CN219760837U - 圆柱直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种圆柱直线电机，包括：从内至外依次同轴设置的线圈柱、永磁套和外壳，线圈柱的外壁与永磁套的内壁之间设有间隙；线圈柱包括线圈柱铁芯，线圈柱铁芯上间隔设有多个线圈组件，线圈柱铁芯上环形均布设有多个支架通道，支架通道内设有引出线固定架，线圈组件的引出线固定设置于引出线固定架的外壁，引出线固定架内部设有用于通入冷却介质的第一冷却介质通道，线圈柱铁芯上环形均布设有多个用于通入冷却介质的第二冷却介质通道；永磁套包括永磁体，永磁体固定设置于外壳的内壁。本实用新型提供的圆柱直线电机，永磁套与线圈柱之间相对运动的过程中，消除管线疲劳损坏的风险。

Description

圆柱直线电机

技术领域

本实用新型涉及直线电机技术领域，尤其涉及一种圆柱直线电机。

背景技术

圆柱直线电机属于直线电机，直线电机是机电能转化装置，目前常见的直线电机包括平板型、U型或方形等。

现有技术中，圆柱直线电机分为内磁柱外线圈结构和内线圈外磁柱结构两种类型。上述两种圆柱直线电机在工作时，线圈和铁芯会产生热量，通常会在线圈所在的部件上设置冷却结构，然而，现有技术中的线圈及其冷却结构均布置在运动部件上，其线缆、水管等需随运动部件运动，有线缆、水管的疲劳断裂风险。

因此，现有的圆柱直线电机还有待改进。

实用新型内容

本实用新型提供一种圆柱直线电机，永磁套与线圈柱之间相对运动的过程中，消除管线疲劳损坏的风险。

本实用新型提供一种圆柱直线电机，包括：从内至外依次同轴设置的线圈柱、永磁套和外壳，所述线圈柱的外壁与所述永磁套的内壁之间设有间隙；

所述线圈柱包括线圈柱铁芯，所述线圈柱铁芯上间隔设有多个线圈组件，所述线圈柱铁芯上环形均布设有多个支架通道，所述支架通道内设有引出线固定架，所述线圈组件的引出线固定设置于所述引出线固定架的外壁，所述引出线固定架内部设有用于通入冷却介质的第一冷却介质通道，所述线圈柱铁芯上环形均布设有多个用于通入冷却介质的第二冷却介质通道；

所述永磁套包括永磁体，所述永磁体固定设置于所述外壳的内壁。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述线圈柱铁芯包括同轴设置的多个齿部和多个槽部，所述槽部的外径小于所述齿部的外径，所述齿部和所述槽部交替层叠设置，相邻所述齿部之间形成固定槽，所述线圈组件设置于所述固定槽内。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述槽部上设有引出线通槽，所述引出线通槽与所述支架通道连通，所述线圈组件的引出线可通过所述引出线通槽进入所述支架通道内。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述齿部沿其轴线方向设有齿部通孔，所述槽部沿其轴线方向设有槽部通孔，所述齿部通孔和所述槽部通孔直径相等。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述线圈组件包括线圈固定架和至少一个线圈，所述线圈固定设置于所述线圈固定架上。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述永磁体包括多个依次连接的永磁体环。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述永磁体环包括多块依次连接的弧形板永磁体；

所述弧形板永磁体包括分别具备不同充磁方向的第一永磁体弧段、第二永磁体弧段、第三永磁体弧段和第四永磁体弧段，所述第一永磁体弧段、所述第二永磁体弧段、所述第三永磁体弧段和所述第四永磁体弧段可组成Halbach阵列。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述永磁套还包括设置于所述外壳的内壁与所述永磁体的外壁之间的软磁体套。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，所述软磁体套包括多个依次连接的软磁体环。

根据本实用新型提供的所述的圆柱直线电机，还包括线圈柱护套，所述线圈柱护套套装设置于所述线圈柱上；

和/或，还包括永磁套护套，所述永磁体套装设置于所述永磁套护套上。

本实用新型提供的圆柱直线电机，将线圈柱设置为定子，将永磁套设置为动子，线圈和冷却结构均设置于作为定子的线圈柱上，在永磁套相对于线圈柱往复直线运动时，线圈和冷却结构所涉及到的管路始终处于固定状态，能够消除管线疲劳损坏的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本实用新型提供的圆柱直线电机实施例的总体结构示意图；

