CN107834805B - 一种新型直流直线电机及直线往复运动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型直流直线电机及直线往复运动的方法，属于电机领域，该新型直流直线电机包括定子组件、与定子组件滑动配合的动子组件，定子组件包括定子内桶、定子外桶、以及定子线圈，定子内桶位于定子外桶内部，定子外桶内部设置有定子芯轴，定子内桶与定子芯轴的外壁形成环筒状间隙，定子线圈套接在定子芯轴上，且位于环筒状间隙内。本发明公开的新型直流直线电机，具有结构新颖、构思巧妙、与现有技术电机原理不同的特点；定、动子线圈具有制造方便、制造成本低的优点；不需要将定、动子线圈嵌线入槽，能够降低制造成本。

Description

一种新型直流直线电机及直线往复运动的方法

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体的，涉及一种新型直流直线电机及直线往复运动的方法。

背景技术

在中国专利102013783A中公开了一种轻型直流直线电机,包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座。外壳采用聚甲醛材料制作,薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处,铁芯中心部分是中空的,薄层磁钢紧贴铁芯外壁；底座的中心部分伸入到铁芯的底部,底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架是一个空心圆筒,电枢骨架的外侧一端开有凹槽,缠绕金属丝。而本发明不需在电枢上开槽，不要将定子线圈嵌线入槽，因此能够降低制造成本。从公开的轻型直流直线电机专利内容来看，其结构不能在电枢运行的气隙内形成较均匀的磁场，不利于电枢做匀速运动，另外其结构需要安装磁钢，材料成本高，由于磁钢的加工、安装固定复杂，因此生产成本高。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种新型直流直线电机结构及直线往复运动的方法，本发明通过将定子线圈套接在定子芯轴上，将定子内桶的一端与定子芯轴固定连接，且定子线圈是位于定子芯轴与定子内桶之间的环形气隙，这时给定子线圈通直流电，在定子外桶与定子内桶之间的环形气隙内产生很强的较均匀的磁场。将动子组件放置在定子内桶与定子外桶之间，这时给动子线圈通直流电，由于通电的导体在磁场中产生力，根据左手定律，动子线圈通电后会向某一个方向做直线运动，本发明提供的直流直线电机，具有结构新颖、构思巧妙、与现有技术电机原理不同的特点，此外，本发明的定、动子线圈具有制造方便、制造成本低的优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种新型直流直线电机，包括定子组件、与所述定子组件滑动配合的动子组件，所述定子组件包括定子内桶、定子外桶、以及定子线圈，所述定子内桶位于所述定子外桶内部，所述定子外桶内部设置有定子芯轴，所述定子内桶与所述定子芯轴的外壁形成环筒状间隙，所述定子线圈套接在所述定子芯轴上，且位于所述环筒状间隙内。

