CN104467339B - 一种带重力补偿的直线振荡电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带重力补偿的直线振荡电机，包括圆筒型定子铁芯、圆筒型动子铁芯、振荡绕组、重力补偿绕组、永磁包括永磁N极和永磁S极；定子铁芯内侧设置有定子槽和定子齿；任意相邻的两个定子齿上分别缠绕有振荡绕组和重力补偿绕组；在动子铁芯外侧沿圆周方向均匀分布有两圈永磁，两圈永磁的数量相等位置相对，且轴向和圆周方向上任意相邻的两个磁极分别为永磁N极和永磁S极；沿圆周方向分布的定子齿和永磁的位置和数量相对应，定子铁芯套设在动子铁芯外侧，永磁位于定子铁芯和动子铁芯之间。本发明采用单定子的横向磁通结构，在电机结构内提供重力补偿绕组，电机结构紧凑，控制简单，简化生产工艺，降低铁耗。

Description

一种带重力补偿的直线振荡电机

技术领域

本发明涉及一种带重力补偿的直线振荡电机，尤其涉及一种圆筒型横向磁通永磁直线电机。

背景技术

直线振荡运动是工业中经常见到的一种运动方式，例如直线压缩机、发动机、捣固机、机床电火花加工头控制、直驱波浪发电等。在这类型应用中采用直线电机可以省去大量如曲轴皮带之类的旋转直线转换机构，提高系统级别的效率和鲁棒性，在某些应用中也使得振荡运动行程调制更为便捷。

在各种直线振荡电机中，圆筒型结构由于其圆周对称特点提高了径向刚度而颇受青睐。为了减少铁耗，现有圆筒型直线振荡电机叠片需要沿圆周方向叠片，叠片系数低，漏磁大，工艺复杂。除了需要控制铁耗，现有直线振荡电机设计中，对于重力等因素考虑的较少。例如一个带着加工头的振荡机构，其振荡电机需要带动一定质量的物件做上下振荡运动，在这运动过程中，重力保持恒定向下，这时若采用普通的振荡电机，就会造成电机向上驱动和向下驱动时驱动电流不一样，给功率电子器件的带来容量浪费和控制难度。

浙江大学的夏永明等研究的新型双定子横向磁通直线振荡电机，以及浙江理工大学的雷美珍等研究的新型Halbach横向磁通直线振荡执行器，均采用横向磁通双定子结构，铁芯叠压简单，对铁耗控制较好，但由于采用双定子结构，绕组端部占用空间使得双定子间距不能太小，在极距与出力之间存在一定的矛盾。英国谢菲尔德大学的J.Wang等研究的压缩机直线电机,则采用软磁复合材料降低铁耗，但是成本较高。并且，上述结构均不能提供重力补偿功能。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中直线振荡电机不能提供重力补偿功能的不足，本发明提供一种带重力补偿的直线振荡电机，采用单定子的横向磁通结构，在电机结构内提供重力补偿绕组，电机结构紧凑、控制简单，能够简化生产工艺、降低铁耗。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种带重力补偿的直线振荡电机，包括圆筒型定子铁芯、圆筒型动子铁芯、振荡绕组、重力补偿绕组和永磁，永磁包括永磁N极和永磁S极；所述定子铁芯由圆环形定子电工钢片沿轴向叠压而成，定子电工钢片内侧沿圆周向均匀分布有偶数个槽，相邻的两个槽之间形成齿，定子电工钢片在沿轴向叠压时保持槽和齿的位置相对应，位于同一条直线上的所有槽形成定子槽，位于同一直线上的齿形成定子齿；任意相邻的两个定子齿上分别缠绕有振荡绕组和重力补偿绕组；所述动子铁芯由环形动子电工钢片沿轴向叠压而成；在动子铁芯外侧沿圆周方向均匀分布有两圈永磁，两圈永磁的数量相等位置相对，且轴向和圆周方向上任意相邻的两个磁极分别为永磁N极和永磁S极；沿圆周方向分布的定子齿和永磁的位置和数量相对应，定子铁芯套设在动子铁芯外侧，永磁位于定子铁芯和动子铁芯之间。

优选的，所述定子铁芯固定在圆筒型支架的中段，在支架的上下两端均套设有端盖，端盖的中心开设有通孔；动子铁芯固定在轴的中段，轴的两端分别穿过两个端盖中心的通孔，轴和端盖之间通过直线轴承连接。

优选的，所述端盖上沿圆周方向均匀设置有通风散热孔。

优选的，根据动子铁芯的载重向重力补偿绕组通入直流电流，使动子铁芯部分悬浮；向振荡绕组通入交流电流，使动子铁芯做振荡运动。将直流分量和交流分量分开，使得振荡绕组中的电流完全正弦，降低了绕组电流峰值，降低所需功率开关容量，也减少电流控制的复杂度。重力补偿绕组根据动子铁芯载重调整通入电流大小，使得振荡电机在载重和姿态改变时都可以处于悬浮状态，振荡绕组都可以按照原定工况要求进行工作。

