CN114221514A - 一种多边形永磁直线电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动机技术领域，具体涉及一种多边形结构的永磁直线电动机，包括电动机定子、端盖、动子均采用多边形结构（多边形边数为n，n≥3，n∈N+），定子铁芯外套有机壳，形成密封结构。定、动子之间有支撑轮支撑，动子腔内有运动导轨起支撑作用，与电机定子重合之外的动子上加有保护套，防止灰尘、铁屑等附着在磁钢上。多边形永磁直线电动机把传统的平板型直线电机沿宽度方向分成多边形，各边沿着圆周方向组合。本发明采用多边形结构永磁直线电动机，可以在不增加电机长度的前提下，提高电机输出推力，增加电机推力密度；同时电机法向合力为0，提高了电机运行性能；对每个单边定子模块加工，降低传统直线电机的加工难度。

Description

一种多边形永磁直线电动机
技术领域：
本发明属于电动机技术领域，具体涉及一种多边形结构的永磁直线电动机。
背景技术：
传统的直线运动通常采用“旋转电动机+丝杠”的方式来实现，利用丝杠结构将旋转运动间接转变为直线运动，但是这种方式存在一些问题，如：在速度和精度方面受限。永磁同步直线电动机具有高速度、高加速度、高精度、行程不受限等优点，因而可以取代传统的机械传动方式应用于超精密领域。直线电动机为旋转电动机沿径向剖开而成，三相对称绕组通入对称三相交流电产生行波磁场进而实现直线运动，转子对应动子，常用的直线电动机结构为平板型和圆筒型，圆筒型由平板型演变而来。但是目前平板型和圆筒型直线电动机存在以下不足：第一，圆筒型直线电动机由于工艺的问题，定子结构不能垂直运动方向叠压，极大增加了电动机的铁耗；第二，平板型直线电动机存在着远大于推力的法向力，且推力密度低。
发明内容：
发明目的：
本发明旨在提出一种多边形结构的永磁直线电动机，其目的在于解决现有圆筒型结构直线电动机铁耗大、平板型直线电动机法向力大且推力密度低的问题。
技术方案：
一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：该永磁直线电动机把传统的平板型直线电动机沿宽度方向分成多边形，各边沿圆周方向组合，其中定子铁芯和动子之间通过支撑结构支撑，动子腔内套有运动导轨；定子铁芯、动子、运动导轨均采用多边形结构且边数相同，定子铁芯和动子构成的整体在圆周方向形成对称结构。
所述定子铁芯外套有机壳，两端设有端盖，形成密封结构；定子铁芯中，叠压好的定子齿镶嵌在定子轭中固定，且叠压方向与动子运动方向垂直；所述动子与定子铁芯重合之外处加有保护套，保护套通过螺栓与端盖连接，运行导轨两端通过螺栓和保护套端面相连。
支撑结构中，支撑轮和支撑轮盖之间通过连接轴连接，支撑轮通过支撑轮盖与端盖固定，支撑轮沿动子轭边上的轨道运动。
所述运动导轨中，在支撑架的每个面上都铺有旋转辊，旋转辊通过连接杆与支撑架固定连接。
所述多边形的边数最少为3。
优点及效果：
本发明具有以下优点和有益效果：
1)本发明采用多边形结构永磁直线电动机，可以在不增加电动机长度前提下，提高电动机输出推力，增加电动机推力密度；同时电动机法向合力为0，提高了电动机运行性能。
2)对每个单边定子模块加工，整体沿圆周方向组合，降低传统直线电动机的加工难度，同时定子铁芯沿着圆周方向叠压减小了铁耗。
附图说明：
图1是本发明的三维外观示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种多边形结构永磁直线电动机示意图(去掉动子保护套、端盖和机壳)；
图3是本发明的电动机定子结构示意图；
图4是本发明的电动机多边形动子结构示意图；
图5是本发明的电动机定动子之间的支撑结构示意图；
图6是本发明的电动机动子支撑结构示意图；
图7是本发明的单边定子铁芯叠压方向示意图。
附图标记说明：
1.定子铁芯、2.端盖、3.动子、4.绕组、5.机壳、6.定子齿、7.定子轭、8.动子轭、9.永磁体、10.保护套、11.螺栓、12.轨道、13.保护套端面、14.支撑轮、15.支撑轮盖、16.连接轴、17.运动导轨、18.支撑架、19.旋转锟、20.连接杆。
具体实施方式：
本发明涉及一种多边形结构的永磁直线电动机，包括电动机定子、端盖、动子均采用多边形结构(多边形边数为n，一般的，n≥3，n∈N+)，电动机定子铁芯外套有机壳，形成密封结构。多边形永磁直线电动机就是把传统的平板型直线电动机沿宽度方向分成多边形，各边沿着圆周方向组合。在设计时，根据平板型直线电动机的设计理论进行设计，根据加工、安装、工况等需求把平板型直线电动机沿宽度方向分成n边形结构。一个定子边对应一个动子边，折叠前后保证电动机气隙长度不发生变化。折叠后，绕组沿周向穿过多边形定子铁芯。下线时，固定一个叠压齿，放入一个或两个线圈绕组，再固定下一个叠压齿，依次进行。与电动机定子重合之外的动子上加有保护套，防止灰尘、铁屑等附着在磁钢上，对电动机运行产生影响；保护套通过螺栓和电动机端盖相连；定、动子之间有支撑轮支撑，支撑轮通过支撑轮盖与电动机定子端盖固定；支撑轮和支撑轮盖之间通过连接轴进行连接；在电动机动子腔内有运行导轨，起支撑作用，可防止电动机动子重心运行到一侧由于重力引起气隙不均匀；运行导轨通过螺栓和保护套端面相连。
所述的定子铁芯、端盖、动子均采用多边形结构；
所述的多边形定子铁芯，每个边的定子铁芯加工是把叠压好的定子齿镶嵌在定子轭中固定，且叠压方向与动子运动方向垂直；
