CN117477887A - 一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直线振荡电机领域，具体涉及一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，包括：动子铁芯，穿过动子铁芯中央并平行于动子运动平面的轴，平行且对称设置在运动平面两侧的两个E型定子铁芯，分别表贴在两个定子铁芯内齿齿顶的两个定子永磁体，以及分别缠绕于两个定子铁芯内齿上的两个电枢绕组，其中，两个绕组电流方向相同；每个定子永磁体均由沿运动平面法向充磁且极性相反的两块子永磁体沿轴延伸方向并排构成，两个定子永磁体的位于同一边的两个子永磁体充磁方向相同；当动子铁芯做振荡运动时，两个定子永磁体与动子铁芯之间产生周期性回复力，构成磁性弹簧。本发明实现了直线振荡电机无机械弹簧谐振运行，具有小体积的特点。
Description
技术领域
本发明属于直线振荡电机领域，更具体地，涉及一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机。
背景技术
目前，市场上采用的制冷用压缩机多采用传统旋转电机+曲柄连杆机构的方式来实现，该结构存在摩擦点多、效率低且体积庞大等特点。采用直线振荡电机的制冷压缩机不仅可以省去中间的曲柄连杆等结构，而且还可以在降低摩擦点、提高效率的同时减小压缩机体积。
对于直线振荡电机而言，由于其依靠弹簧谐振工作的特点，使得噪声更大，并增加了不必要的成本，在体积方面，弹簧占用了一定的体积，使其相对于旋转电机+曲柄连杆机构的体积优势削弱，同时电机的可靠性和寿命极易受到弹簧疲劳寿命的影响。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其目的在于解决现有直线振荡电机需额外机械弹簧提供回复力以实现共振，而存在谐振系统结构复杂、成本高且依赖弹簧疲劳寿命的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，包括：动子铁芯，平行于动子铁芯运动平面且居中穿过动子铁芯中央的用于连接负载的轴，平行且对称的设置在所述运动平面两侧的两个E型定子铁芯，分别表贴在两个定子铁芯内齿齿顶的两个定子永磁体，以及分别缠绕于两个E型定子铁芯内齿上的两个电枢绕组；
其中，两个电枢绕组的电流方向相同；每个定子永磁体均由沿所述运动平面的法向充磁且极性相反的两块子永磁体沿着所述轴的延伸方向并排设置构成，且两个定子永磁体的位于同一边的两个子永磁体的充磁方向均相同；当所述动子铁芯做振荡运动时，所述两个定子永磁体与动子铁芯之间产生周期性回复力，构成磁性弹簧。
进一步，所述轴的伸出所述动子铁芯的两端外表均开有螺纹，用于多级串联或连接负载。
进一步，所述轴的伸出动子铁芯的两侧分别由直线轴承支撑。
进一步，所述直线轴承为法兰型直线轴承，其中法兰用于连接直线轴承和电机的机壳。
进一步，还包括：两个动子保护套，用于套设在所述动子铁芯的两端口。
进一步，还包括：电枢绕组及动子铁芯端部的两个端盖，每个端盖的中间位置开有导槽，用于支撑动子铁芯并防止动子铁芯在运动过程中受不平衡法向力影响从而沿垂直方向移动，两个端盖分别扣在动子铁芯两端所在的电机两侧。
进一步，还包括：两个限位胶垫，分别设置在轴两侧的直线轴承和动子铁芯之间的位置上，用于防止动子铁芯超行程运行而引起撞击。
进一步，所述定子铁芯是通过对最小叠压单元沿横向叠压得到，所述动子铁芯是通过对最小叠压单元沿纵向叠压得到。
进一步，所述最小叠压单元均由无取向硅钢片制成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明的定子永磁体所产生的永磁磁场不仅能与电枢磁场共同作用产生电磁推力，同时还能对动子铁芯产生极大的回复力，构成磁性弹簧，从而替代传统直线振荡电机中的机械弹簧，使得电机体积更小，结构更紧凑，噪声和成本更低。其中，永磁体不直接参与往复运动，可防止磕碰和高温失磁；定子永磁体表贴于定子表面，定子容易模压成型，以便于该电机的大量生产制作。另外，本发明提出的直线振荡电机中，不存在动子永磁体，对于气体负载，避免了气体热量直接传导至动子永磁体侧而导致永磁体高温失磁的问题。
(2)本发明提出的直线在振荡电机还包括两个限位胶垫，分别设置在轴两侧的直线轴承和动子铁芯之间的位置上，用于防止动子铁芯超行程运行而引起撞击。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机的三维剖切示意图；
