CN101741217A - 短磁路结构圆筒型直流直线电机 - Google Patents

Abstract

短磁路结构圆筒型直流直线电机，它涉及电机领域，它解决了现有电机的磁路长、气隙磁密低、铁心用量多、电机的重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，导致的电机的动态特性差的问题。本发明初级的两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座上；次级中的外导磁轭和内导磁轭为圆环形导磁轭；次级中的永磁体为三个圆环形永磁体；永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭的内壁上；三个永磁体沿轴向依次为外向径向、轴向、内向径向充磁；永磁体与初级之间为外气隙；初级与内导磁轭之间是内气隙。它缩短永磁体磁通的路径，减小直线电机的次级质量与漏磁，提高气隙磁通密度，提高电机的输出推力和动态响应。

Description

短磁路结构圆筒型直流直线电机

技术领域

本发明涉及电机领域。

背景技术

基于安培力原理制造的直流直线电机，结构简单、体积小、推力波动小，且可靠性高、能量转换效率高，越来越多地用在各种直线运动控制系统中。加上直流直线电机的快速、平滑、无齿槽效应、无滞后响应等特性，使直流直线电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、高推力响应的伺服控制系统中。

如图35所示，在圆筒型直流直线电机的传统结构中，永磁体为圆筒形，径向充磁，固定于一个圆筒形的外导磁轭的内侧，环形线圈固定于圆筒形的线圈支撑架上，环形线圈的内侧为圆柱形的内导磁轭，外导磁轭、永磁体、环形线圈与内导磁轭同轴线。外导磁轭与内导磁轭在一个端面连接在一起，形成一个部件。永磁体形成沿径向的气隙磁场，通电线圈与磁场相互作用，产生沿轴线的电磁力。该电机的结构简单，成本低。但是，由于永磁体需要通过内、外导磁轭形成闭合磁路，因此，该电机的磁路长，气隙磁密低，铁心用量多，电机的重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，电机的动态特性差。

发明内容

本发明为了解决现有电机的磁路长、气隙磁密低、铁心用量多、电机的重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，导致的电机的动态特性差的问题，而提出一种短磁路结构圆筒型直流直线电机。

本发明它包括初级、次级和气隙，初级包括绕组支撑座1和电枢绕组2；电枢绕组2为单相绕组，所述单相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座1上；次级包括永磁体和导磁轭；导磁轭包括外导磁轭4和内导磁轭5，外导磁轭4和内导磁轭5为圆环形导磁轭；永磁体包括外次级永磁体31，外次级永磁体31为三个圆环形永磁体；外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭4的内壁上；外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次为外向径向充磁、轴向充磁、内向径向充磁；外次级永磁体31的内表面与初级的外表面之间为外气隙；初级的内表面与内导磁轭5的外表面之间是内气隙。

本发明该电机采用短磁路结构，可以缩短永磁体磁通的路径，能够减少密度大的导磁材料的用量，从而可以减小直线电机的次级质量与漏磁，提高气隙磁通密度，从而可以提高电机的输出推力和动态响应。

附图说明

图1和图2是具体实施方式一的结构示意图；图3和图4是具体实施方式三的结构示意图；图5至图8是具体实施方式四的结构示意图；图9至图12是具体实施方式五的结构示意图；图13至图16是具体实施方式六的结构示意图；图17至图20是具体实施方式七的结构示意图；图21和图22是具体实施方式十一和十二的结构示意图；图23具体实施方式一的径向剖视图；图24是图23的A部放大图；图25具体实施方式二的径向剖视图；图26是图25的B部放大图；图27具体实施方式三的径向剖视图；图28是图25的C部放大图；图29具体实施方式五或六的径向剖视图；图30是图29的D部放大图；图31和图33具体实施方式七的径向剖视图；图32是图31的E部放大图；图34是图33的F部放大图；图35是传统圆筒型直流直线电机的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图23和图24说明本实施方式，本实施方式由初级、次级和气隙组成；

初级包括绕组支撑座1和电枢绕组2；电枢绕组2为单相绕组，所述单相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座1上；次级包括永磁体和导磁轭；导磁轭包括外导磁轭4和内导磁轭5，外导磁轭4和内导磁轭5为圆环形导磁轭；永磁体包括外次级永磁体31，外次级永磁体31为三个圆环形永磁体；外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭4的内壁上；外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次为外向径向充磁、轴向充磁、内向径向充磁；外次级永磁体31的内表面与初级的外表面之间为外气隙；初级的内表面与内导磁轭5的外表面之间是内气隙。

