大推力磁阻直线电机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种大推力磁阻直线电机，包括：具有铁芯的定子和动子；设置在定子铁芯或动子铁芯的槽内的线圈，该线圈被设置成在受到外部电流激励时产生磁场力驱使动子相对于定子做直线运动；以及分布于定子和动子之间的气隙，该气隙平行于动子的运动方向；其中，所述气隙在垂直于动子运动方向的横截面内在圆周方向上呈交错齿状分布。本实用新型的直线电机的设计中，使得气隙平行于运动方向且在垂直于运动方向上有延伸，由此造成气隙垂直于运动方向上的周向长度增加，提高了定子和动子之间的耦合面积，有利于增加推力。
【专利说明】
大推力磁阻直线电机
技术领域
[0001]本实用新型涉及直线电机技术领域，具体而言涉及一种大推力磁阻直线电机。
【背景技术】
[0002]直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机通常被认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，再加上直线电机本身具有结构简单、定位精度高以及反应快、灵敏性高等优点，世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用领域越来越广。
[0003]直线电机主要应用于三个方面:一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机;三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。但目前的直线电机的推力密度小，气隙磁密低的缺点，限制了直线电机的应用。
[0004]如图1、图2所示的圆筒式直线电机以及方形直线电机，其定子(固定部)和动子(可动部)之间有圆筒状气隙，气隙平行于运动方向，当定子的电枢绕组的电流较大时，容易引起磁路饱和、气隙磁密发生畸变以及铁耗增加等缺陷，限制了电机的最大过载能力和推力
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【实用新型内容】
[0005]本实用新型的第一方面旨在提出一种大推力磁阻直线电机，包括:
[0006]具有铁芯的定子和动子；
[0007]设置在定子铁芯或动子铁芯的槽内的线圈，该线圈被设置成在受到外部电流激励时产生磁场力驱使动子相对于定子做轴向直线运动；以及
[0008]分布于定子和动子之间的气隙，该气隙平行于动子的运动方向；
[0009]其中，所述气隙在垂直于动子运动方向的横截面内在圆周方向上呈交错齿状分布。
[0010]应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
[0011]结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的【具体实施方式】的实践中得知。
【附图说明】
[0012]附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中:
[0013]图1是现有技术中圆筒形磁阻直线电机的示意图。
[0014]图2是现有技术中方形磁阻直线电机的示意图。
[0015]图3是根据本实用新型某些实施例的磁阻直线电机的结构示意图。
[0016]图4是根据本实用新型某些实施例的磁阻直线电机的截面位置的示意图。
[0017]图5是根据本实用新型某些实施例的磁阻直线电机的某一齿形配合位置的示意图。
[0018]图6是根据本实用新型某些实施例的磁阻直线电机的定子的示意图(线圈未在该图中表示出)。
[0019]图7是根据本实用新型另一些实施例的磁阻直线电机的结构示意图。
[0020]图8是根据本实用新型某些另一些实施例的磁阻直线电机的截面位置的示意图。
【具体实施方式】
[0021]为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
[0022]在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
[0023]结合图3、图4所示，根据本实用新型的实施例，一种大推力磁阻直线电机100，构造成圆筒形，包括动子110、定子120、以及位于定子和动子之间的气隙130。
[0024]动子110，被设置成在定子120通电产生磁通时驱动其相对定子120做轴向直线运动.
