CN104393737A - 直线振荡电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线振荡电机，包括：外层定子，呈中空结构；内层动子，套设于外层定子的中空结构中；其中，在沿外层定子轴心延伸的方向上，具有多个围绕轴心形成的中空绕组槽，每个都缠绕线圈绕组；内层动子包括内筒和固定设置在内筒外壁的永磁体，永磁体分为：靠近内筒的内环层、套设在内环层的外的外环层；外环层的充磁方向为哈尔巴赫阵列；内环层的永磁体的充磁方向与内筒轴向方向平行。采用上述的方式，可以增强磁感应强度，减少漏磁，从而提高电机的轴向输出力；此外，本发明直线振荡电机采用的该哈尔巴赫阵列具有自屏蔽特性，动子的内筒可以选用轻质高强度非导磁材料加工而成，大大减小动子的质量，提高了电机动态性能。

Description

直线振荡电机

技术领域

本发明涉及电磁技术领域，尤其涉及一种直线振荡电机。

背景技术

随着航空器技术的发展，多电飞机已经成为目前研究热点与未来发展方向。相比于传统功率液传系统，多电飞机采用功率电传系统，避免了液压长管路带来的重量大、可靠性低、维护性差等问题，可以有效提高飞机的功重比和可靠性。

目前功率电传系统中常用的作动器包括：采用机械传统方式的机电作动器EMA(Electro-mechanical Actuator)和液压传动方式的旋转式电静液作动器EHA(Electro-hydrostatic Actuator)。EMA通常由旋转电动机、减速器、旋转变直线运动转换机构及作动筒组成。电动机在电能驱动下输出旋转运动，经过减速器及运动转换机构转化成驱动舵面需要的直线运动。但由于机械传统机构质量大、可靠性低等缺点的限制，EMA技术还不能满足飞行器的需求。EHA通常由旋转电动机、旋转柱塞泵和作动筒构成。电动机的旋转运动经过旋转柱塞泵转化为柱塞的往复直线运动，经过配流盘获得驱动舵面需要的直线运动。该技术不但具有液压系统功率密度大的特点，又采用容积控制，避免了阀控系统节流损失，提高了能量转换效率，是目前主要发展方向。然而不可避免地整个系统也存在如下问题：液压泵摩擦与泄露问题严重；电机泵组大惯量带来的动态问题；余度配置复杂，容错能力差。

针对以上问题，提出一种直线驱动电静液作动器LEHA(Linear-driving Electro-hydrostatic Actuator)系统，其工作原理是利用直线电机直接驱动活塞进行双向高频往复吸排油，经过后端交互式配流技术输出需要的直线运动。其优点为：惯量较小，动态性能好；消除了旋转柱塞泵的摩擦，效率提高；余度配置灵活，可靠性高。

毋庸置疑，直线电机是整个LEHA系统的核心，提高直线电机的功重比也是提升整个系统性能的关键。而提高电机功重比的重点在于提高直线电机速度，即往复运动的频率。提高运动频率带来的最大问题就是动态性能的下降。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种直线振荡电机，包括：外层定子，呈中空结构；内层动子，套设于所述外层定子的中空结构中；其中，在沿所述外层定子轴心延伸的方向上，具有多个围绕所述轴心形成的中空绕组槽，每个所述中空绕组槽中缠绕线圈绕组；所述内层动子包括内筒和固定设置在所述内筒外壁的永磁体，所述永磁体分为：靠近所述内筒的内环层，以及套设在所述内环层的外的外环层；所述外环层的充磁方向为哈尔巴赫阵列；所述内环层的永磁体的充磁方向与所述内筒轴向方向平行。

本发明至少具有如下有益效果：本发明可以增强磁感应强度，减少漏磁，从而提高电机的轴向输出力；此外，由于该哈尔巴赫阵列具有自屏蔽特性，动子内筒可以选用轻质高强度非导磁材料加工而成，大大减小动子的质量，提高了电机动态性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明直线振荡电机的剖面示意图；

