專利名稱：磁推力直線電機(jī)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于精密測量、計量、辦公自動化設(shè)備、工業(yè)電器、家用電器、機(jī) 器人、汽車、航空航天設(shè)備等各種場合的定位和驅(qū)動的磁推力直線電機(jī)及其工作方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的直線感應(yīng)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)式感應(yīng)電機(jī)的工作原理相似，當(dāng)初級繞組通入交流電 源時，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場，次級在行波磁場切割下，感應(yīng)出電動勢并產(chǎn)生電流，該電 流與氣隙中的磁場相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運(yùn) 動；反之，則初級做直線運(yùn)動。直線電機(jī)具有以下特點(diǎn)
1、高速響應(yīng)由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機(jī)械傳動件(如絲杠 等)，使控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。2、高精度直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減 少了插補(bǔ)運(yùn)動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大 提高機(jī)床的定位精度。3、動剛度高由于“直接驅(qū)動”，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性 變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動滯后現(xiàn)象，同時也提高了其傳動剛度。4、行程長度不受限制在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電動機(jī)，可以無限延長其行程長度。5、運(yùn)動安靜、噪音低由于取消了傳動絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾 動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無機(jī)械接觸)，其運(yùn)動時噪音將大大降低。直線電機(jī)適用于機(jī)械、精密測量、計量、辦公自動化設(shè)備、工業(yè)電器、家用電器、機(jī) 器人、汽車、航空航天設(shè)備等各種場合的定位和驅(qū)動。但是，現(xiàn)有的感應(yīng)式直線電機(jī)由于工作原理、結(jié)構(gòu)和力傳遞方式的限制，存在推力 小、效率低、損耗大、質(zhì)量功率比小等缺陷，不能滿足所有場合的使用要求，需要有特殊性能 的直線電機(jī)來彌補(bǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種推力大、效率高、損 耗小、質(zhì)量功率比大的磁推力直線電機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于上述磁推力直線電機(jī)的工作方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)磁推力直線電機(jī)，主要由設(shè)置有中心孔的 電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電機(jī)動子構(gòu)成，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及 設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈 徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置 有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通； 所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向頂桿，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向頂桿，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧；所述徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端還依次連通有徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔，徑向扛桿腔內(nèi) 設(shè)置有一端與徑向頂桿相接觸的徑向扛桿，徑向扛桿的另一端與設(shè)置在徑向磁力推動腔內(nèi) 的徑向磁推動裝置相接觸；所述軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端還依次連通有軸向扛桿腔和 軸向磁力推動腔，軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有一端與軸向頂桿相接觸的軸向扛桿，軸向扛桿的另 一端與設(shè)置在軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向磁推動裝置相接觸。
