專利名稱:多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及的是直線電機領域。
背景技術:
直線振蕩電機是指做高頻往復直線運動的電機。作為直線電機的一種,它同樣具 有直線電機所具有的種種優(yōu)點,比如電能直接產(chǎn)生電磁推力,直接推動荷載做直線運動,不 需要傳統(tǒng)旋轉電機將轉動變換為直線運動的轉換裝置,提高了傳遞效率,減少了機械磨損 等。直線振蕩電機由于其動子做往復振蕩運動所以常常作為小型往復式壓縮機、縫紉機、電 錘機等設備的驅動機構。 直線振蕩電機主要有兩種分類直線感應振蕩電機和直線同步振蕩電機,而直線 同步振蕩電機相對于直線感應振蕩電機損耗較小,效率較高,有很好的應用發(fā)展前景。直線 同步振蕩電機根據(jù)動子形式不同分為動圈式、動鐵式和動磁式三種。動鐵式直線電機動子 用鐵心材料做成,磁場則由勵磁線圈產(chǎn)生,電機能產(chǎn)生較大的驅動力和壓縮比,但在動子上 存在很大的徑向力,此類作為直線振蕩電機發(fā)展初期為規(guī)避永磁材料的高成本而采取的過 渡方案,基本已被淘汰。動圈式直線振蕩電機即動子由線圈構成,勵磁由另一個線圈提供, 或者由固定的永磁體部件提供,此類電機優(yōu)點在于行程控制較易,動子上不存在徑向力和 扭矩,沒有空載時的軸向力存在,不存在磁滯損耗,但驅動力相對較小,引線問題不易解決, 直接影響到電機的使用壽命,且由于線圈通電帶來的能耗,相對而言效率較低。動磁式直 線振蕩電機的動子由永磁材料構成,勵磁仍由線圈完成,此類電機與動圈式相比,可以提高 2 3倍材料利用率,使電機更加緊湊,動子質量減小,有利于相應諧振彈簧的設計,推力更 大,效率更高,正在得到越來越多的應用。 對于動磁式直線振蕩電機,20世紀90年代后期美國的Redlich等人研制了
Redlich型結構的動磁式直線振蕩電機用于壓縮機上,這是一種在勵磁線圈的圓周上安裝
導磁材料,形成與勵磁線圈同心的圓筒形氣隙的磁路結構,徑向充磁的圓筒形永磁體在氣
隙中做往復運動,經(jīng)過性能實驗分析,這種形式的直線電機性能可靠,效率較高,為保證圓
筒形氣隙內磁場的均勻,電機各零部件的加工和裝配精度要求較高,2003年韓國LG電子將
其應用到冰箱上,實現(xiàn)了其商業(yè)化,并在此基礎上通過改變電機的定子形狀及勵磁線圈的
幾何參數(shù),使氣隙磁場分布達到更優(yōu),并申請了相關專利。浙江大學化工機械研究所2005
年研制了一臺方形動磁式直線振蕩電機作為冰箱用壓縮機的驅動電機。2007年英國設菲爾
德大學研制了一種具有類似Halbach結構的動永磁體的新型單相短行程圓筒式振蕩電機
并進行了實驗,證實這種結構可以加強氣隙內的磁通量密度,提高電機的功率密度。 隨著新型永磁材料的發(fā)展,動磁式直線振蕩電機的優(yōu)勢也愈加明顯,縱觀直線電
機發(fā)展,動磁式直線振蕩電機的研究及發(fā)展歷史較短,現(xiàn)有的研究成果較少,因此通過更深
入的研究,研制出效率更高,結構更簡單,更便于調節(jié)的新型電機結構是確保動磁式直線振
蕩電機得到更廣闊的應用的一個重要任務。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出的是一種新型多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,主要由定子部件 和動子部件組成。定子包括一個外表面為多邊形的管形腔體和多個磁路單元,每個磁路單 元由磁導體、氣隙及線圈組成,安裝在腔體外側呈多角形;動子由多個片式永磁體安裝在連 接件上構成。該發(fā)明提出的永磁直線振蕩電動機具有結構簡單,制作方便,利于進行負荷調 節(jié)等特點。 本發(fā)明的技術方案如下 本發(fā)明提供的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,由定子部件和與負載相連的 動子部件組成;其特征在于,所述定子部件包括 —管形腔體;所述管形腔體外表面為正多面體;所述管形腔體外表面中間段的正 多面體尺寸小于管形腔體外表面兩端段的正多面體尺寸;
分別置于所述管形腔體每一外表面上的磁路單元;
所述磁路單元包括 —個中間磁導體;所述中間磁導體為由多片呈"I"形狀的片狀導磁材料疊摞而成
的縱截面呈"Q]"形的磁導體;所述中間磁導體的中柱上纏繞勵磁線圈;
二個分別置于所述中間磁導體兩側的長方體形磁導體;
所述中間磁導體與位于其兩側的磁導體之間留有長條形氣隙;
