本發(fā)明涉及軸式直線電機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種軸式直線電機(jī)的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

螺管線圈作動子的圓筒形軸式直線電機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單。圓筒型直線電機(jī)不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運(yùn)動，使結(jié)構(gòu)大大簡化，運(yùn)動慣量減少，動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度大大提高；同時也提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護(hù)更加簡便。它的初次級可以直接成為機(jī)構(gòu)的一部分，這種獨(dú)特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進(jìn)一步體現(xiàn)出來。（2）適合高速直線運(yùn)動。因為不存在離心力的約束，普通材料亦可以達(dá)到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙，運(yùn)動時無機(jī)械接觸，因而運(yùn)動部分也就無摩擦和噪聲。這樣，傳動零部件沒有磨損，可大大減小機(jī)械損耗，避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲，從而提高整體效率。（3）初級繞組利用率高。在圓筒型直線感應(yīng)電機(jī)中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。（4）無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱，而圓筒型直線電機(jī)橫向無開斷，所以磁場沿徑向均勻分布。（5）容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問題。（6）易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復(fù)運(yùn)行場合。（7）適應(yīng)性強(qiáng)。直線電機(jī)的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體，具有較好的防腐、防潮性能，便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用；而且可以設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式，滿足不同情況的需要。（8）零齒槽效應(yīng)。在追求軌跡精度的平面切割機(jī)中，更是首屈一指。

軸式直線電機(jī)的原理是在徑向磁力線定子外面，套裝由螺管線圈組成的動子，利用通過螺管線圈的電流，切割徑向磁力線，于是產(chǎn)生了垂直于動力的洛倫茲力，帶動動子運(yùn)動。由于螺管線圈包圍了徑向的磁力線，所以它的效率較高。但是由于工藝上的原因，生產(chǎn)圓環(huán)型的徑向充磁磁鋼比較困難，在實(shí)踐中往往采用軸向充磁的磁鋼同極性互斥來得到“類”徑向磁場。即是一連串的軸向磁鋼，按照一定的規(guī)律組合，如圖4所示那樣，按n/s磁極串聯(lián)的三個磁鋼成一組，然后每組之間同性磁極相對，于是在連接面上形成徑向發(fā)散的磁力線，而得到我們所說的“類”徑向磁場。若干“類”徑向磁場依次按n、s、n、s…相間組合成我們所需要的電機(jī)定子磁軸。這種利用軸向充磁的磁鋼定子，由幾部分組成(見圖4)：1、外套是一根薄壁厚度的不銹鋼管。2、貫穿整個定子磁鋼的非導(dǎo)磁心軸。3、以及兩端由螺紋與心軸咬合的端蓋。4、根據(jù)節(jié)距設(shè)計需求而制備的圓柱狀軸向磁鋼整個磁軸由兩端支撐，而磁軸的主體——圓柱磁鋼，每組之間是同極性對置，處于極強(qiáng)的互相排斥狀態(tài)，每個磁節(jié)距之間的排斥，全靠中間的非導(dǎo)磁心軸借助兩端的的螺紋端蓋的螺紋來平衡，因此整根磁軸的抗彎力拒很小。電機(jī)工作時，磁軸由兩端支撐，固定。動子線圈套在定子外，由直線導(dǎo)軌約束，使動子沿定子軸心直線運(yùn)動。利用平行于磁軸的光柵，對動子的運(yùn)動距離進(jìn)行精確的測量與反饋控制。

