高功率密度電機(jī)及利用該電機(jī)的電子設(shè)備振子和機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械設(shè)備，尤其涉及一種高功率密度電機(jī)及利用該電機(jī)的電子設(shè)備振子和機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁式電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)很多，包括推力大，加速度高，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的轉(zhuǎn)換效率高，但是因?yàn)轶w積和重量原因，在一些場(chǎng)景下不適合使用。
[0003]傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)線圈與磁體的相對(duì)位置，分別依次接通數(shù)個(gè)線圈中不同的相，通常線圈所有相不能同時(shí)通電，也不能全部時(shí)間以最大電流通電，因此大量的磁體磁場(chǎng)處于空閑狀態(tài)，沒有參與推力的產(chǎn)生。另外，在傳統(tǒng)有鐵芯電動(dòng)機(jī)中，由于磁體表面磁場(chǎng)隨距離增加磁場(chǎng)強(qiáng)度呈指數(shù)衰減，所以需要利用鐵芯將線圈所產(chǎn)生的磁通量集中、轉(zhuǎn)移并釋放到磁體表面，以提高能量轉(zhuǎn)換效率。有鐵芯電動(dòng)機(jī)雖然可以增加推力，但是由于鐵芯的存在會(huì)增加體積、增加重量。專利CN101515741B “一種電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的線圈纏繞方法”曾對(duì)s形平面線圈有描述，但對(duì)磁體、對(duì)電動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)沒有進(jìn)一步描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:提供一種高功率密度電機(jī)及利用該電機(jī)的電子設(shè)備振子和機(jī)器人，能對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良設(shè)計(jì)，以便達(dá)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(shè)計(jì)線圈和磁體的排列方式，將每個(gè)線圈小節(jié)與每個(gè)磁體小節(jié)高度相等并對(duì)應(yīng)起來，如果使用多相線圈，可以進(jìn)一步提高磁場(chǎng)利用率。采用無鐵芯結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步減輕重量、縮小體積；去除鐵芯會(huì)降低能量轉(zhuǎn)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(chǎng)，提高能量轉(zhuǎn)換效率，并有利于降低生產(chǎn)成本，便于用印刷、蝕刻、電鍍或沖壓的自動(dòng)化方法制造。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]—種高功率密度電動(dòng)機(jī)，包括磁體、磁軛及線圈；兩層所述的磁體分別設(shè)置在一層所述的線圈的上方及下方，形成單相線圈電動(dòng)機(jī)；多層所述的線圈疊放，兩層所述的磁體分別設(shè)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(dòng)機(jī)或多相線圈電動(dòng)機(jī)；單層的所述的磁體設(shè)置在所述的線圈的上方或外側(cè)，所述的磁軛設(shè)置在所述的單層的磁體的上方或外側(cè)，形成單層磁體電動(dòng)機(jī)；所述的多相線圈電動(dòng)機(jī)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(gè)所述的磁體的磁極極性相反，且所述的磁體的磁場(chǎng)與所述的線圈的運(yùn)動(dòng)方向垂直；所述的磁體及線圈由多節(jié)小節(jié)組成，所述的線圈的小節(jié)高度與所述的磁體的小節(jié)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(jié)構(gòu)，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(chǎng)內(nèi)，所述的線圈的無效邊位于所述的磁體的兩側(cè)；優(yōu)選的，所述的線圈的有效邊的長(zhǎng)度大于所述的線圈的無效邊的長(zhǎng)度。
[0007]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，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(xù)擺放。
[0008]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，其中，所述的磁體為剛性磁體或復(fù)合型材料或柔性磁體材料。
[0009]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，其中，所述的無鐵芯線圈為扁平的導(dǎo)電材料；所述的有鐵芯線圈為柔性導(dǎo)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(dòng)機(jī)，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(dòng)電阻，所述的傳感器的位置與所述的單相線圈電動(dòng)機(jī)或雙相線圈電動(dòng)機(jī)或多相線圈電動(dòng)機(jī)可以分離并布置到遠(yuǎn)端的運(yùn)動(dòng)部件上或與所述的單相線圈電動(dòng)機(jī)或雙相線圈電動(dòng)機(jī)或多相線圈電動(dòng)機(jī)的線圈集成在一起。
[0011]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，其中，還包括導(dǎo)熱材料，所述的磁體及線圈布置在所述的導(dǎo)熱材料上，所述的線圈為中空線材，或?qū)⑺龅碾姍C(jī)整體浸泡在散熱液體中。
[0012]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，其中，所述的線圈的兩側(cè)安裝有滑軌或軸承。
