CN205430024U - 永磁直线电机及柔腔压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种永磁直线电机及柔腔压缩机，该永磁直线电机包括定子和动子，所述动子为永磁辐射环动子，所述环动子包括传动轴和装于传动轴的环状永磁体，所述环状永磁体是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，所述定子包括由多层硅钢片重叠而成的硅钢外环以及由硅钢外环内表面径向延伸的多个内硅钢片，每个内硅钢片上绕有线圈绕组，每个定子的多个内硅钢片上的线圈绕组由一条铜线依次绕成。上述电机采用一体成型的永磁辐射环动子，结构简单紧凑，节能环保。而且，永磁辐射环是闭环结构，防止漏磁，提升了电机的功率和效率。而定子的线圈互不影响，无干涉或重叠，提高了电机的功率。

Description

永磁直线电机及柔腔压缩机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁直线电机及柔腔压缩机。

背景技术

电机已经成为工业生产中至关重要的关键部件之一，广泛应用于各种工业机器中，例如，用在压缩机中驱动活塞。压缩机通常使用旋转电机驱动机械部件压缩做功，螺杆、曲轴等装置的存在会消耗部分能量，往复式压缩机通过机械***将旋转运动转化为直线运动消耗的能量更大，能效转换率相对较低。因此，压缩机更趋向于采用直线电机。

韩、美等国已采用直线电机驱动活塞汽缸实现压缩而生产线性压缩机，国内还无此类应用先例。有缸压缩机因为活塞杆与活塞缸长期摩擦，致使能耗较高、机械部件磨损大容易损坏，影响电机功率提升和电机使用寿命。

目前常用的直线电机主要是永磁直线电机，一般来说，永磁直线电机都包括有定子和永磁动子。永磁动子连接在支架上，传统的动子是将多片弧形动子拼接成一个圆环状动子，例如用八片弧形动子拼接成整个环动子，八片弧形动子充磁相同。定子采用两个或以上，例如双极定子，这两个定子的N、S极交替错开排列，这样就构成一个永磁直线电机。显然，在这种电机中，需要至少两个定子，每个定子都采用硅钢材料制成，再进行线圈绕组，由此需要双倍的定子制作成本，而且定子相对于动子用料较多，制作更难。另外，八片弧形动子之间有隔片间隔，隔片通过支架连接到传动轴。这种拼接结构方式的环动子在各片弧形动子之间有干涉，影响永磁磁性利用，功率低，而且容易漏磁，导致电机效率低下，功率难以有效提高。

另外，传统的定子采用多个硅钢片，并分成n对，每一对硅钢片对向缠绕同一条线圈，例如采用八个硅钢片时，则采用四条线圈绕组，这样就构成一个永磁电机。电机定子的这种缠绕方式将使得各对线圈之间产生的磁力线相互干扰，造成磁力损失，影响永磁磁性利用，降低了电机功率，而且磁力线的强度分布不均匀，导致永磁电机效率低下，功率难以有效提高。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种结构紧凑、防止磁漏、磁性利用率高、高效节能、制作简便且成本低的永磁直线电机及柔腔压缩机。

一种永磁直线电机，其包括定子和动子，所述动子为永磁辐射环动子，所述环动子包括传动轴和装于传动轴的环状永磁体，所述环状永磁体是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，所述定子包括由多层硅钢片重叠而成的硅钢外环以及由硅钢外环内表面径向延伸的多个内硅钢片，每个内硅钢片上绕有线圈绕组，每个定子的多个内硅钢片上的线圈绕组由一条铜线依次绕成。

进一步地，所述环状永磁体在轴向上分成两个以上永磁辐射环，每个永磁辐射环是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，相邻两个永磁辐射环同一侧的磁极性相异，所述环状永磁体内侧设有隔磁环，相邻两个永磁辐射环之间具有间隔环。

进一步地，所述环状永磁体也可以是一个永磁辐射环，所述定子是双层定子，所述双层定子上的线圈绕组电流方向相异而使得双层定子形成两个极性反向的感应磁场以驱动永磁辐射环动子产生直线往复运动，所述永磁辐射环内侧设有隔磁环。

进一步地，所述隔磁环通过连轴支架安装于传动轴上，所述连轴支架包括连接于传动轴和隔磁环之间呈辐射状排列的多个支板，所述硅钢外环为闭环结构，所述多个内硅钢片与硅钢外环为一体成型结构。

进一步地，每个内硅钢片的末端具有硅钢齿部，相邻两个内硅钢片以及各自的硅钢齿部与硅钢外环内表面构成收容线圈绕组的腔体，每个硅钢齿部呈弧形，多个弧形硅钢齿部相互间隔并环绕在同一个圆周上或者多个弧形硅钢齿部相连时构成与硅钢外环共轴的内环。

