[其他]电磁式仪用直流直线电动机

说明书

本发明属于测量仪器仪表上用的直流直线电动机。

在本发明作出以前，测量仪器仪表上用的直流直线电动机都为动圈型永磁式结构，苏联专家М.Г.ТЕР-МАРТИРОСЯН，Ю.М.ХОДЖАЯНЦ ИНЖ.А.А.СААРЯН于1977年在《ПРИБОРЫ И СИС ТЕМН УПРАВЛЕНИЯ》（仪器和系统控制）NO11期刊上，发表了有关仪用直线电动机的文章，对仪用的直流直线电动机曾作过详细的分析和比较。但文章也只涉及到动圈型永磁式结构，他所推荐的最佳动圈型永磁式结构是在电机的芯轴上套上一只长管型永久磁铁，在长管型永久磁铁外又套上一只可动的圆柱型线圈，当可动线圈中通入直流电时，在电磁力作用下，该线圈便沿芯轴轴向作直线运动。

由于动圈型永磁式直流直线电动机是采用永久磁铁，所以有以下几个缺点：

①永久磁铁所用的永磁材料价格高。

②永磁材料素质又硬又脆，机械加工困难，特别是长管型结构，更不易加工。

③长管型永磁材料径向充磁很难做到沿轴向气隙磁场分布均匀，因而不能保证电磁力和电流间呈线性关系，导致仪表线性度不够理想。

④永久磁铁在电机径向所占的尺寸比例比较大，因而在电机外壳尺寸给定的情况下芯轴的直径受到一定的限制。由理论分析和实验数据表明，该类电机气隙中的工作磁密正比于电机芯轴的直径，而电机的动态性能指标：电机的机械时间常数反比于工作磁密的平方，由此可见，电机芯轴直径的大小对电机动态性能有很大的影响。

鉴于上述已有技术存在的这些问题，本发明的任务是设计一种工作线性度高、动态性能好、加工方便、成本低的测量仪器仪表上用的直流直线电动机。

本发明的技术解决方案是采用两套激磁线圈来代替永磁式直流直线电动机中的长管型永久磁铁。所说的两套激磁线圈，一套为主激磁线圈，用于在电机气隙中建立起一定强度的单极型磁场。另一套为补偿激磁线圈，是用来保证电机气隙磁密沿轴向分布均匀。从电磁力表达式F＝Bli可见，当l＝常数，如沿气隙各点B值为一常值时，则F和i为线性关系，这是仪表所希望的最理想情况。

本发明的主激磁线圈是由1对或n对（n为整数）集中线圈组成，该n对线圈对称地分放在芯轴两端，如图1中5、6所示，或者对称地分放在芯轴轴线两侧，补偿激磁线圈是以芯轴中线为界，由均匀分布环绕在芯轴中线两侧的1对或n对（n为整数）线圈组成，如图1中7、8所示。主激磁线圈和补偿激磁线圈可以互相串联，也可以互相并联，但必须保证芯轴中线两侧线圈中的电流流向相反，即左半根芯轴上的主激磁线圈，补偿激磁线圈中的电流流向和右半根芯轴上的主激磁线圈、补偿激磁线圈中的电流流向相反。

由于本发明采用两套激磁线圈，所以比永磁长管型结构加工方便，成本低，且其所占的径向空间比永磁长管型结构所占径向空间小，因而可以得到较大的芯轴直径，获得较高的工作磁密，使该电机的机械时间常数显著减小，从而改善了电机的动态性能。而且本发明有补偿激磁线圈的作用，所以还能使电机气隙磁密沿轴向分布均匀，保证了电磁力和电流成线性关系，使仪器性能更好。

本发明有如下附图：

图1为电磁式直流直线电动机结构示意图。

图中1为电机机壳，2为电机端盖，3为电机的芯轴，4为可动圆柱形线圈，5与6为主激磁线圈，7与8为补偿激磁线圈。

图2为电磁式直流直线电动机的气隙磁密沿轴向分布情况。

图1示出了本发明的一种实施例。为了简化结构，我们采用一对主激磁线圈和一对补偿激磁线圈。一对主激磁线圈5、6对称地分套在芯轴的两端，套在芯轴左端的线圈按逆时针方向绕行，套在芯轴右端的线圈按顺时针方向绕行。一对补偿激磁线圈7、8均匀地分布环绕在芯轴中线m的两侧，芯轴中线左侧的补偿激磁线圈是按逆时针方向环绕在芯轴上。芯轴中线右侧的补偿激磁线圈是按顺时针方向环绕在芯轴上，一对主激磁线圈和一对补偿激磁线圈互相串联连接，这样当激磁线圈中通以激磁电流时，左半根芯轴上的主激磁线圈，补偿激磁线圈中的电流流向和右半根芯轴上的主激磁线圈，补偿激磁线圈中的电流流向是相反的，将会在电机气隙中建立起单极型径向气隙磁场，根据Fleming左手定则，载有电流的可动园柱形线圈4便会在径向气隙磁场作用下，沿芯轴轴向作直线运动。改变激磁电流的大小和方向，即可改变轴向电磁力的大小和方向。