專利名稱：短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于安培力原理制造的直流直線電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、推力波動(dòng)小，且可靠性高、能量轉(zhuǎn)換效率高，越來越多地用在各種直線運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中。加上直流直線電機(jī)的快速、平滑、無齒槽效應(yīng)、無滯后響應(yīng)等特性，使直流直線電機(jī)可以很好地應(yīng)用在需要高速、高加速度、高推力響應(yīng)的伺服控制系統(tǒng)中。 如圖35所示，在圓筒型直流直線電機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，永磁體為圓筒形，徑向充磁，固定于一個(gè)圓筒形的外導(dǎo)磁軛的內(nèi)側(cè)，環(huán)形線圈固定于圓筒形的線圈支撐架上，環(huán)形線圈的內(nèi)側(cè)為圓柱形的內(nèi)導(dǎo)磁軛，外導(dǎo)磁軛、永磁體、環(huán)形線圈與內(nèi)導(dǎo)磁軛同軸線。外導(dǎo)磁軛與內(nèi)導(dǎo)磁軛在一個(gè)端面連接在一起，形成一個(gè)部件。永磁體形成沿徑向的氣隙磁場，通電線圈與磁場相互作用，產(chǎn)生沿軸線的電磁力。該電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于永磁體需要通過內(nèi)、外導(dǎo)磁軛形成閉合磁路，因此，該電機(jī)的磁路長，氣隙磁密低，鐵心用量多，電機(jī)的重量大，且需要?jiǎng)哟渭墪r(shí)，由于動(dòng)子質(zhì)量大，電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電機(jī)的磁路長、氣隙磁密低、鐵心用量多、電機(jī)的重量大，且需要?jiǎng)哟渭墪r(shí)，由于動(dòng)子質(zhì)量大，導(dǎo)致的電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性差的問題，而提出一種短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)。 本發(fā)明它包括初級、次級和氣隙，初級包括繞組支撐座1和電樞繞組2 ;電樞繞組2為單相繞組，所述單相繞組由兩個(gè)線圈組成，所述兩個(gè)線圈相互串聯(lián)，且繞向相反；所述兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座1上；次級包括永磁體和導(dǎo)磁軛；導(dǎo)磁軛包括外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5，外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5為圓環(huán)形導(dǎo)磁軛；永磁體包括外次級永磁體31，外次級永磁體31為三個(gè)圓環(huán)形永磁體；外次級永磁體31的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次緊密配合在圓環(huán)形的外導(dǎo)磁軛4的內(nèi)壁上；外次級永磁體31的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次
為外向徑向充磁、軸向充磁、內(nèi)向徑向充磁；外次級永磁體31的內(nèi)表面與初級的外表面之間為外氣隙；初級的內(nèi)表面與內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外表面之間是內(nèi)氣隙。 本發(fā)明該電機(jī)采用短磁路結(jié)構(gòu)，可以縮短永磁體磁通的路徑，能夠減少密度大的導(dǎo)磁材料的用量，從而可以減小直線電機(jī)的次級質(zhì)量與漏磁，提高氣隙磁通密度，從而可以提高電機(jī)的輸出推力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。


圖1和圖2是具體實(shí)施方式
一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3和圖4是具體實(shí)施方式
三的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5至圖8是具體實(shí)施方式
四的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9至圖12是具體實(shí)施方式
五的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13至圖16是具體實(shí)施方式
六的結(jié)構(gòu)示意圖；圖17至圖20是具體實(shí)施方式
七的結(jié)構(gòu)示意圖；圖21和圖22是具體實(shí)施方式
十一和十二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2具體實(shí)施方式
一的徑向剖視圖；圖24是圖23的A部放大圖；圖2具體實(shí)施方式
二的徑向剖視圖；圖26是圖25的B部放大圖；圖2具體實(shí)施方式
三的徑向剖視圖；圖28是圖25的C部放大圖；圖29具體實(shí)施方式
五或六的徑向剖視圖；圖30是圖29的D部放大圖；圖31和圖3具體實(shí)施方式
