CN102013783B

CN102013783B - 一种轻型直流直线电机

Info

Publication number: CN102013783B
Application number: CN2010106015394A
Authority: CN
Inventors: 王利强; 周喜; 董欣
Original assignee: Tianjin University of Technology
Current assignee: Tianjin University of Technology
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102013783A

Abstract

本发明公开了一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座。外壳采用聚甲醛材料制作，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。本发明的直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大等特点。

Description

一种轻型直流直线电机

技术领域

本发明属于直线电机领域，特别是涉及一种重量轻的直流直线电机装置。

背景技术式

直流直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置，它利用放于磁场中的电枢线圈和磁场相互作用，产生安培力，推动电枢线圈往返运动。直流直线电机具有如下特点：无旋转运动转换为直线运动的过程，实现了“直接驱动”或“零传动”；电枢质量轻，反应灵敏，动态响应非常好；电枢骨架为非导磁体，消除了永磁电机固有的电枢和磁极之间的吸力，降低了启动电压；整体结构简单，散热效果好，可以应用于热负荷高的场合；电枢和磁极无接触、无磨损，运行噪声极低。

美国Smac公司推出了LAS系列直流直线电机，新加坡BEI公司和美国USAS公司也分别推出了LA系列VLR系列直流直线电机，上述厂家生产的直线电机产品均存在体积大、笨重等弊端，限制了其应用范围。

中国专利公开号CN101068090A，公开日2007年11月7日，发明创造的名称为一种直流直线音圈电机，该申请案公开了一种音圈电机结构，包括铁壳、铁芯、音圈支架、漆包线圈、环形磁钢或瓦形磁钢组和圆柱形磁钢。该方案的直流直线音圈电机也存在重量大这一缺陷，在实际使用中带来诸多不便。

直流直线电机的重量主要来自铁芯、磁钢、外壳三部分，从这三个构件入手，减轻单个构件重量，并采用高强度、低比重的新材料替代电机的传统制造材料，是实现电机轻型化的一个有效途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轻型直流直线电机，该直流直线电机包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座，采用低比重、高强度的新型工程塑料制作电机外壳，并改进铁芯结构，该直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大的特点。

本发明通过下述技术方案予以实现：

本发明包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座；外壳的材质是聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和主磁钢内部磁极是相反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架由工程塑料制作而成，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。

与现有技术相比，本发明有益效果是：

1.重量轻。本发明的直流直线电机的外壳采用低比重的聚甲醛制作，用于励磁的铁芯中心部分也是中空的，因而整机重量远远轻于同类电机。

2.结构简单。直流直线电机由外壳、磁钢、铁芯、电枢等组成，组成部件少，整机结构简单。

3.推力大。薄层磁钢紧贴铁芯外壁，作为磁轭；采用A3钢的底座中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接，使得主磁钢的内、外磁场贯通，增加了气隙磁密，增大了电机推力。

附图说明

图1是直流直线电机的整机剖视图，图中：101-外壳，102-薄层软铁、103-主磁钢、104-电枢线圈、105-薄层磁钢、106-铁芯、107-电枢骨架、108-底座。

图2是主磁钢的磁极方位图。

图3是铁芯、薄层磁钢和底座的剖视图。

图4是电枢结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1是直流直线电机的整机结构，包括定子、动子和磁场气隙。定子包括外壳101和薄层软铁102、主磁钢103、薄层磁钢105和铁芯106、底座108。动子包括电枢线圈104和电枢骨架107。

外壳采用的材质是聚甲醛(POM)，聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，具有金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有良好的耐疲劳性，并富有弹性，还有较好的耐化学品性。聚甲醛的价格低于其他许多工程塑料，可替代钢、锌、黄铜和铝等金属零件。聚甲醛的比重为1.39，远远小于钢材的比重7.8，用聚甲醛制作电机外壳，降低了整机重量。如图1和图2所示，薄层软铁102位于外壳101和主磁钢103之间，镶嵌在外壳101的内壁上，作为外部磁轭，用来传输主磁钢103的外部磁场。薄层软铁102是一圆筒状结构，采用A3钢制造。

主磁钢103采用永磁材料制造，如：铝镍钴、钕铁硼等。如图2所示，主磁钢103呈扇形，均匀分布于外壳内侧，主磁钢103的磁性为：S极在内，N极在外，各片主磁钢互斥，紧贴薄层软铁102。主磁钢103的片数越多，磁场越均匀，气隙磁密越大，数量可以为3、6、9、12等，但考虑装配工艺，通常选用3片。

如图3所示，沿轴向方向，铁芯106的中心部分利用率很低，既不导磁，也不承担机械载荷，但铁芯106通常由A3钢制作，重量大。因此，本发明的铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢105紧贴铁芯106外壁，作为内部磁轭。与主磁钢103类似，薄层磁钢105围绕成圆柱状，每片薄层磁钢105包括外部磁极和内部磁极；沿径向方向，薄层磁钢105的外部磁极和主磁钢103内部磁极是相反的。底座108的中心部分是一圆柱。底座采用A3钢制作，用来支撑铁芯106及薄层磁钢105、主磁钢103及薄层软铁102；底座108的中心部分伸入到铁芯106的底部，底座108和铁芯106的底部、薄层软铁102的底部相连接，使得主磁钢103的内、外磁场贯通，增加了气隙磁密，有助于增大电机推力，而且，由于铁芯106是中空的，这减轻了定子重量。

如图4所示，动子包括电枢骨架107和电枢线圈104。电枢骨架107由工程塑料制作而成，以减轻其质量使其能够快速响应，电枢骨架107呈空心筒状，在电枢骨架107的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。电枢骨架107位于铁芯106的外侧、主磁钢103的内侧，电枢骨架107的内径大于铁芯106的外径，在电磁场作用下，推动动子往返直线运动。

Claims

1.一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架和电枢线圈，铁芯位于外壳的中心处，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝，其特征在于还包括底座，外壳的材质是聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和主磁钢内部磁极是相反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架由工程塑料制作而成；主磁钢均匀分布于外壳内侧，紧贴薄层软铁；电枢骨架位于铁芯的外侧、主磁钢的内侧。