CN105071623A - 一种无刷直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷直线电机，属于电机设计制造技术领域。本发明的一种无刷直线电机，包括定子、转子总承和壳体，所述的壳体内部设置有丝杠，所述的定子包括多个具有线圈的磁极，且相对于定子中心对称的两个线圈串联形成线圈绕组，所述的转子总承由转子与电机输出轴组装而成，且转子可相对电机输出轴自由的转动，所述的转子包括与丝杠螺旋连接的连接轴，该连接轴上设置有永磁体。本发明提供了一种结构以及工作原理均得到了极大地简化，工作效率也得以大大提高，工作可靠，成本低廉，寿命长的无刷直线电机。

Description

一种无刷直线电机

技术领域

本发明涉及一种电机，更具体地说，涉及一种无刷直线电机。

背景技术

随着工业的快速发展，直线感应电机取代传统的普通旋转电机得到了更为广泛的应用，采用直线感应电机驱动可以省去传统的普通旋转电机中把旋转运动转换为直线运动的机械齿轮，从而能够降低生产成本、简化生产工艺，还能够避免机械齿轮运动时发出的噪声，减小电机的整体体积，质量减轻，维护成本降低。特别是在轨道交通应用方面，采用旋转电机驱动时，其驱动力是通过车轮和铁轨之间的黏着力产生，速度过高及减速时会出现轮轨滑动等问题，而如果采用直线感应电机代替旋转电机，就可以克服旋转电机在此应用场合中的上述缺点，提高整个系统的效率。

直线感应电机为无刷结构，不需要维护，初级结构简单，制造及使用成本较低，在城市轨道交通直线驱动等领域发挥出了不可忽视的重要作用。然而，目前市场上的直线感应电机还具有很多需要进一步改进的地方比如结构复杂，调速性能不佳，尽管采用矢量控制等变频技术，控制起来依然较为复杂，调速性能也仍然无法与旋转电机相比。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中的直线电机结构复杂，工作效率不高，成本高昂的不足，提供了一种无刷直线电机，采用本发明的技术方案，在转子运动的每一个瞬间，定子的所有磁极都参与作用，而且通过控制两个线圈串联形成的线圈绕组导通电流的大小能够控制转子旋转到任意位置停留，非常适用于伺服控制，结构以及工作原理相较于现有技术均得到了极大地简化，工作效率也得以大大提高，工作可靠，成本低廉，寿命长。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种无刷直线电机，包括定子、转子总承和壳体，所述的壳体内部设置有丝杠，所述的定子包括多个具有线圈的磁极，且相对于定子中心对称的两个线圈串联形成线圈绕组，所述的转子总承由转子与电机输出轴组装而成，且转子可相对电机输出轴自由的转动，所述的转子包括与丝杠螺旋连接的连接轴，该连接轴上设置有永磁体。

更进一步地，所述的壳体上下两侧分别开设有供电机输出轴作左右往复直线运动的限位槽，所述的丝杠的两端分别与壳体中部的左右两端固定。

更进一步地，所述的定子包括四个具有线圈的磁极，每个磁极上均设有用于放置线圈的布线槽，线圈缠绕在上述的布线槽中，且两两相对于定子中心对称的线圈串联在一起形成两个线圈绕组。

更进一步地，所述的连接轴两端部各设有相同的永磁体，所述的永磁体采用永磁磁钢。

更进一步地，所述的电机输出轴为双侧输出轴或单侧输出轴。

更进一步地，所述的电机输出轴上具有与连接轴外径尺寸相适配的安装孔，且电机输出轴上的磁极分布为两组结构相同，朝向相同的永磁体。

更进一步地，所述的连接轴和电机输出轴均采用钢材制成。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种无刷直线电机，其壳体内部设置有丝杠，定子包括多个具有线圈的磁极，且相对于定子中心对称的两个线圈串联形成线圈绕组，转子总承由转子与电机输出轴组装而成，且转子可相对电机输出轴自由的转动，转子包括与丝杠螺旋连接的连接轴，该连接轴上设置有永磁体，采用上述结构，大大简化了现有的直线电机的结构以及工作原理，降低了制造成本；

