專(zhuān)利名稱(chēng)：具有無(wú)鐵心電樞裝置的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，尤其涉及具有無(wú)鐵心電樞裝置并在其整個(gè)行程中具有基本上恒定的力的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
最簡(jiǎn)單的一種可能的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置是圓柱直線(xiàn)音圈致動(dòng)器。不過(guò)，它們是有限的行程的裝置。如果需要長(zhǎng)的行程，可以使用換向的直線(xiàn)音圈致動(dòng)器，也被稱(chēng)為直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(圖1A)。具有磁通集中磁路的直線(xiàn)無(wú)刷非換向裝置的一個(gè)例子可以在美國(guó)專(zhuān)利5345206中找到，該專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓給BEI Electronics，Inc.，其也是本申請(qǐng)的受讓人。該專(zhuān)利作為參考被包括在本申請(qǐng)中。
當(dāng)在伺服系統(tǒng)中使用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置時(shí)，運(yùn)動(dòng)部分(電樞裝置)的質(zhì)量應(yīng)當(dāng)最小。此外，除去沿運(yùn)動(dòng)方向的力之外的由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的所有的力應(yīng)當(dāng)被消除或者被減到最小。并且最后，為了實(shí)現(xiàn)平滑運(yùn)行，由伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力應(yīng)當(dāng)在整個(gè)行程中保持恒定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有長(zhǎng)的行程和低質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)部分的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種呈直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)形式的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，其中由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的沿運(yùn)動(dòng)方向之外的力被減到最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠平穩(wěn)運(yùn)行的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所產(chǎn)生的力在整個(gè)行程中保持恒定。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠平穩(wěn)運(yùn)行的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中借助于使用三相電動(dòng)機(jī)的正弦換向，使得所產(chǎn)生的力在整個(gè)行程中保持恒定。
按照本發(fā)明，提供一種具有無(wú)鐵心的電樞裝置以及適合于實(shí)現(xiàn)所需的力相對(duì)行程為恒定的特性的磁場(chǎng)裝置的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，例如，圖2所示的裝置。
本發(fā)明包括電樞裝置和磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)永磁體，每個(gè)永磁體具有一定長(zhǎng)度，以及多個(gè)磁極片，每個(gè)磁極片具有一定長(zhǎng)度。所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度之間的比適合于實(shí)現(xiàn)力相對(duì)行程為恒定的特性。
按照本發(fā)明，提供一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其包括電樞裝置；和磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置相對(duì)于所述電樞裝置被這樣設(shè)置，使得在它們之間形成氣隙。所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)永磁體，每個(gè)具有一定長(zhǎng)度；以及多個(gè)磁極片，每個(gè)具有一定長(zhǎng)度。選擇所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度之間的比，以提供所述氣隙中的磁通密度的正交分量的正弦分布。
