CN105006931B - 一种永磁式开关磁阻直线电机 - Google Patents

Abstract

一种永磁式开关磁阻直线电机，属于电机研究领域，其特征在于是一种无需联动机械装置将旋转运动转化为直线运动在实现直线运动的同时，保证在运动过程中推力脉动小，能量转换率高，推力大的永磁式开关磁阻直线电机，该电机改善了传统直线电机的运行特性，减小了动子运行过程中的推力波动以及噪声，可靠性及稳定性得到了提高。这种固定结构简单稳固，同时减小了动子台架负担的重量，节省了材料，便于进行控制。可应用于数控机床及其加工、磁悬浮运动设备、机器人运动甚至电磁炮的制造等领域。

Description

一种永磁式开关磁阻直线电机

技术领域

本发明一种永磁式开关磁阻直线电机，属于电机研究领域，具体来讲涉及一种直线运动过程中推力脉动小，运行平稳的永磁式开关磁阻直线电机。

背景技术

在现代机械制造工业以及军事工业领域中，高精度、高速度的直线运动正在日益凸显出其必要性及重要性。直线运动设备及装置可以广泛应用于数控机床、磁悬浮运动设备、机器人运动及电磁炮的制造等领域。

实现直线运动的传统方法通常使用单个或多个旋转电机，通过联动机械装置将旋转运动转化为直线运动。由于能量转化过程要通过多个机械装置，因此传统方法能量利用效率低，可靠性较差，同时由于机械损耗难以计算，导致这种直线运动难以达到高精度控制，同时无法实现高速运行。

近年来，直线电机的研制飞速发展并在工业上得到了广泛应用，在传统旋转电机的基础上，研究人员开发出不同类型的直线电机，比如步进式直线电机，永磁式同步直线电机以及开关磁阻直线电机等，但是，由于直线电机特殊的结构以及控制方式，此类电机往往在继承了同种类旋转电机结构特点的同时，无法兼顾稳定性、高速度、高精度的要求，特别是针对恶劣的工作环境，此类电机往往导致高额的维护成本以及工作效率低下。已有的直线电机通常推力脉动较大，能量转换密度低，噪声问题突出，特定频率下甚至产生谐振，因此，直线电机的运动受到了其自身结构的限制。

发明内容

本发明一种永磁式开关磁阻直线电机，其目的在于提供一种能够实现直线运动，推力脉动小，能量转换率高的新型结构永磁式开关磁阻直线电机的运动装置。

本发明一种永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于是一种无需联动机械装置将旋转运动转化为直线运动，在实现直线运动的同时能量转换率高、推力大而脉动小的永磁式开关磁阻直线电机，该直线电机由定子2、a相动子11、b相动子12、c相动子13和定子机座1、左导轨3、右导轨4、左滑块5、右滑块6、动子台架7构成，其特征在于：定子2固定于定子机座1上，其长度可按实际需要向两端扩展，左导轨3和右导轨4被固定在定子机座1两侧，左滑块5通过左导轨3上的滑动卡槽固定在左导轨3上，右滑块6通过右导轨4上的滑动卡槽固定在右导轨4上，动子台架7通过左侧连接孔38固定在左滑块5上、通过右侧连接孔37固定在右滑块6上，至此，装置滑动机械部件组装完成；a相线圈8套装在a相动子11的外部框架顶端，b相线圈9套装在b相动子12的外部框架顶端，c相线圈10套装在c相动子13的外部框架顶端；a相动子11的外部框架通过左动子卡扣14、ab相动子卡扣15固定在动子台架7上，其中，左动子卡扣14通过左动子卡扣固定连接孔44与左动子卡扣固定动子台架连接孔45对应连接固定在动子台架7上，b相动子12外部框架通过ab相动子卡扣15和bc相动子卡扣16固定在动子台架7上，c相动子13通过右动子卡扣17和bc相动子卡扣16固定在动子台架7上，其中，右动子卡扣17一方面通过右动子卡扣固定动子外部框架连接孔47与动子外部框架右侧固定孔32对应连接，另一方面通过右动子卡扣固定动子台架连接孔48与右动子卡扣固定连接孔39对应连接固定于动子台架7上，bc相动子卡扣16通过固定动子外部框架卡扣连接孔41和动子外部框架卡扣连接孔51对应连接固定在动子台架7上，动子外部框架左凸台27和动子外部框架右凸台28与动子卡扣配合固定于动子台架7上起到辅助固定作用，动子内部框架卡扣连接孔52与固定动子内部框架卡扣连接孔40对应连接，将动子框架内部卡扣固定于动子台架7上；a相动子11、b相动子12和c相动子13结构相同，动子左侧轭部永磁体21与动子外部框架18在轭部处连接，动子右侧轭部永磁体22与动子外部框架18在轭部处连接，动子内部左侧框架19与动子左侧轭部永磁体21相连接，动子内部右侧框架20与动子右侧轭部永磁体22相连接，动子齿左侧永磁体固定孔33与固定左侧永磁体连接孔56对应连接，动子内部框架左侧固定孔34与固定左侧动子内部框架连接孔55对应连接，动子齿右侧永磁体固定孔36与固定右侧永磁体连接孔54对应连接，动子内部框架右侧固定孔35与固定右侧动子内部框架连接孔53对应连接，动子内部右侧框架凸台29和动子内部左侧框架凸台30与动子内部框架卡扣配合，将动子内部右侧框架20和动子右侧轭部永磁体22、动子内部左侧框架19和动子左侧轭部永磁体21固定于动子台架7上，起到辅助固定作用，动子齿右侧永磁体24嵌入到动子齿右侧卡槽26中，固定于动子右侧齿之间，动子齿左侧永磁体23嵌入到动子齿左侧卡槽25中，固定于动子左侧齿之间。

