CN109787448A - 一种初级永磁直线电机致动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初级永磁直线电机致动器，包括驱动轴、次级动子凸齿块、次级动子槽块、初级定子铁心、电枢绕组和永磁体；所述驱动轴上设置有初级永磁直线电机的次级动子，所述次级动子由沿驱动轴轴向间隔放置的次级动子凸齿块和次级动子槽块组成；所述驱动轴外侧分别对称设置有四个初级永磁直线电机的初级定子，每个初级定子包含两个初级定子铁心，所述初级定子铁心上开设有若干定子槽，所述定子槽包括定子大槽和定子小槽，且定子大槽与定子小槽间隔排布，通过创造性的提出四面筒型结构，提高致动器的推力密度和功率密度，使致动器驱动轴结构简单，鲁棒性强，并且通过设置内置式水冷管路，降低温升效应。

Description

一种初级永磁直线电机致动器

技术领域

本发明属于直线致动器领域，特别涉及一种初级永磁直线电机致动器。

背景技术

直线电动机能够直接输出电磁推力实现直线运动，从而能大大简化直线致动器的机械结构。现有永磁同步电机结合先进电能变换器件，能获得高速、精密可控的驱动性能。但由于永磁体放置在驱动轴上，在高速、抗冲击载荷的应用场合下容易造成永磁体损坏。另外，当致动器高频、连续工作时的温升效应对电机输出性能有较大的影响，容易使永磁体过热造成不可逆退磁，电枢线圈容易烧毁。

鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的新型直线电机致动器，设计新型拓扑结构，提高致动器推力密度和功率，提高驱动轴的鲁棒性抗冲击能力，从而使直线致动器更为适用于超高速、高冲击载荷、动态响应快的应用场合。

发明内容

为克服现有直线电动机在高速高冲击下的缺陷，本发明的目的提出一种初级永磁直线电机致动器，通过创造性的提出四面筒型结构，提高致动器的推力密度和功率密度，使致动器驱动轴结构简单，鲁棒性强，并且通过设置内置式水冷管路，降低温升效应。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种初级永磁直线电机致动器，包括驱动轴、次级动子凸齿块、次级动子槽块、初级定子铁心、电枢绕组和永磁体；

所述驱动轴上设置有初级永磁直线电机的次级动子，所述次级动子由沿驱动轴轴向间隔放置的次级动子凸齿块和次级动子槽块组成；所述驱动轴外侧分别对称设置有四个初级永磁直线电机的初级定子，每个初级定子包含两个初级定子铁心，所述初级定子铁心上开设有若干定子槽，所述定子槽包括定子大槽和定子小槽，且定子大槽与定子小槽间隔排布；

在所述初级定子铁心的前后两端及定子大槽内设置永磁体，在相邻两个所述初级定子铁心的定子小槽内绕制有一个电枢绕组。

进一步的，次级动子凸齿块和次级动子槽块的中心均设置有用于驱动轴穿过的套孔，所述套孔与驱动轴截面形状匹配；且次级动子前后两端对称设置有隔磁铝块。

进一步的，每个初级永磁直线电机的初级定子安装在一个定子底板上，四个定子底板围绕驱动轴设置，且四个定子底板的侧边依次连接形成矩形筒体，所述矩形筒体的前后两端对称安装有两端部套筒。

进一步的，所述驱动轴通过直线轴承安装在所述端部套筒中，所述端部套筒的末端设置有端盖。

进一步的，所述驱动轴的两端分别套设有滑套，所述滑套设置在直线轴承与驱动轴之间，所述滑套一端与隔磁铝块相抵，另一端伸出端盖，且滑套的伸出端安装有安装连接板。

进一步的，每个初级定子铁心的定子小槽底部绕制有水冷管，且所有初级定子铁心中的水冷管均串联连接成一体。

进一步的，所述永磁体沿厚度方向充磁，且每个初级定子上相邻两个永磁体充磁方向相反。

进一步的，所述电枢绕组沿轴向三相对称设置，四个初级定子是独立的，而且结构相同。

与现有技术相比，本发明一种初级永磁直线电机致动器，整体结构紧凑。永磁体和电枢绕组均设置在致动器的初级定子上，避免了在高速、抗冲击载荷的应用场合下造成损坏。驱动轴结构简单，动态性能好，四个直线电机同时输出驱动力大，并通过内置水冷管路进行快速冷却，有效降低致动器高频、连续工作时的温升效应，避免永磁体过热造成不可逆退磁，电枢线圈容易烧毁，从而提高致动器功率密度。