图2为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机的纵向剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机的横向剖视图；
图4为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机中所采用的法兰型直线轴承的三维整体图；
图5为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机中所采用的法兰型直线轴承轴向剖视图；
图6为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机中所采用的限位胶垫三维整体图；
图7为本发明实施例提供的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机中所采用的绕组及动子铁芯端部端盖示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为定子铁芯；2为动子铁芯；3为电枢绕组；4为定子永磁体；5为轴；6为法兰型直线轴承；7为限位胶垫；8为机壳；9为固定螺丝；10为动子保护套；11为端盖；12为导槽。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，如图1和图2所示，包括：动子铁芯2，平行于动子铁芯运动平面且居中穿过动子铁芯中央的用于连接负载的轴5，平行且对称的设置在运动平面两侧的两个E型定子铁芯1，分别表贴在两个定子铁芯内齿齿顶的两个定子永磁体4，以及分别缠绕于两个E型定子铁芯内齿上的两个电枢绕组3；其中，两个电枢绕组的电流方向相同；每个定子永磁体均由沿上述运动平面的法向充磁且极性相反的两块子永磁体沿着上述轴的延伸方向并排设置构成，且两个定子永磁体的位于同一边的两个子永磁体的充磁方向均相同；当上述动子铁芯做振荡运动时，两个定子永磁体与动子铁芯之间产生周期性回复力，构成磁性弹簧。
需要说明的是，上述结构可通过机壳8进行固定。该电机的定子含有永磁体，而动子为动铁芯式结构，不含有永磁体。组成电枢绕组的两个线圈分别缠绕于两侧E型定子铁芯的内齿上。
本实施例提出的直线振荡电机，当其中的动子铁芯做振荡运动时，E型定子表面表贴的定子永磁体与动子铁芯之间可产生周期性回复力，构成磁性弹簧，进而替代传统的机械式弹簧。
在传统直线振荡电机中需要外加机械弹簧辅助实现受迫简谐振动，使得采用直线振荡电机的线性压缩机相较于旋转压缩机的体积优势难以体现。本实施例设计了一种磁通反向式直线振荡电机，采用等效磁弹簧替代了传统的机械弹簧，实现了无(机械)弹簧。磁通反向式直线振荡电机采用表贴在定子内齿的定子永磁体与动子铁芯之间的固有吸引力来提供等效磁弹簧，磁通反向式结构由于永磁体直接表贴在E型定子表面，永磁体产生的磁场可以直接作用于动子铁芯，构成高强度等效磁弹簧，且定子铁芯不易受电枢反应影响而饱和，从而具有较高、较稳定的等效磁弹簧的刚度，此外，还由于定子永磁体表贴在E型定子铁芯的内齿齿顶，本实施例采用的磁通反向式结构E型定子铁芯不会被永磁体分割成两块，因此具备容易加工和模压成型的特点。
可作为优选的实施方式，每个定子永磁体中的两个子永磁体的尺寸相同。
可作为优选的实施方式，轴5的伸出动子铁芯的两端外表均开有螺纹，用于多级串联或连接负载。
可作为优选的实施方式，上述轴5的伸出动子铁芯的两侧分别由直线轴承支撑。
可作为优选的实施方式，上述直线轴承为法兰型直线轴承6，其中的法兰用于连接直线轴承和电机的机壳8，法兰型直线轴承6如图4和图5所示。
可作为优选的实施方式，本实施例提出的磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机还包括：两个限位胶垫，分别设置在轴的两侧直线轴承和动子铁芯之间的位置上，用于防止动子铁芯超行程运行而引起撞击，限位胶垫结构如图6所示。
直线振荡电机带气体负载时，动子平衡位置将会发生偏移，由于限位胶垫的存在，使得动子的偏移量不至于导致动子运行至等效磁弹簧的有效区外，确保了电机的安全、可靠运行。
例如，当电机负载为气体负载时，能够避免其在带气体负载时受活塞平衡位置偏移的影响而偏移出等效磁弹簧区使系统失控的风险。
