用於智能機械自由度控制的直線電機的製作方法
2024-03-06 17:27:15
本發明屬於電機領域，尤其涉及一種用於智能機械自由度控制的直線電機。
背景技術：
直線電機也稱線性電機，直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，並展成平面而成。由定子演變而來的一側稱為初級，由動子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時，將初級和次級製造成不同的長度，以保證在所需行程範圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級。當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢並產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動；反之，則初級做直線運動。因而現有直線電機的定子一般是在長直導軌上間隔設置產生磁場的永磁體或線圈，同樣的在動子導軌上間隔設置線圈而成。但是這種定子及動子結構，由於要間隔設置多個線圈或永磁體，因而體積較大，導致直線電機的體積大，控制困難。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種用於智能機械自由度控制的直線電機，旨在解決現有直線電機體積大、控制困難的問題。
本發明是這樣實現的，一種用於智能機械自由度控制的直線電機，包括機殼、動子和驅動所述動子直線移動的定子，所述動子包括用於導磁的若干導磁板和隔離相鄰兩所述導磁板的若干隔磁板，且所述導磁板與所述隔磁板交替層疊設置；所述定子包括若干套用於驅動所述動子移動的驅動機構，各套所述驅動機構包括至少三組用於生產驅動磁場的勵磁組件，各組所述勵磁組件包括導磁臂和纏繞於所述導磁臂上的控制線圈，所述導磁臂包括沿所述動子移動方向設置的至少一層導磁片和包裹各所述導磁片的隔磁片。
進一步地，相鄰兩組所述勵磁組件中各所述導磁片滿足如下關係：
一組所述勵磁組件中一個所述導磁片的中部正對所述動子上某個所述導磁板的中部位置時：另一組所述勵磁組件中對應的所述導磁片的中部與該導磁片鄰近的所述導磁板的中部位置相錯開，且該導磁片與該導磁片距離最近的相鄰兩所述導磁板的中部位置相錯開；任意相鄰兩組所述勵磁組件中同一位置對應的兩個所述導磁片間的距離相等。
進一步地，同一組所述勵磁組件中相鄰兩個所述導磁片間的距離相等。
進一步地，同一組所述勵磁組件中相鄰兩個所述導磁片間的距離與一片所述導磁片的厚度之和等於所述動子中相鄰的一片所述導磁板與一片所述隔磁板的厚度之和。
進一步地，各套所述驅動機構包括三組所述勵磁組件，各組所述勵磁組件的所述導磁臂包括一層導磁片和包裹該導磁片的所述隔磁片。
進一步地，各所述控制線圈設置於所述隔磁片中。
進一步地，各所述控制線圈蝕刻於所述隔磁片中。
進一步地，任意相鄰兩個所述導磁片間的距離相等。
進一步地，相鄰兩個所述導磁片中部間的距離l滿足以下公式：
l＝m*k，m≠3x；
k＝(d1+d2)/3；
其中，d1為各所述導磁板的厚度，d2為各所述隔磁板的厚度，x為正整數，m為正整數。
進一步地，所述動子與所述定子均呈長條狀，所述定子滑動安裝於所述動子上。
進一步地，還包括支撐所述動子的滑軌，所述動子安裝於所述滑軌中，所述機殼罩於所述定子上，且所述機殼滑動安裝於所述滑軌上。
進一步地，所述機殼上還安裝有與所述滑軌相配合的滾輪。
另一優選方案，所述動子呈圓柱狀，各組所述勵磁組件包括多個所述導磁臂，且多個所述導磁臂均勻環繞所述動子。
進一步地，各所述導磁板上設有若干第一外齒，各所述導磁臂上設有若干分別與各所述第一外齒相對應的定位內齒。
進一步地，還包括支撐所述動子的支撐軸，所述動子中開設有供所述支撐軸穿過固定的中心孔。
進一步地，所述機殼罩於所述定子上，所述機殼的兩端開設有供所述動子穿過的開孔。
進一步地，所述開孔中安裝有軸套。
另一優選方案，包括支撐軸，所述動子包括環繞所述支撐軸的多個磁吸臂，各所述磁吸臂包括交替層疊設置的若干所述導磁板和所述隔磁板；各組所述勵磁組件包括分別與各所述磁吸臂相對應的多個所述導磁臂，且多個所述導磁臂均勻環繞所述動子。
進一步地，各所述導磁板呈扇形設置。
進一步地，各所述導磁板上設有若干第一外齒，各所述導磁臂上設有若干分別與各所述第一外齒相對應的定位內齒。
進一步地，各所述磁吸臂遠離所述導磁臂的一端安裝有永磁體。
進一步地，所述機殼罩於所述定子上，所述機殼的兩端開設有供所述動子穿過的開孔，所述定子的兩端安裝有墊環，各所述墊環安裝於所述機殼的內表面。
另一優選方案，所述機殼呈圓筒狀，所述機殼套於所述動子上，所述定子滑動安裝於所述機殼中，各組所述勵磁組件包括多個所述導磁臂，且多個所述導磁臂均勻環繞所述機殼的軸向設置，所述動子環繞所述定子設置。
進一步地，還包括夾持固定若干套所述驅動機構的夾持板，所述夾持板滑動安裝於所述動子中。
進一步地，還包括支撐軸，多個所述導磁臂均勻環繞安裝於所述支撐軸上。
進一步地，各所述導磁板上設有若干第一內齒，各所述導磁臂上設有若干分別與各所述第一外齒相對應的定位外齒。
進一步地，各所述導磁片呈環形。
進一步地，所述動子包括安裝於所述機殼內表面的多個磁吸臂，各所述磁吸臂包括交替層疊設置的若干所述導磁板和所述隔磁板；各所述導磁片呈扇形。
進一步地，各所述導磁臂遠離所述動子一端安裝有永磁塊。
