直线电机的制作方法

1.本技术大体上涉及直线电机、特别是有芯平板型直线电机以及所述电机的控制方法。


背景技术：

2.目前，直线电机、特别是有芯平板型直线电机广泛应用于诸如电子元器件、液晶显示器的电子装置制造以及半导体制造的领域。作为能够提供高精度直线运动的装置，在这些制造领域中由于自动化程度要求的日益严格，对于直线电机的推力波动抑制也有着越来越严格的要求。
3.此外，随着生产制造车间中对设备安装布局空间要求小以及安装成本低的需求越来越多，对于直线电机的尺寸紧凑化要求也越来越受到关注。
4.在现有技术的直线电机中，虽然可以采用分布式绕组的方式制造直线电机的动子从而改善直线电机的推力波动问题，但是利用这种分布式绕组技术来制造动子会导致制造成本显著提高的问题。
5.此外，在一些现有技术的直线电机中，为了解决推力波动造成的负面影响，会采用在电机的动子中采用斜槽或者增加动子与电机定子之间的气隙的方式，但是这有时候反而会造成电机的推力密度有所下降。
6.此外，在传统的直线电机制造技术中，通常仅考虑如何优化动子铁芯中的磁路，没有考虑如何改进或优化分数槽式集中绕组技术来降低推力波动的负面影响以及提高电机的推力密度。


技术实现要素：

7.针对上述问题，本技术旨在提出一种新颖的直线电机以及相关的控制方法，从而可以在降低推力波动影响的前提下实现直线电机的推力密度提高。
8.根据本技术的一个方面，提供了一种直线电机，包括：
9.定子；
10.相对于所述定子能够直线移动地安装的动子，所述动子包括动子芯体以及在所述动子芯体上至少部分地围绕设置的动子绕组；
11.与所述动子绕组电连接的动力电缆，
12.其中，所述动子芯体包括多个沿着所述动子的长度方向彼此间隔的齿，在各所述齿之间限定有多个齿槽，以容纳构成所述动子绕组的导电线材，所述定子设有多个沿着所述动子的长度方向彼此均匀间隔布置的磁体，所述多个齿槽中至少有两个齿槽的容纳导电线材的空间尺寸彼此不同。
13.根据本技术的实施例，所述动子芯体包括沿着所述动子的长度方向彼此相反的第一端部和第二端部，所述多个齿位于所述第一端部和所述第二端部之间并且为n个齿，其中，所述n是大于或等于5的整数，每个齿具有邻近所述第一端部的第一表面以及远离所述
第一端部的第二表面，相邻的两个齿之间的齿距定义为从一个齿的第一表面至另一个齿的第一表面所述沿着所述动子的长度方向测量得到的距离，以在所述动子芯体中限定n-1个齿距，
14.所述定子(120)包括着所述动子(110)的长度方向彼此相反的第一侧部和第二侧部，所述多个磁体位于所述第一侧部与所述第二侧部之间，并且每个磁体具有邻近所述第一侧部的第一表面以及远离所述第一侧部的第二表面，
15.相邻的两个磁体之间的磁体间距定义为一个磁体的第一表面至另一个磁体的第一表面沿着所述动子的长度方向测量得到的距离，
16.所述磁体间距与所述n-1个齿距的平均值之比是在与之间的范围内。
17.根据本技术的实施例，在所述n-1个齿距中，相邻的两个齿距中的一个齿距与另一个齿距之比是在与之间的范围内。
18.根据本技术的实施例，在所述n-1个齿距中，沿着所述长度方向的第i个齿距与沿着所述长度方向的第n-1-i个齿距相等，其中所述i 是大于1且小于n-1的整数。
19.根据本技术的实施例，所述动子芯体由多个形状相同的梳状动子芯材沿着所述动子的宽度方向对齐叠合而成，每个动子芯材具有沿着所述动子的长度方向延伸的轭部以及自所述轭部的朝向所述定子的一侧垂直延伸的多个沿着所述动子的长度方向彼此间隔的齿部，相应的齿部在各所述动子芯材叠合后限定所述齿。
20.根据本技术的实施例，在每个动子芯材的多个齿部中的最外侧的两个齿部中的至少一个具有第一齿宽，在每个动子芯材的多个齿部中的最外侧的两个齿部之间的内齿部中的至少一个具有第二齿宽，
21.所述最外侧的两个齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过材料去除的方式被至少部分地修形；和/或
22.所述内齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过材料去除的方式被至少部分地修形。
23.根据本技术的实施例，所述最外侧的两个齿部中的至少一个被倒角具有斜坡，所述斜坡具有沿着所述动子的长度方向测量的第一长度以及在沿着所述动子的高度方向测量的第二长度，所述第一长度是在与之间的范围内，所述第二长度是在与之间的范围内。
24.根据本技术的实施例，所述内齿部中的至少一个被倒角具有斜坡，所述斜坡具有沿着所述动子的长度方向测量的第一长度以及在沿着所述动子的高度方向测量的第二长度(lv)，所述第一长度是在与的范围内，所述第二长度是在与的范围内。
25.根据本技术的实施例，所述最外侧的两个齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过切部分圆形的材料去除方式被修形。
