專利名稱：一種動磁式直線電機的制作方法
技術領域：
本發明屬于電機技術領域，特別是涉及一種動磁式直線電機。
背景技術：
傳統的動磁式直線振蕩電機如圖1所示，具有圓桶狀軸對稱的外鐵
軛11和內鐵軛12，電樞線圈2鑲嵌在外鐵軛11的槽中。四塊永磁環41、 42、 43、 44位于內外鐵軛的氣隙中。當永磁動子從圖示位置運動到行程 的右端時，主磁通經過內外鐵軛ll、 12和永磁41和43形成回路，永磁 磁通沿順時針方向；當永磁動子從圖示位置運動到行程的左端時，主磁 通經過內外鐵軛ll、 12和永磁42和44形成回路，永磁磁通沿逆時針方 向。動子往復運動時，線圈2中將感應出交變的電動勢，當線圈接上負 載時，電機將輸出電功率，此時，電機系統作為發電機使用。當線圈2 中通入交變的電流時，在內外鐵軛ll、 12中感應出電磁場，與永磁體相 互作用，使與永磁構成的動子往復運動，這時電機系統作為電動機應用。 這種結構的電機在電磁結構方面，常常將極性相異的永磁磁環緊鄰布置， 如圖1中的永磁41與42相鄰、永磁43和44相鄰，使得相當部分的永 磁磁通不經過電樞鐵心直接閉合，增大了漏磁損耗，降低了永磁的效能; 電樞線圈2處于半封閉的軛鐵盒1中，增加了軛鐵的加工、安裝及維護 的難度；并且不利于電樞的散熱；'在根據應用需求改變電磁功率時，缺 少簡潔有效的方法。
發明內容
為解決現有直線電機存在的上述問題，本發明提出了一種動磁式直 線電機，降低了漏磁損耗，提高了永磁效能，散熱效果好，結構簡單緊 湊，便于安裝和維護。
一種動磁式直線電機，從外到內依次包括機殼10、定子和動子，其 特征在于，所述定子包括兩個圓環狀的軛鐵支撐環3,在兩軛鐵支撐環之 間設有至少四個沿圓環均勻分布的條狀定子軛鐵1，定子軛鐵1的內表面 呈齒槽結構，齒槽結構包括N個定子齒，相鄰定子齒之間形成定子槽，N 齒槽結構上饒有線圈2，線圈2通電后相鄰的定子齒形成相反的磁 極；所述動子位于條狀定子軛鐵1圍成的圓柱腔內，對于每個條狀定子 軛鐵1動子具有N-l個軸向并行排列的磁極，磁極磁力線呈徑向分布， 相鄰磁極間具有間距，相鄰磁極極性相反；動子通過連接軸6連接板彈 簧7，板彈簧7的外環固定于機殼10上。
所述動子的相鄰磁極間隔 一個定子齒寬。
所述動子包括N-2個軸向并行排列的軸向充磁的永磁環，永磁環的 兩側分別裝有鐵靴，相鄰永磁環的磁化方向相反。
所述動子包括N-l個軸向并行排列的徑向充磁的永磁環，永磁環在 外圓周面上均勻交替出現極性不同的磁極，永磁環外圓周上的的磁極數 量等于定子軛鐵數量，同一永磁環外圓周上的磁極與定子齒或槽相對； 相鄰永磁環與同一定子軛鐵對應處的磁極極性相反。本發明的技術效果體現在
1、傳統形式的直線電機的定子軛成圓桶狀結構，不僅加工工藝復 雜，若要將定子線圈裝入定子軛腔中，則必須將定子軛鐵分成兩部分這 將增加磁路磁阻，意味著定子磁路上的漏磁將增加。采用長條狀定子， 無需將定子軛鐵剖分成多段，有利于降低漏磁損耗。同時，本發明長條 狀的定子軛鐵條1加工容易，定子線圈2的安裝同樣方便，并且在定子 軛鐵條之間具有間隔，電樞上產生的熱很容易通過流動的空氣帶走，大 大改善了電機的散熱。
2、 由于相同磁極并不緊挨，磁力線將大部分通過軛鐵形成回路， 提高了永磁利用率。
3、 本發明直線電機在功率調節方面可以通過兩種方法進行， 一種 是通過調整定子軛鐵條的數量從而調整線圈的數量，另一種是拓展定子 磁極和動子磁級數，相對傳統的直線電機功率調整具有更靈活更方便的 優點。
圖1為一種典型結構的永磁直線電機橫截面示意圖2為采用軸向充磁永磁環的直線電機透視圖3為直線電機定子透視圖4為直線電機定子軛鐵透視圖5為直線電機支撐環透視圖6為采用軸向充磁永磁環的直線電機動子透視圖；圖7為軸向充磁的永磁環示意圖8直線電機驅動方式示意圖，圖8 (a)為直線電機動子位置示意
圖，圖8 (b)為直線電機動子位置與激勵電流對應關系示意圖9為采用不同永磁環的直線電機剖視圖，圖9 (a)為采用軸向充