通過(guò)閱讀下面的本發(fā)明詳細(xì)說(shuō)明并參看附圖，可以更容易地理解本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A表示直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)；圖1B是在以前的美國(guó)專(zhuān)利5345206中披露的直線(xiàn)音圈致動(dòng)器的截面圖；圖2是簡(jiǎn)化的截面圖，表示本發(fā)明的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的殼體、磁場(chǎng)裝置和電樞裝置；圖3是本發(fā)明的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的磁場(chǎng)裝置的簡(jiǎn)化的截面圖；圖4是表示本發(fā)明的直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的實(shí)施例的端帽的細(xì)節(jié)的截面圖；圖5表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氣隙中的磁通密度的正交分量的正弦分布；圖6表示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的對(duì)于三相電動(dòng)機(jī)的一相或者兩相的組合獲得的正弦力相對(duì)整個(gè)行程的曲線(xiàn)；以及圖7A和圖7B分別是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電樞裝置的透視圖和截面圖。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明，直線(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)10包括電樞裝置13，“夾在”由軟磁材料制成的兩個(gè)端帽14和16之間的磁場(chǎng)裝置12，以及也是由軟磁材料制成的兩個(gè)半個(gè)殼體，18，20。磁場(chǎng)裝置12，以及端帽14，16和殼體18，20構(gòu)成一個(gè)公共的磁路。
磁場(chǎng)裝置12包括非磁性桿22，其限定一個(gè)公共的磁場(chǎng)裝置軸線(xiàn)，在其上安裝有軸向磁化的圓柱形永磁體24，軟磁極片26，以及兩個(gè)軸向磁化的端部永磁體28，30。例如如圖3所示。
磁極片26位于沿反方向磁化的永磁體24之間。所有的磁體24和磁極片26被連結(jié)在一起。為了居中，磁場(chǎng)裝置桿22的兩端被裝配在也加工端帽14和16中的圓柱形孔32中。兩個(gè)半個(gè)殼體18，20被裝配在也在端帽14，16內(nèi)加工成的環(huán)形空腔34內(nèi)。為了防止兩個(gè)半個(gè)殼體18，20的角向錯(cuò)位，它們?cè)趦啥死面i定銷(xiāo)36固定在合適的位置。如圖4所示。
雖然本發(fā)明的磁性元件的構(gòu)型和美國(guó)專(zhuān)利5345206(該專(zhuān)利被授予Morcos，被轉(zhuǎn)讓給BEI Electronics，Inc.，本申請(qǐng)的受讓人)披露的動(dòng)圈致動(dòng)器的類(lèi)似，但是具有兩個(gè)主要區(qū)別1)US 5345206的設(shè)計(jì)旨在產(chǎn)生磁通會(huì)聚的磁路，而本發(fā)明允許實(shí)現(xiàn)氣隙中的磁通密度的正交分量的正弦分布，如圖5所示。所述正弦分布是通過(guò)選擇永磁體的長(zhǎng)度和磁極片的長(zhǎng)度之間的合適的比例獲得的。例如，參看圖3的磁極片和永磁體(除去端部的永磁體之外)，一個(gè)合適的比例可以是磁極片的長(zhǎng)度是永磁體的長(zhǎng)度的三分之二。端部磁體的長(zhǎng)度也被相應(yīng)地選擇。
2)對(duì)于三相電動(dòng)機(jī)的一相或兩相的組合為了得到正弦力相對(duì)整個(gè)行程的曲線(xiàn)，如圖6所示，應(yīng)當(dāng)對(duì)于磁極片長(zhǎng)度(lp.p)和端部磁極片長(zhǎng)度(lE.p.p)之間的合適的比例的選擇給予特殊的注意，該端部磁極片與端帽是一體的部分。參見(jiàn)圖2，其中示出了一個(gè)合適的比例的例子，該比例為端部磁極片的長(zhǎng)度(lE.p.p)是磁極片長(zhǎng)度(lp.p)的一半(1/2)。
電樞裝置13包括非磁性的圓柱線(xiàn)圈基體38，該基體具有用于線(xiàn)圈40的腔體，三相繞組和兩個(gè)用于和負(fù)載相連的安裝支架42，44，如圖7所示。
電樞裝置13可以在電動(dòng)機(jī)本身的直線(xiàn)軸承(未示出)上滑動(dòng)，或者被負(fù)載的直線(xiàn)軸承支撐著。
本說(shuō)明使用的術(shù)語(yǔ)和表述旨在用于說(shuō)明而不用于限制，這些術(shù)語(yǔ)和表述并不排除所示出和描述的特征的等效物，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，包括電樞裝置；以及磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)永磁體，每個(gè)永磁體具有一定長(zhǎng)度；以及多個(gè)磁極片，每個(gè)磁極片具有一定長(zhǎng)度；并且其中所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度之間的比適合于實(shí)現(xiàn)力相對(duì)行程為恒定的特性。
2.一種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，包括電樞裝置；以及磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置相對(duì)于所述電樞裝置被這樣設(shè)置，使得在它們之間形成氣隙，所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)永磁體，每個(gè)具有一定長(zhǎng)度；以及多個(gè)磁極片，每個(gè)具有一定長(zhǎng)度；并且其中選擇所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度之間的比，以在所述氣隙中提供磁通密度的正交分量的正弦分布。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，還包括由磁性材料構(gòu)成的殼體；以及端帽，其包括具有一定長(zhǎng)度的端部磁極片并且被這樣設(shè)置在磁場(chǎng)裝置上，使得所述磁場(chǎng)裝置、所述端帽和所述殼體形成一個(gè)公共磁路；以及其中所述端部磁極片的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度的比被這樣選擇，使得所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)能夠獲得力相對(duì)整個(gè)行程為正弦的特性。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)永磁體和多個(gè)磁極片被沿著公共磁場(chǎng)裝置軸線(xiàn)設(shè)置，并且使得所述多個(gè)永磁體的每一個(gè)由所述多個(gè)磁極片中的不同磁極片相互分離。