26.根据本技术的实施例，所述去除的圆形的圆心在相应的齿部内，并且所述去除的圆形的半径是在与之间的范围内。
27.根据本技术的实施例，所述内齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过切部分圆形的材料去除方式被修形。
28.根据本技术的实施例，所述去除的圆形的圆心在相应的齿部内，并且所述去除的圆形的半径是在与之间的范围内。
29.根据本技术的实施例，在一个最外侧的齿部与紧邻的内齿部之间限定了限制修形的区域，通过修形而去除材料的面积的70％以上不在所述限制修形的区域内。
30.根据本技术的实施例，所述限制修形的区域具有与所述最外侧的齿部的几何中心线至少部分重合的第一边界、与所述紧邻的内齿部的几何中心线至少部分重合的第二边界、以及与所述轭部的几何中心线至少部分重合的第三边界。
31.根据本技术的实施例，所述动子绕组包括标准绕组，所述标准绕组由在各齿槽内占用的数量是相同的导电线材构成。
32.根据本技术的实施例，所述动子绕组还包括与所述标准绕组独立的补偿绕组，所述补偿绕组具有在所述多个齿槽中的至少两个内占用的导电线材。
33.根据本技术的实施例，由所述补偿绕组的导电线材占用的齿槽彼此相邻或者间隔至少一个齿槽。
34.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，每个补偿绕组的导电线材所占用的齿槽彼此不同。
35.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，所述至少两个补偿绕组的导电线材公用一个齿槽。
36.根据本技术的另一个方面，提供了一种直线电机，包括：
37.定子；
38.相对于所述定子能够直线移动地安装的动子，所述动子包括动子芯体以及在所述动子芯体上至少部分地围绕设置的动子绕组；
39.与所述动子绕组电连接的动力电缆，
40.其中，所述动子芯体包括多个沿着所述动子的长度方向彼此间隔的齿，在各所述齿之间限定有多个齿槽，以容纳构成所述动子绕组的导电线材，所述定子设有多个沿着所述动子的长度方向彼此均匀间隔布置的磁体，
41.所述动子芯体由多个形状相同的梳状动子芯材沿着所述动子的宽度方向对齐叠合而成，每个动子芯材具有沿着所述动子的长度方向延伸的轭部以及自所述轭部的朝向所述定子的一侧垂直延伸的多个沿着所述动子的长度方向彼此间隔的齿部，相应的齿部在各所述动子芯材叠合后限定所述齿。
42.根据本技术的实施例，在每个动子芯材的多个齿部中的最外侧的两个齿部中的至少一个具有第一齿宽，在每个动子芯材的多个齿部中的最外侧的两个齿部之间的内齿部中的至少一个具有第二齿宽，
43.所述最外侧的两个齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过材料去除的
方式被至少部分地修形；和/或
44.所述内齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过材料去除的方式被至少部分地修形。
45.根据本技术的实施例，所述最外侧的两个齿部中的至少一个被倒角具有斜坡，所述斜坡具有沿着所述动子的长度方向测量的第一长度以及在沿着所述动子的高度方向测量的第二长度，所述第一长度是在与之间的范围内，所述第二长度是在与之间的范围内。
46.根据本技术的实施例，所述内齿部中的至少一个被倒角具有斜坡，所述斜坡具有沿着所述动子的长度方向测量的第一长度(lh)以及在沿着所述动子的高度方向测量的第二长度(lv)，所述第一长度是在与的范围内，所述第二长度是在与的范围内。
47.根据本技术的实施例，所述最外侧的两个齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过切部分圆形的材料去除方式被修形。
48.根据本技术的实施例，所述去除的圆形的圆心在相应的齿部内，并且所述去除的圆形的半径是在与之间的范围内。
49.根据本技术的实施例，所述内齿部中的至少一个在其至少一个平直边缘上通过切部分圆形的材料去除方式被修形。
50.根据本技术的实施例，所述去除的圆形的圆心在相应的齿部内，并且所述去除的圆形的半径是在与之间的范围内。
51.根据本技术的实施例，在一个最外侧的齿部与紧邻的内齿部之间限定了限制修形的区域，通过修形而去除材料的面积的70％以上不在所述限制修形的区域内。
52.根据本技术的实施例，所述限制修形的区域具有与所述最外侧的齿部的几何中心线至少部分重合的第一边界、与所述紧邻的内齿部的几何中心线至少部分重合的第二边界、以及与所述轭部的几何中心线至少部分重合的第三边界。
53.根据本技术的实施例，所述动子绕组包括标准绕组，所述标准绕组由在各齿槽内占用的数量是相同的导电线材构成。
54.根据本技术的实施例，所述动子绕组还包括与所述标准绕组独立的补偿绕组，所述补偿绕组具有在所述多个齿槽中的至少两个内占用的导电线材。
55.根据本技术的实施例，由所述补偿绕组的导电线材占用的齿槽彼此相邻或者间隔至少一个齿槽。
