CN203734501U - 动磁式无内定子直线振荡电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动磁式无内定子直线振荡电机，包括设置在机壳内的定子铁芯和永磁体；所述定子铁芯为C型铁芯；所述C型的定子铁芯的上齿部和下齿部分别通过设置电枢绕组后形成N极和S极；所述两个齿部正对、N极和S极相反的定子铁芯之间设置永磁体；所述永磁体的两极分别正对两个定子铁芯的上齿部以及两个定子铁芯的下齿部。

Description

动磁式无内定子直线振荡电机

技术领域

本实用新型属于直线电机领域，具体说是一种带有永久磁铁的直线振荡电机。

背景技术

传统技术采用曲柄和丝杠等传动机构将旋转电机的旋转运动转换成直线往复运动，存在结构复杂、效率低和机械可靠性差等问题。采用直线振荡电机来实现直线往复运动可省去传动机构，降低摩擦损耗，提高系统效率和可靠性。

直线振荡电机包括动磁式直线振荡电机、动圈式直线振荡电机和动铁式直线振荡电机。其中，动磁式直线振荡电机是由永磁材料作为动子的一种直线振荡电机，永磁材料产生的恒定磁场和励磁线圈产生的交变磁场相互作用推动永磁材料做往复交替运动，相比于采用励磁线圈作为动子的动圈式直线振荡电机和采用铁芯作为动子的动铁式直线振荡电机，其动子质量更小，推力更大，效率更高。随着新型永磁材料的发展，动磁式直线振荡电机的优势愈加明显。

1992年美国的Beale和Redlich等人研制了Redlich型结构的动磁式直线振荡电机，2003年，LG公司在该结构的基础上进行改进，首次实现了动磁式直线振荡电机驱动线性压缩机的商用化。这种圆筒形结构的动磁直线振荡电机是在励磁线圈的圆周上安装导磁材料，形成与励磁线圈同心的圆筒形气隙的磁路结构，径向充磁的圆筒形永磁体在气隙中做往复运动。

申请号为200880001914的专利公开了一种用于直线压缩机的直线马达，包括内部定子、外部定子、多个永磁体组成的动子，所述内部定子通过圆周方向堆叠铁芯块使其彼此绝缘而形成，外部定子通过以预定间隔沿圆周方向设置铁芯块并且围绕所述铁芯块卷绕线圈而形成，所述永磁体以预定间隙设置在所述内部定子与所述外部定子之间并且相互作用而沿直线往复运动，其结构及铁芯叠片较复杂，维护困难。

传统的动磁式直线振荡电机，需要内定子形成闭合磁路，内定子在圆周上辐射分布，因而存在内定子叠装难度大、加工困难和加工成本较高、整机体积大等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单的动磁式无内定子直线振荡电机。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种动磁式无内定子直线振荡电机，包括设置在机壳内的定子铁芯和永磁体；所述定子铁芯为C型铁芯；所述C型的定子铁芯的上齿部和下齿部分别通过设置电枢绕组后形成N极和S极；所述两个齿部正对、N极和S极相反的定子铁芯之间设置永磁体；所述永磁体的两极分别正对两个定子铁芯的上齿部以及两个定子铁芯的下齿部。

作为对本实用新型所述的动磁式无内定子直线振荡电机的改进：所述永磁体为瓦片形；所述永磁体的外圆周面分别与两个定子铁芯的上齿部圆周面相对；所述永磁体的内圆周面分别与两个定子铁芯的下齿部圆周面相对。

作为对本实用新型所述的动磁式无内定子直线振荡电机的进一步改进：所述定子铁芯由至少两个小定子铁芯通过环状绕组支架固定而成；所述电枢绕组支架上设置电枢绕组；所述两个齿部正对、N极和S极相反的定子铁芯的电枢绕组串联后形成单相绕组。

作为对本实用新型所述的动磁式无内定子直线振荡电机的进一步改进：所述永磁体通过动子支架连接有相互平行的直线轴；所述直线轴的两端分别通过直线滚珠轴承与机壳滑动连接。

作为对本实用新型所述的动磁式无内定子直线振荡电机的进一步改进：所述直线轴上套装有弹簧，所述弹簧的两端分别抵住两个直线滚珠轴承。

作为对本实用新型所述的动磁式无内定子直线振荡电机的进一步改进：所述环状绕组架为硬塑料材质制成的环状绕组架；所述动子支架2由非导磁非导电材料加工而成。

本实用新型具有如下有益效果：

1）与已有技术相比，本实用新型的动磁式直线振荡电机无需内定子，结构更紧凑，体积更小，成本更低。

2）解决了内定子叠装困难的问题，实际加工难度大为降低。

3）无需内定子，因而漏磁更小，相同电流安匝数得到的电磁推力更大，改进了内定子辐射状分布，内紧外松，不可避免存在漏磁的现象。

4）图6为电流为0时电磁推力与动子位移的关系图,X轴为动子位移，Y轴为电磁推力。由图6可知，当电流为0时，在动子有效行程范围内，电磁推力基本为0，即说明本直线振荡电机磁阻力几乎为0。