5.按照權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)磁極片中每個(gè)磁極片的長(zhǎng)度是所述多個(gè)永磁體中每個(gè)永磁體的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
6.按照權(quán)利要求4所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)磁極片中每個(gè)磁極片的長(zhǎng)度是所述多個(gè)永磁體中每個(gè)永磁體的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
7.按照權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度是所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
8.按照權(quán)利要求4所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度是所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
9.按照權(quán)利要求5所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度是所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
10.按照權(quán)利要求6所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度是所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
11.按照權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述電樞裝置包括非磁性的線(xiàn)圈基體，以及被支撐在所述非磁性線(xiàn)圈基體上的多個(gè)線(xiàn)圈。
12.按照權(quán)利要求11所述的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成三(3)相繞組。
13.一種直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，包括磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)磁極片；多個(gè)端部磁極片；以及多個(gè)永磁體；其中所述多個(gè)磁極片、多個(gè)端部磁極片和多個(gè)永磁體被沿著公共軸線(xiàn)設(shè)置，使得多個(gè)磁極片中各磁極片位于多個(gè)永磁體中各永磁體之間；被設(shè)置在所述磁場(chǎng)裝置周?chē)臍んw，用于和所述磁場(chǎng)裝置構(gòu)成公共磁路；電樞裝置，其適合于沿著所述公共軸線(xiàn)行進(jìn)，并位于所述殼體和所述磁場(chǎng)裝置之間，以在所述電樞裝置和所述磁場(chǎng)裝置之間限定一個(gè)氣隙，所述電樞裝置包括非磁性的線(xiàn)圈基體；被支撐在所述非磁性線(xiàn)圈基體上的多個(gè)線(xiàn)圈；并且其中所述多個(gè)永磁體中每個(gè)具有一定長(zhǎng)度和極性，所述多個(gè)磁極片中每個(gè)和多個(gè)端部磁極片中每個(gè)具有一定長(zhǎng)度，所述長(zhǎng)度被這樣選擇，使得所述磁場(chǎng)裝置提供力相對(duì)行程為恒定的特性，以及提供氣隙中磁通密度的正交分量的正弦分布。
14.按照權(quán)利要求13所述的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，其中所述多個(gè)磁極片中每個(gè)磁極片的長(zhǎng)度是所述多個(gè)永磁體中每個(gè)永磁體的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
15.按照權(quán)利要求13所述的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，其中所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度是所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
16.一種用于構(gòu)成具有電樞裝置和磁場(chǎng)裝置的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的方法，包括以下步驟沿著公共磁場(chǎng)裝置軸線(xiàn)設(shè)置多個(gè)永磁體，每個(gè)永磁體具有一定長(zhǎng)度；沿著公共磁場(chǎng)裝置軸線(xiàn)設(shè)置多個(gè)磁極片，每個(gè)磁極片具有一定長(zhǎng)度，并使得所述多個(gè)磁極片中各磁極片和所述多個(gè)永磁體中各永磁體相交替；以及選擇所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度之間的比，以在電樞的一相或者兩相的組合被激勵(lì)時(shí)實(shí)現(xiàn)力相對(duì)行程為正弦的特性。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟相對(duì)于所述電樞裝置設(shè)置所述磁場(chǎng)裝置，使得在它們之間形成氣隙，并且其中的選擇步驟還包括設(shè)置所述多個(gè)永磁體的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度，以在所述氣隙內(nèi)提供磁通密度的正交分量的正弦分布。
