CN203151352U

CN203151352U - 直线电机

Info

Publication number: CN203151352U
Application number: CN 201320173447
Authority: CN
Inventors: 谭震; 钟成堡; 黄侠昌
Original assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Current assignee: Zhuhai Gree Energy Saving Environmental Protection Refrigeration Technology Research Center Co Ltd
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2023-04-08

Abstract

本实用新型提供了一种直线电机，包括外定子（11）、内定子（32）和动子（20），动子（20）设置于外定子（11）和内定子（32）之间，动子（20）包括动子支架（21）和固定于动子支架（21）上的磁钢（22），动子（20）还包括：第一磁阻铁芯（23）和第二磁阻铁芯（24），沿动子（20）运动方向分别设置在动子支架（21）上磁钢（22）的两端。根据本实用新型的直线电机，通过在动子的磁钢两侧各增加一块磁阻铁芯，使动子沿动子运动方向各位置的磁阻由原来的等磁阻调整为磁钢所在部位磁阻大而磁阻铁芯所在部位的磁阻小，减少了直线电机在运动过程中的端部漏磁，提高了直线电机效率。

Description

直线电机

技术领域

本实用新型涉及电机领域，更具体地，涉及一种直线电机。

背景技术

圆筒型直线电机是将电能转换为线性往复运动的动能的装置。图1示出了现有技术中一种圆筒型直线电机的实例。该圆筒型直线电机包括：由多个开口向内的C形薄片层叠设置形成的外定子1’、位于外定子1’内部的周向缠绕的线圈2’、动子、非导磁材料制成的内定子支撑架6’和支撑在内定子支撑架6’外周的内定子5’。动子包括圆筒形的动子支架8’和固定于圆筒形的动子支架8’上沿径向均匀分布的六块磁钢4’。

当电流在线圈2’内流动时，流过线圈2’的电流形成围绕着线圈2’的磁通，磁通沿着外定子1’和内定子5’形成一个闭合环路。流过线圈2’的电流产生的磁通与磁钢4’相互作用，从而使动子沿轴线作直线运动。改变流过线圈2’的电流方向时，在外定子1’和内定子5’中形成的磁通方向改变，于是，动子朝着相反的方向运动。当供给的电流不断改变方向时，动子就在外定子和内定子之间作线性往复运动。

以上结构的圆筒型直线电机具有结构紧凑、工艺简单及在小功率输出条件下效率高等优点，但同时也存在着输出力上升空间有限、随输入电流的增加电机效率下降明显等缺点。其中造成效率下降的原因是随输入电流的增加圆筒型直线电机的端部漏磁增加、铁损增大。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种直线电机，在保证结构紧凑、工艺简单的情况下，可以降低端部漏磁、提高直线电机效率。

本实用新型提供了一种直线电机，包括外定子、内定子和动子，动子设置于外定子和内定子之间，动子包括动子支架和固定于动子支架上的磁钢，动子还包括：第一磁阻铁芯和第二磁阻铁芯，沿动子运动方向分别设置在动子支架上磁钢的两端。

进一步地，第一磁阻铁芯和第二磁阻铁芯相对于磁钢对称分布。

进一步地，第一磁阻铁芯和第二磁阻铁芯各自沿动子运动方向上的长度是磁钢沿动子运动方向上的长度的1/4至1/2。

进一步地，第一磁阻铁芯和第二磁阻铁芯各自与磁钢沿动子运动方向上的距离为磁钢沿动子运动方向上长度的1/4至3/4。

进一步地，内定子沿动子运动方向上的端面与内定子正对动子的端面之间采用第一曲面过渡连接。

进一步地，外定子沿动子运动方向上的端面与外定子正对动子的端面之间采用第二曲面过渡连接。

进一步地，磁钢沿动子运动方向运动到外定子的中间位置时，第一曲面在内定子正对动子的端面的起始线位于第一磁阻铁芯或第二磁阻铁芯沿动子运动方向上从靠近磁钢一侧向远离磁钢一侧的1/3至2/3位置。

进一步地，磁钢沿动子运动方向运动到外定子的中间位置时，第一曲面在内定子正对动子的端面的起始线位于第一磁阻铁芯或第二磁阻铁芯沿动子运动方向上从靠近磁钢一侧向远离磁钢一侧的1/2位置。