附图说明

图1是本发明一种初级永磁直线电机致动器的中心横截面剖示图；

图2是本发明一种初级永磁直线电机致动器的内部三维结构示意图；

图3是本发明一种初级永磁直线电机致动器的外部整体结构示意图；

图4是图1中初级永磁直线电机致动器的动子结构示意图；

图5是图1中一个初级永磁直线电机的初级定子组装结构示意图，其中，图5a是定子底板8和初级定子铁心的结构示意图，图5b是图5a的定子大槽中加装永磁体的结构示意图，图5c是在图5b的基础上加装水冷管的结构示意图，图5d是在图5c的基础上加装电枢绕组的结构示意图。

图6是图1中初级永磁直线电机致动器的内部轴向示意图；

图7是本发明一种初级永磁直线电机致动器的水冷管三维结构示意图。

附图中：驱动轴-1，滑套-2，次级动子凸齿块-3，次级动子槽块-4，初级定子铁心-5，定子大槽-51，定子小槽-52，电枢绕组-6，永磁体-7，定子底板-8，端部套筒-9，隔磁铝块-10，直线轴承-11，端盖-12，连接板-13，水冷管-14。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种初级永磁直线电机致动器的组成结构作具体介绍：

参见图1，一种初级永磁直线电机致动器，包括驱动轴1、次级动子凸齿块3、次级动子槽块4、初级定子铁心5、电枢绕组6和永磁体7；所述驱动轴1上设置有初级永磁直线电机的次级动子，所述次级动子由沿驱动轴1轴向间隔放置的次级动子凸齿块3和次级动子槽块4组成；所述驱动轴1外侧分别对称设置有四个初级永磁直线电机的初级定子，参见图6，驱动轴是圆柱面，但驱动轴外套装了方块状的次级动子凸齿块和次级动子槽块，即初级对应次级是四个侧面，即驱动轴1四个侧面分别对称设置有四个初级永磁直线电机的初级定子；所述每个初级定子包含两个初级定子铁心5，所述初级定子铁心5上开设有若干定子槽，所述定子槽包括定子大槽51和定子小槽52，且定子大槽51与定子小槽52间隔排布；

在所述初级定子铁心5的前后两端及定子大槽51内设置永磁体7，在相邻两个所述初级定子铁心5的定子小槽52内绕制有一个电枢绕组6；所述驱动轴1通过直线轴承11安装在所述端部套筒9中，所述端部套筒9的末端设置有端盖12。

本发明的整个驱动器为四面筒型结构，所述驱动轴上设置初级永磁直线电机的次级动子，四个结构相同的初级永磁直线电机的初级定子对称设置在所述的初级永磁直线电机的次级动子四周外侧，四个初级定子与次级动子之间产生的电磁推力共同作用在所述驱动轴上；所述四个初级永磁直线电机的初级定子分别安装在四个定子底板上，所述四个定子底板相互连接成一体，所述定子底板前后两端对称设置所述端部套筒。所述定子底板和端部套筒组成整个致动器的外壳；所述每个初级定子铁心的定子小槽底部绕制有水冷管，所有所述水冷管均串联连接成一体。通过外部水泵注入循环冷却水，使所述电枢绕组和永磁体能快速冷却。

在本发明的某一实施例中，所述驱动轴1的两端分别套设有滑套2，所述滑套2设置在直线轴承11与驱动轴1之间，所述滑套2一端与隔磁铝块10相抵，另一端伸出端盖12，且滑套2的伸出端安装有安装连接板13。

如图4所示，次级动子凸齿块3和次级动子槽块4的中心均设置有用于驱动轴1穿过的套孔，所述套孔与驱动轴1截面形状匹配；且次级动子前后两端对称设置有隔磁铝块10。

如图5和图6所示，每个初级永磁直线电机的初级定子安装在一个定子底板8上，四个定子底板8围绕驱动轴1设置，且四个定子底板8的侧边依次连接形成矩形筒体，所述矩形筒体的前后两端对称安装有两端部套筒9；每个初级定子铁心5的定子小槽52底部绕制有水冷管14，且所有初级定子铁心5中的水冷管14均串联连接成一体，所述永磁体7沿厚度方向充磁，且每个初级定子5上相邻两个永磁体7充磁方向相反；所述电枢绕组6沿轴向三相对称设置。

参见图7，所述电枢绕组6沿轴向三相对称设置，四个初级定子是独立的，而且结构相同。

参见图6，四个初级定子是分别安装在四个定子底板上的，而次级动子是安装在驱动轴上的，即四个初级定子共用驱动轴上的次级动子，各初级定子离驱动轴上的次级动子四个侧面有一定的气隙。