进一步地，每个内硅钢片上线圈都是从靠近硅钢外环的一侧或者都是靠近硅钢齿部位置开始缠绕，各个内硅钢片上的线圈绕组的缠绕方向相同，各个的线圈绕组在内硅钢片上的走向一致。

进一步地，每个永磁辐射环的磁力线方向是向心的或辐射状的，每个永磁辐射环的磁力线经过传动轴的轴心。

以及，一种柔腔压缩机，其包括永磁直线电机和装于永磁直线电机两端的压缩腔，所述永磁直线电机是如上所述的永磁直线电机。

进一步地，所述压缩腔为安装在永磁直线电机的传动轴端部的柔性伸缩腔，所述柔性伸缩腔与传动轴相连。

进一步地，所述柔腔压缩机具有外壳，所述外壳与定子的内硅钢片之间紧贴一个固定压盘，每个固定压盘具有让传动轴穿过的通孔，每个柔性伸缩腔与传动轴的端部连接处为凸环结构，所述凸环结构与固定压盘之间夹设一个助力弹簧。

上述永磁直线电机采用一体成型的永磁辐射环动子，结构更加紧凑，简单巧妙，制作方便，省时省料，节能环保。而且，由于永磁辐射环是一体成型并经辐射充磁的闭环结构，没有拼接，制作方便，节省材料，降低成本，避免了现有技术中因使用拼接永磁体出现的漏磁和反向磁力现象，提高了磁利用率，提升了电机的功率和效率。在电机定子结构中，多个内硅钢片上的线圈缠绕方向相同且由一条线圈绕成，且为依次缠绕，相邻的两个内硅钢片的线圈互不影响，也没有交叠，产生的磁力线基本没有干涉或重叠，提高了磁利用率，提升了永磁电机的功率。而且上述永磁直线电机定子的线圈绕组中磁力线分布均匀，协同作用强，能充分发挥各自磁性作用，使电机功率得到更加有效的提升。这样，通过闭环结构的永磁辐射环结合特定缠绕方式的内硅钢片线圈绕组，两者协同作用，相互配合，更有效地发挥磁性利用率，增加磁功率，提升电机效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的柔腔压缩机及其永磁直线电机的轴向剖视结构示意图。

图2是图1的永磁直线电机的动子立体结构示意图。

图3是图1的永磁直线电机的定子立体结构示意图。

图4是本实用新型实施例二永磁直线电机的轴向剖视结构示意图。

图5是本实用新型实施例二永磁直线电机的径向剖视结构示意图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1，示出本实用新型实施例一的永磁直线电机，其包括定子10和动子20，所述动子20为永磁辐射环动子20，所述环动子20包括传动轴21和装于传动轴21的环状永磁体，所述环状永磁体在轴向上分成两个以上永磁辐射环22，多个永磁辐射环22沿着轴向排列，图中以两个为例，分别为永磁辐射环22a、22b，即本实施例一的永磁直线电机是双环永磁辐射体搭配一个定子。

每个永磁辐射环22是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，相邻两个永磁辐射环22同一侧的磁极性相异，所述定子10包括由多层硅钢片重叠而成的硅钢外环11以及由硅钢外环11内表面径向延伸的多个内硅钢片16，每个内硅钢片16上绕有线圈绕组13，多个内硅钢片16上的线圈绕组13缠绕方向相同且由一条线圈依次绕成。具体地，永磁闭环结构是由永磁材料烧结或注塑而成并采用辐射充磁。

如图1和图2所示，环状永磁体内侧设有隔磁环23，相邻两个永磁辐射环22之间具有间隔环24，所述间隔环24是由隔磁环23外表面一体延伸出的凸环。隔磁环23通过连轴支架25安装于传动轴21上，所述连轴支架25包括连接于传动轴21和隔磁环23之间呈辐射状排列的多个支板251。两个永磁辐射环22同一侧的磁极性相反，例如，永磁辐射环22a的外侧为S极，内侧为N极，此时，永磁辐射环22b的外侧为N极，内侧为S极。当然，在其它实施例中，可以采用三个或更多的永磁辐射环22a或22b，轴向并排设置，相当于是串接在传动轴21上，永磁辐射环22a、22b的轴向宽度可以设置为较小尺寸，这样可以大幅地增加磁功率，增强电机效率和压缩功率。进一步地，每个永磁辐射环22的磁力线方向是向心的或辐射状的，每个永磁辐射环22的磁力线经过传动轴21的轴心。

如图1和3所示，在定子10中，硅钢外环11为闭环结构，多个内硅钢片16与硅钢外环11为一体成型结构。进一步地，每个内硅钢片16的末端具有硅钢齿部15，相邻两个内硅钢片16以及各自的硅钢齿部15与硅钢外环11内表面构成收容线圈绕组13的腔体18，每个硅钢齿部15呈弧形，多个弧形硅钢齿部15相互间隔并环绕在同一个圆周上或者多个弧形硅钢齿部15相连时构成与硅钢外环11共轴的内环。