图2为本发明直线振荡电机中外层定子和内层动子剖面充磁方向和电流方向示意图；

图3为本发明另一种实施例中外层定子和内层动子剖面充磁方向和电流方向示意图。

图4为本发明直线振荡电机中导磁板的结构示意图。

附图标记：1-外层定子；2-内层动子；3-线圈绕组；4-谐振弹簧；5-直线轴承；6-支撑法兰；7-端盖；8-定子外套；9-导磁板；10-中空绕组槽；10a-开口部；11-导磁块；12-永磁铁；13-内筒；14-环形凸台；15-伸出端；A-外环层；B-内环层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明以下各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

实施例1：

本发明涉及一种直线振荡电机，参见图1，其包括外层定子、内层动子、在外层定子上的中空绕组槽，其中，外层定子为中空结构，内层动子套设在该中空结构中，上述中空绕组槽沿外层定子轴心的延伸方向排布，中空绕组槽具有多个，每个中空绕组槽都是一个独立的环形结构，它们是围绕外层定子的轴心而形成的，每个独立的中空绕组槽内都缠绕有线圈绕组。当然，如果线圈绕组是多匝线缠绕而成，那么至少在一个中空绕组槽中的线的缠绕方向为同一方向。上述的中空绕组槽是给线圈绕组提供缠绕的空间，并且可以对线圈绕组固定或定位。

上述内层动子包括内筒和固定设置在内筒外壁的永磁体，永磁体分为：靠近所述内筒的内环层B，以及套设在所述内环层的外的外环层A；外环层的充磁方向为哈尔巴赫阵列；所述内环层的永磁体的充磁方向与内筒轴向方向平行。

哈尔巴赫阵列是指在充磁方向的一种排布方式，而具体以那种方式形成该哈尔巴赫阵列将再之后的部分具体说明。

下面分别说明内环层和外环层的具体设置方式，即如何时实现内环层充磁方向为哈尔巴赫阵列，以及如何设置内环层的永磁体的充磁方向与内筒轴向方向平行。

所述内环层设置方式为：

依次循环间隔设置的第一种磁体和第二种磁体，第一种磁体具有充磁方向彼此相对的两个磁体块；第二种磁体具有充磁方向彼此相离的两个磁体块；在第一种磁体和第二种磁体之间，设置内层间隔磁体，内层间隔磁体与其两侧相邻的磁体块的充磁方向相同。

为了方便理解，参见图2，图2是沿外层定子和内层动子的轴线做截面后外层定子和内层动子上半部分的示意图，下半部分与上半部分呈镜像(除了线圈绕组3的电流方向，图中以“×”和“·”所示即为线圈绕组的电流方向)，只是图中没有画出。

以图2为例，内环层的最右端为第一种磁体，其充磁方向为彼此相对的两个磁体块，以图中箭头所指方向来说就是左边一个充磁方向向右的磁体块，右边一块充磁方向向左的磁体块。在最右端第一种磁体左边紧邻的是内层间隔磁体，其充磁方向向右，其右侧相邻的第一种磁体里磁体块的充磁方向也向右。该内层间隔磁体再向左，为第二种磁体，以图中箭头所指方向来说就是左边一个充磁方向向左的磁体块，右边一块充磁方向向右的磁体块，该右侧充磁方向向右的磁体块，与上述内层间隔磁体的充磁方向相同。以这种类似的方式，依次向左排布，就形成了上述的内环层。当然，这里只是为了方便理解所提出的示例性的描述。

所述外环层设置方式为：

依次循环间隔设置的第三种磁体和第四种磁体，所述第三种磁体充磁方向指向所述内筒轴心，所述第四种磁体的充磁方向背离所述内筒轴心，在第三磁体和第四磁体之间，设置外层间隔磁体，外层间隔磁体与内层间隔磁位置对应、长度相同、且充磁方向相同。

