专利名称：短磁路结构圆筒型直流直线电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机领域。
背景技术：
基于安培力原理制造的直流直线电机，结构简单、体积小、推力波动小， 且可靠性高、能量转换效率高，越来越多地用在各种直线运动控制系统中。 加上直流直线电机的快速、平滑、无齿槽效应、无滞后响应等特性，使直流 直线电机可以很好地应用在需要高速、高加速度、高推力响应的伺服控制系 统中。
如图13所示，在圆筒型直流直线电机的传统结构中，永磁体为圆筒形， 径向充磁，固定于一个圆筒形的外导磁轭的内侧，环形线圈固定于圆筒形的 线圈支撑架上，环形线圈的内侧为圆柱形的内导磁轭，外导磁轭、永磁体、 环形线圈与内导磁轭同轴线。外导磁轭与内导磁轭在一个端面连接在一起， 形成一个部件。永磁体形成沿径向的气隙磁场，通电线圈与磁场相互作用， 产生沿轴线的电磁力。该电机的结构简单，成本低。但是，由于永磁体需要 通过内、外导磁轭形成闭合磁路，因此，该电机的磁路长，气隙磁密低，铁 心用量多，电机的重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，电机的动态 特性差。
发明内容
本发明为了解决现有电机的磁路长、气隙磁密低、铁心用量多、电机的 重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，导致的电机的动态特性差的问 题，而提出一种短磁路结构圆筒型直流直线电机。
本发明它包括初级、次级和气隙，初级包括绕组支撑座1和电枢绕组2;
电枢绕组2为单相绕组，所述单相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互 串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座l上；次级包括 永磁体和导磁轭；导磁轭包括外导磁轭4和内导磁轭5，外导磁轭4和内导 磁轭5为圆环形导磁轭；永磁体包括外次级永磁体31，外次级永磁体31为 三个圆环形永磁体;外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭4的内壁上;外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿
轴向依次为外向径向充磁、轴向充磁、内向径向充磁；外次级永磁体31的内 表面与初级的外表面之间为外气隙；初级的内表面与内导磁轭5的外表面之 间是内气隙。
本发明该电机采用短磁路结构，可以縮短永磁体磁通的路径，能够减少 密度大的导磁材料的用量，从而可以减小直线电机的次级质量与漏磁，提高 气隙磁通密度，从而可以提高电机的输出推力和动态响应。
图1是具体实施方式
一的结构示意图；图2是具体实施方式
二的结构示 意图；图3和图4是具体实施方式
三的结构示意图；图5和图6是具体实施 方式四的结构示意图；图7和图8是具体实施方式
五的结构示意图；图9和 图IO是具体实施方式
十的结构示意图；图1具体实施方式
一的径向剖视图； 图12是图11的A部放大图；图13是传统圆筒型直流直线电机的结构示意 图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1、图11和图12说明本实施方式，本实施方 式由初级、次级和气隙组成；
初级包括绕组支撑座1和电枢绕组2;电枢绕组2为单相绕组，所述单 相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线 圈沿轴向固定于绕组支撑座l上；次级包括永磁体和导磁轭；导磁轭包括外 导磁轭4和内导磁轭5，外导磁轭4和内导磁轭5为圆环形导磁轭；永磁体 包括外次级永磁体31，外次级永磁体31为三个圆环形永磁体；外次级永磁 体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭4的内壁 上；外次级永磁体31的三个圆环形永磁体沿轴向依次为外向径向充磁、轴向 充磁、内向径向充磁；外次级永磁体31的内表面与初级的外表面之间为外气 隙；初级的内表面与内导磁轭5的外表面之间是内气隙。
具体实施方式
二结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方 式一不同点在于所述永磁体还包括内次级永磁体32，内次级永磁体32为三 个圆环形永磁体，内次级永磁体32紧密配合在圆环形的内导磁轭5的外壁上;内次级永磁体32的轴向长度与外次级永磁体31的轴向长度相同，内次级永 磁体32沿轴向依次为径向充磁、轴向充磁、径向充磁；内次级永磁体32中 径向充磁的永磁体与外次级永磁体31中径向充磁的永磁体的充磁方向相同， 内次级永磁体32中轴向充磁的永磁体与外次级永磁体31中轴向充磁的永磁 体的充磁方向相反。
具体实施方式