本发明的振荡电机采用横向磁通结构，可以在圆周方向上采用较多极以减少动子铁芯的厚度和质量，而不影响电频率。

动子铁芯和定子铁芯均采用轴向叠片，这极大地降低了铁损。在进行本发明振荡电机的生产时，若需要改变轴向极长，只需要改变叠片的厚度和永磁的长度即可，适合批量生产。另外，本发明使用的定子铁芯与传统旋转电机类似，加工简单、生产成本低。

有益效果：本发明提供的带重力补偿的直线振荡电机，采用单定子的横向磁通结构，在电机结构内提供重力补偿绕组；直流分量和交流分量分开，振荡绕组中的电流完全正弦，降低所需功率开关容量，电机在载重和姿态改变时都可处于悬浮状态，振荡绕组都可按原定工况工作；电机结构紧凑，控制简单，简化了生产工艺，降低了铁耗。

附图说明

图1为本发明实施例的俯视结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为图2的A-A向剖视结构示意图；

图4为本发明实施例的电机本体结构示意图；

图5为图4中定子的结构示意图；

图6为图4中动子的结构示意图；

图7为图4中定子电工钢片示意图；

图8为图4中动子电工钢片示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种带重力补偿的直线振荡电机，包括圆筒型定子铁芯1、圆筒型动子铁芯7、振荡绕组2、重力补偿绕组3和永磁，永磁包括永磁N极8和永磁S极9；所述定子铁芯1由圆环形定子电工钢片14沿轴向叠压而成，定子电工钢片14内侧沿圆周向均匀分布有18个槽11，相邻的两个槽11之间形成齿12，定子电工钢片14在沿轴向叠压时保持槽11和齿12的位置相对应，位于同一条直线上的所有槽11形成定子槽，位于同一直线上的齿12形成定子齿；任意相邻的两个定子齿上分别缠绕有振荡绕组2和重力补偿绕组3；所述动子铁芯7由环形动子电工钢片15沿轴向叠压而成；在动子铁芯7外侧沿圆周方向均匀分布有两圈永磁，两圈永磁的数量相等位置相对，且轴向和圆周方向上任意相邻的两个磁极分别为永磁N极8和永磁S极9；沿圆周方向分布的定子齿和永磁的位置和数量相对应，定子铁芯1套设在动子铁芯7外侧，永磁位于定子铁芯1和动子铁芯7之间。

所述定子铁芯1固定在圆筒型支架4的中段，在支架4的上下两端均套设有端盖5，端盖5的中心开设有通孔；动子铁芯7固定在轴10的中段，轴10的两端分别穿过两个端盖5中心的通孔，轴10和端盖5之间通过直线轴承6连接；所述端盖5上沿圆周方向均匀设置有通风散热孔13。

根据动子铁芯7的载重向重力补偿绕组3通入直流电流，使动子铁芯7部分悬浮；向振荡绕组2通入交流电流，使动子铁芯7做振荡运动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种带重力补偿的直线振荡电机，其特征在于：包括圆筒型定子铁芯(1)、圆筒型动子铁芯(7)、振荡绕组(2)、重力补偿绕组(3)和永磁，永磁包括永磁N极(8)和永磁S极(9)；所述定子铁芯(1)由圆环形定子电工钢片(14)沿轴向叠压而成，定子电工钢片(14)内侧沿圆周向均匀分布有偶数个槽(11)，相邻的两个槽(11)之间形成齿(12)，定子电工钢片(14)在沿轴向叠压时保持槽(11)和齿(12)的位置相对应，位于同一条直线上的所有槽(11)形成定子槽，位于同一直线上的齿(12)形成定子齿；任意相邻的两个定子齿上分别缠绕有振荡绕组(2)和重力补偿绕组(3)；所述动子铁芯(7)由环形动子电工钢片(15)沿轴向叠压而成；在动子铁芯(7)外侧沿圆周方向均匀分布有两圈永磁，两圈永磁的数量相等位置相对，且轴向和圆周方向上任意相邻的两个磁极分别为永磁N极(8)和永磁S极(9)；沿圆周方向分布的定子齿和永磁的位置和数量相对应，定子铁芯(1)套设在动子铁芯(7)外侧，永磁位于定子铁芯(1)和动子铁芯(7)之间。

2.根据权利要求1所述的带重力补偿的直线振荡电机，其特征在于：所述定子铁芯(1)固定在圆筒型支架(4)的中段，在支架(4)的上下两端均套设有端盖(5)，端盖(5)的中心开设有通孔；动子铁芯(7)固定在轴(10)的中段，轴(10)的两端分别穿过两个端盖(5)中心的通孔，轴(10)和端盖(5)之间通过直线轴承(6)连接。

3.根据权利要求2所述的带重力补偿的直线振荡电机，其特征在于：所述端盖(5)上沿圆周方向均匀设置有通风散热孔(13)。

4.根据权利要求1所述的带重力补偿的直线振荡电机，其特征在于：根据动子铁芯(7)的载重向重力补偿绕组(3)通入直流电流，使动子铁芯(7)部分悬浮；向振荡绕组(2)通入交流电流，使动子铁芯(7)做振荡运动。