七的徑向剖視圖；圖32是圖31的E部放大圖；圖34是圖33的F部放大圖；圖35是傳統(tǒng)圓筒型直流直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一 結(jié)合圖1、圖2、圖23和圖24說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由初級、次級和氣隙組成； 初級包括繞組支撐座1和電樞繞組2 ;電樞繞組2為單相繞組，所述單相繞組由兩個(gè)線圈組成，所述兩個(gè)線圈相互串聯(lián)，且繞向相反；所述兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座1上；次級包括永磁體和導(dǎo)磁軛；導(dǎo)磁軛包括外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5，外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5為圓環(huán)形導(dǎo)磁軛；永磁體包括外次級永磁體31，外次級永磁體31為三個(gè)圓環(huán)形永磁體；外次級永磁體31的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次緊密配合在圓環(huán)形的外導(dǎo)磁軛4的內(nèi)壁上；外次級永磁體31的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次為外向徑向充磁、軸向充磁、內(nèi)向徑向充磁；外次級永磁體31的內(nèi)表面與初級的外表面之間為外氣隙；初級的內(nèi)表面與內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外表面之間是內(nèi)氣隙。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖2、圖4、圖6、圖8、圖10、圖12、圖14、圖16、圖25和圖26說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于所述電樞繞組2的兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座1的凸臺外壁或采用絕緣材料固定在凸臺的端面上。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于所述永磁體還包括內(nèi)次級永磁體32，內(nèi)次級永磁體32為三個(gè)圓環(huán)形永磁體，內(nèi)次級永磁體32緊密配合在圓環(huán)形的內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外壁上；內(nèi)次級永磁體32的軸向長度與外次級永磁體31的軸向長度相同，內(nèi)次級永磁體32沿軸向依次為徑向充磁、軸向充磁、徑向充磁；內(nèi)次級永磁體32中徑向充磁的永磁體與外次級永磁體31中徑向充磁的永磁體的充磁方向相同，內(nèi)次級永磁體32中軸向充磁的永磁體與外次級永磁體31中軸向充磁的永磁體的充磁方向相反。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖5至圖8說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二或三不同點(diǎn)在于增加了導(dǎo)磁環(huán)6，所述導(dǎo)磁環(huán)6固定在永磁體中軸向充磁的永磁體與導(dǎo)磁軛之間。具體結(jié)構(gòu)為 對于只有一個(gè)外次級永磁體31的具體實(shí)施方式
一或二所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖5和圖6本實(shí)施方式為增加一個(gè)導(dǎo)磁環(huán)6，所述導(dǎo)磁環(huán)6固定在外次級永磁體31中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與外導(dǎo)磁軛4之間。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一或二相同； 對于有一個(gè)外次級永磁體31和一個(gè)內(nèi)次級永磁體32的在具體實(shí)施方式
二或三所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖7和圖8本實(shí)施方式為增加兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)6，所述兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)6分別固定在外次級永磁體31中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與外導(dǎo)磁軛4之間、和內(nèi)次級永磁體32中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與內(nèi)導(dǎo)磁軛5之間。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
二或三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖9至圖12、圖29和圖30說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三或四不同點(diǎn)在于增加了阻尼套筒7，阻尼套筒7緊密配合在內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外表面，阻尼套筒7為低電阻率材料，低電阻率材料為金、銀、銅和鋁。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一、二、三或四相同。 對于具體實(shí)施方式
一、二、三或四，本實(shí)施方式增加的阻尼套筒7位于內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外壁與繞組支撐座1凸臺的內(nèi)壁之間。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖13至圖16、圖29和圖30說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三或四不同點(diǎn)在于增加了阻尼層8，阻尼層8鍍在內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外表面，阻尼層8為低電阻率材料，低電阻率材料為金、銀、銅和鋁。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一、二、三或四相同。 對于具體實(shí)施方式
