CN105915016A - 一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，通过设计多定子模块化结构，使电机加工装配方便简单；设置磁钢和绕组在直线电机定子上，降低直线电机材料用量和造价；电机动子只存在动子齿环，使电机直线驱动鲁棒性强，响应迅速。通过设置励磁绕组，调节电机磁场，改善直线电机低速负载和高速进给性能。另外，本发明通过设置冷却液循环系统，使得磁钢、电枢绕组和励磁绕组共同散热，大大提高直线电机运行负荷和稳定性。因此，相比现有的直线电机，本发明直线电机作为主轴大推力轴向驱动的伺服直驱动力源更具有优势，工作性能更佳。

Description

一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机

技术领域

本发明涉及一种直线电机，特别是一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机。

背景技术

现有的高档数控机械设备中，用永磁直线电动机替代“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的主轴直线驱动方式具有直线速度高，瞬时响应快，线性定位精度高等优势，越来越得到广泛的应用。现有的交流永磁同步直线电机具有优良的控制性能，广泛用于各类数控机床的进给系统。但该类电机存在效率低，推力密度小，电机造价昂贵等缺点，难以应用在对驱动推力要求高的主轴直线驱动场合。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的新型大推力直线电机，设计电机推力密度大，推力波动小，材料用量低，结构鲁棒性强。用于机械设备的主轴驱动，从而降低主轴直线驱动系统的造价，提高机械设备运行性能和效率。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，以便提高直线电机输出推力，降低电机推力波动；改善直线电机低速负载和高速进给性能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：至少包括动子芯轴、定子铁心模块、电枢绕组、励磁绕组、电机机座、动子小齿环、动子大齿环、次级滑套、直线轴承，所述动子芯轴沿轴向设置在电机机座轴线上，所述动子小齿环和动子大齿环沿轴向依次间隔嵌套在所述动子芯轴外圆面上，组成该直线电机次级动子；所述动子芯轴轴向两端设置有次级滑套，次级滑套使依次间隔嵌套的动子小齿环和动子大齿环限位在动子芯轴上，次级滑套与依次间隔嵌套的动子小齿环和动子大齿环一起用于次级动子的定向沿动子芯轴轴向往复运动；所述电机机座轴向两端设置电机外套筒，由螺栓紧固；所述次级滑套外侧设置直线轴承，直线轴承嵌套在所述电机外套筒内；所述次级滑套前端设置锁紧螺母，用于次级动子的锁紧固定；所述电机机座内侧沿轴向等间隔平行与动子芯轴设置有凹槽，在每个凹槽内固定有定子铁心模块，定子铁心模块平行于动子芯轴；多组电枢绕组和励磁绕组以不等直径穿过定子铁心模块，电枢绕组直径大，励磁绕组直径小，电枢绕组在励磁绕组的外侧形成一组，一组电枢绕组和励磁绕组和另一组之间有间隔且平行。

所述定子铁心模块包括多组：定子齿极、定子轭部、内侧小槽、外侧大槽和中间槽，由多组定子齿极、定子轭部、内侧小槽、外侧大槽和中间槽构成相同结构图形并排连接为一体，其中定子齿极为两个小写的“h”结构头对头留间隔对称布置，头对头留间隔对称布置的小写“h”顶部由定子轭部连接，定子轭部下部空间是外侧大槽，小写“h”的底部空间是内侧小槽；所述相同结构图形通过中间槽隔开，定子铁心模块由硅钢片冲裁叠压而成；电枢绕组穿过定子铁心模块的外侧大槽，励磁绕组定子铁心模块的内侧小槽。

所述中间槽内有永磁体，永磁体沿轴向充磁，轴向相邻两个永磁体充磁方向相反。

所述电枢绕组和励磁绕组沿周向绕制成正多边形状。

所述电枢绕组沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块的外侧大槽内，所述励磁绕组沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块的内侧小槽内。

所述永磁体轴向两侧相邻的两个电枢绕组的绕线方向相反，并串联连接成对，沿轴向依次设置为A，B，C三相绕组。

所述永磁体轴向两侧相邻的两个励磁绕组的绕线方向相反，并串联连接成对，在调节电机磁场时每对励磁绕组同时并行通入励磁直流电。

所述各定子铁心模块外侧设置有冷却液管道，所述冷却液管道横向穿过所述定子铁心模块两侧并沿轴向延伸。

所述冷却液管道出入两端分别设置冷却液入口环和冷却液出口环；冷却液由所述冷却液入口环入口进入，在环内形成六个分支分别流入各定子铁心模块的所述冷却液管道内，并在所述冷却液出口环汇合流出。

