专利名称：多磁路单元片式永磁直线振荡电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是直线电机领域。
背景技术：
直线振荡电机是指做高频往复直线运动的电机。作为直线电机的一种，它同样具 有直线电机所具有的种种优点，比如电能直接产生电磁推力，直接推动荷载做直线运动，不 需要传统旋转电机将转动变换为直线运动的转换装置，提高了传递效率，减少了机械磨损 等。直线振荡电机由于其动子做往复振荡运动所以常常作为小型往复式压縮机、缝纫机、电 锤机等设备的驱动机构。 直线振荡电机主要有两种分类直线感应振荡电机和直线同步振荡电机，而直线 同步振荡电机相对于直线感应振荡电机损耗较小，效率较高，有很好的应用发展前景。直线 同步振荡电机根据动子形式不同分为动圈式、动铁式和动磁式三种。动铁式直线电机动子 用铁心材料做成，磁场则由励磁线圈产生，电机能产生较大的驱动力和压縮比，但在动子上 存在很大的径向力，此类作为直线振荡电机发展初期为规避永磁材料的高成本而采取的过 渡方案，基本已被淘汰。动圈式直线振荡电机即动子由线圈构成，励磁由另一个线圈提供， 或者由固定的永磁体部件提供，此类电机优点在于行程控制较易，动子上不存在径向力和 扭矩，没有空载时的轴向力存在，不存在磁滞损耗，但驱动力相对较小，引线问题不易解决， 直接影响到电机的使用寿命，且由于线圈通电带来的能耗，相对而言效率较低。动磁式直 线振荡电机的动子由永磁材料构成，励磁仍由线圈完成，此类电机与动圈式相比，可以提高 2 3倍材料利用率，使电机更加紧凑，动子质量减小，有利于相应谐振弹簧的设计，推力更 大，效率更高，正在得到越来越多的应用。 对于动磁式直线振荡电机，20世纪90年代后期美国的Redlich等人研制了
Redlich型结构的动磁式直线振荡电机用于压縮机上，这是一种在励磁线圈的圆周上安装
导磁材料，形成与励磁线圈同心的圆筒形气隙的磁路结构，径向充磁的圆筒形永磁体在气
隙中做往复运动，经过性能实验分析，这种形式的直线电机性能可靠，效率较高，为保证圆
筒形气隙内磁场的均匀，电机各零部件的加工和装配精度要求较高，2003年韩国LG电子将
其应用到冰箱上，实现了其商业化，并在此基础上通过改变电机的定子形状及励磁线圈的
几何参数，使气隙磁场分布达到更优，并申请了相关专利。浙江大学化工机械研究所2005
年研制了一台方形动磁式直线振荡电机作为冰箱用压縮机的驱动电机。2007年英国设菲尔
德大学研制了一种具有类似Halbach结构的动永磁体的新型单相短行程圆筒式振荡电机
并进行了实验，证实这种结构可以加强气隙内的磁通量密度，提高电机的功率密度。 随着新型永磁材料的发展，动磁式直线振荡电机的优势也愈加明显，纵观直线电
机发展，动磁式直线振荡电机的研究及发展历史较短，现有的研究成果较少，因此通过更深
入的研究，研制出效率更高，结构更简单，更便于调节的新型电机结构是确保动磁式直线振
荡电机得到更广阔的应用的一个重要任务。
发明内容
本发明提出的是一种新型多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，主要由定子部件 和动子部件组成。定子包括一个外表面为多边形的管形腔体和多个磁路单元，每个磁路单 元由磁导体、气隙及线圈组成，安装在腔体外侧呈多角形；动子由多个片式永磁体安装在连 接件上构成。该发明提出的永磁直线振荡电动机具有结构简单，制作方便，利于进行负荷调 节等特点。 本发明的技术方案如下 本发明提供的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，由定子部件和与负载相连的 动子部件组成；其特征在于，所述定子部件包括 —管形腔体；所述管形腔体外表面为正多面体；所述管形腔体外表面中间段的正 多面体尺寸小于管形腔体外表面两端段的正多面体尺寸；
分别置于所述管形腔体每一外表面上的磁路单元；
所述磁路单元包括 —个中间磁导体；所述中间磁导体为由多片呈"I"形状的片状导磁材料叠摞而成
的纵截面呈"Q]"形的磁导体；所述中间磁导体的中柱上缠绕励磁线圈；
二个分别置于所述中间磁导体两侧的长方体形磁导体；
所述中间磁导体与位于其两侧的磁导体之间留有长条形气隙；