5）图7为电磁推力与动子位移和绕组电流的关系图，X轴为动子位移，Y轴为电磁推力。由图7可知，在动子有效行程内，参数确定时，电磁推力仅与绕组电流成正比，电磁推力系数与动子位移无关；当绕组电流恒定时，不同动子位移下执行器所受的电磁推力基本不变，即说明本实用新型的动磁式直线振荡电机的电磁推力可控性良好。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本实用新型的的主要结构示意图；

图2是图1在左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流入纸面的正向电流I+的情况下的原理示意图一；

图3是图1在左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流入纸面的正向电流I+的情况下的原理示意图二；

图4是图1在左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流入纸面的负向电流I-的情况下的原理示意图一；

图5是图1在左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流入纸面的负向电流I-的情况下的原理示意图二；

图6是电流为0时电磁推力与位移的关系,X轴为动子位移，Y轴为电磁推力；

图7是电磁推力与动子位移和绕组电流的关系,X轴为动子位移，Y轴为电磁推力。

具体实施方式

实施例1、图1～图7给出了一种动磁式无内定子直线振荡电机；包括外壳8，在外壳8内设置有定子和动子。

定子由定子铁芯、电枢绕组以及环状绕组支架构成；定子铁芯分为相互对称设置的左侧定子铁芯31和右侧定子铁芯32；左侧定子铁芯31和右侧定子铁芯32均为“C”型定子铁芯，左侧定子铁芯31的缺口正对着右侧定子铁芯32的缺口；左侧定子铁芯31由硬塑加工的左侧环状绕组支架将若干个小定子铁芯块拼装而成；在左侧环状绕组支架上设置左侧电枢绕组41；右侧定子铁芯32由硬塑加工的右侧环状绕组支架将若干个小定子铁芯块拼装而成；在右侧环状绕组支架上设置右侧电枢绕组42（左侧电枢绕组41和右侧电枢绕组42为相互反向设置，形成相互相反的电极）；左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42串联后形成单相绕组。

动子由永磁体1、动子支架2以及直线轴5构成；永磁体1为瓦片形永磁体，永磁体1的外圆周面为N极，永磁体1的内圆周面为S极；永磁体1的外圆周面分别和左定子铁芯上齿部33（左侧定子铁芯31）的圆周面以及右定子铁芯上齿部34（右侧定子铁芯32）的圆周面相对；永磁体1的内圆周面分别和左定子铁芯下齿部35（左侧定子铁芯31）的圆周面以及右定子铁芯下齿部36（右侧定子铁芯32）的圆周面相对；

动子支架2由非导磁非导电材料加工而成，相对应于永磁体1在动子支架2的表面挖有对应的空槽，永磁体1内嵌在空槽内；在动子支架2上固定有与永磁体1相互平行的直线轴5，直线轴5的两端通过直线滚珠轴承7与外壳8滑动连接；直线轴5上套装有弹簧6，弹簧6分为两部分，一部分的一端与直线轴5左端的直线滚珠轴承7固定，另外一端与动子支架2相固定，而另外一部分的一端与直线轴5右端的直线滚珠轴承7固定，另外一端与动子支架2相固定。在直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从右向左运动的过程中，动子支架2到左侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被压缩，动子支架2到右侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被拉伸。在直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从左向右运动的过程中，动子支架2到左侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被拉伸，动子支架2到右侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被压缩。

实际使用的时候（左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入单相交流电），步骤如下：

1、左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流入纸面的正向电流I+；

通过左侧电枢绕组41，在左侧定子铁芯31的左定子铁芯上齿部33形成N极，在左侧定子铁芯31的左定子铁芯下齿部35形成S极；

通过右侧电枢绕组42，在右侧定子铁芯32的右定子铁芯上齿部34形成S极，在右侧定子铁芯32的右定子铁芯下齿部36形成N极；

如图2所示；

2、此时，永磁体1由于外圆周面为N极，永磁体1的内圆周面为S极，所以永磁体1的左侧受到斥力，而永磁体1的右侧受到吸力；永磁体1从左向右运动；

如图3所示；

3、通过永磁体1的运动带动动子支架2从左向右运动，再通过动子支架2带动直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从左向右运动；

