CN112217370B - 一种管形直线电机动子 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于电动机技术领域，涉及一种管形直线电机动子。本申请提供的技术方案包括永磁体、铁芯及芯轴；所述铁芯和永磁体交错排布，使所述永磁体设于所述铁芯之间，两相近的所述永磁体磁极相对，所述芯轴设于两端所述铁芯远离所述永磁铁一侧，所述芯轴与设置于定子上的滑套滑动连接，通过动子与定子自身结构配合，使动子与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。

Description

一种管形直线电机动子

技术领域

本申请涉及电动机技术领域，更具体的说，特别涉及一种管形直线电机动子。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。直线电机的驱动控制技术一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机，还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。

现有的管形直线电机动子只是给电机提供磁场，电机动子与电机定子之间的支撑需要依靠附加的直线导轨来完成，导致管形直线电机结构复杂且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管形直线电机动子，动子与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种管形直线电机动子，

包括永磁体、铁芯及芯轴；

所述铁芯和永磁体交错排布，使所述永磁体设于所述铁芯之间，两相近的所述永磁体磁极相对，所述芯轴设于两端所述铁芯远离所述永磁铁一侧，所述芯轴与设置于定子上的滑套滑动连接。

进一步地，所述芯轴包括分别设于两端铁芯一侧的前芯轴和后芯轴，所述后芯轴上设有位置反馈单元。

进一步地，所述前芯轴包括滑柱和限位柱，所述限位柱与铁芯固定连接，所述滑柱设于所述限位柱远离所述铁芯一侧，所述滑柱与定子的滑套滑动连接，所述滑柱表面为光滑面，所述限位柱朝向所述滑柱一面与设置于电机本体上的限位结构配合，以对动子行程进行限位。

进一步地，所述后芯轴上设有至少一个台阶，所述后芯轴表面为光滑面。

进一步地，所述后芯轴上设有第一台阶面，所述第一台阶面与设置于定子上的防旋转结构配合，以防止动子在沿轴向直线运动过程中发生旋转。

进一步地，所述后芯轴上设有第二台阶面，所述位置反馈单元设于所述第二台阶面上，所述位置反馈单元通过胶粘的方式固定于所述第二台阶面上。

进一步地，所述后芯轴上设有减重孔。

进一步地，所述永磁体、铁芯、前芯轴和后芯轴之间通过胶粘的方式固定。

进一步地，所述永磁体呈圆柱状，所述永磁体由钕铁硼材料制成，充磁方向为轴向。

进一步地，所述铁芯由导磁材料制成。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以有益下效果：

一种管形直线电机动子,不仅能给直线电机提供磁场，还可以通过芯轴将动子直接支撑在定子的滑套上进行往返直线运动，通过动子与定子自身结构配合，即动子通过芯轴在定子上的滑套内滑动，从而使动子与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积。通过将位置反馈单元设置在后芯轴的第二台阶面上，即位置反馈单元设在动子上，从而使位置反馈单元无需占用额外的空间，不会增加直线电机的体积。从而可以进一步降低直线电机内部结构所占用的空间，进一步将直线电机应用于对电机体积要求苛刻的场合。使直线电机具备结构合理、体积小、应用范围广的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中动子的整体结构示意图；

图2为本发明实施例中动子的剖视图；

图3为本发明实施例中前芯轴的结构示意图；

图4为本发明实施例中后芯轴的结构示意图；

图5为本发明实施例中管形直线电机的整体结构示意图；

图6为本发明实施例中管形直线电机的剖视图；

图7为本发明实施例中端盖的整体结构示意图；

图8为本发明实施例中直线轴承的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、电机本体；2、动子；21、永磁体；22、铁芯；23、前芯轴；231、滑柱；232、限位柱；24、后芯轴；241、第一台阶面；242、第二台阶面；243、减重孔；25、位置反馈单元；3、定子；31、线圈绕组；32、线架；4、端盖；41、端盖本体；42、限位环；5、直线轴承；51、轴承座；52、调节件；6、滑套。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供一种管形直线电机动子，

包括永磁体、铁芯及芯轴；

所述铁芯和永磁体交错排布，使所述永磁体设于所述铁芯之间，两相近的所述永磁体磁极相对，所述芯轴设于两端所述铁芯远离所述永磁铁一侧，所述芯轴与设置于定子上的滑套滑动连接。

