CN1211904C - 往复电机的定子结构 - Google Patents

Abstract

一种往复电机的定子结构能够提高电机的效率和可靠性。这是在不增加往复电机的整个体积的情况下，使得磁通流过的磁路的面积最大化达到的，以致在电机过负荷工作时增加的磁通能够顺利流过，从而抑制铁芯饱和的发生。定子结构包括：定子，具有中空的圆柱形外芯和插入外芯中的内芯，其形成为多个相互耦接的中空的圆柱形叠层体；绕组线圈，耦接到外芯内；电枢，带有安装到其一侧的永磁体，可移动地插入在外芯和内芯之间。

Description

往复电机的定子结构

技术领域

本发明涉及往复电机的定子结构；特别涉及这样的往复电机的定子结构，其中通过增加磁通流过的内芯的面积扩大磁路的面积。

技术背景

与具有立体结构的磁通的普通电机比较，一个普通的往复电机具有平面形式的磁通。根据在固定部分上形成的磁通的变化，一个扁平的电枢在平面上直线运动。

图1A和1B示出了往复电机的一例，它包括：一个定子(S)，该定子(S)具有中空的圆柱形外芯10和插入外芯10中的中空圆柱形内芯20；一个耦接在外芯10内的绕组线圈30；和一个电枢40，电枢40具有永磁体41，并且可移动地插入在内外芯20和10之间。

在上述结构的常规往复电机中，当电流流到绕组线圈30时，在绕组线圈30的周围形成磁通。这个磁通形成沿外芯10和内芯20的封闭回路，并且由于在外芯10和内芯20中形成的磁通和永磁体41本身的磁通，即磁通的相互作用，永磁体41在轴向受力。

此时，如图2所示，电枢40在外芯10和内芯20之间的轴向进行直线运动。随着向绕组线圈30施加电流的方向轮流改变，电枢40便进行直线往复运动。

外芯10形成叠层体，即，预定形状的多层的薄叠片形成中空的圆柱形。

为了将绕组线圈30耦接到外芯10，鉴于生产简便和电绝缘，使用绕线筒50。

绕线筒50的结构是，线圈缠绕的环形槽形成在环形的线圈绕组部分51内以具有预定的直径，并且连接外电源部分的终端部52形成在线圈绕组部分51的侧面。

绕组线圈30多层地缠绕环形的绕线筒50中，缠绕的线圈连接到终端部分52。

构成外芯10的多层薄叠片11径向叠置，在绕线筒的绕组部分51上形成中空的圆柱体。

内芯20形成叠层体，即，预定形状的多层薄叠片21径向叠置形成中空的圆柱体。形成为叠层体的内芯20插入到外芯10中，在它们之间有一个预定的间隔。

电枢40包括多个永磁体41，它们等间距耦接到中空的圆柱形永磁体的支座42中。电枢40插入在外芯10和内芯20之间能够直线运动。

在往复电机起动时，磁通流过形成通过外芯10和内芯20的封闭回路，此时如果电机的负荷大，磁通量增加。

此时，因为磁通流过的内芯20的磁路面积比外芯10的磁路面积小，如果电机过负荷，铁芯会发生饱和。

因此，为了防止铁芯饱和，内芯20的磁路，即磁通流过的面积，需要增加，为此可以减小内芯20的内径，或增加内芯20的外径。

作为一个例子，如图3所示，在内芯20的外径增加时(从D1到D2)，包括永磁体40的电枢40和外芯10的体积增加，造成永磁体的量增加，这不可避免地引起生产成本的提高。

作为另一个例子，如图4所示，在内芯20的内径(从D1到D’2)减小时，这里存在增加面积的限制，并且减少构成内芯20的叠片数目，造成磁路的面积显著减小。

因此，本发明的目的是提供一种往复电机的定子结构，其中磁通流过的磁路的面积被最大化，而没有增加往复电机的整个体积。

本发明的公开

为了达到上述目的，提供的往复电机的定子结构包括：定子，具有中空的圆柱形外芯和内芯，内芯形成为插入外芯内的中空的圆柱形叠层体；绕组线圈，它耦接在外芯内；和电枢，它带有安装在它的一侧的永磁体，并且可移动地插入在外芯和内芯之间。

