CN101982929B - 高动态短行程直线振荡电机 - Google Patents

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Abstract

高动态短行程直线振荡电机，属于电机技术领域。它解决了现有短行程直线往复振荡电机由于其单定子结构而造成的功率密度低的问题。它的外定子、动子及外壳均为圆筒形，外定子与外壳固定，外定子、动子和内定子由外到内依次同轴设置，外定子与动子之间形成外气隙，动子与内定子之间形成内气隙，两个内定子固定板位于外定子的两侧，并与内定子的两端固定，动子具有瓦片形输出端并从内定子固定板的轴向通孔伸出，弹性支撑件位于内定子固定板的外侧，轴固定板与动子的瓦片形输出端固定，轴固定板与动子输出轴相固定，动子输出轴的外侧端与弹性支撑件的可动端固定。本发明适用于直线振荡电机。

Description

高动态短行程直线振荡电机
技术领域
本发明涉及一种高动态短行程直线振荡电机，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5所示。电机主要由定子、动子以及支撑板簧构成，支撑板簧固定在定子轴向两侧，并且其可动簧片与动子的输出轴相连接，一方面，将动子保持在定子内腔中，防止动子在径向与定子内腔接触，另一方面，板簧还产生轴向恢复力，使由动子与板簧构成的弹簧-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：由于电机为单定子结构，电机内部的空间利用率低，电机的功率密度低，不易实现大功率输出。同时，电机的动子质量大，动子与支撑板簧所组成的弹簧-质量***的谐振频率低，使电机的动态特性差，进一步限制了电机功率密度的提高。
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由于其单定子结构而造成的功率密度低的问题，提供一种高动态短行程直线振荡电机。
本发明所述高动态短行程直线振荡电机，它包括外定子、内定子、动子、两个内定子固定板、两个轴固定板、两个动子输出轴、两个弹性支撑件和外壳，
所述外定子、动子及外壳均为圆筒形，
外壳内环表面的居中位置与外定子的外环表面相固定，
外定子、动子和内定子由外到内依次同轴设置，
外定子的内环表面与动子的外环表面之间形成外气隙，动子的内环表面与内定子的外环表面形成内气隙；
内定子固定板为圆盘形，两个内定子固定板的外圆表面分别与外壳的内环表面相固定，两个内定子固定板在外定子的轴向两个端面的两侧呈对称分布，
内定子轴向的两端分别与两个内定子固定板的中心位置相固定连接；
内定子固定板上开有N个轴向通孔，所述N个轴向通孔的圆心均匀分布以该内定子固定板的中心为圆心的同一圆周上，
动子的两个轴向端沿径向分别开有N个长条通槽，在动子的两个轴向端分别形成N个瓦片形输出端，所述长条通槽的两个边均与该动子的轴向平行，所述N为大于等于2的整数；
每个瓦片形输出端从内定子固定板上的一个轴向通孔伸出；
弹性支撑件为圆盘形，所述弹性支撑件的固定端与外壳的内环表面相固定连接，两个弹性支撑件在外定子两个轴向端面的两侧呈对称分布；
轴固定板为圆盘形，两个轴固定板分别位于动子的轴向两端，并且每个轴固定板的中心轴线与所述动子的轴线重合，每个轴固定板与动子的瓦片形输出端的端面相固定连接，两个动子输出轴分别位于动子的轴向两端，动子输出轴的一端固定在轴固定板的中心位置，该动子输出轴的另一端与弹性支撑件的可动端固定连接；
所述动子输出轴与动子同轴设置。
本发明的优点是：
本发明采用双定子结构，使励磁磁场能够沿径向直接穿过动子，动子采用的圆筒形结构，能够大大减轻动子质量，提高电机内部空间利用率，从而提高了电机的功率密度。另外，通过有效的内定子固定结构与动子输出轴结构，简化了所述电机的结构，提高了电机的结构强度与可靠性。从而进一步提高了电机的输出功率、功率密度与动态特性。
本发明结构简单、动子质量小、动态响应快、输出功率大及功率密度高，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为本发明所述的高动态短行程直线振荡电机的结构示意图；
图2为内定子固定板的端面结构示意图；
图3为动子的端面结构示意图；
图4为实施方式二中所述的动子支撑及弹性恢复力产生板簧的结构示意图；