可作为优选的实施方式，本实施例提出的磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机还包括：两个动子保护套，用于套设在动子铁芯的两端口，即分布在动子铁芯面向气隙的两侧。动子保护套可由高强度耐磨的PEEK或聚四氟材料制成，可防止动子磨损。
本实施例提出的磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机还可以包括两个端盖11，为电枢绕组及动子铁芯端部的端盖，中间位置开有导槽12，用于支撑动子铁芯并防止动子铁芯在运动过程中受不平衡法向力影响从而沿垂直方向移动，两个端盖分别扣在动子铁芯两端所在的电机两侧。法兰型直线轴承、动子保护套与端盖及其内的导槽配合作用，在端盖、导槽及法兰型直线轴承的支撑和限制下，动子铁芯于两侧定子铁芯间做纵向的往复运动。
图1没有示出绕组及动子铁芯端部端盖以及动子保护套，绕组及动子铁芯端部端盖以及动子保护套详见图3，如图3所示，采用固定螺丝9将端盖与电机机壳固定到一起，端盖的整体示意图如图7所示。
为了降低铁芯损耗，可作为优选的实施方式，定子铁芯是通过硅钢片等材料沿横向叠压得到，动子铁芯沿纵向即运动方向叠压，且均由无取向硅钢片制成最小叠压单元。
总的来说，经仿真分析和样机实验证明，本发明提出的磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机(包括其限位方式等)，定子永磁体利用率高，定子铁芯饱和程度低，能对动子铁芯构成磁性弹簧，可替代传统直线振荡电机中的机械弹簧，结构更简单紧凑，装配方便、一体化程度高，体积小，适合于压缩或泵类等双向往复直线运动的应用场合。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，包括：动子铁芯，平行于动子铁芯运动平面且居中穿过动子铁芯中央的用于连接负载的轴，平行且对称的设置在所述运动平面两侧的两个E型定子铁芯，分别表贴在两个定子铁芯内齿齿顶的两个定子永磁体，以及分别缠绕于两个E型定子铁芯内齿上的两个电枢绕组；
其中，两个电枢绕组的电流方向相同；每个定子永磁体均由沿所述运动平面的法向充磁且极性相反的两块子永磁体沿着所述轴的延伸方向并排设置构成，且定子永磁体的位于同一边的两个子永磁体的充磁方向均相同；当所述动子铁芯做振荡运动时，所述定子永磁体与动子铁芯之间产生周期性回复力，构成磁性弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，所述轴的伸出所述动子铁芯的两端外表均开有螺纹，用于多级串联或连接负载。
3.根据权利要求1所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，所述轴的伸出动子铁芯的两侧分别由直线轴承支撑。
4.根据权利要求3所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，所述直线轴承为法兰型直线轴承，其中法兰用于连接直线轴承和电机的机壳。
5.根据权利要求3所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，还包括：两个动子保护套，用于套设在所述动子铁芯的两端口。
6.根据权利要求5所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，还包括电枢绕组及动子铁芯端部的两个端盖，每个端盖的中间位置开有导槽，用于支撑动子铁芯并防止动子铁芯在运动过程中受不平衡法向力影响从而沿垂直方向移动，两个端盖分别扣在动子铁芯两端所在的电机两侧。
7.根据权利要求3至6任一项所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，还包括：两个限位胶垫，分别设置在轴两侧的直线轴承和动子铁芯之间的位置上，用于防止动子铁芯超行程运行而引起撞击。
8.根据权利要求1所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，所述定子铁芯是通过对最小叠压单元沿横向叠压得到，所述动子铁芯是通过对最小叠压单元沿纵向叠压得到。
9.根据权利要求8所述的一种磁通反向型无弹簧双边直线振荡电机，其特征在于，所述最小叠压单元均由无取向硅钢片制成。
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