專利名稱：一種動磁式圓筒直線電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電機，尤其涉及一種動磁式圓筒直線電機。
背景技術：
圓筒型直線電機主要有永磁同步和感應異步直線電機兩種，結構上多為 短初級、長次級動圈結構。
永磁同步直線電機次級為強磁磁鐵部件，易吸附鐵磁碎片，影響電機的 安全運行；初級則為帶鐵芯齒槽的電樞結構，傳統上通過斜槽或斜磁的方法 減小齒槽定位力，同時也會削弱有效推力，且運動初級帶有電纜，影響運行 的可靠性。感應式異步直線電機初級結構與同步電機類似，次級為導電和導 磁材料組成的復合體，推力密度小、效率低，伺服性能較差。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是在于需要提供一種動磁式圓筒直線電機， 以克服因斜槽或斜磁困難存在齒槽定位力過大的缺陷。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種動磁式圓筒直線電機，包括
初級，為圓柱形，接入一多相對稱電流或方波電流；
次級，以圓環形式套在所述初級的外部，與所述初級磁耦合；
在所述多相對稱電流或方波電流作用下，所述初級形成一與所述次級的 永久磁場交鏈的行波磁場，產生一推力，所述初級與所述次級形成直線相對移動。
優選地，所述初級包括 鐵芯；芯軸，為導磁材料制成的圓柱體，與所述鐵芯一起構成所述永久磁場的
一部分；
繞組，由空心線圈構成，與所述鐵芯相互間隔地繞制在所述芯軸表面；
非磁性護軸，套在所述繞組表面，用于保護所述繞組；
第一軸端及第二軸端，用于限制所述鐵芯及繞組的移動。
優選地，所述鐵芯為導磁體，與所述芯軸、繞組、非磁性護軸、第一軸 端及第二軸端，由灌封膠封裝為一體。
優選地，所述空心線圈通過串聯或并聯的方式，構成至少二相對稱繞組。
優選地，所述芯軸的軸向，即為所述相對移動的運動方向。
優選地，通過設置鐵芯和空心線圈的數量、及所述芯軸的長度，確定所 述相對移動的行程長度。
優選地，所述鐵芯，采用非磁性材料制成隔環，與所述芯軸、繞組、非 磁性護軸、第一軸端及第二軸端，由灌封膠封裝為一體。
優選地，所述次級為運動部件，包括
外殼，由非磁性材料制成；
永磁拓撲，粘接在非磁性外殼上，與所述初級一起產生所述推力；
第一端蓋及第二端蓋，與所述外殼一起固定所述永磁拓撲；
線性軸承，數量為兩個，分別通過所述第一端蓋及第二端蓋固定在所述 外殼上，與所述初級中的非磁性護軸構成運動副。
優選地，所述初級為鐵芯齒槽結構時，所述永磁拓撲為兩端永磁體不等 厚度的不均勻海爾貝克結構；所述初級為無鐵芯光滑電樞時，所述永磁拓撲 為海爾貝克結構。
優選地，所述永磁拓撲，由軸向充磁的永磁體與徑向充磁的永磁體構成， 或者由軸向充磁的永磁體與鐵芯構成。
與現有技術相比，本發明提供的一種動磁式圓筒直線電機，克服了因斜 槽或斜磁困難存在齒槽定位力過大的缺陷，同時避免了初、次級吸附加工碎 片或鐵屑產生的安全隱患。
圖1為本發明動磁式圓筒直線電機一實施例的組成示意圖。
圖2為圖1所示實施例的軸向剖視圖。
圖3為本發明動磁式圓筒直線電機與現有技術中的圓筒直線電機齒槽定 位力的對比示意圖。
具體實施例方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明 如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解 并據以實施。
圖1為本發明動磁式圓筒直線電機一實施例的組成示意圖。如圖1所示， 該實施例包括初級20和次級30，其中初級20為圓柱形，用以接入多相對稱 電流或方波電流，該次級30以圓環形式套在該初級20的外部，與該初級20 磁耦合；初級20接入多相對稱電流或方波電流之后，形成與次級30永久磁 場交鏈的一行波磁場，產生一推力使得次級30沿著初級20的軸向做往復的 直線相對移動。初級20確定該直線相對移動的運動方向和行程長度。
如圖1所示，本實施例采用長初級、短次級的動磁結構。本發明從以上 實施例可以看出，既有永磁伺服電機的特性，又有感應電機運行可靠的特點。 與現有技術相比，推重比和齒槽定位力等有顯著改善，運動部件無饋電電纜、 次級對外的弱磁特性，確保電機的安全和可靠運行。
