直线电动机线圈组和直线电动机制造技术

提供了一种无铁直线电动机（５），包括：磁轨（５３）；以及线圈组（５０），与所述磁轨（５３）一起工作，该线圈组具有多个密集多匝线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ），其中所述线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ）的端部绕组（３１↓［Ｅ］）基本是圆的，所述端部绕组之间的线圈部分（３１↓［Ｓ］）为直线，且所述线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ）以重叠的方式布置，其中所述端部绕组（３１↓［Ｅ］）被压在一起。线圈组具有扁平的优点，于是容易取放且获得了高的陡度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于直线电动机(linear motor)的线圈组和使用这种线圈组的直线电动机。
技术介绍
直线电动机主要用于自动化系统和光刻台中。它们可以分为两类铁芯电动机和无铁电动机。对于无铁电动机而言，主要部件是磁轨(magnet track)和多个绕组，磁轨具有至少一排有着周期性变化磁场的永磁铁，向绕组施加电流，于是诱发出洛伦兹力，使得两个部件彼此相对运动。根据直线电动机的设计，磁轨可以是静止的，多个绕组运动，或者反之。大多数无铁直线电动机所具有的磁轨具有平行的两排静止的交替的永磁铁，而多个绕组在这两排磁铁之间运动。常常将多个绕组的总成称为施力件(forcer)。无铁直线电动机优于铁芯直线电动机之处在于实现了单位动子重量更强的力以及无齿槽效应地输出力(cogging free output force)。在高精度应用中后者是关键性的。在可买得到的现有无铁直线电动机中，在施力件中采用了两种绕组结构。一种绕组结构使用了以非重叠方式彼此相邻放置的绕组。图1a中示出了一例。线圈11a-11c彼此相邻地设置，且浸渍或模制到某些增加硬度的材料12，例如环氧树脂中，以被包封于外壳中。这一点也在图1b中有所示出，图1b是沿图1a中的线B-B截取的。所得的线圈组1也被称为平板施力件(flat forcer)，因为其形状是平板形的(参见图1b和1d)。通常，用玻璃纤维对模制材料进行加强。另一种绕组结构具有重叠的绕组。由于在这种绕组结构中，线圈21a、b、c的端部绕组彼此交叉，线圈组20在端部变厚，且端部绕组指向许多不同方向，如图2所示。这种绕组结构在产生更多的力和更低的谐波失真方面是有利的，但不像不重叠结构那么容易组装。在无铁直线电动机2(参见图2)中，磁铁23被设置在平行的排中，具有交替的磁场，且在支承件上相互之间具有空气隙，以形成磁轨22。支承件通常由磁性材料制成，以为永久磁铁跨空气系提供通量回路。将重叠绕组制成的施力件20引入磁铁23之间的间隙G中，使得绕组的中部被放在磁铁23之间，端部绕组在上下侧都在间隙G之外。线圈21a-c相对于彼此以及相对于磁铁23的间距具有不同的位置，且串联和/或并联以获得电动机的相位，其可以是单相或多相，最常见的是三相。端部绕组指向很多方向导致施力件20的端部比磁铁23之间的中部具有更大的端部。图1a、1b的线圈11a-c为密集多匝线圈(concentrated multi-turncoils)，即由导线，优选为铜线制成的线圈。对于不重叠的线圈而言，他们常常是正交圆属性。用线圈中的匝数(例如5到50)来表征它们，相继的匝彼此相邻且彼此堆叠，如图1c所示，图1c为图1b中圆圈部分中的放大的细节。密集多匝线圈被看作与分布式绕组相反，其中，属于同一相位的电流的相继匝的位置相对于彼此偏移，或者换言之，将具有另一位置的匝串联或并联在一个相位中。分布式线圈通常布置于沿平直方向延伸的平面内，有时被称为直线绕组。还不要将密集多匝线圈与具有多匝但仅在一个平面内(即单层的彼此相邻的导线)的绕组相混淆。近年来已经在改进这些基本无铁直线电动机方面作了很多工作。在美国专利6160327中X.T.Wang描述了一种尝试。他使用分布式绕组，尤其是印刷电路型的绕组作为可动线圈。他调节垂直于线性运动的方向的分布绕组的直线部分的长度，使之可与线性空气隙和绕组的外部尺寸相比，从而优化了电动机的参数。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为无铁直线电动机提供一种具有大的力且容易组装的线圈组。在本专利技术的第一方面中，提供了一种直线电动机线圈组，其可以与相关的磁轨一起工作，该线圈组包括多个密集多匝线圈，其中所述线圈的端部绕组基本是圆的(rounded)，所述端部绕组之间的线圈部分为直线，且所述线圈以重叠的方式布置，其中所述端部绕组被压在一起。与分布式绕组和非密集多匝线圈相比，使用密集多匝线圈能够独立于线圈组自身而生产线圈。密集多匝线圈通常已经用了几十年，而且容易制造。可以以相对较低的生产成本在市场上买到它们。此外，与其它类型的绕组相比，它们受损伤的可能小得多且更容易取放。密集多匝线圈的端部绕组的基本为圆形的形状允许以重叠方式布置线圈，而且因为对端部绕组施压，端部绕组基本指向一个方向，同时与重叠绕组的其它区域相比还使得重叠绕组的端部区域的厚度最小化。线圈组整体具有比常规重叠线圈组更扁平的形状。