所述徑向磁推動裝置包括彼此相接觸的徑向電磁鐵和徑向永久磁鐵，且徑向電磁 鐵通電后與永久磁鐵相近的一端磁極性相同，徑向扛桿遠(yuǎn)離徑向頂桿的一端與徑向電磁鐵 或徑向永久磁鐵相接觸，當(dāng)給徑向電磁鐵通電，徑向電磁鐵產(chǎn)生與徑向永久磁鐵相反的磁 場，互相之間產(chǎn)生推力，該推力即為驅(qū)動徑向位移機(jī)構(gòu)頂桿移動的動力；所述軸向磁推動 裝置包括彼此相接觸的軸向電磁鐵和軸向永久磁鐵，且軸向電磁鐵通電后與軸向永久磁鐵 相近的一端磁極性相同，軸向扛桿遠(yuǎn)離軸向頂桿的一端與軸向電磁鐵或軸向永久磁鐵相接 觸，當(dāng)給軸向電磁鐵通電，軸向電磁鐵產(chǎn)生與軸向永久磁鐵相反的磁場，互相之間產(chǎn)生推 力，該推力即為驅(qū)動軸向位移機(jī)構(gòu)頂桿移動的動力。所述徑向電磁鐵和軸向電磁鐵均通過電源線與外部電源相連，所述外部電源為電 機(jī)的供電電源和控制電源；電源裝置和控制裝置按照預(yù)先的設(shè)定分別對電機(jī)各徑向電磁鐵 和軸向電磁鐵的通電的時間、矢量、頻率以及邏輯順序進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的速度、推 力、位移、運(yùn)行方向；上述參數(shù)可預(yù)先設(shè)置且可根據(jù)使用要求隨時修改。所述徑向扛桿腔的軸線分別垂直于徑向凹槽和徑向磁力推動腔的軸線，且徑向扛 桿腔內(nèi)設(shè)置有徑向扛桿軸，徑向扛桿與徑向扛桿軸配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動；軸向扛桿腔的 軸線分別垂直于軸向凹槽和軸向磁力推動腔的軸線，且軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有軸向扛桿軸， 軸向扛桿與軸向扛桿軸上配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動；從而構(gòu)成類似扛桿原理的推動機(jī)構(gòu)，具 有將力放大或?qū)⑽灰品糯蟮墓δ?。所述中心孔的?nèi)壁上鑲嵌有若干個滾珠，所述電機(jī)動子的外圓沿軸向設(shè)置有與滾 珠位置相匹配的滑槽，電機(jī)動子通過滑槽和滾珠與電機(jī)定子形成滑動配合；由于采用了此 種結(jié)構(gòu)，從而減小了電機(jī)動子在中心孔內(nèi)運(yùn)動所受到的摩擦力。所述定子殼體主要由定子殼體A和定子殼體B扣合在一起構(gòu)成，便于安裝和拆卸， 本發(fā)明中的定子殼體不限于由兩塊殼體組裝而成，也可根據(jù)實際情況另行設(shè)計。所述徑向凹槽、與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端依次連通的徑向扛桿腔和徑向磁力 推動腔、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽、與軸向凹槽遠(yuǎn) 離徑向凹槽的一端依次連通的軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向頂 桿、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向頂桿、設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧、分別設(shè)置在徑向扛桿腔和徑 向磁力推動腔內(nèi)的徑向扛桿和徑向磁推動裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔 內(nèi)的軸向扛桿和軸向磁推動裝置構(gòu)成左驅(qū)動結(jié)構(gòu)；所述徑向凹槽、與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔 的一端依次連通的徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置 在徑向凹槽左側(cè)的軸向凹槽、與軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端依次連通的軸向扛桿腔和軸 向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向頂桿、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向頂桿、以及設(shè)置在 彈簧凹槽內(nèi)的彈簧、分別設(shè)置在徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔內(nèi)的徑向扛桿和徑向磁推動 裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向扛桿和軸向磁推動裝置構(gòu)成右驅(qū) 動結(jié)構(gòu)；當(dāng)電機(jī)只需單方向運(yùn)行的功能時只設(shè)立左驅(qū)動結(jié)構(gòu)或右驅(qū)動結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要正反向運(yùn)行的功能時則左右驅(qū)動結(jié)構(gòu)都要設(shè)置，即左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)均至少為一個。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向凹槽均為兩 個，且沿中心孔對稱設(shè)置，兩個徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端均分別連通有徑向扛桿腔，兩個 徑向扛桿腔與同一個徑向磁力推動腔相連通；所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的軸向凹槽 也均為兩個，且分別與左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的兩個徑向凹槽相連通；本發(fā)明中的左 驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向凹槽和軸向凹槽數(shù)目不限于此，也可根據(jù)實際需要另行選 擇。
上述電機(jī)動子和電機(jī)定子零部件的材質(zhì)可以是金屬材料也可以是非金屬材料。上述徑向凹槽優(yōu)先設(shè)計為垂直于中心孔的中軸線，由于電機(jī)動子與中心孔為同心 設(shè)置，即徑向凹槽優(yōu)先設(shè)計為垂直于電機(jī)動子的中軸線，在實際使用中，根據(jù)需要可有小角 度的傾角；所述軸向凹槽平行于電子動子的中軸線?；谏鲜龃磐屏χ本€電機(jī)的工作方法，包括左驅(qū)動過程和右驅(qū)動過程，其中 左驅(qū)動過程電機(jī)初始狀態(tài)下，向其左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵通電，使徑向電磁鐵勵
