[发明专利]线性电机及线性电机的场磁铁成员

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机，尤指一种线性电机及该线性电机的场磁铁成员，更特别的是永磁式线性电机的场磁铁成员的复数个磁性隔离的含永久磁铁的磁性元件与电枢成员的复数个磁性隔离的含线圈的电磁体元件间以电磁相互作用。

背景技术

以通用旋转电机而言，不论直流电机或交流电机的运作，其转子与定子间均采用磁极同性相斥、异性相吸的磁原理。早期，线性力量常借由一旋转电动机和一机械转换装置来达成。然而，此种系统因构造复杂而导致高制造成本、高维护费用的缺点；而且，因转换装置所造成的额外损失，也会使系统的效率降低、输出力矩减少。

因线性电机直接产生一线性力量而不需任何力的转换装置，故使系统简化与系统效率增加。为了产生一线性力量，旋转电机的定子和转子被以线性电机的定子和动子替换，但操作原理相同。对一线性力量而言，从一旋转电机的构造的水平发展而得到的传统线性电机具有一简单的构造，这是因为线性电机直接产生一线性力量而不需要经过任何转换装置。

在早期的传统线性电机里，由于在定子和动子之间的磁作用力一般多为单向，造成在动子支持机构上被施加一个不想要的垂直于移动方向的额外力，不但影响到驱动力，也同时在动子支持机构上施加了一个额外负担。

为了提供更大的线性力量与防止因单向的磁力而造成动子支持机构被歪曲，一传统永磁式线性电机的定子具有彼此面对且具有相反磁性的成对磁铁所成的磁极，动子在成对的相反磁性磁铁间的空间内移动，以降低在动子支持机构上的额外负担。但传统永磁式线性电机结构的磁铁磁极的上方会有漏磁通，以及会因毗邻磁铁磁极而造成磁铁磁极的磁通集中受到影响。

Maslov等人在美国专利授权第6791222号证书中提出一种旋转电动机，其借由定子上各自独立的电磁体极对的安排以处理毗邻线圈间的磁通转换干扰效应，且以沿轴方向排列的转子磁铁与定子极对提供了非常集中的磁通分布，使磁通可以被集中在相对大的表面以促成高的力矩。并以感知器侦测转子与定子的相对位置，在不同的时间，分别合宜地控制定子上电磁体极对上的线圈电流，来造成电动机的平顺运转。

为了可以获得更大的总有效气隙表面面积，而在美国专利号第6891306号中，Maslov等人将上述电动机的结构加以增益。通过电动机的定子极表面和转子磁铁的增加，借由磁通的集中使磁通分布被改进，以提供更大的磁通分布。使电动机构造提供了在转子与定子间的更大连续磁通产生路径。此电动机架构的构造借由增加穿过复数个气隙的转子极与相应的定子极的表面面积，以促使磁通集中在相对更大的表面上，以进一步增进电动机的高转矩能力。

借由磁通集中、磁通尽量利用、磁通的损失与转换干扰效应的极小化，以获得电动机的高效率与高力矩，已经被描述在上述专利应用中。这些原理被应用至本发明的线性电机中，以及进一步在本发明中增益，使线性电机的磁铁磁通不但集中在相对更大的磁极表面上，且因考虑到线性电机的磁极在垂直于移动方向上的几何学上平衡，使线性电机周围环境的磁通泄漏可被降低，也降低在动子支持机构上施加的额外负担。

图10A及图10B为先前技术例示，以显示在一传统永磁式线性电机里一定子场磁铁的安排。图10A是一传统永磁式线性电机里的传统定子的透视图；而图10B是一传统永磁式线性电机里的传统定子的正面截面图。如图10A及图10B所示，所述线性电机中，定子上具有彼此面对与沿着移动方向排列的成对相反磁性的复数个场磁铁1被安置在固定条状物5上，该固定条状物5通常由铁磁性的材料制造；被放入定子磁铁中的电枢(未显示于图中)为复数个具有一连接电流的导体的线圈构成，电枢的线圈电流被激磁时，线圈所建立的电磁场与定子成对场磁铁的磁场相互作用，以引起电枢移动在成对相反磁性的场磁铁间的空间内。其中，沿着电枢移动方向，定子复数个永久磁铁通常以等距且磁极极性交替安排成一直线；并借由提供电枢电流作为动力，使电枢相对于定子的成对相反磁性的场磁铁移动。但线性电机沿着移动方向毗邻的场磁铁磁极会影响场磁铁磁极的磁通集中。

此外，在传统永磁式线性电机中，线性电机的含铁心电枢线圈会因顿转力矩而造成控制上的困扰，但与线性电机的电枢线圈不含铁心相比却能产生较大的电磁力矩。然而，不论线性电机的电枢线圈是否含铁心，均可适用于高响应、高精度定位的伺服控制系统。而且，不论永久磁铁式线性电机的电枢线圈是否含铁心，场磁铁成员的稀土类永久磁铁的强大磁场的泄漏容易影响到周围，也需要注意。

发明内容