CN110518777B - 一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线电机，属于电机技术领域。本发明提出了一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构，包括：长定子基座、长定子次级板、可往复移动地设置于所述长次级定子上的短初级动子，在定子侧设置横向限位滑轨和垂向限位滑轨，在动子侧设置横向导向轮和垂向导向轮，通过导向轮与限位滑轨的约束关系，形成动子的抱轨机构。双边动子可以通过抱轨机构，使得动子跟随定子适应性前进，达到控制动子和定子之间的气隙保持稳定。

Description

一种双边动初级式直线电机及其气隙稳定控制机构

技术领域

本发明涉及电动机技术领域，特别涉及一种气隙稳定控制机构。本发明还涉及一种双边动初级式直线电机。

背景技术

直线电机技术，可直接将电能转化为直线运动的动能，不需要任何中间转换机构的传动装置，具有系统体积小、低噪声、起动推力大、动态响应快等优点。直线电机技术可应用于轨道交通、电磁弹射、高层楼宇电梯、机床加工等直线运动设备的动力装置。直线电机又作为直线驱动的直接动力输出部件。

基于双边动初级式的直线电机，其定子属于长距离结构(通常长度在10米以上)，定子部件结构通常为加工部件或装配部件，在定子距离较长时，部件的加工直线度存在一定的误差，同时装配也会有一定的不平度，导致动子和定子之间气隙发生变化。气隙变化的越大，初级和次级之间的法向力偏载也增大，法向力增大又会使得次级铝板悬臂结构发生变形，导致气隙波动更大，即存在恶性循环，最后导致电机振动过大，降低电机使用寿命。同时，在双边动初级式直线电机设计阶段，为避免动子、定子间发生碰撞，电机初级和次级设计气隙往往冗余偏大，导致直线电机效率偏低。

因此，如何实现直线电机动子与定子之间气隙稳定控制，防止运行过程中气隙产生波动，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种气隙稳定控制机构，能够实现直线电机动子与定子之间气隙稳定控制，防止运行过程中气隙产生波动。本发明的另一目的是提供一种双边动初级式直线电机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气隙稳定控制机构，包括长次级定子、可往复移动地设置于所述长次级定子上的短初级动子，所述长次级定子的表面上沿延伸方向立设有次级板，且所述次级板的两侧表面上均设置有沿其延伸方向分布的横向定位滑轨，所述短初级动子包括用于盖设于所述次级板顶面的动子框架，所述动子框架的两侧内壁上设置有相对于所述次级板对称分布的铁芯绕组，且所述动子框架的内部两侧壁上还设置有用于与所述横向定位滑轨配合滚动的横向导向轮。

优选地，所述长次级定子包括若干段沿长度方向依次拼接的定子延长段。

优选地，所述动子框架的底部设置有安装板，所述安装板的横向两侧均设置有用于在所述长次级定子的表面上滚动的垂向导向轮。

优选地，所述横向定位滑轨同时分布于所述次级板两侧表面的顶部和底部区域；所述动子框架的顶部底面和所述安装板的底面上均设置有连接轴，且各所述横向导向轮均水平横向设置在各所述连接轴的末端。

优选地，所述长次级定子的底部设置有定子基座，所述定子基座的两侧均立设有定子侧板，且所述定子基座的两侧边缘均设置有沿其长度方向延伸、用于与所述垂向导向轮配合滚动的垂向支撑滑轨。

优选地，两侧所述定子侧板的顶部区域沿横向设置有朝内延伸预设距离、用于限制所述垂向导向轮的垂向跳动的垂向限位滑轨。

优选地，所述垂向支撑滑轨及所述垂向限位滑轨的宽度均大于所述垂向导向轮的厚度。

优选地，所述安装板的底面上还设置有若干个与所述铁芯绕组电性连接的受流靴，且所述定子基座的表面上还设置有若干条沿其长度方向延伸并用于与各所述受流靴抵接以传导电流的受流轨。

