CN107623426A - 一种线性驱动装置及线性电机 - Google Patents

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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/035—DC motors; Unipolar motors

Abstract

一种线性驱动装置，由一组空心线圈做定子，一个永久磁铁做动子。空心线圈的空腔能容纳下永久磁铁，还留有间隙，空心线圈的右端口和永久磁铁的左端面挨着，并同轴，空心线圈在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，永久磁铁轴向充磁，左段为N极，右段为S极。

Description

一种线性驱动装置及线性电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及线性电动机技术领域。
背景技术
在现有技术中，线性电机从驱动方式上分，大体上可分为两类：一类是动圈式线性电机，它是通电线圈在匀强磁场内，受安培力来驱动；另一类是电磁式，它是两个或两个以上电磁铁产生的电磁场相互作用来驱动，或电磁铁产生的电磁场与永久磁体的磁场相互作用来驱动。
在第一类线性电机中，匀强磁场是一个或两个永久磁铁由铁芯连通而成的，匀强磁场两个磁极之间，不仅要有容纳线圈的空间，而且两个磁极与线圈之间有气缝。在第二类线性电机中，电磁铁是由线圈和铁芯构成的，电磁极与电磁极之间，或电磁极与永久磁铁之间有气缝。这两类线性电机，都有铁芯，磁回路较长，在磁回路上有气缝，能量损耗较大，效率低、体积大、结构复杂。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构简单、控制精度高、效率高、功率体积比大、噪声低的线性驱动装置及线性电机。
为便于说明本发明，先了解几个电磁学概念：
永久磁铁的内磁场和外磁场：永久磁铁表面以里的实心部分所存在的磁场称为内磁场，永久磁铁表面以外的空间所存在的磁场称为外磁场，永久磁铁的外表面就是内、外磁场的分界面。
永久磁铁的N、S两极分界面：永久磁铁的N、S两极中间有个分界面，将永久磁铁平分成左右两段，如果左段是N极，右段就是S极，这个分界面称为永久磁铁的N、S两极分界面。
通电空心线圈的内磁场和外磁场：通电空心线圈两个端面之间的空心柱内所产生的磁场称为内磁场，空心柱之外所产生的磁场称为外磁场，空心柱的外表面就是电磁场的内、外磁场的分界面。
通电空心线圈所产生的内磁场的N、S两极分界面：通电空心线圈所产生的内磁场的N、S两极中间有个分界面，将内磁场平分成左右两段，如果左段是N极，右段就是S极，这个分界面称为通电空心线圈所产生的内磁场的N、S两极分界面。
一个磁场的内磁场和外磁场大小相等，方向相反。
永久磁铁的内磁场看不见，表现出来的是外磁场。而通电空心线圈产生的内磁场，可以看见，可以利用。
本发明的目的之一，是提供一种线性驱动装置。
实施例1、一种线性驱动装置，由一组空心线圈做定子，一个永久磁铁做动子。空心线圈的空腔能容纳下永久磁铁，还留有间隙，空心线圈的右端口和永久磁铁的左端面挨着，并同轴，空心线圈在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，永久磁铁轴向充磁，左段为N极，右段为S极。
结合附图2，说明实施例1的线性驱动装置的工作原理：
当空心线圈(8a)的引线ja1接在直流电源的正极上，引线ja2接在直流电源的负极上，空心线圈(8a)产生的内磁场的左段为S极，左段为N极，与永久磁铁(9)的外磁场相互吸引，使永久磁体(9)向空心线圈(8a)内运动，一直到通电空心线圈产生的内磁场的N、S两极分界面Mxa和永久磁铁的N、S两极分界面My重合时，运动停止，此时，空心线圈(8a)产生的内磁场与永久磁铁(9)的外磁场耦合，空心线圈(8a)产生的内磁场的磁力线，通过永久磁铁(9)的外表面，直接与永久磁铁(9)的内磁场的磁力线连接，形成最短磁回路，无间隙，吸力最大。
实施例2、一种线性驱动装置，将实施例1的线性驱动装置，空心线圈做动子，永久磁铁做定子。空心线圈的空腔能容纳下永久磁铁，还留有间隙，空心线圈的右端口和永久磁铁的左端面挨着，并同轴，空心线圈在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，永久磁铁轴向充磁，左段为N极，右段为S极。
本发明的目的之二，是提供一种线性电机。
实施例1、一种线性电机，将本发明的目的之一的实施例1提供的线性驱动装置，在动子包括永久磁铁的周围，增加一组定子空心线圈，定子的两组空心线圈相同，空心线圈(8a)和空心线圈(8b)左右挨着，并同轴，由线圈左档板(10)和线圈右档板(11)固定在机壳或其它不运动的机件上。空心线圈(8a)的尾端引线Ja2接在220伏交流电源的零线上，首端引线Ja1接在整流二极管(20a)的正极上，整流二极管(20a)的负极接在220伏交流电的火线上；空心线圈(8b)的首端引线Jb1接在220伏交流电源的零线上，尾端引线Jb2接在整流二极管(20b)的负极上，整流二极管(20b)的正极接在220伏交流电的火线上。动子永久磁铁(9)由固定件(14)固定在连接件(15)上，再由连接件(15)固定在活塞上或气缸上或其它直行机件上。固定件(14)和连接件(15)用非铁磁性材料制成。空心线圈(8a)在轴线上所占的宽度，等于通电空心线圈(8b)在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁(9)在轴线上所占的宽度，等于线性电机行程。永久磁铁设置在空心线圈内，并与线圈同轴，永久磁铁(9)左段为N极，右段为S极。