磁并與徑向永久磁鐵磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，徑向永久磁鐵向中心孔相 反方向運(yùn)動，推動徑向扛桿的一端向中心孔相反方向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑向扛桿的另一端向 中心孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿向電機(jī)動子擠壓，使徑向頂桿與電機(jī)動子形成緊配合；然后 向左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的軸向電磁鐵通電，使軸向電磁鐵勵磁并與軸向永久磁鐵磁性方向相反， 在同極相斥的磁力作用下，軸向電磁鐵沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，推動軸向扛桿的一端沿電機(jī) 定子右側(cè)運(yùn)動，進(jìn)而推動徑向頂桿的另一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，從而推動徑向頂桿帶動 電機(jī)動子向左移動；驅(qū)動結(jié)束后，對徑向電磁鐵和軸向電磁鐵斷電，徑向頂桿和軸向頂桿恢 復(fù)常態(tài)，且在彈簧的作用下，徑向頂桿移動到最右側(cè)；
右驅(qū)動過程當(dāng)電機(jī)動子左移到極限位置后，向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵通電，使徑 向電磁鐵勵磁并與徑向永久磁鐵磁性方向相反，在磁力作用下，徑向永久磁鐵向中心孔相 反方向運(yùn)動，推動徑向扛桿的一端向中心孔相反方向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑向扛桿的另一端向 中心孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿向電機(jī)動子擠壓，使徑向頂桿與電機(jī)動子形成緊配合；然后 向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中軸向電磁鐵通電，使軸向電磁鐵勵磁并與軸向永久磁鐵磁性方向相反，在 磁力作用下，軸向電磁鐵沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，推動軸向扛桿的一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動， 進(jìn)而推動徑向頂桿的另一端沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，從而推動徑向頂桿帶動電機(jī)動子向右移 動；驅(qū)動結(jié)束后，對徑向電磁鐵和軸向電磁鐵斷電，徑向頂桿和軸向頂桿恢復(fù)常態(tài)，且在彈 簧的作用下，徑向頂桿移動到最左側(cè)；
重復(fù)上述左驅(qū)動過程，電機(jī)動子即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向左的直線運(yùn)動；重復(fù) 上述右驅(qū)動過程，電機(jī)動子即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向右的直線運(yùn)動。上述電機(jī)工作方法針對只有一個左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和一個右驅(qū)動結(jié)構(gòu)的情況，在實際工 作中常常根據(jù)需要設(shè)計多個左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動原理均建立在上述方法的基 礎(chǔ)上，在此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明相對于現(xiàn)有的感應(yīng)式直線電機(jī)，在同等輸入功率下具有更大的推力；
(2)本發(fā)明相對于現(xiàn)有的感應(yīng)式直線電機(jī)，可以具有更高的運(yùn)行速度；
(3)本發(fā)明相對于現(xiàn)有的感應(yīng)式直線電機(jī)，具有更高的工作效率；(4)本發(fā)明相對于現(xiàn)有的感應(yīng)式直線電機(jī)，工作損耗小，使用壽命更長；
(5)本發(fā)明通過設(shè)置徑向推力放大機(jī)構(gòu)和軸向推力放大機(jī)構(gòu)，提高了在同等功率下電 機(jī)的推力，降低了電機(jī)的制造成本。



圖1為本發(fā)明實施例1的剖視圖； 圖2為圖1中A向結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱1 一電機(jī)動子；2—徑向頂桿；3—軸向頂桿；4一 彈簧；5—徑向扛桿；6—軸向扛桿；7—徑向電磁鐵；8—徑向永久磁鐵；9一軸向電磁鐵； 10—軸向永久磁鐵；11一徑向扛桿軸；12—軸向扛桿軸；13—滾珠；14一定子殼體A ； 15— 定子殼體B ;16 —電源線；17—滑槽。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不 僅限于此。實施例1
如圖1和2所示，本發(fā)明主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的 電機(jī)動子1構(gòu)成，所述電機(jī)定子主要由定子殼體A14和定子殼體B15扣合在一起構(gòu)成的定 子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分 別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左 側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向 凹槽相連通；所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向頂桿2，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向頂桿3，彈簧凹槽 內(nèi)設(shè)置有彈簧4 ；所述徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端還依次連通有徑向扛桿腔和徑向磁力推 動腔，徑向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有一端與徑向頂桿2相接觸的徑向扛桿5，徑向扛桿5的另一端與 設(shè)置在徑向磁力推動腔內(nèi)的徑向磁推動裝置相接觸；所述軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端還 依次連通有軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔，軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有一端與軸向頂桿3相接觸 的軸向扛桿6，軸向扛桿6的另一端與設(shè)置在軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向磁推動裝置相接觸。