軸式直線電機(jī)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與平板直線電機(jī)相比，動子和定子沒有巨大的靜態(tài)拉力，給使用和安裝帶方便和安全。但它有一個致命的缺點(diǎn)，就是因為它是兩端支撐，不能做成大長徑比的電機(jī)。也就是說電機(jī)的行程受定子磁鋼軸的直徑影響。當(dāng)磁軸到了一定的長度，由于磁鋼的自重，導(dǎo)致磁軸中部下垂造成整根磁軸彎曲。磁軸下垂后壓迫套在定子磁軸外的動子，致使動子運(yùn)動受阻。這就使軸式直線電機(jī)的使用局限，電機(jī)的有效行程不能太長，也就是說行程受到磁干的長徑比約束，不能太大，只能用加大磁鋼的直徑的方法來換取較大的的行程。這樣做的結(jié)果是：1、加大了稀土磁鋼的耗用量，致使成本急劇增加。2、無情地增加了設(shè)備的重量和設(shè)備的強(qiáng)度，增加了設(shè)備的制造成本，影響了軸式電機(jī)的應(yīng)用范圍。3、有可能造成電機(jī)推力的極大冗余，而造成整個系統(tǒng)電氣設(shè)計的極大浪費(fèi)。因此，如何提高軸式直線電機(jī)的長徑比，是在當(dāng)前條件下擴(kuò)大軸式電機(jī)應(yīng)用范圍的一個較為迫切的問題。我們在實(shí)踐中也曾經(jīng)采取過一些輔助措施來提高長徑比，比如：給磁鋼定子在安裝時施加一定的張力，借以克服重力下垂。我們也采取過將動子的中空圓孔適當(dāng)?shù)脑谥亓Γù怪狈较蛏希┳龀砷L圓孔，借以補(bǔ)償?shù)舸泡S重力下垂的距離，這些舉措也都收到了一定的實(shí)效。但都沒有從根本上解決問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種軸式直線電機(jī)的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，采用一種異形斷面的十字空心軸作為磁鋼的支撐，來抵抗磁鋼軸的重力下垂；采用瓦狀的磁鋼單體，進(jìn)行徑向充磁，解決環(huán)形磁鋼徑向充磁的困難和解決利用軸向磁化的磁鋼單體組裝工藝復(fù)雜的難題，從而提高磁鋼軸的長徑比，降低了成本，擴(kuò)大了軸式直線電機(jī)的應(yīng)用范圍。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種軸式直線電機(jī)的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，包括十字空心軸、扇形徑向磁瓦、套管和端蓋，所述十字空心軸是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條結(jié)構(gòu)，十字空心軸外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦，每一段由四塊扇形徑向磁瓦內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，十字空心軸及扇形徑向磁瓦連接成一體套裝在套管內(nèi)，兩端采用端蓋咬合固定。

本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述十字空心軸的中空腔兩端連接水管頭，形成冷卻水通道，水管頭通過端蓋與外套咬合固定。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述扇形徑向磁瓦內(nèi)弧壁涂有厭氧膠與十字空心軸外周面粘接。厭氧膠粘接牢固。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，十字空心軸采用導(dǎo)磁低碳鋼制成。由于十字空心軸具有導(dǎo)磁性，所以磁瓦是吸附在其上。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，每段磁瓦端處的十字空心軸上連接有隔片。隔片準(zhǔn)確定位每段磁瓦間距，且防止磁瓦軸向移位。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，隔片是圓片中心開十字孔，隔片粘接在十字心軸外周面上。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，隔片是四個扇形片或兩個半環(huán)片，半環(huán)片上開肋條槽，十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接和或粘接在環(huán)槽內(nèi)。隔片卡接在環(huán)槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固永不發(fā)生不移位現(xiàn)象。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，兩段磁瓦間的十字空心軸外周面上肋條去除。減輕磁軸總重量，進(jìn)一步抵抗磁軸的重力下垂。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，每段磁瓦端處的十字空心軸上連接有隔片，隔片是兩個半環(huán)片，半環(huán)片組成環(huán)狀粘接在十字心軸外周面上，或者十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接和或粘接在環(huán)槽內(nèi)。

本發(fā)明更進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述套管由不銹鋼制成。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：