本發明的用於智能機械自由度控制的直線電機的動子使用交替層疊設置的導磁板與隔磁板，則動子體積可以製作較小；定子使用交替層疊設置的導磁片與隔磁片形成導磁臂，並在導磁臂上纏繞控制線圈，形成勵磁組件，當控制線圈通電時，會產生磁場，並使導磁片上生產磁力，以吸引動子的導磁板，從而使動子移動；而設置至少三組勵磁組件形成驅動機構，通過各組勵磁組件的控制線圈依次通電，以驅動動子移動，控制簡單，且可以將定子的結構製作較小，從而將該用於智能機械自由度控制的直線電機體積較小。該用於智能機械自由度控制的直線電機可以應用在智能機械設備，如機器人關節驅動中。
附圖說明
圖1是本發明實施例一提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其軸向的剖視結構示意圖；
圖2是圖1中e部分的放大結構示意圖；
圖3是圖1的用於智能機械自由度控制的直線電機沿其徑向的剖視結構示意圖；
圖4是圖1的用於智能機械自由度控制的直線電機中勵磁組件的正視結構示意圖；
圖5是圖1的用於智能機械自由度控制的直線電機中單個導磁片處於不同位置時的結構示意圖，其中a圖為導磁片處於p位置時結構示圖，b圖為導磁片處於r位置時結構示圖；
圖6是圖5中導磁片的受力結構示意圖；
圖7是圖1的用於智能機械自由度控制的直線電機中動子移動的原理結構示意圖。
圖8是本發明實施例二提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機中動子移動的原理結構示意圖。
圖9是本發明實施例三提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機中動子移動的原理結構示意圖。
圖10是本發明實施例四提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機中動子移動的原理結構示意圖。
圖11是本發明實施例五提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其軸向的剖視結構示意圖；
圖12是圖11的用於智能機械自由度控制的直線電機沿其徑向的剖視結構示意圖。
圖13是本發明實施例六提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其軸向的剖視結構示意圖；
圖14是圖13的用於智能機械自由度控制的直線電機沿其徑向的剖視結構示意圖。
圖15是本發明實施例七提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其軸向的剖視結構示意圖；
圖16是圖15的用於智能機械自由度控制的直線電機沿其徑向的剖視結構示意圖。
圖17是本發明實施例八提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其徑向的剖視結構示意圖。
圖18是本發明實施例九提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其軸向的剖視結構示意圖；
圖19是沿圖18中線f-f的剖視結構示意圖；
圖20是沿圖18中線g-g的剖視結構示意圖。
圖21是本發明實施例十提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機沿其長度方向的剖視結構示意圖；
圖22是圖21的用於智能機械自由度控制的直線電機沿垂直於其長度方向的剖視結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例一：
請參閱圖1-圖7，本發明實施例提供的一種用於智能機械自由度控制的直線電機100，包括機殼10、動子30和定子20，機殼10起到保護動子30和定子20的作用，同時固定住機殼10可以將該用於智能機械自由度控制的直線電機100固定，從而機殼10同時起到整體安裝固定該用於智能機械自由度控制的直線電機100的作用。定子20用於驅動動子30直線移動，以實現用於智能機械自由度控制的直線電機100的功能。動子30包括若干導磁板31和若干隔磁板32，且導磁板31與隔磁板32交替層疊設置；具體為，沿動子30直線移動的方向，設置一層導磁板31、一層隔磁板32、一層導磁板31、一層隔磁板32這樣交替設置。導磁板31用於導磁，從而在受到磁場的吸力作用時，會向磁場磁阻最小的方向移動。隔磁板32不導磁，用於將相鄰兩片導磁板31分隔開。定子20包括若干套驅動機構21，驅動機構21用於生產驅動磁場，從而在驅動磁場的作用下，驅動動子30移動。各套驅動機構21包括至少三組勵磁組件22，由各組勵磁組件22產生驅動磁場，以驅動動子30移動。各組勵磁組件22包括導磁臂23和纏繞於導磁臂23上的控制線圈24，從而當控制線圈24通電時，會在導磁臂23上產生感應磁場。具體為，導磁臂23包括沿動子30移動方向設置的至少一層導磁片231和包裹導磁片231的隔磁片232。從而當控制線圈24通電時，在導磁片231上產生感應磁場，在該磁場的作用下，會吸引動子30上距離最近的導磁板31，以拉動動子30移動，而當各組勵磁組件22依次配合作用時，則會驅動動子30直線移動。
