[发明专利]永磁直线电机及其永磁体阵列组件、永磁电机及其部件

说明书

技术领域

本发明涉及永磁直线电机及其永磁体阵列组件、永磁电机及其部件。

背景技术

在直线电机的设计中为了提高电磁效率和电机单位体积输出力，通常采用有铁芯结构。图1示出了传统永磁直线电机的铁芯结构，其中电机线圈101埋于铁芯102中。

在有铁芯102的直线电机中，铁芯102一般开有齿槽103，以便把线圈101安装进去。这样一来在电机的运行过程中，铁芯102上的齿槽103就会产生齿槽力，影响电机运行的精度和稳定性。

为了减小齿槽力，在铁芯直线电机的设计时，常采用斜置永磁体(例如磁铁)，如图2所示。

图2示出了采用斜置永磁体的永磁直线电机的示意图。如图2所示，永磁体阵列201和两条直线导轨202平行地固定在安装板上。永磁体阵列201中的每一条永磁体205相对于导轨202的方向成一角度，从而斜置。电枢绕组组件203被配置为能够沿着导轨202滑动，电枢绕组则位于永磁体阵列201中的永磁体205上方。

为便于描述，下文中将电机运动方向，也就是导轨延伸方向，或者说电枢绕组组件相对于永磁体阵列运动的方向，定义为X方向；将电机运动平面内垂直于电机运动方向的方向定义为Y方向；而将垂直于电机运动平面的方向定义为Z方向，即图2中为垂直于纸面向里的方向。

图3示出了图2所示永磁直线电机中电枢绕组203的简化受力分析图。

将永磁体205斜置之后，虽然总齿槽力Fc(方向与电机运动方向相反)有效地减小，但在电机的运行过程中，原来在Z方向上的永磁体和铁芯之间吸引力Fa(就是这个力的变化产生了齿槽力)会变得不再垂直于电机运动平面，这样除了Z方向上的垂直分力Faz，还会产生一个Y方向上的侧向分力Fay，即斜置齿槽力。

图4示出了传统直线电机的示意性立体图。其中示意性地标出了上述斜置齿槽力Fay。

电枢绕组203通过滑块301在导轨202上滑动。为使滑块301能够沿导轨202相对运动，导轨202和滑块301之间在Y方向上需要有间隙。而斜置齿槽力Fay使得电机在Y方向会有少量的窜动(由导轨202和滑块301的精度等级决定窜动的大小)。而斜置齿槽力Fay在电机运行过程中是随着电机处于不同位置而不断变化的，并且侧向垂直于滑块的运动方向，自然就造成滑块与导轨之间在Y方向上的间隙在不断地变化，这样会影响电机的运行精度。并且滑块长期受到不断变化的斜置齿槽力Fay的影响，也会影响直线导轨的疲劳寿命和电机的可靠性。

另外，如图5所示，斜置的永磁体205中，并不是整个永磁体长度l都对电机输出力有贡献。只有投影到垂直于电机运动方向(X方向)的垂直方向(Y方向)上的有效长度l_eff(l_eff=l＊cosθ，θ为斜置角，即永磁体205的长度方向与Y方向之间的夹角)才提供输出力。这样就减小了永磁体205的利用率。

为了便于加工制造和减小斜置力，永磁体205的长度l和斜置角θ(较大的斜置角对减小齿槽力是有利的)都不能选得过大，这样就限制了电机输出力的提高。

因此，需要有效消除斜置齿槽力对电机的不良影响。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种永磁电机，其能够减小乃至消除斜置齿槽力。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于永磁直线电机的永磁体阵列组件，包括安装板和固定在安装板上的永磁体阵列。其中，永磁体阵列包括两组永磁体。两组永磁体分别布置在预定方向上一条直线的两侧，并且被布置为相对于该直线对称。每一组永磁体中的多个永磁体沿着预定方向依次排列。永磁体的上表面远离安装板，每一个永磁体的上表面的与同一组永磁体中的相邻永磁体相邻近的边缘的至少一部分与预定方向既不平行也不垂直。

优选地，永磁体的上表面为平行四边形，该平行四边形具有较长边和较短边，较长边与同一组永磁体中的相邻永磁体相邻近。

优选地，每一个永磁体的上述边缘的上述至少一部分与上表面内垂直于预定方向的垂直方向之间的夹角大于6°且小于40°。优选地，该夹角可以大于8°且小于40°。

根据本发明的另一个方面，提供了一种永磁直线电机，包括电枢绕组和如上所述的永磁体阵列组件，电枢绕组和永磁体阵列组件被配置为能够沿着预定方向相对运动。

优选地，永磁体阵列组件在该预定方向上的长度大于电枢绕组在预定方向上的长度。