所述徑向磁推動裝置包括彼此相接觸的徑向電磁鐵7和徑向永久磁鐵8，且徑向 電磁鐵7通電后與永久磁鐵8相近的一端磁極性相同，徑向扛桿5遠(yuǎn)離徑向頂桿2的一端 與徑向電磁鐵7或徑向永久磁鐵8相接觸；所述軸向磁推動裝置包括彼此相接觸的軸向電 磁鐵9和軸向永久磁鐵10，且軸向電磁鐵9通電后與軸向永久磁鐵10相近的一端磁極性相 同，軸向扛桿6遠(yuǎn)離軸向頂桿3的一端與軸向電磁鐵9或軸向永久磁鐵10相接觸
所述徑向電磁鐵7和軸向電磁鐵9均通過電源線16與外部電源相連，所述外部電源為 電機(jī)的供電電源和控制電源；電源裝置和控制裝置按照預(yù)先的設(shè)定分別對電機(jī)各徑向電磁 鐵7和軸向電磁鐵9的通電的時間、矢量、頻率以及邏輯順序進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的速 度、推力、位移、運(yùn)行方向；上述參數(shù)可預(yù)先設(shè)置且可根據(jù)使用要求隨時修改。所述中心孔的內(nèi)壁上鑲嵌有若干個滾珠13，所述電機(jī)動子1的外圓沿軸向設(shè)置有 與滾珠位置相匹配的滑槽17，電機(jī)動子1通過滑槽17和滾珠13與電機(jī)定子形成滑動配合； 由于采用了此種結(jié)構(gòu)，從而減小了電機(jī)動子1在中心孔內(nèi)運(yùn)動所受到的摩擦力。
所述徑向扛桿腔的軸線分別垂直于徑向凹槽和徑向磁力推動腔的軸線，且徑向扛 桿腔內(nèi)設(shè)置有徑向扛桿軸11，徑向扛桿5與徑向扛桿軸11配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動；軸向扛 桿腔的軸線分別垂直于軸向凹槽和軸向磁力推動腔的軸線，且軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有軸向扛 桿軸12，軸向扛桿6與軸向扛桿軸12上配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明涉及的直線電機(jī)中左驅(qū)動結(jié)構(gòu)主要由徑向凹槽、與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的 一端依次連通的徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在 徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽、與軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端依次連通的軸向扛桿腔和軸向 磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向頂桿2、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向頂桿3、設(shè)置在彈 簧凹槽內(nèi)的彈簧4、分別設(shè)置在徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔內(nèi)的徑向扛桿5和徑向磁推 動裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向扛桿6和軸向磁推動裝置構(gòu) 成；右驅(qū)動結(jié)構(gòu)主要由徑向凹槽、與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端依次連通的徑向扛桿腔和 徑向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的軸向凹槽、與軸 向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端依次連通的軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi) 的徑向頂桿2、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向頂桿3、以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧4、分別設(shè)置 在徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔內(nèi)的徑向扛桿5和徑向磁推動裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿 腔和軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向扛桿6和軸向磁推動裝置構(gòu)成右驅(qū)動結(jié)構(gòu)；當(dāng)電機(jī)只需單方 向運(yùn)行的功能時只設(shè)立左驅(qū)動結(jié)構(gòu)或右驅(qū)動結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要正反向運(yùn)行的功能時則左右驅(qū)動 結(jié)構(gòu)都要設(shè)置，即左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)均至少為一個。