐵芯的存在會增加體積、增加重量。專利CN101515741B “一種電動機轉子的線圈纏繞方法”曾對s形平面線圈有描述，但對磁體、對電動機整體設計沒有進一步描述。
【發明內容】
[0004]本發明的目的:提供一種高功率密度電機及利用該電機的電子設備振子和機器人，能對電機結構進行改良設計，以便達到減輕重量、縮小體積、提高效率、降低制造成本的目的；通過重新設計線圈和磁體的排列方式，將每個線圈小節與每個磁體小節高度相等并對應起來，如果使用多相線圈，可以進一步提高磁場利用率。采用無鐵芯結構還可以進一步減輕重量、縮小體積；去除鐵芯會降低能量轉換效率，使用平面s形線圈可以減少線圈高度，有效利用磁場，提高能量轉換效率，并有利于降低生產成本，便于用印刷、蝕刻、電鍍或沖壓的自動化方法制造。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0006]—種高功率密度電動機，包括磁體、磁軛及線圈；兩層所述的磁體分別設置在一層所述的線圈的上方及下方，形成單相線圈電動機；多層所述的線圈疊放，兩層所述的磁體分別設置在疊放的多層所述的線圈的上方及下方，形成雙相線圈電動機或多相線圈電動機；單層的所述的磁體設置在所述的線圈的上方或外側，所述的磁軛設置在所述的單層的磁體的上方或外側，形成單層磁體電動機；所述的多相線圈電動機的磁體及線圈集中排列或間隔排列；所述的磁體的磁極方向交替排列，相鄰兩個所述的磁體的磁極極性相反，且所述的磁體的磁場與所述的線圈的運動方向垂直；所述的磁體及線圈由多節小節組成，所述的線圈的小節高度與所述的磁體的小節高度相同；所述的線圈為無鐵芯線圈或有鐵芯線圈，所述的無鐵芯線圈呈平面S形結構，所述的有鐵芯線圈繞制在鐵芯上；所述的線圈的有效邊位于所述的磁體的磁場內，所述的線圈的無效邊位于所述的磁體的兩側；優選的，所述的線圈的有效邊的長度大于所述的線圈的無效邊的長度。
[0007]上述的高功率密度電動機，其中，所述的磁體為整體式或拼合式連接，拼合式連接的所述的磁體無間隙連續擺放。
[0008]上述的高功率密度電動機，其中，所述的磁體為剛性磁體或復合型材料或柔性磁體材料。
[0009]上述的高功率密度電動機，其中，所述的無鐵芯線圈為扁平的導電材料；所述的有鐵芯線圈為柔性導體材料，所述的有鐵芯線圈包括鐵芯、線圈本體及線圈引線，所述的線圈本體包裹在所述的鐵芯上，并通過所述的線圈引線引出。
[0010]上述的高功率密度電動機，其中，還包括位置傳感器及壓力/拉力傳感器，所述的位置傳感器為霍爾傳感器或光柵傳感器或磁力傳感器或滑動電阻，所述的傳感器的位置與所述的單相線圈電動機或雙相線圈電動機或多相線圈電動機可以分離并布置到遠端的運動部件上或與所述的單相線圈電動機或雙相線圈電動機或多相線圈電動機的線圈集成在一起。
[0011]上述的高功率密度電動機，其中，還包括導熱材料，所述的磁體及線圈布置在所述的導熱材料上，所述的線圈為中空線材，或將所述的電機整體浸泡在散熱液體中。
[0012]上述的高功率密度電動機，其中，所述的線圈的兩側安裝有滑軌或軸承。
[0013]上述的高功率密度電動機，其中，所述的磁軛、磁體與疊層超薄線圈構成電動機本體，所述的電動機本體為平面結構的直線電動機或弧面結構的弧形/環形電動機。
[0014]—種利用高功率密度電機的電子設備振子，包括外殼及設置在所述的外殼內的一對彈簧、一對磁軛、磁體及疊層超薄線圈，所述的一對彈簧的一端分別連接在所述的外殼的內壁兩端，所述的一對彈簧的另一端分別與所述的磁體的兩端連接；一個所述的磁軛設置在所述的磁體的下方，所述的疊層超薄線圈設置在所述的磁體的上方，另一個所述的磁軛設置在所述的疊層超薄線圈的上方。