56.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，每个补偿绕组的导电线材所占用的齿槽彼此不同。
57.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，所述至少两个补偿绕组的导电线材公用一个齿槽。
58.根据本技术的另一个方面，提供了一种直线电机，包括：
59.定子；
60.相对于所述定子能够直线移动地安装的动子，所述动子包括动子芯体以及在所述动子芯体上至少部分地围绕设置的动子绕组；
61.与所述动子绕组电连接的动力电缆，
62.其中，所述动子芯体包括多个沿着所述动子的长度方向彼此间隔的齿，在各所述齿之间限定有多个齿槽，以容纳构成所述动子绕组的导电线材，所述定子设有多个沿着所述动子的长度方向彼此均匀间隔布置的磁体，所述动子绕组包括标准绕组，所述标准绕组由在各齿槽内占用的数量是相同的导电线材构成，所述动子绕组还包括与所述标准绕组独立的补偿绕组，所述补偿绕组具有在所述多个齿槽中的至少两个内占用的导电线材。
63.根据本技术的实施例，由所述补偿绕组的导电线材占用的齿槽彼此相邻或者间隔至少一个齿槽。
64.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，每个补偿绕组的导电线材所占用的齿槽彼此不同。
65.根据本技术的实施例，所述补偿绕组为至少两个补偿绕组，所述至少两个补偿绕组的导电线材公用一个齿槽。
66.根据本技术的另一个方面，提供了一种控制方法，用于对前述的直线电机进行电流环控制，包括：
67.确定所述直线电机的动子中的标准绕组的电感以及补偿绕组的电感；
68.测定所述直线电机运行时的d轴电流以及q轴电流；
69.在同时考虑标准绕组的电感以及补偿绕组的电感的情况下确定向所述直线电机的动子绕组输送的d轴电压以及q轴电压。
70.根据本技术的实施例，确定向所述直线电机的动子绕组输送的d 轴电压以及q轴电压时，所述直线电机的d轴电流期望值为零。
71.采用本技术的上述技术方案，可以针对现有技术的利用分数槽式集中绕组制造的直线电机动子进行简单改造，从而能够以较低的成本获得推力波动影响的显著抑制，进而提升了直线电机的推力密度。
附图说明
72.从下文的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本技术的原理及各个方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本技术的理解。在附图中：
73.图1示意性示出了有芯平板型直线电机的简化立体图；
74.图2示意性示出了根据本技术的一个实施例的直线电机，其中直线电机的动子的单个动子芯材被示出并且直线电机的定子被剖切示出；
75.图3示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材；
76.图4示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材；
77.图5示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材；
78.图6示意性示出了采用本技术的对齿部进行修形技术处理所获得的动子的推力波
动情况与现有技术没有采用齿部修形的动子的推力波动情况的比较；
79.图7示意性示出了根据本技术的一个实施例的动子芯体的一部分；
80.图8示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯体；并且
81.图9示意性示出了根据本技术的一个实施例的用于直线电机的电流环控制策略图。
具体实施方式
82.在本技术的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。
83.图1示意性示出了一种有芯平板型直线电机的简化立体图。本技术的实施例和/或示例的描述以下将主要针对这种有芯平板型直线电机进行。但是，本领域技术人员应当清楚本技术的实施例和/或示例也可以直接或者通过合适地改型适用于其它类型的直线电机例如棒状直线电机、音圈直线电机等。
84.如图1所示，有芯平板型直线电机100大体上包括细长平板型的定子120、相对于所述定子120以一定间隙隔开布置的动子110、以及为使动子110相对于定子120能够直线移动而向动子110提供电力的动力电缆130。本领域技术人员应当清楚，有芯平板型直线电机100 还包括这里未示出的与动力电缆130电连接的电源以及对供电提供控制的控制装置等任何其它必要的装置。
85.为了说明方便，在图1中示出了一直角三维坐标系x-y-z，其中坐标轴x的方向与动子110的直线移动方向(或者说定子120或动子 110的长度方向)平行，坐标轴z的方向与定子120或动子110的厚度或者高度方向平行，坐标轴y的方向与定子120或动子110的宽度方向平行。
