CN106655702A - 高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，包括机座以及设置在机座上的动力机构，所述动力机构包括内定子、具有绕组线圈的外定子、动子、机轴以及弹簧，所述内定子和所述外定子相互分离以在所述内定子和所述外定子之间具有气隙，所述动子在所述内定子和所述外定子之间设置磁环，以执行往复运动，所述机轴与所述动子呈联动设置，所述弹簧弹性的支撑机轴，所述内定子内也具有绕组线圈。本发明技术方案，内定子绕组线圈通电状态下产生的磁场通量与外定子绕组线圈产生磁场及磁环磁场之间相互作用，构成磁力线闭合回路，增强电机有效磁场，从而有效提高了推力密度。

Description

高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机
技术领域
本发明涉及一种高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机。
背景技术
往复式永磁直线电机，通常包括机座以及设置在机座上的动力机构，所述动力机构包括内定子、具有绕组线圈的外定子、动子、机轴以及弹簧，所述内定子和所述外定子相互分离以在所述内定子和所述外定子之间具有气隙，所述动子在所述内定子和所述外定子之间设置磁环，以执行往复运动，所述机轴与所述动子呈联动设置，所述弹簧弹性的支撑机轴。然而现有的往复式永磁直线电机，其通常只采用同层并列排布的双外定子结构或只有外定子设置绕组线圈进行单激励的双定子结构，其存在推力密度低，空间利用率低的缺点，并且大部分只能单方向做功，不利于节能环保。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、节能环保的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，包括机座以及设置在机座上的动力机构，所述动力机构包括内定子、具有绕组线圈的外定子、动子、机轴以及弹簧，所述内定子和所述外定子相互分离以在所述内定子和所述外定子之间具有气隙，所述动子在所述内定子和所述外定子之间设置磁环，以执行往复运动，所述机轴与所述动子呈联动设置，所述弹簧弹性的支撑机轴，所述内定子内也具有绕组线圈。
通过采用本发明技术方案，内定子绕组线圈通电状态下产生的磁场通量与外定子绕组线圈产生磁场及磁环磁场之间相互作用，构成磁力线闭合回路，增强电机有效磁场，从而有效提高了推力密度。
本发明进一步设置：所述内定子包括呈分体设置的齿部与轭部，所述绕组线圈绕设在所述齿部。
通过采用本发明技术方案，加工时能够更加方便的对绕组线圈进行绕制。
本发明进一步设置：所述内定子齿部中心位置由非导磁材料构成的支撑件隔开适当的气隙长度。
通过采用本发明技术方案，以便引导磁力线分别通过内外定子和磁环，构成有效磁场闭合回路，能够使得内定子的磁路与外定子对称。
本发明进一步设置：所述齿部与轭部均由硅钢片沿圆周切向排布成辐射状，齿部硅钢片的叠压密度大于轭部硅钢片的叠压密度。
通过采用本发明技术方案，使得直接面对动子的内定子齿部硅钢片能够尽量多的接收气隙磁场导通来的磁力线，增大了导磁面积。
本发明进一步设置：所述磁环为一体的环状结构，其外表面为同一极性面向外定子，内表面为另一极性面向内定子。
通过采用本发明技术方案，使得磁环的磁通呈径向充磁的辐射，保证了气隙磁场强度均匀无间断，进一步提高了推力密度。
本发明进一步设置：所述动力机构包括所述第一动力机构，所述第一动力机构包括具有绕组线圈的第一内定子与第一外定子、第一动子、第一机轴以及第一弹簧，所述第一内定子和所述第一外定子相互分离以在所述第一内定子和所述第一外定子之间具有气隙，所述第一动子在所述第一内定子和所述第一外定子之间设置磁环，以执行往复运动；所述动力机构还包括第二机轴以及第二弹簧，所述第一机轴与第二机轴分别可移动插设在所述机座内，所述第一机轴与第二机轴呈同轴并联动设置，所述第一机轴与所述第一动子呈联动设置，所述第一弹簧与第二弹簧分别弹性的支撑第一机轴与第二机轴。
通过采用本发明技术方案，通过第一机轴与第二机轴正反移动同时做功，从而提高了工作效率，更加节能环保。