下面结合附图4说明本发明的目的之二的实施例1的线性电机的工作原理：
当接通的交流电源为正半周时，空心线圈(8a)接通，空心线圈(8b)关闭，空心线圈(8a)产生的内磁场左端为S极、右端为N极，与永久磁体(9)的外磁场耦合，相互吸引，永久磁体(9)向空心线圈(8a)内运动，一直到通电空心线圈(8a)产生的内磁场的N、S两极分界面Mxa和永久磁铁的N、S两极分界面My重合时，空心线圈(8a)产生的内磁场的磁力线，在永久磁铁的外表面直接与永久磁铁的内部磁力线连接，形成磁回路，此时的磁回路最短，吸力最大，运动停止，此点为线性电机的左止点；当交流电源为负半周时，空心线圈(8b)接通，空心线圈(8a)关闭，空心线圈(8b)产生的内磁场，与永久磁体(9)的外磁场耦合，相互吸引，永久磁体(9)向空心线圈(8b)内运动，一直到通电空心线圈(8b)产生的内磁场的N、S两极分界面Mxb和永久磁铁的N、S两极分界面My重合时，运动停止，此点为线性电机的右止点，线性电机完成了一个往复运动。
实施例2、一种线性电机，将本发明的目的之一的实施例2提供的线性驱动装置，在定子永久磁铁的周围，增设一组动子空心线圈(38b)，空心线圈(38b)与空心线圈(38a)相同，空心线圈(38a)和空心线圈(38b)左右挨着，并同轴，空心线圈和永久磁铁同轴，空心线圈(38a)和空心线圈(38b)由线圈左档板(40)和线圈右档板(41)固定在活塞上或气缸上或其它直行机件上。空心线圈(38a)的尾端引线Ja2接在220伏交流电源的零线上，首端引线Ja1接在整流二极管(50a)的正极上，整流二极管(50a)的负极接在220伏交流电的火线上；空心线圈(38b)的首端引线Jb1接在220伏交流电源的零线上，尾端引线Jb2接在整流二极管(50b)的负极上，整流二极管(50b)的正极接在220伏交流电的火线上。定子永久磁铁(39)，由固定件(44)固定在连接件(45)上，再由连接件(45)固定在不运动的机件上。固定件(44)和连接件(45)用非铁磁性材料制成。永久磁铁(39)轴向充磁，左段为N极，右段为S极。空心线圈(38a)在轴线上所占的宽度，等于空心线圈(38b)在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，等于线性电机行程。
实施例2的种线性电机工作原理：同本发明目的之二的实施例1的线性电机工作原理。
实施例3、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例1的线性电机，在永久磁铁的两端，增设与永久磁铁等宽的极铁(12)和极铁(13)。
实施例4、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例2的线性电机，在永久磁铁的两端，增设与永久磁铁等宽的极铁(42)和极铁(43)。
实施例5、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的线性电机，在电源上增加一个调频装置，使线性电机可以调频。
实施例6、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的线性电机，使用直流电源，用电源控制模块取代二只整流二极管，来控制二个空心线圈的工作。
实施例7、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的线性电机，永久磁铁使用钕铁硼永磁体。
实施例7、一种线性电机，将本发明目的之二的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5和实施例6的线性电机，永久磁铁磁轴横截面为圆或长方形或正方形或正六方形或圆环或方环。
附图说明：
图1：是本发明目的之一的实施例1的线性驱动装置剖面图。
图2：是本发明目的之一的实施例1的线性驱动装置工作原理图。
图3：是本发明目的之一的实施例2的线性驱动装置剖面图。
图4：是本发明目的之二的实施例1的线性电机剖面图。
图5：是本发明目的之二的实施例1的线性电机工作原理图。
图6：是本发明目的之二的实施例2的线性电机剖面图。
图7：是本发明目的之二的实施例3的线性电机剖面图。
图8：是本发明目的之二的实施例4的线性电机剖面图。
图中：1是机壳，8a是定子空心线圈，8b定子空心线圈，9是动子永久磁铁，10是线圈左档板，11是线圈右档板，12是左极铁，13是右极铁，14是固定件，15是连接件，16是接线盒，20a是整流二极管，20b是整流二极管。
31是直线运动机件，38a是动子空心线圈，38b动子空心线圈，39是定子永久磁铁，40是线圈左档板，41是线圈右档板，42是左极铁，43是右极铁，44是固定件，45是连接件，46是接线盒。