86.动子110大体上由动子芯体以及由导电线材按照要求缠绕在动子芯体上的动子绕组形成。动子绕组与动力电缆130电连接。动子芯体由多个梳状动子芯材沿着厚度方向彼此叠合而成，因而动子芯体具有多个沿着长度方向彼此间隔的齿。通过以分数槽式集中绕组技术而在动子芯体的这些齿间选择性地缠绕导电线材，从而可以形成动子绕组。在本技术的上下文中，分数槽式集中绕组技术能够以本领域技术人员所熟知的方式来实现。
87.图2示意性示出了根据本技术的一个实施例的动子芯材1101以及定子1201，其中所述动子芯材1101以及定子1201可以用于形成如图 1所示的直线电机100。如图所示，定子1201可以大体上包括定子基板12011。该定子基板12011沿着定子1201的长度方向延伸，例如与坐标轴x的方向平行地延伸。此外，定子1201还包括在定子基板12011 的上表面上布置的多个磁体12012。每个磁体12012具有沿着与坐标轴y平行的方向的长度，并且各磁体12012沿着与坐标轴x平行的方向彼此均匀地间隔开。各磁体的尺寸可以相同。此外，为了保护磁体不受损害，在各磁体12012的上表面上可以覆盖一盖板或者保护板 12013。在本技术的实施例中，所述磁体可以是永磁体。
88.此外，动子芯材1101以梳状方式被一体形成，例如具有沿着长度方向延伸的轭部1001以及自轭部1001的一侧垂直延伸的多个齿部 1111、1112、1113、1114、1115。齿部的数量依据需要而定，在图示的实施例中仅示出了9个齿部，但是，本领域技术人员应当清楚更多个或者更少个齿部可以在动子芯材中设置。如图2所示的多个动子芯材 1101可以沿着与坐标轴y平行的方向彼此对正并叠合，从而形成直线电机100的动子芯体，同时彼此对正的
齿部形成了动子芯体的齿。根据本技术的实施例，动子芯材1101的各齿部为直齿部。为了清楚，在图2中并未示出动子绕组。本领域技术人员应当清楚的是，未示出的导电线材能够以分数槽式集中绕组方式在动子芯体的这些齿间选择性地缠绕以形成动子绕组。
89.动子芯体或者动子芯材具有沿着动子的长度方向彼此相反的第一端部和第二端部。各齿或者各齿部可以位于第一端部与第二端部之间。因此，动子芯体的每个齿或者动子芯材的每个齿部分都具有邻近所述第一端部的第一表面或者第一边缘以及相反的邻近第二端部(即远离第一端部)的第二表面或者第二边缘。在图示的实施例中，第一表面或者第一边缘可以认为是动子芯体的齿或者动子芯材的齿部的前表面或者前边缘。当然，由于动子可以相对于定子来回直线移动，本领域技术人员应当清楚也可以将第二表面或者第二边缘认为是动子芯体的齿或者动子芯材的齿部的前表面或者前边缘。
90.具体针对图2所示的实施例而言，对于动子芯体或者动子芯材 1101，其相邻的齿或齿部之间的齿距可以定义为，在长度方向上位于前的齿或齿部的前表面或前边缘沿着长度方向测量的距在长度方向上位于后的相邻齿的前表面或前边缘的距离。如图2所示，齿部1111作为动子芯材1101的在长度方向上的第一个齿部，其前表面或前边缘距在长度方向上的第二个相邻的齿部1112的前表面或前边缘的距离(沿着长度方向上测量的距离)为l
s1
。因此，l
s1
被定义为第一个齿部1111 与第二个齿部1112之间的齿距。类似地，长度方向上的第二个齿部1112 的前表面或前边缘距长度方向上的第三个相邻的齿部1113的前表面或前边缘的距离(沿着长度方向上测量的距离)为l
s2
。因此，l
s2
被定义为第二个齿部1112与第三个齿部1113之间的齿距。依次类推，如果在动子芯材1101中存在n个齿部(n为大于等于2的整数，优选地n 为大于等于9的整数)，则在长度方向上第n-1个齿部的齿距l
sn-1
为该第n-1个齿部的前表面或前边缘距与其相邻的位于下游的第n个齿部的前表面或前边缘的距离(沿着长度方向上测量的距离)。在组成动子芯体的各个动子芯材彼此对齐叠合的情况下，上述关于齿距的定义同样适用于动子芯体的齿。
91.定子具有沿着动子的长度方向彼此相反的第一侧部和第二侧部。定子的各磁体可以位于第一侧部与第二侧部之间。这样，定子的每个磁体都具有邻近所述第一侧部的第一表面或者第一边缘以及相反的邻近第二侧部(即远离第一侧部)的第二表面或者第二边缘。在图示的实施例中，定子的磁体的第一表面或者第一边缘可以认为是定子的磁体的前表面或者前边缘。当然，由于动子可以相对于定子来回直线移动，本领域技术人员应当清楚也可以将定子的磁体的第二表面或者第二边缘认为是定子的磁体的前表面或者前边缘。
92.在本技术的上下中，针对定子1201而言，其相邻的磁体之间的间距可以定义为：在定子的长度方向上位于前的磁体的前表面或前边缘沿着长度方向测量的距在长度方向上位于后的相邻磁体的前表面或前边缘的距离pm，如图2所示。定子1201的各相邻磁体之间的间距pm是彼此相同的。