三结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一或二不同点在于增加了导磁环6，所述导磁环6固定在永磁体中 轴向充磁的永磁体与导磁轭之间。具体结构为
对于只有一个外次级永磁体31的具体实施方式
一所述的短磁路结构圆 筒型直流直线电机的结构，本实施方式为增加一个导磁环6，所述导磁环6 固定在外次级永磁体31中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭4之间。其 它组成和连接方式与具体实施方式
一相同；
对于有一个外次级永磁体31和一个内次级永磁体32的在具体实施方式
二所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机的结构，本实施方式为增加两个导 磁环64，所述两个导磁环6分别固定在外次级永磁体31中的轴向充磁的圆 环形永磁体与外导磁轭4之间、和内次级永磁体32中的轴向充磁的圆环形永 磁体与内导磁轭5之间。其它组成和连接方式与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一、二或三不同点在于增加了阻尼套筒7，阻尼套筒7紧密配合在 内导磁轭5的外表面，阻尼套筒7为低电阻率材料，低电阻率材料为金、银、 铜和铝。其它组成和连接方式与具体实施方式
一、二或三相同。
对于具体实施方式
三，增加有导磁环6的电机结构，本实施方式增加的 阻尼套筒7位于内导磁轭5与导磁环6之间。
具体实施方式
五结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式与具体 实施方式一、二或三不同点在于增加了阻尼层8，阻尼层8镀在内导磁轭5 的外表面，阻尼层8为低电阻率材料，低电阻率材料为金、银、铜和铝。其 它组成和连接方式与具体实施方式
二或三相同。
对于具体实施方式
三，增加有导磁环6的电机结构，本实施方式增加的 阻尼层8位于内导磁轭5与导磁环6之间。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四或五不同点在于外导 磁轭4和内导磁轭5为导磁的磁性材料，其它组成和连接方式与具体实施方 式四或五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六中任意一个实施 方式不同点在于外导磁轭4和内导磁轭5为相互独立同轴圆环体，其它组成 和连接方式与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至六中任意一个实施 方式不同点在于外导磁轭4和内导磁轭5为轴向端部连接的圆环体，即外导
磁轭4和内导磁轭5组成一个开有环形凹槽的圆环体。其它组成和连接方式
与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至八中任意一个实施
方式不同点在于增加了机壳9，所述机壳9为开有中心孔的薄壁圆筒，外导 磁轭4的外壁固定在机壳9的薄壁圆筒的内壁上，外导磁轭4和内导磁轭5 的轴向端部固定在机壳9的筒底。。其它组成和连接方式与具体实施方式
七 或八相同。
具体实施方式
十结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式与具 体实施方式九不同点在于所述机壳9还包括内薄壁圆筒，所述薄壁圆筒的内 径与所述饥壳9的中心通孔的内径相同，所述薄壁圆筒的一端固定在机壳9 底，并且与所述机壳9的中心孔同轴；内导磁轭5的内壁固定在所述薄壁圆 筒的外壁上。其它组成和连接方式与具体实施方式
九相同。
本发明当需要增大电机的输出推力时，把电机的初级与次级沿轴向串联 即可。电机既可为动次级，亦可动初级。本发明内容不仅限于上述各实施方 式的内容，其中一个或几个具体实施方式
的组合同样也可以实现发明的目的。
权利要求
1、短磁路结构圆筒型直流直线电机，它包括初级、次级和气隙；其特征在于初级包括绕组支撑座(1)和电枢绕组(2)；电枢绕组(2)为单相绕组，所述单相绕组由两个线圈组成，所述两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座(1)上；次级包括永磁体和导磁轭；导磁轭包括外导磁轭(4)和内导磁轭(5)，外导磁轭(4)和内导磁轭(5)为圆环形导磁轭；永磁体包括外次级永磁体(31)，外次级永磁体(31)为三个圆环形永磁体；外次级永磁体(31)的三个圆环形永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭(4)的内壁上；外次级永磁体(31)的三个圆环形永磁体沿轴向依次为外向径向充磁、轴向充磁、内向径向充磁；外次级永磁体(31)的内表面与初级的外表面之间为外气隙；初级的内表面与内导磁轭(5)的外表面之间是内气隙。