优选地，所述定子基座的表面上还设置有若干条与各所述受流靴相对应的绝缘板，且各所述受流轨设置于各自对应的所述绝缘板的表面上。

本发明还提供一种双边动初级式直线电机，包括如上述任一项所述的气隙稳定控制机构。

本发明所提供的气隙稳定控制机构，主要包括长次级定子、短初级动子、和次级板。其中，次级板立设在长次级定子的表面上，并且沿着长次级定子的长度方向延伸。短初级动子设置在长次级定子的表面上，并且可在长次级定子的表面上沿其长度方向往复运动。短初级动子的主体结构是动子框架，该动子框架盖设在次级板的顶面上，在动子框架的两侧内壁上设置有铁芯绕组，该铁芯绕组以次级板为轴对称分布，理想状态下，两侧的铁芯绕组与中间的次级板的间距(即气隙)相等且恒定。重要的是，在次级板的两侧表面上均设置有横向定位滑轨，该横向定位滑轨沿着次级板的长度方向延伸分布。同时，在动子框架的两侧内壁上还设置有横向导向轮，该横向导向轮用于同时从两侧与次级板表面上的横向定位滑轨配合滚动，形成抱轨结构。如此，当短初级动子在长次级定子的表面上沿长度方向往复运动时，由于横向导向轮与横向定位滑轨之间的互相抵接和相对滚动，使得次级板的延伸方向无论发生何种曲线形变，短初级动子总是能够顺应次级板的形变而在运动中产生同步方向偏转，从而保持短初级动子在长次级定子上的横向方向动态定位，进而使得短初级动子上两侧的铁芯绕组与次级板之间的间距始终保持恒定，相当于保证了短初级动子与长次级定子的气隙稳定不变。综上所述，本发明所提供的气隙稳定控制机构，能够实现直线电机动子与定子之间气隙稳定控制，防止运行过程中气隙产生波动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为图1的横截面剖视图。

图3为图1中所示的长次级定子的横截面结构示意图。

图4为图1中所示的短初级动子的仰视结构示意图。

其中，图1—图4中：

短初级动子—1，长次级定子—2，次级板—3；

定子延长段—21；

动子框架—101，铁芯绕组—102，横向导向轮—103，安装板—104，垂向导向轮—105，连接轴—106，受流靴—107，定子基座—201，定子侧板—202，垂向支撑滑轨—203，垂向限位滑轨—204，受流轨—205，绝缘板—206，横向定位滑轨—301。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的横截面剖视图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，气隙稳定控制机构主要包括长次级定子2、短初级动子1、和次级板3。其中，次级板3立设在长次级定子2的表面上，沿着长次级定子2的长度方向延伸。短初级动子1设置在长次级定子2的表面上，并且可在长次级定子2的表面上沿其长度方向往复运动。

短初级动子1的主体结构是动子框架101，该动子框架101盖设在次级板3的顶面上，在动子框架101的两侧内壁上设置有铁芯绕组102，该铁芯绕组102以次级板3为轴对称分布，两侧的铁芯绕组102与中间的次级板3的间距(即气隙)相等且恒定。

重要的是，在次级板3的两侧表面上均设置有横向定位滑轨301，该横向定位滑轨301沿着次级板3的长度方向延伸分布。同时，在动子框架101的两侧内壁上还设置有横向导向轮103，该横向导向轮103用于同时从两侧与次级板3表面上的横向定位滑轨301配合滚动，形成抱轨结构。

如此，当短初级动子1在长次级定子2的表面上沿长度方向往复运动时，由于横向导向轮103与横向定位滑轨301之间的互相抵接和相对滚动，使得次级板3的延伸方向无论发生何种曲线形变，短初级动子1总是能够顺应次级板3的形变而在运动中产生同步方向偏转，从而保持短初级动子1在长次级定子2上的横向方向动态定位，进而使得短初级动子1上两侧的铁芯绕组102与次级板3之间的间距始终保持恒定，相当于保证了短初级动子1与长次级定子2的气隙稳定不变。

综上所述，本实施例所提供的气隙稳定控制机构，能够实现直线电机动子与定子之间气隙稳定控制，防止运行过程中气隙产生波动。相比于现有技术，能够响应地缩小动定子的设计气隙，提高双边动初级式直线电机效率。同时，该机构还能控制因初级、次级之间的法向力导致次级板3的弯曲变形，避免初级和次级之间的法向吸力影响动定子气隙变化。

如图3所示，图3为图1中所示的长次级定子2的横截面结构示意图。

在关于长次级定子2的一种优选实施方式中，为提高长次级定子2的总长度距离灵活性和可调性，该长次级定子2具体为分体式结构，主要包括若干个定子延长段21。其中，各段定子延长段21的长度可均相等，根据需要的长次级定子2的总长再确定定子延长段21的使用数量，之后再依次将各段定子延长段21拼接成一体。如此，通过若干段定子延长段21拼接形成长次级定子2，可以降低定子部件的加工难度，降低制造成本。