兩個片狀第一連接件分別固定在所述管形腔體的兩端; 所述片狀第一連接件上設有裝配孔和多對平行放置的呈散射狀排布的長方形 孔; 所述動子部件包括 多對片狀永磁體呈輻射狀垂直安裝在一第二片形連接件上,每對片狀永磁體中的 兩個片狀永磁體互相平行; 所述每對片狀永磁體由所述管形腔體一端的第一連接件的長方形孔內插入,延伸 至所述管形腔體另一端的第一連接件的長方形孔內; 所述定子組件的每個磁路單元位于所述動子部件的每對片狀永磁體4的片狀永 磁體之間; 二個置于所述中間磁導體兩側的磁導體在所述中間磁導體1的長度方向對稱充 磁形成對稱式磁路,所述勵磁線圈通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙中形 成正反方向交替的磁場,所述動子部件在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方向做往 復振蕩運動。 所述的中間磁導體和磁導體均為鐵氧體粉加工而成的導磁體,或為硅鋼片疊摞而 成的導磁體。 所述管形腔體外表面中間段長度略寬于勵磁線圈的長度。 所述動子部件與負載的連接為將負載置于所述定子部件的管形腔體內。 所述動子部件與負載的連接為負載置于所述定子部件的管形腔體外的連接方式。 本發(fā)明的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機具有下述優(yōu)點 1、制作工藝簡單,通過磁路單元的模塊化設計,有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn)。 2、多磁路單元結構靈活多變,可以根據(jù)實際應用需要設計選擇電機磁路單元的數(shù)量,滿足電動機不同的功率,外形尺寸等各種應用需求。 3、負荷調節(jié)方便,在電動機運行過程中可以通過改變磁路單元的投入使用數(shù)量, 很方便地進行電動機輸出功的調節(jié)。
附圖1是本發(fā)明多磁路單元(三磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原理 示意圖; 附圖2是是本發(fā)明多磁路單元(六磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原 理示意圖; 附圖3是每個磁路單元的磁路結構及原理示意圖;
附圖4是定子部件A的結構示意圖;
附圖5是管形腔體5的結構示意圖;
附圖6是動子部件示B的結構示意圖; 附圖7是負載在本發(fā)明多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機的管形腔體5內運動 的應用實例示意圖。
具體實施例方式
附圖1是本發(fā)明多磁路單元(三磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原理 示意圖;附圖2是本發(fā)明多磁路單元(六磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原理 示意圖;附圖3是每個磁路單元的磁路結構及原理示意圖;附圖4是定子部件A的結構示意 圖;附圖5是管形腔體5的結構示意圖;附圖6是動子部件示B的結構示意圖;有圖可知,本 發(fā)明的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,由定子部件A和與負載相連的動子部件B組 成; 所述定子部件A包括 —管形腔體5 ;所述管形腔體5外表面為正多面體;所述管形腔體5外表面中間段 的正多面體尺寸小于管形腔體5外表面兩端段的正多面體尺寸;
分別置于所述管形腔體5每一外表面上的磁路單元;
所述磁路單元包括 —個中間磁導體1 ;所述中間磁導體1為縱截面呈"[D"形的磁導體;所述中間磁導 體1的中柱上纏繞勵磁線圈3 ; 二個分別置于所述中間磁導體1兩側的長方體形磁導體2 ; 所述中間磁導體1與位于其兩側的磁導體2之間留有長條形氣隙; 兩個片狀第一連接件6分別固定在所述管形腔體5的兩端; 所述片狀第一連接件6上設有裝配孔7和多對平行放置的呈散射狀排布的長方形 孔8; 所述動子部件B包括 多對片狀永磁體4呈輻射狀垂直安裝在一第二片形連接件9上,每對片狀永磁體 4中的兩個片狀永磁體互相平行; 所述每對片狀永磁體4由所述管形腔體5 —端的第一連接件6的長方形孔8內插