該用於智能機械自由度控制的直線電機100的動子30使用交替層疊設置的導磁板31與隔磁板32，則動子30體積可以製作較小；定子20使用交替層疊設置的導磁片231與隔磁片232形成導磁臂23，並在導磁臂23上纏繞控制線圈24，形成勵磁組件22，當控制線圈24通電時，會產生磁場，並使導磁片231上生產磁力，以吸引動子30的導磁板31，從而使動子30移動；而設置至少三組勵磁組件22形成驅動機構21，通過各組勵磁組件22的控制線圈24依次通電，以驅動動子30移動，控制簡單，且可以將定子20的結構製作較小，從而將該用於智能機械自由度控制的直線電機100體積較小。
由於是通過勵磁組件22的導磁片231來磁吸最近的導磁板31，以帶動動子30移動，從而在各組勵磁組件22通電的時間內，動子30移動的距離是一定的，從而可以精確控制用於智能機械自由度控制的直線電機100的移動距離。
導磁板31可以為鐵板、鋼板、矽鋼、電工純鐵、坡莫合金、金屬納米合金材料等導磁材料製作。隔磁板32可以為銅板、鋁板、塑料等不導磁的材料製作。
導磁片231可以為鐵片、鋼片、矽鋼、電工純鐵、坡莫合金、金屬納米合金材料等導磁材料製作的片。隔磁片232可以為塑料片、樹脂片等絕緣材料製作的片。當然，也可以在導磁片231上包裹絕緣漆等絕緣包層，再將這些包有絕緣包層的導磁片231疊合起來，形成導磁臂23。
驅動機構21的數量可以根據定子20的長度、各導磁臂23的厚度來進行確定。
進一步地，相鄰兩組勵磁組件22中各導磁片231滿足如下關係：
一組勵磁組件22中一個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部位置時：另一組勵磁組件22中對應的導磁片231的中部與該導磁片231鄰近的導磁板31的中部位置相錯開，且該導磁片231與該導磁片231距離最近的相鄰兩導磁板31的中部位置相錯開；任意相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231間的距離相等。
這種結構，在一組勵磁組件22中一個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部位置時，另一組勵磁組件22中對應位置的導磁片231對與該導磁片231的相鄰兩個導磁板31的吸力不相等，這樣可以吸引距離該導磁片231最近的導磁板31向該導磁片231移動。而相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231，及一組勵磁組件22中一個導磁片231與另一組勵磁組件22中對應位置的導磁片231，是指如某組勵磁組件22中第n個導磁片231與另一組勵磁組件22中第n個導磁片231，第n個導磁片231可以是各勵磁組件22中的第一個導磁片231、第二個導磁片231等等。而將任意相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231間的距離相等，則任意組勵磁組件22的某個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部時，鄰近的組勵磁組件22中的對應導磁片231處在距離該導磁片231最近的導磁板31的同一側，且距離相等，從而保證在通電時，能控制向一個方向移動，且移動平穩。
各套驅動機構21中，勵磁組件22可以為三組及三組以上，本實施例中，勵磁組件22以三組為例進行具體說明。
請參閱圖3、圖4和圖7，本實施例中，各套驅動機構21包括三組勵磁組件22，各組勵磁組件22的導磁臂23包括一層導磁片231和包裹該導磁片231的隔磁片232。各導磁臂23使用一層導磁片231，從而在各導磁片231磁吸相應的導磁板31移動時，其移動的距離可以相對較小，如可以小到為一個導磁片231中部到另一個導磁片231中部距離的三分之一，從而可以使得該用於智能機械自由度控制的直線電機100的位置控制更精確；通過設置導磁板31的厚度及導磁片231的厚度，兩導磁板31間的距離及兩導磁片231間的距離，並通過細分驅動電路的驅動，可以使該用於智能機械自由度控制的直線電機100的直線移動精度達到1微米，甚至可以達到100納米的精度，滿足工業控制的要求。
進一步地，在本實施例中，各控制線圈24設置於隔磁片232中。這樣可以通過隔磁片232來保護控制線圈24。控制線圈24纏繞在導磁片231上，從而在控制線圈24中通電時，會在導磁片231上形成感應磁場。進一步地，各控制線圈24蝕刻於隔磁片232中。加工方便，精度控制高。在另一些實施例中，也可以使用腐蝕法、電化學沉積法、電化學轉移法印製而成。另外，控制相鄰兩導磁片231間距離時，可以通過隔磁片232的厚度來進行控制。當相鄰兩導磁片231間距離較大時，也可以額外設置隔片來進行控制。
進一步地，本實施例中，任意相鄰兩個導磁片231間的距離相等。這種結構加工製作方便，成本低，設計也相對簡單。
進一步地，請參閱圖5、圖6和圖7，相鄰兩個導磁片231中部間的距離l滿足以下公式：
l＝m*k，m≠3x；
k＝(d1+d2)/3；
其中，d1為各導磁板31的厚度，d2為各隔磁板32的厚度，x為正整數，m為正整數。
具體請參閱圖5和圖6，導磁板31的厚度為d1，隔磁板32的厚度為d2，導磁片231的厚度為d3，則當導磁片231的中部與導磁板31的中部正對，即導磁片231處於圖5中p位置時，導磁片231受軸向的力f＝0，該位置為穩態，根據力的相互作用，動子30也處於穩態，當有外部受力幹擾時動子30保持這個位置。
當導磁片231的中部位於(d1+d3)/2的位置，即導磁片231位於圖5中r位置時，導磁板31剛剛到達導磁片231處，對導磁板31的吸力最大，則此時導磁片231受力最大f＝fmax。
