专利名称：短行程往复直线电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直线电机，特别是一种广泛应用于家用电器(家用针织机和缝纫机、炒茶机、清洁设备、往复泵)和电动工具(如电动往复锯、电动往复锉刀等)中的短行程往复直线电机。
背景技术：
直线电机在我国的研究和应用始于20世纪的70年代，在国内开发应用比较晚，但随着多年的发展，直线电机已进入独立应用领域，各类直线电机得到了普及，很多有实用价值的直线电机真正受到了生产领域的认可，例如直线电机在物流运输系统中的应用，包括 邮政系统的邮包、印刷品的物流分拣、输送线；在IT行业中的应用，包括PCB板定位、打孔机，计算机硬盘、软盘、光驱的磁头定位装置，打印机，扫描仪等；在交通方面的应用，最典型的就是磁悬浮列车；直线电机在民用方面的应用也得到较大发展，有直线电机驱动的门、 窗、窗帘，盘形直线电机驱动的洗衣机，空调、冰箱用直线电机压缩机，还有用直线电机驱动的家用针织机和缝纫机、炒茶机等。现有的直线电机大多数体积大，推力小，其结构不能满足一些微型器械的使用要求。尤其是能够适用于家用电器和电动工具的短行程往复直线电机，相关的研究、 应用十分缺乏。以下是2010年1月20日公开的一种新型直线电机，(专利申请号为 200920020090. 5)，在该技术方案中，包括初级与次级，直线电机的初级由圆筒骨架以及密绕其上的螺线圈构成；直线电机的初级，由永磁铁同性磁极对峙经固结件固结后构成动子； 动子置于骨架圆筒内。该新型直线电机充分利用了电磁场能，加大了推力和行程，拓展了直线电机的应用范围，广泛应用于许多需要直线运动的机械设备。采用该技术方案确实能利用电磁场能实现往复运动，但仍存在以下不足1.、动子置于骨架圆筒内，即使通电工作，动子运动起来不稳定，由于动子两端没有定位的装置，出力不均勻，不能充分利用电磁场能， 效率低，耗能；2.、动子置于骨架圆筒内，如向线圈一边偏，动子就可能无法运动起来；3.、 动子置于骨架圆筒内，动子两端无法连接负载，带负载能力差；4.、动子与初级线圈之间的间隙大，漏磁大，电磁场能利用不充分，出力也小；5.、线圈体积太大。
发明内容本实用新型主要针对现有技术中直线电机体积大，动子运动不稳定，因漏磁而出力不足、实现短行程内往复直线运动较难的缺点，发明了一种结构合理、体积小、性能稳定可靠，使用安全的短行程内实现往复直线运动的直线电机。该短行程往复直线电机适用于家用电器和电动工具等器械。本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的一种短行程直线电机，包括定子部分和动子部分，动子部分设置在定子部分内，其中定子部分由螺线圈环绕在梭芯骨架上构成，动子部分包括位于电机中心的运动轴，以及按照同性磁极对峙的方式布置的一组动子磁环，其特征在于，所述的运动轴中部设置一段动子铁芯，该段动子铁芯的左、右两侧分别设置有左动子磁环、右动子磁环，所述的左动子磁环、右动子磁环按照同性磁极对峙排布；由运动轴、动子铁芯以及左、右动子磁环固结构成的动子部分设置在所述的梭芯骨架内部，并且有一组与所述左动子磁环、右动子磁环分别呈同性磁极对峙分布的复原磁环连接在梭芯骨架上。作为优选，所述的动子铁芯为圆柱状，其圆柱体壁面设置有呈圆周分布且沿轴向的凹槽，凹槽内安装条形叠压而成的叠层硅钢片；其中心部分为圆柱中空，该段动子铁芯环套在运动轴的中间段；所述的左、右动子磁环为圆环状永磁体，分别环套在设置在动子铁芯两端的横向轴套上，且左、右动子磁环的外直径与动子铁芯的直径相等。