CN218183223U - 圆筒直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种圆筒直线电机。该圆筒直线电机包括定子组件和动子组件；定子组件包括具有圆形通孔的铁芯套管，对应设于圆形通孔中的线圈组件，线圈组件的中心形成有贯穿铁芯套管的线圈内孔；动子组件包括活动穿设于线圈内孔中的动子轴，设于动子轴上的永磁体组件，永磁体组件位于线圈内孔中；永磁体组件包括呈海尔贝克阵列设于动子轴上的多个永磁体；铁芯套管中设有多个圆形通孔，每个圆形通孔中对应设有一个线圈组件，每个线圈组件的线圈内孔中对应穿设有一个动子轴。本实用新型可解决圆筒直线电机的动子上的多个永磁体的充磁方向相同导致电机推力较弱，而且需要进行多轴驱动时要使用多个圆筒直线电机，成本较高，使用不便的问题。

Description

圆筒直线电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种圆筒直线电机。

背景技术

直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。圆筒直线电机（也可称为轴式直线电机）作为一种特殊的直线电机，与传统类型的直线电机相比，重量更轻，无铁芯设计不会产生磁性齿槽；对气隙不敏感，0.5至5.0mm的非临界环形气隙，可轻松进行安装和对准；线圈包围磁体，从而可以充分利用磁通量。

在相关技术中，圆筒直线电机的动子上会设置多个永磁体，以与套设在动子上的定子的套筒内设置的线圈相互作用，推动动子在定子内直线移动。但是，圆筒直线电机的动子上设置的多个永磁体，其充磁方向均朝向动子的轴向的同一方向，使得多个永磁体所产生的磁场较为分散，对动子的推力相对较弱，影响电机性能；此外，圆筒直线电机通常只有一根驱动轴，只能进行单轴驱动，当需要进行多轴驱动时，需要同时使用多个圆筒直线电机，成本较高，使用不便。

实用新型内容

因此，本实用新型所要解决的技术问题是相关技术中圆筒直线电机的动子上的多个永磁体的充磁方向均相同导致电机推力较弱，而且需要进行多轴驱动时要同时使用多个圆筒直线电机，成本较高，使用不便。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种圆筒直线电机，包括：

定子组件，包括具有圆形通孔的软磁结构的铁芯套管，以及对应设于所述圆形通孔中的线圈组件，所述线圈组件的中心形成有贯穿所述铁芯套管的线圈内孔；以及，

动子组件，包括活动穿设于所述线圈内孔中的动子轴，以及设于所述动子轴上的永磁体组件，所述永磁体组件位于所述线圈内孔中；

其中，所述永磁体组件包括呈海尔贝克阵列设于所述动子轴上的多个永磁体，以使多个所述永磁体所产生的磁场集中汇聚于所述铁芯套管中；

所述铁芯套管中设有多个所述圆形通孔，每个所述圆形通孔中对应设有一个所述线圈组件，每个所述线圈组件的所述线圈内孔中对应穿设有一个所述动子轴。

可选地，所述永磁体组件包括依次设于所述动子轴上的多个永磁单元，每个所述永磁单元包括依次设置的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体及第四永磁体；

其中，所述第一永磁体的充磁方向为所述动子轴的径向向其外周面延伸的方向，所述第三永磁体的充磁方向与所述第一永磁体的充磁方向相反，所述第二永磁体的充磁方向为所述动子轴的轴向方向，所述第四永磁体的充磁方向与所述第二永磁体的充磁方向相反。

可选地，所述铁芯套管设为圆形管、或多边形管；

多个所述圆形通孔设置为一排或多排。

可选地，所述铁芯套管设为方形管，所述方形管中的多个所述圆形通孔平行设置为一排，多个所述线圈组件一一对应地并排设于多个所述圆形通孔中，多个所述动子轴一一对应地并排穿设于多个所述线圈组件的所述线圈内孔中。