一、二、三或四，本實(shí)施方式增加的阻尼層8位于內(nèi)導(dǎo)磁軛5的外壁與繞組支撐座1凸臺的內(nèi)壁之間。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖17至圖20和圖31至圖34說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、三或四不同點(diǎn)在于增加了冷卻水套IO，冷卻水套10緊密配合在繞組支撐座1凸臺的外壁上，冷卻水套10為低電阻率材料，低電阻率材料為金、銀、銅和鋁。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一、三或四相同。 對于具體實(shí)施方式
一、三或四，本實(shí)施方式增加的冷卻水套10位于繞組支撐座1凸臺的外壁與電樞繞組2的內(nèi)壁之間?，F(xiàn)有的電機(jī)采用自然冷卻，電機(jī)的溫升高，結(jié)構(gòu)變形大，而且定位時(shí)動(dòng)子沒有阻尼效果，使得電機(jī)的控制精度也差。該電機(jī)采用水冷結(jié)構(gòu)，并且冷卻水套具有阻尼作用，一方面可以提高冷卻效果，減小因溫升引起的結(jié)構(gòu)變形；另一方面阻尼作用可以縮短定位時(shí)間、提高定位精度。從而通過這種雙重作用，可以有效提高直線電機(jī)的控制精度。電機(jī)采用短磁路結(jié)構(gòu)，可以縮短永磁體磁通的路徑，能夠減少密度大的導(dǎo)磁材料的用量，從而可以減小直線電機(jī)的次級質(zhì)量與漏磁，提高氣隙磁通密度，從而可以提高電機(jī)的輸出推力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)實(shí)施方式不同點(diǎn)在于外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5為導(dǎo)磁的磁性材料，其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)實(shí)施方式不同點(diǎn)在于外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5為相互獨(dú)立同軸圓環(huán)體，其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)實(shí)施方式不同點(diǎn)在于外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5為軸向端部連接的圓環(huán)體，即外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5組成一個(gè)開有環(huán)形凹槽的圓環(huán)體。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一至七中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至十中任意一個(gè)實(shí)施方式不同點(diǎn)在于增加了機(jī)殼9，所述機(jī)殼9為開有中心孔的薄壁圓筒，外導(dǎo)磁軛4的外壁固定在機(jī)殼9的薄壁圓筒的內(nèi)壁上，外導(dǎo)磁軛4和內(nèi)導(dǎo)磁軛5的軸向端部固定在機(jī)殼9的筒底。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一至十中任意一個(gè)相同。
具體實(shí)施方式
十二 結(jié)合圖21和圖22說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十二不同點(diǎn)在于所述機(jī)殼9還包括內(nèi)薄壁圓筒，所述薄壁圓筒的內(nèi)徑與所述饑殼9的中心通孔的內(nèi)徑相同，所述薄壁圓筒的一端固定在機(jī)殼9底，并且與所述機(jī)殼9的中心孔同軸；內(nèi)導(dǎo)磁軛5的內(nèi)壁固定在所述薄壁圓筒的外壁上。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
十二相同。 本發(fā)明當(dāng)需要增大電機(jī)的輸出推力時(shí)，把電機(jī)的初級與次級沿軸向串聯(lián)即可。電機(jī)既可為動(dòng)次級，亦可動(dòng)初級。本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式
的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，它包括初級、次級和氣隙；其特征在于初級包括繞組支撐座(1)和電樞繞組(2)；電樞繞組(2)為單相繞組，所述單相繞組由兩個(gè)線圈組成，所述兩個(gè)線圈相互串聯(lián)，且繞向相反；所述兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座(1)上；次級包括永磁體和導(dǎo)磁軛；導(dǎo)磁軛包括外導(dǎo)磁軛(4)和內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)，外導(dǎo)磁軛(4)和內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)為圓環(huán)形導(dǎo)磁軛；永磁體包括外次級永磁體(31)，外次級永磁體(31)為三個(gè)圓環(huán)形永磁體；外次級永磁體(31)的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次緊密配合在圓環(huán)形的外導(dǎo)磁軛(4)的內(nèi)壁上；外次級永磁體(31)的三個(gè)圓環(huán)形永磁體沿軸向依次為外向徑向充磁、軸向充磁、內(nèi)向徑向充磁；外次級永磁體(31)的內(nèi)表面與初級的外表面之間為外氣隙；初級的內(nèi)表面與內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的外表面之間是內(nèi)氣隙。