本申请实施例提供的管形直线电机动子，不仅能给直线电机提供磁场，还可以通过芯轴将动子直接支撑在定子的滑套上进行往返直线运动，不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，不需要在动子与定子之间附加直线导轨对动子进行支撑，通过动子与定子自身结构配合，即动子通过芯轴在定子上的滑套内滑动，从而使动子与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

一种管形直线电机动子，如图1至图4所示，

包括永磁体21、铁芯22及芯轴；

所述铁芯22和永磁体21交错排布，使所述永磁体21设于所述铁芯22之间，两相近的所述永磁体21磁极相对，所述芯轴设于两端所述铁芯22远离所述永磁铁一侧，所述芯轴与设置于定子上的滑套6滑动连接。

本发明实施例提供的管形直线电机动子，不仅能给直线电机提供磁场，还可以通过芯轴将动子2直接支撑在定子的滑套6上进行往返直线运动，不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，不需要在动子2与定子之间附加直线导轨对动子2进行支撑，通过动子2与定子自身结构配合，即动子2通过芯轴在定子上的滑套6内滑动，从而使动子2与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。

所述永磁体21呈圆柱状，所述永磁体21由高磁性能的材料制成，本实施方式中，永磁体21采用钕铁硼材料制成，充磁方向为轴向，但并不限于所示例的材料。

永磁体21设置为多个，永磁体21沿芯轴的轴向串联设置，两相近的所述永磁体21磁极相对，永磁体21沿轴向以磁极相斥(N-N、S-S)的方式被磁化。为了更容易配置多个永磁体21的磁极相斥，永磁体21设置在铁芯22之间，铁芯22也设置为多个，多个铁芯22和多个永磁体21交错排布。

所述铁芯22呈圆柱状，所述铁芯22由高导磁材料制成。铁芯22可以增加间隙处的磁场强度，并且，铁芯22可以起到导磁的作用，使磁路形成闭环。铁芯22可以用环氧树脂封成整体，具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用。

所述芯轴呈圆柱状，所述芯轴包括分别设于两端铁芯22一侧的前芯轴23和后芯轴24，所述后芯轴24上设有位置反馈单元25，所述前芯轴23和后芯轴24均由高强度金属材料加工而成。

通过前芯轴23和后芯轴24将动子2直接支撑在定子的滑套6上进行往返直线运动，同时后芯轴24上的位置反馈单元25可将动子2位置实时反馈给电机的控制系统。与在直线电机外部加装位置传感器的方案相比，在动子2上设置位置反馈单元25，从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，优化了直线电机的内部结构。

具体如图3所示，所述前芯轴23包括滑柱231和限位柱232，所述限位柱232与铁芯22固定连接，所述滑柱231设于所述限位柱232远离所述铁芯22一侧，所述滑柱231与定子的滑套6滑动连接，滑套6对滑柱231起支撑作用，使得动子2通过滑柱231在定子滑套6内沿轴向做直线运动，所述滑柱231表面为光滑面，滑柱231表面要求光滑，可降低与定子滑套6间的摩擦力，所述限位柱232朝向所述滑柱231一面与设置于电机本体1上的限位结构配合，以对动子2行程进行限制。

具体如图4所示，所述后芯轴24上设有至少一个台阶，所述后芯轴24表面为光滑面，后芯轴24表面要求光滑，可降低与定子的滑套6间的摩擦力。

本发明实施例中，所述后芯轴24上设有第一台阶面241，第一台阶面241为防旋转面，所述第一台阶面241与设置于定子上的防旋转结构配合，以防止动子2在沿轴向直线运动过程中发生旋转。

所述后芯轴24上设有第二台阶面242，所述第二台阶面242上设有位置反馈单元25，所述位置反馈单元25通过胶粘的方式固定于所述第二台阶面242上。

进一步的，通过将位置反馈单元25设置在后芯轴24的第二台阶面242上，即位置反馈单元25设在动子2上，从而使位置反馈单元25无需占用额外的空间，不会增加直线电机的体积。根据本发明实施例提供的直线电机动子2，直线电机的体积将小于现有未设置位置反馈单元25的电机的体积。从而可以进一步降低直线电机内部结构所占用的空间，进一步将直线电机应用于对电机体积要求苛刻的场合。使直线电机具备结构合理、体积小、应用范围广的优点。