18.按照權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括以下步驟提供由磁性材料制成的殼體；提供包括具有一定長(zhǎng)度的端部磁極片的端帽，以及這樣設(shè)置所述殼體和端帽以及磁場(chǎng)裝置，使得所述磁場(chǎng)裝置、端帽和殼體形成公共磁路；以及調(diào)節(jié)所述端部磁極片的長(zhǎng)度和所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度的比，使得所述無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)獲得力相對(duì)整個(gè)行程為正弦的特性。
19.按照權(quán)利要求16或17所述的方法，其中所述選擇步驟包括以下步驟將所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度設(shè)置為所述多個(gè)永磁體中每個(gè)的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
20.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括以下步驟將所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度設(shè)置為所述多個(gè)永磁體中每個(gè)的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
21.按照權(quán)利要求18所述的方法，其中所述調(diào)節(jié)步驟包括以下步驟將所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度設(shè)置為所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
22.按照權(quán)利要求16或17所述的方法，還包括以下步驟由非磁性線(xiàn)圈基體和支撐在所述非磁性線(xiàn)圈基體上的多個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成電樞裝置。
23.按照權(quán)利要求22所述的方法，其中構(gòu)成所述電樞裝置的步驟包括由多個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成三(3)相繞組的步驟。
24.一種用于構(gòu)成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置的方法，包括以下步驟利用多個(gè)磁極片、多個(gè)端部磁極片和多個(gè)永磁體構(gòu)成磁場(chǎng)裝置；沿著一公共軸線(xiàn)設(shè)置所述多個(gè)磁極片、多個(gè)端部磁極片和多個(gè)永磁體，使得所述多個(gè)磁極片中各磁極片位于所述多個(gè)永磁體中各永磁體之間；在所述磁場(chǎng)裝置周?chē)O(shè)置一個(gè)殼體，從而與所述磁場(chǎng)裝置形成公共磁路；把多個(gè)線(xiàn)圈支撐在非磁性線(xiàn)圈基體上，從而形成電樞裝置；設(shè)置所述電樞裝置，使其適合于在殼體和磁場(chǎng)裝置之間沿著公共軸線(xiàn)行進(jìn)，并在電樞裝置和磁場(chǎng)裝置之間限定一個(gè)氣隙，以及設(shè)置所述多個(gè)永磁體中每個(gè)的長(zhǎng)度和極性、所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度和極性以及所述端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度和極性，使得所述磁場(chǎng)裝置提供力相對(duì)行程為恒定的特性，以及提供氣隙中的磁通密度的垂直分量的正弦分布。
25.按照權(quán)利要求24所述的方法，其中選擇步驟包括以下步驟將所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度設(shè)置為所述多個(gè)永磁體中每個(gè)的長(zhǎng)度的三分之二(2/3)。
26.按照權(quán)利要求24所述的方法，其中選擇步驟包括以下步驟將端部磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度設(shè)置為所述多個(gè)磁極片中每個(gè)的長(zhǎng)度的一半(1/2)。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置，其包括電樞裝置和磁場(chǎng)裝置，所述磁場(chǎng)裝置包括多個(gè)永磁體，每個(gè)永磁體具有一定長(zhǎng)度；以及多個(gè)磁極片，每個(gè)磁極片具有一定長(zhǎng)度，并且其中所述多個(gè)磁極片的長(zhǎng)度適合于在采用正弦換向時(shí)實(shí)現(xiàn)力相對(duì)行程為恒定的特性。
文檔編號(hào)H02K41/03GK1682423SQ01822876
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2001年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月26日
發(fā)明者M·戈金 申請(qǐng)人:Bel傳感器及系統(tǒng)有限公司