[发明专利]两种永磁体交互排列的圆筒型直线电机

说明书

技术领域

本发明属于直线电机领域，具体涉及一种圆筒型直线电机。

背景技术

圆筒型直线电机作为一种具有高转矩密度的特种电机，在低速大转矩、直接驱动等领域具有广阔的发展前景。高力密度、高可靠性要求一直是直线电机运动系统研究和开发的重点。“圆筒型横向磁通永磁直线电机的研究基础”，赵玫等，电工技术学报，第29卷增刊1，第81页，2014年记载有：

直线电机作为直线运动中的核心部件，省去了复杂的机械转换装置，使得整个系统结构简单、运行可靠，提高了系统的响应能力和控制精度。但是现有直线电机中的磁通所经过的齿和绕组所在的槽在同一截面上，其大小相互制约，不能实现电负荷与磁负荷的解耦，因此，现有直线电机的力密度从根本上难以得到提高。因此，在某些领域仍然采用旋转电机配合滚珠丝杠的方式，导致传动系统传递效率低，磨损和噪声大等缺点。

发明内容

针对现有直线电机存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种两种永磁体交互排列的圆筒型直线电机，它能简化结构，提高电机运行的效率和功率因数，并降低振动和噪声。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括圆筒型初级铁心、三相饼式绕组和动子，圆筒型初级铁心内表面均匀布设有一列圆形环槽，圆形环槽内嵌有三相饼式绕组；圆筒型初级铁心由圆环形的硅钢薄片沿轴向叠装组成，动子包括铁氧体永磁环、钕铁硼永磁环、次级铁芯和直线轴，铁氧体永磁环与钕铁硼永磁环由次级铁芯间隔交互排列，并固定套装在直线轴上，动子同轴滑动安装在圆筒型初级铁心内腔中，与圆筒型初级铁心内表面之间留有间隙。

本发明的技术效果是：

1、本发明动子的永磁环分别采用钕铁硼永磁材料和铁氧体永磁材料。钕铁硼属于稀土永磁材料，具有相当优良的磁特性，其拥有高剩磁力和高矫顽力，磁能体积比为永磁材料最大，在减小电机体积和重量的同时可显著增加电机出力，大大提高直线电机的力密度；但钕铁硼永磁环在高温下磁性能会有所损失，本发明同时采用铁氧体永磁环，构成两种永磁体交错排列的结构。铁氧体永磁环的热性能高于钕铁硼永磁环，可以弥补钕铁硼永磁环在高温下的退磁现象，在高温环境下也可以有效提高输出力密度，提高电机运行的效率和功率因数。

2、本发明动子采用两种永磁体交错排列的结构，兼顾两种高性能永磁体的优点。钕铁硼永磁材料具有较高的磁动势和气隙磁通密度，其去磁曲线为直线，可有效改善传统直线电机的输出力密度和功率因数，使其具有稳定的工作点；铁氧体永磁环的空载气隙磁场很低，异步启动过程中的永磁制动转矩比较小，同步过程相对容易，可以弥补钕铁硼永磁环制动转矩大的缺点，而使本发明可以带动较大惯量负载起动。

3、本发明直接产生直线运动，减小了旋转电机中由于机械传动产生的磨损、振动和噪声，提高了运行效率；采用两种永磁环励磁代替电励磁，电气控制简便、提高了传递效率，在发生剧烈加速或减速时，由于钕铁硼永磁材料性能稳定，可以使本发明运行可靠，适用于高速运行等特殊场合；铁氧体永磁材料的价格低于钕铁硼永磁材料，提高起动转矩性能、输出力密度、气隙磁通密度的同时，又降低了制造成本，扩大了本发明的应用范围。

所以，本发明具有磁密度高、启动性好、耐高温、低成本的优点。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图1中B-B示意图；

图4为图1中C-C剖视图；

图5为内径不同的两种硅钢薄片的结构示意图。

图中：1. 圆筒型初级铁心；11. 硅钢薄片；12. 切割线槽；2. 三相饼式绕组；3.动子；31.铁氧体永磁环；32. 钕铁硼永磁环；33. 次级铁芯；34. 直线轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括圆筒型初级铁心1、三相饼式绕组2和动子3，圆筒型初级铁心1内表面均匀布设有一列圆形环槽，圆形环槽内嵌有三相饼式绕组2；圆筒型初级铁心1由圆环形的硅钢薄片11沿轴向叠装组成，动子3包括铁氧体永磁环31、钕铁硼永磁环32、次级铁芯33和直线轴34，铁氧体永磁环31与钕铁硼永磁环32由次级铁芯33间隔交互排列，并固定套装在直线轴34上，动子3同轴滑动安装在圆筒型初级铁心1内腔中，与圆筒型初级铁心1内表面之间留有间隙L。

如图5所示，硅钢薄片11上开有多条切割线槽12，以破环涡流的通路，减少涡流损耗。硅钢薄片的叠片之间用胶粘结。

本发明的工作原理：当三相饼式绕组2通入随时间变化的三相交流电源时，便在气隙L中产生沿直线运动的行波磁场，与动子3上永磁环产生的磁场作用产生电磁力，推动动子3的直线轴34运动。改变三相电源的相序以改变动子的运动方向。