CN102843013B - 圆筒型磁通切换式振荡电机 - Google Patents

Abstract

圆筒型磁通切换式振荡电机，属于电机领域，本发明为解决现有永磁直线振荡电机在次级上装不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置，导致散热困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减小功率密度的问题。本发明包括初级和次级，初级设置在次级外部，初级包括中间初级铁心、电枢绕组、两个端部初级铁心和两个永磁体环，圆环形的中间初级铁心的截面为“凹”字形，面向次级，电枢绕组嵌在开口内，中间初级铁心的两侧端面上均设置一个永磁体环，每个永磁体环的外侧端面设置一个端部初级铁心，两个永磁体环平行充磁、方向相反，次级包括次级铁心和次级轴，次级铁心固定在次级轴上，次级铁心的截面为“凹”字形，面向初级。

Description

圆筒型磁通切换式振荡电机

技术领域

本发明涉及圆筒型磁通切换式振荡电机，属于电机领域。

背景技术

在传统的旋转活塞式压缩机中，电机转子的旋转运动通过曲轴连杆机构转变成直线运动，在这一旋转运动到直线运动的转化过程中，许多能量消耗在活塞与汽缸、曲轴柄与连杆之间的摩擦运动中，这直接影响了***的效率，与此同时，旋转活塞式压缩机还存在结构复杂，噪声大的缺点。然而，直线压缩机利用直线电机驱动压缩机活塞做往复直线运动，省去了将旋转运动转化为直线往复运动的转换装置，将直线振荡电机与压缩机整合在一起，十分高效经济。采用直线振荡电机的直线压缩机，结构简单、加工方便、可靠性高、噪音小、易于维修。因此研究应用于直线压缩机的高效直线振荡电机就极具现实意义。

相比较于传统的基于感应电机，开关磁阻电机原理的直线电机，永磁直线振荡电机以其功率密度大，效率高等优势受到了广泛的关注与应用。在传统的永磁直线振荡电机中，永磁体主要安装在直线电机的次级之上，通常为了防止高速运行时永磁体受到振动的影响而脱落，在次级上都装有不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置，导致散热困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减小功率密度等。

发明内容

本发明目的是为了解决现有永磁直线振荡电机在次级上装不锈钢或非金属纤维材料制成的固定装置，导致散热困难，而温升可能会最终导致永磁体发生不可逆退磁、限制电机出力、减小功率密度的问题，提出了一种圆筒型磁通切换式振荡电机。

本发明所述圆筒型磁通切换式振荡电机，它包括初级和次级，初级设置在次级外部，初级和次级之间沿径向方向有气隙，所述气隙宽度为L；

初级包括中间初级铁心、电枢绕组、两个端部初级铁心和两个永磁体环，圆环形的中间初级铁心的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向次级，电枢绕组为沿圆周方向绕制的环形绕组，并且嵌在所述“凹”字形的开口内，中间初级铁心的两侧端面上均设置一个永磁体环，每个永磁体环的外侧端面设置一个端部初级铁心，端部初级铁心和永磁体环均为圆环形，两个永磁体环的充磁方向均为沿轴向的平行充磁，且方向相反，

次级包括次级铁心和次级轴，次级铁心固定在次级轴上，圆环形的次级铁心的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向初级，且该“凹”字形开口部分沿轴向横跨宽度为D1，初级的中间初级铁心、一个端部初级铁心和一个永磁体环沿轴向宽度之和为D3，次级铁心“凹”字形的每个凸起部分沿轴向的宽度D2，并且满足条件

本发明的优点：针对背景技术中提出的问题，并结合直线压缩机背景，本发明提出一种将永磁体置于初级上的圆筒型磁通切换式振荡电机。该电机的永磁体安置在初级之上，次级上既无永磁体又无绕组，次级结构简单、坚固可靠，适于高频率的振荡运动。

附图说明

图1是本发明所述圆筒型磁通切换式振荡电机的结构示意图，此时电枢绕组不通电；

图2是本发明所述圆筒型磁通切换式振荡电机在电枢绕组通以直流电时的磁通走向示意图。

图3是本发明所述圆筒型磁通切换式振荡电机在电枢绕组反向通以直流电时的磁通走向示意图。

图4是本发明所述圆筒型磁通切换式振荡电机在电枢绕组反向通以直流电，次级稳定在相应位置时的磁通走向示意图。

图5是图1的A-A剖视图；

图6是图1的B-B剖视图；

图7是图1的C-C剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述圆筒型磁通切换式振荡电机，它包括初级和次级，初级设置在次级外部，初级和次级之间沿径向方向有气隙，所述气隙宽度为L；

初级包括中间初级铁心1、电枢绕组3、两个端部初级铁心2和两个永磁体环4，圆环形的中间初级铁心1的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向次级，电枢绕组3为沿圆周方向绕制的环形绕组，并且嵌在所述“凹”字形的开口内，中间初级铁心1的两侧端面上均设置一个永磁体环4，每个永磁体环4的外侧端面设置一个端部初级铁心2，端部初级铁心2和永磁体环4均为圆环形，两个永磁体环4的充磁方向均为沿轴向的平行充磁，且方向相反，

次级包括次级铁心5和次级轴6，次级铁心5固定在次级轴6上，圆环形的次级铁心5的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向初级，且该“凹”字形开口部分沿轴向横跨宽度为D1，初级的中间初级铁心1、一个端部初级铁心2和一个永磁体环4沿轴向宽度之和为D3，次级铁心5“凹”字形的每个凸起部分沿轴向的宽度D2，并且满足条件 $|D1-D3|\≤\frac{1}{2}D2.$