两个片状第一连接件分别固定在所述管形腔体的两端； 所述片状第一连接件上设有装配孔和多对平行放置的呈散射状排布的长方形 孔； 所述动子部件包括 多对片状永磁体呈辐射状垂直安装在一第二片形连接件上，每对片状永磁体中的 两个片状永磁体互相平行； 所述每对片状永磁体由所述管形腔体一端的第一连接件的长方形孔内插入，延伸 至所述管形腔体另一端的第一连接件的长方形孔内； 所述定子组件的每个磁路单元位于所述动子部件的每对片状永磁体4的片状永 磁体之间； 二个置于所述中间磁导体两侧的磁导体在所述中间磁导体1的长度方向对称充 磁形成对称式磁路，所述励磁线圈通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙中形 成正反方向交替的磁场，所述动子部件在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方向做往 复振荡运动。 所述的中间磁导体和磁导体均为铁氧体粉加工而成的导磁体，或为硅钢片叠摞而 成的导磁体。 所述管形腔体外表面中间段长度略宽于励磁线圈的长度。 所述动子部件与负载的连接为将负载置于所述定子部件的管形腔体内。 所述动子部件与负载的连接为负载置于所述定子部件的管形腔体外的连接方式。 本发明的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机具有下述优点 1、制作工艺简单，通过磁路单元的模块化设计，有利于产品批量生产。 2、多磁路单元结构灵活多变，可以根据实际应用需要设计选择电机磁路单元的数量，满足电动机不同的功率，外形尺寸等各种应用需求。 3、负荷调节方便，在电动机运行过程中可以通过改变磁路单元的投入使用数量， 很方便地进行电动机输出功的调节。
附图1是本发明多磁路单元(三磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原理 示意图； 附图2是是本发明多磁路单元(六磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原 理示意图； 附图3是每个磁路单元的磁路结构及原理示意图；
附图4是定子部件A的结构示意图；
附图5是管形腔体5的结构示意图；
附图6是动子部件示B的结构示意图； 附图7是负载在本发明多磁路单元片式永磁直线振荡电动机的管形腔体5内运动 的应用实例示意图。
具体实施例方式
附图1是本发明多磁路单元(三磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原理 示意图；附图2是本发明多磁路单元(六磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原理 示意图；附图3是每个磁路单元的磁路结构及原理示意图；附图4是定子部件A的结构示意 图；附图5是管形腔体5的结构示意图；附图6是动子部件示B的结构示意图；有图可知，本 发明的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，由定子部件A和与负载相连的动子部件B组 成； 所述定子部件A包括 —管形腔体5 ;所述管形腔体5外表面为正多面体；所述管形腔体5外表面中间段 的正多面体尺寸小于管形腔体5外表面两端段的正多面体尺寸；
分别置于所述管形腔体5每一外表面上的磁路单元；
所述磁路单元包括 —个中间磁导体1 ;所述中间磁导体1为纵截面呈"[D"形的磁导体；所述中间磁导 体1的中柱上缠绕励磁线圈3 ; 二个分别置于所述中间磁导体1两侧的长方体形磁导体2 ; 所述中间磁导体1与位于其两侧的磁导体2之间留有长条形气隙； 两个片状第一连接件6分别固定在所述管形腔体5的两端； 所述片状第一连接件6上设有装配孔7和多对平行放置的呈散射状排布的长方形 孔8; 所述动子部件B包括 多对片状永磁体4呈辐射状垂直安装在一第二片形连接件9上，每对片状永磁体 4中的两个片状永磁体互相平行； 所述每对片状永磁体4由所述管形腔体5 —端的第一连接件6的长方形孔8内插
5入，延伸至所述管形腔体5另一端的第一连接件6的长方形孔8内； 所述定子组件A的每个磁路单元位于所述动子部件B的每对片状永磁体4的片状 永磁体之间； 二个置于所述中间磁导体1两侧的磁导体2在所述中间磁导体1的长度方向对称 充磁形成对称式磁路，所述励磁线圈3通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙 中形成正反方向交替的磁场，所述动子部件B在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方 向做往复振荡运动。 所述的中间磁导体1和磁导体2均为铁氧体粉加工而成的导磁体，或为硅钢片叠 摞而成的导磁体。 所述管形腔体5外表面中间段长度略宽于励磁线圈3的长度。 所述动子部件B与负载的连接为将负载置于所述定子部件的管形腔体5内。 所述动子部件B与负载的连接为负载置于所述定子部件的管形腔体5外的连接方式。 下面通过附图及实施例进一步描述本发明