可选地，所述线圈组件包括依次排列设置的多个线圈绕组，多个所述线圈绕组沿所述铁芯套管的长度方向布置于所述圆形通孔中。

可选地，所述动子轴包括前轴和后轴，所述永磁体组件连接于所述前轴和所述后轴之间；

所述永磁体组件包括依次连接的圆柱形的多个所述永磁体，多个所述永磁体位于所述线圈内孔中。

可选地，所述动子轴包括前轴和后轴，以及连接于所述前轴和所述后轴之间的中间轴；

所述永磁体组件包括圆环形的多个所述永磁体，多个所述永磁体依次套设于所述中间轴上，多个所述永磁体和所述中间轴位于所述线圈内孔中。

可选地，所述动子组件包括分别设于所述动子轴的两端的前轴承和后轴承，所述前轴承和所述后轴承分别位于所述铁芯套管的外部两侧。

可选地，所述动子组件包括设于所述动子轴的端部的线性编码器。

可选地，所述线性编码器包括套设于所述动子轴的端部的安装套，贴设于所述安装套上的磁栅尺或光栅尺，贴设于所述安装套上并位于所述磁栅尺或所述光栅尺的旁边的微型磁铁，以及设于所述微型磁铁、所述磁栅尺或所述光栅尺的正上方的感应读头。

本实用新型提供的技术方案，具有以下优点：

本实用新型提供的圆筒直线电机，通过将动子组件上的永磁体组件的多个永磁体以海尔贝克阵列形式进行设置，以形成海尔贝克阵列磁体结构，可将多个永磁体所产生的磁场集中汇聚在铁芯套管中，可增强对动子组件的推力，增强电机性能。

而且，通过在定子组件的铁芯套管上设置多个圆形通孔，并在每个圆形通孔中设置一个线圈组件，同时使得动子组件对应设置有具有永磁体组件的多个动子轴，并使得多个动子轴一一对应地穿设在多个线圈组件的线圈内孔中。这样可实现对多个圆筒直线电机的集成，得到一个集成的圆筒直线电机，而通过一个集成的圆筒直线电机就可实现多轴驱动，不再需要同时使用多个单独的圆筒直线电机进行多轴驱动，可降低成本，使用也较为方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的俯视结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的定子组件的横截面结构示意简图；

图3为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的线圈组件的剖视结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的动子组件的单根的动子轴的结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的动子组件的动子轴上的永磁体组件的布置结构示意图一；

图6为图5所述的永磁体组件的四个永磁体的充磁方向的示意图一；

图7为图5所述的永磁体组件的四个永磁体的充磁方向的示意图二；

图8为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的动子组件的动子轴上的永磁体组件的布置结构示意图二；

图9为图8所述的永磁体组件的两个永磁体的充磁方向的示意图一；

图10为图8所述的永磁体组件的两个永磁体的充磁方向的示意图二；

图11为本实用新型实施例所述圆筒直线电机的动子组件的线性编码器的立体结构示意简图。

图中：100、圆筒直线电机；110、定子组件；112、铁芯套管；114、线圈组件；1142、线圈绕组；116、线圈内孔；120、动子组件；122、动子轴；1222、前轴；1224、后轴；124、永磁体组件；1242、永磁单元；12421、第一永磁体；12422、第二永磁体；12423、第三永磁体；12424、第四永磁体；12425、第五永磁体；12426、第六永磁体；126、线性编码器；1262、安装套；1264、磁栅尺（光栅尺）；1266、微型磁铁；1268、感应读头；127、前轴承；129、后轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下文中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，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上、下、顶、底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，本实用新型提供一种圆筒直线电机100，包括定子组件110，以及活动穿设于定子组件110中的动子组件120。圆筒直线电机100的定子组件110在电能作用下，可与动子组件120所产生的磁场相互作用，产生针对动子组件120的推力，以驱使动子组件120沿着定子组件110的延伸方向（即电机的长度方向）直线移动。