作为优选，所述的螺线圈环绕在梭芯骨架中间的圆柱筒上，该圆柱筒包围着动子铁芯部分；圆柱筒的左环面、右环面上均设置有沿圆周分布的若干安装槽、定位圈、定位孔； 所述左、右环面之间设置有若干硅钢片，硅钢片的两端分别对应固定在左、右两环面的安装槽内。沿轴向安装在梭芯骨架两个端面上呈圆周均勻分布而且有一定宽度的安装槽中，使两端形成两个磁极(N-S)，提高感抗，减小绕线圈数，减小电机的体积。作为优选，所述梭芯骨架的左环面、右环面外侧分别连接有左端盖、右端盖；并且左端盖与左环面之间形成左运动腔，右端盖与右环面之间形成右运动腔；所述左、右端盖的中心对称设置有用于运动轴穿行的通孔。该两端的运动腔用于满足动子部分直线往复运动过程中所需的空间。作为优选，所述左端盖、右端盖中心的通孔内表面设置有滑动轴承，所述左、右端盖外侧分别设置有左压盖板、右压盖板，并且左、右压盖板的中心对称设置有用于运动轴穿行的通孔。所述滑动轴承采用承载能力和耐磨性好的无油润滑轴承或陶瓷轴承，安装在左端盖和右端盖的通孔内表面，并且用左压盖板和右压板盖住固定；所述的运动轴的两端穿过盖板和压盖板上的通孔，其外露的两端便于连接负载，实现“零传动”，有利于简化结构， 消除不必要的元件。作为优选，所述的一组复原磁环为圆环状永磁体，其中左复原磁环从外侧嵌入左端盖，与所述的左动子磁环呈同性磁极对峙；右复原磁环从外侧嵌入右端盖内，与所述的右动子磁环呈同性磁极对峙，并且左、右复原磁环分别从外侧嵌入左端盖、右端盖内；所述的左、右复原磁环位于所述通孔的周围。作为优选，所述的一组复原磁环为圆环状永磁体，固定在所述梭芯骨架的圆柱筒内壁，其中左复原磁环位于所述左动子磁环的右边，与左动子磁环呈同性磁极对峙；右复原磁环位于所述右动子磁环的左边，与右动子磁环呈同性磁极对峙。上述的左、右复原磁环与动子铁芯上的左、右动子磁环相互配合，为动子部分提供回复力，确保直线往复运动顺利进行。作为优选，所述的一组复原磁环为两段复位弹簧，其中左复位弹簧设置在左端盖与动子铁芯的左侧端面之间，右复位弹簧设置在右端盖与动子铁芯的右侧端面之间。该设置是利用了弹簧的弹性势能为运动轴提供回复力，确保直线往复运动顺利进行。作为优选，所述的定子部分可以成为运动的部分，同时所述的动子部分则成为静止的部分。定子与动子的运动状态发生转换。综上所述，本实用新型与现有技术相比具有如下优点。本实用新型结构紧凑，体积小动子铁芯与梭芯骨架的圆柱筒内壁之间只留有很小的间隙，即控制了体积又能减少漏磁现象；利用有一定宽度的硅钢片，提高感抗，从而减小绕线圈数，减小电机的体积；由于运动轴的两端呈外露状态，可以直接连接负载，动子部分直接成为机构的一部分，削减多余的传动部件，精简结构，节约生产制造成本，便于维护。本实用型新利用永磁铁的磁极特性，充分利用磁场能或者综合利用磁场能、弹簧的弹性势能，加大了推力和行程，并且产生出足够的回复力，以维持运动轴的直线往复运动，提高了电机的工作效率。本实用型新运行稳定，使用安全为提高运动轴在直线运动时的平稳性，本实用新型在运动轴的两端设置端盖，并在两端端盖内设置滑动轴承作为支撑、在运动轴上环套动子铁芯。本实用型新反应速度快，灵敏度高，易于调节和控制，通过控制电路来调节电压或频率，或更换次级材料，可以得到不同的速度、电磁推力，适用于低速往复运行场合通过控制电路来调节电压或频率可以实现双向电磁阀的功能，在通电瞬间进行换向，并且保持现有的方向状态；当再一次通电，则改变方向，保持改变后的方向状态。上述过程交替循环进行。
