CN112332559A - 一种新型磁悬浮轴向伸缩电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，包括电机外壳和电机轴枝，所述电机轴枝设置在电机外壳轴心处，所述电机外壳一端设有前端盖，所述电机外壳另一端设有后端盖，所述前端盖和后端盖的轴心处均开设有轴孔。本发明通过在轴向跟径向上，定子齿吸磁钢，且轴向有预设值，实现转子组件的磁悬浮，无需导轨滑块机构就能稳定上下传动电机轴枝，通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，从而使转子产生上下往复运动，依靠电磁效应实现运动的传递，电机采用多极结构设计，组合多个传动单元，使得单位体积的电机可以传递更大数值的功率，达到额定功率的情况下缩小电机的体积，能够在有限的空间内发挥出最大的能效。

Description

一种新型磁悬浮轴向伸缩电机

技术领域

本发明涉及磁悬浮电机技术领域，具体涉及一种新型磁悬浮轴向伸缩电机。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，电动牙刷开始走进人们的日常生活中，替代传统牙刷以实现更理想和更便捷的刷牙效果。现有的电动牙刷通常采用电机驱动，通过牙刷刷头的振动起到清洁牙齿的作用。

现有电动牙刷所使用的电机装置的输出轴运动轨迹普遍都是径向左右摆动，轴向伸缩的较少。实现轴向运动往往需要借助导轨滑块机构，且该电机结构复杂、体积大、噪音明显。正是由于以上诸多问题的存在，轴向磁悬浮电机孕育而生。但目前市面上的轴向磁悬浮电机体积都比较大，效能有待提升。

如何有效地解决这个问题，不使用机械装置且减小体积提高能效一直是本领域技术人员亟需突破的难题。

因此，发明一种新型磁悬浮轴向伸缩电机来解决上述问题很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，通过在轴向跟径向上，定子齿吸磁钢，且轴向有预设值，实现转子组件的磁悬浮，无需导轨滑块机构就能稳定上下传动电机轴枝，通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，从而使转子产生上下往复运动，依靠电磁效应实现运动的传递，且通过组合多个传动单元，使得单位体积的电机可以传递更大数值的功率，达到额定功率的情况下尽可能地缩小电机的体积，电机采用多极结构设计，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，包括电机外壳和电机轴枝，所述电机轴枝设置在电机外壳轴心处，所述电机外壳一端设有前端盖，所述电机外壳另一端设有后端盖，所述前端盖和后端盖的轴心处均开设有轴孔，所述电机轴枝贯穿两个轴孔，且电机轴枝与轴孔的连接处设有滚珠轴承，所述电机外壳内部设有传动单元，所述传动单元由定子组件和转子组件组成，且转子组件设置在定子组件内部；

所述定子组件包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯两侧均设有绝缘线架，且两个相邻的绝缘线架关于定子铁芯中轴线对称分布，所述定子铁芯内侧壁一体设置有多组定子齿，所述定子齿上均设有线圈绕组，所述线圈绕组绕设在定子铁芯和绝缘线架外侧；

所述转子组件包括转子铁芯和磁钢，所述转子铁芯叠压设置在电机轴枝外侧，所述转子铁芯外侧表面开设有四个放置槽，四个所述放置槽关于转子铁芯平分线对称分布，四个所述放置槽内均设有磁钢，轴向上相邻两个磁钢极性相反，径向上相邻两个磁钢极性相反，四个所述定子齿分别与四个磁钢在轴向和径向相匹配。

优选的，所述传动单元的数量设置为两个或两个以上，且多个传动单元设置为同一个预设值或多个不同预设值。

优选的，轴向上的所述定子铁芯的高度A1和转子铁芯的高度B1为一个预设值，轴向上的所述磁钢超出定子铁芯的高度D1与磁钢和定子铁芯重合的高度D2为一个预设值，径向上的所述磁钢的角度C1与定子铁芯的角度C2为一个预设值。

优选的，每组所述定子齿的数量设置为两个、四个或四个以上，且多个定子齿环形阵列分布在定子铁芯内侧。

优选的，径向上相邻两个所述定子齿上的线圈绕组绕线方向相反，轴向上相邻两个所述定子齿上的线圈绕组绕线方向相同。

优选的，所述线圈绕组由定子线圈一体化绕线组成，且相邻两个定子齿上的定子线圈绕线方向相反，两个线圈绕组的头端与头端对应连接，两个线圈绕组的尾端与尾端对应连接。

优选的，两个所述线圈绕组通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

通过在轴向跟径向上，定子齿吸磁钢，且轴向有预设值，实现转子组件的磁悬浮，无需导轨滑块机构就能稳定上下传动电机轴枝，通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，从而使转子产生上下往复运动，依靠电磁效应实现运动的传递，且通过组合多个传动单元，使得单位体积的电机可以传递更大数值的功率，达到额定功率的情况下尽可能地缩小电机的体积，电机采用多极结构设计，能够在有限的空间内发挥出最大的能效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构爆炸图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的正剖图；

