直线电机及具有其的加工设备的制作方法

1.本实用新型涉及电机技术领域，尤其是涉及一种直线电机及具有其的加工设备。

背景技术：

2.直线电机因初级铁芯纵向开断及次级永磁体的存在，使得电机在不通电的情况下具有明显的顿挫感，称为定位力。定位力引起电机的速度波动，甚至导致电机系统的振动与噪声。

技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型在于提出一种直线电机，所述直线电机可以减小甚至消除直线电机的推力波动，抑制初级模块的速度波动，提高直线电机的推力密度。
4.本实用新型还在于提出一种具有上述直线电机的加工设备。
5.根据本实用新型的直线电机，包括：初级模块、次级模块和补偿模块，所述补偿模块位于所述初级模块沿运动方向的其中一侧且与所述初级模块间隔布置，所述初级模块的长度c与所述次级模块的极距τ呈第一正比例关系；所述补偿模块的长度w2与所述次级模块的极距τ呈第二正比例关系。
6.根据本实用新型的直线电机，通过将补偿模块间隔设置于初级模块沿运动方向的一侧，可以使次级模块对初级模块产生的边端力和次级模块对补偿模块产生的边端力产生一定的相位差，使得两个边端力的至少一部分可以相互抵消，进而使得次级模块对初级模块产生的定位力和次级模块对补偿模块产生的定位力相互抵消。而将补偿模块的长度w2与次级模块2的极距τ设置为呈正比例关系，可以通过调整w2来调整次级模块对补偿模块产生的边端力，进而改变补偿模块的定位力对初级模块的定位力的抵消量，从而灵活地减小甚至消除直线电机的推力波动，抑制初级模块的速度波动，提高直线电机的推力密度。
7.根据本实用新型的一些实施例，所述初级模块和所述补偿模块之间的间距w1与所述次级模块的极距τ呈第三正比例关系。
8.在一些实施例中，所述补偿模块与所述次级模块之间的气隙长度为h，所述初级模块与所述次级模块之间的气隙长度为δ，所述h不小于所述δ。
9.在一些实施例中，所述补偿模块的朝向所述次级模块的一侧形成有多个凸齿，多个所述凸齿沿所述初级模块的运动方向均匀间隔分布。
10.进一步地，多个所述凸齿中，任意两个所述凸齿的齿宽相同，任意两个所述凸齿的齿高相同。
11.在一些实施例中，所述补偿模块的凸齿数量n
t
和所述初级模块的齿槽数ns呈第四正比例关系。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述补偿模块为高导磁件。
13.在一些实施例中，所述初级模块包括初级铁芯，所述补偿模块与所述初级铁芯的
材质相同。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述补偿模块和所述初级模块之间填充有不导磁件。
15.在一些实施例中，所述补偿模块和所述初级模块通过连接件固定，所述连接件为不导磁材料件；或者，所述补偿模块和所述初级模块通过灌封固定，灌封材料为不导磁材料；或者，所述直线电机还包括电机外壳，所述初级模块和所述次级模块设于所述电机外壳的内侧，所述补偿模块设于所述电机外壳且位于所述电机外壳的外侧。
16.根据本实用新型的一些实施例，所述初级模块包括初级铁芯和线圈，所述初级铁芯具有多个朝向所述次级模块开口的齿槽，每个所述齿槽内均绕设有所述线圈；所述次级模块包括永磁体和次级轭板，所述永磁体设于所述次级轭板的朝向靠近所述初级模块的一侧。
17.根据本实用新型第二方面的加工设备，包括：机台；移动机构，所述移动机构可运动地设于所述机台；主轴模块，所述主轴模块可运动地设于所述移动机构，所述主轴模块用于加工工件；直线电机，所述直线电机为根据本实用新型第一方面所述的直线电机，所述初级模块设于所述移动机构，所述次级模块设于所述机台，所述次级模块适于驱动所述初级模块运动以带动所述移动机构相对所述机台移动。
18.根据本实用新型的加工设备，由于直线电机可以减小或消除推力波动，有助于提升加工设备的加工精度和加工质量。
19.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