实施例1 附图1是本发明多磁路单元(三磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原理 示意图；本实施例的三磁路单元片式永磁直线振荡电动机由定子部件A和动子部件B组成， 定子部件A包括 —管形腔体5 ;所述管形腔体5的外表面为正三面体；管形腔体5外表面中间段的 正三面体尺寸小于管形腔体5外表面两端段的正三面体尺寸；
置于管形腔体5外表面上的三个磁路单元；
每个磁路单元包括 —个中间磁导体1 ;所述中间磁导体1为纵截面呈"I"形的磁导体(铁氧体粉加工 而成)； 二个分别置于中间磁导体1两侧的长方体形磁导体2 (铁氧体粉加工而成)； 中间磁导体1与位于其两侧的磁导体2之间留有长条形气隙； 所述中间磁导体1的中柱上缠绕励磁线圈3 ; 两个片状第一连接件6分别固定在所述定子组件A的两端； 所述片状第一连接件6上设有装配孔7和三对平行放置的呈散射状排布的长方形 孔8; 所述动子部件B包括 三对片状永磁体呈辐射状垂直安装在一片形第二连接件9上，每对片状永磁体中 的两个片状永磁体4互相平行； 所述动子部件B中的每对片状永磁体插入所述定子部件A—端的第一连接件6的 长方形孔8至另一端的第一连接件6的长方形孔8内； 定子组件A的每个磁路单元与所述动子部件B的每对片状永磁体形成一对对称的 闭合磁回路； 二个置于所述中间磁导体1两侧的磁导体2在所述中间磁导体1的长度方向对称 充磁形成对称式磁路，所述励磁线圈3通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙中形成正反方向交替的磁场，所述永磁体4在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方向
做往复振荡运动。
实施例2 附图2是本发明多磁路单元(六磁路单元)片式永磁直线振荡电动机结构及原理示意图；本实施例的六磁路单元片式永磁直线振荡电动机，由定子部件A和动子部件B组成； 所述定子部件A包括 —管形腔体5 ;所述管形腔体5的外表面为正六面体；所述管形腔体5外表面中间段的正六面体尺寸小于管形腔体5外表面两端段的正六面体尺寸；
置于所述管形腔体5外表面上的六个磁路单元；
每个磁路单元包括 —个中间磁导体1 ;所述中间磁导体1为由多片呈"I"形状的片状导磁材料叠摞而成的纵截面呈"I"形的磁导体(硅钢片叠摞而成)； 二个分别置于所述中间磁导体1两侧的长方体形磁导体2 (硅钢片叠摞而成)； 所述中间磁导体1与位于其两侧的磁导体2之间留有长条形气隙； 所述中间磁导体1的中柱上缠绕励磁线圈3 ; 两个片状第一连接件6分别固定在所述定子组件A的两端； 所述片状第一连接件6上设有装配孔7和多对平行放置的呈散射状排布的长方形孔8; 所述动子部件B包括 六对片状永磁体呈辐射状垂直安装在一第二圆片形连接件9上，每对片状永磁体中的两个片状永磁体4互相平行； 所述动子部件B中的每对片状永磁体插入所述定子部件A—端的第一连接件6的长方形孔8至另一端的第一连接件6的长方形孔8内； 定子组件A的每个磁路单元与所述动子部件B的每对片状永磁体形成一对对称的闭合磁回路； 二个置于所述中间磁导体1两侧的磁导体2在所述中间磁导体1的长度方向对称充磁形成对称式磁路，所述励磁线圈3通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙中形成正反方向交替的磁场，所述永磁体4在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方向做往复振荡运动。 所述的中间磁导体1和磁导体2均为硅钢片叠摞而成的磁导体，或为铁氧体粉、非
晶纳米晶合金或铍莫合金等导磁材料加工而成的磁导体。 所述管形腔体5外表面中间段长度略宽于励磁线圈3的长度。 本实施例的动子部件B和负载连接方式为附图7所示，负载在本实施例的六磁
