CN101976926B - 高效率短行程直线往复振荡电机 - Google Patents

高效率短行程直线往复振荡电机 Download PDF

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Abstract

高效率短行程直线往复振荡电机，属于电机技术领域。它解决现有短行程直线往复振荡电机采用支撑板簧作为电机动子支撑及弹性恢复力产生装置，***效率低的问题。它包括电机壳体、两个端盖、电机定子、电机动子、两个磁储能器和两个直线磁轴承，两个储能器定子分别位于两个端盖中心通孔端的轴向内侧表面上，两个储能器动子分别固定在电机动子的两个轴向端面上，储能器定子和储能器动子均为圆环形稀土永磁体或均为轴对称式稀土永磁体，轴承定子和轴承动子均为圆筒形稀土永磁体，两个轴承定子分别套装固定在两个端盖的中心通孔内表面上，两个轴承动子分别套装在电机动子输出轴的两端，轴承定子与轴承动子相对设置。本发明适用于直线往复振荡电机。

Description

高效率短行程直线往复振荡电机
技术领域
本发明涉及一种高效率短行程直线往复振荡电机，属于电机技术领域。
背景技术
短行程直线往复振荡电机的一种常见结构如图3所示。它主要由电机定子、电机动子以及支撑板簧构成，支撑板簧的具体结构如图4所示，它固定在电机定子轴向两侧，并且与动子的输出轴相连接，一方面，支撑板簧将电机动子保持在电机定子内腔中，防止电机动子在径向与电机定子内腔接触，另一方面，支撑板簧还会产生轴向恢复力，使由电机动子与支撑板簧构成的弹簧-质量***在外部激振力的作用下产生谐振，通过电机动子沿轴向作往复运动，实现机电能量高效转换。
但是该电机存在以下问题：由于电机动子支撑以及产生反向弹性恢复力都利用支撑板簧，或者是利用直线轴承+螺旋弹簧，由于摩擦力或材料阻尼力的影响，一方面会增大***的损耗，降低***效率，另一方面，因疲劳损坏也会使***的工作寿命有限，提高了***的维护成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有短行程直线往复振荡电机采用支撑板簧作为电机动子支撑及弹性恢复力产生装置，***效率低的的问题，提供一种高效率短行程直线往复振荡电机。
本发明第一种技术方案所述高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体、两个端盖、电机定子和电机动子，圆筒式电机壳体的两端分别与一个端盖固定连接，端盖的中心设置中心通孔，电机定子的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体的内壁表面上，电机动子位于电机定子的内腔中，并与电机定子及圆筒式电机壳体同轴设置，电机动子的动子输出轴两端分别从两个端盖的中心通孔穿出，
它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子和储能器动子组成，
储能器定子和储能器动子均为圆环形稀土永磁体，两个储能器动子分别固定在电机动子的两个轴向端面上，储能器定子与储能器动子相对设置，并分别固定在两个端盖的内侧壁上；
储能器定子和储能器动子均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
或者储能器定子和储能器动子均为径向充磁，并且其充磁方向相同；
直线磁轴承由轴承定子和轴承动子组成，
轴承定子和轴承动子均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子分别套装固定在两个端盖的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子分别套装在电机动子输出轴的两端，轴承定子与轴承动子相对设置；
轴承定子和轴承动子均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子和轴承动子为径向充磁，并且其充磁方向相反。
本发明第二种技术方案所述高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体、两个端盖、电机定子和电机动子，圆筒式电机壳体的两端分别与一个端盖固定连接，端盖的中心设置中心通孔，电机定子的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体的内壁表面上，电机动子位于电机定子的内腔中，并与电机定子及圆筒式电机壳体同轴设置，电机动子的动子输出轴两端分别从两个端盖的中心通孔穿出，
它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子和储能器动子组成，
两个储能器动子分别固定在电机动子的两个轴向端面上，储能器定子与储能器动子相对设置，并分别固定在两个端盖的内侧壁上；储能器定子和储能器动子均为轴对称式稀土永磁体，且能形成均匀的磁场；
储能器定子和储能器动子均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
直线磁轴承由轴承定子和轴承动子组成，
轴承定子和轴承动子均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子分别套装固定在两个端盖的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子分别套装在电机动子输出轴的两端，轴承定子与轴承动子相对设置；
轴承定子和轴承动子均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子和轴承动子为径向充磁，并且其充磁方向相反。
本发明的优点是：本发明通过采用磁储能器作为电机的弹性恢复力产生装置，采用直线磁轴承作为电机动子的支撑机构，实现了电机定子和电机动子的非接触运动，提高了***效率和寿命，降低了***的维护成本。
本发明所述的高效率短行程直线往复振荡电机结构简单，运动过程中无机械损耗、效率高、温升低，可实现免维护。在直线压缩机及斯特林发电机***中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述高效率短行程直线往复振荡电机的结构示意图；
图2为本发明实施方式二或实施方式七的结构示意图；
图3为现有短行程直线往复振荡电机结构示意图；