[0015]一種利用高功率密度電機的機器人，其特征在于:包括第一骨骼、第二骨骼、第一直線電動機、第二直線電動機、第一連接韌帶及第二連接韌帶；所述的第一骨骼的一端與所述的第二骨骼的一端通過轉軸連接，所述的第一直線電動機通過所述的第一連接韌帶連接在所述的第二骨骼端部，所述的第二直線電動機通過所述的及第二連接韌帶連接在所述的第二骨骼端部，所述的第一直線電動機及第二直線電動機位于所述的第一骨骼的兩側并連接在所述的第一骨骼上。
[0016]本發明可以制造出桿狀、薄片、弧形、環形等形狀的電機，結合并聯、串聯和疊層方式改變電機的寬度、長度和厚度，有利于生產各種系列化、標準化產品，并有利于生產非標準化產品。使用弧形磁體或柔性磁體并結合相應線圈，可以生產出異形電機或柔性電機，能夠極大地改善產品空間的利用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一種高功率密度電動機的單相線圈電動機的剖視圖。
[0018]圖2是本發明一種高功率密度電動機的雙相線圈電動機的剖視圖。
[0019]圖3是本發明一種高功率密度電動機的三相線圈電動機的剖視圖。
[0020]圖4是本發明一種高功率密度電動機的單相線圈電動機的主視圖。
[0021]圖5是本發明一種高功率密度電動機的單相線圈電動機的分解圖。
[0022]圖6是本發明一種高功率密度電動機的雙相線圈電動機的主視圖。
[0023]圖7是本發明一種高功率密度電動機的雙相線圈電動機的分解圖。
[0024]圖8是本發明一種高功率密度電動機的單相線圈電動機的有鐵芯線圈的分解圖。
[0025]圖9是本發明的實施例1的俯視圖。
[0026]圖10是圖9的剖視圖。
[0027]圖11是本發明的實施例2的結構圖。
[0028]圖12是本發明的實施例3的結構圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。
[0030]請參見附圖1至附圖8及附圖11所示，一種高功率密度電動機，包括磁體1、磁軛5及線圈2 ;兩層所述的磁體I分別設置在一層所述的線圈2的上方及下方，形成單相線圈電動機；多層所述的線圈2疊放，兩層所述的磁體I分別設置在疊放的多層所述的線圈2的上方及下方，形成雙相線圈電動機或三相線圈電動機或多于三相線圈電動機等；單層的所述的磁體I設置在所述的線圈2的上方或外側，所述的磁軛5設置在所述的單層的磁體I的上方或外側，形成單層磁體電動機；所述的多相線圈電動機的磁體I及線圈2集中排列或間隔排列；所述的磁體I的磁極方向交替排列，相鄰兩個所述的磁體I的磁極極性相反，且所述的磁體I的磁場與所述的線圈2的運動方向垂直；所述的磁極I及線圈2由多節小節組成，所述的線圈2的小節高度LI與所述的磁體I的小節高度L2相同；所述的線圈2為無鐵芯線圈或有鐵芯線圈，所述的線圈2呈平面S形結構，所述的有鐵芯線圈繞制在鐵芯上；所述的線圈2的有效邊21位于所述的磁體I的磁場內，所述的線圈2的無效邊位于所述的磁體I的兩側；優選的，所述的線圈2的有效邊21的長度大于所述的線圈2的無效邊22的長度。縮短無效邊22，提高能量轉換效率，降低發熱。線圈2的有效邊21在磁場中通電時直接產生推力，無效邊22不產生推力。
[0031]所述的磁體I為整體式或拼合式連接，拼合式連接的所述的磁體I無間隙連續擺放。
[0032]所述的磁體I為剛性磁體或復合型材料或柔性磁體材料，以便制造弧形電動機、環形電動機或整體可彎曲的、具有柔順性的電動機。
[0033]請參見附圖8所示，所述的線圈2為有鐵芯線圈，所述的有鐵芯線圈包括鐵芯23、線圈本體24及線圈引線25，所述的線圈本體24包裹在所述的鐵芯23上，并通過所述的線圈引線25引出。以便制造弧形電動機、環形電動機或整體可彎曲的、具有柔順性的電動機。
[0034]無鐵芯線圈可以使用柔性線路板制作線圈