所述动子小齿环和动子大齿环为正六边形状。

本发明用于主轴驱动的多面筒型混合励磁开关磁通直线电机至少具有以下优点：本发明通过设计多定子模块化结构，使电机加工装配方便简单；设置磁钢和绕组在直线电机定子上，降低直线电机材料用量和造价；电机动子只存在动子齿环，使电机直线驱动鲁棒性强，响应迅速。通过设置励磁绕组，调节电机磁场，改善直线电机低速负载和高速进给性能。另外，本发明通过设置冷却液循环系统，使得磁钢、电枢绕组和励磁绕组共同散热，大大提高直线电机运行负荷和稳定性。因此，相比现有的直线电机，本发明直线电机作为主轴大推力轴向驱动的伺服直驱动力源更具有优势，工作性能更佳。

通过将永磁体和绕组线圈设置在电机短初级定子上，长次级动子只设置齿环，使直线电机永磁体等材料用量大大降低，鲁棒性增强；通过设置励磁绕组，使电机内磁场可控调节，改善直线电机低速负载和高速进给性能。

附图说明

图1是本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的整体轴向剖面结构示意图；

图2是本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的三维外型示意图；

图3是本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的横向截面示意图；

图4是本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的内部三维组成结构示意图；

图5是图4中本发明直线电机的局部透视结构示意图；

图6是图4中本发明直线电机次级动子的三维结构示意图；

图7是图4中本发明直线电机初级定子单模块的三维结构示意图；

图8是图7中本发明直线电机定子铁心模块硅钢片结构示意图；图9是图4中本发明直线电机定子绕组放置示意图；

图10是图7中本发明直线电机定子铁心模块冷却液管道示意图；

图11是本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的流体冷却系统结构示意图。

图中，1、芯轴，2、定子铁心模块，3、永磁体，4、电枢绕组，5、励磁绕组，6、冷却液管道，7、电机机座，8、动子小齿环，9、动子大齿环，10、次级滑套，11、直线轴承，12、电机外套筒，13、冷却液入口环，14、冷却液出口环，15、螺栓，16、锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机的组成结构作具体介绍：

参阅图1、图3和图6所示，本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，参阅图1所示、本发明一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机、至少包括动子芯轴1、定子铁心模块2、电枢绕组4、励磁绕组5、电机机座7、动子小齿环8、动子大齿环9、次级滑套10、直线轴承11，所述动子芯轴1沿轴向设置在电机机座7轴线上，所述动子小齿环8和动子大齿环9沿轴向依次间隔嵌套在所述动子芯轴1外圆面上，组成该直线电机次级动子；所述动子芯轴1轴向两端设置有次级滑套10，次级滑套10使依次间隔嵌套的动子小齿环8和动子大齿环9限位在动子芯轴1上，次级滑套10与依次间隔嵌套的动子小齿环8和动子大齿环9一起用于次级动子的定向沿动子芯轴1轴向往复运动；所述电机机座7轴向两端设置电机外套筒12，由螺栓15紧固；所述次级滑套10外侧设置直线轴承11，直线轴承11嵌套在所述电机外套筒12内；所述次级滑套10前端设置锁紧螺母16，用于次级动子的锁紧固定；所述电机机座7内侧沿轴向等间隔平行与动子芯轴1设置有凹槽，在每个凹槽内固定有定子铁心模块2，定子铁心模块2平行于动子芯轴1；多组电枢绕组4和励磁绕组5以不等直径穿过定子铁心模块2，电枢绕组4直径大，励磁绕组5直径小，电枢绕组4在励磁绕组5的外侧形成一组，一组电枢绕组4和励磁绕组5和另一组之间有间隔且平行。

如图7和图8所示，所述定子铁心模块2包括多组：定子齿极2a、定子轭部2b、内侧小槽2c、外侧大槽2d和中间槽2e，由多组定子齿极2a、定子轭部2b、内侧小槽2c、外侧大槽2d和中间槽2e构成相同结构图形并排连接为一体，其中定子齿极2a为两个小写的“h”结构头对头留间隔对称布置，头对头留间隔对称布置的小写“h”顶部由定子轭部2b连接，定子轭部2b下部空间是外侧大槽2d，小写“h”的底部空间是内侧小槽2c；所述相同结构图形通过中间槽2e隔开，定子铁心模块2由硅钢片冲裁叠压而成；电枢绕组4穿过定子铁心模块2的外侧大槽2d，励磁绕组5定子铁心模块2的内侧小槽2c，如图9所示。

结合图7、图9、图10和图11所示，所述中间槽2e内有永磁体3，永磁体3沿轴向充磁，轴向相邻两个永磁体3充磁方向相反。

结合图3，图4，图5和图8所示，所述电枢绕组4和励磁绕组5沿周向绕制成正多边形状。所述电枢绕组4沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块2的外侧大槽2d内，所述励磁绕组5沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块2的内侧小槽2c内。

所述永磁体3轴向两侧相邻的两个电枢绕组4的绕线方向相反，并串联连接成对，沿轴向依次设置为A，B，C三相绕组。

所述永磁体3轴向两侧相邻的两个励磁绕组5的绕线方向相反，并串联连接成对，在调节电机磁场时每对励磁绕组同时并行通入励磁直流电。作为本发明的优选实施例，所述电枢绕组4和励磁绕组5沿周向绕制成正六边形状，分别嵌套在所述六个定子铁心模块内。