93.根据本技术的一个实施例，为了降低推力波动，可以将动子芯材 1101或者动子芯体的齿距中的至少两个齿距设置成彼此不同。优选地，可以将动子芯材1101或者动子芯体的所有齿距都设置成彼此不同。这样，在以分数槽式集中绕组方式在动子芯体的这些齿间选择性地缠绕以形成动子绕组后，将对动子绕组供应三相交流电后，所产生的动子磁场分布将会产生改变，进而可以相应抑制推力波动现象的出现。
94.假定动子芯材1101具有n个齿部或者动子芯体具有n个齿，则动子芯材1101或动子
芯体的平均齿距l
sa
根据本技术的实施例应当满足如下关系(1)：
[0095][0096]
在上述关系(1)中，n为动子芯材1101的齿部或动子芯体的齿的总数，i为大于1且小于n的整数，l
si
为如上所述描述定义的第i个齿部或者第i个齿与第i 1个齿部或者第i 1个齿之间的齿距。
[0097]
为了确保推力波动影响可以得到有效抑制，根据本技术的发明人的大量试验以及测试表明，当平均齿距l
sa
与定子1201的磁体间距pm满足如下关系(2)时，可以有效地降低直线电机中的推力波动影响。
[0098][0099]
根据本技术的一个优选实施例，在满足上述关系(2)前提下，动子芯材1101或动子芯体可以设置成其齿距同时满足如下关系(3')和(3”)：
[0100]
l
si
＝l
s(n-1)
ꢀꢀꢀ
(3
′
)
[0101][0102]
在上述关系中，j为大于2且小于n的整数，因此l
sj
代表在具有n 个齿部或齿的动子芯材或动子芯体中第j个齿距；类似地l
s(j-1)
代表在具有n个齿部或齿的动子芯材或动子芯体中第j-1个齿距。从关系(3') 可以看出，根据本技术的优选实施例，在动子芯材1101或动子芯体限定有多个齿距的情况下，各齿距的值沿着动子的长度方向呈轴对称的方式。例如，在存在5个上述定义的齿距的情况下，第1个齿距与第 5个齿距相等，第2个齿距与第4个齿距相等，第3个齿距与其它各齿距均不相同。再例如，在存在4个上述定义的齿距的情况下，第1 个齿距与第4个齿距相等，第2个齿距与第3个齿距相等。
[0103]
应当清楚的是在本技术的实施例中，任何涉及测量的参数或参数之间的比较应当认为这些参数的量纲是相同的。
[0104]
通过本技术的发明人的试验验证，通过如上关系(2)来调整动子的齿距与定子的间距和/或通过如上关系(3)来确定定子的相邻齿距之间的关系，可以使得根据本技术的直线电机的运行空载电流波动比未采用本技术技术的现有技术的直线电机降低33％以上。
[0105]
对于有芯平板型直线电机，其与旋转电机的结构不同造成了三相绕组在直线电机的电磁回路中会产生不对称的特性，这将会造成不平衡的反电势在直线电机的驱动回路中反复振荡，进而造成电机运行状态不稳，从而产生推力波动的不利现象。为了抑制这种推力波动现象，图3示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材1102。本领域技术人员应当清楚，多个如图所示的动子芯材1102可以彼此对正叠合，以形成可以在直线电机100的动子中采用的动子芯体。如图所示，动子芯材1102以梳状方式被一体形成，例如具有沿着长度方向延伸的轭部1001以及自轭部1001的一侧垂直延伸的多个齿部1111'、1112'、 1113'、1114'、1115'、1116'。齿部的数量依据需要而定，在图示的实施例中仅示出了6个齿部。但是，本领域技术人员应当清楚更多个或者更少个齿部可以在动子芯材中设置。
[0106]
在如图所示的实施例中，通过对动子芯材1102的齿部进行修形，可以有效地解决因三相绕组磁路中的不对称的特性造成的不平衡的反电势影响。在本技术的上下文中，涉
及“齿部修形”可以指的是在动子芯材的齿部或者直齿部上通过冲切、冲压、线切割、激光切割等合适的机加工方式加工出倒角或者任何其它非直线形状，或者可以指的是通过机加工方式选择性地改变动子芯材1102的齿部宽度。
[0107]
根据本技术的一个优选实施例，动子芯材1102的各齿部可以具有沿着与坐标轴x平行的方向测量的不同的宽度。例如，在与坐标轴x 平行的方向上彼此相反的两个最外侧的齿部中的一个或者两个可以具有沿着与坐标轴x平行的方向测量的齿宽wt1，而在这两个最外侧的齿部之间的各齿部可以具有沿着与坐标轴x平行的方向测量的齿宽 wt2。这些位于两个最外侧的齿部之间的齿部也可以称为内齿部。根据本技术的实施例，这些内齿部的齿宽wt2可以是彼此相同的，也可以是彼此不同的。在本技术的上下文中，一个齿或者一个齿部的齿宽指的是从该齿或者齿部的前平坦表面或前平直边缘至后平坦表面或者后平直边缘沿着与与坐标轴x平行的方向测量得到的距离。
[0108]
如图3所示，以对齿部进行倒角修形为例，针对最外侧的齿部和针对内齿部分可以采用不同的修形方式，从而达到优化动子磁路降低推力波动的目的。在本技术的上下文中，术语“倒角”意味着利用材料去除的加工方式将一个齿部的直角进行切角处理。如图3所示，在一个最外侧的齿部1111'的前表面或者前边缘处进行倒角处理以获得一个斜坡41。该斜坡41在与坐标轴x平行的方向上测量的长度为oh，并且在与坐标轴z平行的方向上测量的长度为ov。因此，对于最外侧的齿部而言，通过倒角处理所获得的斜坡的尺寸应当同时满足如下关系(4)以及关系(5)。