图1是本实用新型的主视图。图2是本实用新型的动子铁芯的结构示意图。图3是本实用新型的梭芯骨架的结构示意图。图4是本实用新型硅钢片的安装方式示意图。图5是本实用新型的第二种实施方式。图6是本实用新型的第三种实施方式。图7是本实用新型的第四种实施方式。图中标号为1、梭芯骨架；2、圆柱筒；3、螺线圈；4、运动轴；5、动子铁芯；6、左动子磁环；7、右动子磁环；8、凹槽；9、轴套；10、通孔；11、塑料垫圈；14、左环面；15、右环面；16、左复原磁环；17、右复原磁环；18、安装槽；19、硅钢片；20、滑动轴承；24、左端盖； 25、右端盖；26、左复位弹簧；27、右复位弹簧；34、左压盖板；35、右压盖板；44、左运动腔； 45、右运动腔。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。实施例1。图1中所示的短行程往复直线电机，包括定子部分和动子部分，其中动子部分包括位于电机中心的运动轴4，运动轴4的中间段被一段圆柱状且中心部分为圆柱中空的动子铁芯5包围，如图2所示，动子铁芯5的圆柱体壁面设置有呈圆周分布且沿轴向的凹槽8， 凹槽8内安装条形叠压而成的叠层硅钢片；动子铁芯5的左右两端有横向轴套9，轴套上环套着一组圆环状的钕铁硼永磁体动子磁环，分别为左动子磁环6、右动子磁环7，其圆环外直径与动子铁芯5的直径相等，并且左、右动子磁环按照同性磁极对峙的方式布置。所述的动子部分由运动轴4、动子铁芯5以及左、右动子磁环固结构成，动子部分位于所述梭芯骨架1中间的圆柱筒2内。所述的螺线圈3环绕在梭芯骨架1中间的圆柱筒2上，如图3所示，圆柱筒2两端的左环面14、右环面15上对称设置有三个以上的沿着圆周分布的安装槽18、位于环面中间的定位圈、定位孔，硅钢片19轴向固定在两端面相对应的安装槽18内，其安装方式如图4 所示。梭芯骨架由胶木粉、尼龙、塑料、陶瓷等绝缘材料加工而成，一定宽度的硅钢片安装槽在轴向呈圆周均勻分布，两个端面还分别设有定位圈和螺丝固定孔，螺丝固定孔在端面上轴向呈圆周均勻分布。所述梭芯骨架的左环面14、右环面15外侧分别连接有左端盖对、右端盖25，两端盖的中心对称设置有一个通孔10 ；并且左端盖M与左环面14之间形成左运动腔44，右端盖25与右环面15之间形成右运动腔45 ；所述的复原磁环为圆环状钕铁硼永磁体，其中左复原磁环16从外侧嵌入左端盖 24，与所述的左动子磁环6呈同性磁极对峙；右复原磁环17从外侧嵌入右端盖25内，与所述的右动子磁环7呈同性磁极对峙；所述的左、右复原磁环位于所述通孔10的周围。所述左端盖M、右端盖25中心的通孔10内表面设置有滑动轴承20，所述左、右端盖外侧分别设置有左压盖板34、右压盖板35，并且左、右压盖板的中心对称设置有一个通孔10。本实施例中梭芯骨架由胶木粉、尼龙、塑料、陶瓷等绝缘材料加工而成，在梭芯骨架的端面上设有一定宽度的、轴向呈圆周均勻分布的硅钢片安装槽，两个端面上还分别设有定位圈和螺丝固定孔，螺丝固定孔在端面上轴向呈圆周均勻分布。线圈是由漆包线密绕在梭芯骨架的圆柱筒上所形成的一定数量的螺线圈。运动轴采用A3钢材料，并且比整个电机外壳的轴向长度要长，它与动子铁芯居中固结后形成一个整体。动子铁芯采用电磁纯铁材料或轴向圆周面上开槽的塑料注件嵌入长条形硅钢片叠压而成的硅钢片叠层，提高感抗，减小绕线圈数，减小电机的体积。