如图4所示，图4为图1中所示的短初级动子1的仰视结构示意图。

在关于短初级动子1的一种优选实施方式中，该短初级动子1的主体结构为动子框架101。具体的，该动子框架101可呈帽型，仅底端开口，其顶端盖设在次级板3的顶面上，将其笼罩，并整体位于长次级定子2的表面上。同时，为保证短初级动子1在长次级定子2表面上的顺利往复运动，本实施例在动子框架101的两侧侧壁的底部增设了安装板104。具体的，该安装板104可水平朝向次级板3延伸，末端可与次级板3保持一定间距。在安装板104的横向外侧面上设置有垂向导向轮105，该垂向导向轮105主要用于与长次级定子2的表面配合滚动，实现短初级动子1在长次级定子2上的往复运动。当然，短初级动子1与长次级定子2的相对运动并不仅能依靠上述垂向导向轮105实现，其余比如滑块与滑道的配合等同样可以采用。同理，对于横向导向轮103与横向定位滑轨301之间的配合也可以采用滑块与滑道等类似结构的配合进行替换。

在关于次级板3的一种优选实施方式中，在次级板3的两侧表面的顶部和底部区域均布置有横向定位滑轨301，当然，顶部的横向定位滑轨301与底部的横向定位滑轨301均沿次级板3的延伸方向分布，并且两者之间保持固定间距。相应地，本实施例在动子框架101的顶部底面和安装板104的底面上均设置了连接轴106，同时将各个横向导向轮103分别水平横向安装在各根连接轴106的末端。如此设置，各个横向导向轮103即可顺利地与各横向定位滑轨301形成稳定的相互抵接和相对滚动。

在关于长次级定子2的一种优选实施方式中，该长次级定子2主要包括定子基座201、定子侧板202和垂向支撑滑轨203。其中，定子基座201为长次级定子2的主体结构，一般呈矩形状，主要由铝板或非导磁钢板装配而成，其表面用于安装其余零部件，同时为短初级动子1提供往复运动场所。显然，定子基座201的长度尺寸比较明显，在理想情况下，定子基座201的延伸方向是一条直线。定子侧板202分别设置在定子基座201的横向两侧边缘位置，与定子基座201一同形成U型凹槽状结构。垂向支撑滑轨203分别设置在定子基座201的横向两侧边缘位置，并且可与定子侧板202相抵接。该垂向支撑滑轨203主要用于与短初级动子1上的垂向导向轮105配合，以便垂向导向轮105在其表面上进行滚动运动。显然，垂向支撑滑轨203的延伸方向与次级板3的延伸方向是平行的，并且在理想状态下，均与定子基座201的长度方向平行。

进一步的，考虑到当直线电机的运行效率较高时，短初级动子1将在长次级定子2上进行高速往复运动，为防止短初级动子1在运动过程中出现垂向跳动、颠簸等情况，本实施例在两侧的定子侧板202上均设置了垂向限位滑轨204。具体的，该垂向限位滑轨204的一端连接在各定子侧板202的表面上，并且水平朝向定子基座201的中心延伸一定长度。一般的，该垂向限位滑轨204可与底部的垂向支撑滑轨203互相正对，并且均用于与短初级动子1上的垂向导向轮105配合滚动，同时在自然装填，垂向限位滑轨204距离垂向导向轮105的顶端具有一定间隙。

同时，为尽量保证运动状态平衡，横向导向轮103可在动子框架101的前端与后端、顶部与底部同时设置，同理，垂向导向轮105可在动子框架101的前端与后端同时设置。一般的，在运动过程中，前端与后端的垂向导向轮105与垂向支撑滑轨203、垂向限位滑轨204之间的接触方式有3种：第1种，短初级动子1处于静止或匀速状态下，前后垂向导向轮105均与垂向支撑滑轨203接触；第2种，短初级动子1处于高加速状态下，前端垂向导向轮105与垂向限位滑轨204接触，而后端垂向导向轮105与垂向支撑滑轨203接触；第3种，短初级动子1处于高速制动状态下，前端垂向导向轮105与垂向支撑滑轨203接触，而后端垂向导向轮105与垂向限位滑轨204接触。

