CN202050349U - 带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，是一改良的双动圈电机，其圆柱形外壳有一闭端和一开口端；在圆柱形外壳中心设有一内核，该内核与该圆柱形外壳之间设有环状空气间隙，由铁磁体内芯组成的纵轴排列的永磁铁包括具有磁化第一方向的轴向磁化永磁铁，在靠近外壳闭端被消除掉；一线圈组可以在环形空气间隙内移动，连接到一电源，线圈组包括第一和第二线圈绕组，这样第一和第二线圈绕组绕成串联但方向相反。本实用新型所述动圈电机采用不同的轴向磁化永磁体的构造，其由一个或多个径向磁铁来提供两个磁路，因此允许动圈电机两个线圈更有效地在气隙里做切割磁通量运动。

Description

带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机

技术领域

本实用新型涉及一种动圈电机，特别涉及一种带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机。

背景技术

动圈电机是根据电和磁路相互作用，在线圈上提供线性机械运动的电磁装置。如图1所示，传统的动圈电机的类型是由一个圆柱内芯和包围内芯的外壳来界定两者之间的环形空间。一个环形磁铁安装在外壳内壁的，而另一个安装在内芯的外壁。这种组合提供了一个单一的封闭磁路。一个圆形线圈绕组被放置在气隙中间。当电流通过线圈绕组，由电流和穿过气隙的磁通密度的相互作用而产生一个线性力。

图2显示了另一种传统的移动式圈式电机设计。在这个设计中，一个轴向的磁铁附着在圆柱壳闭端。铁磁极片附着在轴向磁铁的另一端。磁通由铁磁极片和外壳开口端的气隙而产生。当电流通过圆形线圈组的线圈绕组时会产生一个线性力。

美国专利(专利号为4692999)公开了一种为了提供朝向中心圆柱核心的磁通路线，使用两个环形磁铁附着在外壳的内壁上的动圈电机。在此配置中，动圈组件是由双线圈部分形成的，而不是单线圈。这种双线圈设计使得线圈绕组在两个位置相互作用或“切割”空气间隙。这导致较大的线性力，改善了移动式线圈电机的效率。

美国的另外一件专利(专利号为4808955)公开了另一个动圈电机也采用了多线圈的设计。在双线圈设计里透露由美国描述了类似的设计。但在这个设计中，增加两个环形磁铁也附着在内核外壁。在单端体现出，第一个和第二个磁路提供了更有效的切割磁通量。

美国的另外一件专利(专利号为5345206)，公开了一种移动式线圈电机，它使用了一套轴向磁化的圆柱形永磁体固定在电机的中间。在有两个轴向磁化的永磁体部件(见图3所示)里，形成两个磁路，允许两个线圈部分更有效的切割磁通量。这个双线圈设计使动圈能有一比图2描述的传统动圈设计更大的线性力，它们有相同的直径，但是双线圈设计有更长的轴向长度。

上一个技术的动圈电机的构造进一步完善了提供更高的性能和其它经济利益。

实用新型内容

本实用新型的目的是在于提高一种改良带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其采用了双线圈的设计和用轴向磁化的永磁体和一个或多个安排在一个圆环用的径向磁化的永磁体的互相作用来产生非常高的磁场力。

本实用新型采用不同的轴向磁化的永磁体的构造，它有一个或多个径向磁铁来提供两个磁路。因此允许动圈电机的两个线圈部分更有效的在气隙里切割磁通量。

本实用新型所述带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，包括：

一圆柱形外壳，该圆柱形外壳设有一闭端，该闭端沿着该圆柱形外壳的纵向部分向开口端延伸至内表面；

在该圆柱形外壳的中心处设有一内核，该内核与该圆柱形外壳之间设有环状空气间隙；

一线圈组，在该环形空气间隙内移动，连接到一电源，该线圈组包括设在环形空气间隙内的线圈载体，第一线圈绕组在线圈载体上成形，绕成有第一极性；第二线圈绕组在线圈载体上成形，绕成与第一极性相反的第二极性；第一线圈绕组和第二线圈组是相隔开的；轴向磁化永磁体设在第一线圈绕组和第二线圈绕组的中间，使得第一线圈绕组和第二线圈绕组绕成串联但方向相反；

一由铁磁体内芯组成的纵轴排列的永磁铁，该纵轴排列的永磁铁包括轴向磁化永磁体，轴向磁化永磁体纵轴排列的一端被螺丝拧在内表面上，轴向磁化永磁体具有磁化的第一方向；并且