本實施中的圖1和圖2所示的電機(jī)僅僅是例針對左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)均為一 個的情況，但本發(fā)明涉及的電機(jī)的左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)數(shù)目可以根據(jù)實際情況隨意設(shè) 計；且在圖1和圖2中，左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向凹槽均為兩個，且沿中心孔對稱 設(shè)置，兩個徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端均分別連通有徑向扛桿腔，兩個徑向扛桿腔與同一 個徑向磁力推動腔相連通；所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的軸向凹槽也均為兩個，且分 別與左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的兩個徑向凹槽相連通?，F(xiàn)結(jié)合圖1和圖2所示的電機(jī)，詳細(xì)闡述本發(fā)明的工作原理及其過程，其包括左驅(qū) 動過程和右驅(qū)動過程，其中
左驅(qū)動過程電機(jī)初始狀態(tài)下，向其左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵7通電，使徑向電磁鐵 7勵磁并與兩塊徑向永久磁鐵8磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，兩塊徑向永久磁 鐵8均向中心孔相反方向運(yùn)動，各自推動與其相接觸的徑向扛桿5的一端向中心孔相反方 向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑向扛桿5的另一端向中心孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿2向電機(jī)動子1擠 壓，使徑向頂桿2與電機(jī)動子1形成緊配合；然后向左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的兩塊軸向電磁鐵9通 電，使兩塊軸向電磁鐵9勵磁并分別與兩塊軸向永久磁鐵10磁性方向相反，在同極相斥的 磁力作用下，兩塊軸向電磁鐵9均沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，并分別推動軸向扛桿6的一端沿電 機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，進(jìn)而推動徑向頂桿2的另一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，從而推動徑向頂桿2 帶動電機(jī)動子1向左移動；驅(qū)動結(jié)束后，對徑向電磁鐵7和軸向電磁鐵9斷電，徑向頂桿2 和軸向頂桿3恢復(fù)常態(tài)，且在彈簧4的作用下，徑向頂桿2移動到最右側(cè)；
右驅(qū)動過程向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵7通電，使徑向電磁鐵7勵磁并與兩塊徑向 永久磁鐵8磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，兩塊徑向永久磁鐵8均向中心孔相反 方向運(yùn)動，各自推動與其相接觸的徑向扛桿5的一端向中心孔相反方向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑向扛桿5的另一端向中心孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿2向電機(jī)動子1擠壓，使徑向頂桿2與 電機(jī)動子1形成緊配合；然后向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的兩塊軸向電磁鐵9通電，使兩塊軸向電磁鐵 9勵磁后并與兩塊軸向永久磁鐵10磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，兩塊軸向電 磁鐵9沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，推動軸向扛桿6的一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，進(jìn)而推動徑向頂 桿2的另一端沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，從而推動徑向頂桿2帶動電機(jī)動子1向右移動；驅(qū)動結(jié) 束后，對徑向電磁鐵7和軸向電磁鐵9斷電，徑向頂桿2和軸向頂桿3恢復(fù)常態(tài)，且在彈簧 4的作用下，兩塊徑向頂桿2移動到最左側(cè)；
重復(fù)上述左驅(qū)動過程，電機(jī)動子1即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向左的直線運(yùn)動；重 復(fù)上述右驅(qū)動過程，電機(jī)動子1即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向右的直線運(yùn)動。
上述過程只針對左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)均為一個的情況，但不局限于此，在實 際過程中，為了使得電子動子1的左移和右移距離更大，常常設(shè)計多個左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū) 動結(jié)構(gòu)，使其連續(xù)的進(jìn)行左驅(qū)動過程或右驅(qū)動過程，直至達(dá)到需求的運(yùn)動距離，其驅(qū)動原理 均建立在上述結(jié)構(gòu)和方法的基礎(chǔ)上，在此不再贅述。如上所述，便可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.