CN109639091A - 直线电机及压缩机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直线电机及压缩机，所述直线电机包括定子和可轴向运动的动子，所述定子设置在所述动子外侧并周向包裹所述动子；所述动子包括柱形的支撑结构和至少一组沿支撑结构一周排列的多个动子磁体，所述动子磁体产生的磁场方向与所述支撑结构的径向一致，每组的多个所述动子磁体使得支撑结构外侧的磁场依次间隔排列；所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯内侧面形成多个与所述动子磁体对应的定子齿，所述定子齿上设置线圈绕组，用于产生与所述柱面径向一致的磁场。本申请实施例所提供的直线电机的动子具有受力均匀的特点。

Description

直线电机及压缩机

技术领域

本申请涉及驱动技术领域，具体而言，涉及一种直线电机及压缩机。

背景技术

直线电机具有节约能耗等特点，直线电机一般包括圆柱形和槽式两种。其中，圆柱形的直线电机包括柱形的动子、设置在动子内侧呈柱形的内定子以及设置在动子外侧一周的定子铁芯，定子铁芯与动子之间设置有绕组线圈绕组。绕组线圈绕组产生的磁场在定子铁芯和内定子之间形成闭合回路，并驱动动子做直线运动。

常见的圆筒形直线电机的结构中，定子铁芯由许多具有凹的弧形边的片状磁导体叠铆的多个部分构成。其中，定子铁芯的每个部分中，凹的弧形边需要叠铆形成一个凹的弧形面，然后再使定子铁芯的各个部分凹的弧形面与同一柱面一致，并使定子铁芯的各个部分环绕所述柱面呈放射状分布。现有技术中存在的槽式直线电机中，一种结构是设置两个相对的E型定子铁芯，定子铁芯上设置线圈绕组，两个定子铁芯之间设置与运动方向平行的动子。

现有的这些直线电机，存在制造和运行时受力不均等多方面的问题。

发明内容

为了克服现有技术中的至少一个上述不足，本申请的目的在于提供一种直线电机，所述直线电机包括定子和可轴向运动的动子，所述定子设置在所述动子外侧并周向包裹所述动子；

所述动子包括柱形的支撑结构和至少一组沿支撑结构一周排列的多个动子磁体，所述动子磁体产生的磁场方向与所述支撑结构的径向一致，每组的多个所述动子磁体中产生磁场方向相反的动子磁体依次间隔排列；

所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯内侧面形成多个与所述动子磁体对应的定子齿，所述定子齿上设置线圈绕组，用于产生与所述柱面径向一致的磁场。

可选地，与同一组所述动子磁体产生的磁场中，产生两个相邻的异向磁场的动子磁体分别对应的线圈绕组在同一时刻产生的磁场方向相反。

可选地，所述定子齿的末端形成柱面。

可选地，所述定子铁芯由多个片状磁导体叠铆而成，所内侧延伸形成凸块，各个所述片状磁导体的凸块末端形成定子铁芯内侧的柱面，各个所述片状磁导体对应的凸块形成所述定子齿。

可选地，所述定子齿上设置有定位结构，所述定位结构用于限定所述线圈绕组的位置。

可选地，每组所述定子中，相邻的两个定子齿之间的间隔相同。

可选地，所述动子磁体有多组，相邻的两组动子磁体之间，位于同一运动路径上的动子磁体产生的磁场方向相反。

可选地，所述动子磁体设置在所述支撑结构外表面。

可选地，所述直线电机还包括谐振弹簧，所述谐振弹簧的振动频率与所述电机的振动频率一致。

本申请的另一目的在于提供一种压缩机，所述压缩机包括压缩结构和以上任一项所述的直线电机，所述直线电机与所述压缩结构动连接。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供一种全新的直线电机及压缩机，该直线电机包括动子和定子，其中动子一周设置至少一组多个动子磁体，产生磁场不同的动子磁体间隔排列。定子设置在所述动子外侧并周向包裹所述动子，定子上包含与每个磁场对应的定子齿，定子齿上设置线圈绕组，本申请实施例所提供的直线电机及压缩机均具有定子容易制造，以及动子所受阻力小的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中的圆筒形直线电机的等轴侧视图；

图2为本现有技术中的圆筒形直线电机的俯视图；

图3为本申请实施例提供的槽型直线电机的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的直线电解机结构示意图一；

图5为本申请实施例提供的直线电机的结构示意图二；

图6为本申请实施例提供的直线电机定子的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的直线电机的工作原理结构示意图。