[0109][0110][0111]
最外侧的齿部的倒角处理可以在其前表面或者前边缘处和/或后表面或者后边缘处进行，如何进行倒角处理可以针对具体尺寸的动子芯材通过多次试验验证而定。
[0112]
对于内齿部而言，通过倒角处理也可以获得斜坡。例如，在图3 中，示出了齿部1114'在其前表面或者前边缘处以及齿部1115'在其后表面或者后边缘处经受倒角处理以获得斜坡43。该斜坡43在与坐标轴x平行的方向上测量的长度为ih，并且在与坐标轴z平行的方向上测量的长度为iv。因此，对于内齿部而言，通过倒角处理所获得的斜坡的尺寸应当同时满足如下关系(6)以及关系(7)。
[0113][0114][0115]
内齿部的倒角处理可以在其前表面或者前边缘处和/或后表面或者后边缘处进行，如何进行倒角处理可以针对具体尺寸的动子芯材通过多次试验验证而定。
[0116]
除了对齿部进行倒角处理以外，可以在最外侧齿部或者内齿部的任何其它合适的部位进行去除材料的加工处理。图4示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材1103。动子芯材1103以梳状方式被一体形成，例如具有沿着长度方向延伸的轭部1001以及自轭部1001 的一侧垂直延伸的多个齿部1111”、1112”、1113”、1114”、1115”、1116”。齿部的数量依据需要而定，在图示的实施例中仅示出了6个齿部。但是，本领域技术人员应当清楚
更多个或者更少个齿部可以在动子芯材中设置。
[0117]
在如图4所示的实施例中，替代倒角处理可以采用切圆或者切部分圆形的方式对齿部进行修形。例如，在最外侧的齿部1111”的前表面或者前边缘上可以通过去除材料的加工方式形成大小两个部分圆形的切口51。附加地，在最外侧的齿部1111”的靠近前表面或者前边缘的角部处也可以通过去除材料的加工方式形成部分圆形的切口52。此外，在与最外侧的齿部1111”紧邻的一个内齿部1112”的角部和后表面或者后边缘上也可以分别形成有部分圆形的切口53和54。此外，在与内齿部1112”紧邻的另一个内齿部1113”的朝向定子(图4未示出)的一个表面或者边缘上，也可以通过去除材料的加工方式形成部分圆形的切口55。
[0118]
根据本技术的实施例，部分圆形切口的位置可以事先多次试验验证(试错)而定。例如，通过在用于进行试验的动子芯材根据经验加工形成若干个切口，然后组装成动子芯体并相应缠绕动子绕组，进而测定相应的动子磁场变化，从而确定是否满足推力波动抑制的需求，如果不满足的话，更换新的动子芯片重新根据经验加工不同部位的切口，并再次组装验证，直至最终找到可以相对最佳抑制推力波动的动子芯体的部分圆形的切口设置方式。
[0119]
在本技术的实施例中，通过去除材料的加工方式形成部分圆形的切口的圆心可以是在相应的齿部内。例如，对于最外侧的齿部1111”而言，其部分圆形的切口51和/或52的圆心可以是在齿部1111”内、即如果齿部1111”没有去除材料加工的话，则相应的圆心本应是在齿部 1111”的材料中；可选地，部分圆形的切口51和/或52的圆心可以是在齿部1111”外、即如果齿部1111”没有去除材料加工的话，则相应的圆心本应是在齿部1111”的材料外。类似地，对于内齿部1112”或1113”而言，其部分圆形的切口53和/或54或者55的圆心可以是在齿部1112”或1113”内、即如果齿部1112”或1113”没有去除材料加工的话，则相应的圆心本应是在齿部1112”或1113”的材料中；可选地，部分圆形的切口53和/或54或者55的圆心可以是在齿部1112”或1113”外、即如果齿部1112”或1113”没有去除材料加工的话，则相应的圆心本应是在齿部1112”或1113”的材料外。
[0120]
对于最外侧的齿部而言，如果部分圆形的切口的圆形是在齿部的材料内，则应当满足如下关系(8)：
[0121][0122]
其中，wt1是如上已经提及的最外侧的齿部的沿着与坐标轴x平行的方向测量的宽度，r是部分圆形切口的圆形半径。
[0123]
对于内齿部而言，如果部分圆形的切口的圆形是在齿部的材料内，则应当满足如下关系(9)：
[0124][0125]
其中，wt2是如上已经提及的内齿部的沿着与坐标轴x平行的方向测量的宽度，r是部分圆形切口的圆形半径。
[0126]
图5示意性示出了根据本技术的另一个实施例的动子芯材1104。动子芯材1104以梳状方式被一体形成，例如具有沿着长度方向延伸的轭部1001以及自轭部1001的一侧垂直