20.图1是根据本实用新型实施例的直线电机的示意图；
21.图2是图1中直线电机的初级模块的另一个角度的示意图；
22.图3是根据本实用新型的直线电机的一个实施例的示意图；
23.图4是图3中所示的直线电机的定位力波形图；
24.图5是根据本实用新型的直线电机的另一个实施例的示意图；
25.图6是图5中的补偿模块的示意图；
26.图7是图5中所示的直线电机的定位力波形图；
27.图8是图3和图5中所示的两个实施例的直线电机的定位力对比图；
28.图9是根据本实用新型的直线电机的初级铁芯的示意图。
29.附图标记：
30.直线电机100：
31.初级模块1，初级铁芯11，齿槽111，线圈12，
32.次级模块2，次级轭板21，永磁体22，
33.补偿模块3，凸齿31，连接件4。
具体实施方式
34.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
35.下面参考图1-图9描述根据本实用新型第一方面实施例的直线电机100。
36.如图1和图3所示，根据本实用新型实施例的直线电机100，包括：初级模块1、次级模块2和补偿模块3。
37.具体地，初级模块1和次级模块2相对布置，初级模块1适于相对次级模块2沿直线运动，补偿模块3位于初级模块1沿运动方向的其中一侧，补偿模块3与初级模块1间隔布置，同时，补偿模块3与次级模块2也相对布置，初级模块1的长度c与次级模块2的极距τ呈第一正比例关系，具体而言，初级模块1的长度c与次级模块2的极距τ满足：c＝pτ，其中，p为正整数；补偿模块3的长度w2与次级模块2的极距τ呈第二正比例关系，具体而言，补偿模块3的长度w2与所述次级模块的极距τ满足其中，λ为正整数。
38.例如图3和图9所示，初级模块1包括初级铁芯11和线圈12，其中，初级铁芯11上形成有六个齿槽111，每个齿槽111内均布有线圈12。次级模块2包括永磁体22和次级轭板21，初级模块1可相对次级模块2沿其长度方向运动，次级模块2的极距为8，即初级模块1的长度c为8的整数倍，补偿模块3的长度w2为4的整数倍。
39.根据本实用新型实施例的直线电机100，通过将补偿模块3间隔设置于初级模块1沿运动方向的一侧，可以使次级模块2对初级模块1产生的边端力和次级模块2对补偿模块3 产生的边端力产生一定的相位差，使得两个边端力的至少一部分可以相互抵消，进而使得次级模块2对初级模块1产生的定位力和次级模块2对补偿模块3产生的定位力相互抵消。而将补偿模块3的长度w2与次级模块2的极距τ设置为呈正比例关系，可以通过调整w2来调整次级模块2对补偿模块3产生的边端力，进而改变补偿模块3的定位力对初级模块1 的定位力的抵消量，从而灵活地减小或消除直线电机100的推力波动，抑制初级模块1的速度波动，提高直线电机100的推力密度。
40.根据本实用新型的一些实施例，初级模块1和补偿模块3之间的间距w1与次级模块2 的极距τ呈第三正比例关系，具体地，初级模块1和补偿模块3之间的间距w1与次级模块2 的极距τ满足其中，k为正整数，例如，k的值可以为1、2、3、5或更大，k的取值可以根据实验情况或实际需求进行合理选择。如此，可以保证初级模块1与补偿模块3之间具有一定的间距，而通过调整该间距的大小，可以改变次级模块2对初级模块1 产生的定位力和次级模块2对补偿模块3产生的定位力之间的相位差，从而使得第一定位力和第二定位力可以相互抵消，进而抑制推力波动。
41.在一些实施例中，补偿模块3与次级模块2之间的气隙长度为h，初级模块1与次级模块2之间的气隙长度为δ，h与δ满足：h≥δ，也就是说，补偿模块3与次级模块2之间的气隙长度为h可以与初级模块1与次级模块2之间的气隙长度为δ相等，也可以大于初级模块1与次级模块2之间的气隙长度为δ。如此，一方面可以调整次级模块2对补偿模块3产生的定位力的大小，另一方面有助于减小对补偿模块3的加工精度和装配精度的要求，降低成本。