具体实施方式二：结合图2、图4、图6、图8、图10、图12、图14、图16、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述电枢绕组2的两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座1的凸台外壁或采用绝缘材料固定在凸台的端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于所述永磁体还包括内次级永磁体32，内次级永磁体32为三个圆环形永磁体，内次级永磁体32紧密配合在圆环形的内导磁轭5的外壁上；内次级永磁体32的轴向长度与外次级永磁体31的轴向长度相同，内次级永磁体32沿轴向依次为径向充磁、轴向充磁、径向充磁；内次级永磁体32中径向充磁的永磁体与外次级永磁体31中径向充磁的永磁体的充磁方向相同，内次级永磁体32中轴向充磁的永磁体与外次级永磁体31中轴向充磁的永磁体的充磁方向相反。

具体实施方式四：结合图5至图8说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二或三不同点在于增加了导磁环6，所述导磁环6固定在永磁体中轴向充磁的永磁体与导磁轭之间。具体结构为：

对于只有一个外次级永磁体31的具体实施方式一或二所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机的结构，结合图5和图6本实施方式为：增加一个导磁环6，所述导磁环6固定在外次级永磁体31中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭4之间。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同；

对于有一个外次级永磁体31和一个内次级永磁体32的在具体实施方式二或三所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机的结构，结合图7和图8本实施方式为：增加两个导磁环6，所述两个导磁环6分别固定在外次级永磁体31中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭4之间、和内次级永磁体32中的轴向充磁的圆环形永磁体与内导磁轭5之间。其它组成和连接方式与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：结合图9至图12、图29和图30说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同点在于增加了阻尼套筒7，阻尼套筒7紧密配合在内导磁轭5的外表面，阻尼套筒7为低电阻率材料，低电阻率材料为金、银、铜和铝。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或四相同。

对于具体实施方式一、二、三或四，本实施方式增加的阻尼套筒7位于内导磁轭5的外壁与绕组支撑座1凸台的内壁之间。

具体实施方式六：结合图13至图16、图29和图30说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同点在于增加了阻尼层8，阻尼层8镀在内导磁轭5的外表面，阻尼层8为低电阻率材料，低电阻率材料为金、银、铜和铝。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或四相同。

对于具体实施方式一、二、三或四，本实施方式增加的阻尼层8位于内导磁轭5的外壁与绕组支撑座1凸台的内壁之间。

具体实施方式七：结合图17至图20和图31至图34说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一、三或四不同点在于增加了冷却水套10，冷却水套10紧密配合在绕组支撑座1凸台的外壁上，冷却水套10为低电阻率材料，低电阻率材料为金、银、铜和铝。其它组成和连接方式与具体实施方式一、三或四相同。

对于具体实施方式一、三或四，本实施方式增加的冷却水套10位于绕组支撑座1凸台的外壁与电枢绕组2的内壁之间。现有的电机采用自然冷却，电机的温升高，结构变形大，而且定位时动子没有阻尼效果，使得电机的控制精度也差。该电机采用水冷结构，并且冷却水套具有阻尼作用，一方面可以提高冷却效果，减小因温升引起的结构变形；另一方面阻尼作用可以缩短定位时间、提高定位精度。从而通过这种双重作用，可以有效提高直线电机的控制精度。电机采用短磁路结构，可以缩短永磁体磁通的路径，能够减少密度大的导磁材料的用量，从而可以减小直线电机的次级质量与漏磁，提高气隙磁通密度，从而可以提高电机的输出推力和动态响应。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七中任意一个实施方式不同点在于外导磁轭4和内导磁轭5为导磁的磁性材料，其它组成和连接方式与具体实施方式一至七中任意一个相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七中任意一个实施方式不同点在于外导磁轭4和内导磁轭5为相互独立同轴圆环体，其它组成和连接方式与具体实施方式一至七中任意一个相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至七中任意一个实施方式不同点在于外导磁轭4和内导磁轭5为轴向端部连接的圆环体，即外导磁轭4和内导磁轭5组成一个开有环形凹槽的圆环体。其它组成和连接方式与具体实施方式一至七中任意一个相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十中任意一个实施方式不同点在于增加了机壳9，所述机壳9为开有中心孔的薄壁圆筒，外导磁轭4的外壁固定在机壳9的薄壁圆筒的内壁上，外导磁轭4和内导磁轭5的轴向端部固定在机壳9的筒底。其它组成和连接方式与具体实施方式一至十中任意一个相同。

