[发明专利]线性电动机

说明书

技术领域

本发明涉及线性电动机。

背景技术

线性电动机具有许多优点，例如很高的加速度(高达10倍于重力加速度，即10g)和亚微米定位精度，线性电动机可以理想用于新型设备或设备升级。其它优点包括仅具有一个运动件，这使得其结构简单和可靠，没有后座力和具有高稳定性。非接触工作也降低了磨损，延长了寿命和减少了维修。线性电动机可以用于多种应用。例如，可用于半导体制造设备，工厂自动化设备，微型平版印刷装置以及其它用于精确控制设备和仪器位置的精确运动装置。

传统同步线性电动机包括一个与线圈阵列进行电磁相互作用的磁体阵列。与磁体阵列配合而在线圈阵列上产生电磁力(称为洛仑兹力)，并且在线圈阵列上的电磁力使得线圈阵列相对于磁体阵列被驱动，或者与之相反。这样，线性电动机可以包括一个静止磁体阵列(这里线圈阵列被驱动)或一个静止线圈阵列(这里磁体阵列被驱动)。线圈阵列通常机械固定到一个可以与一套轨道滑动配合的平动支架(或承重架)上。

典型地，传统移动线圈型线性电动机在可移动线圈组件两侧具有永磁体。该磁体固定到两个轨道的内表面上，以便彼此相对。磁体彼此相邻安装，每个后续磁体的磁极方向与前一个相反。

线圈组件由灌封固定在环氧树脂板中的几个线圈构成。每个线圈包括缠绕到一般为矩形的框架上的电线，在框架中心有开口。电线在垂直于永磁体产生磁场的磁通量方向上缠绕。一系列线圈彼此邻接布置在两个相对的永磁体阵列之间。缠绕在线圈上的电线切割在两个相对的永磁系统之间的磁力线，接通到电线的电流产生移动线圈的洛仑兹力。

为了增加电动机的功率，线圈框架的面积需要增加，以便更多的磁通量可以通过线圈。为增加供磁通量通过的框架面积，可以“层叠”线圈，以利用线圈中心部分的非活动空间。在这种布置中，线圈框架的一侧可以布置在另一个线圈框架的开口中。图1表示这样的一种布置形式。如图所示，五个矩形线圈22、24、26、28、30彼此层叠布置。线圈22具有两个横向侧臂22a和22b，两个纵向侧臂22c和22d，以及一个开口22o。类似，线圈24具有两个横向侧臂24a和24b，两个纵向侧臂24c和24d。侧臂24c布置在线圈22的开口22o中，以俘获穿过开口22o的磁通量。

对于三相电动机，通常三个线圈依次彼此串联布置。三相电源具有三根“火”线，彼此具有120度的相位差。三相电源成本低，高效并可以提供大启动力矩。对于每一相，使用一个线圈。对于三相电动机，三个线圈作为一组使用并可以层叠起来。图2表示三相电源的层叠线圈的侧视图。可以发现，由于在一定位置层叠三个线圈，线圈22和24组件的厚度或高度是每个单独线圈厚度的三倍。厚度变化，一个厚度系列是1d，2d，3d，2d，1d，这里d是一个线圈的厚度。生产时不希望出现3d厚度，因为3d太厚以至于线圈需要在某个位置强烈弯曲，并且这些力会破坏和/或者降低线圈的结构完整性。并且，不希望出现厚度变化(1d，2d，3d，2d，1d厚度系列)。

Frandsen的美国专利US 4,314,295公开了一种扁平线圈致动器阵列，其中每个致动器包括在平面基板上至少一侧的一定量的扁平线圈匝数，该基板沿着由一对相对的导轨构成的通道布置在相反极性的磁体之间，这些线圈以彼此‘重叠’方式并相对于各个磁极件布置。从而当选择的线圈匝数接通电源时，基板以可控制方式移动和定位。

Imahashi的美国专利4390827公开了一种使用直流电(DC)的两相直线电机，其中沿着直线等间隔形成交替反转磁通方向的磁场。在Imahashi的专利中，一组双线圈布置在该磁场中，并且以这种方式定位：使得当一个线圈穿过磁力线最大程度时，另一个线圈交截的磁力线达到最小程度。布置了大量永磁体对，这些永磁体对产生的磁场方向交替反向。两个线圈按照彼此相隔一半间距交错布置。线圈在磁场内的部分被缠绕为扁平形状，线圈的绕线宽度和该线圈内部空间的宽度彼此基本相等。在一对线圈中，线圈以这种方式布置，使得一个的线圈的一个侧臂安装在另一个线圈的内部空间中。在该线圈对的另一个实例中，两个线圈侧臂靠着侧臂并排布置并彼此固定起来。