延伸的多个齿部。在动子芯材 1104的一个最外侧齿部1111”'与紧邻的内齿部1112”'之间的齿槽1111c 的边缘附近限定有禁止利用去除材料的方式加工切口或者倒角的区域。例如，该区域可以限定为自齿槽1111c的自由边缘开始延伸直至相应的齿部的几何中心线以及轭部的几何中心线。例如，在图5中，直线 56代表最外侧的齿部1111”'的与坐标轴z平行的几何中心线，直线57 可以代表相邻的内齿部1112”'的与坐标轴z平行的几何中心线，直线 58代表轭部1001的与坐标轴x平行的几何中心线，因此，直线56、 57、58所围成的区域可以是如上所提及的区域(在图5中由剖面线表示)。在本技术的一个实施例中，直线58与直线56和57之间的直角可以相应地圆弧化处理，圆弧半径依据齿部的实际尺寸而定。因此，在本技术的上下文中，上述区域可以称为限制切口或倒角区域。
[0127]
根据本技术的一个优选实施例，在对最外侧齿部1111”'与紧邻的内齿部1112”'采用本技术已经介绍的去除材料的方式形成倒角和/或切口时，在xz平面中观察，所去除的材料的面积的70％以上不在上述限制切口或倒角区域内。这样，可以确保为了确定抑制推力波动而确定切口或倒角的试错试验的次数不会过多，同时确保抑制推力波动的成功率提高。
[0128]
图6示意性示出了采用本技术的对齿部进行修形技术处理所获得的动子的推力波动情况(虚线，1)与现有技术没有采用齿部修形的动子的推力波动情况(实线，2)的比较，在图6中横坐标代表时间，纵坐标代表动子所产生的推力。可以看出，采用本技术的技术手段，推力波动现象可以得到有效的抑制。
[0129]
图7示意性示出了根据本技术的一个实施例的动子芯体101的一部分，其可以作为直线电机100的动子110的一部分。例如，动子芯体101可以由如之前实施例所描述的多个动子芯材1101、1102、1103 或者1104沿着与坐标轴y平行的方向对正叠合而形成。动子芯体101 包括沿着与坐标轴x平行的方向延伸的轭1011以及自轭1011的朝向直线电机的定子(图7未示出)延伸的多个彼此隔开的齿，例如在图 7中示出了齿10101、10102、10103、10104。本领域技术人员应当清楚，前述轭1011可以由多个轭部1001叠加而成，并且前述齿可以由所描述的实施例中的多个对应的齿部叠加而成。
[0130]
在相邻的两个齿之间限定有齿槽。例如，在最外侧的齿10101与紧邻其的齿10102之间限定有齿槽10111；在齿10102与紧邻其的齿 10103之间限定有齿槽10121；在齿10103与紧邻其的齿10104之间限定有齿槽10131。在每个齿槽的内壁上例如可以设置有绝缘层61，从而确保在缠绕导电线材时确保导电线材与动子芯体101的绝缘。
[0131]
利用分数槽式集中绕组技术利用导电线材可以对动子芯体101的各齿槽进行绕线处理从而形成通电可以产生磁场作用的动子绕组。在本技术的上下文中，利用传统的分数槽式集中绕组技术所绕制的动子绕组可以称为标准绕组，这种标准绕组使得在每个齿槽内的导电线材的数量是相同的。在本技术的上下文中，齿槽内的导电线材的数量由穿过齿槽的一个与xz平面平行的截面的导电线材的数量决定。组成标准绕组的导电线材可以确保每个齿槽内的导电线材的电阻是相同的。在图7中，这种标准绕组在相应的齿槽中的导电线材大体上由附图标记62表示。例如，齿槽10111被示出具有组成标准绕组的导电线材61，齿槽10121也被示出具有组成标准绕组的导电线材61。根据本技术的实施例，除了标准绕组以外还选择性地在2个或者更多个齿槽中设置组成补偿绕组的导电线材。例如，齿槽1021被示出具有形成一个补充绕组的导电线材63。补偿绕组是与标准绕组独立的绕组，也可以设置成
经由动力电缆130供应三相交流电。根据本技术的实施例，补偿绕组的设计改变了仅采取标准绕组产生的磁场分布，通过相应地设计补偿绕组的绕线方式可以改善推力波动的不利影响。
[0132]
补偿绕组可以由围绕单独1个、相邻2个或者相邻多个齿所缠绕的线材构成。图8示出了动子芯体101的一个实例，其中该动子芯体 101示意性地被示出具有两个补偿绕组71和72。例如，补偿绕组71 可以围绕着单独一个齿绕线，从而在该所绕线的齿的前后相邻两个齿槽中使得构成补偿绕组71的导电线材的数量相同。在图8中，叉号表示补偿绕组的导电线材从附图所在的纸面或者所显示的屏幕外朝向纸面或者屏幕内延伸，小圆圈代表补偿绕组的导电线材从从附图所在的纸面或者所显示的屏幕内向纸面或者屏幕外延伸。补偿绕组的绕线圈数依据齿槽所可以容纳的导电线材的数量以及动子所期望产生的磁场分布而定。在图8中示出补偿绕组72围绕着相邻的三个齿绕线。
[0133]
在本技术的实施例中，补偿绕组的数量以及补偿绕组所绕之绕线的齿数能够依据需要而定，例如补偿绕组所绕之绕线的齿数可以是1、 2、3、
…
、n，其中n是整数，代表动子芯体101的总齿数。尽管在图 8所示的实施例中，补偿绕组71和72共用同一个齿槽，但是在替代的实施例中，不同的补偿绕组所占用的齿槽可以是彼此不同的。
[0134]