當導磁片231位於相鄰兩個導磁板31中間，即導磁片231位於圖5中q位置時，導磁片231對兩個導磁板31的作用力相等，導磁片231受軸向的力f＝0。該位置為不穩定狀態，當有外部受力幹擾時，動子30不能保持這個位置。
動子30導磁片231受的軸向力的大小f和該導磁片231相對於定子20的導磁板31之間的距離h的函數曲線關係如圖6所示。需要說明的是：由於實際情況下磁場受導磁板31厚度、隔磁板32厚度、導磁片231和隔磁片232的厚度，導磁板31的磁導率、導磁片231的磁導率，定子20動子30間間隙等多個非線性因素的影響，所以實際fmax和h的關係有一定的誤差。
對於各驅動機構21僅包括三組勵磁組件22的用於智能機械自由度控制的直線電機100來說，做為優選地實施例，請一併參閱圖7，進一步地，在選擇導磁片231及導磁板31的材料，確定其磁導率後，調節導磁板31、隔磁板32、導磁片231和隔磁片232的厚度。使相鄰兩個導磁片231中：一個導磁片231的中部與鄰近的導磁板31的中間對正，使另一個導磁片231軸向受力的fmax的位置剛好處於圖5中的(d1+d2)/3，調節定子20中隔磁片232的厚度，使該另一導磁片231位於三組不同的位置，如圖7中a、b、c三組勵磁組件22中，則可以控制a、b、c三組勵磁組件22的控制線圈24依次通電，以驅動動子30移動。假設k＝(d1+d2)/3，相鄰兩個導磁片231中部間的距離l可以為k，2k，4k，5k，7k，8k……。即l＝m*k，m≠3x；x為正整數，m為正整數。本實施例中，l取值為k。在實際工作或應用中，只需要使相鄰兩組勵磁組件22中各導磁片231滿足如下關係即可——一組勵磁組件22中一個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部位置時：另一組勵磁組件22中對應的導磁片231的中部與該導磁片231鄰近的導磁板31的中部位置相錯開，且該導磁片231與該導磁片231距離最近的相鄰兩導磁板31的中部位置相錯開；任意相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231間的距離相等。
請參閱圖1、圖3和圖5，進一步地，各導磁臂23遠離動子30一端安裝有永磁塊29。在導磁臂23遠離動子30的一端設置永磁塊29，當導磁臂23上的控制線圈24通電時，可以與永磁塊29的磁場相疊加，以增強或減弱導磁臂23的吸力，通過控制各組勵磁組件22中的控制線圈24，使僅作為驅動動子30移動的組勵磁組件22中導磁臂23的磁力增強，而其它各組勵磁組件22中導磁臂23的磁力減弱，以增加用於智能機械自由度控制的直線電機100的驅動力；而當控制線圈24斷電時，導磁臂23的導磁片231中始終有磁力，當整個用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電時，永磁塊29產生的磁場在軸向上被定子20磁路部分的導磁材料(導磁片231)和不導磁材料(隔磁片232)分割。當定子20和動子30導磁材料之間的距離足夠小時，如果軟磁材料的軸向相對位置有偏移，磁場將產生靜態的磁力使定子20動子30保持在磁阻最小的位置上，只要施加在該用於智能機械自由度控制的直線電機100上的外部作用力小於最大靜態的磁力，該用於智能機械自由度控制的直線電機100定子20動子30將保持這個相對位置，因此該用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電後有位置自動保持的功能。
進一步地，本實施例中，動子30呈圓柱狀，各組勵磁組件22包括多個導磁臂23，且多個導磁臂23均勻環繞動子30。從而使該用於智能機械自由度控制的直線電機100呈圓柱狀。進一步地，本實施例中，各組勵磁組件22的導磁臂23的數量為四個，均勻環繞動子30設置。
進一步地，該用於智能機械自由度控制的直線電機100還包括支撐動子30的支撐軸15，動子30中開設有供支撐軸15穿過固定的中心孔。設置支撐軸15，可以更好的支撐住動子30。在另一些實施例中，可以將動子30加工成一體結構。
進一步地，機殼10罩於定子20上，機殼10的兩端開設有供動子30穿過的開孔(圖中未標出)。通過機殼10來支撐定子20，同時起到保護定子20與動子30的作用。具體地，本實施例中，機殼10呈圓筒狀，定子20的各導磁臂23安裝在機殼10的內表面中，以固定住定子20。
更進一步地，機殼10兩端的開孔中安裝有軸套11，以減小摩擦力，使該用於智能機械自由度控制的直線電機100的動子30移動更靈活。
在還有一些實施例中，可以將支撐軸15的兩端與機殼10的兩端固定相連，而將動子30滑動套在支撐軸15上，在機殼10上開設通孔，並在動子30上連接拉線，使拉線穿過通孔，從而在動子30移動時，帶動拉線移動。該結構優點是動子30支撐軸不佔用運動空間，並且電機可以安裝在空間位置足夠的其他地方，一臺電機左右兩個方向上通過拉線驅動的方式帶動負載運動，使得動子30運動空間的體積也較小，進而可以將該用於智能機械自由度控制的直線電機100製作較小。當然，還有一些實施例中，可以將動子30與支撐軸15固定相連，而動子30的長度小於支撐軸15的長度，支撐軸15的兩端滑動安裝在機殼10中，從而動子30移動時，帶動支撐軸移動，該結構同樣可以將用於智能機械自由度控制的直線電機100的體積製作較小。