图5为本发明的俯剖图；

图6为本发明的传动单元轴向分布结构示意图；

图7为本发明的传动单元径向分布结构示意图；

图8为本发明的定子铁芯与定子齿的一种实施例的结构示意图；

图9为本发明多个线圈绕组的线路连接结构示意图；

图10为本发明磁钢的极性分布结构示意图；

图11为本发明传动单元的内部结构图；

图12为本发明图11中A-A剖面的定子通电实施例图；

图13为本发明图11中B-B剖面的定子通电实施例图。

附图标记说明：

1电机外壳、2电机轴枝、3前端盖、4后端盖、5滚珠轴承、6定子组件、7转子组件、8定子铁芯、9线圈绕组、10绝缘线架、11转子铁芯、12磁钢、13传动单元、14定子齿。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

本发明提供了如图1-13所示的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，包括电机外壳1和电机轴枝2，所述电机轴枝2设置在电机外壳1轴心处，所述电机外壳1一端设有前端盖3，所述电机外壳1另一端设有后端盖4，所述前端盖3和后端盖4的轴心处均开设有轴孔，所述电机轴枝2贯穿两个轴孔，且电机轴枝2与轴孔的连接处设有滚珠轴承5，所述电机外壳1内部设有传动单元13，所述传动单元13由定子组件6和转子组件7组成，且转子组件7设置在定子组件6内部；

所述定子组件6包括定子铁芯8和线圈绕组9，所述定子铁芯8两侧均设有绝缘线架10，且两个相邻的绝缘线架10关于定子铁芯8中轴线对称分布，所述定子铁芯8内侧壁一体设置有多组定子齿14，所述定子齿14上均设有线圈绕组9，所述线圈绕组9绕设在定子铁芯8和绝缘线架10外侧；

所述转子组件7包括转子铁芯11和磁钢12，所述转子铁芯11叠压设置在电机轴枝2外侧，所述转子铁芯11外侧表面开设有四个放置槽，四个所述放置槽关于转子铁芯11平分线对称分布，四个所述放置槽内均设有磁钢12，轴向上相邻两个磁钢12极性相反，径向上相邻两个磁钢12极性相反，即极性呈交错分布，四个所述定子齿14分别与四个磁钢12在轴向和径向相匹配。

进一步的，在上述技术方案中，所述传动单元13的数量设置为两个或两个以上，且多个传动单元13设置为同一个预设值或多个不同预设值，多个单元以上提及的预设值可以是一样，也可以是各不相同。

进一步的，在上述技术方案中，轴向上的所述定子铁芯8的高度A1和转子铁芯11的高度B1为一个预设值，该预设值可以根据不同用户对性能的需求进行调节，轴向上的所述磁钢12超出定子铁芯8的高度D1与磁钢12和定子铁芯8重合的高度D2为一个预设值，该预设值可以根据不同用户对伸缩距离及力的需求进行调节，径向上的所述磁钢12的角度C1与定子铁芯8的角度C2为一个预设值，该预设值可以根据不同用户对性能的需求进行调节。

进一步的，在上述技术方案中，每组所述定子齿14的数量设置为两个、四个或四个以上，且多个定子齿14环形阵列分布在定子铁芯8内侧，本案中只画了四个定子齿的情况，但不限于四个，可以是两个、四个或者以上。

进一步的，在上述技术方案中，径向上相邻两个所述定子齿14上的线圈绕组9绕线方向相反，轴向上相邻两个所述定子齿14上的线圈绕组9绕线方向相同。

进一步的，在上述技术方案中，所述线圈绕组9由定子线圈一体化绕线组成，且相邻两个定子齿14上的定子线圈绕线方向相反，两个线圈绕组9的头端与头端对应连接，两个线圈绕组9的尾端与尾端对应连接。

进一步的，在上述技术方案中，两个所述线圈绕组9通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

进一步的，在上述技术方案中，本案中仅列出了一种转子NS极排布的情况，和定子通电的情况，线圈正向通电时，定子铁芯8上定子磁场为S，此时在轴向上转子移动方向向下，线圈反向通电时，定子铁芯8上定子磁场为N，此时在轴向上转子移动方向向上，其他类似的如以上提到的不管是转子NS极如何排布，定子通电顺序如何变更，只要不违反上述提到的结构，都应该受到保护。