为了达到上述目的，另外提供的往复电机的定子结构包括：定子，它具有中空的圆柱形外芯和插入外芯内的内芯，内芯具有多层重叠型的薄叠片，叠片的一侧具有双面，另一侧具有单面，叠片叠置成中空的圆柱形，使得单面位于内侧，双面位于外侧；绕组线圈，它耦接在外芯内；和电枢，它带有安装在它的一侧的永磁体，并且可移动地插入在外芯和内芯之间。

为了达到上述目的，另外提供的往复电机的定子结构包括：定子，具有中空的圆柱形外芯和插入外芯内的内芯，内芯由径向叠层部分构成，即多层的薄叠片径向叠置成中空的圆柱形，并且预定厚度的多层环形的叠片在轴向叠置成中空的圆柱形，结合在径向叠层部分的内周面中；绕组线圈，它耦接在外芯内；和电枢，它带有安装到它一侧的永磁体，并且可移动地插入在外芯和内芯之间。

附图简要说明

图1A是常规技术的往复电机的例子的前剖视图；

图1B是常规技术的往复电机的例子的侧剖视图；

图2是常规技术往复电机的操作状态的剖视图；

图3是常规技术往复电机中内芯的外径增加时定子结构的前视图；

图4是常规技术往复电机中内芯的内径减小时定子结构的前视图；

图5A是采用本发明的第一实施例的定子结构的往复电机的前剖视图；

图5B是采用本发明的第一实施例的定子结构的往复电机的侧剖视图；

图6是本发明第一实施例的往复电机的定子结构的透视图；

图7是本发明第一实施例的往复电机的定子结构变型的透视图；

图8是根据本发明第一实施例的往复电机的定子结构的面积增加的状态的示意图；

图9是是根据本发明第一实施例的往复电机的定子结构的面积增加率的曲线图；

图10是本发明的第二实施例的往复电机的定子结构的前剖视图；

图11是本发明第二实施例往复电机的定子结构的芯的叠层结构的侧视图；

图12是本发明第二实施例的往复电机的定子结构的芯的叠层结构的透视图；

图13是本发明的第二实施例的往复电机的定子结构的芯的叠层结构的重叠型薄叠片的展开图；

图14是本发明的图13的薄叠片的展开图；

图15是本发明图14的往复电机的芯的变型的重叠型叠层结构的透视图；

图16是本发明第三实施例的往复电机的定子结构的前剖视图；

图17是本发明第三实施例往复电机的定子结构的侧剖视图；

图18是本发明第三实施例的往复电机的叠层芯结构的分解透视图；

图19是本发明第三实施例的变型的往复电机的定子结构的前剖视图；和

图20是本发明第三实施例的变型的往复电机的叠层芯结构的分解透视图。

本发明的优选实施例

下面参照附图说明本发明。

与现有技术相同的部件使用相同的符号，并省略其说明。

图5A是采用本发明的第一实施例的定子结构的往复电机的前剖视图。图5B是采用本发明的第一实施例的定子结构的往复电机的侧剖视图。

本发明第一实施例的往复电机的定子结构包括：定子，它具有中空的圆柱形外芯10和插入外芯内的中空的圆柱形内芯60；和绕组线圈30，它耦接在外芯10内；和电枢40，它可移动地插入在外芯10和内芯60之间。

外芯10形成为叠层体，即预定形状的多层叠片11径向叠置，形成中空的圆柱体。

外芯10形成在绕线筒的外周表面上。

绕线筒50包括形成为环形的线圈绕阻部分51和在线圈缠绕部分51的侧面上形成的终端部分52。

绕组线圈的结构是，线圈多层地绕在绕线筒50的绕组部分51上，并且缠绕的线圈连接终端部分52。

外芯10的多层叠片11径向叠置，形成在绕线筒50的绕组部分51上的中空的圆柱形。

使用用绕线筒50以简化生产并且提供绕组线圈30的电绝缘。

图6是本发明第一实施例的往复电机的定子结构的透视图。

内芯60包括彼此耦接的多个中空的圆柱形叠层体。

即，如图6所示，在内芯60构成为双中空的圆柱形叠层体时，它包括：第一叠层体61，即具有预定形状的叠片径向叠置形成中空的圆柱形；第二叠层体62，即，多层叠片径向叠置形成内径等于第一叠层体61的外径的中空的圆柱形，第一叠层体61插入耦接至第二叠层体中。