進一步地，本實施例中，定子20的各導磁片231呈扇形，從而在安裝時，可以使定子20的各勵磁組件22的導磁臂23更好的環繞動子30設置。
請參閱圖1、圖4、圖5和圖7，本實施例中，定子20的驅動機構21為多套，本實施例中畫出了三套，各套驅動機構21包括三組勵磁組件22，三組勵磁組件22對應的各導磁片231分別為a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3；其中a1、b1、c1三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a2、b2、c2三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a3、b3、c3三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21。圖7中示出了動子30在移動時，三套驅動機構21的各導磁片231與動子30的相對位置。圖7中，當a1導磁片231正對一個導磁板31時，b1導磁片231位於(d1+d2)/3處，c1導磁片231位於2*(d1+d2)/3處；同時，a2導磁片231正對下一個導磁板31，a3導磁片231正對再下一個導磁板31，b2導磁片231距離該下一個導磁板31的(d1+d2)/3處，b3導磁片231距離該再下一個導磁板31的(d1+d2)/3處，c2導磁片231距離該下一個導磁板31的2*(d1+d2)/3處，c3導磁片231距離該再下一個導磁板31的2*(d1+d2)/3處。當各b組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即b1組、b2組、b3組勵磁組件22的控制線圈24通電時，磁吸動子30的導磁板31移動(d1+d2)/3的距離；然後各c組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即c1組、c2組、c3組勵磁組件22的控制線圈24通電，磁吸動子30的導磁板31再移動(d1+d2)/3的距離；之後各a組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即a1組、a2組、a3組勵磁組件22的控制線圈24通電，磁吸動子30的導磁板31再移動(d1+d2)/3的距離，從而在一個通電周期(a、b、c組勵磁組件22依次通電)，動子30前進(d1+d2)的距離。則通電時序控制為bcabcabca……，可以控制動子30前進；而通電時序控制為cbacbacba……，則可以控制動子30後退，控制簡單方便。而每次各組勵磁組件22的控制線圈24通電時，動子30可以前進(d1+d2)/3的距離，則通過控制導磁板31、隔磁板32、導磁片231及隔磁片232的厚度，可以精確的控制用於智能機械自由度控制的直線電機100的移動距離與精度，並且沒有累積誤差。
請參閱圖4，控制線圈24可以通過蝕刻的方式製作纏繞在導磁片231上，這種方式可以保證定子20導磁臂23位置的精度，縮小了體積，也比較好處理散熱。另外，可以將各套驅動組件中對應的勵磁組件22的控制線圈24進行(串聯或並聯)連接在一起，以同時控制各套驅動組件中對應的勵磁組件22，具體如將圖7中a1組、a2組、a3組勵磁組件22的控制線圈24進行串聯或並聯，電機的定子導磁臂之間較大的空間串聯或並聯，雖然環繞每個導磁臂的線圈電流較小，但環繞導磁臂的線圈串並聯後電機的工作電流較大，可以產生較大的磁場及工作力矩。進一步地，定子20導磁臂23之間還可以放置軸套11以降低摩擦和降低定子20動子30之間的空隙。進一步地，也可以在定子20導磁臂23之間放置檢測動子30絕對位置的裝置或放置力敏、溫度傳感器等。
進一步地，該用於智能機械自由度控制的直線電機100中，首先永磁體本身可以產生較強的磁場，並且電機的這種結構使定子動子導磁片之間的接觸面積大，磁場可以產生較大的工作力矩。當定子20和動子30軸向位置偏移很小的距離時，定子20層疊的結構使偏移很小的距離產生了很大的力矩累積，因此用於智能機械自由度控制的直線電機100相對於現有的用於智能機械自由度控制的直線電機可以在很小的體積下產生較大的工作力矩，而且三套驅動機構21均可工作，又進一步的提高工作力矩。並且導磁片可以加工很薄，使用於智能機械自由度控制的直線電機運動平滑，提高了控制精度。而且，線圈做在隔離片中，減小了電機的體積，提高了電機的功率質量比。
進一步地，可以選擇動子導磁片和絕緣片的光線反射係數，電機內部增加檢測電機相對位置的裝置，從而可以測量出定子動子相對的位移和運動方向，減小了整個控制系統的體積。由於該用於智能機械自由度控制的直線電機100運動的部分只有動子30，動子30結構簡單質量小，使用於智能機械自由度控制的直線電機100的運動慣量小。工作更加穩定可靠。
進一步的，定子可以呈橢圓狀或框狀，動子也可以為橢圓或框狀以配合定子。
進一步的，電機控制線圈的電流驅動電路可以加入細分驅動電路，以使電機運動更平滑，位置控制更精確。
一般來說，由於智能機械要求體積小、多軸多關節多自由度、運動響應速度快、承受負荷大並且負荷變化快、空間位置的控制精度要求高。智能機械內部有大量需要直線驅動的關節或自由度。智能機械自由度驅動要求驅動電機具有最大的功率質量比、扭矩慣量比、較寬廣平滑的調速範圍，特別是像機器人末端執行器(手爪)應採用體積、質量儘可能小的電動機，尤其是要求快速響應時，伺服電機必須具有較高的可靠性，並且有較大的短時過載能力。因而該用於智能機械自由度控制的直線電機100可以應用在各種智能機械中，包括各種仿生機械、數控工具機、自動化生產線以及能夠替代人類體力勞動或完成不同功能的裝置，例如機械手、手術機器人、服務機器人等等。