2、 根据权利要求1所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于 永磁体还包括内次级永磁体(32)，内次级永磁体(32)为三个圆环形永磁体， 内次级永磁体(32)紧密配合在圆环形的内导磁轭(5)的外壁上；内次级永 磁体(32)的轴向长度与外次级永磁体(31)的轴向长度相同，内次级永磁体 32沿轴向依次为径向充磁、轴向充磁、径向充磁；内次级永磁体(32)中径 向充磁的永磁体与外次级永磁体(31)中径向充磁的永磁体的充磁方向相同， 内次级永磁体(32)中轴向充磁的永磁体与外次级永磁体(31)中轴向充磁的 永磁体的充磁方向相反。
3、 根据权利要求1所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于 短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括导磁环(6)，所述导磁环(6)固定在 外次级永磁体(31)中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭(4)之间。
4、 根据权利要求2所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于 短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括两个导磁环(6)，所述两个导磁环(6) 分别固定在外次级永磁体(31)中的轴向充磁的圆环形永磁体与外导磁轭(4) 之间、和内次级永磁体(32)中的轴向充磁的圆环形永磁体与内导磁轭(5) 之间。
5、 根据权利要求l、 2 、 3或4所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机， 其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括阻尼套筒(7)，阻尼套筒(7)紧密配合在内导磁轭(5)的外壁上，阻尼套筒(7)为低电阻率材料。
6、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机， 其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括阻尼层(8)，阻尼层(8) 镀在内导磁轭(5)的外壁上，阻尼层(8)为低电阻率材料。
7、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机， 其特征在于外导磁轭(4)和内导磁轭(5)为相互独立同轴圆环体。
8、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机， 其特征在于外导磁轭(4)和内导磁轭(5)为轴向端部连接的两个圆环体。
9、 根据权利要求l、 2、 3或4所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机， 其特征在于所述短磁路结构圆筒型直流直线电机还包括机壳(9)，所述机壳(9)为开有中心孔的薄壁圆筒，外导磁轭(4)的外壁固定在机壳(9)的薄 壁圆筒的内壁上，外导磁轭(4)和内导磁轭(5)的轴向端部固定在机壳(9) 的筒底。
10、 根据权利要求9所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机，其特征在于 所述机壳(9)还包括内薄壁圆筒，所述薄壁圆筒的内径与所述机壳(9)的中 心通孔的内径相同，所述薄壁圆筒的一端固定在机壳(9)底，并且与所述机 壳(9)的中心孔同轴；内导磁轭(5)的内壁固定在所述薄壁圆筒的外壁上。
全文摘要
短磁路结构圆筒型直流直线电机，它涉及电机领域，它解决了现有电机的磁路长、气隙磁密低、铁心用量多、电机的重量大，且需要动次级时，由于动子质量大，导致的电机的动态特性差的问题。本发明初级的两个线圈相互串联，且绕向相反；所述两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座上；次级中的；外导磁轭和内导磁轭为圆环形导磁轭；次级中的永磁体为三个圆环形永磁体；永磁体沿轴向依次紧密配合在圆环形的外导磁轭的内壁上；三个永磁体沿轴向依次为外向径向、轴向、内向径向充磁；永磁体与初级之间为外气隙；初级与内导磁轭之间是内气隙。它缩短永磁体磁通的路径，减小直线电机的次级质量与漏磁，提高气隙磁通密度，提高电机的输出推力和动态响应。
文档编号H02K1/06GK101557157SQ20091007206
公开日2009年10月14日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者寇宝泉, 赫 张, 鲁 张, 李立毅, 潘东华 申请人:哈尔滨工业大学