本发明进一步设置：所述动力机构还包括所述第二动力机构，所述第二动力机构包括具有绕组线圈的第二内定子与第二外定子以及第二动子，所述第二内定子和所述第二外定子相互分离以在所述第二内定子和所述第二外定子之间具有气隙，所述第二动子设置在所述第二内定子和所述第二外定子之间，以执行往复运动，所述第二机轴与所述第二动子呈联动设置。
通过采用本发明技术方案，电机的动力机构采用模块化设计使其设计、生产周期和成本等方面都明显优于传统电机的设计和加工。有效的模块设计，有利于工装工艺的规范化编制和提高生产过程中所需工装模具的利用率。模块化的设计可以直接针对不同功率和推力要求的应用场合，改装方便。本发明技术方案动力机构可采用1~n级模块化，多级化的设计也保证了多级电机具有容错特性，即当其中一级的绕组损坏或其他部件发生故障，相互独立的其他级不受影响，依然正常运行，保证了其在不间断工作需求下的应用。并且，与现有技术相较，在推力相当的情况下，通过模块化轴向加长，大大减小了电机的直径。
本发明进一步设置：所述第一机轴与第二机轴的相对端分别设置有法兰，所述第一动子与第二动子分别呈一端开口的圆筒状设置，第一动子与第二动子均分别包括底壁与侧壁，所述底壁设置有中部通孔，所述第一动子与第二动子的底壁分别夹设在第一机轴与第二机轴的法兰之间并通过连接件固定。
通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
本发明进一步设置：所述第一弹簧与第二弹簧分别套设在所述第一机轴与第二机轴外侧，并且第一弹簧与第二弹簧的一端分别跟第一机轴与第二机轴的法兰相抵设置，第一弹簧与第二弹簧的另一端分别跟机座相抵设置。
通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
本发明进一步设置：还包括用于安装第一外定子与第二外定子的第一定子座与第二定子座，所述第一机轴与第二机轴之间设置有挡板，所述第一弹簧与第二弹簧分别设置有若干组，所述第一弹簧与第二弹簧的一端分别跟所述挡板相抵设置，第一弹簧与第二弹簧的另一端分别跟第一定子座与第二定子座相抵设置。
通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
附图说明
图1为本发明实施例一结构剖视图；
图2为本发明实施例二结构剖视图；
图3为本发明实施例三结构剖视图；
图4为本发明实施例四结构剖视图；
图5为本发明实施例五结构剖视图；
图6为本发明实施例六结构剖视图；
图7为本发明实施例七结构剖视图；
图8为本发明实施例八结构剖视图；
图9为本发明的动子实施例结构剖视图。
具体实施方式
参见附图1-附图9，本发明公开的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，包括机座1以及设置在机座1上的动力机构，所述动力机构包括内定子2、具有绕组线圈8的外定子3、动子4、机轴5以及弹簧6，优选的，机轴5与机座1之间还设置有直线轴承7，所述内定子2和所述外定子3相互分离以在所述内定子2和所述外定子3之间具有气隙，所述动子4在所述内定子3和所述外定子4之间设置磁环9，以执行往复运动，所述机轴5与所述动子4呈联动设置，所述弹簧6弹性的支撑机轴5，所述内定子2内也具有绕组线圈8。通过采用本发明技术方案，内定子2绕组线圈8通电状态下产生的磁场通量与外定子3绕组线圈8产生磁场及磁环磁场之间相互作用，构成磁力线闭合回路，增强电机有效磁场，从而有效提高了推力密度。优选的内外定子绕组线圈规格一致，可串联连接，由同一电源和控制器控制。内外定子绕组线圈电流大小一致，根据动子运行位置同时进行换相，通电方向保证磁通量回路处于增强状态，以控制动子做往复直线运动。
本发明进一步设置：所述内定子2包括呈分体设置的齿部21与轭部22，所述绕组线圈8绕设在所述齿部21。通过采用本发明技术方案，加工时能够更加方便的对绕组线圈进行绕制。
本发明进一步设置：所述内定子2齿部21中心位置由非导磁材料构成的支撑件23隔开适当的气隙长度。通过采用本发明技术方案，能够使得内定子2的磁路与外定子3对称。