图标：1-定子铁芯；11-定子齿；12-定位结构；2-内定子；3-线圈绕组；4-动子；41-支撑结构；42-动子磁体；43-连接片；44-通孔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。因此，在需要进行直线驱动的结构中，采用直线电机能够避免其他的转换过程中带来的能量损耗，具有效率高的特点。

例如，在压缩机中，活塞需要做往复运动，如果在这种结构中采用旋转电机，那么，则需要采用曲轴连杆结构来将旋转电机输出的旋转运动转化为在活塞往复路径上的直线运动。在此转化过程中，曲轴连杆与其他结构之间、曲轴连杆之间都会产生摩擦损耗。从而使得旋转电机驱动直线运动的电能转化为机械能的效率较低。

而在直线电机中，直线电机定子直接驱动动子4做往复直线运动，在这个过程中，并不会额外增加会产生摩擦的结构，因此采用直线电机驱动直线运动的能量转换效率较高。

现有技术中的直线电机一般包括圆柱形和槽式两种类型。请参见图1和图2，圆柱形的直线电机包括柱形的动子4、设置在动子4内侧呈柱形的内定子2以及设置在动子4外侧一周的定子铁芯1，定子铁芯1与动子4之间设置有线圈绕组3。线圈绕组3产生的磁场在定子铁芯1和内定子2之间形成闭合回路，并驱动动子4做直线运动。其中，定子铁芯1由许多具有凹的弧形边的片状磁导体叠铆的多个部分构成。其中，定子铁芯1的每个部分中，凹的弧形边需要叠铆冲压成一个凹的弧形面，然后再使定子铁芯1的各个部分凹的弧形面与同一柱面一致，并使定子铁芯1的各个部分环绕所述柱面呈放射状分布。

请参见图3，图3是现有技术中槽式的直线电机，直线电机包括两个相对设置的E字型定子铁芯1，定子铁芯1上设置有线圈绕组3。动子磁体42设置在两个动子4之间。

请参见图4及图5，图4和图5是本申请实施例提供的直线电机的结构示意图，所述直线电机包括定子和可轴向运动的动子4，所述定子设置在所述动子4一周；所述动子4包括柱形的支撑结构41和至少一组沿支撑结构41一周排列的多个动子磁体42，所述动子磁体42产生的磁场方向与所述支撑结构41的径向一致，每组的多个所述动子磁体42中产生磁场方向相反的动子磁体42依次间隔排列。

所述定子包括定子铁芯1，定子铁芯1设置在动子4外侧并周向包裹动子4，所述定子铁芯1内侧面形成多个与所述动子磁体42对应的定子齿11，所述定子齿11上设置线圈绕组3，用于产生与所述柱面径向一致的磁场。其中，与动子磁体42对应的定子齿11是指，该定子齿11上设置的线圈绕组3所产生的磁场与动子4上的动子磁体42所产生的磁场，位于以支撑结构41轴心为圆心的截面呈扇形的柱形区域内。

本实施例中，支撑结构41可以由叠铆硅钢制造而成，也可以由固体磁性刚制成。支撑结构41整体外形呈现为柱形，其中，支撑结构41可以是中空的柱形。在支撑结构41内侧，可以设置连接结构以连接被驱动物体。例如，在将直线电机应用于压缩机时，可以在中空呈柱形的压缩机上设置连接片43，使连接片43将支撑结构41内侧的通道沿径向分为两部分。本实施例中，还可以在连接片43上设置开孔，用于作为空气的流通通道。当然，本实施例中，也可以在连接片43的中央开设通孔44，用于设置活塞的连接结构，从而使得活塞能够在动子4带动下进行往复运动。

本实施例中，通过在支撑结构41一周设置动子磁体42能够使得动子4在各个方向上受力更加均匀。由于每组的动子磁体42之间间隔分布，因此，动子指向轴心方向的力大大削弱，直线电机的动子4所受阻力更小。

本实施例中，定子环绕动子4一周，也就是说，定子是一个整体结构，本实施例中，将定子设置为一个整体结构，能够避免组装定子的过程中，由于冲压过程中，各个部分冲压不均匀以及各个部分组装在一起时，导致的定子内侧与动子4之间的距离不相同的情况。因此，本实施例中，可以使动子4与定子之间部分距离更加趋于一致，从而能够减小动子4受力不均匀的情况。

可选地，在一种实施方式中，每层动子磁体42设置在支撑结构41一周，在动子磁体42均能产生沿支撑结构41径向的磁场的情况下，使相邻的两个磁块产生的磁场方向相反。此时，同一组中的每个线圈绕组3分别对应一个动子磁体42。