此时，第一叠层体61的叠片的宽度和第二叠层体的叠片的宽度的和等于常规技术的内芯20的叠片21的宽度。

图7是本发明第一实施例的往复电机的定子结构的变型的透视图，示出了三重中空圆柱叠层体。

如图9所示，三重中空叠层体包括耦接的三个中空的圆柱形叠层体。每个具有不同的内径和外径，并且通过叠置叠片形成。

在此方面，三重的中空圆柱叠层体的宽度等于内芯60的宽度。

另外，作为内芯60的变型，也可以结合多于四重的中空的圆柱形叠层体。

包括多个中空的圆柱形叠层体的内芯60和60’插入结合在外芯10中，在它们之间有预定的间距。

电枢40包括中空圆柱永磁体支座42，和以等间隔结合到永磁体支座42的多个永磁体41。电枢40在直线上可移动地插入在外芯10和内芯60之间。

下面说明本发明二实施例的往复电机的定子结构。

图10是本发明第二实施例的往复电机的定子结构的前剖视图。图11是本发明第二实施例的往复电机的定子结构的芯叠层结构的侧视图。

如图10和11所示，采用本发明第二实施例的芯叠层结构的往复电机包括：定子(S)，它具有中空的圆柱形外芯110和高密度的重叠型内芯160，该内芯具有插入外芯110的中空的圆柱形；耦接在外芯110内的绕组线圈30；和电枢140，它具有永磁体41，可移动地插入在外芯10和高密度重叠型内芯160之间。外芯10形成为叠层体，其中多层预定形状的叠片11径向叠置形成中空的圆柱形。

外芯110形成在绕线筒的外周表面上。

绕线筒150包括形成为环形的线圈绕组部分151和在线圈绕组部分151的侧面形成的终端部分152。

绕线筒150的结构是使得线圈多层地在绕线筒150的线圈缠绕部分151上缠绕。缠绕的线圈连接到终端部分152。

外芯110的多层的叠片111径向叠置，在绕线筒150的线圈缠绕部分51上形成中空的圆柱形。

图12是本发明第二实施例的往复电机的定子结构的芯的叠层结构的透视图。

如图12所示，这样构成高密度的叠层型的内芯，使得多层的叠片161，它们每个在上侧具有双面(a)在下侧具有单面(b)(在剖视图中)，叠置成中空的圆柱形，使得单面(b)位于内侧，双面(a)位于外侧。

叠层型的叠片161包括具有预定面积的第一面部分161a和第二面部分161b，后者具有的面积大于第一面部分161a的面积，并且是从第一面部分161a延伸并弯曲折叠形成的。

图13是本发明第二实施例的往复电机的定子结构的芯的叠层结构的重叠型叠片的展开图。

如图13所示，制造重叠型的叠片161的方式是，弯曲折叠具有第一面部分161a和第二面部分161b的薄板。

图14是本发明图13的重叠型的叠片的展开图。图15是本发明图14的往复电机的芯的变型的重叠型叠层结构的透视图。

如图14和15所示，变型的重叠型叠片161包括：预定面积的第一面部分161c；延伸形成具有预定面积的第二面部分161d；第三面部分161e，它是在第一面部分161c的对角线侧上的与第一面部分161c形状对应地延伸形成的，并且与第一面部分161c重叠；和第四面部分161f，它是在第三面部分161e一侧上延伸形成的，具有与第二面部分161d相同的形状。