左动子磁环、右动子磁环采用环形的钕铁硼永磁体，分别安装在动子铁芯的两端， 与动子铁芯固结形成一个整体；两磁体的同极性是对峙(SN-NS或NS-SN)布置的，并且还要与左端盖、右端盖上的复原磁环的磁极对峙(NS-SN或SN-NS)。硅钢片是由磁导率高的“[”字形的硅钢片叠压而成的叠层，安装在梭芯骨架的端面上轴向呈圆周均勻分布而且有一定宽度的安装槽中，使梭芯骨架两端形成两个磁极 (N-S)，提高感抗，减小绕线圈数，减小电机的体积；所述的硅钢片也可以用铁氧体代替。滑动轴承采用承载能力和耐磨性好的无油润滑轴承或陶瓷轴承，安装在左端盖、 右端盖中心的通孔中，外侧分别用左压盖板、右压盖板压住固定。左端盖、右端盖是采用塑料注件，它与梭芯骨架紧固连接，螺丝孔在端面上轴向呈圆周均勻分布。左压盖板、右压盖板是采用塑料注件，螺丝孔在端面上轴向呈圆周均勻分布。实施例2。如图5所示，所述的复原磁环为两段复原弹簧，其中左复原弹簧沈设置在左端盖 24与动子铁芯的左侧端面之间，右复原弹簧27设置在右端盖25与动子铁芯的右侧端面之间。本实施例中，左复原弹簧沈、右复原弹簧27代替了实施例1中图1中所示的左复原磁环16、右复原磁环17，利用弹簧的弹性势能为动子部分提供回复力。实施例3。如图6所示，本实施例与实施例1的区别点在于所述的复原磁环为圆环状的钕铁硼永磁体，固定在所述梭芯骨架1的圆柱筒2内壁，其中左复原磁环16位于所述左动子磁环6的右边，与左动子磁环6呈同性磁极对峙；右复原磁环17位于所述右动子磁环7的左边，与右动子磁环7呈同性磁极对峙。本实施例中，同样利用永磁体的磁极特性，为动子部分提供回复力。实施例4。如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于构成动子部分的动子铁芯5与运动轴4由固定连接改成滑动连接，在动子铁芯5的内壁与运动轴4之间设置有两个滑动轴承 20，并且动子铁芯5与梭芯骨架1的圆柱筒2内壁固定连接。在动子铁芯5两端原本环套动子磁环的位置，设置左复原磁环16、右复原磁环17。除去了实施例1中图1中所示的位于梭芯骨架1两侧的左端盖M、右端盖25 ；在运动轴4两端设置塑料垫圈11，把左动子磁环6、右动子磁环7分别环套在两端的塑料垫圈上，并且用左压盖板34、右压盖板35压紧。所述的左动子磁环6与左复原磁环16之间形成左运动腔44 ；右动子磁环7与右复原磁环17之间形成右运动腔45。本实施例中，定子部分与动子部分的运动状态相互转换。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求1.一种短行程往复直线电机，包括定子部分和动子部分，动子部分设置在定子部分内， 其中定子部分由螺线圈(3)环绕在梭芯骨架(1)上构成，动子部分包括位于电机中心的运动轴(4)，以及按照同性磁极对峙的方式布置的一组动子磁环，其特征在于，所述的运动轴中部设置一段动子铁芯(5)，该段动子铁芯的左、右两侧分别设置有左动子磁环(6)、右动子磁环(7)，所述的左动子磁环、右动子磁环按照同性磁极对峙排布；由运动轴、动子铁芯以及左、右动子磁环固结构成的动子部分设置在所述的梭芯骨架内孔中，并且有一组轴向设置与所述左动子磁环、右动子磁环分别呈同性磁极对峙分布的复原磁环连接在梭芯骨架上。
2.根据权利要求1所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述的动子铁芯为圆柱状，其圆柱体壁面设置有沿轴向且呈圆周分布的凹槽(8)，凹槽内安装条形叠压而成的叠层硅钢片；其中心部分为圆柱中空，该段动子铁芯环套在运动轴的中间段；所述的左、右动子磁环为圆环状永磁体，分别环套在设置在动子铁芯两端的横向轴套(9)上，且左、右动子磁环的外直径与动子铁芯的直径相等。