以图2为例，外环层最右侧的第三种磁体的充磁方向向下，右侧相邻充磁方向向右的外层间隔磁体，再向右为充磁方向向上的第四种磁体。上述充磁方向是以图中直接所看到的方向为准，实际上向上即为背离内筒轴心的方向，向下为指向内筒轴心方向。

外层间隔磁体与所述内层间隔磁位置对应、长度相同、且充磁方向相同。可见，内环层的第一种磁体或第二种磁体和外环层的第三种磁体或第四种磁体的位置也是对应的、长度也是相同。

需要理解，内环层与外环层上的磁体的对应方式不止一种，以图2为例，图2中第三种磁体与第二种磁体位置对应，第四种磁体与第一种磁体位置对应。

可选的，在第一种磁体和第二种磁体中，充磁方向相对或相离的两个磁体块之间，可以由铁块隔开。这样做可以起到如下效果：充磁方向相对或相离的两个磁体块产生的磁场经过铁块传递与外环层磁体相互作用，磁场相互叠加。

采用上述的方式，可以增强磁感应强度，减少漏磁，从而提高电机的轴向输出力；此外，本发明直线振荡电机采用的该哈尔巴赫阵列具有自屏蔽特性，动子的内筒可以选用轻质高强度非导磁材料加工而成，如工程塑料聚醚醚酮(PEEK)，大大减小动子的质量，提高了电机动态性能。

在一种可选的实施方式中，外层定子包括定子外套和导磁定子，导磁定子上形成绕组槽。定子外套起到固定作用，并且该定子外套为非导磁材料，例如可以为不锈钢。

一种可选的实施方式，导磁定子由多个导磁块沿外层定子的轴向方向设置，每个导磁块的两侧具有沟槽部，相邻的所述导磁块的沟槽部形成所述绕组槽。

一种可选的实施方式，导磁块由多个导磁板形成，参见图4，导磁板两侧具有开口部10a，多片所述导磁板环绕所述外层定子的轴心设置，形成两侧具有沟槽部的导磁块。上述导磁板可以为硅钢材料，也就是说最终形成的导磁块可以是硅钢材料的导磁块。

可选的，导磁块可以是一个完整的环形，套设在定子外套内，也可以是多个独立的沿圆周布置，例如可以是六个，可以理解，该导磁块的沟槽部用于容纳固定线圈绕组，因此该无论是否完整，只要能够对线圈绕组起到固定功能就可以，可见，其既可以是完整的也可以使几个分散的个体。下面具体说“多个独立的沿圆周布置”这种实施方式：

导磁块可以为六个，六个导磁块沿圆周布置并焊接固定在定子外套内，其两侧绕组槽用来放置线圈绕组。为了方便理解，将这样的六个导磁块称之为导磁单元，如图所示，可以有九个导磁单元同轴放置并过盈配合压紧，形成了整个外层定子。这样的九个导磁单元，可以形成八个中空绕组槽。

当然，在导磁块是一个完整的环形时，也可以几个导磁块(完整的)同轴放置并过盈配合压紧，形成了整个外层定子。所述定子外套同样可以是由多个拼接而成。

在一种可选的实施方式中，直线振荡电机还包括相对设置的两个支撑法兰，内筒两端分别套设于所述支撑法兰外，内筒中还设置有两端分别由所述支撑法兰抵挡的谐振弹簧；和/或，支撑法兰与内筒之间还设置有直线轴承。

在一种可选实施方式中，内筒具有同轴的第一内部空间和第二内部空间，第一内部空间和第二内部空间之间由环形凸台间隔；第一内部空间和第二内部空间之中，分别设置有谐振弹簧，所述谐振弹簧的一端由所述支撑法兰抵挡，另一端由所述环形凸台抵挡。