本发明的一种永磁式开关磁阻直线电机的优势在于：

(1)本装置的a相动子11，b相动子12，c相动子13分别在动子齿轭部以及动子齿间嵌入动子左侧轭部永磁体21、动子右侧轭部永磁体22、动子齿左侧永磁体23、动子齿右侧永磁体24，改善了传统直线电机的运行特性，减小了动子运行过程中的推力波动以及噪声，可靠性及稳定性得到了提高。

(2)本装置的动子外部框架18通过左动子卡扣14、ab相动子卡扣15、bc相动子卡扣16、右动子卡扣17与动子台架7固接，动子外部框架左凸台27、动子外部框架右凸台28固定动子外部框架，起辅助支持作用，动子内部左侧框架19、动子内部右侧框架20、动子左侧轭部永磁体21、动子右侧轭部永磁体22、动子齿左侧永磁体23、动子齿右侧永磁体24通过动子内部框架卡扣与动子台架7连接，动子内部右侧框架凸台29、动子内部左侧框架凸台30起辅助支持作用，动子齿左侧卡槽25、动子齿右侧卡槽26将动子齿左侧永磁体23、动子齿右侧永磁体24固定于动子齿间。这种固定结构简单稳固，同时减小了动子台架负担的重量，节省了材料，便于控制。

附图说明

图1为永磁式开关磁阻直线电机整体结构

1-定子机座；2-定子；3-左导轨；4-右导轨；5-左滑块；6-右滑块；7-动子台架；8-a相线圈；9-b相线圈；10-c相线圈；11-a相动子；12-b相动子；13-c相动子；14-左动子卡扣；15-ab相动子卡扣；16-bc相动子卡扣；17-右动子卡扣

图2为动子铁芯立体图

18-动子外部框架；19-动子内部左侧框架；20-动子内部右侧框架；21-动子左侧轭部永磁体；22-动子右侧轭部永磁体；23-动子齿左侧永磁体；24-动子齿右侧永磁体；25-动子齿左侧卡槽；26-动子齿右侧卡槽；27-动子外部框架左凸台；28-动子外部框架右凸台；29-动子内部右侧框架凸台；30-动子内部左侧框架凸台；31-动子外部框架左侧固定孔；32-动子外部框架右侧固定孔；33-动子齿左侧永磁体固定孔；34-动子内部框架左侧固定孔；35-动子内部框架右侧固定孔；36-动子齿右侧永磁体固定孔