磁永磁環的直線電機，圖9 (b)為采用徑向充磁永磁環的直線電機； 圖IO為帶有軟磁鐵心的徑向充磁永磁環示意圖； 圖11為無需軟磁鐵心的徑向充磁永磁環示意圖； 圖12為齒數擴展的定子電樞條橫截面圖； 圖13為第一種繞線方式的定子電樞條側視圖； 圖14為第二種繞線方式的定子電樞條側視圖15為第三種繞線方式的定子電樞條側視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。
本發明包括機殼10以及位于其內部的定子和動子。如圖2和圖3所 示，定子包括兩個圓環狀的軛鐵支撐環3，在兩軛鐵支撐環之間設有八個
沿圓環均勻分布的條狀定子軛鐵1，定子軛鐵1的內表面呈齒槽結構，齒
槽結構包括三個定子齒102，相鄰定子齒間形成兩個定子槽103。齒槽結 構上安放有定子線圈2，定子線圈2通電后，相鄰定子齒的磁極相反。參 考圖4和5，定子軛鐵1兩端具有凸臺結構101，而軛鐵支撐 3沿著外 圓周方向均勻分布著凹槽結構301，通過二者的配合安裝，定子軛鐵可以 簡單方便的在機殼內沿著機殼周向固定。定子線圈2可以事先繞成線圈狀，然后嵌套入定子齒102上，也可以在定子齒102上直接纏繞導線制 作。定子齒的端部為定子磁極104，它既可以通過機械加工成為圓弧狀， 也可以安裝具有圓弧面的極靴。為避免渦流效應，定子軛鐵1采用薄的 硅鋼疊壓而成，相鄰硅鋼片之間應該用絕緣材料隔開。工作頻率越高， 所用硅鋼片也應該越薄。當然規格較小的直線電機也可采用軟磁材料粉 末壓鑄成型的方法做成軛鐵，磁性材料之間應該用絕緣材料隔開。
圖6給出了采用軸向充磁永磁環的直線電機動子，永磁環40為軸向 充磁的永磁環。永磁環40通常采用整體式軸向充磁的稀土永磁環制作， 磁力線均勻，其磁力線示意圖參考圖7。永磁環兩端分別裝有鐵靴51， 52，鐵靴由軟磁性材料制作，例如采用軟鐵，或者硅鋼。鐵靴截面呈"L" 型以改變永磁磁力線的方向，在鐵靴面向定子磁極104的方向上形成徑 向且極性相反的動子磁極。兩個極面應間隔一定距離，優選一個定子齒 寬的距離。鐵靴52通過連接軸6與柔性板彈簧7相接，板彈簧7的外環 固定于機殼10上。柔性板彈簧的作用有在動子靜止的時候保持動子磁 極與定子軛鐵的槽相對；對動子提供一定的徑向支撐；電機將工作在機 械諧振原理下，彈簧將提供一定的機械彈性剛度。
圖8給出了本發明直線電機驅動方式的一個實例，圖中標號a、 b、 c、 d為動子運行的關鍵位置點，動子經歷a-b向左行程，b -c向右行程， c-d繼續向右行程，d-a向左行程，完成一個運動周期，過程周而復始。 功率驅動器發出矩形波電流，輸入定子線圈，中間線圈與兩側線圈繞向 相反，從而構成極性相間隔的電磁鐵。根據位移傳感器檢測到動子位置， 控制輸入電流的方向。動子位置與輸入電流對應關系如圖8 (b)所示。例如若動子向左的行程輸入電流方向為正，則動子向右運動時電流方向
相反。當動子在a-b向左行程，定子磁極1041， 1043為N極，1042為S 級，磁力線主要通過經過動子永磁S極、定子磁極1043、 1042和動子永 磁N極形成回路；當動子做c-d向右的行程時，定子磁極1041， 1043為 S極，1042為N極，磁力線主要通過動子永磁S極、定子磁極1042， 1041 和動子永磁N極形成回路。由于相同磁極并不緊挨，磁力線將大部分通 過軛鐵形成回路，提高永磁的利用率。
圖9給出了采用徑向充磁永磁環的動子結構，其與圖2所示動子的區 別在于動子永磁的充磁方式和動子的結構形式不同。圖9中的動子永磁 采用徑向充磁的永磁環41和42。永磁環41和42在外圓周面上均勻交替 出現極性不同的磁極，磁極數量等于定子軛鐵數量即八個，磁極與定子 齒或槽相對；相鄰永磁環與同一定子軛鐵1對應的磁極極性相反。通過 調整角度使永磁環41和42與同一定子軛鐵相對的位置永磁極性相反，。 定子電樞電流的方向應使同一定子條上相鄰電樞的電流方向相反，相鄰 定子條上對應位置的電樞電流方向也相反。根據永磁環加工方式的不同， 永磁環內側可加軟磁襯鐵，也可不加軟磁襯鐵。永磁環41， 42之間間距 為一個定子齒寬的距離，可在兩者之間填充非導磁材料6。