图5为现有短行程直线往复振荡电机的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的高动态短行程直线振荡电机，它包括外定子1、内定子2、动子3、两个内定子固定板4、两个轴固定板5、两个动子输出轴6、两个弹性支撑件7和外壳8，
所述外定子1、动子3及外壳8均为圆筒形，
外壳8内环表面的居中位置与外定子1的外环表面相固定，
外定子1、动子3和内定子2由外到内依次同轴设置，
外定子1的内环表面与动子3的外环表面之间形成外气隙，动子3的内环表面与内定子2的外环表面形成内气隙；
内定子固定板4为圆盘形，两个内定子固定板4的外圆表面分别与外壳8的内环表面相固定，两个内定子固定板4在外定子1的轴向两个端面的两侧呈对称分布，
内定子2轴向的两端分别与两个内定子固定板4的中心位置相固定连接；
内定子固定板4上开有N个轴向通孔4-1，所述N个轴向通孔4-1的圆心均匀分布以该内定子固定板4的中心为圆心的同一圆周上，
动子3的两个轴向端沿径向分别开有N个长条通槽3-1，在动子3的两个轴向端分别形成N个瓦片形输出端3-2，所述长条通槽3-1的两个边均与该动子3的轴向平行，所述N为大于等于2的整数；
每个瓦片形输出端3-2从内定子固定板4上的一个轴向通孔4-1伸出；
弹性支撑件7为圆盘形，所述弹性支撑件7的固定端与外壳8的内环表面相固定连接，两个弹性支撑件7在外定子1两个轴向端面的两侧呈对称分布；
轴固定板5为圆盘形，两个轴固定板5分别位于动子3的轴向两端，并且每个轴固定板5的中心轴线与所述动子3的轴线重合，每个轴固定板5与动子3的瓦片形输出端3-2的端面相固定连接，两个动子输出轴6分别位于动子3的轴向两端，动子输出轴6的一端固定在轴固定板5的中心位置，该动子输出轴6的另一端与弹性支撑件7的可动端固定连接；
所述动子输出轴6与动子3同轴设置。
本实施方式中动子3可以做成薄壁圆筒形，从而能够大大减轻动子3质量，提高电机内部空间利用率。
所述动子3的瓦片形输出端3-2的周向宽度小于内定子固定板4的轴向通孔4-1的周向宽度，以使瓦片形输出端3-2能够从内定子固定板4的轴向通孔4-1处伸出，其动子3的轴向长度要大于两个内定子固定板4的外端面之间轴向距离。轴固定板5位于内定子固定板4与弹性支撑件7之间。
所述轴固定板5的直径与动子3的外径可以相同或不同。
具体实施方式二：下面结合图4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，所述弹性支撑件7由支撑件与弹性件组成，所述支撑件与弹性件为一体式。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
本实施方式中所述的弹性支撑件7可采用图4所示的动子支撑及弹性恢复力产生板簧。
具体实施方式三：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述弹性支撑件7由支撑件与弹性件组成，所述支撑件与弹性件为分体式。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二或三的进一步说明，所述内定子2为中空结构。其它组成及连接关系与实施方式一或二或三相同。
所述内定子2为中空结构，并采用轴向端部与内定子固定板4固定连接的方式，所述定子2的中空部分可以用来安装动子的位移与速度传感器。
具体实施方式五：本实施方式为对实施方式一或二或三的进一步说明，所述外定子1和内定子2作为所述电机的初级，动子3作为所述电机的次级。其它组成及连接关系与实施方式一或二或三相同。
具体实施方式六：本实施方式为对实施方式一或二或三的进一步说明，所述外定子1和内定子2作为所述电机的次级，动子3作为所述电机的初级。其它组成及连接关系与实施方式一或二或三相同。
具体实施方式七：本实施方式为对实施方式一或二或三的进一步说明，所述轴固定板5和动子输出轴6的材质为高强度轻质材料。其它组成及连接关系与实施方式一或二或三相同。
具体实施方式八：本实施方式为对实施方式一或二或三的进一步说明，所述电机为直线永磁同步电机、横向磁通永磁直线电机，或直线磁阻电机。其它组成及连接关系与实施方式一或二或三相同。
本发明不局限于上述实施方式，还可以是上述各实施方式中所述技术特征的合理组合。