具体实施方式十二：结合图21和图22说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式十二不同点在于所述机壳9还包括内薄壁圆筒，所述薄壁圆筒的内径与所述饥壳9的中心通孔的内径相同，所述薄壁圆筒的一端固定在机壳9底，并且与所述机壳9的中心孔同轴；内导磁轭5的内壁固定在所述薄壁圆筒的外壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式十二相同。

本发明当需要增大电机的输出推力时，把电机的初级与次级沿轴向串联即可。电机既可为动次级，亦可动初级。本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

Claims (10)

1.短磁路结构圆筒型直流直线电机，它包括初级、次级和气隙；其特征在于初级包括绕组支撑座(1)和电枢绕组(2)；电枢绕组(2)为单相绕组，所述单相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座(1)上；次级包括永磁体和导磁轭；导磁轭包括外导磁轭(4)和内导磁轭(5)，外导磁轭(4)和内导磁轭(5)为圆环形导磁轭；永磁体包括外次级永磁体(31)，外次级永磁体(31)为三个圆环形永磁体；外次级永磁体(31)的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭(4)的内壁上；外次级永磁体(31)的三个圆环形永磁体沿轴向依次为外向径向充磁、轴向充磁、内向径向充磁；外次级永磁体(31)的内表面与初级的外表面之间为外气隙；初级的内表面与内导磁轭(5)的外表面之间是内气隙。

2.根据权利要求1所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于所述电枢绕组(2)的两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座(1)的凸台外壁或采用绝缘材料固定在凸台的端面上。

3.根据权利要求2所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于永磁体还包括内次级永磁体(32)，内次级永磁体(32)为三个圆环形永磁体，内次级永磁体(32)紧密配合在圆环形的内导磁轭(5)的外壁上；内次级永磁体(32)的轴向长度与外次级永磁体(31)的轴向长度相同，内次级永磁体32沿轴向依次为径向充磁、轴向充磁、径向充磁；内次级永磁体(32)中径向充磁的永磁体与外次级永磁体(31)中径向充磁的永磁体的充磁方向相同，内次级永磁体(32)中轴向充磁的永磁体与外次级永磁体(31)中轴向充磁的永磁体的充磁方向相反。

4.根据权利要求2所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括导磁环(6)，所述导磁环(6)固定在外次级永磁体(31)中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭(4)之间。

5.根据权利要求3所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括两个导磁环(6)，所述两个导磁环(6)分别固定在外次级永磁体(31)中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭(4)之间、和内次级永磁体(32)中的轴向充磁的圆环形永磁体与内导磁轭(5)之间。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括阻尼套筒(7)或阻尼层(8)，所述的阻尼套筒(7)紧密配合在内导磁轭(5)的外壁上，所述的阻尼层(8)镀在内导磁轭(5)的外壁上，阻尼套筒(7)和阻尼层(8)均为低电阻率材料。

7.根据权利要求1、2、3、4或5所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括冷却水套(10)，冷却水套(10)为薄壁环形圆筒，薄壁环形圆筒紧密配合在绕组支撑座(1)凸台的外壁上或与绕组支撑座(1)凸台的外壁形成一体结构的薄壁环形圆筒，冷却水套(10)为低电阻率材料。

8.根据权利要求1、2、3、4或5所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于外导磁轭(4)和内导磁轭(5)为相互独立同轴圆环体或轴向端部连接的两个圆环体。

9.根据权利要求1、2、3、4或5所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括机壳(9)，所述机壳(9)为开有中心孔的薄壁圆筒，外导磁轭(4)的外壁固定在机壳(9)的薄壁圆筒的内壁上，外导磁轭(4)和内导磁轭(5)的轴向端部固定在机壳(9)的筒底。

10.根据权利要求9所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于所述机壳(9)还包括内薄壁圆筒，所述薄壁圆筒的内径与所述机壳(9)的中心通孔的内径相同，所述薄壁圆筒的一端固定在机壳(9)底，并且与所述机壳(9)的中心孔同轴；内导磁轭(5)的内壁固定在所述薄壁圆筒的外壁上。

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