4、在直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从左向右运动的过程中，动子支架2到右侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被压缩，动子支架2到左侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被拉伸；

5、左侧电枢绕组41与右侧电枢绕组42通入流出纸面的负向电流I-；

通过左侧电枢绕组41，在左侧定子铁芯31的左定子铁芯上齿部33形成S极，在左侧定子铁芯31的左定子铁芯下齿部35形成N极；

通过右侧电枢绕组42，在右侧定子铁芯32的右定子铁芯上齿部34形成N极，在右侧定子铁芯32的右定子铁芯下齿部36形成S极；

如图4所示；

6、此时，永磁体1由于外圆周面为N极，永磁体1的内圆周面为S极，所以永磁体1的右侧受到斥力，而永磁体1的左侧受到吸力；永磁体1从右向左运动；

如图5所示；

7、通过永磁体1的运动带动动子支架2从右向左运动，再通过动子支架2带动直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从右向左运动；

8、在直线轴5沿着左、右两端的直线滚珠轴承7从右向左运动的过程中，动子支架2到左侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被压缩，动子支架2到右侧的直线滚珠轴承7之间的弹簧6被拉伸；

通过通入电枢绕组中的电流不断的正负交变，使得定子铁芯上的电磁推力正负交变，从而推动动子做往复直线运动。而以上所述的弹簧6则辅助直线轴5左、右往复直线运动。配以调压装置，就可以控制直线轴5往复振荡的幅值，配以变频装置就可以控制直线轴5往复振荡的频率。

本实用新型与已有技术相比，由于无需内定子，使得结构更紧凑，体积更小，成本更低，且由于无需叠装内定子，使得加工难度大幅度的降低，而漏磁更小，相同电流安匝数得到的电磁推力更大，改进了内定子辐射状分布，内紧外松，不可避免存在漏磁的现象。

图6为电流为0时电磁推力与动子位移的关系图,X轴为动子位移，Y轴为电磁推力。由图6可知，当电流为0时，在动子有效行程范围内，电磁推力基本为0，即说明本直线振荡电机磁阻力几乎为0。

图7为电磁推力与动子位移和绕组电流的关系图，X轴为动子位移，Y轴为电磁推力。由图7可知，在动子有效行程内，参数确定时，电磁推力仅与绕组电流成正比，电磁推力系数与动子位移无关；当绕组电流恒定时，不同动子位移下执行器所受的电磁推力基本不变，即说明本实用新型的动磁式直线振荡电机的电磁推力可控性良好。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.动磁式无内定子直线振荡电机，包括设置在机壳内的定子铁芯和永磁体；其特征是：所述定子铁芯为C型铁芯；

所述C型的定子铁芯的上齿部和下齿部分别通过设置电枢绕组后形成N极和S极；

所述两个齿部正对、N极和S极相反的定子铁芯之间设置永磁体；

所述永磁体的两极分别正对两个定子铁芯的上齿部以及两个定子铁芯的下齿部。

2.根据权利要求1所述的动磁式无内定子直线振荡电机，其特征是：所述永磁体为瓦片形；

所述永磁体的外圆周面分别与两个定子铁芯的上齿部圆周面相对；

所述永磁体的内圆周面分别与两个定子铁芯的下齿部圆周面相对。

3.根据权利要求2所述的动磁式无内定子直线振荡电机，其特征是：所述定子铁芯由至少两个小定子铁芯通过环状绕组支架固定而成；

所述电枢绕组通过电枢绕组支架固定在定子铁芯上；

所述两个齿部正对、N极和S极相反的定子铁芯的电枢绕组串联后形成单相绕组。

4.根据权利要求3所述的动磁式无内定子直线振荡电机，其特征是：所述永磁体通过动子支架连接有相互平行的直线轴；

所述直线轴的两端分别通过直线滚珠轴承与机壳滑动连接。

5.根据权利要求4所述的动磁式无内定子直线振荡电机，其特征是：所述直线轴上套装有弹簧，所述弹簧的两端分别抵住两个直线滚珠轴承。

6.根据权利要求5所述的动磁式无内定子直线振荡电机，其特征是：所述环状绕组架为硬塑料材质制成的环状绕组架；

所述动子支架由非导磁、非导电材料加工而成。