重叠型叠片161可以通过弯曲和折叠具有第一部分面161c，第二面部分161d，第三面部分161e和第四面部分161f的薄膜制造而成，或者通过将具有第一部分面161c和第二面部分161d的薄膜安装到第三面部分161e和第四面部分161f的薄膜上制造而成。

多层重叠型叠片161叠置成中空的圆柱形的方式是，使得形成单面的第二面部分161d和第四面部分161f位于内侧，第一和第三面部分161c和161e位于外侧，从而形成高密度叠层型内芯。

电枢140包括中空圆柱永磁体支座142和等隔间结合到永磁体支座142的多个永磁体41。电枢可移动地插入在外芯10和高密度叠层型内芯60之间。

下面说明本发明第三实施例的往复电机的定子结构。

图16是本发明第三实施例的往复电机的定子结构的前剖视图。图17是本发明第三实施往复电机的定子结构的侧剖视图。

图16是根据本发明第三实施例的往复电机的定子结构的前剖视图。图17是根据本发明第三实施例的往复电机的定子结构的侧剖视图。

如图16和17所示，往复电机包括：定子(S)，它具有中空的圆柱形外芯210和复合内芯260，内芯插入外芯210，它们之间有预定间隔；绕组线圈，耦接在外芯内210内；和电枢240，它具有永磁体241，可移动地插入在外芯210和复合内芯260之间。

这样形成外芯210使得，预定形状的多层的薄叠片211径向叠置形成中空的圆柱形。

缠绕线圈的中空的圆柱形绕线筒250耦接在外芯内。

绕组线圈在绕线筒250上多层缠绕。

外芯210形成为叠层体，即预定形状的多层的薄叠片在绕线筒上径向叠置形成中空的圆柱形。

使用绕线筒250是为了简便生产以及绕组线圈230的电绝缘。

复合内芯260包括：径向叠置部分261，即多层叠片(S1)叠置成中空的圆柱形；和非径向叠层部分262，它形成具有预定宽度的中空的圆柱形，在轴向叠置，耦接到径向叠层部分261的内圆周表面上。

图18是本发明的第三实施例的往复电机的叠层芯结构的分解透视图。

如图18所示，径向叠层部分261这样形成，预定形状的多层薄叠片(S1)径向叠置形成中空的圆柱形，并且非径向叠层部分262这样形成，使得环形的薄叠片(S2)在轴向叠置形成中空的圆柱形。

非径向叠层部分262耦接在径向叠层部分261内。

非径向叠层部分262的外径等于径向叠层部分261的内径。

图19是本发明第三实施例的变型的往复电机的定子结构的前剖视图。图20是本发明第三实施例的往复电机的叠层芯结构的分解透视图。

如图19和20所示，非径向叠层部分形成为卷形圆柱体263，使得具有预定面积的薄板(S3)缠绕成卷形，以形成中空的圆柱形。

薄板(S3)形成为方形，经几次缠绕成卷，形成中空的圆柱形。

卷形圆柱体263的外径等于径向叠层部分263的内径，并且卷形圆柱体263耦接在径向叠层部分261内。

电枢240包括中空的圆柱形永磁体支座242和等间隔耦接到永磁体支座242的多个永磁体241。电枢240插入在外芯210和复合内芯260之间并可直线移动。

工业应用性

下面说明本发明的往复电机定子结构的工作效果。

首先，在加电源，电流流到绕组线圈30时，围绕绕组线圈30形成磁通。沿外芯和内芯磁通形成封闭回路。

由于在外芯10和内芯60上形成的磁通和永磁体41形成的磁通之间的相互作用，永磁体41在轴向受力，在外芯10和内芯60之间直线运动。

在这个过程中，如果电机过负荷，产生更多的磁通。在此方面，在本发明的第一实施例中，因为磁通流过的内芯60形成为多个中空圆柱叠层体，磁通流动的面积增加，将铁芯饱和的现象减少到最小。

