專利名稱：永磁電動機的電磁組件及其電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電磁組件，尤其涉及一種用于永磁旋轉電動機和永磁直線電動機的電磁組件。本發(fā)明還涉及使用該電磁組件的永磁旋轉電動機和永磁直線電動機。
背景技術：
永磁電動機的初級和次級間固有磁拉力，在不同結構布局時磁拉力對機械系統(tǒng)產生的影響各異，平板型直線電機，磁拉力直接作用于導軌；旋轉型電機，當初級和次級軸線不重合時，磁拉力成為軸承的徑向負荷，且出現(xiàn)初級和次級之間的氣隙偏心。在使用的過程中，單邊次級導致出現(xiàn)單邊磁拉力，使得電動機轉軸的撓度增加，進而影響電動機的臨界轉速。圖10顯示了一種傳統(tǒng)永磁直線電機單邊次級的磁場分布。如圖所示，對于單邊結 構的次級，由于要考慮到磁軛60處的磁通密度，導致磁軛60的厚度尺寸與永磁體70的尺寸和磁能積相關，無法進一步減薄。永磁電動機中，鐵芯損耗和感應電勢等重要電磁參數(shù)很大程度上取決于氣隙中磁通密度分布，通過調整氣隙磁通密度的分布的均勻性可以直接改善電動機的性能和能量傳遞的效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種電動機的電磁組件，改善電動機使用中出現(xiàn)的單邊磁拉力，并且調整磁極面下氣隙中磁通密度分布的均勻性。本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用電動機的電磁組件的電動機，改善電動機使用中出現(xiàn)的單邊磁拉力，并且調整磁極面下氣隙中磁通密度分布的均勻性。本發(fā)明提供了一種電動機的電磁組件，該電動機為旋轉電動機，它包括次級、第一初級和第二初級。次級包括一個磁軛部，磁軛部可沿驅動方向相對于第一初級和第二初級轉動，且磁軛部沿驅動方向設有在次級上。次級的磁軛部包括一個朝向第一初級的第一磁軛表面和一個朝向第二初級的第二磁軛表面，第一磁軛表面和第二磁軛表面沿驅動方向在次級的軸向或徑向上相對設置，第一磁軛表面和第二磁軛表面沿驅動方向上分別設有偶數(shù)個永磁體，處于同一磁軛表面的永磁體的N、S極性交替排列,且處于不同磁軛表面的永磁體的N、S極性沿驅動方向在次級的軸向或徑向上相反設置。第一初級和第二初級沿驅動方向間隔設置，且次級的磁軛部可容置于第一初級和第二初級之間的間隙中。本發(fā)明還提供了一種電動機的電磁組件，該電動機為直線電動機，它包括次級、第一初級和第二初級。次級包括一個磁軛部，磁軛部可沿驅動方向相對于第一初級和第二初級移動，且磁軛部沿驅動方向設有在次級上。次級的磁軛部包括一個朝向第一初級的第一磁軛表面和一個朝向第二初級的第二磁軛表面，第一磁軛表面和第二磁軛表面沿驅動方向相對設置，第一磁軛表面和第二磁軛表面沿驅動方向上分別設有復述個永磁體，處于同一磁軛表面的永磁體的N、S極性交替排列，且處于不同磁軛表面的永磁體的N、S極性在垂直于驅動方向的方向上相反設置。第一初級和第二初級在垂直于驅動方向的方向上間隔設置，且次級的磁軛部可容置于第一初級和第二初級之間的間隙中。在電動機的電磁組件的再一種不意性的實施方式中，永磁體為嵌設在第一磁軛面和第二磁軛面的磁瓦,或者永磁體粘連于第一磁軛表面和第二磁軛表面。永磁體可為釹鐵硼材質。在電動機的電磁組件的另一種不意性的實施方式中，第一磁軛表面和第二磁軛表面分別設有偶數(shù)個永磁體。本發(fā)明還提供了一種使用上述電磁組件的電動機。使用電動機的電磁組件及其電動機，通過電機的雙邊結構抵消了單邊磁拉力，在同體積的永磁體下，采用雙邊結構比單邊結構具有更高的氣隙磁密。 使用電動機的電磁組件及其電動機，改善了極面下氣隙磁密的均勻性，且通過雙邊磁極串聯(lián)結構可充分利用永磁體，有利于提高電機的性能，降低成本，縮小電動機的體積。下文將以明確易懂的方式，結合
優(yōu)選實施例，對電動機的電磁組件及其電動機的上述特性、技術特征、優(yōu)點及其實現(xiàn)方式予以進一步說明。