42.在一些实施例中，补偿模块3为方块状，例如图1所示，补偿模块3可以形成为长方形，如此，可以简化补偿模块3的结构，方便加工和制造，降低生产成本。
43.在一些实施例中，参考图5-图7，补偿模块3的朝向次级模块2的一侧形成有多个凸齿31，多个凸齿31可以沿初级模块1的运动方向均匀间隔分布，由于定位力可以解析为齿槽力和边端力，而本实施例通过在补偿模块3上设置多个凸齿，使得次级模块2不仅可以对补偿模块3产生边端力，还可以对补偿模块3产生齿槽力，从而使得次级模块2补偿模块3产生的齿槽力可以与次级模块2对初级模块1产生的齿槽力相互抵消，从而进一步提高补偿模块3的定位力对初级模块1的定位力的抵消量，进而更好地抑制推力波动。
44.进一步地，多个凸齿31中，任意两个凸齿31的齿宽相同，任意两个凸齿31的齿高相同，如此，可以简化加工工艺，降低生产制造成本。
45.在一些实施例中，补偿模块3的凸齿31数量为n
t
，初级模块1的齿槽数为ns，补偿模块3的凸齿31数量n
t
与初级模块1的齿槽数ns呈第四正比例关系，具体而言，n
t
与ns满足：例如图5中所示，初级模块1上形成有六个齿槽111，即初级模块1的齿槽数为 6，而补偿模块3的凸齿31数量为3，即此时补偿模块3上的凸齿31数量为3的整数倍，满足上述关系式，如此，参考图5、图7和图8，相较于未在补偿模块3上设置凸齿31，使得次级模块2对补偿模块3产生的定位力更大，能够抵消更多的次级模块2对初级模块 1的定位力，从而更好地抑制直线电机100的推力波动。
46.根据本实用新型的一些实施例，补偿模块3为高导磁件，例如，补偿模块3可以采用 q235制成，以便于补偿模块3更好地抵消初级模块1处的定位力，同时，补偿模块3来源广泛，成本较低。可以理解地，补偿模块3的导磁性能越好，使得次级模块2对补偿模块 3产生的定位力越大，那么补偿模块3的体积越小，越有利于缩减直线电机100整体占用空间。
47.在一些实施例中，初级模块1可以包括初级铁芯11，补偿模块3与初级铁芯11的材质相同，如此，材料更容易获取，制造简单。
48.根据本实用新型的一些实施例，补偿模块3和初级模块1之间填充有不导磁件，如此，既可以用不导磁件固定补偿模块3，又可以使补偿模块3和初级模块1之间保持一定间距，从而使次级模块2对初级模块1产生的定位力和次级模块2对补偿模块3产生的定位力产生一定的相位差。
49.根据本实用新型的一些实施例，参考图1和图2，补偿模块3和初级模块1通过连接件 4固定，例如，连接件4可以形成为连接块，连接件4为不导磁材料件，如此，可以确保补偿模块3和初级模块1同步运动。
50.或者，补偿模块3和次级模块2之间通过灌封工艺实现连接，灌封所用的材料为不导磁材料。如此，可以确保补偿模块3和初级模块1同步运动。
51.还或者，直线电机100还可以包括：电机外壳。具体而言，初级模块1和次级模块2 设于电机外壳的内侧，补偿模块3设于电机外壳，并且补偿模块3可以位于电机外壳的外侧，初级模块1和补偿模块3均与电机外壳相连，如此，简化了整体结构，装配方便高效。
52.根据本实用新型的一些实施例，初级模块1可以包括初级铁芯11和线圈12，初级铁芯 11具有多个朝向次级模块2开口的齿槽111，每个齿槽111内均绕设有线圈12，例如图3 和图5所示，初级铁芯11上设有六个齿槽111，六个齿槽111均朝向次级模块2开口，线圈12绕设于齿槽111。次级模块2可以包括永磁体22和次级轭板21，永磁体22设于次级轭板21的朝向靠近初级模块1的一侧，永磁体22包括多个，并且多个永磁体22按照n、 s极交替布置的方
式沿初级模块1的运动方式间隔排布于次级轭板21。
53.根据本实用新型的一些实施例，直线电机100还可以包括：底座、挡板、动子座和导轨，其中，次级模块2可以设于底座，此处，底座可以是加工设备的机台的一部分，动子座可以加工设备的移动机构的一部分，底座上可以设有导轨，动子座适于沿导轨运动，初级模块1可以设于动子座上，挡板可以设于底座上且位于导轨沿长度方向的两端，这样，当初级模块1相对次级模块2沿直线运动时，初级模块1可以带动子座沿导轨滑动，而挡板可以对动子座进行限位，以防止动子座脱轨，从而提升直线电机100运行的稳定性。