进一步地，每个内硅钢片16上线圈都是从靠近硅钢外环11的一侧或者都是靠近硅钢齿部15位置开始缠绕，各个内硅钢片16上的线圈绕组13的缠绕方向相同，各个的线圈绕组13在内硅钢片16上的走向一致。这样，定子10就能形成方向一致(都是径向辐射状)、分布均匀的磁力线。此外，如图1和3所示，所述定子10的硅钢外环11上具有通孔或螺孔17，通过紧固件171贯穿通孔或螺孔17将定子10固定于一个电机外壳19上。具体地，线圈绕组13是采用一条线圈依次在各内硅钢片16上缠绕，先在一个内硅钢片16绕好线圈13后，再接着用该线圈剩余的部分缠绕相邻的下一个内硅钢片16，如此依次缠绕，直到每个内硅钢片16都用这一条线缠绕出所需的线圈绕组13。这样缠绕能避免磁损失，节省材料，提高磁功率。

进一步地，所述内硅钢片16的数量优选为6个或8个或更多偶数个，多个弧形硅钢齿部15形状大小相同，每个弧形硅钢齿部15的弧度为2π/n，n为内硅钢片16的数量。

如图1所示，本实用新型实施例还提供一种柔腔压缩机100，其包括永磁直线电机和装于永磁直线电机两端的压缩腔110，所述永磁直线电机是如上所述的永磁直线电机。优选地，所述压缩腔110为安装在永磁直线电机的传动轴21端部的柔性伸缩腔，所述柔性伸缩腔与传动轴21相连。进一步地，所述柔腔压缩机100具有外壳19，即是电机的外壳19，所述外壳19与定子10的内硅钢片16之间紧贴一个固定压盘14，每个固定压盘14具有让传动轴21穿过的通孔，每个柔性伸缩腔110与传动轴21的端部连接处为凸环结构112，所述凸环结构112与固定压盘14之间夹设一个助力弹簧114。通孔孔壁与传动轴21之间套有一个轴承113。

柔性伸缩腔110是由柔性材料制成，类似于柔性可伸缩的波纹管腔，柔性伸缩腔110的外端具有进气阀110a和出气阀110b。外壳在正对柔性伸缩腔110的进气阀110a和出气阀110b位置设有进气通道118和出气通道119，进气通道118和出气通道119略有转折，避免灰尘、杂物直接吸入或掉入进气阀110a和出气阀110b处，具有一定防护作用。进一步地，在外壳19的两端设有减震弹簧115，以消减压缩机100产生的震动。

上述柔腔压缩机100工作时，先线圈绕组13通以交流电，使得定子10交替产生极性相异的磁力线，以图2中的N、S极性分布为例，当定子10的内侧为S极性时，将驱使动子20向下方(仅以图示方位说明)移动，即下方的柔性伸缩腔110为受压状态，顶开出气阀110b，向下方供出压缩气体，同时上方的柔性伸缩腔110的进气阀110a打开，吸入气体。然后电流变换，定子10的内侧变换为N极性，则将动子20向上方推动，即下方的柔性伸缩腔110为受压状态，顶开出气阀110b，向上方供出压缩气体，同时下方的柔性伸缩腔110的进气阀110a打开，吸入气体。工作时，动子10将作如此往复运动，实现压缩机功能。

请参阅图4和5，示出本实用新型实施例二的永磁直线电机，其包括双层定子30和动子20，所述动子20为永磁辐射环动子20。以上两个实施例的永磁直线电机结构基本相同，不同之处在于，实施例一是采用双永磁辐射环搭配一个定子，实施例二是单个永磁辐射环搭配双层定子或双定子，两个实施例中相同的结构在此不再赘述。永磁辐射环动子20为单个永磁辐射环，该永磁辐射环也是由永磁材料一体烧结或一体注塑而成的永磁闭环结构。双层定子30上的线圈绕组电流方向相异，从而使得双层定子30形成两个极性反向的感应磁场以驱动永磁辐射环动子20产生直线往复运动，所述永磁辐射环20内侧设有隔磁环23。本实施例的单个永磁辐射环的结构类似于实施例一中的永磁辐射环22a或22b，在此不再赘述。

双层定子30的结构、材料与实施例一中的定子10的结构和材料基本相同，定子30也有硅钢外环31，不同之处在于，定子30沿着轴向分成两层内硅钢片32，每层内硅钢片32都有多个内硅钢片32，两层内硅钢片32可以由一条铜线依次绕成，但是缠绕方向相异，相当于电流方向相异，形成两个极性反向的感应磁场，也可以是两层内硅钢片32各通过一条铜线依次绕成，方向可以相同，只是通以不同方向电流，即形成两个极性反向的感应磁场。