5入,延伸至所述管形腔體5另一端的第一連接件6的長方形孔8內; 所述定子組件A的每個磁路單元位于所述動子部件B的每對片狀永磁體4的片狀 永磁體之間; 二個置于所述中間磁導體1兩側的磁導體2在所述中間磁導體1的長度方向對稱 充磁形成對稱式磁路,所述勵磁線圈3通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙 中形成正反方向交替的磁場,所述動子部件B在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方 向做往復振蕩運動。 所述的中間磁導體1和磁導體2均為鐵氧體粉加工而成的導磁體,或為硅鋼片疊 摞而成的導磁體。 所述管形腔體5外表面中間段長度略寬于勵磁線圈3的長度。 所述動子部件B與負載的連接為將負載置于所述定子部件的管形腔體5內。 所述動子部件B與負載的連接為負載置于所述定子部件的管形腔體5外的連接方式。 下面通過附圖及實施例進一步描述本發(fā)明
實施例1 附圖1是本發(fā)明多磁路單元(三磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原理 示意圖;本實施例的三磁路單元片式永磁直線振蕩電動機由定子部件A和動子部件B組成, 定子部件A包括 —管形腔體5 ;所述管形腔體5的外表面為正三面體;管形腔體5外表面中間段的 正三面體尺寸小于管形腔體5外表面兩端段的正三面體尺寸;
置于管形腔體5外表面上的三個磁路單元;
每個磁路單元包括 —個中間磁導體1 ;所述中間磁導體1為縱截面呈"I"形的磁導體(鐵氧體粉加工 而成); 二個分別置于中間磁導體1兩側的長方體形磁導體2 (鐵氧體粉加工而成); 中間磁導體1與位于其兩側的磁導體2之間留有長條形氣隙; 所述中間磁導體1的中柱上纏繞勵磁線圈3 ; 兩個片狀第一連接件6分別固定在所述定子組件A的兩端; 所述片狀第一連接件6上設有裝配孔7和三對平行放置的呈散射狀排布的長方形 孔8; 所述動子部件B包括 三對片狀永磁體呈輻射狀垂直安裝在一片形第二連接件9上,每對片狀永磁體中 的兩個片狀永磁體4互相平行; 所述動子部件B中的每對片狀永磁體插入所述定子部件A—端的第一連接件6的 長方形孔8至另一端的第一連接件6的長方形孔8內; 定子組件A的每個磁路單元與所述動子部件B的每對片狀永磁體形成一對對稱的 閉合磁回路; 二個置于所述中間磁導體1兩側的磁導體2在所述中間磁導體1的長度方向對稱 充磁形成對稱式磁路,所述勵磁線圈3通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙中形成正反方向交替的磁場,所述永磁體4在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方向
做往復振蕩運動。
實施例2 附圖2是本發(fā)明多磁路單元(六磁路單元)片式永磁直線振蕩電動機結構及原理示意圖;本實施例的六磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,由定子部件A和動子部件B組成; 所述定子部件A包括 —管形腔體5 ;所述管形腔體5的外表面為正六面體;所述管形腔體5外表面中間段的正六面體尺寸小于管形腔體5外表面兩端段的正六面體尺寸;
置于所述管形腔體5外表面上的六個磁路單元;
每個磁路單元包括 —個中間磁導體1 ;所述中間磁導體1為由多片呈"I"形狀的片狀導磁材料疊摞而成的縱截面呈"I"形的磁導體(硅鋼片疊摞而成); 二個分別置于所述中間磁導體1兩側的長方體形磁導體2 (硅鋼片疊摞而成); 所述中間磁導體1與位于其兩側的磁導體2之間留有長條形氣隙; 所述中間磁導體1的中柱上纏繞勵磁線圈3 ; 兩個片狀第一連接件6分別固定在所述定子組件A的兩端; 所述片狀第一連接件6上設有裝配孔7和多對平行放置的呈散射狀排布的長方形孔8; 所述動子部件B包括 六對片狀永磁體呈輻射狀垂直安裝在一第二圓片形連接件9上,每對片狀永磁體中的兩個片狀永磁體4互相平行; 所述動子部件B中的每對片狀永磁體插入所述定子部件A—端的第一連接件6的長方形孔8至另一端的第一連接件6的長方形孔8內; 定子組件A的每個磁路單元與所述動子部件B的每對片狀永磁體形成一對對稱的閉合磁回路; 二個置于所述中間磁導體1兩側的磁導體2在所述中間磁導體1的長度方向對稱充磁形成對稱式磁路,所述勵磁線圈3通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙中形成正反方向交替的磁場,所述永磁體4在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方向做往復振蕩運動。 所述的中間磁導體1和磁導體2均為硅鋼片疊摞而成的磁導體,或為鐵氧體粉、非