根据本技术的补偿绕组设计可以与如图2所示的实施例结合使用。例如，在本技术的动子芯体采用间距不同的多个齿设计时，如果仅采用标准绕组的方式占用各齿槽，很有可能因各齿槽的尺寸不同导致个别齿槽未被导电线材占满。如果仍采用分数槽式集中绕组技术对这些未被占满的齿槽进行绕线操作的话，很有可能因齿槽尺寸受限而无法实现或者实现起来异常复杂。但是，采取本技术的补偿绕组设计，可以选择性地仅利用补偿绕组的导电线材将这些未被占满的齿槽占满，从而改善动子的槽满率，进而提高动子的推力输出以及改善推力波动现象。因此，可以提高直线电机的推力密度以及功率密度。采用本技术的补偿绕组设计，可以导致动子芯体的各齿槽中所占用的导电线材的电阻(值)是彼此不同的，进而对推力波动现象造成改变。这两个技术方案结合起来使用可以第一次同时得到推力密度增加和推力波动降低两个优势。
[0135]
对于本技术的直线电机100，如果仅采用标准绕组方式设置动子 110的话，则其控制框架符合永磁同步伺服电机的空间矢量调制控制方式，即，针对仅采用标准绕组的直线电机100所建立的电压方程模型如下：
[0136][0137]
在上述公式(9)中，a、b、c分别代表由动力电缆130所供应的三相电流的三个相位，ua、ub、uc分别代表a、b、c三相的相电压，rs为各相的电阻(在仅采用标准绕组的情况下各相的电阻相同)，ia、ib、 ic分别代表a、b、c三相的相电流，ψa、ψb、ψc分别代表动子a、b、c三相的磁链。这些磁链可以通过如下公式(10)求解。
[0138]
[0139]
在上述公式(10)中，诸如l
ab
、l
bc
等的符号分别代表下标所标记的相绕组之间的互感值，例如l
ab
表示a相绕组与b相绕组之间的互感值，ψm是动子永磁体磁链，这些参数可以在动子制作后事先测定。在上述公式中未提及的参数介绍可以参照本领域技术人员熟知的电机的基本控制原理。
[0140]
对于本技术的直线电机100而言，如果采用如上所介绍的补偿绕组设计并且各相绕组以星形连接方式布置的话，则上述公式(9)可以更改为下述公式(11)：
[0141][0142]
其中，un为星形连接的中点的电位；r
ap
、r
bp
、r
cp
分别为a相齿槽、b相齿槽、c相齿槽中的补偿绕组的电阻值；分别为考虑了补偿绕组后各相的磁链。在本技术中，补偿绕组可以在构成三相中的一个相、两个相或者三个相的齿槽中都设置。因此，各相齿槽中的补偿绕组的电阻值在动子制造后可以事先测定。类似地，各相的磁链也可以事先确定。
[0143]
根据本技术的实施例，如果在直线电机100的动子110中采用补偿绕组设计的话，则从补偿绕组所占用的齿槽看，因补偿绕组所提供的补偿电感l
p
也会参与直线电机的电流环控制。图9示意性示出了根据本技术的一个实施例的用于直线电机的电流环控制策略图。
[0144]
本技术的直线电机采用d轴期望电流控制值为零的设计思路，在图9中id表示电机的d轴电流控制值；iqc表示电机的q轴电流期望控制值；k1为比例控制系数、k2为积分控制系数、k3为反电势常数。此外，是电机转速(可以依据本领域技术人员熟知的针对直线电机的常规技术手段来确定)，idac为电机实际运行时测量得到的d轴电流、 iqac为电机实际运行时测量得到的q轴电流值。反电势常数k3可以在电机组装完成后通过实际测试获得其准确的测定值。比例控制系数k1 可以利用如下公式(12)获得，
[0145][0146]
比例控制系数k2可以利用如下公式(13)获得，
[0147][0148]
其中，ξ是电机的衰减系数，可以事先通过测试确定；是采用补偿绕组后的动子绕组电感，可以事先通过测试确定；是电机的自然角频率。
[0149]
针对图9的控制策略如下：首先利用传感器s从处于运行状态的直线电机100中获得有关电流的信息、电机运行的动子位置信息或者速度信息等；然后将所获得的相关信息经过park-clarke变换转化为电机实际的d轴电流idac以及q轴电流iqac，如图9所示，将所获得的 d轴电流idac以及q轴电流iqac经由各自的闭环反馈线路分别与期望的d轴和q轴电流值一起进行运算，并且将运算误差分别经由所示的 d轴电流pi环以及q轴电流pi环进行控制，并且在分别考虑标准绕组的电感l以及补偿绕组的电感l
p
之和后对电机的动子上的绕组输出d 轴电压vdout以及q轴电压dqout。
[0150]
采用本技术的上述电流环控制策略，可以在确保直线电机结构紧凑的前提下具有推力波动低、推力密度高、推力平衡度优化的优势，特别适合于高度智能装置的制造设备中
的应用。
[0151]
本领域技术人员应当清楚，本技术上述描述的各实施例以及各实例可以彼此任意组合地结合使用，而并不违背本技术的精神和范围。
[0152]
尽管这里详细描述了本技术的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出，而不应认为它们对本技术的范围构成限制。此外，本领域技术人员应当清楚，本说明书所描述的各实施例可以彼此相互组合使用。在不脱离本技术精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。