同样地，将实施例二的永磁直线电机替代实施例一的永磁直线电机，接上柔性伸缩腔110，同样组成另一种结构形式的柔性压缩机，工作原理相同，在此不再赘述。

因此，上述永磁直线电机采用一体成型的永磁辐射环动子20，结构更加紧凑，简单巧妙，制作方便，省时省料，节能环保。进一步地，永磁辐射环是由永磁材料烧结或注塑而成并采用辐射充磁的永磁闭环，没有拼接，制作方便，节省材料，而且避免了现有技术中因使用拼接永磁体出现的漏磁和反向磁力现象，提高了磁利用率，提升了电机的功率和效率。在电机定子10结构中，多个内硅钢片16上的线圈缠绕方向相同且由一条线圈绕成，且为依次缠绕，相邻的两个内硅钢片16的线圈互不影响，也没有交叠，产生的磁力线基本没有干涉或重叠，提高了磁利用率，提升了永磁电机的功率。而且上述永磁直线电机定子10的线圈绕组13中磁力线分布均匀，协同作用强，能充分发挥各自磁性作用，使电机功率得到更加有效的提升。更进一步，通过闭环结构的永磁辐射环22a、22b结合特定缠绕方式的内硅钢片线圈绕组13，两者协同作用，相互配合，更有效地发挥磁性利用率，增加磁功率，提升电机效率。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁直线电机，其包括定子和动子，其特征在于，所述动子为永磁辐射环动子，所述环动子包括传动轴和装于传动轴的环状永磁体，所述环状永磁体是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，所述定子包括由多层硅钢片重叠而成的硅钢外环以及由硅钢外环内表面径向延伸的多个内硅钢片，每个内硅钢片上绕有线圈绕组，每个定子的多个内硅钢片上的线圈绕组由一条铜线依次绕成。

2.如权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述环状永磁体在轴向上分成两个以上永磁辐射环，每个永磁辐射环是一体成型并经辐射充磁的永磁闭环，相邻两个永磁辐射环同一侧的磁极性相异，所述环状永磁体内侧设有隔磁环，相邻两个永磁辐射环之间具有间隔环。

3.如权利要求2所述的永磁直线电机，其特征在于，所述环状永磁体是一个永磁辐射环，所述定子是双层定子，所述双层定子上的线圈绕组电流方向相异而使得双层定子形成两个极性反向的感应磁场以驱动永磁辐射环动子产生直线往复运动，所述永磁辐射环内侧设有隔磁环。

4.如权利要求2或3所述的永磁直线电机，其特征在于，所述隔磁环通过连轴支架安装于传动轴上，所述连轴支架包括连接于传动轴和隔磁环之间呈辐射状排列的多个支板，所述硅钢外环为闭环结构，所述多个内硅钢片与硅钢外环为一体成型结构。

5.如权利要求1-3任一项所述的永磁直线电机，其特征在于，每个内硅钢片的末端具有硅钢齿部，相邻两个内硅钢片以及各自的硅钢齿部与硅钢外环内表面构成收容线圈绕组的腔体，每个硅钢齿部呈弧形，多个弧形硅钢齿部相互间隔并环绕在同一个圆周上或者多个弧形硅钢齿部相连时构成与硅钢外环共轴的内环。

6.如权利要求5所述的永磁直线电机，其特征在于，每个内硅钢片上线圈都是从靠近硅钢外环的一侧或者都是靠近硅钢齿部位置开始缠绕，各个内硅钢片上的线圈绕组的缠绕方向相同，各个的线圈绕组在内硅钢片上的走向一致。

7.如权利要求1-3任一项所述的永磁直线电机，其特征在于，每个永磁辐射环的磁力线方向是向心的或辐射状的，每个永磁辐射环的磁力线经过传动轴的轴心。

8.一种柔腔压缩机，其包括永磁直线电机和装于永磁直线电机两端的压缩腔，其特征在于，所述永磁直线电机是如权利要求1-7任一项所述的永磁直线电机。

9.如权利要求8所述的柔腔压缩机，其特征在于，所述压缩腔为安装在永磁直线电机的传动轴端部的柔性伸缩腔，所述柔性伸缩腔与传动轴相连。

10.如权利要求8所述的柔腔压缩机，其特征在于，所述柔腔压缩机具有外壳，所述外壳与定子的内硅钢片之间紧贴一个固定压盘，每个固定压盘具有让传动轴穿过的通孔，每个柔性伸缩腔与传动轴的端部连接处为凸环结构，所述凸环结构与固定压盘之间夹设一个助力弹簧。