以下附圖僅對本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。圖I是永磁旋轉電動機的電磁組件一種示意性實施方式的結構示意圖。圖2顯示了圖I中次級與其軸向垂直的表面結構示意圖。圖3顯示了圖I中次級的結構示意圖。圖4是永磁旋轉電動機的電磁組件另一種示意性實施方式的結構示意圖。圖5顯示了圖4所示次級與其軸向垂直的表面結構示意圖。圖6顯示了圖4中次級的結構示意圖。圖7是永磁直線電動機的電磁組件一種示意性實施方式的結構示意圖。圖8顯示了圖8中次級上永磁體的排列關系。圖9顯示了本發(fā)明的永磁直線電動機雙邊次級的磁場分布。圖10顯示了傳統(tǒng)永磁直線電機單邊次級的磁場分布。標號說明
110，210，310 次級 112，212，312 磁軛部 114, 214, 314第一磁軛表面 116, 216, 316第二磁軛表面 118，218，318 永磁體 120，220，320 第一初級 130，230，330 第二初級 60磁軛 70永磁體。
具體實施例方式為了對發(fā)明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照
本發(fā)明的具體實施方式
，在各圖中相同的標號表不相同的部分。為使圖面簡潔，各圖中的只示意性地表示出了與本發(fā)明相關的部分，它們并不代表其作為產品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中，具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。圖I、圖2和圖3是永磁旋轉電動機的電磁組件一種示意性實施方式的結構示意圖，其中沿次級110的軸線剖示顯示了第一初級120、第二初級130和次級110。如圖I所示，電動機的電磁組件包括次級110、第一初級120和第二初級130。其中，次級110包括一個磁軛部112，參見圖2，磁軛部112環(huán)設于次級110的周向，磁軛部112可沿圖2所示箭頭方向相對于第一初級120和第二初級130轉動。圖I中顯示的為磁軛部112的兩個截面。磁軛部112包括第一磁軛表面114和第二磁軛表面116,在圖I所不的實施方式中,第一磁軛表面114和第二磁軛表面116沿圖3所示箭頭方向設置，且如圖2所示，它們在次級110 的軸向上相對設置，即第一磁軛表面114和第二磁軛表面116分別為磁軛部112沿次級110軸向的兩個表面。在圖I所示的實施方式中，第一初級120和第二初級130沿次級110的軸向間隔設置，使得第一初級120和第二初級130之間存在一個間隙，次級110的磁軛部112可容置于該間隙中，使得處于間隙中的磁軛部112與第一初級120和第二初級130之間可由于電磁效應而驅動次級Iio轉動。圖2顯示了圖I中次級與其軸向垂直的表面結構示意圖，如圖2所示，磁軛部112的第一磁軛表面和第二磁軛表面沿次級的周向上分別設有四十個永磁體118，但可以根據(jù)需要設置磁軛表面上永磁體的數(shù)量為其他偶數(shù)，且處于同一磁軛表面上的永磁體的N極和S極交替排列。圖3顯示了圖I中次級的結構示意圖，如圖所示，處于磁軛部112的第一磁軛表面114和第二磁軛表面116上的永磁體的N極和S極，沿次級110的軸向上相反設置，例如第一磁軛表面114的其中一個永磁體118的極性為N，則第二磁軛表面116上，沿次級110的軸向與該永磁體118處于同一位置處的永磁體118的極性為S。圖4、圖5和圖6是永磁旋轉電動機的電磁組件另一種示意性實施方式的結構示意圖，其中與圖I、圖2和圖3所示實施方式中相同的結構在此不再贅述。如圖4和圖6所示，第一磁軛表面214和第二磁軛表面216沿次級210的徑向相對設置，即第一磁軛表面214和第二磁軛表面分別為磁軛部212沿次級210徑向的兩個表面。第一初級220和第二初級230沿次級210的徑向間隔設置，使得第一初級220和第二初級230之間存在一個間隙，次級210的磁軛部212可容置于該間隙中，使得處于間隙中的磁軛部212與第一初級220和第二初級230之間可由于電磁效應而驅動次級210轉動。