(2)本发明的一种无刷直线电机，其定子包括四个具有线圈的磁极，每个磁极上均设有用于放置线圈的布线槽，线圈缠绕在上述的布线槽中，且两两相对于定子中心对称的线圈串联在一起形成两个线圈绕组，采用两个线圈绕组即电机电线仅需要两条即可实现对转子的驱动，不仅简化了驱动电路，还大大节约了金属材料的使用量，从而进一步降低了制造成本，并且具有结构简单、效率高、易维护等优点；

(3)本发明的一种无刷直线电机，在转子运动的每一个瞬间，定子的所有磁极都参与作用，因此工作效率也得以大大提高；

(4)本发明的一种无刷直线电机，通过控制两个线圈串联形成线圈绕组导通电流的大小能够控制转子旋转到任意位置停留，非常适用于伺服控制，也是现有的无刷电机很难做到的。

附图说明

图1为本发明中转子总承与壳体的安装结构示意图；

图2为本发明中转子总承与定子的安装结构示意图；

图3和图4为本发明中转子的结构示意图；

图5和图6为本发明中电机输出轴的结构示意图；

图7为本发明中转子总承的结构示意图；

图8为本发明中定子的结构示意图；

图9、图10、图11、图12和图13为本发明中转子作逆时针旋转运动的原理示意图。

示意图中的标号说明：

1、永磁体；2、连接轴；3、电机输出轴；4、壳体；41、限位槽；5、丝杠；6、定子；61、第一磁极；62、第二磁极；63、第三磁极；64、第四磁极；7、；转子总承。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

如图1和图2所示，本实施例的一种无刷直线电机，包括定子6、转子总承7和壳体4，壳体4内部设置有丝杠5，丝杠5的两端分别与壳体4中部的左右两端固定。定子6包括多个具有线圈的磁极，且相对于定子6中心对称的两个磁极上的线圈串联形成线圈绕组，具体在本实施例中定子6包括四个具有线圈的磁极，分别为第一磁极61、第二磁极62、第三磁极63和第四磁极64，每个磁极上均设有用于放置线圈的布线槽，如图8所示，磁极上靠近转子安装位置的一端是采用与转子外缘同心的圆弧结构，圆弧的两端各设有一个布线槽，线圈缠绕在上述的布线槽中，同一磁极上两个布线槽内的线圈串联，当线圈通电，同一个磁极上的两个布线槽内的线圈产生相同的极性，且该磁极的磁场作用力更加均匀有效；本实施例将两两相对于定子6中心对称的磁极上的线圈串联在一起形成两个线圈绕组，即第一磁极61上的线圈与第三磁极63上的线圈串联形成第一个线圈绕组，第二磁极62上的线圈与第四磁极64上的线圈串联第二个线圈绕组，采用这种结构，电机电线仅需要两条即可实现对转子的驱动，不仅简化了驱动电路，还大大节约了金属材料的使用量，从而降低了制造成本，并且具有结构简单、效率高、易维护等优点。转子总承7由转子与电机输出轴3组装而成(如图7所示)，且转子可相对电机输出轴3自由的转动，转子包括与丝杠5螺旋连接的连接轴2，该连接轴2上设置有永磁体1，如图3和图4所示，具体在本实施例中连接轴2两端部各设有相同的永磁体1，永磁体1采用永磁磁钢，上部均为N极，下部均为S极。电机输出轴3为双侧输出轴或单侧输出轴，具体在本实施例中如图5和图6所示，电机输出轴3采用双侧输出轴，且上部为推进杆，当然实际使用时也可根据需要选用单侧输出轴，电机输出轴3上具有与连接轴2外径尺寸相适配的安装孔，且电机输出轴3上的磁极为两组结构相同，朝向相同的永磁体。组装后电机输出轴3套装在连接轴2的外侧并位于连接轴2上两个相同的永磁体1之间，电机输出轴3的端面与连接轴2的两个永磁体1之间为磁性连接。壳体4的上下两侧分别开设有限位槽41，以供电机输出轴3的双侧输出轴同时作左右往复直线运动，限位槽41的长宽尺寸分别与双侧输出轴的运动范围以及自身尺寸相适配，限位槽41的尺寸不宜加工的过大，否则容易进入大量灰尘等杂物，影响直线电机的使用寿命。本实施例通过向两个线圈绕组分别通入对应的正向电流或反向电流，实现转子的逆时针或顺时针转动，而由于丝杠5固定于壳体4，故而转子的连接轴2转动的同时会沿着丝杠5的轴向作直线运动，进而带动与连接轴2组装为一体的电机输出轴3也沿着丝杠5的轴向作直线运动，与此同时电机输出轴3的上下两侧输出轴在对应的限位槽41内作直线运动，实现将电能直接转换成直线运动机械能。连接轴2和电机输出轴3均采用导磁材料钢材制成，结构强度较高，不易损坏，即起磁路作用，又起导电作用。