结合图1，图2和图6所示，本发明一种初级永磁直线电机致动器整体为四面筒型结构，所述驱动轴1上设置初级永磁直线电机的次级动子，四个结构相同的初级永磁直线电机的初级定子对称设置在所述的初级永磁直线电机的次级动子四周外侧。四个初级定子与次级动子之间产生的电磁推力共同作用在所述驱动轴1上，使致动器完成各种不同的运动作用。

结合图1，图2和图4所示，所述初级永磁直线电机的次级动子由轴向间隔放置的次级动子凸齿块3和次级动子槽块4组成。使次级动子的四个侧面形成对称相同的凸极式结构。在所述驱动轴1上初级永磁直线电机的次级动子前后两端分别对称设置有隔磁铝块10、滑套2和安装连接板13。

结合图1，图2和图5所示，所述每个初级永磁直线电机的初级定子包含按极距间隔轴向放置的两个初级定子铁心5，在所述初级定子铁心5的前后两端及定子大槽内51设置永磁体7，在所述初级定子铁心5相邻两个定子小槽内52间隔绕制有一个电枢绕组6。所述永磁体7沿厚度方向充磁，相邻两个永磁体7充磁方向相反。所述电枢绕组6沿轴向三相对称设置。

结合图3和图5所示，所述四个初级永磁直线电机的初级定子分别安装在四个定子底板8上，所述四个定子底板8相互连接成一体，所述定子底板8前后两端对称设置所述端部套筒9。所述定子底板8和端部套筒9组成整个致动器的外壳。

再次参阅图1所示，所述滑套2外侧设置直线轴承11，所述驱动轴1通过直线轴承11与所述端部套筒9连接。所述直线轴承11与所述端部套筒9前端设置有端盖12。

结合图1和图7所示，所述每个初级定子铁心5的定子小槽52底部绕制有水冷管14，所有所述水冷管14均串联连接成一体。通过外部水泵注入循环冷却水，使所述电枢绕组6和永磁体7能快速冷却。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵。

Claims (8)

1.一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：包括驱动轴(1)、次级动子凸齿块(3)、次级动子槽块(4)、初级定子铁心(5)、电枢绕组(6)和永磁体(7)；

所述驱动轴(1)上设置有初级永磁直线电机的次级动子，所述次级动子由沿驱动轴(1)轴向间隔放置的次级动子凸齿块(3)和次级动子槽块(4)组成；所述驱动轴(1)外侧分别对称设置有四个初级永磁直线电机的初级定子，每个初级定子包含两个初级定子铁心(5)，所述初级定子铁心(5)上开设有若干定子槽，所述定子槽包括定子大槽(51)和定子小槽(52)，且定子大槽(51)与定子小槽(52)间隔排布；

在所述初级定子铁心(5)的前后两端及定子大槽(51)内设置永磁体(7)，在相邻两个所述初级定子铁心(5)的定子小槽(52)内绕制有一个电枢绕组(6)。

2.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：次级动子凸齿块(3)和次级动子槽块(4)的中心均设置有用于驱动轴(1)穿过的套孔，所述套孔与驱动轴(1)截面形状匹配；且次级动子前后两端对称设置有隔磁铝块(10)。

3.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：每个初级永磁直线电机的初级定子安装在一个定子底板(8)上，四个定子底板(8)围绕驱动轴(1)设置，且四个定子底板(8)的侧边依次连接形成矩形筒体，所述矩形筒体的前后两端对称安装有两端部套筒(9)。

4.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：所述驱动轴(1)通过直线轴承(11)安装在所述端部套筒(9)中，所述端部套筒(9)的末端设置有端盖(12)。

5.如权利要求2所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：所述驱动轴(1)的两端分别套设有滑套(2)，所述滑套(2)设置在直线轴承(11)与驱动轴(1)之间，所述滑套(2)一端与隔磁铝块(10)相抵，另一端伸出端盖(12)，且滑套(2)的伸出端安装有安装连接板(13)。

6.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：每个初级定子铁心(5)的定子小槽(52)底部绕制有水冷管(14)，且所有初级定子铁心(5)中的水冷管(14)均串联连接成一体。

7.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：所述永磁体(7)沿厚度方向充磁，且每个初级定子(5)上相邻两个永磁体(7)充磁方向相反。

8.如权利要求1所述的一种初级永磁直线电机致动器，其特征在于：所述电枢绕组(6)沿轴向三相对称设置。