于是，可以容易地将整个线圈组放在磁轨的磁铁之间。因此，不仅可以将线圈的中间直线部分用于产生线性运动，而且还可以利用端部绕组。这进一步增大了通过重叠分布已经取得的高的单位损耗的力。在优选实施例中，直线电动机线圈组的密集多匝线圈以重叠方式布置，使得所述线圈组的直线部分中的空间填充系数为大约45％或更大，且/或将密集多匝线圈封装于扁平外壳中，虽然线圈组不是理想的扁平。空间填充系数给出了线圈组每单位体积的导电材料的量，例如铜的量。将线圈放在扁平外壳中提供了一种能够容易取放且容易放在直线电动机的磁轨的磁铁之间的施力件。优选地，密集多匝线圈具有有着圆形边缘的O形或六边形形状，以提供与使用该线圈组的直线电动机所产生的力同样好的扁平度。另一种优选的线圈形状是具有圆形边缘的矩形。在本专利技术的另一方面中，提供了一种直线电动机，其包括磁轨；以及线圈组，与所述磁轨一起工作，该线圈组具有多个密集多匝线圈，其中所述线圈的端部绕组基本是圆的，所述端部绕组之间的线圈部分为直线，且所述线圈以重叠的方式布置，其中所述端部绕组被压在一起。在本专利技术的优选实施例中，直线电动机线圈组的密集多匝线圈以重叠方式布置，使得所述线圈组的直线部分中的空间填充系数为大约45％或更大，且/或将密集多匝线圈封装于扁平外壳中。优选地，磁轨的磁铁的高度至少为所述密集多匝线圈的高度的80％或更高，于是也有效地利用了端部绕组。有利地，密集多匝线圈的端部绕组至少部分地位于磁轨的磁铁之间。根据本专利技术的直线电动机具有几个优点。线圈组容易组装，其具有扁平形状，能够容易地从顶部放入磁轨中。由于线圈组的扁平形状，获得了相对高的陡度值(陡度＝力2/损失)，特别是与使用不具有重叠绕组的施力件的电动机相比。附图说明参考以下描述的实施例，本专利技术的这些和其他方面将变得显见且得到阐明。图1a、1b、1c和1d示出了根据现有技术用于直线电动机的第一种线圈组；图2示出了根据现有技术的具有第二种线圈组的直线电动机；图3a、3b和3c示出了根据本专利技术的线圈组的原理，该线圈组具有六边形的密集多匝线圈；图4示出了根据本专利技术的线圈组的原理，该线圈组具有O形的密集多匝线圈；图5a和5d示出了根据本专利技术的线圈组；图5b和5c示出了根据本专利技术的直线电动机；图6a和6b示出了单层和多层构造的原理。具体实施例方式用于线圈组的密集多匝线圈是单独缠绕的，然后沿着施力件的长度放置。优选地，线圈形成多相结构。重叠的布置可以是单层或多层的构造。然后将所有层压到一起，在正交于磁铁的方向上获得尽可能由导线填充的材料，优选空间填充系数在50％左右或更高。然后将组装好的线圈放入扁平地形成的模腔中，其将被压成最终的形状并被增加硬度的模制材料包封。例如，环氧树脂是通用材料的一个例子。还可能用玻璃纤维或其他非磁性纤维对增加硬度的模制材料进行加强。图3a和3b示出了基本为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线电动机线圈组，可以与相关的磁轨（５３）一起工作，该线圈组包括多个密集多匝线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ），其中所述线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ）的端部绕组（３１↓［Ｅ］）基本是圆的，所述端部绕组（３１↓［Ｅ］）之间的线圈部分（３１↓［Ｓ］）为直线，且所述线圈（３１ａ－ｆ，４１ａ－ｄ，５１ａ－ｋ）以重叠的方式布置，其中所述端部绕组（３１↓［Ｅ］）被压在一起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2004-10-28 04105348.91.一种直线电动机线圈组，可以与相关的磁轨(53)一起工作，该线圈组包括多个密集多匝线圈(31a-f，41a-d，51a-k)，其中所述线圈(31a-f，41a-d，51a-k)的端部绕组(31E)幽佑幽本是圆的，所述端部绕组(31E)之间的线圈部分(31S)为直线，且所述线圈(31a-f，41a-d，51a-k)以重叠的方式布置，其中所述端部绕组(31E)被压在一起。2.根据权利要求1所述的直线电动机线圈组，其中所述线圈(31a-f，41a-d，51a-k)以重叠的方式布置，使得在所述线圈组的所述直线部分(31S)中的空间填充系数为大约45％或更大。3.根据权利要求1或2所述的直线电动机线圈组，其中所述线圈(31a-f，41a-d，51a-k)被封装在扁平的外壳(52)中。4.根据权利要求1、2或3所述的直线电动机线圈组，其中所述密集多匝线圈(31a-f，41a-d，51a-k)以重叠的方式被布置成单层或多层构造。5.根据权利要求1到4中的任一项所述的直线电动机线圈组，其中所述密集多匝线圈(31a-f，41a-d，51a-k)具有带有圆形边缘的0形或六边形。6.一种直线电动机，包括磁轨(53)；以及线圈组(50)，与所述磁轨(53)一起工作，该线圈组具有多个密集多匝线圈(31a-f，41a-d，5...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰达沙欣诺马莱尔，约翰C康普特，埃德博斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[]