高推力密度的直线电机的制作方法

本发明涉及直线电机技术领域，具体而言涉及一种高推力密度直线电机。

背景技术：

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机通常被认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，再加上直线电机本身具有结构简单、定位精度高以及反应快、灵敏性高等优点，世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。

直线电机主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。但目前的直线电机的推力密度小，气隙磁密低的缺点，限制了直线电机的应用。

现有的直线电机主要有平板式、u型槽式和圆筒式三种。以圆筒式直线电机为例，如图1所示，其定子(固定部)和动子(可动部)之间有圆筒状气隙，气隙平行于运动方向，当定子的电枢绕组的电流较大时，电枢反应容易引起磁路饱和、气隙磁密发生畸变以及铁耗增加等缺陷，限制了电机的最大过载能力和推力密度。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种高推力密度的直线电机，通过气隙的改进设计来提高直线电机的推力密度。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种高推力密度的直线电机，包括：

固定部；

可动部；

所述可动部被设置成在该直线电机被加载激励时做直线运动；

其中：所述固定部与可动部之间具有气隙，该气隙平行于直线电机的运动方向，并且在垂直于运动方向的横截面上，所述固定部与可动部上设置有相互配合的呈凹凸交错的齿槽结构，使得所述气隙在垂直于运动方向上具有延伸。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是现有技术中的直线电机的示意图。

图2是根据本发明某些实施例的直线电机的示意图。

图3是现有技术中直线电机的原理示意图。

图4是根据本发明某些实施例的直线电机的原理示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图2所示，根据本发明的实施例，一种高推力密度的直线电机，该直线电机构造为圆筒状结构，其包括固定部1和可动部2。可动部2被设置成在该直线电机被加载激励时做直线运动。

图2所示的左侧为立体图示例，其右侧的沿着运动方向的截面示意图。固定部1与可动部2之间具有气隙3，该气隙3平行于直线电机的运动方向，并且在垂直于运动方向上具有延伸，结合图2所示，该气隙在垂直于运动方向的截面内在圆周方向上呈交错齿状分布。

在一些例子中，固定部1构造为直线电机的初级，可动部2构造为直线电机的次级，其中初级布置有线圈，线圈在外部电源的激励下产生磁场。

在另一些实施例中，可动部2构造为直线电机的初级，固定部1构造为直线电机的次级。

在图2所示的例子中，固定部1构造为直线电机的初级，可动部2构造为直线电机的次级。在该示例中，固定部1与可动部2之间有齿轮状气隙，气隙平行于运动方向，且在垂直于运动方向上有延伸。结合图1，也就是说，直线电机的固定部和可动部之间的气隙，在垂直于运动方向的平面上相互之间至少部分地交错分布。

结合图1所示的传统的直线电机(圆筒形结构)的示例，本发明前述实施例提出的直线电机可使得固定部1与可动部2即定子与动子之间的气隙垂直于运动方向上的周向长度增加，提高了固定部1与可动部2之间的耦合面积，磁力线通过齿顶、齿根和齿面分别闭合，降低了气隙的磁饱和程度，有利于增加固定部和可动部之间的相互作用力，提高推力密度，从而产生更大的电磁推力，提高电机效率。

图3以及图4大致表示了现有技术中的直线电机的构造与本发明所提出的直线电机的构造的原理对比。在图3中，位于左侧的视图表示了现有技术中直线电机的大致结构，其右方视图为沿着运动方向的垂直方向的截面示意，灰色部分为线圈(缠绕在定子上)，可见，电机的固定部与可动部之间，在垂直于运动方向的平面上没有交错。而在图4中，位于左侧的视图表示了本发明某实施例的直线电机的大致结构，其右方视图为沿着运动方向的垂直方向的截面示意，灰色部分为线圈(缠绕在定子上)，显然，固定部与可动部之间，在垂直于运动方向的平面上有交错，固定部与可动部之间形成更大的磁场耦合面积，从而产生更大的推力。

在一些例子中，前述直线电机还包括导向装置，例如，导轨式结构、滑轮式导向机构等，用于直线电机的运动导向，即可动部的运动导向。

结合图2所示，作为可选的例子，固定部1与可动部2上设置有相互配合的齿槽结构，使得他们之间的气隙在垂直于运动方向上具有延伸。

在图2的例子中，固定部1和可动部2均构造成筒状的结构，并且可动部2可在固定部1的内部通道内做直线式的往复运动。固定部1的内表面规则地设置有多个齿槽1-1，并且在可动部2的外表面上同样规则地设置有多个与齿槽配合的齿2-1，二者配合后，对固定部1与可动部2之间的气隙产生影响，使得气隙在垂直于(可动部的)运动方向上具有延伸，藉此以增大耦合面积。

优选地，在横切于可动部2的运动方向的每个可产生磁力作用的截面位置，固定部的内表面上等间隔地设置前述的齿槽1-1，同样地在可动部的配合位置同样等间隔地在其外表面(圆周面)设置齿2-1。

这些齿1-1、齿槽2-1的配合，增大耦合面积，使得气隙得以在垂直于可动部2的运动方向上具有延伸的分布。

本例子中，这些齿槽1-1、齿2-1的结构采用对称的设计，尤其是采用梯形、半圆型、正弦形设计、三角形、渐开线形，以更大限度地增大耦合面积。为了避免在齿根处发生磁饱和现象，所有的齿优选地要求齿根的宽度不小于齿尖的宽度，或者说这些齿从结构来上说，从齿根到齿尖的宽度至少不是递增的(应该是一致的或者递减的)。

结合图2所示，根据本发明的公开，前述的固定部1在一些例子中被构造为初级组件，具备定子和绕组；而相应地可动部2则被构造为次级组件，具备动子。

优选地，前述复数个齿2-1具有相同的形状和尺寸，同样地，对应的齿槽1-1也具有相同的适配的形状和尺寸。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。