进一步地，磁钢沿动子运动方向运动到外定子的中间位置时，第二曲面在外定子正对动子的端面的起始线位于第一磁阻铁芯或第二磁阻铁芯的靠近磁钢一侧的边缘位置。

根据本实用新型的直线电机，通过在动子的磁钢两侧各增加一块磁阻铁芯，使动子沿动子运动方向各位置的磁阻由原来的等磁阻调整为磁钢所在部位磁阻大而磁阻铁芯所在部位的磁阻小，减少了直线电机在运动过程中的端部漏磁，提高了直线电机效率。利用磁阻最小原理输出磁阻力，增加了磁阻力输出，提高了直线电机效率。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的圆筒型直线电机的剖面结构示意图；

图2是根据本实用新型的圆筒型直线电机的剖面结构示意图；

图3是图2的A部放大结构示意图；以及

图4是根据本实用新型的圆筒型直线电机动子立体结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图2至图4所示，本实施例以圆筒型直线电机为例对本实用新型进行说明。圆筒型直线电机包括外定子11、位于外定子11内部的周向缠绕的线圈12、内定子32、非导磁材料制成的支撑内定子32的内定子支撑架31和设置于外定子11和内定子32之间的动子20。如图4所示，动子20包括圆筒形的动子支架21和固定于动子支架21上沿周向均匀分布的磁钢22，还包括沿圆筒型直线电机的动子运动方向（在本实施例中即轴线方向）分别设置在动子支架21上每块磁钢22两侧的沿周向均匀分布的第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24。外定子11由多个开口向内的C形薄片层叠设置形成围绕圆筒型直线电机的轴线延伸的环形。本实施例中内定子32由多个硅钢片叠压而成并通过两端的端板（未图示）将内定子32固定压紧在内定子支撑架31上形成。

与现有技术相比，本实施例在每块磁钢两侧分别加入磁阻铁芯，由于磁阻铁芯的加入，动子沿动子运动方向各位置的径向磁阻由原来的等磁阻变为磁钢所在部位磁阻大而磁阻铁芯所在部位磁阻小的情况。这是因为磁钢的磁导率与空气即气隙的磁导率近似，动子有磁钢的位置处和纯空气组成的气隙处磁阻大致相同；而铁芯磁阻近似为零，所以有磁阻铁芯处的磁阻就只是上下两层气隙磁阻的和，所以磁阻减小。由于本实施例中磁阻铁芯所在部位磁阻最小，根据磁阻最小原理，磁通总要沿磁阻最小的路径闭合，磁通在外定子11、磁钢22、内定子32、第一磁阻铁芯23之间或在外定子11、磁钢22、第二磁阻铁芯24和内定子32之间形成闭合磁路，因而在很大程度上减少了端部漏磁。以上的具有双磁阻铁芯结构的圆筒型直线电机，利用动子的磁钢两端的磁阻铁芯减少端部漏磁，提高了电机效率。

优选地，第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24相对于磁钢22对称分布。磁阻铁芯对称分布的设计可以更好地配合正弦电流实现动子在一个运动周期内进行一次增磁和一次去磁，这样能实现具有磁阻结构的圆筒型直线电机输出电磁力和磁阻力的同相位变化要求。同时通过增磁与去磁以及磁阻最小原理可以实现磁阻力和电磁力的同相位叠加。增磁与去磁是保证一个磁阻铁芯有磁力线经过（此时产生磁阻力），另一个磁阻铁芯无磁力线经过（此时磁阻力几乎为零），且在运动过程中两个磁阻铁芯的增磁与去磁是交替的，即两个磁阻铁芯交替提供磁阻力，且磁阻力的方向始终与电磁力的方向一致，从而大幅提高了圆筒型直线电机输出的轴向力，甚至在相同电流的情况下可以增大电机出力将近1倍。

为实现直线电机性能的最优化，第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24沿直线电机的动子运动方向的长度以及它们相对于磁钢22的距离十分重要，因为磁钢到磁阻铁芯的距离可以调整磁阻力的大小和磁阻力曲线的光滑程度，磁阻铁芯长度决定磁阻力曲线的宽度和反电势的大小和波形，而且和定子的具体结构相关。在确定定子结构后可以通过仿真不断的调整磁阻铁芯的长度和它们与磁钢之间的距离。在本实施例中优选地，第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24各自沿动子运动方向的长度是磁钢22沿动子运动方向的长度的1/4至1/2，更优选地，第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24各自沿动子运动方向的长度是磁钢22沿动子运动方向的长度的1/3。而第一磁阻铁芯23和第二磁阻铁芯24各自与磁钢22沿动子运动方向的距离为磁阻铁芯长度的1/4至3/4时最佳。