本发明进一步设置：所述齿部21与轭部22均由硅钢片沿圆周切向排布成辐射状，齿部21硅钢片的叠压密度大于轭部22硅钢片的叠压密度。通过采用本发明技术方案，使得直接面对动子3的内定子2齿部21硅钢片能够尽量多的接收气隙磁场导通来的磁力线，增大了导磁面积。
本发明进一步设置：所述磁环9为一体的环状结构，其外表面为同一极性面向外定子，内表面为另一极性面向内定子。通过采用本发明技术方案，使得磁环的磁通呈径向充磁的辐射，进一步提高了推力密度。
本发明进一步设置：所述动力机构包括所述第一动力机构，所述第一动力机构包括第一内定子201、具有绕组线圈8的第一外定子301、第一动子401、第一机轴501以及第一弹簧601，所述第一内定子201和所述第一外定子301相互分离以在所述第一内定子201和所述第一外定子301之间具有气隙，所述第一动子401在所述第一内定子201和所述第一外定子301之间设置磁环9，以执行往复运动；所述动力机构还包括第二机轴502以及第二弹簧602，所述第一机轴501与第二机轴502分别可移动插设在所述机座1内，所述第一机轴501与第二机轴502呈同轴并联动设置，所述第一机轴501与所述第一动子401呈联动设置，所述第一弹簧601与第二弹簧602分别弹性的支撑第一机轴501与第二机轴502。通过采用本发明技术方案，通过第一机轴501与第二机轴502正反移动同时做功，从而提高了工作效率，更加节能环保。
本发明技术方案动力机构可采用一级（参见附图1、附图2）或多级（参见附图2-附图8）模块化，本发明进一步设置：所述动力机构还包括所述第二动力机构，所述第二动力机构包括第二内定子202、具有绕组线圈8的第二外定子302以及第二动子402，所述第二内定子202和所述第二外定子302相互分离以在所述第二内定子202和所述第二外定子302之间具有气隙，所述第二动子402设置在所述第二内定子202和所述第二外定子302之间，以执行往复运动，所述第二机轴502与所述第二动子402呈联动设置。通过采用本发明技术方案，电机的动力机构采用模块化设计使其设计、生产周期和成本等方面都明显优于传统电机的设计和加工。有效的模块设计，有利于工装工艺的规范化编制和提高生产过程中所需工装模具的利用率。模块化的设计可以直接针对不同功率和推力要求的应用场合，改装方便。本发明技术方案动力机构可采用1~n级模块化，多级化的设计也保证了多级电机具有容错特性，即当其中一级的绕组损坏或其他部件发生故障，相互独立的其他级不受影响，依然正常运行，保证了其在不间断工作需求下的应用。并且，与现有技术相较，在推力相当的情况下，通过模块化轴向加长，大大减小了电机的直径。
本发明可进一步设置：所述第一机轴501与第二机轴502的相对端分别设置有法兰，所述第一动子401与第二动子402分别呈一端开口的圆筒状设置，第一动子401与第二动子402均分别包括底壁41与侧壁42，所述底壁41设置有中部通孔43，所述第一动子401与第二动子402的底壁41分别夹设在第一机轴501与第二机轴502的法兰之间并通过连接件固定。通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
本发明可进一步设置：所述第一弹簧601与第二弹簧602分别套设在所述第一机轴501与第二机轴502外侧，并且第一弹簧601与第二弹簧602的一端分别跟第一机轴501与第二机轴502的法兰相抵设置，第一弹簧601与第二弹簧602的另一端分别跟机座1相抵设置。通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
本发明也可进一步设置：还包括用于安装第一外定子301与第二外定子302的第一定子座与第二定子座，所述第一机轴501与第二机轴502之间设置有挡板，所述第一弹簧601与第二弹簧602分别设置有若干组，所述第一弹簧601与第二弹簧602的一端分别跟所述挡板相抵设置，第一弹簧601与第二弹簧602的另一端分别跟第一定子座与第二定子座相抵设置。通过采用本发明技术方案，结构简单、运行更加稳定。