不仅如此，考虑到短初级动子1在运动过程中，可能随时需要根据次级板3的曲线形变而微调前进方向，而短初级动子1上的各个垂向导向轮105在各自对应的垂向支撑滑轨203中需要同步横向微调位置，为此，本实施例中，垂向支撑滑轨203及垂向限位滑轨204的宽度均大于垂向导向轮105的厚度(或宽度)。如此设置，可在短初级动子1在调整前进方向时，防止垂向导向轮105横向跑出垂向支撑滑轨203或垂向限位滑轨204。

另外，为保证定子与转子之间的正常供电，本实施例在安装板104的底面上还设置了若干个受流靴107，同时在定子基座201的表面上还设置有若干条受流轨205。具体的，各条受流轨205可沿着定子基座201的长度方向延伸分布，主要用于在短初级动子1的往复运动过程中，始终与受流靴107保持稳定接触，而受流靴107通过接线端子与铁芯绕组102电性连接，可保证两者间的电流传导。此处优选地，在安装板104的底面上可同时3个受流靴107，而定子基座201的表面上也可对应设置3条受流轨205，如此，在直线电机运行时，可产生三相电流。同时，在定子基座201的表面上于各条受流轨205的开设位置处还开设有相同数量的绝缘板206，每条受流轨205均对应其中一个绝缘板206，如此既可固定受流轨205，又可使受流轨205与定子基座201之间绝缘，防止电流短路。

本实施例还提供一种双边动初级式直线电机，主要包括如前述内容中所述的气隙稳定控制机构。其中，本实施例所述的双边动初级式直线电机，主要是指双边动短初级动子长次级定子式感应三相交流直线电机。当然，本实施例中所述的气隙稳定控制机构，不仅适用于长次级定子、短初级动子结构的双边动初级式直线电机使用，也可以适用于长初级定子、短次级动子结构的双边初级式直线电机。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种气隙稳定控制机构，其特征在于，包括长次级定子（2）、可往复移动地设置于所述长次级定子（2）上的短初级动子（1），所述长次级定子（2）的表面上沿延伸方向立设有次级板（3），且所述次级板（3）的两侧表面上均设置有沿其延伸方向分布的横向定位滑轨（301），所述长次级定子（2）的底部设置有定子基座（201），所述定子基座（201）的两侧均立设有定子侧板（202），且所述定子基座（201）的两侧设置有沿其长度方向延伸的垂向支撑滑轨（203），所述定子侧板（202）的顶部区域沿横向设置垂向限位滑轨（204），所述短初级动子（1）包括用于盖设于所述次级板（3）顶面的动子框架（101），所述动子框架（101）的两侧内壁上设置有相对于所述次级板（3）对称分布的铁芯绕组（102），所述动子框架（101）的内部两侧壁上设置有用于与所述横向定位滑轨（301）配合滚动的横向导向轮（103），所述动子框架（101）的底部设置有安装板（104），所述动子框架（101）两侧均设置有用于在所述垂向支撑滑轨（203）和垂向限位滑轨（204）配合滚动的垂向导向轮（105）；

所述横向导向轮（103）及所述横向定位滑轨（301）之间的配合约束关系，具有引导动子根据所述次级板（3）的形变曲线运行，限制动子和定子气隙发生变化，保持气隙稳定；所述垂向导向轮（105）及所述垂向支撑滑轨（203）的配合约束关系，具有支撑动子自然重力的作用；所述垂向导向轮（105）及所述垂向限位滑轨（204）的配合关系，所述垂向限位滑轨（204）与所述垂向导向轮（105）之间设置有间隙，正常状态双方是不接触的，当运行过程中短初级动子（1）异常跳动时，垂向限位滑轨（204）可以限制短初级动子（1）运行过程中跑出次级板（3）中心。

2.一种双边动初级式直线电机，其特征在于，包括如权利要求1所述的气隙稳定控制机构。

3.根据权利要求2所述的双边动初级式直线电机，其特征在于，所述安装板（104）的底面上还设置有若干个与所述铁芯绕组（102）电性连接的受流靴（107），且所述定子基座（201）的表面上还设置有若干条沿其长度方向延伸并用于与各所述受流靴（107）抵接以传导电流的受流轨（205），所述定子基座（201）的表面上还设置有若干条与各所述受流靴（107）相对应的绝缘板（206），且各所述受流轨（205）设置于各自对应的所述绝缘板（206）的表面上。

4.根据权利要求3所述的双边动初级式直线电机，其特征在于，所述长次级定子（2）包括若干段沿长度方向依次拼接的定子延长段（21）。

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