實施例二：
請參閱圖8，請一併參閱圖1，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
相鄰兩個導磁片231中部間的距離l＝2k＝2*(d1+d2)/3其中，d1為各導磁板31的厚度，d2為各隔磁板32的厚度。
請一併參閱圖4，具體為：本實施例中，畫出了三套，各套驅動機構21包括三組勵磁組件22，三組勵磁組件22對應的各導磁片231分別為a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3；其中a1、b1、c1三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a2、b2、c2三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a3、b3、c3三組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21。圖8中示出了動子30在移動時，三套驅動機構21的各導磁片231與動子30的相對位置。圖8中，當a1導磁片231正對一個導磁板31時，b1導磁片231位於2(d1+d2)/3處，c1下一導磁片231的(d1+d2)/3處；a1導磁片231與a2導磁片231間的距離等於a2導磁片231與a3導磁片231間的距離，且a1導磁片231與a2導磁片231間的距離等於兩個相鄰導磁板31中部間距離的兩倍。當各c組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即c1組、c2組、c3組勵磁組件22的控制線圈24通電時，磁吸動子30的導磁板31移動(d1+d2)/3的距離；然後各b組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即b1組、b2組、b3組勵磁組件22的控制線圈24通電，磁吸動子30的導磁板31再移動(d1+d2)/3的距離；之後各a組勵磁組件22的控制線圈24通電時，即a1組、a2組、a3組勵磁組件22的控制線圈24通電，磁吸動子30的導磁板31再移動(d1+d2)/3的距離，從而在一個通電周期(a、b、c組勵磁組件22依次通電)，動子30前進(d1+d2)的距離。則通電時序控制為cbacbacba……，可以控制動子30前進；而通電時序控制為bcabcabca……，則可以控制動子30後退，控制簡單方便。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例三：
請參閱圖9，請一併參閱圖1，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
相鄰兩個導磁片231中部間的距離l＝4k＝4*(d1+d2)/3其中，d1為各導磁板31的厚度，d2為各隔磁板32的厚度。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例四：
請參閱圖10，請一併參閱圖1，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
各套驅動機構21包括四組勵磁組件22，四組勵磁組件22對應的各導磁片231分別為a1、b1、c1、d1，a2、b2、c2、d2，a3、b3、c3、d3，a4、b4、c4、d4，a5、b5、c5、d5；其中a1、b1、c1、d1四組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a2、b2、c2、d2四組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a3、b3、c3、d3四組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a4、b4、c4、d4四組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21，a5、b5、c5、d5四組對應的勵磁組件22形成一套驅動機構21。圖10中示出了動子30在移動時，四套驅動機構21的各導磁片231與動子30的相對位置。
相鄰兩個導磁片231中部間的距離l＝(d1+d2)/4其中，d1為各導磁板31的厚度，d2為各隔磁板32的厚度。通電時序控制為bcdabcdabcda……，可以控制動子30前進；而通電時序控制為dcbadcbadcba……，則可以控制動子30後退，控制簡單方便。各相應勵磁組件22的通電周期，動子30移動(d1+d2)/4。
本實施例中驅動機構21畫出五套。在其它實施例中，可以根據需要設置驅動機構21的數量。另外，在其它實施例中，各套驅動機構21還可以包括五組勵磁組件22、六組勵磁組件22、七組勵磁組件22等等。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例五：
請參閱圖11和圖12，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