晶納米晶合金或鈹莫合金等導磁材料加工而成的磁導體。 所述管形腔體5外表面中間段長度略寬于勵磁線圈3的長度。 本實施例的動子部件B和負載連接方式為附圖7所示,負載在本實施例的六磁
路單元片式永磁直線振蕩電動機的管形腔體5內運動,動子部件B與負載10連接后,負載
IO(如壓縮機的活塞)在管形腔體5內做往復振蕩運動,此方式充分利用了電機的內部空
間,結構緊湊; 當然,動子部件B還可以通過各種形式的連接件與負載連接,負載在電機的管形腔體5外運動,此方式不受電機結構限制,可以應用于各種直線振蕩電機的應用場合。
顧名思義,本發(fā)明的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機中的多磁路單元可以由3個、4個、5個......等多個磁路單元組成。
權利要求
一種多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,由定子部件和與負載相連的動子部件組成;其特征在于,所述定子部件包括一管形腔體;所述管形腔體外表面為正多面體;所述管形腔體外表面中間段的正多面體尺寸小于管形腔體外表面兩端段的正多面體尺寸;分別置于所述管形腔體每一外表面上的磁路單元;所述磁路單元包括一個中間磁導體;所述中間磁導體為由多片呈形狀的片狀導磁材料疊摞而成的縱截面呈形的磁導體;所述中間磁導體的中柱上纏繞勵磁線圈;二個分別置于所述中間磁導體兩側的長方體形磁導體;所述中間磁導體與位于其兩側的磁導體之間留有長條形氣隙;兩個片狀第一連接件分別固定在所述管形腔體的兩端;所述片狀第一連接件上設有裝配孔和多對平行放置的呈散射狀排布的長方形孔;所述動子部件包括多對片狀永磁體呈輻射狀垂直安裝在一第二圓形連接件上,每對片狀永磁體中的兩個片狀永磁體互相平行;所述每對片狀永磁體由所述管形腔體一端的第一連接件的長方形孔內插入,延伸至所述管形腔體另一端的第一連接件的長方形孔內;所述定子組件的每個磁路單元位于所述動子部件的每對片狀永磁體的片狀永磁體之間;二個置于所述中間磁導體兩側的磁導體在所述中間磁導體的長度方向對稱充磁形成對稱式磁路,所述勵磁線圈通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙中形成正反方向交替的磁場,所述動子部件在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方向做往復振蕩運動。F2009100768782C0000011.tif,F2009100768782C0000012.tif
2. 按權利要求1所述的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,其特征在于,所述的中 間磁導體和磁導體為硅鋼片、鐵氧體粉、非晶納米晶合金或鈹莫合金等導磁材料加工而成。
3. 按權利要求1所述的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,其特征在于,所述管形 腔體外表面中間段長度略寬于勵磁線圈的長度。
4. 按權利要求1所述的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,其特征在于,所述動子 部件B與負載的連接為將負載置于所述定子部件的管形腔體內。
5. 按權利要求1所述的多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,其特征在于,所述動子 部件與負載的連接為負載置于所述定子部件的管形腔體外的連接方式。
全文摘要
一種多磁路單元片式永磁直線振蕩電動機,其定子部件包括外表面為正多面體的管形腔體;置于其每一外表面上的磁路單元;磁路單元包括縱截面呈“”形中間磁導體,其中柱上繞線圈;二個置于中間磁導體兩側的磁導體,中間磁導體與磁導體間設長條形氣隙;動子部件包括呈輻射狀垂直安裝在連接件上的多對片狀永磁體,片狀永磁體由管形腔體一端連接件上長方形孔內插入延伸至另一端連接件上長方形孔內;每個磁路單元位于片狀永磁體之間;中間磁導體與磁導體在中間磁導體長度方向對稱充磁形成對稱式磁路,線圈通交流電產(chǎn)生磁場,通過對稱式磁路在長條形氣隙中形成正反方向交替的磁場,動子在磁場作用下在長條形氣隙中沿氣隙長度方向做往復振蕩運動。
文檔編號H02K1/27GK101789661SQ200910076878
公開日2010年7月28日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權日2009年1月23日
發(fā)明者張立欽, 田長青, 鄒慧明 申請人:中國科學院理化技術研究所