图4为图3所示电机的动子支撑与弹性恢复力产生板簧的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体1、两个端盖2、电机定子3和电机动子4，圆筒式电机壳体1的两端分别与一个端盖2固定连接，端盖2的中心设置中心通孔，电机定子3的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体1的内壁表面上，电机动子4位于电机定子3的内腔中，并与电机定子3及圆筒式电机壳体1同轴设置，电机动子4的动子输出轴4-1两端分别从两个端盖2的中心通孔穿出，
它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子5-1和储能器动子5-2组成，
储能器定子5-1和储能器动子5-2均为圆环形稀土永磁体，两个储能器动子5-2分别固定在电机动子4的两个轴向端面上，储能器定子5-1与储能器动子5-2相对设置，并分别固定在两个端盖2的内侧壁上；
储能器定子5-1和储能器动子5-2均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
或者储能器定子5-1和储能器动子5-2均为径向充磁，并且其充磁方向相同；
直线磁轴承由轴承定子6-1和轴承动子6-2组成，
轴承定子6-1和轴承动子6-2均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子6-1分别套装固定在两个端盖2的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子6-2分别套装在电机动子4输出轴的两端，轴承定子6-1与轴承动子6-2相对设置；
轴承定子6-1和轴承动子6-2均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子6-1和轴承动子6-2为径向充磁，并且其充磁方向相反。
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述储能器定子5-1和轴承定子6-1为一体式结构，储能器动子5-2和轴承动子6-2为一体式结构。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述直线磁轴承的轴承定子6-1和轴承动子6-2采用径向充磁，并且轴承定子6-1和轴承动子6-2均是由沿周向的多块永磁体拼装组成。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
本实施方式中，轴承定子6-1和轴承动子6-2为分段径向充磁。
具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述电机定子3为初级，电机动子4为次级；或者电机定子3为次级，电机动子4为初级。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与实施方式一或二的不同之处在于，所述储能器定子5-1、储能器动子5-2、轴承定子6-1和轴承动子6-2的外表面均具有高强度的防护层。其它组成及连接关系与实施方式一或二相同。
具体实施方式六：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体1、两个端盖2、电机定子3和电机动子4，圆筒式电机壳体1的两端分别与一个端盖2固定连接，端盖2的中心设置中心通孔，电机定子3的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体1的内壁表面上，电机动子4位于电机定子3的内腔中，并与电机定子3及圆筒式电机壳体1同轴设置，电机动子4的动子输出轴4-1两端分别从两个端盖2的中心通孔穿出，
它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子5-1和储能器动子5-2组成，
两个储能器动子5-2分别固定在电机动子4的两个轴向端面上，储能器定子5-1与储能器动子5-2相对设置，并分别固定在两个端盖2的内侧壁上；储能器定子5-1和储能器动子5-2均为轴对称式稀土永磁体，且能形成均匀的磁场；
储能器定子5-1和储能器动子5-2均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
直线磁轴承由轴承定子6-1和轴承动子6-2组成，
轴承定子6-1和轴承动子6-2均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子6-1分别套装固定在两个端盖2的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子6-2分别套装在电机动子4输出轴的两端，轴承定子6-1与轴承动子6-2相对设置；
轴承定子6-1和轴承动子6-2均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子6-1和轴承动子6-2为径向充磁，并且其充磁方向相反。
本实施方式中储能器定子5-1和储能器动子5-2可均为一体式或均为分体式。
具体实施方式七：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式六的进一步说明，所述储能器定子5-1和轴承定子6-1为一体式结构，储能器动子5-2和轴承动子6-2为一体式结构。其它组成及连接关系与实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式为对实施方式六或七的进一步说明，所述直线磁轴承的轴承定子6-1和轴承动子6-2采用径向充磁，并且轴承定子6-1和轴承动子6-2均是由沿周向的多块永磁体拼装组成。其它组成及连接关系与实施方式六或七相同。
本实施方式中，轴承定子6-1和轴承动子6-2为分段径向充磁。
具体实施方式九：本实施方式为对实施方式六或七的进一步说明，所述电机定子3为初级，电机动子4为次级；或者电机定子3为次级，电机动子4为初级。其它组成及连接关系与实施方式六或七相同。
具体实施方式十：本实施方式与实施方式六或七的不同之处在于，所述储能器定子5-1、储能器动子5-2、轴承定子6-1和轴承动子6-2的外表面均具有高强度的防护层。其它组成及连接关系与实施方式六或七相同。