该纵轴排列的永磁铁还包括径向磁化永磁体，径向磁化永磁体附在闭环的内表面上，径向磁化永磁体具有磁化的第二方向。

本实用新型中，轴向磁化永磁体和径向磁化永磁体被磁化的方向相反，使得两个磁路由第一线圈绕组和第二线圈绕组的轴向是相反的，当电流通过线圈时，会产生一个叠加的轴向力。

本实用新型中，磁化的第一方向和磁化的第二方向使得线性电机闭端的磁通量从圆柱形外壳通过径向磁化永磁体指引。

本实用新型中，径向磁化永磁体环形排列由一个或者多个径向磁化永磁体构成。

本实用新型中，第一铁磁体内芯附着在圆柱形外壳闭端的内部表面的第一端，第二铁磁体内芯附着在轴向磁化永磁体的第一端，轴向磁化永磁体附着在第三铁磁体极片的第二端。

本实用新型中，纵轴排列的永磁铁的中心设有通孔，其允许轴从线圈组合到电机另一端。

本实用新型中，第一铁磁体内芯的第一端由一个或多个螺钉拧在圆柱形外壳闭端的内表面上。

本实用新型中，第一铁磁体内芯的第一端由一个或多个螺栓连接在圆柱形外壳闭端的内表面上。

本实用新型中，径向磁化永磁体是高能弧形钕铁硼磁铁。

本实用新型中，所述双线圈电机包括轴向磁化永磁体和径向磁化永磁铁，其由一个或多个径向磁铁来提供两个磁路，第一线圈和第二线圈在环形空气间隙内做切割磁通量运动。

本实用新型具有的有益效果：通过使用一块轴向磁铁的配置和大量径向被安排的弧磁铁，在电机闭端的磁通量有效的从圆柱形外壳径向通过弧形磁铁向内中心指引。这将相比以往的技术提高性能。

而且总体上小了磁铁空间相比小了一些。这个结果是降低了制造的成本。

磁铁空间减少和重量轻的材料的使用，例如铝端盖支撑着磁铁，也会减少电机的总体重量，因此减少了运输成本。

附图说明

图1是传统的线性动圈电机的横断面的示意图。

图2是另一种轴向磁铁连接到闭端的传统动圈电机类型的横断面的示意图。

图3是第三种传统动圈电机类型的横断面的示意图，其是使用固定在电机中心的一套轴向磁化的圆柱形永磁体。

图4是本实用新型动圈电机的横断面的示意图。

图5是本实用新型一个磁场极性穿透过第一和第二线圈，当线圈通电时产生叠加的轴向力的示意图。

图6是本实用新型一系列磁化圆弧永磁体布置的圆柱形外壳的截面图。

图7是本实用新型另一种一系列磁化圆弧永磁体布置的圆柱形外壳的截面图。

图8是本实用新型单向磁化的径向磁化的弧形磁铁的示意图。

图9是本实用新型使用一个完整的一片环状磁铁的示意图。

图10是本实用新型轴向磁化永磁铁在中心具有通孔的体现的示意图。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

图4展示了本实用新型动圈电机的横断面的示意图。动圈线性电机包含一铁磁体材料的开放的圆柱形外壳1。这样铁磁体材料可以是冷轧钢，钒铁钴磁性合金或者400系列的不锈钢。当圆柱形外壳的第二端闭合时，第一端是打开的。闭端是由非铁磁体材料构成的，例如是具有良好的机械性能又有较低密度的铝材料构成的。圆柱形外壳1的闭端扮演直线电机基础端盖的角色。一系列的磁化弧形永磁体(径向磁化永磁体)3是附在闭端内表面。当这些弧形永磁体3加入到铁磁体内芯4里，它们的外表面直接接触外壳的内壁。

纵轴排列的永磁铁安置在圆柱形外壳1中心。由铁磁体内芯4，轴向磁化永磁体6和第三铁磁体极片7组成纵轴排列。铁磁体内芯4的第一端是连接到闭端2的内表面。轴向磁化永磁体6附在铁磁体内芯4的第二端。铁磁体内芯4是一个固体块。铁磁体内芯4的第一端是通过螺钉5固定，螺钉5是附在闭端2的外表面。这保证了线性电机里铁磁体内芯4的刚性。

铁磁体内芯4的第二端是附在轴向磁化永磁体6的第一端。第二铁磁极片7安置在轴向磁化永磁体6和圆柱形外壳的开口端之间。

由两个线圈(第一线圈9和第二线圈10)组成的非铁磁体材料的动圈组件8被安置在内圆柱形外壳1内形成的空间，作为径向磁化永磁体3、铁磁体内芯4以及第二铁磁体极片7的结果。轴向磁化永磁铁6和径向磁化永磁铁3就如图5所示的那样，两个磁路在轴向是呈相反的方向被磁化。

如图5所示的，磁场的极性穿过第一线圈9和穿过第二线圈10后是相反的。因此，第一线圈9和第二线圈10必须是绕成串联，但是不同方向。当线圈通电时，可以产生一个叠加的轴向力。虽然铝漆包线也可以使用，线圈绕组通常是铜漆包线。

它也可能是奇数或偶数，例如6、7、8或更多。然而这也很明显，使用太多件也将随着需要更多的装配时间和材料增加了生产的成本。还应当指出，所有的磁铁有相同的磁极性。这些磁铁通常使用高能产品钕铁硼永磁体。它有非常普遍制造成这样的形状并广泛用于大量的无刷旋转伺服电机。不过对于无刷伺服电机，磁铁通常成对反极性交替，如图7所示。在图7里，设置了8个极。这是一种最常见的无刷电机设计。