图3为动子台架结构图

37-动子台架右侧与导轨滑块连接孔；38-动子台架左侧与导轨滑块连接孔；39-右动子卡扣固定连接孔；40-固定动子内部框架卡扣连接孔；41-固定动子外部框架卡扣连接孔；42-右动子齿放置位置；43-左动子齿放置位置；44-左动子卡扣固定连接孔

图4为动子左右卡扣结构图

45-左动子卡扣固定动子台架连接孔；46-左动子卡扣固定动子外部框架连接孔；47-右动子卡扣固定动子外部框架连接孔；48-右动子卡扣固定动子台架连接孔

图5为动子外部框架卡扣结构图

49-左侧动子外部框架连接孔；50-右侧动子外部框架连接孔；51-动子外部框架卡扣连接孔

图6为动子内部框架卡扣结构图

52-动子内部框架卡扣连接孔；53-固定右侧动子内部框架连接孔；54-固定右侧永磁体连接孔；55-固定左侧动子内部框架连接孔；56-固定左侧永磁体连接孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理进一步详细说明。

定子2固定于定子机座1上，其长度可按实际需要向两端扩展，左导轨3和右导轨4被固定在定子机座1两侧，左滑块5通过左导轨3上的滑动卡槽固定在左导轨3上，右滑块6通过右导轨4上的滑动卡槽固定在右导轨4上，动子台架7通过左侧连接孔38固定在左滑块5上、通过右侧连接孔37固定在右滑块6上。至此，装置滑动机械部件组装完成；

a相线圈8套装在a相动子11的外部框架顶端，b相线圈9套装在b相动子12的外部框架顶端，c相线圈10套装在c相动子13的外部框架顶端；a相动子11的外部框架通过左动子卡扣14、ab相动子卡扣15固定在动子台架7上，其中，左动子卡扣14通过左动子卡扣固定连接孔44与左动子卡扣固定动子台架连接孔45对应连接固定在动子台架7上，b相动子12外部框架通过ab相动子卡扣15和bc相动子卡扣16固定在动子台架7上，c相动子13通过右动子卡扣17和bc相动子卡扣16固定在动子台架7上，其中，右动子卡扣17一方面通过右动子卡扣固定动子外部框架连接孔47与动子外部框架右侧固定孔32对应连接，另一方面通过右动子卡扣固定动子台架连接孔48与右动子卡扣固定连接孔39对应连接固定于动子台架7上，bc相动子卡扣16通过固定动子外部框架卡扣连接孔41和动子外部框架卡扣连接孔51对应连接固定在动子台架7上，动子外部框架左凸台27和动子外部框架右凸台28与动子卡扣配合固定于动子台架7上起到辅助固定作用，动子内部框架卡扣连接孔52与固定动子内部框架卡扣连接孔40对应连接，将动子框架内部卡扣固定于动子台架7上。

a相动子11、b相动子12和c相动子13结构相同，动子左侧轭部永磁体21与动子外部框架18在轭部处连接，动子右侧轭部永磁体22与动子外部框架18在轭部处连接，动子内部左侧框架19与动子左侧轭部永磁体21相连接，动子内部右侧框架20与动子右侧轭部永磁体22相连接，动子齿左侧永磁体固定孔33与固定左侧永磁体连接孔56对应连接，动子内部框架左侧固定孔34与固定左侧动子内部框架连接孔55对应连接，动子齿右侧永磁体固定孔36与固定右侧永磁体连接孔54对应连接，动子内部框架右侧固定孔35与固定右侧动子内部框架连接孔53对应连接，动子内部右侧框架凸台29和动子内部左侧框架凸台30与动子内部框架卡扣配合，将动子内部右侧框架20和动子右侧轭部永磁体22、动子内部左侧框架19和动子左侧轭部永磁体21固定于动子台架7上，起到辅助固定作用，动子齿右侧永磁体24嵌入到动子齿右侧卡槽26中，固定于动子右侧齿之间，动子齿左侧永磁体23嵌入到动子齿左侧卡槽25中，固定于动子左侧齿之间。至此，三相动子组装完毕。

