[发明专利]具有悬浮和横向力能力的无铁芯磁性直线马达

说明书

笼统地说，本发明涉及无铁芯磁性直线马达。具体而言，本发明涉及如何在无铁芯磁性直线马达中产生两个或多个垂直的可控制力。

图1～4说明采用磁轨30和动子(forcer)40的无铁芯磁性直线马达20。磁轨30包括直线磁性阵列31和直线磁性阵列32，用于在直线空气间隙之间产生磁场β，如同图3最好地说明的一样。直线磁性阵列31和32在相邻磁铁之间具有180度的空间间隔。

动子40沿着直线空气间隙的中心X-Z纵平面CP放置在上述直线空气间隙内，如同图2最好地说明的一样，并且包括三(3)个线圈41～43，相邻线圈之间具有120°+n*360度的空间间隔(n是一个任意整数)。如图4所示，线圈41用它的换向驱动电流I_X1的流经路径表示，线圈42用它的换向驱动电流I_X2的流经路径表示，线圈43用它的换向驱动电流I_X3的流经路径表示。

线圈41～43中与直线空气间隙的X驱动轴垂直，与直线空气间隙的Z悬浮轴平行的相对的多组驱动匝在磁场β内部，如同图2和4最好地说明的一样。线圈41～43中与X驱动轴平行，与Z悬浮轴垂直的相对的多组悬浮匝在磁场β外部，如同图最好地说明的一样。结果，分别给线圈41～43施加的120度相移PS1的换向驱动电流I_X1、I_X2和I_X3，能够产生与X驱动轴平行的驱动力F_X，如同图5最好地说明的一样。

无铁芯磁性直线马达20结构配置的缺点是不能产生如同图5最好地说明的与Z悬浮轴平行的基本上独立的悬浮力F_Z，以及不能产生如同图5最好地说明的与直线空气间隙Y横向轴平行的基本上独立的横向力F_Y。为了克服这些缺点，本发明提供一种改进了的新型无铁芯磁性直线马达，在磁轨30的直线空气间隙内采用动子40的一种新取向，从而对于动子40的每个线圈，使换向悬浮电流I_Z和/或换向横向电流I_Y在换向驱动电流I_X上重叠。

在本发明的第一种形式中，线圈中与X驱动轴平行，与Z悬浮轴垂直的一组悬浮匝在磁场内部；线圈中与X驱动轴平行，与Z悬浮轴垂直的相对的一组悬浮匝在磁场外部。给线圈施加换向驱动电流，产生与X驱动轴平行，与Z悬浮轴垂直的驱动力。在换向驱动电流上叠加与之具有相位偏移的换向悬浮电流，产生与X驱动轴垂直，与Z悬浮轴平行的悬浮力。

在本发明的第二种形式中，动子的线圈偏离直线空气间隙的中心X-Z纵平面。给这个线圈施加换向驱动电流，产生与X驱动轴平行，与Y横向轴垂直的驱动力。在换向驱动电流上叠加与之具有相位偏移的换向横向电流，产生与X驱动轴垂直，与Y横向轴平行的横向力。

在本发明的第三种形式中，给动子的线圈施加换向驱动电流，产生与X驱动轴平行的驱动力。动子在直线空气间隙内，响应叠加在换向驱动电流上，与之具有相位偏移的额外的换向线圈电流，产生与X驱动轴垂直的力。

通过下面参考附图对本发明各个实施例的详细描述，本发明的上述形式和其它形式，以及各个特征和优点将会非常清楚。详细描述和附图仅仅是为了说明本发明，而不是要限制本发明，本发明的范围由后面的权利要求及其等同方案给出。

图1是现有技术中无铁芯磁性直线马达在X-Z平面内的示意图；

图2是图1所示无铁芯磁性直线马达在Y-Z平面内的示意图；

图3是图1所示磁轨的直线空气间隙在X-Y平面内的示意图；

图4是给图1所示动子的线圈施加换向驱动电流的X-Z平面示意图；

图5说明现有技术中施加给图1所示动子的示例性换向驱动电流以及动子响应换向驱动电流产生的示例性驱动力；

图6是本发明第一实施例中无铁芯磁性直线马达在Y-Z平面内的示意图；

图7是本发明中给图6所示动子施加换向悬浮电流的X-Z平面示意图；

图8说明本发明中施加给图7所示动子的示例性换向悬浮电流以及动子响应换向悬浮电流产生的示例性悬浮力；

图9是本发明中给图7所示动子施加重叠的换向驱动电流和换向悬浮电流的X-Z平面示意图；

图10说明本发明中施加给图9所示动子的换向驱动电流和换向悬浮电流的示例性相位偏移；

图11是本发明第二实施例中无铁芯磁性直线马达在Y-Z平面内的示意图；

图12是本发明中给图11所示动子施加重叠的换向驱动电流和换向悬浮电流的X-Z平面示意图；