圖5顯示了圖4中所示次級與其軸向垂直的表面結構示意圖,如圖5所示,第一磁軛表面214和第二磁軛表面216沿次級210的周向上分別設有四十個永磁體218,但可以根據(jù)需要設置磁軛表面上永磁體的數(shù)量為其他偶數(shù)，且處于同一磁軛表面上的永磁體的N極和S極交替排列。圖6顯示了圖5中次級的結構示意圖，如圖6所示，處于磁軛部212的第一磁軛表面和第二磁軛表面上的永磁體的N極和S極,沿次級210的徑向上相反設置,例如第一磁軛表面214的其中一個永磁體218的極性為N，則第二磁軛表面216上，沿次級210的徑向與該永磁體218處于同一位置處的永磁體218的極性為S。圖7是永磁直線電動機的電磁組件一種示意性實施方式的結構示意圖，其中圖示箭頭方向剖視了圖中的第一初級320、第二初級330和次級310。如圖7所示，直線電動機的電磁組件包括一個第一初級320、一個第二初級330和一個次級310。次級310包括一個磁軛部312，磁軛部312可沿圖示箭頭方向相對于第一初級320和第二初級330移動。磁軛部312包括一個朝向第一初級320的第一磁軛表面314和一個朝向第二初級330的第二磁軛表面316,第一磁軛表面314和第二磁軛表面316沿圖不箭頭方向相對設置。第一初級320和第二初級330在垂直于圖示箭頭方向的方向上間隔設置，次級310的磁軛部312可容置于第一初級320和第二初級330之間的縫隙中。圖8顯示了圖7中次級310的永磁體的排列關系。如圖8所示，第一磁軛表面314和第二磁軛表面316沿圖不箭頭方向設有十六個永磁體318,處于同一磁軛表面的永磁體 318的N、S極性交替排列，且處于不同磁軛表面的永磁體318的N、S極性在垂直于圖不箭頭方向的方向上相反設置。當然，第一磁軛表面314和第二磁軛表面316上設有的永磁體318的數(shù)量，可以根據(jù)需要設置為其他個數(shù)。圖9示意性地顯示了如圖8所示的永磁直線電動機次級雙邊結構的磁場分布。如圖9所示，通過將電動機的次級設置為雙邊結構，使得磁軛部312的厚度可以減低至機械載荷所允許的最小值，減小了次級310的運動慣量，以提高電動機的動態(tài)特性，且永磁體318的厚度可以減少，以達到節(jié)省材料的目的。雖然圖9示意性地顯示了本發(fā)明的永磁直線電動機次級的磁場分布，但本領域技術人員可以想像，在依照本發(fā)明的其它實施方式中，磁場分布的情形與之類似。在永磁電動機的電磁組件其他示意性實施方式中，永磁體如圖I或圖4所示，為嵌設在第一磁軛面和第二磁軛面的磁瓦，且將這些磁瓦以粘接的方式固定于次級上；也可以如圖7和圖8所示，為直接在次級上極化出相應的永磁體。在永磁電動機的電磁組件的永磁體可以為釹鐵硼材質，或是根據(jù)需要使用其他材質的材料制備永磁體。通過電動機的雙邊結構抵消了單邊磁拉力，在同體積的永磁體下，采用雙邊結構比單邊結構具有更高的氣隙磁密。同時,改善了永磁體極面下氣隙磁密的均勻性,且通過雙邊磁極串聯(lián)結構可充分利用永磁體，有利于提高電機的性能，提高電動機的能量轉換效率，降低成本，縮小電動機的體積。 使用電動機的電磁組件及其電動機，抵消了單邊磁拉力，在同體積的永磁體下，采用雙邊結構比單邊結構具有更高的氣隙磁密。使用電動機的電磁組件及其電動機，改善了極面下氣隙磁密的均勻性，充分利用永磁體，有利于提高電機的性能，降低成本，縮小電動機的體積。在本文中，“沿…方向”、“相對設置”、“相反設置”、“間隔設置”等并非嚴格的數(shù)學和/或幾何學意義上的限制，它也可以包含本領域技術人員可以理解的且制造或使用該產品時允許的誤差。在本文中，“示意性”表示“充當實例、例子或說明”，不應將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點的技術方案。
應當理解，雖然本說明書是按照各個實施方式描述的，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內?！?br>
權利要求