54.下面将参考图1-图9描述根据本实用新型一个具体实施例的直线电机100。
55.实施例一，
56.参见图3和图4，本实施例的直线电机100为槽极直线电机100，包括：初级模块1、次级模块2和补偿模块3。
57.其中，初级模块1包括初级铁芯11和线圈12，初级铁芯11上形成有六个齿槽111，每个齿槽111内均布有线圈12，次级模块2包括次级轭板21和多个永磁体22，多个永磁体22粘贴在次级轭板21上，并且多个永磁体22按照n、s极交替布置的方式沿初级模块 1的运动方式间隔排布于次级轭板21，用以提供主磁场。
58.初级铁芯11沿运动方向的其中一侧设有补偿模块3，补偿模块3的材料为q235，补偿模块3为长方体结构，补偿模块3距离初级铁芯11端部的距离为w1，(其中k为正整数)，其中τ为直线电机100的极距，使得补偿模块3与直线电机100边端力频率相同，相位相差180
°
电角度，当k＝1，补偿模块3距离初级铁芯11最近。补偿模块3 长度w2满足(其中λ为正整数)，当λ＝1，所示补偿模块3的长度w2最短；补偿模块3气隙长度h≥δ。
59.参见图4，为本实用新型实施例1中直线电机100与补偿模块3定位力波形图，可以发现无补偿模块3时，直线电机100定位力较大。当设置一个本实施例的补偿模块3时，可通过产生一个与直线电机100边端力频率相同、相位相差180
°
电角度的定位力，用以抵消直线电机100产生的边端力。抵消后本实施例的直线电机100的定位力如图4所示。
60.实施例二，
61.参考图5和图6，本实施例与实施例一的结构大致相同，其中相同的部件采用相同的附图标记，不同之处仅在于：实施例一中补偿模块3未设置凸齿31，而本实施例中的补偿模块3设置有多个凸齿31，补偿模块3的凸齿31数量为n
t
，初级模块1的齿槽数为ns，补偿模块3的材料和初级铁芯11的材料相同。当补偿模块3的长度w2与直线电机100的极距τ满足且补偿模块3的凸齿31数量为n
t
与初级模块1的齿槽数为ns满足：其中λ为正整数时，一个极距τ内，补偿模块3的齿槽111力周期与直线电机 100的齿槽111力周期数相等，均为nns/p，其中n为使nns/2p为整数的整数，优选λ＝1。
62.参见图7和图8，为本实施例中直线电机100与补偿模块3的定位力波形图，同样地，补偿模块3产生一个与直线电机100边端力频率相同、相位相差180
°
电角度的一个力，用以抵消直线电机100产生的边端力，同时因为补偿模块3具有齿槽效应，可产生与所述直线电机100齿槽111力同频率的齿槽力，用以抵消因直线电机100齿槽效应导致的齿槽 111力。因
而相较于实施例一，本实施例的直线电机100的定位力可以进一步降低，从而有效地抑制推力波动。
63.下面描述根据本实用新型第二方面实施例的加工设备。
64.根据本实用新型实施例的加工设备，可以是pcb钻孔机、锣机、分板机、钻孔检测等高速、高精度的数控加工设备，当然，本实用新型不限于此，加工设备也可以是其他设备，在此不再穷举。加工设备可以包括：机台、移动机构、主轴模块和上述实施例中的直线电机100。
65.其中，移动机构可运动地设于机台，主轴模块可运动地设于移动机构，主轴模块用于加工工件，例如，移动机构可以为横梁，移动机构在机台上可以沿水平方向移动，主轴模块在移动机构上可以沿竖直方向移动以及绕自身轴线转动，直线电机100的初级模块1设于移动机构，次级模块2设于机台上，这样，次级模块2可以驱动初级模块1运动以带动移动机构相对机台移动。
66.根据本实用新型实施例的加工设备，由于直线电机100可以减小或消除推力波动，因此可以提升加工设备的加工精度和加工质量。
67.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
68.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