圖2為圖1所示實施例的軸向剖視圖。請結合參考圖1，如圖2所示， 初級20包括非磁性護軸21 、鐵芯22、繞組23、芯軸24、第一軸端25和第 二軸端26，其中-
非磁性護軸21，為不導磁鋼管，套在繞組23表面，用于保護繞組23; 鐵芯22，由導磁材料制成；
繞組23，由空心線圈串聯或并聯構成至少二相對稱繞組，與鐵芯22相 互間隔地繞制在芯軸24表面；芯軸24，為導磁材料制成的圓柱體，與鐵芯22—起構成前述的永久磁 場的一部分；
第一軸端25和第二軸端26，用于防止鐵芯22及繞組23在軸向推力的 作用下移動，即限制鐵芯22及繞組23的移動。
護軸21、鐵芯22、繞組23、芯軸24、第一軸端25和第二軸端26之間 的間隙，用灌封膠填充，使其成為一體。芯軸24的軸向即為前述相對移動 的運動方向。通過設置不同數量的鐵芯22，不同長度的構成繞組23的空心 線圈以及相應長度的芯軸24，可以確定不同長度的前述相對移動的行程長 度。
在圖1所示的實施例中，鐵芯22由導磁材料制成，與護軸21、繞組23、 芯軸24、第一軸端25和第二軸端26通過灌封膠封裝為一體后形成鐵芯齒槽 電樞，在本發明動磁式圓筒直線電機的其他實施例中，鐵芯用非磁性材料制 成隔環，以與空心線圈相互間隔地繞制在芯軸24的表面，在與護軸21、繞 組23、芯軸24第一軸端25和第二軸端26通過灌封膠封裝為一體后，形成 光滑無槽電樞，可完全消除齒、槽引起的定位力。
請結合參考圖l，如圖2所示，次級30為運動部件，包括外殼35、永 磁拓撲、線性軸承37、第一端蓋38、第二端蓋39，其中
外殼35，由非磁性材料制成；
永磁拓撲，粘接在非磁性外殼35上，為兩端永磁體不等厚度的不均勻 海爾貝克(HALBACH)結構，與初級20中的鐵芯22和芯軸24形成磁路以 產生推力；
線性軸承37，數量為兩個，分別通過第一端蓋38及第二端蓋39固定在 外殼35上，與初級20中的護軸21構成運動副；
第一端蓋38及第二端蓋39，與外殼35—起固定永磁拓撲。
在本發明中，初級為鐵芯齒槽結構時，采用兩端永磁體不等厚度的不均 勻HALBACH結構，如圖2所示。當初級采用無鐵芯光滑電樞時，永磁拓撲 采用HALBACH結構。
圖2所示的不均勻HALBACH永磁拓撲結構，由軸向充磁的第一端永磁體31、第二端永磁體36及若干中間段永磁體33，以及若干徑向充磁的永磁 體構成。其中該若干徑向充磁的永磁體與該軸向充磁的中間段永磁體33間 隔排列，該軸向充磁的第一端永磁體31以及第二端永磁體36位于該 HALBECHA拓撲結構的兩端，均與徑向充磁的永磁體相鄰。
如圖2所示，徑向充磁的永磁體為主磁體，是氣隙磁場的主要來源，且 相鄰的兩徑向充磁的永磁體極性相反，圖中用第一徑向充磁永磁體32及第 二徑向充磁永磁體34表示極性相反的兩種徑向充磁的永磁體。軸向充磁的 永磁體為輔助磁體，包括第一端永磁體31、第二端永磁體36及若干中間段 永磁體33，且相鄰的兩軸向充磁的永磁體極性相反，使得主磁體間的漏磁沿 主磁路分布，與主磁體的磁路一致，以加強氣隙磁場。如圖2所示的軸向充 磁的永磁體及徑向充磁的永磁體循環排列，即形成極性交替變化的多極永磁 拓撲。
圖2所示的不均勻HALBACH永磁拓撲結構，軸向充磁的第一端永磁體 31與中間段永磁體33不等厚，第二端永磁體36與中間段永磁體33不等厚， 且第一端永磁體31與第二端永磁體36也不一定等厚。第一徑向充磁永磁體 32及第二徑向充磁永磁體34等厚。
圖2所示的不均勻HALBACH結構，將極間大部分漏磁導向氣隙，加強 了氣隙磁密，增加了與初級20藕合產生的推力，即提高了推重比。兩端不 等厚的永磁體，即軸向充磁的第一端永磁體31及軸向充磁的第二端永磁體 36，確定與初級20中的鐵芯22之間推力的大小和方向，可以通過調節該兩 端不等厚的永磁體的厚度來修正，以削弱永磁拓撲中其它永磁體產生的齒槽
力，從而抑制總的齒槽定位力。不同長度的永磁拓撲結構，可以產生不同的 推力。
如果初級采用無鐵芯光滑電樞，則永磁拓撲中軸向充磁的永磁體之間等 厚，徑向充磁的永磁體之間也等厚。
在本發明動磁式圓筒直線電機的另一實施例中，次級用鐵芯取代圖2所 示的徑向充磁的永磁體32和34組成永磁體拓撲，達到同樣的效果。相比之 下，電機的推重比略小。