一、采用瓦狀的曲面磁鋼，并用現(xiàn)有的磁鋼充磁工藝實(shí)現(xiàn)了徑向磁場，構(gòu)成的扇形徑向磁瓦，實(shí)踐證明在每一組扇形磁鋼之間，拉開1/3磁節(jié)距比不拉開所產(chǎn)生的軸向推力要大1/3。所以在每一組扇形磁瓦之間采用非導(dǎo)磁材料的隔離環(huán)隔成長度為1/3磁節(jié)距間距。本申請具有以下優(yōu)勢：（1）無形地加大了磁鋼磁通斷面：以磁鋼直徑32mm、節(jié)距（n-s的距離）90mm的磁軸計算，如采用圓柱軸向磁鋼，設(shè)軸向磁鋼參數(shù)為：磁鋼直徑32mm，磁鋼中心穿孔直徑10mm，則磁通斷面為磁鋼端面面積乘2（兩端互斥故乘2），即（16×16×3.14-5×5×3.14）×2=1450平方毫米。同樣地參數(shù)，采用本專利的磁通面積為：扇形磁鋼的圓周表面積減去縫隙間隔面積，設(shè)扇形磁鋼直徑=32mm、扇形磁鋼長度（磁節(jié)距的2/3）=60mm、中間隔離長度（磁節(jié)距的2/3）=30mm、隔離縫隙4條、間隔縫隙寬度2mm，即32×3.14×60-4×2×60=5548平方毫米，后者足足是前者的近4倍。（2）大大地減少了稀土磁鋼材料的消耗。同樣上述參數(shù)，采用圓柱軸向磁鋼需用磁鋼材料約為端面積乘長度乘比重，即1.6×1.6×3.14×9×7.8-0.5×0.5×3.14×9×7.8約為510克。而采用本專利耗材為：1.6×1.6×3.14×6×7.8-1.1×1.1×3.14×6×7.8約等198克（磁瓦厚度=5mm，間隔忽略不計），二者相比較足足節(jié)約材料61%。（3）瓦狀磁鋼是吸附在十字形空心軸上的，磁鋼之間沒有巨大的排斥了，因此制造過程簡單，安全可靠。

二、十字空心軸的優(yōu)勢：（1）異型的十字空心軸，是整個磁軸的支架，它由導(dǎo)磁的低碳鋼（易切鉄、電工鋼均可）拉制而成，由于具有導(dǎo)磁性，所以磁瓦是吸附在上的，制造時也可在其間填充厭氧膠粘連，更加牢固。（2）斷面上附加的四條肋條，可以實(shí)現(xiàn)磁鋼組裝時定位，同時加強(qiáng)了異型鋼的抗彎力矩。（3）十字空心軸的空心孔，在電機(jī)工作時，可以作為冷卻循環(huán)水的水流通道，可以降低電機(jī)定子的溫升。

綜合原因，由于采用了厚壁中空帶肋條的空心軸做磁軸的支架，具有較強(qiáng)的抗彎力矩，加上采用瓦狀徑向磁鋼磁通斷面大、重量輕，所以整個磁軸的長徑比得以大大的增強(qiáng)，而成本則成倍地降低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明拆裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明截面示意圖。

圖3為實(shí)施例2的除去套管的磁軸結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為“類”徑向磁場制成的磁軸結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括十字空心軸1、扇形徑向磁瓦2、不銹鋼套管3和端蓋4，所述十字空心軸1是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條11結(jié)構(gòu)，十字空心軸1外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦2，每一段由四塊扇形徑向磁瓦2內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條11之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，及扇形徑向磁瓦2連接成一體套裝在套管3內(nèi)，十字空心軸1的中空腔兩端連接水管頭5，形成冷卻水通道12，水管頭5通過端蓋3咬合固定。

十字空心軸1采用導(dǎo)磁低碳鋼制成，具有導(dǎo)磁性，所以磁瓦是吸附在空心軸上的，為了進(jìn)一步穩(wěn)定連接，所述扇形徑向磁瓦2內(nèi)弧壁涂有厭氧膠與十字空心軸1外周面粘接。

防止磁瓦松動軸向移位，每段磁瓦端處的十字空心軸1上連接有隔片6，隔片6是圓片中心開十字孔，隔片粘接在十字心軸外周面上。為了進(jìn)一步防止磁瓦松動移位，隔片6可做成四個扇形片（兩個半環(huán)片，半環(huán)片上開肋條槽），十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接且粘接在環(huán)槽內(nèi)。

實(shí)施例2

如圖3所示，兩段磁瓦間的十字空心軸外周面上肋條去除，每段磁瓦端處的十字空心軸上連接有隔片，隔片是兩個半環(huán)片，十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接且粘接在環(huán)槽內(nèi)。