磁推力直線電機(jī)，主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電 機(jī)動子(1)構(gòu)成，其特征在于，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑 向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置； 所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹 槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通；所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有 徑向頂桿(2)，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向頂桿(3)，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧(4);所述徑向凹槽 遠(yuǎn)離中心孔的一端還依次連通有徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔，徑向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有一端 與徑向頂桿(2)相接觸的徑向扛桿(5)，徑向扛桿(5)的另一端與設(shè)置在徑向磁力推動腔內(nèi) 的徑向磁推動裝置相接觸；所述軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端還依次連通有軸向扛桿腔和 軸向磁力推動腔，軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有一端與軸向頂桿(3)相接觸的軸向扛桿(6)，軸向扛 桿(6)的另一端與設(shè)置在軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向磁推動裝置相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向磁推動裝置包括彼 此相接觸的徑向電磁鐵(7 )和徑向永久磁鐵(8 )，且徑向電磁鐵(7 )通電后與永久磁鐵(8 ) 相近的一端磁極性相同，徑向扛桿(5 )遠(yuǎn)離徑向頂桿(2 )的一端與徑向電磁鐵(7 )或徑向永 久磁鐵(8)相接觸；所述軸向磁推動裝置包括彼此相接觸的軸向電磁鐵(9)和軸向永久磁 鐵(10)，且軸向電磁鐵(9)通電后與軸向永久磁鐵(10)相近的一端磁極性相同，軸向扛桿 (6 )遠(yuǎn)離軸向頂桿(3 )的一端與軸向電磁鐵(9 )或軸向永久磁鐵(10 )相接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向電磁鐵(7)和軸向電 磁鐵(9 )均通過電源線(16 )與外部電源相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向扛桿腔的軸線分別 垂直于徑向凹槽和徑向磁力推動腔的軸線，且徑向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有徑向扛桿軸(11)，徑向 扛桿(5)與徑向扛桿軸(11)配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動；軸向扛桿腔的軸線分別垂直于軸向凹 槽和軸向磁力推動腔的軸線，且軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)置有軸向扛桿軸(12)，軸向扛桿(6)與軸 向扛桿軸(12)上配合設(shè)置且能繞其轉(zhuǎn)動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述中心孔的內(nèi)壁上鑲嵌有 若干個滾珠(13)，所述電機(jī)動子(1)的外圓沿軸向設(shè)置有與滾珠(13)位置相匹配的滑槽 (17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述定子殼體主要由定子殼 體A (14)和定子殼體B (15)扣合在一起構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向凹槽、 與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端依次連通的徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽 左側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽、與軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端依次 連通的軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向頂桿(2)、設(shè)置在軸向凹 槽內(nèi)的軸向頂桿(3)、設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧(4)、分別設(shè)置在徑向扛桿腔和徑向磁力推 動腔內(nèi)的徑向扛桿(5)和徑向磁推動裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔內(nèi)的 軸向扛桿(6)和軸向磁推動裝置構(gòu)成左驅(qū)動結(jié)構(gòu)；所述徑向凹槽、與徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔 的一端依次連通的徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置 在徑向凹槽左側(cè)的軸向凹槽、與軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端依次連通的軸向扛桿腔和軸 向磁力推動腔、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向頂桿(2)、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向頂桿(3)、以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧(4)、分別設(shè)置在徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔內(nèi)的徑向扛桿(5)和徑向磁推動裝置、分別設(shè)置在軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔內(nèi)的軸向扛桿(6)和軸向 