現有技術中的圓筒直線電機齒槽力很難由斜磁或斜齒來抑制，而是通過選擇齒槽配合來盡量降低，如分數槽等，大多情況下齒槽力仍難滿足設計要 求。本發明動磁式圓筒直線電機在合理選擇齒槽配合后，通過調整次級中的
軸向充磁的第一端永磁體31及第二端永磁體36的軸向厚度，改變初級對其 軸向吸力的大小和相位，與其它永磁體的軸向吸力相互抵消，使次級對初級 的整體定位力顯著減小。圖3為本發明動磁式圓筒直線電機與現有技術中的 圓筒直線電機齒槽定位力的對比示意圖，橫坐標為運動距離即行程，縱坐標 為標量化的齒槽定位力。如圖3所示，本發明動磁式圓筒直線電機的齒槽定 位力僅為現有技術的約25%。
在本發明中，無需斜槽或斜磁，則可有效抑制齒槽定位力。采用無鐵芯 光滑電樞初級，則可完全消除齒槽效應。采用HALBACH永磁拓撲，可明顯 增強氣隙磁密，提高推重比。電樞初級不吸附加工碎片或鐵屑，確保設備的 可靠運行。
雖然本發明所揭露的實施方式如上，但所述的內容只是為了便于理解本 發明而采用的實施方式，并非用以限定本發明。任何本發明所屬技術領域內 的技術人員，在不脫離本發明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實施的 形式上及細節上作任何的修改與變化，但本發明的專利保護范圍，仍須以所 附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
1、一種動磁式圓筒直線電機，其特征在于，包括初級，為圓柱形，接入一多相對稱電流或方波電流；次級，以圓環形式套在所述初級的外部，與所述初級磁耦合；在所述多相對稱電流或方波電流作用下，所述初級形成一與所述次級的永久磁場交鏈的行波磁場，產生一推力，所述初級與所述次級形成直線相對移動。
2、 如權利要求l所述的電機，其特征在于，所述初級包括 鐵芯；芯軸，為導磁材料制成的圓柱體，與所述鐵芯一起構成所述永久磁場的 一部分；繞組，由空心線圈構成，與所述鐵芯相互間隔地繞制在所述芯軸表面； 非磁性護軸，套在所述繞組表面，用于保護所述繞組； 第一軸端及第二軸端，用于限制所述鐵芯及繞組的移動。
3、 如權利要求2所述的電機，其特征在于，所述鐵芯為導磁體，與所 述芯軸、繞組、非磁性護軸、第一軸端及第二軸端，由灌封膠封裝為一體。
4、 如權利要求2所述的電機，其特征在于，所述空心線圈通過串聯或 并聯的方式，構成至少二相對稱繞組。
5、如權利要求2所述的電機，其特征在于，所述芯軸的軸向，即為所 述相對移動的運動方向。
6、 如權利要求2所述的電機，其特征在于，通過設置鐵芯和空心線圈 的數量、及所述芯軸的長度，確定所述相對移動的行程長度。
7、 如權利要求2所述的電機，其特征在于，所述鐵芯，采用非磁性材 料制成隔環，與所述芯軸、繞組、非磁性護軸、第一軸端及第二軸端，由灌 封膠封裝為一體。
8、 如權利要求1所述的電機，其特征在于，所述次級為運動部件，包括外殼，由非磁性材料制成；永磁拓撲，粘接在非磁性外殼上，與所述初級一起產生所述推力；第一端蓋及第二端蓋，與所述外殼一起固定所述永磁拓撲；線性軸承，數量為兩個，分別通過所述第一端蓋及第二端蓋固定在所述 外殼上，與所述初級中的非磁性護軸構成運動副。
9、 如權利要求8所述的電機，其特征在于所述初級為鐵芯齒槽結構時，所述永磁拓撲為兩端永磁體不等厚度的不 均勻海爾貝克結構；所述初級為無鐵芯光滑電樞時，所述永磁拓撲為海爾貝 克結構。
10、 如權利要求9所述的電機，其特征在于所述永磁拓撲，由軸向充磁的永磁體與徑向充磁的永磁體構成，或者由 軸向充磁的永磁體與鐵芯構成。
全文摘要
本發明公開了一種動磁式圓筒直線電機，初級由繞組、鐵芯、芯軸和非磁性護軸等組成；次級由永磁體拓撲、端蓋、線性軸承和外殼組成，是可動結構，線性軸承與初級非磁性護軸形成運動副。本發明可明顯提高電機推重比，非均勻永磁體拓撲可有效抑制齒槽定位力，初級不吸附加工碎片或鐵屑，保證了電機的安全運行。
文檔編號H02K41/02GK101527493SQ20091013572
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月27日 優先權日2009年4月27日
發明者虹 吳, 周爾清, 姚萬軍 申請人:青島同日電機有限公司