可选地，所述定子内桶包括第一桶体和第一端盖；

所述第一桶体与所述第一端盖固定连接；

所述第一端盖的端部与所述定子芯轴的一端部可拆卸连接。

可选地，所述定子外桶包括第二桶体和第二端盖；

所述第二桶体与所述第二端盖固定连接；

所述第二端盖的端部与所述定子芯轴的另一端部固定连接。

可选地，所述第一桶体与所述第二桶体之间形成环形气隙；所述动子组件包括动子滑桶、以及绕在所述动子滑桶一端部的动子线圈；

所述动子组件在所述环形气隙内滑动。

可选地，所述定子线圈由电磁线绕制制成；

所述动子线圈是在所述动子滑桶上绕制电磁线制成。

可选地，还包括滑杆、固定在所述滑杆两端的第一支架与第二支架、套接在所述滑杆上的滑动轴承、以及位于所述滑动轴承下方的连接块；

所述第一支架的底端与所述第二桶体的外壁固定连接；

所述连接块的一端与所述滑动轴承的一端固定连接，所述连接块的另一端与所述动子滑桶固定连接。

可选地，还包括用于检测所述动子组件位置的第一位置传感器和第二位置传感器；

所述第一位置传感器位于所述第一支架的一侧；

所述第二位置传感器固定在所述第二支架的内侧。

可选地，还包括定子线圈引出线；

所述定子线圈引出线的一端与所述定子线圈电性连接，且套在定子线圈引出臂内，所述定子线圈引出线的另一端与第一直流电源电性连接；

所述定子线圈引出臂与所述定子线圈的一侧外壁固定连接。

可选地，还包括动子线圈引出线；

所述动子线圈引出线的一端与所述动子线圈电性连接，且套在动子线圈引出臂内，所述动子线圈引出线的另一端与第二直流电源电性连接；

所述动子线圈引出臂与所述动子线圈的一侧外壁固定连接，且从定子外桶的长槽中伸出。

本发明还提供一种直线往复运动的方法，用于所述的新型直流直线电机，按如下步骤实施：

S101：通过第一直流电源给定子线圈通电，产生朝着同一方向的闭环磁场；

S102：通过第二直流电源给动子线圈通电，产生电流，其中，动子组件会受力做直线运动，通过选择电流方向，使动子组件向定子内部运动；

S103：当第一位置传感器检测到所述动子组件时，将所述第二直流电源的电极性改变为第一极性，使所述动子组件朝着定子组件外部方向做直线运动；

S104：当第二位置传感器检测到所述动子组件时，将所述第二直流电源的电极性再次改变为第二极性，使所述动子组件朝着定子组件内部方向做直线运动；其中，所述第二极性与所述第一极性相反；

S105：循环执行S102至S104，使所述动子组件做往复直线运动。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种新型直流直线电机，本发明通过将定子线圈套接在定子芯轴上，将定子内桶的一端与定子芯轴固定连接，且定子线圈是位于定子芯轴与定子内桶之间的环形气隙，这时给定子线圈通直流电，在定子外桶与定子内桶之间的环形气隙内产生很强的较均匀的磁场。将动子组件放置在定子内桶与定子外桶之间，这时给动子线圈通直流电，由于通电的导体在磁场中产生力，根据左手定律，动子线圈通电后会向某一个方向做直线运动。本发明提供的直流直线电机，具有结构新颖、构思巧妙、与现有技术电机原理不同的特点，此外，本发明的定、动子线圈具有制造方便、制造成本低的优点。本发明不需在电枢上开槽，不要将定子线圈嵌线入槽，因此能够降低制造成本。另外，本发明结构上利于在动子运行的气隙内形成较均匀的磁场，利于动子做匀速运动，且不需要安装磁钢，材料成本低，制造成本低。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种新型直流直线电机的原理结构示意图；

图2是本发明具体实施方式提供的一种新型直流直线电机的具体结构示意图；

图3是本发明具体实施方式提供的一种新型直流直线电机做往复运动的方法的流程示意图。

图中：

4、第一位置传感器；5、第二位置传感器；6、定子线圈引出线；7、动子线圈引出线；11、定子芯轴；12、定子线圈；13、定子内桶；14、定子外桶；21、环形气隙；22、动子线圈；23、动子滑桶；31、滑杆；32、第一支架；33、第二支架；34、滑动轴承；35、连接块；131、第一桶体；132、第一端盖；141、第二桶体；142、第二端盖；143、长槽。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1示例性地示出了一种新型直流直线电机的原理示意图，如图1所示。一种新型直流直线电机，包括定子组件、与定子组件滑动配合的动子组件，定子组件包括定子内桶13、定子外桶14、以及定子线圈12，定子内桶13位于定子外桶14内部，定子外桶14内部设置有定子芯轴11，定子内桶13与定子芯轴11的外壁形成环筒状间隙，定子线圈12套接在定子芯轴11上，且位于环筒状间隙内。本发明提供的直流直线电机具有结构新颖、通过结构的新颖性使得电机的装配非常方便，省时省力，同时电机的制做也变得方便，节约生产成本。

其中(见图2)，优选地，定子内桶13包括第一桶体131和第一端盖132；第一桶体131与第一端盖132固定连接；第一端盖132的端部与定子芯轴11的一端部可拆卸连接。

定子外桶14包括第二桶体141和第二端盖142；第二桶体141与第二端盖142固定连接；第二端盖142的端部与定子芯轴11的另一端部固定连接。

另外，以上实施中，定子线圈12的制作方法是直接通过电磁线绕制成的，将定子线圈12套接在定子芯轴11上，可以通过螺纹连接方式将定子内桶13的第一端盖132的一端部与定子芯轴11的一端部可拆卸连接，其中，可拆卸连接可以是螺纹连接，插接连接等。且定子线圈12是位于定子芯轴11与定子内桶13之间的，这时如果给定子线圈12通直流电，便会产生如图1中箭头指示的磁场，在定子外桶13与定子内桶14之间的气隙存在很强的磁场。动子线圈22的制作方法是在非磁性不锈钢动子滑桶23上绕制电磁线制成的，动子组件由动子滑桶23和动子线圈22构成，将动子组件放置在定子内桶13与定子外桶14之间，这时给动子线圈22通直流电，由于通电的导体在磁场中产生力，根据左手定律，动子线圈22通电后会向某一个方向做直线运动，具体应用中，可以将做直线运动的负载连接到动子滑桶23的底部端面，这样就会使负载在动子线圈22的带动下做直线运动。综上，从以上实施和结合图1可以看出，本发明提供的直流直线电机，具有结构新颖、构思巧妙、与现有技术电机原理不同的特点，此外，本发明提供的定子线圈12和动子线圈22的制作方法与现有技术也不同，比如现有技术中，定子线圈的制作方法是：首先在圆环形的定子铁芯上设置多个凹槽，然后将电磁线绕制在凹槽内，直到将凹槽填平，同样的，本发明提供的定子线圈12具有制造方便、制造成本低的优点。