磁推動裝置構(gòu)成右驅(qū)動結(jié)構(gòu)；所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)均至少為一個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁推力直線電機(jī)，其特征在于，所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié) 構(gòu)中的徑向凹槽均為兩個，且沿中心孔對稱設(shè)置，兩個徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端均分別 連通有徑向扛桿腔，兩個徑向扛桿腔與同一個徑向磁力推動腔相連通；所述左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和 右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的軸向凹槽也均為兩個，且分別與左驅(qū)動結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的兩個徑向凹 槽相連通。
9.基于上述磁推力直線電機(jī)的工作方法，其特征在于，包括左驅(qū)動過程和右驅(qū)動過程， 其中左驅(qū)動過程電機(jī)初始狀態(tài)下，向其左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵(7)通電，使徑向電磁 鐵(7)勵磁并與徑向永久磁鐵(8)磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，徑向永久磁鐵 (8)向中心孔相反方向運(yùn)動，推動徑向扛桿(5)的一端向中心孔相反方向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑 向扛桿(5)的另一端向中心孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿(2)向電機(jī)動子(1)擠壓，使徑向頂 桿(2 )與電機(jī)動子(1)形成緊配合；然后向左驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的軸向電磁鐵(9 )通電，使軸向電 磁鐵(9)勵磁并與軸向永久磁鐵(10)磁性方向相反，在同極相斥的磁力作用下，軸向電磁 鐵(9)沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，推動軸向扛桿(6)的一端沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，進(jìn)而推動徑向 頂桿(2)的另一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，從而推動徑向頂桿(2)帶動電機(jī)動子(1)向左移 動；驅(qū)動結(jié)束后，對徑向電磁鐵(7)和軸向電磁鐵(9)斷電，徑向頂桿(2)和軸向頂桿(3)恢 復(fù)常態(tài)，且在彈簧(4)的作用下，徑向頂桿(2)移動到最右側(cè)；右驅(qū)動過程向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中的徑向電磁鐵(7)通電，使徑向電磁鐵(7)勵磁并與徑 向永久磁鐵(8)磁性方向相反，在磁力作用下，徑向永久磁鐵(8)向中心孔相反方向運(yùn)動， 推動徑向扛桿(5)的一端向中心孔相反方向運(yùn)動，進(jìn)而使得徑向扛桿(5)的另一端向中心 孔方向運(yùn)動，帶動徑向頂桿(2 )向電機(jī)動子(1)擠壓，使徑向頂桿(2 )與電機(jī)動子(1)形成 緊配合；然后向右驅(qū)動結(jié)構(gòu)中軸向電磁鐵(9)通電，使軸向電磁鐵(9)勵磁并與軸向永久磁 鐵(10)磁性方向相反，在磁力作用下，軸向電磁鐵(9)沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，推動軸向扛桿(6)的一端沿電機(jī)定子左側(cè)運(yùn)動，進(jìn)而推動徑向頂桿(2)的另一端沿電機(jī)定子右側(cè)運(yùn)動，從 而推動徑向頂桿(2)帶動電機(jī)動子(1)向右移動；驅(qū)動結(jié)束后，對徑向電磁鐵(7)和軸向電 磁鐵(9)斷電，徑向頂桿(2)和軸向頂桿(3)恢復(fù)常態(tài)，且在彈簧(4)的作用下，徑向頂桿(2) 移動到最左側(cè)；重復(fù)上述左驅(qū)動過程，電機(jī)動子(1)即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向左的直線運(yùn)動； 重復(fù)上述右驅(qū)動過程，電機(jī)動子(1)即相對于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的向右的直線運(yùn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁推力直線電機(jī)，包括電機(jī)定子和電機(jī)動子，電機(jī)定子設(shè)置有徑向凹槽和軸向凹槽；徑向凹槽與中心孔相通，其左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相通；徑向凹槽和軸向凹槽內(nèi)分別設(shè)置有徑向頂桿和軸向頂桿，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧；徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔一端連有徑向扛桿腔和徑向磁力推動腔，徑向扛桿腔內(nèi)設(shè)有徑向扛桿，徑向磁力推動腔內(nèi)設(shè)有徑向磁推動裝置；軸向凹槽遠(yuǎn)離徑向凹槽的一端連有軸向扛桿腔和軸向磁力推動腔，軸向扛桿腔內(nèi)設(shè)有軸向扛桿，軸向磁力推動腔內(nèi)設(shè)置有軸向磁推動裝置。本發(fā)明還公開了一種磁推力直線電機(jī)的工作方法。本發(fā)明推力大、效率高、損耗小、質(zhì)量功率比大。
文檔編號H02N11/00GK102136815SQ20111009339
公開日2011年7月27日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者劉勤 申請人:劉勤