可选地，在另一种实施方式中，每层动子磁体42中，可以使连续的多个动子磁体42产生的磁场方向相同(靠近定子一侧的磁场方向相同)。通过此种方式使同一组动子磁体42所产生按照产生磁场方向相反的形式布置。此时，同一组中，连续的多个产生同一方向磁场的动子磁体42与同一个线圈绕组3对应。

本实施例中，在不做特殊说明的情况下，磁场方向的是否相同均以磁场的磁感线是指向动子4外表面还是背离动子4外表面的方向。如果两个待判断磁场的磁感线均是指向或者均是背离动子4外表面，则两者的磁场方向一致。如果两个待判断磁场的磁感线均是一个指向、一个背离动子4外表面，两者的磁场方向异向。

可选地，本实施例中，与同一组所述动子磁体42产生的磁场中，产生两个相邻的异向磁场的动子磁体42分别对应的线圈绕组3在同一时刻产生的磁场方向相反。

例如，当动子4上设置的相邻的两个动子磁体42产生的磁场方向异向的情况下，该层中的每个动子磁体42对应一个线圈绕组3。

可选地，本实施例中，所述定子齿11的末端形成柱面。也就是说，动子4与定子组装好的情况下，所有定子齿11上靠近动子4轴向方向的一端的端面与同一个柱面一致。简而言之，就是动子4与定子组装好的情况下，每个定子齿11上靠近动子4轴向方向的一端的端面均为半径、轴心均相同的柱面的一部分。

本实施例中，使各个定子齿11的末端的表面都相同，能够使各个定子齿11的末端的端面与动子4之间的间隙更加均匀，从而，使得动子4的一周受力都比较均匀。

可选地，本实施例中，所述定子铁芯1由多个片状磁导体叠铆而成，所内侧延伸形成凸块，各个所述片状磁导体的凸块末端形成定子铁芯1内侧的柱面，各个所述片状磁导体对应的凸块形成所述定子齿11。也就是说，整个定子铁芯1由多个中间设置有通孔44的，且相同的片状磁导体在轴向上叠铆而成。其中，各个片状磁导体相同的结构相重合。

本实施例中，采用叠铆硅钢制造定子铁芯1，能够使定子铁芯1的磁通损耗减少。也就是说，能够减少直线电机在运行过程中的能量损耗，从而提高直线电机的能量转换效率。

此外，本申请中，定子铁芯1整体仅由一部分组成，因此，在制造过程中，仅需要将该片状磁导体叠铆冲压即可，可以避免单独冲压一部分时，造成的各个部分冲压出来的弧度不一致的情况。

可选地，本实施例中，所述定子齿11上设置有定位结构12，所述定位结构12用于限定所述线圈绕组3的位置。

本实施例中，定子齿11的末端向邻近的定子齿11方向延伸，可以对设置在定子齿11上的线圈绕组3起到限定位置的作用。

可选地，本实施例中，每组所述定子动子磁体42中，相邻的两个定子齿11之间的间隔相同。

本实施例中，使每组动子磁体42中相邻的定子齿11之间的间隔相同，能够使各个方向的磁场分布更加均匀，从而提高电机的能量转换效率。

请参见图6，可选地，本实施例中，所述动子磁体42有多组，相邻的两组动子磁体42之间，位于同一运动路径上的动子磁体42产生的磁场方向相反。也就是说，设置多组动子磁体42时，各组动子磁体42上的在支撑结构41表面上位于同一直线上的动子磁体42，按照产生的磁场方向依次间隔排列。

例如，所述动子磁体42可以设置两组，同一组中，不同磁场方向的动子磁体42间隔排列。同一弧度范围内，位于不同层中的动子磁体42所产生的磁场方向相反。

本实施例中，可选地，同一线圈绕组3与多个动子磁体42对应。例如，当动子4上设置有两组动子磁体42时，同一线圈绕组3与多个动子磁体42对应，在线圈绕组3与一组中的动子磁体42相互吸引时，另一组动子磁体42与线圈绕组3之间相互排斥，从而使得定子与动子4之间的相互作用力更大，也就是说，设置多组动子磁体42时，可以使直线电机获得的动力更大，即能够提高直线电机的能量转化效率。