优选地，定子线圈12的形状和动子线圈22的形状均是环形的。环状线圈具有绕制快、直接装配、不用嵌线入槽的优点，因而也降低了制造成本。

优选地，第一桶体131与第二桶体141之间形成环形气隙21；动子组件包括动子滑桶23、以及绕在动子滑桶23一端部的动子线圈22；动子组件在环形气隙21内滑动。

为了实现动子的来回滑动，也就是实现动子的往复直线运动，图2示例性地示出了本发明提供的一种新型直流直线电机的结构示意图，如图2所示。优选地，还包括包括滑杆31、固定在滑杆31两端的第一支架32与第二支架33、套接在滑杆31上的滑动轴承34、以及位于滑动轴承34下方的连接块35；第一支架32的底端与第二桶体141的外壁固定连接；连接块35的一端与滑动轴承34的一端固定连接，连接块35的另一端与动子滑桶23的一端固定连接。其中，第一支架32的底端与第二桶体141的外壁可以是通过焊接连接。

优选地，还包括用于检测运动位置的第一位置传感器4和第二位置传感器5；第一位置传感器4位于第一支架32的一侧；第二位置传感器5固定第二支架33的内侧。除了将第一位置传感器4位于第一支架32的一侧，将第二位置传感器5固定第二支架33的内侧之外，还可以设置在其它合适的位置，比如将第一位置传感器4固定在第一支架32的上表面，总之，只要能够实现检测动子滑桶23的运动位置即可。其中，第一位置传感器4和第二位置传感器5是用来检测动子的来回滑动位置的。优选地，第一位置传感器4和第二位置传感器5均是光电位置传感器。

优选地，还包括定子线圈引出线6；定子线圈引出线6的一端与定子线圈12电性连接，且套接在定子线圈引出臂61内，定子线圈引出线6的另一端与第一直流电源电性连接；定子线圈引出臂61与定子线圈12的一侧外壁固定连接。

优选地，还包括动子线圈引出线7；动子线圈引出线7的一端与动子线圈22电性连接，且套接在动子线圈引出臂71内，动子线圈引出线7的另一端与第二直流电源电性连接；动子线圈引出臂71与动子线圈22的一侧外壁固定连接，且从定子外桶14的长槽143中伸出。动子线圈引出臂71与动子滑桶23的一侧外壁也可以是焊接连接。

其中，定子线圈引出臂61和动子线圈引出臂71都可以设置成金属圆筒状的。另外，由于在定子外桶14的侧壁上开出一个长槽141，又由于动子线圈引出臂71与动子滑桶23一侧外壁焊接连接，因此使动子线圈引出臂71可以在长槽141中滑动，保证动子在定子内桶13上没有转动。

优选地，定子内桶13、定子外桶14的材质是铁磁材质的，为了减少加工量及减少铁耗，定子内桶13及定子外桶14也可以采用粉末冶金方法制作。

优选地，还包括用于固定电机本体的固定脚8；固定脚8与定子外桶14的外壁焊接连接。由于是对称电机，固定脚8的个数可以设置成四个，根据具体的应用，也可以设置成其它数量的固定脚8。

另外，本发明提供的直流直线电机中，不需要像现有技术中的直流直线电机中安装永磁体，因此本发明提供的直流直线电机进一步节约了成本。由于本发明原理类似传统直流电机，因此具有较好调速性能。由于本发明的电磁气隙小，无边界效应，因此励磁损耗较小。