如图8所示，现在以双中空圆柱叠层体为例说明内芯60的面积的增加。内芯60的面积由将叠片数乘以(Do-Di)/2获得的值确定，因此，内芯60的面积与Di成反比。

‘Do’表示双叠层体的外径，’Di’表示双叠层体的内径，‘Dm’表示双叠层体的边界，即，它是第二叠层体的内径或第一叠层体的外径。

因此，如果‘Di’减小，因为叠片的数目减少，所以内芯60的面积能够明显加大。

因此，在本发明第一实施例中，内芯分成两部分或三部分，以在增加叠片的数目的同时增加(Do-Di)的值，使得内芯的面积增加。图9示出内芯的面积的增加率。

因此，对于本发明第一实施例的往复电机的定子结构，因为位于外芯内的内芯面积相对增加，并且磁通流过的面积增加，在电机过载时增加的磁通能够顺利流过。

下面说明往复电机的定子结构的另一个实际效果。

首先，在往复电机中，在加电而电流流到绕组线圈30时，在绕组线圈30周围形成磁通。磁通沿外芯10和高密度的叠层型的内芯60形成封闭回路。由于在外芯和高密度叠层型的内芯60上形成的磁通和永磁体41形成的磁通的相互作用，永磁体141在轴向受力，以致电枢140在外芯110和高密度叠层型内芯60之间做轴向运动。

在此过程中，如果电机过载，则磁通量增加，此时，磁通流过的高密度的叠层型内芯60的磁路是增大的，以致铁芯饱和的现象被减到最小。

下面详细说明高密度的叠层型内芯60的磁路如何比常规技术的内芯20的磁路大。

首先，假设高密度叠层型的内芯60的外径和内径与常规技术内芯20的相同。

对于常规内芯20，因为叠片21形成为单面，并且叠片径向叠置使得内端连续形成中空的圆柱形，所以在外端和内端之间存在间隙，降低在圆柱形中的密度。

同时，对于高密度的叠层型内芯60，叠片161的内侧具有一面，外侧具有双面，并且叠片径向叠置使得所述的一面位于内侧，双面位于外侧。因此，在重叠型叠片161的外和内端之间没有间隙，因此，密度较高。

因此，在本发明第二实施例的叠层结构中，与常规技术相比，磁路相对加大。

因此，对于本发明第二实施例的往复电机的定子结构，因为位于外芯内的内芯的磁通路径，即，磁路的面积增加，铁芯饱和度加大，以致在电机过载时增加的磁通能够顺利流过。

下面说明往复电机的定子结构的另一个实际效果。

在往复电机中，在加电而电流流到绕组线圈230时，磁通围绕绕组线圈230形成。磁通沿外芯210和复合内芯260形成封闭回路。由于在外芯210和复合内芯260形成的磁通和永磁体241形成的磁通之间的相互作用，永磁体241在轴向受力，以致电枢240在外芯110和内芯260之间做直线运动。

下面假设本发明第三实施例的复合内芯260和常规技术的径向叠置的内芯220具有相同的内外径，将它们进行比较。

因为本发明的复合内芯的非径向叠层部分262耦接在径向叠层部分261内，虽然径向叠层部分261的宽度比常规内芯220小，但是内径较大，以致叠片(S1)的数目增加。因此，在相同宽度基础上，磁路加大。

另外，因为叠置方向不同而具有较大流动通道磁阻的非径向叠层部分262形成磁路，所以与常规的芯220相比，磁路面积增加。

在本发明第三实施例的定子结构中，在往复电机运行时，当额定的负荷加到电机，沿外芯210和复合内芯260形成封闭回路的磁通，当通过复合内芯260时，大部分沿具有小磁阻的径向叠层部分261流过。因此，在不降低效率的情况下能够进行平稳运行。

在电机过载时，沿外芯210和复合内芯260流过形成封闭回路的磁通，除了沿具有小磁阻的径向叠层部分261流动外，也沿具有稍大一些磁阻的非径向叠层部分262流动，通过复合内芯，积极对付过负荷，以使铁芯饱和的现象最小化。

因此，因为本发明第三实施例的的往复电机的定子结构包括作为径向叠层体形成的径向叠层部分，和非径向形成的非径向叠层部分，磁通流过的磁路加大，以致电机过载时增加的磁通能够顺利流过。