图2是本实用新型提供的圆柱直线电机实施例的剖视图之一；

图3是本实用新型提供的圆柱直线电机实施例的剖视图之二；

图4是图3中A的局部放大示意图；

图5是图3中B的局部放大示意图；

图6是本实用新型提供的圆柱直线电机中齿部实施例的示意图；

图7是本实用新型提供的圆柱直线电机中槽部实施例的示意图；

图8是本实用新型提供的圆柱直线电机中线圈组件实施例的示意图；

图9是本实用新型提供的圆柱直线电机中端盖、软磁体套和永磁体的装配示意图。

附图标记：

1、线圈柱；11、线圈柱铁芯；111、齿部；1111、齿部通孔；112、槽部；1121、引出线通槽；1122、槽部通孔；12、线圈组件；121、线圈固定架；122、线圈；13、支架通道；14、引出线固定架；141、第一冷却介质通道；15、第二冷却介质通道；

2、永磁套；21、永磁体；211、永磁体环；2111、弧形板永磁体；2111a、第一永磁体弧段；2111b、第二永磁体弧段；2111c、第三永磁体弧段；2111d、第四永磁体弧段；22、软磁体套；221、软磁体环；3、外壳；4、间隙；5、端盖；6、线圈柱护套；7、永磁套护套。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1-图9描述本实用新型提供的圆柱直线电机。

如图1-图5所示，本实用新型实施例提供一种圆柱直线电机，包括：从内至外依次同轴设置的线圈柱1、永磁套2和外壳3，线圈柱1的外壁与永磁套2的内壁之间设有间隙4；

线圈柱1包括线圈柱铁芯11，线圈柱铁芯11上间隔设有多个线圈组件12，线圈柱铁芯11上环形均布设有多个支架通道13，支架通道13内设有引出线固定架14，线圈组件12的引出线固定设置于引出线固定架14的外壁，引出线固定架14内部设有用于通入冷却介质的第一冷却介质通道141，线圈柱铁芯11上环形均布设有多个用于通入冷却介质的第二冷却介质通道15；

永磁套2包括永磁体21，永磁体21固定设置于外壳3的内壁。

具体地，在本实用新型实施例中，永磁套2固定设置于外壳3的内壁，二者共同作为圆柱直线电机的动子(二者同步移动)，线圈柱1则作为圆柱直线电机的定子，永磁套2结构有利于推力传递，有利于往复运动装置设计，且有利于减少永磁体用量。具体实施中，可以在外壳3上设置向外界输出驱动力的连接结构。

在电磁性能方面，本实用新型提供的永磁套2线圈柱1的结构，线圈122产生的磁场能够有效汇聚于气隙，与永磁体21产生电磁相互作用，其汇聚原理与现有技术的直线电机中内磁柱的磁力线汇聚原理一致。即线圈122产生的磁力线如果向内径方向走，会遇到无处可走的境地，因而，线圈柱1其磁力线能够汇聚于外径方向，并与永磁体相互作用。

在热性能方面，本实用新型提供的圆柱直线电机中，在线圈柱1上位于线圈122的内侧排布了散热结构，内侧磁力线稀疏，排布的散热结构利用上了电磁结构的低效体积。且散热结构与线圈122距离近，能够有效带走线圈122热量，实现电机稳定运行。冷却介质可以采用空气等冷却气体，可以采用水、水与乙二醇的混合物、氟化液、硅油等常见冷却液。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，第一冷却介质通道141的截面形状为长条状，便于在其中设置引出线固定架14，引出线固定架14能够对引出线进行固定，其内部设置的第一冷却介质通道141在通入冷却介质的情况下可以对固定在其外壁上的引出线进行冷却。在本实用新型实施例中，第一冷却介质通道141的截面形状可以设置为“王”字形，也可以设置为“工”字形，也可以是圆形，其目的是为了增加冷却介质与第一冷却介质通道141之间的接触面，以增强对引出线的冷却效果。在本实用新型实施例中，第二冷却介质通道15的截面形状设置为条形。在一些实施例中，第一冷却介质通道141和第二冷却介质通道15的截面也可以为其他形状，本实用新型对此不做限定。

本实用新型提供的圆柱直线电机，将线圈柱1设置为定子，将永磁套2设置为动子，线圈122和冷却结构均设置于作为定子的线圈柱1上，在永磁套2相对于线圈柱1往复直线运动时，线圈122和冷却结构所涉及到的管路始终处于固定状态，能够消除管线疲劳损坏的风险。

如图9所示，在本实用新型实施例中，外壳3的两端分别设有端盖5，端盖5与外壳3之间可以通过螺纹连接等方式进行固定，便于拆卸，两个端盖5可以对永磁套2起到轴向限位作用，防止永磁套2轴向移动。在一些实施例中，端盖5也可以采用焊接等连接方式与外壳3进行连接。