将谐振弹簧设置在内筒的内部空间，减小了电机体积，具有结构紧凑性。并且该弹簧可以储存弹性势能，提高电机效率。

在一种可选的实施方式中，内层动子的两端，具有伸出端，用于与外部执行机构连接。内层动子与所述外层定子之间具有1mm的间隔，以供内层动子可以在外层定子内往复运动。该伸出端可以为四瓣伸出端，如呈十字交叉形状。

实施例2：

与实施例1相比，其差别在于，在内环层和外环层设置方式中，内层间隔磁体和外层间隔磁体为一体结构，如图3所示，即他们可以为同一块磁体。这样在制造时，更为方便快捷。其他方面均与实施例1相同。

最后应说明的是：虽然以上已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (10)

1.一种直线振荡电机，其特征在于，包括：

外层定子，呈中空结构；

内层动子，套设于所述外层定子的中空结构中；其中，

在沿所述外层定子轴心延伸的方向上，具有多个围绕所述轴心形成的中空绕组槽，每个所述中空绕组槽中缠绕线圈绕组；

所述内层动子包括内筒和固定设置在所述内筒外壁的永磁体，所述永磁体分为：靠近所述内筒的内环层，以及套设在所述内环层的外的外环层；

所述外环层的充磁方向为哈尔巴赫阵列；所述内环层的永磁体的充磁方向与所述内筒轴向方向平行。

2.根据权利要求1所述直线振荡电机，其特征在于，

所述内环层设置方式为：

依次循环间隔设置的第一种磁体和第二种磁体，所述第一种磁体具有充磁方向彼此相对的两个磁体块；所述第二种磁体具有充磁方向彼此相离的两个磁体块；在第一种磁体和第二种磁体之间，设置内层间隔磁体，所述内层间隔磁体与其两侧相邻的磁体块的充磁方向相同；

所述外环层设置方式为：

依次循环间隔设置的第三种磁体和第四种磁体，所述第三种磁体充磁方向指向所述内筒轴心，所述第四种磁体的充磁方向背离所述内筒轴心，在第三磁体和第四磁体之间，设置外层间隔磁体，所述外层间隔磁体与所述内层间隔磁位置对应、长度相同、且充磁方向相同。

3.根据权利要求2所述直线振荡电机，其特征在于，

所述内层间隔磁体和所述外层间隔磁体为同一块磁体。

4.根据权利要求1所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述外层定子包括定子外套和导磁定子，所述导磁定子上形成所述绕组槽；

所述导磁定子由多个导磁块沿所述外层定子的轴向方向设置，每个所述导磁块的两侧具有沟槽部，相邻的所述导磁块的沟槽部形成所述绕组槽。

5.根据权利要求4所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述导磁块由多个导磁板形成，所述导磁板两侧具有开口部，多片所述导磁板环绕所述外层定子的轴心设置，形成两侧具有沟槽部的导磁块。

6.根据权利要求5所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述导磁板为硅钢材料。

7.根据权利要求1所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述直线振荡电机还包括相对设置的两个支撑法兰，所述内筒两端分别套设于所述支撑法兰外，所述内筒中还设置有两端分别由所述支撑法兰抵挡的谐振弹簧；和/或，

所述支撑法兰与所述内筒之间还设置有直线轴承。

8.根据权利要求7所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述内筒具有同轴的第一内部空间和第二内部空间，所述第一内部空间和第二内部空间之间由环形凸台间隔；

在所述第一内部空间和所述第二内部空间之中，分别设置有谐振弹簧，所述谐振弹簧的一端由所述支撑法兰抵挡，另一端由所述环形凸台抵挡。

9.根据权利要求1-8任一项所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述内层动子的两端，具有伸出端，用于与外部执行机构连接。

10.根据权利要求1-8任一项所述的直线振荡电机，其特征在于，

所述内层动子与所述外层定子之间具有1mm的间隔；和/或，

所述内筒为非导磁材料制成，所述非导磁材料包括聚醚醚酮。