釆用徑向磁環代替軸向磁環和鐵靴可以減輕動子質量，提高電機的性 能，此外可以提高氣隙磁密，但磁環的加工比軸向充磁困難。圖10和圖 11給出了兩種采用不同加工方式獲得的徑向充磁永磁環。圖10為各向 異性粘接磁環，磁粉沿特定方向磁化，永磁內部無橫向分量，故磁環內 側需襯以鐵磁性材料的內磁軛環。圖11為燒結銣鐵硼徑向磁環，磁場有橫向分量分布于永磁內，磁環內無須內襯鐵磁性的內磁軛環。
本發明直線電機在功率調節方面可以通過兩種簡單有效的方法進行， 相對傳統的直線電機具有突出的優點。 一種調節方法為本發明直線電 機具有多個定子軛鐵條，定子軛鐵條沿圓周方向擴展和均勻分布，直徑 越大，軛鐵條的寬度越小，圓周方向可以容納的軛鐵數量越多，則相應 的定子線圈也可越多，可輸出功率越大。另一種調節方法為直線電機 的定子磁極和動子磁級數可以沿著軸向拓展，拓展的原則是定子齒數每 增加一則動子磁極相應增加一，定子和動子的磁極越多電機的可輸出功 率越大，參考圖12。
定子繞組的繞線方法有三種
第一種可行的繞線方法如圖13所示，定子的每個齒上均有線圈。通 過電流時相鄰線圈在鐵心中形成的磁通方向應該相反，為此若線圈的繞 向相同，則應通過接線保證相鄰線圈在同一時刻的電流方向相反。繞線 方法可以有多種選擇，但應符合以上線圈的通電原則。
第二種可行的繞線方法如圖14所示，當定子齒數為奇數時，所有線 圈集中繞在中間的軛鐵齒上，兩邊的齒上不繞線。
第三種可行的繞線方法如圖15所示，在定子槽上嵌套線圈。
不管哪一種方式，都是需要保證同一時刻相鄰線圈在鐵心中形成的磁
通方向相反，以使鐵心中的磁場相互疊加而增強。圖13、圖14和圖15 所表示的繞線方法并不局限于定子齒數為三槽數為二的情形，當電機定 子在軸向方向拓展出多個齒槽結構時，同樣適用。
權利要求
1、一種動磁式直線電機，從外到內依次包括機殼(10)、定子和動子，其特征在于，所述定子包括兩個圓環狀的軛鐵支撐環(3)，在兩軛鐵支撐環之間設有至少四個沿圓環均勻分布的條狀定子軛鐵(1)，定子軛鐵(1)的內表面呈齒槽結構，齒槽結構包括N個定子齒，相鄰定子齒之間形成定子槽，N≥3；齒槽結構上繞有線圈(2)，線圈(2)通電后相鄰的定子齒形成相反的磁極；所述動子位于條狀定子軛鐵(1)圍成的圓柱腔內，對于每個定子軛鐵(1)動子具有N-1個軸向并行排列的磁極，磁極磁力線呈徑向分布，相鄰磁極間具有間距，相鄰磁極極性相反；動子通過連接軸(6)連接板彈簧(7)，板彈簧(7)的外環固定于機殼(10)上。
2、 根據權利要求1所述的動磁式直線電機，其特征在于，所述動 子的相鄰磁極間隔一個定子齒寬。
3、 根據權利要求1或2所述的動磁式直線電機，其特征在于，所 述動子包括N-2個軸向并行排列的軸向充磁的永磁環，永磁環的兩側分 別裝有鐵靴，相鄰永磁環的磁化方向相反。
4、 根據權利要求1或2所述的動磁式直線電機，其特征在于，所 述動子包括N-l個軸向并行排列的徑向充磁的永磁環，永磁環在外圓周面上均勻交替出現極性不同的磁極，永磁環外圓周上的的磁極數量等于 定子軛鐵數量，同一永磁環外圓周上的磁極與定子齒或槽相對；相鄰永 磁環與同一定子軛鐵對應處的磁極極性相反。
全文摘要
本發明提供了一種動磁式直線電機，主要包括定子和動子，定子包括兩個圓環狀的軛鐵支撐環，在兩軛鐵支撐環之間設有至少四個沿圓環均勻分布的條狀定子軛鐵，定子軛鐵的內表面呈齒槽結構，齒槽結構包括N個定子齒；齒槽結構上繞有線圈，線圈通電后相鄰的定子齒形成相反的磁極；動子位于定子軛鐵圍成的圓柱腔內，對于每個定子軛鐵動子具有N-1個軸向并行排列的磁極，磁極磁力線呈徑向分布，相鄰磁極間具有間距，相鄰磁極極性相反；動子通過連接軸連接板彈簧。本發明降低了漏磁損耗，提高了永磁效能，散熱效果好，結構簡單緊湊，便于安裝和維護。
文檔編號H02K41/02GK101621244SQ20091006362
公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者張曉青, 奎 李 申請人:華中科技大學