如图2-图5所示，在本实用新型实施例中，线圈柱铁芯11包括同轴设置的多个齿部111和多个槽部112，槽部112的外径小于齿部111的外径，齿部111和槽部112交替层叠设置，相邻齿部111之间形成固定槽，线圈组件12设置于固定槽内。具体地，在本实用新型实施例中，每个齿部111和槽部112的对应位置处均设有支架通道孔和第二冷却介质通道孔，所有齿部111和槽部112交替层叠后，所有的支架通道孔连通为支架通道13，所有的第二冷却介质通道孔连通为第二冷却介质通道15。

如图2和图7所示，在本实用新型实施例中，槽部112上设有引出线通槽1121，引出线通槽1121与支架通道13连通，线圈组件12的引出线可通过引出线通槽1121进入支架通道13内。通过在槽部112上设置引出线通槽1121，便于使线圈组件12的引出线通过该引出线通槽1121进入支架通道13内并固定设置在引出线固定架14的外壁上，

需要说明的是，在本实用新型实施例中，圆柱直线电机以三相电机作为示例，在此情况下，支架通道13的数量为3的倍数，线圈组件12的引出线与其中三个支架通道13连通，且上述三个支架通道13连通相互之间的夹角均为120°。作为示例，如图3所示，支架通道13的数量为9个，第二冷却介质通道15的个数也为9个。在一些实施例中，圆柱直线电机也可以为其他的多相电机，线圈组件12中的线圈122可以部分通电，使得在外侧的动子柱覆盖的部分线圈122通电，通电部分并随动子移动。

如图6和图7所示，在本实用新型实施例中，齿部111沿其轴线方向设有齿部通孔1111，槽部112沿其轴线方向设有槽部通孔1122，齿部通孔1111和槽部通孔1122直径相等。线圈柱铁芯11在装配过程中可以将齿部111和槽部112分别将齿部通孔1111和槽部通孔1122套装在轴上，保证齿部111和槽部112的同轴度。

如图8所示，在本实用新型实施例中，线圈组件12包括线圈固定架121和两个线圈122，两个线圈122分别固定设置在线圈固定架121的上表面和下表面(图示方向)。具体地，在本实用新型实施例中，线圈固定架121和线圈122均设为相互匹配的圆环状，线圈固定架121起到对线圈122的固定作用，并能有效防止线圈122在使用过程中发生形变。在一些实施例中，线圈122的数量也可以为1个或者大于2个，本实用新型对此不做限定。

如图9所示，在本实用新型实施例中，永磁体21包括多个依次连接的永磁体环211，便于加工制造。具体地，在本实用新型实施例中，永磁体环211包括多块依次连接的弧形板永磁体2111；弧形板永磁体2111包括分别具备不同充磁方向的第一永磁体弧段2111a、第二永磁体弧段2111b、第三永磁体弧段2111c和第四永磁体弧段2111d，第一永磁体弧段2111a、第二永磁体弧段2111b、第三永磁体弧段2111c和第四永磁体弧段2111d可组成Halbach阵列，能够提升电机的电磁性能。在一些实施例中，也可以采用仅两种充磁方向的永磁体，组成常见的N-S电机永磁体排列方式。

如图3所示，在本实用新型实施例中，永磁套2还包括设置于外壳3的内壁与永磁体21的外壁之间的软磁体套22。通过在外壳3的内壁与永磁体21的外壁之间设置软磁体套22，能够提升电机的电磁性能。

在本实用新型实施例中，软磁体套22包括多个依次连接的软磁体环221，便于加工制造。

如图3和图4所示，在本实用新型实施例中，线圈柱1还包括线圈柱护套6，线圈柱护套6套装设置于线圈柱1上；永磁套2还包括永磁套护套7，永磁体21套装设置于永磁套护套7上。通过设置线圈柱护套6和永磁套护套7，能够分别对线圈柱1和永磁套2起到保护、支撑和密封作用。并且，在一些实施例中，线圈柱1和永磁套2在制造过程中会使用到释气材料，护套能够防止释气材料污染真空环境，从而使本实用新型的圆柱直线电机可以在真空环境中使用。在一些实施例中，线圈柱护套6和永磁套护套7可以采用钛合金、不锈钢、碳纤维等材料，此外线圈柱护套6和永磁套护套7可以与其对应保护的部件焊接为一体，仅通过连接机构与外界进行电气和机械连接，因此，线圈柱和外磁柱其内零部件产生粉尘、气体都被护套隔绝，电机可以应用于真空环境。