具体地，如图2和图3所示，定子组件110可包括具有圆形通孔的软磁结构的铁芯套管112（铁芯套管112为软磁结构），以及对应设于圆形通孔中的线圈组件114，线圈组件114的中心形成有贯穿铁芯套管112的线圈内孔116，线圈内孔116与圆形通孔同心设置。而且，如图4所示，动子组件120可包括活动穿设于线圈内孔116中的动子轴122，以及设于动子轴122上的永磁体组件124，永磁体组件124位于线圈内孔116中，动子轴122也与线圈内孔116同心设置。其中，永磁体组件124可包括呈海尔贝克阵列设于动子轴122上的多个永磁体，以使多个永磁体所产生的磁场集中汇聚于铁芯套管112中；而且，铁芯套管112中设有多个圆形通孔，每个圆形通孔中对应设有一个线圈组件114，每个线圈组件114的线圈内孔116中对应穿设有一个动子轴122。

本实用新型提供的圆筒直线电机，通过将动子组件120上的永磁体组件124的多个永磁体以海尔贝克阵列形式进行设置，以形成海尔贝克阵列磁体结构，可将多个永磁体所产生的磁场集中汇聚在铁芯套管112中，在电机工作过程中可增强对动子组件120的推力，以增强电机性能。

而且，通过在定子组件110的铁芯套管112上设置多个圆形通孔，并在每个圆形通孔中设置一个线圈组件114，同时使得动子组件120对应设置有具有永磁体组件124的多个动子轴122，并使得多个动子轴122一一对应地穿设在多个线圈组件114的线圈内孔116中。这样可实现对多个圆筒直线电机的集成，得到一个集成的圆筒直线电机，而通过一个集成的圆筒直线电机就可实现多轴驱动，不再需要同时使用多个单独的圆筒直线电机进行多轴驱动，可降低成本，使用也较为方便。

而且，铁芯套管112可设为圆形管、或多边形管（如三边形管、四边形管（如方形管、矩形管等）、五边形管（如梯形管），等等），也可设为异形管（如横截面为曲面的套管）。铁芯套管112的具体形状，可根据需要进行设置。而且，圆形管、或多边形管、或异形管中设置有多个圆形通孔，以便于在多个圆形通孔中对应设置多个线圈组件114，从而可穿设多个动子轴122。

而且，在铁芯套管112中，多个圆形通孔可设置为一排或多排。即根据需要，可将多个圆形通孔排列成一排或多排，以将多个动子轴122排列成一排或多排。而且，排列成一排或多排的圆形通孔可相互平行，也可不平行（如空间交错）；对应地，可使得多个动子轴122可相互平行，也可不平行（如相互交错），以应对不同的驱动要求。

在本实施例中，如图2所示，铁芯套管112可设为方形管，方形管中的多个圆形通孔可平行设置为一排，多个线圈组件114一一对应地并排设于多个圆形通孔中，多个动子轴一一对应地并排穿设于多个线圈组件114的线圈内孔116中。这样，可得到具有并排成一排的多个动子轴122的集成的圆筒直线电机，可同时对并排的多个物体进行直线驱动。

此外，在定子组件110中，如图3所示，线圈组件114可包括依次排列设置的多个线圈绕组1142，多个线圈绕组1142沿铁芯套管112的长度方向布置于圆形通孔中。多个线圈绕组1142均可设为饼式绕组，多个饼式绕组构成绕组阵列，绕组阵列按照电机设计理论按顺序连接，构成多相电机绕组（即线圈组件114）。

而且，铁芯套管112中设置有多个圆形通孔，而多个圆形通孔中一一对应地布置有由多个饼式绕组构成的多个多相电机绕组（即线圈组件114）。每个多相电机绕组的中间对应活动穿设一个动子轴122（以及设于动子轴122上的永磁体组件124）。

此外，在一个实施例中，动子组件120的动子轴122可包括前轴1222和后轴1224，永磁体组件124可连接于前轴1222和后轴1224之间。在本实施例中，将永磁体组件124作为动子轴122的中间部分，使其活动穿设在铁芯套管112中的线圈组件114的线圈内孔116中。在定子组件110的线圈组件114通电时，可在线圈组件114中产生磁场，可与动子组件120的永磁体组件124所产生的磁场相互作用，以对永磁体组件124及动子轴122产生轴向推力，使动子轴122沿其轴向直线移动。