本技术方案中给线圈绕组9通电，在定子铁芯8处形成磁场，磁钢12位于该磁场内，由于在轴向上，定子齿14吸磁钢12，且轴向有预设值，它们相互作用，同极性的定子推动各异性的磁钢12，从而驱动磁钢12并带动转子铁芯11作上下往复运动，由于转子铁芯11与电机轴枝2固定连接，进而带动电机轴枝2作上下往复运动，线圈绕组9通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，从而使转子产生上下往复运动，转子组件7运动即对应电机轴枝2的运动，依靠电磁效应实现运动的传递，且通过组合多个传动单元14，使得单位体积的电机可以传递更大数值的功率，达到额定功率的情况下尽可能地缩小电机的体积，电机采用多极结构设计，能够在有限的空间内发挥出最大的能效，该装置应用于电动牙刷时，可减轻电动牙刷的重量，且清洁效果大大提升。

本发明工作原理：

参照说明书附图1-13，将线圈绕组9通电，在定子铁芯8处形成磁场，磁钢12位于该磁场内，在轴向上，定子齿14吸磁钢12，且轴向有预设值，相互作用下同极性的定子推动各异性的磁钢12，从而驱动磁钢12并带动转子铁芯11作上下往复运动，由于转子铁芯11与电机轴枝2固定连接，进而带动电机轴枝2作上下往复运动，线圈绕组9通过外部电路切换电流方向及控制通电时间，从而使转子产生上下往复运动，转子组件7运动即对应电机轴枝2的运动，依靠电磁效应实现运动的传递，且通过采用多极结构设计，组合多个传动单元14，使得单位体积的电机可以传递更大数值的功率，达到额定功率的情况下尽可能地缩小电机的体积。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (7)

1.一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，包括电机外壳（1）和电机轴枝（2），所述电机轴枝（2）设置在电机外壳（1）轴心处，其特征在于：所述电机外壳（1）一端设有前端盖（3），所述电机外壳（1）另一端设有后端盖（4），所述前端盖（3）和后端盖（4）的轴心处均开设有轴孔，所述电机轴枝（2）贯穿两个轴孔，且电机轴枝（2）与轴孔的连接处设有滚珠轴承（5），所述电机外壳（1）内部设有传动单元（13），所述传动单元（13）由定子组件（6）和转子组件（7）组成，且转子组件（7）设置在定子组件（6）内部；

所述定子组件（6）包括定子铁芯（8）和线圈绕组（9），所述定子铁芯（8）两侧均设有绝缘线架（10），且两个相邻的绝缘线架（10）关于定子铁芯（8）中轴线对称分布，所述定子铁芯（8）内侧壁一体设置有多组定子齿（14），所述定子齿（14）上均设有线圈绕组（9），所述线圈绕组（9）绕设在定子铁芯（8）和绝缘线架（10）外侧；

所述转子组件（7）包括转子铁芯（11）和磁钢（12），所述转子铁芯（11）叠压设置在电机轴枝（2）外侧，所述转子铁芯（11）外侧表面开设有四个放置槽，四个所述放置槽关于转子铁芯（11）平分线对称分布，四个所述放置槽内均设有磁钢（12），轴向上相邻两个磁钢（12）极性相反，径向上相邻两个磁钢（12）极性相反，四个所述定子齿（14）分别与四个磁钢（12）在轴向和径向相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：所述传动单元（13）的数量设置为两个或两个以上，且多个传动单元（13）设置为同一个预设值或多个不同预设值。

3.根据权利要求2所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：轴向上的所述定子铁芯（8）的高度A1和转子铁芯（11）的高度B1为一个预设值，轴向上的所述磁钢（12）超出定子铁芯（8）的高度D1与磁钢（12）和定子铁芯（8）重合的高度D2为一个预设值，径向上的所述磁钢（12）的角度C1与定子铁芯（8）的角度C2为一个预设值。

4.根据权利要求1所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：每组所述定子齿（14）的数量设置为两个、四个或四个以上，且多个定子齿（14）环形阵列分布在定子铁芯（8）内侧。

5.根据权利要求4所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：径向上相邻两个所述定子齿（14）上的线圈绕组（9）绕线方向相反，轴向上相邻两个所述定子齿（14）上的线圈绕组（9）绕线方向相同。

6.根据权利要求5所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：径向上相邻两个所述线圈绕组（9）之间的连接线头尾相连，且一端线圈绕组（9）的连接线头端引出接外部电源A端，另一端线圈绕组（9）的连接线尾端引出接外部电源B端。

7.根据权利要求6所述的一种新型磁悬浮轴向伸缩电机，其特征在于：所述A端和B端通入占空比大小相等、相位差相差180°的方波信号。

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