具体在本实施例中，在线圈没有通入电流的情况下，定子没有磁极，转子的N极位于S极的上方，且N极左侧为第一磁极61，转子位置如图9所示；向两个线圈绕组中通入正向电流时定子6的磁极极性如图9所示，此时转子由于受到第二磁极62上的N极和第四磁极64的S极的排斥力推动和第一磁极61上的S极和第三磁极63的N极的吸引力作用，将进行逆时针旋转直至旋转90度到达如图10所示的位置；然后再将第一个线圈绕组中通入反向电流，第二个线圈绕组通入正向电流，此时定子6的磁极极性如图10所示，在这种情况下，转子由于受到第一磁极61上的N极和第三磁极63的S极的排斥力推动和第三磁极63上的S极和第一磁极61的N极的吸引力作用，将再次逆时针旋转直至旋转90度到达如图11所示的位置；然后将两个线圈绕组中均通入反向电流，定子6磁极的磁场极性如图11所示，转子受到第四磁极64上的N极和第二磁极62的S极的排斥力推动和第三磁极62上的S极和第一磁极61的N极的吸引力作用，将再次逆时针旋转直至旋转90度到达如图12所示的位置；然后将第一个线圈绕组中通入正向电流，第二个线圈绕组中通入反向电流，定子6磁极的磁场极性如图12所示，这时转子受到第三磁极63上的N极和第一磁极61的S极的排斥力推动和第二磁极61上的S极和第四磁极64的N极的吸引力作用，将再次逆时针旋转直至旋转90度还原到达如图13的位置，直至此时，转子完成逆时针旋转360度，之后重复上述过程，转子将持续逆时针转动，带动电机输出轴3向左侧直线运动；当电机输出轴3需要向右侧直线运动时，转子应作顺时针转动，转子的顺时针转动原理与上述原理相同。

本发明的一种无刷直线电机，结构以及工作原理相较于现有技术而言均得到了极大地简化，转子运动的每一个瞬间，所有的磁极都参与作用，而且通过控制两个线圈串联形成线圈绕组导通电流的大小能够控制转子旋转到任意位置停留，非常适用于伺服控制，也是现有的无刷电机很难做到的，因此工作效率也得以大大提高，工作可靠，成本低廉，寿命长，有利于无刷直线电机的广泛推广应用。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种无刷直线电机，其特征在于：包括定子(6)、转子总承(7)和壳体(4)，所述的壳体(4)内部设置有丝杠(5)，所述的定子(6)包括多个具有线圈的磁极，且相对于定子(6)中心对称的两个线圈串联形成线圈绕组，所述的转子总承(7)由转子与电机输出轴(3)组装而成，且转子可相对电机输出轴(3)自由的转动，所述的转子包括与丝杠(5)螺旋连接的连接轴(2)，该连接轴(2)上设置有永磁体(1)。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直线电机，其特征在于：所述的壳体(4)上下两侧分别开设有供电机输出轴(3)作左右往复直线运动的限位槽(41)，所述的丝杠(5)的两端分别与壳体(4)中部的左右两端固定。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直线电机，其特征在于：所述的定子(6)包括四个具有线圈的磁极，每个磁极上均设有用于放置线圈的布线槽，线圈缠绕在上述的布线槽中，且两两相对于定子(6)中心对称的线圈串联在一起形成两个线圈绕组。

4.根据权利要求3所述的一种无刷直线电机，其特征在于：所述的连接轴(2)两端部各设有相同的永磁体(1)，所述的永磁体(1)采用永磁磁钢。

5.根据权利要求4所述的一种无刷直线电机，其特征在于：所述的电机输出轴(3)为双侧输出轴或单侧输出轴。

6.根据权利要求5所述的一种无刷直线电机，其特征在于：所述的电机输出轴(3)上具有与连接轴(2)外径尺寸相适配的安装孔，且电机输出轴(3)上的磁极分布为两组结构相同，朝向相同的永磁体。

7.根据权利要求6所述的一种无刷直线电机，其特征在于：连接轴(2)和电机输出轴(3)均采用钢材制成。