本发明实施例中，位置反馈单元25包括光栅尺、磁栅尺中的至少一种，可以较为精确地检测出动子2的运动位置和运动速度。

在本发明的一些示例中，所述第二台阶面242上可以设置凹槽54，所述位置反馈单元25安装于所述凹槽54内，在节省空间的同时，使位置反馈单元25的安装的更加稳固。

所述后芯轴24上设有减重孔243，可以降低动子2的重量。

所述永磁体21、铁芯22、前芯轴23和后芯轴24之间通过胶粘的方式固定，在本发明的一些示例中，采用高粘结高强度胶对永磁体21、铁芯22、前芯轴23和后芯轴24之间进行胶粘固定。

本发明实施例提供的管形直线电机动子2，不仅能给直线电机提供磁场，还可以通过芯轴将动子2直接支撑在定子的滑套6上进行往返直线运动，通过动子2与定子自身结构配合，即动子2通过芯轴在定子上的滑套6内滑动，从而使动子2与定子之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。通过将位置反馈单元25设置在后芯轴24的第二台阶面242上，即位置反馈单元25设在动子2上，从而使位置反馈单元25无需占用额外的空间，不会增加直线电机的体积。从而可以进一步降低直线电机内部结构所占用的空间，进一步将直线电机应用于对电机体积要求苛刻的场合。使直线电机具备结构合理、体积小、应用范围广的优点。

基于上述的管形直线电机动子，本申请实施例还提供一种管形直线电机，包括如下的技术方案。

一种管形直线电机，如图5至图8所示，包括电机本体1、定子3、端盖4及如上所述的管形直线电机动子，所述动子2及定子3设于所述电机本体1内，所述端盖4设于所述电机本体1侧面。

具体如图6所示，所述定子3包括线架32和设在所线架32上的线圈绕组31，动子2设置在线架32内，动子2与定子3之间存在气隙。当线圈绕组31通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，动子2在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果定子3固定，则动子2在推力作用下做直线运动；反之，则定子3做直线运动。多数情况下，动子2在电磁作用下做直线运动。

本发明实施例提供的管形直线电机，结构大大简化，动态响应性能和定位精度较好，可靠性较好，节约了成本，适合高速直线运动，因为不存在离心力的约束。

定子3和动子2间存在气隙，运动时无机械接触，因而运动的时候无摩擦和噪声。这样，传动零部件会减少磨损，可大大减小机械损耗，从而提高整体效率。

具体如图7所示，所述端盖4包括端盖本体41、滑套6及限位环42；

所述滑套6设于所述端盖本体41内，所述滑套6与动子2滑动连接且对动子2支撑，所述限位环42设于所述端盖本体41靠近电机本体1一侧，用于对动子2行程进行限位。

所述端盖4不仅具有防尘和保护的作用，还通过设置滑套6供动子2滑动，对动子2的运行进行支撑，而且限位环42可以对动子2进行限位，无需额外加装限位机构，可以简化管形直线电机整体结构，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便。

通过滑套6给予了动子2一定的支撑力，使得动子2在滑动过程中，可以克服由磁吸而产生的偏心力，使动子2始终保持中心位置，降低了由于偏心导致的摩擦损耗，有效提高了直线电机的寿命，能够适用于大功率直线电机领域。

所述端盖本体41、滑套6及限位环42均设有供动子2通过的通孔，从而为动子2沿轴向直线运动提供条件。

本发明实施例中，所述定子3一侧设有直线轴承5。

具体如图8所示，所述直线轴承5包括滑套6、轴承座51及调节件52；

所述滑套6设于所述轴承座51内，所述芯轴滑动连接于所述滑套6内，所述调节件52设于所述轴承座51上，所述调节件52朝向所述芯轴一端与芯轴抵接，并用于调节所述芯轴沿圆周方向的角度。

芯轴可在滑套6内沿轴向直线运动，调节件52抵接于芯轴上，调节件52对芯轴圆周方向进行定位，防止芯轴沿圆周方向发生旋转，通过调节件52还可调节芯轴沿圆周方向的角度，在芯轴上可设置位置反馈单元25，以保证芯轴设置位置反馈单元25的面处于水平面，或者芯轴沿圆周方向所需要的角度，提升了直线轴承5的应用范围。