通过使用一块轴向磁铁的配置和大量径向被安排的弧磁铁，在电机闭端的磁通量有效的从圆柱形外壳通过磁化弧形磁铁(径向磁化永磁体)指引。

这将相比以往的技术提高性能。附在电机闭端的径向安置的弧形磁铁可以被制造的相对于在图3里描述的现有技术的轴向磁铁相对的小一些。而且总体上小了磁铁空间相比小了一些。本实用新型也降低了制造的成本。此外，磁铁空间减少和重量轻的材料的使用，例如铝端盖支撑着磁铁，也会减少电机的总体重量。

图6所示，这些弧形磁铁不需要填满整个环形空间。磁铁之间被允许存在空隙。使用这些即使有空隙的弧形磁铁，也不会对电机的性能造成什么影响。这样的排列对于简单装配来说，不需要很严格的尺寸控制。本实用新型的线性电机的生产成本也因为磁铁空间需要减少而降低了。电机的质量也提高了，有助于减少运输和储存成本。

对于磁铁，由于这样的高性能电机，使用高效钕铁硼磁铁。使用这样的带有间隙的磁铁也降低了生产成本。

或者，单个完整的弧形磁铁也用可以用于本实用新型，设置在和一系列排列的弧形磁铁同样的位置。虽然磁极性是径向的，但是这样的一个磁铁将会更昂贵，如图9所示。

直径磁化的弧形磁铁也可以使用，如图8所示。这些磁铁是永磁体，相对于径向磁铁只有单个方向。这些弧形磁铁很常见，被用来生产大量的无刷伺服电机。它们不需要复杂的磁化设备或者工序，以更低的成本很容易被生产。

图10展示了电机的中心带具有通孔的轴向磁铁和弧形磁铁圆形阵列(或者是单个环形径向磁铁)的构造。这是可行的，因为高效流动中的磁通量在电机闭端通过径向磁化的永磁体或者一系列的弧形磁铁。这样的一个孔允许轴从线圈组合到电机的另一端。另一个例子是为了用户为真空管通过这个孔，用真空吸盘或者其他夹持装置来抓住零件。

综上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本实用新型的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，包括：

一圆柱形外壳，该圆柱形外壳设有一闭端，该闭端沿着该圆柱形外壳的纵向部分向开口端延伸至内表面；

在该圆柱形外壳的中心处设有一内核，该内核与该圆柱形外壳之间设有环状空气间隙；

一线圈组，在该环形空气间隙内移动，连接到一电源，该线圈组包括设在环形空气间隙内的线圈载体，第一线圈绕组在线圈载体上成形，绕成有第一极性；第二线圈绕组在线圈载体上成形，绕成与第一极性相反的第二极性；第一线圈绕组和第二线圈组是相隔开的；轴向磁化永磁体设在第一线圈绕组和第二线圈绕组的中间，使得第一线圈绕组和第二线圈绕组绕成串联但方向相反；

一由铁磁体内芯组成的纵轴排列的永磁铁，该纵轴排列的永磁铁包括轴向磁化永磁体，轴向磁化永磁体纵轴排列的一端被螺丝拧在内表面上，轴向磁化永磁体具有磁化的第一方向；并且

该纵轴排列的永磁铁还包括径向磁化永磁体，径向磁化永磁体附在闭环的内表面上，径向磁化永磁体具有磁化的第二方向。

2.根据权利要求1所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，轴向磁化永磁体和径向磁化永磁体被磁化的方向相反，使得两个磁路由第一线圈绕组和第二线圈绕组的轴向是相反的，当电流通过线圈时，会产生一个叠加的轴向力。

3.根据权利要求1或2所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，磁化的第一方向和磁化的第二方向使得线性电机闭端的磁通量从圆柱形外壳通过径向磁化永磁体指引。

4.根据权利要求1所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，径向磁化永磁体环形排列由一个或者多个径向磁化永磁体构成。

5.根据权利要求1所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，第一铁磁体内芯附着在圆柱形外壳闭端的内部表面的第一端，第二铁磁体内芯附着在轴向磁化永磁体的第一端，轴向磁化永磁体附着在第三铁磁体极片的第二端。

6.根据权利要求5所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，纵轴排列的永磁铁的中心设有通孔，其允许轴从线圈组合到电机另一端。

7.根据权利要求5或6所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，第一铁磁体内芯的第一端由一个或多个螺钉拧在圆柱形外壳闭端的内表面上。

8.根据权利要求5或6所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，第一铁磁体内芯的第一端由一个或多个螺栓连接在圆柱形外壳闭端的内表面上。

9.根据权利要求7所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，径向磁化永磁体是高能弧形钕铁硼磁铁。

10.根据权利要求1所述的带有轴向和径向磁铁复合式的双线圈电机，其特征在于，所述双线圈电机包括轴向磁化永磁体和径向磁化永磁铁，其由一个或多个径向磁铁来提供两个磁路，第一线圈和第二线圈在环形空气间隙内切割磁通量。

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