Claims (10)

1.一种高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体(1)、两个端盖(2)、电机定子(3)和电机动子(4)，圆筒式电机壳体(1)的两端分别与一个端盖(2)固定连接，端盖(2)的中心设置中心通孔，电机定子(3)的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体(1)的内壁表面上，电机动子(4)位于电机定子(3)的内腔中，并与电机定子(3)及圆筒式电机壳体(1)同轴设置，电机动子(4)的动子输出轴(4-1)两端分别从两个端盖(2)的中心通孔穿出，
其特征在于：它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)组成，
储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)均为圆环形稀土永磁体，两个储能器动子(5-2)分别固定在电机动子(4)的两个轴向端面上，储能器定子(5-1)与储能器动子(5-2)相对设置，并分别固定在两个端盖(2)的内侧壁上；
储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
或者储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)均为径向充磁，并且其充磁方向相同；
直线磁轴承由轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)组成，
轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子(6-1)分别套装固定在两个端盖(2)的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子(6-2)分别套装在电机动子(4)输出轴的两端，轴承定子(6-1)与轴承动子(6-2)相对设置；
轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)为径向充磁，并且其充磁方向相反。
2.根据权利要求1所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述储能器定子(5-1)和轴承定子(6-1)为一体式结构，储能器动子(5-2)和轴承动子(6-2)为一体式结构。
3.根据权利要求1或2所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述直线磁轴承的轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)采用径向充磁，并且轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均是由沿周向的多块永磁体拼装组成。
4.根据权利要求1或2所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述电机定子(3)为初级，电机动子(4)为次级；或者电机定子(3)为次级，电机动子(4)为初级。
5.根据权利要求1或2所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述储能器定子(5-1)、储能器动子(5-2)、轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)的外表面均具有高强度的防护层。
6.一种高效率短行程直线往复振荡电机，它包括圆筒式电机壳体(1)、两个端盖(2)、电机定子(3)和电机动子(4)，圆筒式电机壳体(1)的两端分别与一个端盖(2)固定连接，端盖(2)的中心设置中心通孔，电机定子(3)的外壁表面居中固定在圆筒式电机壳体(1)的内壁表面上，电机动子(4)位于电机定子(3)的内腔中，并与电机定子(3)及圆筒式电机壳体(1)同轴设置，电机动子(4)的动子输出轴(4-1)两端分别从两个端盖(2)的中心通孔穿出，
其特征在于：它还包括两个磁储能器和两个直线磁轴承，
磁储能器由储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)组成，
两个储能器动子(5-2)分别固定在电机动子(4)的两个轴向端面上，储能器定子(5-1)与储能器动子(5-2)相对设置，并分别固定在两个端盖(2)的内侧壁上；储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)均为轴对称式稀土永磁体，且能形成均匀的磁场；
储能器定子(5-1)和储能器动子(5-2)均为轴向充磁，并且其充磁方向相反；
直线磁轴承由轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)组成，
轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均为圆筒形稀土永磁体，
两个轴承定子(6-1)分别套装固定在两个端盖(2)的中心通孔内侧壁上，两个轴承动子(6-2)分别套装在电机动子(4)输出轴的两端，轴承定子(6-1)与轴承动子(6-2)相对设置；
轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均为轴向充磁，并且其充磁方向相同，
或者轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)为径向充磁，并且其充磁方向相反。
7.根据权利要求6所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述储能器定子(5-1)和轴承定子(6-1)为一体式结构，储能器动子(5-2)和轴承动子(6-2)为一体式结构。
8.根据权利要求6或7所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述直线磁轴承的轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)采用径向充磁，并且轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)均是由沿周向的多块永磁体拼装组成。
9.根据权利要求6或7所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述电机定子(3)为初级，电机动子(4)为次级；或者电机定子(3)为次级，电机动子(4)为初级。
10.根据权利要求6或7所述的高效率短行程直线往复振荡电机，其特征在于：所述储能器定子(5-1)、储能器动子(5-2)、轴承定子(6-1)和轴承动子(6-2)的外表面均具有高强度的防护层。
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