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35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。 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和图2是具体实施方式
一的结构示意图；图3和图4是具体实施方式
三的结构示意图；图5至图8是具体实施方式
四的结构示意图；图9至图12是具体实施方式
五的结构示意图；图13至图16是具体实施方式
六的结构示意图；图17至图20是具体实施方式
七的结构示意图；图21和图22是具体实施方式
十一和十二的结构示意图；图2具体实施方式
一的径向剖视图；图24是图23的A部放大图；图2具体实施方式
二的径向剖视图；图26是图25的B部放大图；图2具体实施方式
三的径向剖视图；图28是图25的C部放大图；图29具体实施方式
五或六的径向剖视图；图30是图29的D部放大图；图31和图3具体实施方式
七的径向剖视图；图32是图31的E部放大图；图34是图33的F部放大图；图35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2、图23和图24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。
具体实施方式
二 结合图2、图4、图6、图8、图10、图12、图14、图16、图25和图26说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一不同点在于所述电枢绕组2的两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座1的凸台外壁或采用绝缘材料固定在凸台的端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式
一相同。
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
四结合图5至图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
一或二所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机的结构，结合图5和图6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
一或二相同； 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
二或三所述的短磁路结构圆筒型直流直线电机的结构，结合图7和图8本实施方式为增加两个导磁环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。其它组成和连接方式与具体实施方式
二或三相同。
具体实施方式
五结合图9至图12、图29和图30说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一、二、三或四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、三或四相同。 对于具体实施方式
一、二、三或四，本实施方式增加的阻尼套筒7位于内导磁轭5的外壁与绕组支撑座1凸台的内壁之间。
具体实施方式
六结合图13至图16、图29和图30说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一、二、三或四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
一、二、三或四相同。 对于具体实施方式
一、二、三或四，本实施方式增加的阻尼层8位于内导磁轭5的外壁与绕组支撑座1凸台的内壁之间。
具体实施方式
七结合图17至图20和图31至图34说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一、三或四不同点在于增加了冷却水套IO，冷却水套10紧密配合在绕组支撑座1凸台的外壁上，冷却水套10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、三或四相同。 对于具体实施方式
一、三或四，本实施方式增加的冷却水套10位于绕组支撑座1凸台的外壁与电枢绕组2的内壁之间。现有的电机采用自然冷却，电机的温升高，结构变形大，而且定位时动子没有阻尼效果，使得电机的控制精度也差。该电机采用水冷结构，并且冷却水套具有阻尼作用，一方面可以提高冷却效果，减小因温升引起的结构变形；另一方面阻尼作用可以縮短定位时间、提高定位精度。从而通过这种双重作用，可以有效提高直线电机的控制精度。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。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七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为导磁的磁性材料，其它组成和连接方式与具体实施方式
一至七中任意一个相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一至七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
一至七中任意一个相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一至七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
一至七中任意一个相同。
具体实施方式
i^一 本实施方式与具体实施方式
一至十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
一至十中任意一个相同。
具体实施方式
十二 结合图21和图22说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
十二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
十二相同。 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
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，其特征在于所述电枢绕组(2)的两个线圈沿轴向固定于绕组支撑座(1)的凸台外壁或采用绝缘材料固定在凸台的端面上。
3. 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。
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。
5. 根据权利要求3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。
6. 根据权利要求1、2、3、4或5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)或阻尼层(8)，所述的阻尼套筒(7)紧密配合在内导磁轭(5)的外壁上，所述的阻尼层(8)镀在内导磁轭(5)的外壁上，阻尼套筒(7)和阻尼层(8)均为低电阻率材料。
7. 根据权利要求1、2、3、4或5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冷却水套(IO)，冷却水套(10)为薄壁环形圆筒，薄壁环形圆筒紧密配合在绕组支撑座(1)凸台的外壁上或与绕组支撑座(1)凸台的外壁形成一体结构的薄壁环形圆筒，冷却水套(10)为低电阻率材料。
8. 根据权利要求1、2、3、4或5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或轴向端部连接的两个圆环体。
9. 根据权利要求1、2、3、4或5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H02K3/28GK101741217SQ20101012819
公开日2010年6月16日 申请日期2010年2月12日 优先权日2010年2月12日
发明者寇宝泉, 张赫, 张鲁, 李立毅, 潘东华 申请人:哈尔滨工业大学