而且，永磁体组件124可包括依次连接的圆柱形的多个永磁体，多个永磁体均位于定子组件110的线圈组件114的线圈内孔116中。即在本实施例中，可将构成永磁体组件124的永磁体均设为实心的圆柱块，并将圆柱形的多个永磁体沿动子轴122的轴向依次拼接为一体，将动子轴122的前轴1222和后轴1224连接为一体。此时，前轴1222、后轴1224、以及永磁体组件124均为分体结构，需沿轴向拼装成一体。

此外，在另一些实施例中，动子组件120的动子轴122可包括前轴1222和后轴1224，以及连接于前轴1222和后轴1224之间的中间轴，永磁体组件124可套设于中间轴上。在本实施例中，将动子轴122设为一体结构，并将独立的永磁体组件124套设于动子轴122的中间轴上，使其活动穿设在铁芯套管112中的线圈组件114的线圈内孔116中。

而且，永磁体组件124可包括圆环形的多个永磁体，多个永磁体依次套设于中间轴上，多个永磁体和中间轴位于线圈组件114的线圈内孔116中。在本实施例中，可将构成永磁体组件124的永磁体均设为空心的圆环块，并将圆环形的多个永磁体沿动子轴122的轴向依次套设在中间轴上，以与动子轴122形成为一体。

此外，动子轴122的总长及其各个部分长度均可根据实际需求灵活调整，永磁体组件124的结构及长度也可根据实际需求灵活调整。

进一步地，在一些实施例中，如图5所示，永磁体组件124可包括依次设于动子轴122上的多个永磁单元1242，即动子组件120中的每个永磁体组件124的所有的永磁体形成多个永磁单元1242。而且，每个永磁单元1242可包括依次设置的第一永磁体12421、第二永磁体12422、第三永磁体12423及第四永磁体12424。即可将永磁体组件124中的多个永磁体设置成多个永磁单元1242，每个永磁单元1242可包括具有特殊充磁方向的四个永磁体（即第一永磁体12421、第二永磁体12422、第三永磁体12423及第四永磁体12424）。

具体地，如图6和图7所示，第一永磁体12421的充磁方向为动子轴122的径向向其外周面延伸的方向，第三永磁体12423的充磁方向与第一永磁体12421的充磁方向相反，第二永磁体12422的充磁方向为动子轴122的轴向方向，第四永磁体12424的充磁方向与第二永磁体12422的充磁方向相反。这样，可使得每个永磁单元1242的四个永磁体均呈海尔贝克阵列布置，使得永磁体组件124形成海尔贝克阵列磁体结构，从而使永磁体所产生的磁场大部分均汇聚于铁芯套管112中，以增强磁场强度，从而可增强对动子轴122的推力。

此外，在另一些实施例中，如图8所示，动子组件120中的每个永磁体组件124的多个永磁体形成多个永磁单元1242，每个永磁单元1242包括依次设置的第五永磁体12425和第六永磁体12426。同理，可将永磁体组件124中的多个永磁体设置成多个永磁单元，并使得每个永磁单元可包括具有特殊充磁方向的两个永磁体（第五永磁体12425和第六永磁体12426）。

具体地，如图9和图10所示，第五永磁体12425的充磁方向为动子轴122的轴向方向，第六永磁体12426的充磁方向与第五永磁体12425的充磁方向相反。在本实施例中，也可使得每个永磁单元1242的所产生的磁场一定程度地集中汇聚在铁芯套管112中，也具有较强的磁场强度，同时可使得成本相对较低。

此外，如图4所示，动子组件120还可包括分别设于动子轴122的两端的前轴承127和后轴承129，前轴承127和后轴承129分别位于铁芯套管112的外部两侧。前轴承127和后轴承129可从动子轴122的前后两侧对其进行支撑，使动子轴122可稳定可靠地前后直线移动。

此外，如图11所示，动子组件120还可包括设于动子轴122的端部的线性编码器126。定子组件110的线圈组件114的线圈绕组1142通常由三相组成，可使用线性编码器126（或霍尔效应器件）进行无刷换相。