可选地，本实施例中，所述动子磁体42设置在所述支撑结构41外表面。

本实施例中，将动子磁体42设置在支撑结构41的表面，使得动子磁体42与线圈绕组3之间的距离更近，因此，整个电机能够提供更大的动力。

当然，在实际设置动子磁体42时，可以在支撑结构41上沿动子磁体42的表面沿支撑结构41一周设置凹槽，然后在该凹槽中设置动子磁体42。当然，本实施例中，凹槽可以从支撑结构41柱形的外表面上开设，也可以从支撑结构41柱形的内表面上开设，还可以从支撑结构41的端面开设。

可选地，本实施例中，所述直线电机还包括谐振弹簧，所述谐振弹簧的振动频率与所述电机的振动频率一致。其中，谐振弹簧与直线电机的动子4连接。

本实施例中，通过谐振弹簧来组装电机，可以使整个直线电机在谐振频率下工作，以产生更好的能量转化效率。

以下结合具体具有两组动子磁体42的结构来详细阐述本实施例所述电机的具体工作原理，请参见图7，图7中间的坐标轴，横轴表示时间，竖轴表示电流。图7左侧和右侧均为直线电机轴向的剖视图。在图7中，上侧和下侧的线圈绕组3电机在工作过程中，从时间起点开始，如图7左侧所示，位于上侧的线圈绕组3产生向动子4轴心的磁场，此时，该线圈绕组3左下侧的动子4产生向上的磁场，动子4便受到向左的力，该线圈绕组3右下侧的动子4产生向下的磁场，线圈绕组3同样受到向左的力，于是，线圈绕组3向左侧运动，下侧线圈绕组3与动子4之间的作用原理相同。如图7右侧所示，位于上侧的线圈绕组3产生向动子4轴心的磁场，此时，该线圈绕组3下侧的动子4产生向上的磁场，动子4便受到向右的力，该线圈绕组3右下侧的动子4产生向下的磁场，线圈绕组3同样受到向右的力，于是，线圈绕组3向右侧运动。

本申请的另一目的在于提供一种压缩机，所述压缩机包括压缩结构和以上任一项所述的直线电机，所述直线电机与所述压缩结构动连接。

本申请实施例提供的压缩机，其具有动子4受到的阻力小、定子容易制造的特点。

综上所述，本申请实施例中，通过在支撑结构41一周设置动子磁体42能够使得动子4在各个方向上受力更加均匀。因此该直线电机具有较高的工作效率。定子环绕动子4一周，也就是说，定子是一个整体结构，本实施例中，将定子设置为一个整体结构，能够避免组装定子的过程中，由于冲压过程中，各个部分冲压不均匀以及各个部分组装在一起时，导致的定子内侧与动子4之间的距离不相同的情况。因此，本实施例中，可以使动子4与定子之间部分距离更加趋于一致，从而能够减小动子4受力不均匀的情况。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直线电机，其特征在于，所述直线电机包括定子和可轴向运动的动子，所述定子设置在所述动子外侧并周向包裹所述动子；

所述动子包括柱形的支撑结构和至少一组沿支撑结构一周排列的多个动子磁体，所述动子磁体产生的磁场方向与所述支撑结构的径向一致，每组的多个所述动子磁体中产生磁场方向相反的动子磁体依次间隔排列；

所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯内侧面形成多个与所述动子磁体对应的定子齿，所述定子齿上设置线圈绕组，用于产生与所述柱面径向一致的磁场。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，与同一组所述动子磁体产生的磁场中，产生两个相邻的异向磁场的动子磁体分别对应的线圈绕组在同一时刻产生的磁场方向相反。

3.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述定子齿的末端形成柱面。

4.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述定子铁芯由多个片状磁导体叠铆而成，所述片状磁导体内侧延伸形成凸块，各个所述片状磁导体的凸块末端形成定子铁芯内侧的柱面，各个所述片状磁导体对应的凸块形成所述定子齿。

5.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述定子齿上设置有定位结构，所述定位结构用于限定所述线圈绕组的位置。

6.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，每组所述定子中，相邻的两个定子齿之间的间隔相同。

7.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述动子磁体有多组，相邻的两组动子磁体之间，位于同一运动路径上的动子磁体产生的磁场方向相反。

8.根据权利要求1-7任一项所述的直线电机，其特征在于，所述动子磁体设置在所述支撑结构外表面。

9.根据权利要求1-7任一项所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括谐振弹簧，所述谐振弹簧的振动频率与所述电机的振动频率一致。

10.一种压缩机，其特征在于，所述压缩机包括压缩结构和权利要求1-9任一项所述的直线电机，所述直线电机与所述压缩结构动连接。