69.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种直线电机，其特征在于，包括：初级模块、次级模块和补偿模块，所述补偿模块位于所述初级模块沿运动方向的其中一侧且与所述初级模块间隔布置，所述初级模块的长度c与所述次级模块的极距τ呈第一正比例关系；所述补偿模块的长度w2与所述次级模块的极距τ呈第二正比例关系。2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述初级模块和所述补偿模块之间的间距w1与所述次级模块的极距τ呈第三正比例关系。3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块与所述次级模块之间的气隙长度为h，所述初级模块与所述次级模块之间的气隙长度为δ，所述h不小于所述δ。4.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块的朝向所述次级模块的一侧形成有多个凸齿，多个所述凸齿沿所述初级模块的运动方向均匀间隔分布。5.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，多个所述凸齿中，任意两个所述凸齿的齿宽相同，任意两个所述凸齿的齿高相同。6.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块的凸齿数量n
t
和所述初级模块的齿槽数n
s
呈第四正比例关系。7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块为高导磁件。8.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述初级模块包括初级铁芯，所述补偿模块与所述初级铁芯的材质相同。9.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块和所述初级模块之间填充有不导磁件。10.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述补偿模块和所述初级模块通过连接件固定，所述连接件为不导磁材料件；或者，所述补偿模块和所述初级模块通过灌封固定，灌封材料为不导磁材料；或者，所述直线电机还包括电机外壳，所述初级模块和所述次级模块设于所述电机外壳的内侧，所述补偿模块设于所述电机外壳且位于所述电机外壳的外侧。11.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述初级模块包括初级铁芯和线圈，所述初级铁芯具有多个朝向所述次级模块开口的齿槽，每个所述齿槽内均绕设有所述线圈；所述次级模块包括永磁体和次级轭板，所述永磁体设于所述次级轭板的朝向靠近所述初级模块的一侧。12.一种加工设备，其特征在于，包括：机台；移动机构，所述移动机构可运动地设于所述机台；主轴模块，所述主轴模块可运动地设于所述移动机构，所述主轴模块用于加工工件；直线电机，所述直线电机为根据权利要求1-11中任一项所述的直线电机，所述初级模块设于所述移动机构，所述次级模块设于所述机台，所述次级模块适于驱动所述初级模块运动以带动所述移动机构相对所述机台移动。

技术总结

本实用新型公开了一种直线电机及具有其的加工设备，所述直线电机包括：初级模块、次级模块和补偿模块，所述补偿模块位于所述初级模块沿运动方向的其中一侧且与所述初级模块间隔布置，所述初级模块的长度C与所述次级模块的极距τ呈第一正比例关系；所述补偿模块的长度W2与所述次级模块的极距τ呈第二正比例关系。根据本实用新型的直线电机，使得次级模块对初级模块产生的定位力和次级模块对补偿模块产生的定位力相互抵消，可以通过调整W2来调整次级模块对补偿模块产生的边端力，进而改变补偿模块的定位力对初级模块的定位力的抵消量，从而减小甚至消除直线电机的推力波动。从而减小甚至消除直线电机的推力波动。从而减小甚至消除直线电机的推力波动。