参见附图1-8，需要说明的是，本发明技术方案机轴可以采用一体或分体设置，机轴、弹簧可以采用多种不同方式进行安装，而不仅限于附图1-8中方式。

Claims (10)

1.一种高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，包括机座以及设置在机座上的动力机构，所述动力机构包括内定子、具有绕组线圈的外定子、动子、机轴以及弹簧，所述内定子和所述外定子相互分离以在所述内定子和所述外定子之间具有气隙，所述动子在所述内定子和所述外定子之间设置磁环，以执行往复运动，所述机轴与所述动子呈联动设置，所述弹簧弹性的支撑机轴，其特征在于：所述内定子内也具有绕组线圈。
2.根据权利要求1所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述内定子包括呈分体设置的齿部与轭部，所述绕组线圈绕设在所述齿部。
3.根据权利要求2所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述内定子齿部中心位置由非导磁材料构成的支撑件隔开适当的气隙长度。
4.根据权利要求3所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述齿部与轭部均由硅钢片沿圆周切向排布成辐射状，齿部硅钢片的叠压密度大于轭部硅钢片的叠压密度。
5.根据权利要求1所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述磁环为一体的径向充磁的辐射环结构，其外表面为同一极性面向外定子，内表面为另一极性面向内定子。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述动力机构包括所述第一动力机构，所述第一动力机构包括第一内定子、具有绕组线圈的第一外定子、第一动子、第一机轴以及第一弹簧，所述第一内定子和所述第一外定子相互分离以在所述第一内定子和所述第一外定子之间具有气隙，所述第一动子在所述第一内定子和所述第一外定子之间设置磁环，以执行往复运动；所述动力机构还包括第二机轴以及第二弹簧，所述第一机轴与第二机轴分别可移动插设在所述机座内，所述第一机轴与第二机轴呈同轴并联动设置，所述第一机轴与所述第一动子呈联动设置，所述第一弹簧与第二弹簧分别弹性的支撑第一机轴与第二机轴。
7.根据权利要求6所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述动力机构还包括所述第二动力机构，所述第二动力机构包括第二内定子、具有绕组线圈的第二外定子以及第二动子，所述第二内定子和所述第二外定子相互分离以在所述第二内定子和所述第二外定子之间具有气隙，所述第二动子设置在所述第二内定子和所述第二外定子之间，以执行往复运动，所述第二机轴与所述第二动子呈联动设置。
8.根据权利要求7所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述第一机轴与第二机轴的相对端分别设置有法兰，所述第一动子与第二动子分别呈一端开口的圆筒状设置，第一动子与第二动子均分别包括底壁与侧壁，所述底壁设置有中部通孔，所述第一动子与第二动子的底壁分别夹设在第一机轴与第二机轴的法兰之间并通过连接件固定。
9.根据权利要求8所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：所述第一弹簧与第二弹簧分别套设在所述第一机轴与第二机轴外侧，并且第一弹簧与第二弹簧的一端分别跟第一机轴与第二机轴的法兰相抵设置，第一弹簧与第二弹簧的另一端分别跟机座相抵设置。
10.根据权利要求8所述的高推力密度的双激励模块化往复式永磁直线电机，其特征在于：还包括用于安装第一外定子与第二外定子的第一定子座与第二定子座，所述第一机轴与第二机轴之间设置有挡板，所述第一弹簧与第二弹簧分别设置有若干组，所述第一弹簧与第二弹簧的一端分别跟所述挡板相抵设置，第一弹簧与第二弹簧的另一端分别跟第一定子座与第二定子座相抵设置。
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