[0025]结合图3、6，定子120，具有定子铁芯121以及线圈122，线圈122位于定子铁芯的槽内。
[0026]结合图4，气隙130分布于定子和动子之间，该气隙平行于动子的运动方向。
[0027]在本例中，气隙130在垂直于动子运动方向的横截面上至少部分地呈凹凸交错的齿状分布。
[0028]也就是说，气隙130垂直于动子运动方向上具有延伸，而不是现有技术中的环形平滑设计结构。
[0029]通过这样的设计，增大气隙垂直于运动方向上的长度，提高了定子和动子之间的耦合面积，有利于增加推力，提高电机的推力密度。
[°03°] 如图3、图4、图5所不，所述动子110包括磁轭111以及设置在磁轭表面的凸极112，所述凸极112的表面设置有复数个第一齿形112a，所述定子铁芯121上设置有与所述第一齿形112a适配的复数个齿槽123a。
[0031]如图3、图6，所述第一齿形112a和齿槽123a的齿形大致相同，均采用梯形结构设i+o
[0032]在另一些例子中，第一齿形112a和齿槽123a的齿形还可以采用三角形、方形、半圆形、正弦形、渐开线形中的一种。
[0033]为了获得更好的推力增强效果，复数个第一齿形112a在动子110上均匀地分布，且复数个齿槽123a在定子120上均匀地分布。
[0034]值得一提的是，直线电机还包括未表示出的导向装置，与所述动子连接用于约束动子运动的导向。
[0035]图7表示了构造为方形结构的磁阻直线电机的示意图，图8为该方形磁阻直线电机的截面示意图。如图所示，该直线电机200同样具有前述的动子210和定子220，以及分布于定子和动子之间的气隙230，该气隙230平行于动子的运动方向。
[0036]由图7、8所示，标号211表示为动子磁轭，对比图2所示，本例子中在磁轭上设置了第一齿形211a，标号221表示为定子铁芯，定子铁芯221的槽中设置有绕组，并且定子铁芯的齿上同样设置有与所述第一齿形211a相互适配的齿槽223。如此，将动子210在安装到定子220中以后，对定子220通电尤其绕组产生磁通，经由第一齿形221a、气隙230以及齿槽223产生吸引力，驱动动子210相对定子220轴向直线运动。由此得到，气隙230在垂直于动子210运动方向的横截面上至少部分地呈凹凸交错的齿状分布。即气隙230垂直于动子运动方向上具有延伸，而不是现有技术中的环形平滑设计结构。
[0037]通过这样的设计，增大气隙垂直于运动方向上的长度，提高了定子和动子之间的耦合面积，有利于增加推力，提高电机的推力密度。
[0038]如图3、图7的磁阻直线电机，结合图4、图8所示，其运行过程如下:
[0039]向磁阻直线电机的定子线圈122通电使其产生磁通，该磁通经过定子120的齿槽123a、气隙130及动子的第一齿形112a而闭合，产生吸引力；
[0040]磁阻直线电机的动子120受到所述吸引力的作用而相对于定子做轴向直线运动。
[0041]同时，在动子运动时，还受到导向装置的导向作用，使其沿着同一方向做直线运动。
[0042]磁阻直线电机利用磁阻最小原理，即线圈产生的磁通沿磁阻最小的路径闭合，利用定子与动子的齿极间的吸力拉动动子作直线运动。结合图3-5所示，前述实施例提出的磁阻直线电机，定子与动子之间的气隙沿径向均匀分布且在径向具有延伸，在垂直于动子运动方向的横截面上至少部分地呈凹凸交错的齿状分布，线圈通电后其产生的磁通经过定子齿极的齿形、气隙及动子的齿形而闭合，产生的吸引力大小受气隙中的磁感应强度(或磁力线密度)及齿形间的相互作用面积影响较大，通过本实用新型提出的设计，藉此以增大耦合面积，提高推力密度。
[0043]结合图1、图2所示的现有技术的磁阻直线电机，本实用新型在传统磁阻直线电机结构的基础上，将定子与动子设计为多齿结构，如图3、4所示，正如以上所描述的，该方案设计的直线电机具有如下显著优点:I)有效增加了定子与动子齿极间的相互作用面积，磁力线通过齿顶、齿根和齿面分别闭合;2)增加了气隙的周向长度，并且由于磁力线闭合路径的分散，有效降低了气隙的磁饱和程度，在保证导磁材料磁通不饱和的情况下，允许通入更大的电流，从而产生较大的吸引力。
[0044]虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
【主权项】
1.一种大推力磁阻直线电机，其特征在于，包括: 具有铁芯的定子和动子； 设置在定子铁芯或动子铁芯的槽内的线圈，该线圈被设置成在受到外部电流激励时产生磁场力驱使动子相对于定子做轴向直线运动；以及 分布于定子和动子之间的气隙，该气隙平行于动子的运动方向； 其中，所述气隙在垂直于动子运动方向的横截面内在圆周方向上呈交错齿状分布。2.根据权利要求1所述的大推力磁阻直线电机，其特征在于，所述动子包括磁轭以及设置在磁轭表面的凸极，所述凸极的表面设置有复数个第一齿形，定子铁芯的齿上设置有与所述第一齿形适配的复数个齿槽。3.根据权利要求2所述的大推力磁阻直线电机，其特征在于，所述第一齿形相同，采用三角形、梯形、方形、半圆形、正弦形，渐开线形中的一种。4.根据权利要求2所述的大推力磁阻直线电机，其特征在于，所述复数个第一齿形在动子上均匀地分布，且复数个齿槽在定子上均匀地分布。5.根据权利要求1所述的大推力磁阻直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括导向装置，与所述动子连接用于约束动子运动的导向。
【文档编号】H02P25/08GK205566071SQ201620239954
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】殷德军, 时岩, 王舸
【申请人】南京理工大学, 王舸, 刘生喜, 孙经全