电机运行磁场由动子左侧轭部永磁体21、动子右侧轭部永磁体22、动子齿左侧永磁体23、动子齿右侧永磁体24，以及a相线圈8、b相线圈9、c相线圈10通电产生，根据磁通最小原理，磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，磁阻力产生直线方向上的电磁推力，当给a相线圈8、b相线圈9、c相线圈10顺序通电时，产生向左的直线电磁推力，驱动动子台架7沿左导轨3和右导轨4向左做直线运动，当给c相线圈10、b相线圈9、a相线圈8顺序通电时，产生向右的直线电磁推力，驱动动子台架7沿左导轨3和右导轨4向右做直线运动。

Claims (1)

1.一种永磁式开关磁阻直线电机，其特征在于是一种无需联动机械装置将旋转运动转化为直线运动的永磁式开关磁阻直线电机，该直线电机由定子（2）、a相动子（11）、b相动子（12）、c相动子（13）和定子机座（1）、左导轨（3）、右导轨（4）、左滑块（5）、右滑块（6）、动子台架（7）构成，定子（2）固定于定子机座（1）上，其长度可按实际需要向两端扩展，左导轨（3）和右导轨（4）被固定在定子机座（1）两侧，左滑块（5）通过左导轨（3）上的滑动卡槽固定在左导轨（3）上，右滑块（6）通过右导轨（4）上的滑动卡槽固定在右导轨（4）上，动子台架（7）通过左侧连接孔（38）固定在左滑块（5）上、通过右侧连接孔（37）固定在右滑块（6）上，装置滑动机械部件组装完成；a相线圈（8）套装在a相动子（11）的外部框架顶端，b相线圈（9）套装在b相动子（12）的外部框架顶端，c相线圈（10）套装在c相动子（13）的外部框架顶端；a相动子（11）的外部框架通过左动子卡扣（14）和ab相动子卡扣（15）固定在动子台架（7）上，其中，左动子卡扣（14）通过左动子卡扣固定连接孔（44）与左动子卡扣固定动子台架连接孔（45）对应连接固定在动子台架（7）上，b相动子（12）外部框架通过ab相动子卡扣（15）和bc相动子卡扣（16）固定在动子台架（7）上，c相动子（13）的外部框架通过右动子卡扣（17）和bc相动子卡扣（16）固定在动子台架（7）上，其中，右动子卡扣（17）一方面通过右动子卡扣固定动子外部框架连接孔（47）与动子外部框架右侧固定孔（32）对应连接，另一方面通过右动子卡扣固定动子台架连接孔（48）与右动子卡扣固定连接孔（39）对应连接固定于动子台架（7）上，bc相动子卡扣（16）通过固定动子外部框架卡扣连接孔（41）和动子外部框架卡扣连接孔（51）对应连接固定在动子台架（7）上，动子外部框架左凸台（27）和动子外部框架右凸台（28）与动子卡扣配合固定于动子台架（7）上，起到辅助固定作用，动子内部框架卡扣连接孔（52）与固定动子内部框架卡扣连接孔（40）对应连接，将动子框架内部卡扣固定于动子台架（7）上；a相动子（11）、b相动子（12）和c相动子（13）结构相同，动子左侧轭部永磁体（21）与动子外部框架（18）在轭部处连接，动子右侧轭部永磁体（22）与动子外部框架（18）在轭部处连接，动子内部左侧框架（19）与动子左侧轭部永磁体（21）相连接，动子内部右侧框架（20）与动子右侧轭部永磁体（22）相连接，动子齿左侧永磁体固定孔（33）与固定左侧永磁体连接孔（56）对应连接，动子内部框架左侧固定孔（34）与固定左侧动子内部框架连接孔（55）对应连接，动子齿右侧永磁体固定孔（36）与固定右侧永磁体连接孔（54）对应连接，动子内部框架右侧固定孔（35）与固定右侧动子内部框架连接孔（53）对应连接，动子内部右侧框架凸台（29）和动子内部左侧框架凸台（30）与动子内部框架卡扣配合，将动子内部右侧框架（20）和动子右侧轭部永磁体（22）、动子内部左侧框架（19）和动子左侧轭部永磁体（21）固定于动子台架（7）上，起到辅助固定作用，动子齿右侧永磁体（24）嵌入到动子齿右侧卡槽（26）中，固定于动子右侧齿之间，动子齿左侧永磁体（23）嵌入到动子齿左侧卡槽（25）中，固定于动子左侧齿之间。