如图3所示，内定子32沿动子运动方向的端面与内定子32的正对动子20的端面之间采用第一曲面过渡连接。例如，第一曲面的纵断面可以是圆弧或抛物线等。采用第一曲面进行过渡的目的是，保证磁阻的均匀变化，防止因磁阻力畸变导致的尖峰谐波含量过高所引起的输出磁阻力突然增大或减小。本实施例中优选地，磁钢22沿动子运动方向运动至外定子11的中间位置时，第一曲面在内定子32正对动子的端面的起始线（即图3中K点所代表的交线）位于相应的第一磁阻铁芯23或第二磁阻铁芯24的沿动子运动方向从靠近磁钢22一侧向远离磁钢22一侧的1/3至2/3之间的位置，更优选地，处于1/2左右的位置。

如图3所示，外定子11的沿动子运动方向的端面与外定子11的正对动子20的端面之间采用第二曲面过渡连接。例如，第二曲面的纵断面可以是圆弧或抛物线等。采用第二曲面进行过渡的目的是，使外定子端部、磁阻铁芯、内定子端部构成的磁阻由大到小缓慢变化，以保证磁阻的均匀变化，防止磁阻力畸变而产生尖峰。如图3所示，磁钢22沿动子运动方向运动至外定子11的中间位置时，第二曲面在外定子11正对动子20的端面的起始线（即图3中J点所示意的交线）优选地处于相应的第一磁阻铁芯23或第二磁阻铁芯24的靠近磁钢22一侧的起点位置。

从以上的描述中可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

通过在动子的磁钢两侧各增加一块磁阻铁芯，使动子沿动子运动方向各位置的磁阻由原来的等磁阻调整为磁钢所在部位磁阻大而磁阻铁芯所在部位的磁阻小，减少了直线电机在运动过程中的端部漏磁，提高了直线电机效率。利用磁阻最小原理输出磁阻力，增加了磁阻力输出。

通过磁阻铁芯的对称分布，利用增磁与去磁作用实现磁阻力和电磁力的相位同步叠加，保证具有磁阻结构的直线电机获得较大的输出力。

通过合理的调整磁阻铁芯的轴向长度和相对磁钢的位置也即调整气隙的变化情况，实现直线电机的效率和输出力的综合最优化。

通过在内定子上设置第一曲面和在外定子上设置第二曲面调整动子运动方向上各位置磁阻的变化情况，从而使动子在运动过程中磁阻尽量均匀变化。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种直线电机，包括外定子（11）、内定子（32）和动子（20），所述动子（20）设置于所述外定子（11）和所述内定子（32）之间，所述动子（20）包括动子支架（21）和固定于所述动子支架（21）上的磁钢（22），其特征在于，所述动子（20）还包括：

第一磁阻铁芯（23）和第二磁阻铁芯（24），沿所述动子（20）运动方向分别设置在所述动子支架（21）上所述磁钢（22）的两端。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述第一磁阻铁芯（23）和第二磁阻铁芯（24）相对于所述磁钢（22）对称分布。

3.根据权利要求2所述的直线电机，其特征在于，所述第一磁阻铁芯（23）和第二磁阻铁芯（24）各自沿所述动子（20）运动方向上的长度是所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向上的长度的1/4至1/2。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的直线电机，其特征在于，所述第一磁阻铁芯（23）和第二磁阻铁芯（24）各自与所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向上的距离为所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向上长度的1/4至3/4。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的直线电机，其特征在于，所述内定子（32）沿所述动子（20）运动方向上的端面与所述内定子（32）正对所述动子（20）的端面之间采用第一曲面过渡连接。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的直线电机，其特征在于，所述外定子（11）沿所述动子（20）运动方向上的端面与所述外定子（11）正对所述动子（20）的端面之间采用第二曲面过渡连接。

7.根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于，所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向运动到所述外定子（11）的中间位置时，所述第一曲面在所述内定子（32）正对所述动子（20）的端面的起始线位于所述第一磁阻铁芯（23）或第二磁阻铁芯（24）沿动子（20）运动方向上从靠近所述磁钢（22）一侧向远离所述磁钢（22）一侧的1/3至2/3位置。

8.根据权利要求7所述的直线电机，其特征在于，所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向运动到所述外定子（11）的中间位置时，所述第一曲面在所述内定子（32）正对所述动子（20）的端面的起始线位于所述第一磁阻铁芯（23）或第二磁阻铁芯（24）沿动子运动方向上从靠近所述磁钢（22）一侧向远离所述磁钢（22）一侧的1/2位置。

9.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，所述磁钢（22）沿所述动子（20）运动方向运动到所述外定子（11）的中间位置时，所述第二曲面在所述外定子（11）正对所述动子（20）的端面的起始线位于所述第一磁阻铁芯（23）或第二磁阻铁芯（24）的靠近所述磁钢（22）一侧的边缘位置。