Claims (10)

1.一种线性驱动装置，由定子和动子组成。其特征是：一组空心线圈做定子，一个永久磁铁做动子，空心线圈的空腔能容纳下永久磁铁，还留有间隙，空心线圈的右端口和永久磁铁的左端面挨着，并同轴，空心线圈在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，永久磁铁轴向充磁，左段为N极，右段为S极。
2.一种线性驱动装置，根据实施例1的线性驱动装置。其特征是：空心线圈做动子，永久磁铁做定子，空心线圈的空腔能容纳下永久磁铁，还留有间隙，空心线圈的右端口和永久磁铁的左端面挨着，并同轴，空心线圈在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，永久磁铁轴向充磁，左段为N极，右段为S极。
3.一种线性电机，根据权利要求1提供的线性驱动装置。其特征是：在动子永久磁铁的周围，增加一组定子空心线圈，定子的两组空心线圈相同，空心线圈(8a)和空心线圈(8b)左右挨着，并同轴，由线圈左档板(10)和线圈右档板(11)固定在机壳或其它不运动的机件上。空心线圈(8a)的尾端引线Ja2接在220伏交流电源的零线上，首端引线Ja1接在整流二极管(20a)的正极上，整流二极管(20a)的负极接在220伏交流电的火线上；空心线圈(8b)的首端引线Jb1接在220伏交流电源的零线上，尾端引线Jb2接在整流二极管(20b)的负极上，整流二极管(20b)的正极接在220伏交流电的火线上。动子永久磁铁(9)由固定件(14)固定在连接件(15)上，再由连接件(15)固定在活塞上或气缸上或其它直行机件上。固定件(14)和连接件(15)用非铁磁性材料制成。空心线圈(8a)在轴线上所占的宽度，等于通电空心线圈(8b)在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁(9)在轴线上所占的宽度，等于线性电机行程。永久磁铁设置在空心线圈内，并与线圈同轴，永久磁铁(9)左段为N极，右段为S极。
4.一种线性电机，根据权利要求2提供的线性驱动装置，其特征是：在定子永久磁铁的周围，增设一组动子空心线圈(38b)，空心线圈(38b)与空心线圈(38a)相同，空心线圈(38a)和空心线圈(38b)左右挨着，并同轴，空心线圈和永久磁铁同轴，空心线圈(38a)和空心线圈(38b)由线圈左档板(40)和线圈右档板(41)固定在活塞上或气缸上或其它直行机件上。空心线圈(38a)的尾端引线Ja2接在220伏交流电源的零线上，首端引线Ja1接在整流二极管(50a)的正极上，整流二极管(50a)的负极接在220伏交流电的火线上；空心线圈(38b)的首端引线Jb1接在220伏交流电源的零线上，尾端引线Jb2接在整流二极管(50b)的负极上，整流二极管(50b)的正极接在220伏交流电的火线上。定子永久磁铁(39)，由固定件(44)固定在连接件(45)上，再由连接件(45)固定在不运动的机件上。固定件(44)和连接件(45)用非铁磁性材料制成。永久磁铁(39)轴向充磁，左段为N极，右段为S极。空心线圈(38a)在轴线上所占的宽度，等于空心线圈(38b)在轴线上所占的宽度，等于永久磁铁在轴线上所占的宽度，等于线性电机行程。
5.一种线性电机，根据权利要求3提供的线性电机，其特征是：在永久磁铁的两端，增设与永久磁铁等宽的极铁(12)和极铁(13)。
6.一种线性电机，根据权利要求4提供的线性电机，其特征是：在永久磁铁的两端，增设与永久磁铁等宽的极铁(42)和极铁(43)。
7.一种线性电机，根据权利要求3、权利要求4、权利要求5和权利要求6提供的线性电机，其特征是：在电源上增加一个调频装置，使线性电机可以调频。
8.一种线性电机，根据权利要求3、权利要求4、权利要求5和权利要求6提供的线性电机，其特征是：使用直流电源，用电源控制模块取代二只整流二极管，来控制二个空心线圈的工作。
9.一种线性电机，根据权利要求3、权利要求4、权利要求5和权利要求6提供的线性电机，其特征是：永久磁铁使用钕铁硼永磁体。
10.一种线性电机，根据权利要求3、权利要求4、权利要求5和权利要求6提供的线性电机，其特征是：永久磁铁磁轴横截面为圆或长方形或正方形或正六方形或圆环或方环。
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