电枢绕组3为沿圆周方向绕制的环型绕组；图1中虚线框中为次级。

工作原理：

以次级位于图1所示位置为例来说明该圆筒型磁通切换式振荡电机的工作原理。

次级位于该指定位置，电枢绕组3不通电的时候，永磁体环4产生的磁通形成永磁磁通闭合回路7，其中，由永磁体环4产生的磁通经过一个端部初级铁心2、两个初级和次级之间沿径向方向的气隙、次级铁心5、中间初级铁心1和一个永磁体环4形成第一永磁磁通闭合回路7-1；由永磁体环4产生的磁通经过端部初级铁心2、初级和次级之间沿径向方向的气隙、次级铁心5的凸起部分、初级和次级铁心5凹槽之间的空气部分，中间初级铁心1的凸起部分和永磁体环4形成第二永磁磁通闭合回路7-2，如图1所示。

当电枢绕组3通以某一方向直流电的时候，如图2所示，电枢绕组3产生的磁通形成电枢磁通闭合回路8，其中，由电枢绕组3产生的磁通经过中间初级铁心1、一个永磁体环4、一个端部初级铁心2、两个初级和次级之间沿径向方向的气隙和次级铁心5形成第一电枢磁通闭合回路8-1；由电枢绕组3产生的磁通经过中间初级铁心1的一侧凸起部分、初级和次级铁心5凹槽之间的空气部分、次级铁心5、初级和次级之间沿径向方向的气隙和中间初级铁心1的另一侧凸起部分形成第二电枢磁通闭合回路8-2。第一电枢磁通闭合回路8-1与永磁磁通闭合回路7在一个端部初级铁心2里面的方向相同，二者形成叠加关系；第二电枢磁通闭合回路8-2与第二永磁磁通闭合回路7-2在中间初级铁心1的一侧凸起部分中的方向相反，电枢绕组3产生的磁通抵消了一部分永磁体环4在中间铁心1的一侧凸起部分中产生的磁通。永磁体环4和电枢绕组3共同作用的结果是：磁通在初级与次级相对的一个端部初级铁心2中得到加强；磁通在相应的位于该端部初级铁心2的一侧的中间初级铁心1的凸起部分受到削弱，从而使得次级稳定在这一位置。

当电枢绕组3通以与前述图2中方向相反的直流电的时候，如图3所示，电枢绕组3产生的磁通反向。第一电枢磁通闭合回路8-1与永磁磁通闭合回路7在一个端部初级铁心2里面的方向相反，电枢绕组3在一个端部初级铁心2中产生的磁通抵消了一部分永磁体环4在该部分产生的磁通，当电枢绕组的电流足够大时，电枢绕组3在一个端部初级铁心2中产生的磁通可以完全抵消永磁体环4在该部分产生的磁通；第二电枢磁通闭合回路8-2与第二永磁磁通闭合回路7-2在中间初级铁心1的一侧凸起部分中的方向相同，二者形成叠加关系。永磁体环4和电枢绕组3共同作用的结果是：磁通在初级与次级相对的一个端部初级铁心2中受到大幅削弱，对次级铁心5的吸引作用减弱；磁通在相应的位于该端部初级铁心2的一侧的中间初级铁心1的凸起部分大大加强，对次级铁心5的吸引作用加强，从而使得次级向中间铁心1中磁场吸引作用增强的一侧运动，如图4所示。

通过改变电枢绕组3供电电流的频率和幅值，就可以控制次级的运动速度和推力。

本发明的次级结构简单、坚固可靠，能够适应高频率的振荡运动。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，中间初级铁心1、端部初级铁心2和次级铁心5均由硅钢片叠加构成，或均由实心钢构成。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，中间初级铁心1、端部初级铁心2和次级铁心5由非晶态铁磁复合材料或SMC软磁复合材料构成。

Claims (4)

1.圆筒型磁通切换式振荡电机，其特征在于，它包括初级和次级，初级设置在次级外部，初级和次级之间沿径向方向有气隙，所述气隙宽度为L；

初级包括中间初级铁心(1)、电枢绕组(3)、两个端部初级铁心(2)和两个永磁体环(4)，圆环形的中间初级铁心(1)的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向次级，电枢绕组(3)嵌在所述“凹”字形的开口内，中间初级铁心(1)的两侧端面上均设置一个永磁体环(4)，每个永磁体环(4)的外侧端面设置一个端部初级铁心(2)，端部初级铁心(2)和永磁体环(4)均为圆环形，两个永磁体环(4)的充磁方向均为沿轴向的平行充磁，且方向相反，

次级包括次级铁心(5)和次级轴(6)，次级铁心(5)固定在次级轴(6)上，圆环形的次级铁心(5)的截面为“凹”字形，“凹”字形的开口面向初级；

圆环形的次级铁心(5)的“凹”字形开口部分沿轴向横跨宽度为D1，初级的中间初级铁心(1)、一个端部初级铁心(2)和一个永磁体环(4)沿轴向宽度之和为D3，次级铁心(5)“凹”字形的每个凸起部分沿轴向的宽度D2，并且满足条件

2.根据权利要求1所述圆筒型磁通切换式振荡电机，其特征在于，电枢绕组(3)为沿圆周方向绕制的环形绕组。

3.根据权利要求1所述圆筒型磁通切换式振荡电机，其特征在于，中间初级铁心(1)、端部初级铁心(2)和次级铁心(5)均由硅钢片叠加构成，或均由实心钢构成。

4.根据权利要求1所述圆筒型磁通切换式振荡电机，其特征在于，中间初级铁心(1)、端部初级铁心(2)和次级铁心(5)由非晶态铁磁复合材料或SMC软磁复合材料构成。