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于所述電樞繞組(2)的兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座(1)的凸臺外壁或采用絕緣材料固定在凸臺的端面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于永磁體還包括內(nèi)次級永磁體(32)，內(nèi)次級永磁體(32)為三個(gè)圓環(huán)形永磁體，內(nèi)次級永磁體(32)緊密配合在圓環(huán)形的內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的外壁上；內(nèi)次級永磁體(32)的軸向長度與外次級永磁體(31)的軸向長度相同，內(nèi)次級永磁體32沿軸向依次為徑向充磁、軸向充磁、徑向充磁；內(nèi)次級永磁體(32)中徑向充磁的永磁體與外次級永磁體(31)中徑向充磁的永磁體的充磁方向相同，內(nèi)次級永磁體(32)中軸向充磁的永磁體與外次級永磁體(31)中軸向充磁的永磁體的充磁方向相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)還包括導(dǎo)磁環(huán)(6)，所述導(dǎo)磁環(huán)(6)固定在外次級永磁體(31)中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與外導(dǎo)磁軛(4)之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)還包括兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)(6)，所述兩個(gè)導(dǎo)磁環(huán)(6)分別固定在外次級永磁體(31)中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與外導(dǎo)磁軛(4)之間、和內(nèi)次級永磁體(32)中的軸向充磁的圓環(huán)形永磁體與內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于所述短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)還包括阻尼套筒(7)或阻尼層(8)，所述的阻尼套筒(7)緊密配合在內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的外壁上，所述的阻尼層(8)鍍在內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的外壁上，阻尼套筒(7)和阻尼層(8)均為低電阻率材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于所述短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)還包括冷卻水套(IO)，冷卻水套(10)為薄壁環(huán)形圓筒，薄壁環(huán)形圓筒緊密配合在繞組支撐座(1)凸臺的外壁上或與繞組支撐座(1)凸臺的外壁形成一體結(jié)構(gòu)的薄壁環(huán)形圓筒，冷卻水套(10)為低電阻率材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于外導(dǎo)磁軛(4)和內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)為相互獨(dú)立同軸圓環(huán)體或軸向端部連接的兩個(gè)圓環(huán)體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于所述短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)還包括機(jī)殼(9)，所述機(jī)殼(9)為開有中心孔的薄壁圓筒，外導(dǎo)磁軛(4)的外壁固定在機(jī)殼(9)的薄壁圓筒的內(nèi)壁上，外導(dǎo)磁軛(4)和內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的軸向端部固定在機(jī)殼(9)的筒底。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，其特征在于所述機(jī)殼(9)還包括內(nèi)薄壁圓筒，所述薄壁圓筒的內(nèi)徑與所述機(jī)殼(9)的中心通孔的內(nèi)徑相同，所述薄壁圓筒的一端固定在機(jī)殼(9)底，并且與所述機(jī)殼(9)的中心孔同軸；內(nèi)導(dǎo)磁軛(5)的內(nèi)壁固定在所述薄壁圓筒的外壁上。
全文摘要
短磁路結(jié)構(gòu)圓筒型直流直線電機(jī)，它涉及電機(jī)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有電機(jī)的磁路長、氣隙磁密低、鐵心用量多、電機(jī)的重量大，且需要?jiǎng)哟渭墪r(shí)，由于動(dòng)子質(zhì)量大，導(dǎo)致的電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性差的問題。本發(fā)明初級的兩個(gè)線圈相互串聯(lián)，且繞向相反；所述兩個(gè)線圈沿軸向固定于繞組支撐座上；次級中的外導(dǎo)磁軛和內(nèi)導(dǎo)磁軛為圓環(huán)形導(dǎo)磁軛；次級中的永磁體為三個(gè)圓環(huán)形永磁體；永磁體沿軸向依次緊密配合在圓環(huán)形的外導(dǎo)磁軛的內(nèi)壁上；三個(gè)永磁體沿軸向依次為外向徑向、軸向、內(nèi)向徑向充磁；永磁體與初級之間為外氣隙；初級與內(nèi)導(dǎo)磁軛之間是內(nèi)氣隙。它縮短永磁體磁通的路徑，減小直線電機(jī)的次級質(zhì)量與漏磁，提高氣隙磁通密度，提高電機(jī)的輸出推力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
文檔編號H02K3/28GK101741217SQ20101012819
公開日2010年6月16日 申請日期2010年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者寇寶泉, 張赫, 張魯, 李立毅, 潘東華 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)