Claims (6)

1.一种高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：它包括外定子(1)、内定子(2)、动子(3)、两个内定子固定板(4)、两个轴固定板(5)、两个动子输出轴(6)、两个弹性支撑件(7)和外壳(8)，
所述外定子(1)、动子(3)及外壳(8)均为圆筒形，
外壳(8)内环表面的居中位置与外定子(1)的外环表面相固定，
外定子(1)、动子(3)和内定子(2)由外到内依次同轴设置，
外定子(1)的内环表面与动子(3)的外环表面之间形成外气隙，动子(3)的内环表面与内定子(2)的外环表面形成内气隙；
内定子固定板(4)为圆盘形，两个内定子固定板(4)的外圆表面分别与外壳(8)的内环表面相固定，两个内定子固定板(4)在外定子(1)的轴向两个端面的两侧呈对称分布，
内定子(2)轴向的两端分别与两个内定子固定板(4)的中心位置相固定连接；
内定子固定板(4)上开有N个轴向通孔(4-1)，所述N个轴向通孔(4-1)的圆心均匀分布在以该内定子固定板(4)的中心为圆心的同一圆周上，
动子(3)的两个轴向端沿径向分别开有N个长条通槽(3-1)，在动子(3)的两个轴向端分别形成N个瓦片形输出端(3-2)，所述长条通槽(3-1)的两个边均与该动子(3)的轴向平行，所述N为大于等于2的整数；
每个瓦片形输出端(3-2)从内定子固定板(4)上的一个轴向通孔(4-1)伸出；
弹性支撑件(7)为圆盘形，所述弹性支撑件(7)的固定端与外壳(8)的内环表面相固定连接，两个弹性支撑件(7)在外定子(1)两个轴向端面的两侧呈对称分布；
轴固定板(5)为圆盘形，两个轴固定板(5)分别位于动子(3)的轴向两端，并且每个轴固定板(5)的中心轴线与所述动子(3)的轴线重合，每个轴固定板(5)与动子(3)的瓦片形输出端(3-2)的端面相固定连接，两个动子输出轴(6)分别位于动子(3)的轴向两端，动子输出轴(6)的一端固定在轴固定板(5)的中心位置，该动子输出轴(6)的另一端与弹性支撑件(7)的可动端固定连接；
所述动子输出轴(6)与动子(3)同轴设置；
所述弹性支撑件(7)由支撑件与弹性件组成，所述支撑件与弹性件为一体式；或者所述弹性支撑件(7)由支撑件与弹性件组成，所述支撑件与弹性件为分体式。
2.根据权利要求1所述的高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：所述内定子(2)为中空结构。
3.根据权利要求1所述的高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：所述外定子(1)和内定子(2)作为所述电机的初级，动子(3)作为所述电机的次级。
4.根据权利要求1所述的高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：所述外定子(1)和内定子(2)作为所述电机的次级，动子(3)作为所述电机的初级。
5.根据权利要求1所述的高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：所述轴固定板(5)和动子输出轴(6)的材质为高强度轻质材料。
6.根据权利要求1所述的高动态短行程直线振荡电机，其特征在于：所述电机为直线永磁同步电机、横向磁通永磁直线电机，或直线磁阻电机。
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