具体地，线性编码器126可包括套设于动子轴122的端部的安装套1262，贴设于安装套1262上的磁栅尺1264或光栅尺，贴设于安装套1262上、并位于磁栅尺1264或光栅尺的旁边的微型磁铁1266，以及设于微型磁铁1266、磁栅尺1264或光栅尺的正上方的感应读头1268，感应读头1268可固定设于其他结构上。线性编码器126可采用一个隧道型的安装套1262，将其安装在动子轴122的前轴1222或后轴1224上。而且，安装套1262的一侧设有安装平面，磁栅尺1264或光栅尺可贴设在该安装平面上，微型磁铁1266也可贴设在该安装平面上。感应读头1268为现有的产品，可自动读取磁栅尺1264或光栅尺的信息，从而可以获取动子轴122的实时位置；并且，可通过感应微型磁铁1266，从而实现动子轴122的原点回归动作。

本实用新型提供的圆筒直线电机，可以通过对多个定子结构和动子结构进行集成化设计，将单轴结构的圆筒直线电机拓展为集成式的多轴结构的圆筒直线电机，以实现多轴驱动。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.圆筒直线电机，其特征在于，包括：

定子组件，包括具有圆形通孔的软磁结构的铁芯套管，以及对应设于所述圆形通孔中的线圈组件，所述线圈组件的中心形成有贯穿所述铁芯套管的线圈内孔；以及，

动子组件，包括活动穿设于所述线圈内孔中的动子轴，以及设于所述动子轴上的永磁体组件，所述永磁体组件位于所述线圈内孔中；

其中，所述永磁体组件包括呈海尔贝克阵列设于所述动子轴上的多个永磁体，以使多个所述永磁体所产生的磁场集中汇聚于所述铁芯套管中；

所述铁芯套管中设有多个所述圆形通孔，每个所述圆形通孔中对应设有一个所述线圈组件，每个所述线圈组件的所述线圈内孔中对应穿设有一个所述动子轴。

2.根据权利要求1所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述永磁体组件包括依次设于所述动子轴上的多个永磁单元，每个所述永磁单元包括依次设置的第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体及第四永磁体；

其中，所述第一永磁体的充磁方向为所述动子轴的径向向其外周面延伸的方向，所述第三永磁体的充磁方向与所述第一永磁体的充磁方向相反，所述第二永磁体的充磁方向为所述动子轴的轴向方向，所述第四永磁体的充磁方向与所述第二永磁体的充磁方向相反。

3.根据权利要求1所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述铁芯套管设为圆形管、或多边形管；

多个所述圆形通孔设置为一排或多排。

4.根据权利要求3所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述铁芯套管设为方形管，所述方形管中的多个所述圆形通孔设置为一排，多个所述线圈组件一一对应地并排设于多个所述圆形通孔中，多个所述动子轴一一对应地并排穿设于多个所述线圈组件的所述线圈内孔中。

5.根据权利要求1所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述线圈组件包括依次排列设置的多个线圈绕组，多个所述线圈绕组沿所述铁芯套管的长度方向布置于所述圆形通孔中。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述动子轴包括前轴和后轴，所述永磁体组件连接于所述前轴和所述后轴之间；

所述永磁体组件包括依次连接的圆柱形的多个所述永磁体，多个所述永磁体位于所述线圈内孔中。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述动子轴包括前轴和后轴，以及连接于所述前轴和所述后轴之间的中间轴；

所述永磁体组件包括圆环形的多个所述永磁体，多个所述永磁体依次套设于所述中间轴上，多个所述永磁体和所述中间轴位于所述线圈内孔中。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述动子组件包括分别设于所述动子轴的两端的前轴承和后轴承，所述前轴承和所述后轴承分别位于所述铁芯套管的外部两侧。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述动子组件包括设于所述动子轴的端部的线性编码器。

10.根据权利要求9所述的圆筒直线电机，其特征在于，所述线性编码器包括套设于所述动子轴的端部的安装套，贴设于所述安装套上的磁栅尺或光栅尺，贴设于所述安装套上、并位于所述磁栅尺或所述光栅尺的旁边的微型磁铁，以及设于所述微型磁铁、所述磁栅尺或所述光栅尺的正上方的感应读头。

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