3.根据权利要求2所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述的螺线圈环绕在梭芯骨架中间的圆柱筒(2)上，该圆柱筒包围着动子铁芯部分；圆柱筒的左环面(14)、右环面 (15)上均设置有沿圆周分布的若干安装槽(18)、定位圈、定位孔；所述左、右环面之间设置有若干硅钢片(19)，硅钢片的两端分别对应固定在左、右两环面的安装槽内。
4.根据权利要求3所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述梭芯骨架的左环面、 右环面外侧分别连接有左端盖(24)、右端盖(25)；并且左端盖与左环面之间形成左运动腔 (44)，右端盖与右环面之间形成右运动腔(45)；所述左、右端盖的中心对称设置有用于运动轴穿行的通孔(10)。
5.根据权利要求4所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述左端盖、右端盖中心的通孔内表面设置有滑动轴承(20)，所述左、右端盖外侧分别设置有左压盖板(34)、右压盖板(35)，并且左、右压盖板的中心对称设置有用于运动轴穿行的通孔。
6.根据权利要求1 5任意一项所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述的一组复原磁环为圆环状永磁体，其中左复原磁环(16)从外侧嵌入左端盖，与所述的左动子磁环呈同性磁极对峙；右复原磁环(17)从外侧嵌入右端盖内，与所述的右动子磁环呈同性磁极对峙，并且左、右复原磁环分别从外侧嵌入左端盖、右端盖内；所述的左、右复原磁环位于所述通孔的周围。
7.据权利要求1 5任意一项所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述的一组复原磁环为圆环状永磁体，固定在所述梭芯骨架的圆柱筒内壁，其中左复原磁环位于所述左动子磁环的右边，与左动子磁环呈同性磁极对峙；右复原磁环位于所述右动子磁环的左边， 与右动子磁环呈同性磁极对峙。
8.据权利要求1 5任意一项所述的短行程往复直线电机，其特征在于，所述的一组复原磁环为两段复位弹簧，其中左复位弹簧(26)设置在左端盖与动子铁芯的左侧端面之间， 右复位弹簧(27)设置在右端盖与动子铁芯的右侧端面之间。
专利摘要本实用新型涉及直线电机，针对现有直线电机体积大，动子运动不稳定，漏磁而出力不足的缺点，提供一种体积小、性能稳定，适用于家电、电动工具等器械的短行程往复直线电机。技术方案包括定子部分和动子部分，动子部分在定子部分内，其中定子部分由螺线圈环绕在梭芯骨架上构成，动子部分包括位于电机中心的运动轴，以及按照同性磁极对峙的方式布置的一组动子磁环，所述的运动轴中部设置一段动子铁芯，该段动子铁芯的左、右两侧分别设置有左、右动子磁环，所述的左动子磁环、右动子磁环按照同性磁极对峙排布；动子部分设置在梭芯骨架内部，并且有一组与左、右动子磁环分别呈同性磁极对峙分布的复原磁环连接在梭芯骨架上。
文档编号H02K33/02GK202167973SQ20112028560
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者杨子勤, 郑寒东 申请人:郑寒东