结合图2、图、图10和图11所示，所述各定子铁心模块2外侧设置有冷却液管道6，所述冷却液管道6横向穿过所述定子铁心模块2两侧并沿轴向延伸。所述冷却液管道6出入两端分别设置冷却液入口环13和冷却液出口环14。冷却液由所述冷却液入口环13入口进入，在环内形成六个分支分别流入各定子铁心模块2的所述冷却液管道6内，并在所述冷却液出口环14汇合流出。冷却液循环由现成液压泵系统实现，此处不再累述。

本发明动子小齿环8和动子大齿环9为多边形，作为本发明的优选实施例，所述动子小齿环8和动子大齿环9为正六边形状。

Claims (10)

1.一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：至少包括动子芯轴（1）、定子铁心模块（2）、电枢绕组（4）、励磁绕组（5）、电机机座（7）、动子小齿环（8）、动子大齿环（9）、次级滑套（10）、直线轴承（11），所述动子芯轴（1）沿轴向设置在电机机座（7）轴线上，所述动子小齿环（8）和动子大齿环（9）沿轴向依次间隔嵌套在所述动子芯轴（1）外圆面上，组成该直线电机次级动子；所述动子芯轴（1）轴向两端设置有次级滑套（10），次级滑套（10）使依次间隔嵌套的动子小齿环（8）和动子大齿环（9）限位在动子芯轴（1）上，次级滑套（10）与依次间隔嵌套的动子小齿环（8）和动子大齿环（9）一起用于次级动子的定向沿动子芯轴（1）轴向往复运动；所述电机机座（7）轴向两端设置电机外套筒（12），由螺栓（15）紧固；所述次级滑套（10）外侧设置直线轴承（11），直线轴承（11）嵌套在所述电机外套筒（12）内；所述次级滑套（10）前端设置锁紧螺母（16），用于次级动子的锁紧固定；所述电机机座（7）内侧沿轴向等间隔平行与动子芯轴（1）设置有凹槽，在每个凹槽内固定有定子铁心模块（2），定子铁心模块（2）平行于动子芯轴（1）；多组电枢绕组（4）和励磁绕组（5）以不等直径穿过定子铁心模块（2），电枢绕组（4）直径大，励磁绕组（5）直径小，电枢绕组（4）在励磁绕组（5）的外侧形成一组，一组电枢绕组（4）和励磁绕组（5）和另一组之间有间隔且平行。

2.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述定子铁心模块（2）包括多组：定子齿极（2a）、定子轭部（2b）、内侧小槽（2c）、外侧大槽（2d）和中间槽（2e），由多组定子齿极（2a）、定子轭部（2b）、内侧小槽（2c）、外侧大槽（2d）和中间槽（2e）构成相同结构图形并排连接为一体，其中定子齿极（2a）为两个小写的“h”结构头对头留间隔对称布置，头对头留间隔对称布置的小写“h”顶部由定子轭部（2b）连接，定子轭部（2b）下部空间是外侧大槽（2d），小写“h”的底部空间是内侧小槽（2c）；所述相同结构图形通过中间槽（2e）隔开，定子铁心模块（2）由硅钢片冲裁叠压而成；电枢绕组（4）穿过定子铁心模块（2）的外侧大槽（2d），励磁绕组（5）定子铁心模块（2）的内侧小槽（2c）。

3.根据权利要求2所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述中间槽（2e）内有永磁体（3），永磁体（3）沿轴向充磁，轴向相邻两个永磁体（3）充磁方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述电枢绕组（4）和励磁绕组（5）沿周向绕制成正多边形状。

5.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述电枢绕组（4）沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块（2）的外侧大槽（2d）内，所述励磁绕组（5）沿周向分别嵌套在周向各个定子铁心模块（2）的内侧小槽（2c）内。

6.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述永磁体（3）轴向两侧相邻的两个电枢绕组（4）的绕线方向相反，并串联连接成对，沿轴向依次设置为A，B，C三相绕组。

7.根据权利要求3所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述永磁体（3）轴向两侧相邻的两个励磁绕组（5）的绕线方向相反，并串联连接成对，在调节电机磁场时每对励磁绕组同时并行通入励磁直流电。

8.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述各定子铁心模块（2）外侧设置有冷却液管道（6），所述冷却液管道（6）横向穿过所述定子铁心模块（2）两侧并沿轴向延伸。

9.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述冷却液管道（6）出入两端分别设置冷却液入口环（13）和冷却液出口环（14）；冷却液由所述冷却液入口环（13）入口进入，在环内形成六个分支分别流入各定子铁心模块（2）的所述冷却液管道（6）内，并在所述冷却液出口环（14）汇合流出。

10.根据权利要求1所述的一种多面筒型混合励磁开关磁通直线电机，其特征是：所述动子小齿环（8）和动子大齿环（9）为正六边形状。