所述的定子铁芯外套有机壳，形成密封结构；
所述的定、动子之间有支撑轮支撑，支撑轮通过支撑轮盖与电动机定子端盖固定；支撑轮在电动机动子轭边上的轨道上。
所述的电动机动子腔内有运动导轨，同时起支撑作用，可防止电动机动子重心运行到一侧由于重力引起气隙不均匀；运动导轨通过螺栓和保护套端面相连。
所述多边形结构中，8边形以上也可以实施，但考虑到造价成本方面，还是以3-8边形为宜。
平板型直线电动机为了增大电机的推力需要增加长度，本发明的电动机实现了平板型直线电动机在圆周方向的组合，在不增加电动机的长度的前提下增大电动机的推力，进而提高推力密度。同时在其圆周方向上四边完全对称，使得四边的法向力可以相互抵消。
旋转电动机对称的定子绕组通入对称交流电都产生的是转速恒定圆形旋转波的磁场，直线电动机产生运动速度恒定的行波磁场。在旋转电动机中，为了降低定子铁耗，采用沿轴向叠压的定子铁芯，对轴向切片研究，可以发现旋转磁场相当于在一个平面内的定子冲片内旋转，而非沿叠片方向。根据以上分析可知，传统圆筒型直线电动机定子铁耗大的根本原因是定子绕组产生的行波磁场沿叠片方向运动(即动子运动方向)。平板型直线电动机定子铁芯叠压方向与动子运动方向垂直，但是转化为圆筒型直线电动机由于工艺问题，导致现阶段圆筒型直线电动机铁耗大。本发明的结构实现了定子铁芯叠压方向与动子运动方向垂直，进而减小了铁耗。
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1-3所示，一种多边形结构的永磁直线电动机包括：定子铁芯1、端盖2、动子3均采用多边形结构(多边形边数为n，一般的，n≥3，n∈N+)，定子铁芯1外套有机壳5，形成密封结构。
如图3所示，是本发明的电动机定子结构示意图，多边形定子结构采用单边模块化加工。首先冲制单个定子齿6，把冲制好的定子齿6沿垂直于动子3运动方向叠压，再把叠压好的定子齿6镶嵌在定子轭7中固定。每固定一块定子齿6，放入提前绕制好的线圈绕组4，根据设计放入单个(单层绕组)或两个(双层绕组)。动子3单边模块化加工方式。把加工好的定、动子配合，加上电动机机壳5，形成密封结构，最后安装电动机多边形端盖2。
如图4所示，是本发明的电动机多边形动子结构示意图，动子3中，每个动子轭8上安置永磁体9，永磁体9可以是表贴也可以是内嵌。
如图5所示，是本发明的电动机定动子之间的支撑结构示意图，定、动子之间有支撑轮14支撑，支撑轮14通过支撑轮盖15与电动机定子端盖2固定；支撑轮14和支撑轮盖15之间通过连接轴16连接；支撑轮14在电动机动子轭8边上的光滑轨道12上运动。与电动机定子重合之外的动子上加有保护套10防止灰尘、铁屑等附着在永磁体9上，对电动机运行产生影响；保护套通过螺栓11和电动机端盖相连2；在电动机动子腔内有运动导轨17，起支撑作用，亦可防止电动机动子重心运行到一侧由于重力引起气隙不均匀；
如图6所示，是本发明的电动机动子支撑结构示意图，运动导轨的支撑架18也为多边形，其边数和动子边数相等，在支撑架的每个面上都铺有旋转辊19，旋转辊19通过连接杆20与支撑架18固定连接。运行导轨通过螺栓和保护套端面13相连。
图7中，每个边的定子铁芯1加工是把叠压好的定子齿6镶嵌在定子轭7中固定，且叠压方向与动子3运动方向垂直。
本实施例给出了四边形结构的永磁直线电动机，但是其它边数结构的永磁直线电动机也可以实现发明目的。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：该永磁直线电动机把传统的平板型直线电动机沿宽度方向分成多边形，各边沿圆周方向组合，其中定子铁芯(1)和动子(3)之间通过支撑结构支撑，动子(3)腔内套有运动导轨(17)；定子铁芯(1)、动子(3)、运动导轨(17)均采用多边形结构且边数相同，定子铁芯(1)和动子(3)构成的整体在圆周方向形成对称结构。
2.根据权利要求1所述的一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：所述定子铁芯(1)外套有机壳(5)，两端设有端盖(2)，形成密封结构；定子铁芯(1)中，叠压好的定子齿(6)镶嵌在定子轭(7)中固定，且叠压方向与动子(3)运动方向垂直；所述动子(3)与定子铁芯(1)重合之外处加有保护套(10)，保护套(10)通过螺栓(11)与端盖(2)连接，运行导轨(17)两端通过螺栓(11)和保护套端面(13)相连。
3.根据权利要求1所述的一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：支撑结构中，支撑轮(14)和支撑轮盖(15)之间通过连接轴(16)连接，支撑轮(14)通过支撑轮盖(15)与端盖(2)固定，支撑轮(14)沿动子(3)的动子轭(8)边上的轨道(12)运动。
4.根据权利要求1所述的一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：所述运动导轨(17)中，在支撑架(18)的每个面上都铺有旋转辊(19)，旋转辊(19)通过连接杆(20)与支撑架(18)固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种多边形永磁直线电动机，其特征在于：所述多边形的边数最少为3。
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