如上所述，本发明的往复电机的定子结构的优点是，在电机过载时增加的磁通能够顺利流过，以致铁芯饱和被抑制，因此，能够提高电机的效率和可靠性。

Claims (14)

1.一种往复电机的定子结构，其特征在于，它包括：

定子，具有中空的圆柱形外芯和插入外芯中的内芯；

绕组线圈，耦接到外芯内；

电枢，带有安装到其一侧的永磁体，可移动地插入在外芯和内芯之间；

其中，内芯形成为结合在一起的多个中空的圆柱形叠层体。

2.根据权利要求1的定子结构，其特征在于，多个中空的圆柱形叠层体是通过叠置具有不同内径和外径的多层叠片并依次结合在一起而分别形成的。

3.根据权利要求2的定子结构，其特征在于，多个中空的圆柱形叠层体包括：

第一叠层体，其形成为使得多个薄叠片径向叠置以形成中空的圆柱形；和

第二叠层体，其形成为使得多个薄叠片径向叠置以形成其内径等于第一叠层体外径的中空的圆柱形。

4.一种往复电机的定子结构，其特征在于，包括：

定子，具有中空的圆柱形外芯和插入外芯中的内芯；

绕组线圈，耦接在外芯内；

电枢，带有安装到其一侧的永磁体，可移动地插入在外和内芯之间；

其中，内芯构成为多层重叠型薄叠片，所述叠片的一侧具有双面，另一层具有单面，所述多层重叠型薄叠片叠置成中空的圆柱形，单面在内侧，双面在外侧。

5.根据权利要求4的定子结构，其特征在于，重叠型叠片包括具有预定面积的第一面部分和面积比第一面部分大的第二面部分，第二面部分从第一面部分延伸并且弯曲折叠。

6.根据权利要求4的定子结构，其特征在于，重叠型叠片包括：

第一面部分，具有预定面积；

第二面部分，延伸地形成并具有预定面积；

第三面部分，在第一面部分的对角线侧延伸地形成，与第一面部分的形状对应，与第一面部分重叠；和

第四面部分，在第三面部分一侧延伸形成，具有与第二面部分相同的形状。

7.根据权利要求6的定子结构，其特征在于，第一面部分、第二面部分、第三面部分和第四面部分是通过分别弯曲和折叠薄板形成的。

8.根据权利要求6的定子结构，其特征在于，第一面部分、第二面部分、第三面部分和第四面部分是通过弯曲和折叠具有第一面部分和第二面部分的薄板以及具有第三部分和第四面部分的薄板形成的。

9.根据权利要求6的定子结构，其特征在于，将多个重叠型叠片叠置成中空的圆柱形，从而构成单面的第二面部分和第四面部分位于内侧，构成另一单面的第一和第三面部分位于外侧。

10.一种往复电机的定子结构，其特征在于，包括：

定子，具有中空的圆柱形外芯和插入外芯中的内芯；

绕组线圈，耦接在外芯内；

电枢，带有安装到其一侧的永磁体，可移动地插入在外芯和内芯之间，

其中，内芯包括：

径向叠层部分，多层薄叠层片径向叠置成中空的圆柱形；和

非径向叠层部分，在径向叠层部分的内圆周面中结合成具有预定宽度的中空的圆柱形。

11.根据权利要求10的定子结构，其特征在于，这样形成径向叠层部分，使得多层具有预定形状的薄叠片径向叠置形成中空的圆柱形，并且这样形成非径向叠层部分，使得多层环形薄叠片在轴向叠置以形成中空的圆柱形。

12.根据权利要求10的定子结构，其特征在于，非径向叠层部分的外径等于径向叠层部分的内径。

13.根据权利要求10的定子结构，其特征在于，这样形成非径向叠层部分，使得具有预定面积的薄板缠绕成卷形，以形成中空的圆柱形。

14.根据权利要求13的定子结构，其特征在于，薄板形成为方形，经数次缠绕而成卷形，以形成中空的圆柱形。

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