本實施例中，用於智能機械自由度控制的直線電機100包括支撐軸15，動子30包括環繞支撐軸15的多個磁吸臂33，各磁吸臂33包括交替層疊設置的若干導磁板31和隔磁板32；各組勵磁組件22包括分別與各磁吸臂33相對應的多個導磁臂23，且多個導磁臂23均勻環繞動子30。這種結構在機殼10的內表面環設多個導磁臂23，支撐軸15上對應各導磁臂23的位置設置磁吸臂33，各磁吸臂33使用交替層疊設置的若干導磁板31和隔磁板32，以形成動子30結構。這種結構通過各導磁臂23的磁吸使用，可以對動子30進行定位，防止動子30偏轉。
請一併參閱圖4，進一步地，各磁吸臂33遠離定子20的一端設置永磁體39，這樣可以使動子30的導磁片231中始終有磁力，移動時，可以增加與定子20導磁板31的吸力，增加驅動力；當整個用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電時，永磁體39產生的磁場在軸向上被動子30磁路部分的導磁材料(導磁板31)和不導磁材料(隔磁板32)分割。當定子20和動子30導磁材料之間的距離足夠小時，如果軟磁材料的軸向相對位置有偏移，磁場將產生靜態的磁力使定子20動子30保持在磁阻最小的位置上，只要施加在該用於智能機械自由度控制的直線電機100上的外部作用力小於最大靜態的磁力，該用於智能機械自由度控制的直線電機100定子20動子30將保持這個相對位置，因此該用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電後有位置自動保持的功能。
進一步地，導磁臂23遠離動子30的一端設置永磁塊29，當整個用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電時，導磁臂23的導磁片231中始終有磁力，該磁力形成的磁場與動子30上導磁板31的磁場相作用，增加最大靜態的磁力，更好的保持用於智能機械自由度控制的直線電機100的動子30穩定。
進一步地，該結構通過控制各勵磁組件22的控制線圈24，可以使導磁臂23上產生交變磁場，進而可以控制動子30轉動，以實現沿軸向移動與繞軸向轉動兩個方向的自由度。進一步地，各導磁板31呈扇形設置。以更好的與相應的導磁臂23相配合。
進一步地，機殼10罩於定子20上，機殼10的兩端開設有供動子30穿過的開孔，定子20的兩端安裝有墊環18，各墊環18安裝於機殼10的內表面。設置墊環18，可以使定子20更好的安裝固定在機殼10中，同時起到保護定子20的作用。
進一步地，各導磁板31上設有若干第一外齒，從而形成的各磁吸臂33上形成若干第一外齒，各導磁臂23上設有若干分別與各第一外齒35相對應的定位內齒。在各導磁板31上設置第一外齒35，對應在各導磁臂23上設置定位內齒，可以形成步進電機的功能，以實現沿軸向移動與繞軸向轉動兩個方向的自由度。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例六：
請參閱圖13和圖14，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
各導磁板31上設有若干第一外齒35，各導磁臂23上設有若干分別與各第一外齒35相對應的定位內齒235。在各導磁板31上設置第一外齒35，對應在各導磁臂23上設置定位內齒235，可以形成步進電機的功能，以實現沿軸向移動與繞軸向轉動兩個方向的自由度。
進一步地，機殼10罩於定子20上，機殼10的兩端開設有供動子30穿過的開孔，定子20的兩端安裝有墊環18，各墊環18安裝於機殼10的內表面。設置墊環18，可以使定子20更好的安裝固定在機殼10中，同時起到保護定子20的作用。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例七：
請參閱圖15和圖16，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例六的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
本實施例中，機殼10呈圓筒狀，機殼10套於動子30上，定子20滑動安裝於機殼10中，各組勵磁組件22包括多個導磁臂23，且多個導磁臂23均勻環繞機殼10的軸向設置，動子30環繞定子20設置。該結構為將動子30設置在定子20的外圍，使機殼10隨動子30移動。
進一步地，該用於智能機械自由度控制的直線電機100還包括夾持固定若干套驅動機構21的夾持板17，夾持板17滑動安裝於動子30中。設置夾持板17，以更好的固定住定子20，保證定子20的穩定。
更進一步地，定子20的兩端分別安裝有墊環18，各墊環18安裝於相應夾持板17的內表面。設置墊環18，可以起到保護定子20的作用。
進一步地，該用於智能機械自由度控制的直線電機100還包括支撐軸15，多個導磁臂23均勻環繞安裝於支撐軸15上。設置支撐軸15，以便通過支撐軸15來固定與支撐住定子20。
進一步地，各導磁臂23遠離動子30一端安裝有永磁塊29。以使該用於智能機械自由度控制的直線電機100斷電後有位置自動保持的功能。
進一步地，本實施例中，各導磁片231呈環形。從而使製作的動子30結構呈環形。