[0013]上述的高功率密度電動(dòng)機(jī)，其中，所述的磁軛、磁體與疊層超薄線圈構(gòu)成電動(dòng)機(jī)本體，所述的電動(dòng)機(jī)本體為平面結(jié)構(gòu)的直線電動(dòng)機(jī)或弧面結(jié)構(gòu)的弧形/環(huán)形電動(dòng)機(jī)。
[0014]—種利用高功率密度電機(jī)的電子設(shè)備振子，包括外殼及設(shè)置在所述的外殼內(nèi)的一對(duì)彈簧、一對(duì)磁軛、磁體及疊層超薄線圈，所述的一對(duì)彈簧的一端分別連接在所述的外殼的內(nèi)壁兩端，所述的一對(duì)彈簧的另一端分別與所述的磁體的兩端連接；一個(gè)所述的磁軛設(shè)置在所述的磁體的下方，所述的疊層超薄線圈設(shè)置在所述的磁體的上方，另一個(gè)所述的磁軛設(shè)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(jī)的機(jī)器人，其特征在于:包括第一骨骼、第二骨骼、第一直線電動(dòng)機(jī)、第二直線電動(dòng)機(jī)、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(zhuǎn)軸連接，所述的第一直線電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)及第二直線電動(dòng)機(jī)位于所述的第一骨骼的兩側(cè)并連接在所述的第一骨骼上。
[0016]本發(fā)明可以制造出桿狀、薄片、弧形、環(huán)形等形狀的電機(jī)，結(jié)合并聯(lián)、串聯(lián)和疊層方式改變電機(jī)的寬度、長(zhǎng)度和厚度，有利于生產(chǎn)各種系列化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，并有利于生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。使用弧形磁體或柔性磁體并結(jié)合相應(yīng)線圈，可以生產(chǎn)出異形電機(jī)或柔性電機(jī)，能夠極大地改善產(chǎn)品空間的利用。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的單相線圈電動(dòng)機(jī)的剖視圖。
[0018]圖2是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的雙相線圈電動(dòng)機(jī)的剖視圖。
[0019]圖3是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的三相線圈電動(dòng)機(jī)的剖視圖。
[0020]圖4是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的單相線圈電動(dòng)機(jī)的主視圖。
[0021]圖5是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的單相線圈電動(dòng)機(jī)的分解圖。
[0022]圖6是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的雙相線圈電動(dòng)機(jī)的主視圖。
[0023]圖7是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的雙相線圈電動(dòng)機(jī)的分解圖。
[0024]圖8是本發(fā)明一種高功率密度電動(dòng)機(jī)的單相線圈電動(dòng)機(jī)的有鐵芯線圈的分解圖。
[0025]圖9是本發(fā)明的實(shí)施例1的俯視圖。
[0026]圖10是圖9的剖視圖。
[0027]圖11是本發(fā)明的實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖12是本發(fā)明的實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施例。
[0030]請(qǐng)參見附圖1至附圖8及附圖11所示，一種高功率密度電動(dòng)機(jī)，包括磁體1、磁軛5及線圈2 ;兩層所述的磁體I分別設(shè)置在一層所述的線圈2的上方及下方，形成單相線圈電動(dòng)機(jī)；多層所述的線圈2疊放，兩層所述的磁體I分別設(shè)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(dòng)機(jī)或三相線圈電動(dòng)機(jī)或多于三相線圈電動(dòng)機(jī)等；單層的所述的磁體I設(shè)置在所述的線圈2的上方或外側(cè)，所述的磁軛5設(shè)置在所述的單層的磁體I的上方或外側(cè)，形成單層磁體電動(dòng)機(jī)；所述的多相線圈電動(dòng)機(jī)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(gè)所述的磁體I的磁極極性相反，且所述的磁體I的磁場(chǎng)與所述的線圈2的運(yùn)動(dòng)方向垂直；所述的磁極I及線圈2由多節(jié)小節(jié)組成，所述的線圈2的小節(jié)高度LI與所述的磁體I的小節(jié)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(jié)構(gòu)，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(chǎng)內(nèi)，所述的線圈2的無效邊位于所述的磁體I的兩側(cè)；優(yōu)選的，所述的線圈2的有效邊21的長(zhǎng)度大于所述的線圈2的無效邊22的長(zhǎng)度?？s短無效邊22，提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)熱。線圈2的有效邊21在磁場(chǎng)中通電時(shí)直接產(chǎn)生推力，無效邊22不產(chǎn)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(xù)擺放。
[0032]所述的磁體I為剛性磁體或復(fù)合型材料或柔性磁體材料，以便制造弧形電動(dòng)機(jī)、環(huán)形電動(dòng)機(jī)或整體可彎曲的、具有柔順性的電動(dòng)機(jī)。
[0033]請(qǐng)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(dòng)機(jī)、環(huán)形電動(dòng)機(jī)或整體可彎曲的、具有柔順性的電動(dòng)機(jī)。
[0034]無鐵芯線圈可以使用柔性線路板制作線圈