所述直线轴承5，通过滑套6及调节件52给予了芯轴一定的支撑力，使得芯轴在滑动过程中，可以克服由磁吸而产生的偏心力，降低了由于偏心导致的摩擦损耗，有效提高了直线电机的寿命。同时，由于直线轴承5具备自润滑能力，也可减少滑套6与芯轴之间的摩擦损耗。

本发明实施例中，所述直线轴承5设置为一个。在其他实施例中，为了对芯轴进行均匀的支撑，直线轴承5可设置为多个。多个直线轴承5沿轴承的轴向间隔排列，以对长条圆柱形的芯轴进行良好的支撑，进一步防止芯轴受偏心力的影响。

通过多个直线轴承5给予芯轴一定的支撑力，使得芯轴在滑动过程中，可以克服由磁吸而产生的偏心力，使芯轴始终保持中心位置，降低了由于偏心导致的摩擦损耗，有效提高了直线电机的寿命，能够适用于大功率直线电机领域。

本发明实施例提供的管形直线电机，动子2不仅能给直线电机提供磁场，还可以通过芯轴将动子2直接支撑在定子3的滑套6上进行往返直线运动，通过动子2与定子3自身结构配合，即动子2通过芯轴在定子3上的滑套6内滑动，从而使动子2与定子3之间的滑动结构无需占用额外的空间，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便；

所述端盖4不仅具有防尘和保护的作用，还通过设置滑套6供动子2滑动，对动子2的运行进行支撑，而且限位环42可以对动子2进行限位，无需额外加装限位机构，可以简化管形直线电机整体结构，能够降低直线电机的体积，由此可以将直线电机应用于对电机体积要求较为苛刻的场合。从而较好地减少了直线电机内部结构所占用的空间，极大地优化了电机内部结构，降低了电机的成本，使制造和维护更加简便；

芯轴可在滑套6内沿轴向直线运动，调节件52抵接于芯轴上，调节件52对芯轴圆周方向进行定位，防止芯轴沿圆周方向发生旋转，通过调节件52还可调节芯轴沿圆周方向的角度，在芯轴上可设置位置反馈单元25，以保证芯轴设置位置反馈单元25的面处于水平面，或者芯轴沿圆周方向所需要的角度，提升了直线轴承5的应用范围。

本发明实施例提供的管形直线电机，结构大大简化，动态响应性能和定位精度较好，可靠性较好，节约了成本，适合高速直线运动，因为不存在离心力的约束，定子和动子间存在气隙，运动时无机械接触，因而运动的时候无摩擦和噪声。这样，传动零部件会减少磨损，可大大减小机械损耗，从而提高整体效率。

在发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

显然，以上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，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管形直线电机动子，其特征在于，

包括永磁体、铁芯及芯轴；

所述铁芯和永磁体交错排布，使所述永磁体设于所述铁芯之间，两相邻近的所述永磁体磁极相对，所述芯轴设于两端所述铁芯远离所述永磁体一侧，所述芯轴与设置于定子上的滑套滑动连接；

所述芯轴包括分别设于两端铁芯一侧的前芯轴和后芯轴，所述后芯轴上设有位置反馈单元；

所述前芯轴包括滑柱和限位柱，所述滑柱的直径小于所述铁芯的直径；所述限位柱与所述铁芯固定连接，所述滑柱设于所述限位柱远离所述铁芯一侧，所述滑柱与定子的滑套滑动连接，所述限位柱朝向所述滑柱一面与设置于电机本体上的端盖配合，以对动子行程进行限制，所述后芯轴与设置于定子上的直线轴承滑动连接；

所述后芯轴上设有第一台阶面，所述第一台阶面与设置于定子上的直线轴承配合，以防止动子在沿轴向直线运动过程中发生旋转；所述后芯轴上设有第二台阶面，所述位置反馈单元设于所述第二台阶面上，所述第一台阶面与所述第二台阶面不在同一平面上。

2.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述滑柱表面为光滑面。

3.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述后芯轴表面为光滑面。

4.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述位置反馈单元通过胶粘的方式固定于所述第二台阶面上。

5.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述后芯轴上设有减重孔。

6.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述永磁体、铁芯、前芯轴和后芯轴之间通过胶粘的方式固定。

7.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述永磁体呈圆柱状，所述永磁体由钕铁硼材料制成，充磁方向为轴向。

8.根据权利要求1所述的管形直线电机动子，其特征在于，所述铁芯由导磁材料制成。

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