下面就本实用新型提供的圆柱直线电机中线圈柱1和永磁套2的装配流程进行简要说明。

线圈柱1的装配流程如下：线圈组件12与槽部112同轴装配，通过灌封形成一体，灌封后形成的组件其外径不能超过齿部111的外径，且厚度不能超过原槽部112的轴向厚度，将灌封完成的组件与齿部111同轴装配。装配顺序依次为：齿部111、灌封组件、齿部111、灌封组件…齿部111。完成后形成线圈柱1，在装配形成线圈柱1之后，还可以再次进行灌封，使得引出线固定架14、线圈组件12、齿部111和槽部112成为整体，在一些实施例中，也可以采用螺纹连接等方式进行固定。

永磁套2的装配流程如下：多个软磁体环221和永磁体环211同轴装配为第一装配件，可以通过胶粘使软磁体套22与永磁体21固定，在第一装配件的内侧嵌入永磁套护套7装配为永磁套2。在永磁套2装配完成后，在永磁套2的外侧套入外壳3，永磁套2的外壁与外壳3的内壁之间也可以通过胶粘进行固定。

通过以上实施方式的描述可知，本实用新型提供的圆柱直线电机至少具备如下优点：

1.圆柱型直线电机的结构形式，采用线圈柱永磁套形式，且线圈柱与永磁套同轴设置，永磁套比线圈柱短，经过机电能量转化，永磁套可以向外界输出机械能、运动、力等；也可以吸收机械能，从而发电；

2.线圈柱中设计有冷却结构，该冷却结构能够带走线圈及线圈柱铁芯中产生的热量，且由于线圈柱中心部分磁力线稀疏，冷却结构占用空间不会影响电磁性能；

3.线圈柱及其冷却结构处于固定部分，直线电机运行时，其管线不会发生运动，能够消除管线疲劳损坏的风险，为电机长久持续运行带来益处；

4.具有线圈支架和引出线固定架的结构，这些支架结构使得线圈及其引出线位置较为固定，并且引出线直接具有冷却液流道，线圈产生的热量可以沿高导热性的铜线传递到引出线固定架上进行换热冷却；

5.线圈柱护套和永磁套护套的结构可以增强拼接式结构的机械强度，也可以将内外柱体结构密封，从而防止电机部件污染外界环境，使得电机可以应用于真空、水下等特殊环境。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种圆柱直线电机，其特征在于，包括：从内至外依次同轴设置的线圈柱、永磁套和外壳，所述线圈柱的外壁与所述永磁套的内壁之间设有间隙；

所述线圈柱包括线圈柱铁芯，所述线圈柱铁芯上间隔设有多个线圈组件，所述线圈柱铁芯上环形均布设有多个支架通道，所述支架通道内设有引出线固定架，所述线圈组件的引出线固定设置于所述引出线固定架的外壁，所述引出线固定架内部设有用于通入冷却介质的第一冷却介质通道，所述线圈柱铁芯上环形均布设有多个用于通入冷却介质的第二冷却介质通道；

所述永磁套包括永磁体，所述永磁体固定设置于所述外壳的内壁。

2.根据权利要求1所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述线圈柱铁芯包括同轴设置的多个齿部和多个槽部，所述槽部的外径小于所述齿部的外径，所述齿部和所述槽部交替层叠设置，相邻所述齿部之间形成固定槽，所述线圈组件设置于所述固定槽内。

3.根据权利要求2所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述槽部上设有引出线通槽，所述引出线通槽与所述支架通道连通，所述线圈组件的引出线可通过所述引出线通槽进入所述支架通道内。

4.根据权利要求2或3所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述齿部沿其轴线方向设有齿部通孔，所述槽部沿其轴线方向设有槽部通孔，所述齿部通孔和所述槽部通孔直径相等。

5.根据权利要求1所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述线圈组件包括线圈固定架和至少一个线圈，所述线圈固定设置于所述线圈固定架上。

6.根据权利要求1所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述永磁体包括多个依次连接的永磁体环。

7.根据权利要求6所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述永磁体环包括多块依次连接的弧形板永磁体；

所述弧形板永磁体包括分别具备不同充磁方向的第一永磁体弧段、第二永磁体弧段、第三永磁体弧段和第四永磁体弧段，所述第一永磁体弧段、所述第二永磁体弧段、所述第三永磁体弧段和所述第四永磁体弧段可组成Halbach阵列。

8.根据权利要求6或7所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述永磁套还包括设置于所述外壳的内壁与所述永磁体的外壁之间的软磁体套。

9.根据权利要求8所述的圆柱直线电机，其特征在于，所述软磁体套包括多个依次连接的软磁体环。

10.根据权利要求1所述的圆柱直线电机，其特征在于，还包括线圈柱护套，所述线圈柱护套套装设置于所述线圈柱上；

和/或，还包括永磁套护套，所述永磁体套装设置于所述永磁套护套上。