在其它實施例中，動子30可以包括安裝於機殼10內表面的多個磁吸臂33，各磁吸臂33包括交替層疊設置的若干導磁板31和隔磁板32；各導磁片231呈扇形。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例六的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例八：
請參閱圖17，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例七的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
各導磁板31上設有若干第一內齒34，各導磁臂23上設有若干分別與各第一外齒35相對應的定位外齒234。在各導磁板31上設置第一內齒34，對應在各導磁臂23上設置定位外齒234，可以形成步進電機的功能，以實現沿軸向移動與繞軸向轉動兩個方向的自由度。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例七的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例九：
請參閱圖18、圖19和圖20，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
本實施例中，各勵磁組件22的導磁臂23包括多個層疊設置的導磁片231。在其它實施例中，各導磁臂23的導磁片231可以為兩層、三層、四層等等。
具體地，本實施例中，驅動機構21為一個，當然，在其它實施例中，沿用於智能機械自由度控制的直線電機100的長度方向，驅動機構21也可以設置多個。本實施例中，驅動機構21包括三組勵磁組件22，如圖18中所示，分別對應為a、b、c三組勵磁組件22。這種結構的勵磁組件22製作方便，成本低。
進一步地，本實施例中，用於智能機械自由度控制的直線電機100呈圓柱狀，相鄰兩組勵磁組件22的導磁臂23在徑向上相互錯開，同時可以將其控制線圈24相錯開，從而可以將該用於智能機械自由度控制的直線電機100製作更為緊促。
進一步地，同一組勵磁組件22中相鄰兩個導磁片231間的距離相等。該結構可以方便各導磁臂23的加工製作。更進一步地，同一組勵磁組件22中相鄰兩個導磁片231間的距離與一片導磁片231的厚度之和等於動子30中相鄰的一片導磁板31與一片隔磁板32的厚度之和。該結構可以使同一組勵磁組件22的各導磁片231同時磁吸鄰近的導磁板31，力矩更大。
進一步地，相鄰兩組勵磁組件22中各導磁片231滿足如下關係：
一組勵磁組件22中一個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部位置時：另一組勵磁組件22中對應的導磁片231的中部與該導磁片231鄰近的導磁板31的中部位置相錯開，且該導磁片231與該導磁片231距離最近的相鄰兩導磁板31的中部位置相錯開；任意相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231間的距離相等。
作為優選地實施例，為方便理解，a、b、c三組勵磁組件22中對應的某個導磁片231為例進行說明：如a組勵磁組件22中第三個導磁片231的中部正對動子30上某個導磁板31的中部位置時，b組勵磁組件22中對應第三個導磁片231與該第三個導磁片231鄰近的導磁板31的中部位置相錯開，且該b組勵磁組件的第三導磁片231與該第三導磁片231距離最近的相鄰兩導磁板31的中部位置相錯開。任意相鄰兩組勵磁組件22中同一位置對應的兩個導磁片231間的距離相等。如a組勵磁組件22中第三個導磁片231的中部到b組勵磁組件22中第三個導磁片231的中部之間的距離等於b組勵磁組件22中第三個導磁片231的中部到c組勵磁組件22中第三個導磁片231的中部之間的距離；同時，a組勵磁組件22中第二個導磁片231的中部到b組勵磁組件22中第二個導磁片231的中部之間的距離等於b組勵磁組件22中第二個導磁片231的中部到c組勵磁組件22中第二個導磁片231的中部之間的距離。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
實施例十：
請參閱圖21和圖22，本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的區別為：
本實施例中，定子20和動子30均呈長條狀，動子30滑動安裝於定子20上。該結構可以將動子30製作為軌道結構，而合定子20在動子30上移動。當然在其它實施例中，也可以將定子20製作為軌道結構，而使動子30在定子20上移動。
進一步地，機殼10罩在定子20上，以保護定子20結構。更進一步地，該用於智能機械自由度控制的直線電機100還包括支撐動子30的滑軌16，動子30安裝在滑軌16中，而機殼10滑動安裝在滑軌16上。設置滑軌16，可以更好的引導定子20相對動子30移動，同時可以起到保護動子30的作用。更進一步地，機殼10上還安裝有滾輪161，滾輪161配合置於滑軌16上，從而使機殼10可以更好的在滑軌16上滑動，以減小摩擦力。
本實施例的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構與實施例一的用於智能機械自由度控制的直線電機100的其它結構相同，在此不再贅述。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。