本发明还提供一种直线往复运动的方法，适用于上述的新型直流直线电机，图3示例性地示出了本发明提供的一种直线往复运动的方法的流程示意图，如图3所示。按如下步骤实施：

S101：通过第一直流电源给定子线圈通电，产生朝着同一方向的闭环磁场；

S102：通过第二直流电源给动子线圈通电，产生电流，其中，动子组件会受力做直线运动，通过选择电流方向，使动子组件向定子内部运动；

S103：当第一位置传感器检测到动子组件时，将第二直流电源的电极性改变为第一极性，使动子组件朝着定子组件外部方向做直线运动；

S104：当第二位置传感器检测到动子组件时，将第二直流电源的电极性再次改变为第二极性，使动子组件朝着定子组件内部方向做直线运动；其中，第二极性与第一极性相反；

S105：循环执行S102至S104，使动子组件做往复直线运动。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种新型直流直线电机，包括定子组件、与所述定子组件滑动配合的动子组件，其特征在于：

所述定子组件包括定子内桶(13)、定子外桶(14)、以及定子线圈(12)，所述定子内桶(13)位于所述定子外桶(14)内部，所述定子外桶(14)内部设置有定子芯轴(11)，所述定子内桶(13)与所述定子芯轴(11)的外壁形成环筒状间隙，所述定子线圈(12)套接在所述定子芯轴(11)上，且位于所述环筒状间隙内；

所述定子内桶(13)包括第一桶体(131)和第一端盖(132)；

所述第一桶体(131)与所述第一端盖(132)固定连接；

所述第一端盖(132)的端部与所述定子芯轴(11)的一端部可拆卸连接；

所述定子外桶(14)包括第二桶体(141)和第二端盖(142)；

所述第二桶体(141)与所述第二端盖(142)固定连接；

所述第二端盖(142)的端部与所述定子芯轴(11)的另一端部固定连接；

所述第一桶体(131)与所述第二桶体(141)之间形成环形气隙(21)；所述动子组件包括动子滑桶(23)、以及绕在所述动子滑桶(23)一端部的动子线圈(22)；

所述动子组件在所述环形气隙(21)内滑动。

2.如权利要求1所述的一种新型直流直线电机，其特征在于：

所述定子线圈(12)由电磁线绕制制成；

所述动子线圈(22)是在所述动子滑桶(23)上绕制电磁线制成。

3.如权利要求1所述的一种新型直流直线电机，其特征在于：

还包括滑杆(31)、固定在所述滑杆(31)两端的第一支架(32)与第二支架(33)、套接在所述滑杆(31)上的滑动轴承(34)、以及位于所述滑动轴承(34)下方的连接块(35)；

所述第一支架(32)的底端与所述第二桶体(141)的外壁固定连接；

所述连接块(35)的一端与所述滑动轴承(34)的一端固定连接，所述连接块(35)的另一端与所述动子滑桶(23)固定连接。

4.如权利要求3所述的一种新型直流直线电机，其特征在于：

还包括用于检测所述动子组件位置的第一位置传感器(4)和第二位置传感器(5)；

所述第一位置传感器(4)位于所述第一支架(32)的一侧；

所述第二位置传感器(5)固定在所述第二支架(33)的内侧。

5.如权利要求1所述的一种新型直流直线电机，其特征在于：

还包括定子线圈引出线(6)；

所述定子线圈引出线(6)的一端与所述定子线圈(12)电性连接，且套在定子线圈引出臂(61)内，所述定子线圈引出线(6)的另一端与第一直流电源电性连接；

所述定子线圈引出臂(61)与所述定子线圈(12)的一侧外壁固定连接。

6.如权利要求1所述的一种新型直流直线电机，其特征在于：

还包括动子线圈引出线(7)；

所述动子线圈引出线(7)的一端与所述动子线圈(22)电性连接，且套在动子线圈引出臂(71)内，所述动子线圈引出线(7)的另一端与第二直流电源电性连接；

所述动子线圈引出臂(71)与所述动子线圈(22)的一侧外壁固定连接，且从定子外桶(14)的长槽(143)中伸出。

7.一种直线往复运动的方法，用于权利要求1至6任一项所述的新型直流直线电机，其特征在于，按如下步骤实施：

S101：通过第一直流电源给定子线圈(12)通电，产生朝着同一方向的闭环磁场；

S102：通过第二直流电源给动子线圈(22)通电，产生电流，其中，动子组件会受力做直线运动，通过选择电流方向，使动子组件向定子内部运动；

S103：当第一位置传感器(4)检测到所述动子组件时，将所述第二直流电源的电极性改变为第一极性，使所述动子组件朝着定子组件外部方向做直线运动；

S104：当第二位置传感器(5)检测到所述动子组件时，将所述第二直流电源的电极性再次改变为第二极性，使所述动子组件朝着定子组件内部方向做直线运动；其中，所述第二极性与所述第一极性相反；

S105：循环执行S102至S104，使所述动子组件做往复直线运动。