路单元片式永磁直线振荡电动机的管形腔体5内运动，动子部件B与负载10连接后，负载
IO(如压縮机的活塞)在管形腔体5内做往复振荡运动，此方式充分利用了电机的内部空
间，结构紧凑； 当然，动子部件B还可以通过各种形式的连接件与负载连接，负载在电机的管形腔体5外运动，此方式不受电机结构限制，可以应用于各种直线振荡电机的应用场合。
顾名思义，本发明的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机中的多磁路单元可以由3个、4个、5个......等多个磁路单元组成。
权利要求
一种多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，由定子部件和与负载相连的动子部件组成；其特征在于，所述定子部件包括一管形腔体；所述管形腔体外表面为正多面体；所述管形腔体外表面中间段的正多面体尺寸小于管形腔体外表面两端段的正多面体尺寸；分别置于所述管形腔体每一外表面上的磁路单元；所述磁路单元包括一个中间磁导体；所述中间磁导体为由多片呈形状的片状导磁材料叠摞而成的纵截面呈形的磁导体；所述中间磁导体的中柱上缠绕励磁线圈；二个分别置于所述中间磁导体两侧的长方体形磁导体；所述中间磁导体与位于其两侧的磁导体之间留有长条形气隙；两个片状第一连接件分别固定在所述管形腔体的两端；所述片状第一连接件上设有装配孔和多对平行放置的呈散射状排布的长方形孔；所述动子部件包括多对片状永磁体呈辐射状垂直安装在一第二圆形连接件上，每对片状永磁体中的两个片状永磁体互相平行；所述每对片状永磁体由所述管形腔体一端的第一连接件的长方形孔内插入，延伸至所述管形腔体另一端的第一连接件的长方形孔内；所述定子组件的每个磁路单元位于所述动子部件的每对片状永磁体的片状永磁体之间；二个置于所述中间磁导体两侧的磁导体在所述中间磁导体的长度方向对称充磁形成对称式磁路，所述励磁线圈通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙中形成正反方向交替的磁场，所述动子部件在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方向做往复振荡运动。F2009100768782C0000011.tif,F2009100768782C0000012.tif
2. 按权利要求1所述的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，其特征在于，所述的中 间磁导体和磁导体为硅钢片、铁氧体粉、非晶纳米晶合金或铍莫合金等导磁材料加工而成。
3. 按权利要求1所述的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，其特征在于，所述管形 腔体外表面中间段长度略宽于励磁线圈的长度。
4. 按权利要求1所述的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，其特征在于，所述动子 部件B与负载的连接为将负载置于所述定子部件的管形腔体内。
5. 按权利要求1所述的多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，其特征在于，所述动子 部件与负载的连接为负载置于所述定子部件的管形腔体外的连接方式。
全文摘要
一种多磁路单元片式永磁直线振荡电动机，其定子部件包括外表面为正多面体的管形腔体；置于其每一外表面上的磁路单元；磁路单元包括纵截面呈“”形中间磁导体，其中柱上绕线圈；二个置于中间磁导体两侧的磁导体，中间磁导体与磁导体间设长条形气隙；动子部件包括呈辐射状垂直安装在连接件上的多对片状永磁体，片状永磁体由管形腔体一端连接件上长方形孔内插入延伸至另一端连接件上长方形孔内；每个磁路单元位于片状永磁体之间；中间磁导体与磁导体在中间磁导体长度方向对称充磁形成对称式磁路，线圈通交流电产生磁场，通过对称式磁路在长条形气隙中形成正反方向交替的磁场，动子在磁场作用下在长条形气隙中沿气隙长度方向做往复振荡运动。
文档编号H02K1/27GK101789661SQ200910076878
公开日2010年7月28日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者张立钦, 田长青, 邹慧明 申请人:中国科学院理化技术研究所