1.永磁電動機的電磁組件，所述永磁電動機為永磁旋轉電動機，它包括 一個第一初級(120，220)； 一個第二初級(130，230);和 一個次級(110，210)，所述次級(110,210)包括一個磁軛部(112，212)，所述磁軛部(112，212)可沿驅動方向相對于所述第一初級和所述第二初級轉動，且所述磁軛部沿所述驅動方向設置在所述次級上， 所述磁軛部包括一個朝向所述第一初級的第一磁軛表面(114，214)和一個朝向所述第二初級的第二磁軛表面(116，216),所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面沿所述驅動方向在所述次級的軸向或徑向上相對設置，所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面沿所述驅動方向上分別設有偶數(shù)個永磁體(118，218)，處于同一所述磁軛表面的所述永磁體的N、S極性交替排列，且處于不同所述磁軛表面的所述永磁體的N、S極性沿所述驅動方向在所述次級的軸向或徑向上相反設置，所述第一初級和所述第二初級沿所述驅動方向間隔設置，且所述次級的所述磁軛部可容置于所述第一初級和所述第二初級之間的間隙中。
2.永磁電動機的電磁組件，所述的電動機為永磁直線電動機，它包括 一個第一初級(320); 一個第二初級(330);和一個次級(310)，所述次級包括磁軛部(312)，所述磁軛部可沿驅動方向相對于所述第一初級和所述第二初級移動，且所述磁軛部沿所述驅動方向設置在所述次級上， 所述磁軛部包括一個朝向所述第一初級的第一磁軛表面(314)和一個朝向所述第二初級的第二磁軛表面(316)，所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面沿所述驅動方向相對設置，所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面沿所述驅動方向上分別設有復述個永磁體(318)，處于同一所述磁軛表面的所述永磁體的N、S極性交替排列，且處于不同所述磁軛表面的所述永磁體的N、S極性在垂直于所述驅動方向的方向上相反設置，所述第一初級和所述第二初級在垂直于所述驅動方向的方向上間隔設置，且所述次級的所述磁軛部可容置于所述第一初級和所述第二初級之間的間隙中。
3.如權利要求I或2所述的電磁組件，其中所述永磁體為嵌設在所述第一磁軛面和所述第二磁軛面的磁瓦。
4.如權利要求I或2所述的電磁組件，其中所述永磁體粘連于所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面。
5.如權利要求I或2所述的電磁組件，其中所述永磁體為釹鐵硼材質。
6.如權利要求I或2所述的電磁組件，其中所述第一磁軛表面和所述第二磁軛表面分別設有偶數(shù)個磁體。
7.使用如權利要求I至6任意一項所述電磁組件的電動機。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種永磁電動機的電磁組件，它包括次級(110)、第一初級(120)和第二初級(130)。次級的磁軛部可沿驅動方向相對于第一初級和第二初級轉動。次級的磁軛部包括一個第一磁軛表面和第二磁軛表面，第一磁軛表面和第二磁軛表面沿驅動方向上分別設有偶數(shù)個永磁體，處于同一磁軛表面的永磁體的N、S極性交替排列，且處于不同磁軛表面的永磁體的N、S極性沿驅動方向相反設置。第一初級和第二初級沿驅動方向間隔設置，且次級的磁軛部可容置于第一初級和第二初級之間的間隙中。本發(fā)明的電磁組件可用于旋轉和直線永磁電動機。本發(fā)明的電磁組件可改善電動機使用中出現(xiàn)的單邊磁拉力，并且調整磁極面下氣隙中磁通密度分布的均勻性。
文檔編號H02K1/06GK102790444SQ20111013086
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權日2011年5月19日
發(fā)明者李會栓, 穆欣, 魏華 申請人:北京首科凱奇電氣技術有限公司