CN212033983U - 一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过三个连接体（11）固定，本实用新型不但有效解决了传统电机增加变换机构和定子与动子之间存在摩擦问题，又解决了永磁体存在的振动退磁与热退磁的技术难题，而且x和y方向悬浮力之间无耦合、控制简单，易于实现。

Description

一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机

技术领域

本实用新型涉及电机制造技术领域，具体涉及一种无摩擦、磨损，控制简单，运行可靠，带负载能力强，响应速度快，结构紧凑，功耗低，能够产生稳定径向悬浮力的恒流源励磁的四极直流磁悬浮磁阻型直线电机。

背景技术

随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对直线运动控制***的定位精度提出了更高要求，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，造成传动***体积庞大，存在摩擦噪声与传动损耗，传动效率低，传动机构易损坏，这些缺点导致传动直线电机已经难以满足现代直线控制***的性能需求。

而磁悬浮直线电机是利用磁悬浮技术实现动子悬浮无接触支承，动子和定子之间始终保持一定的气隙，消除了定子和动子之间的摩擦阻力，大大提高***的灵敏度、快速性和随动性。且实现了磁悬浮直线电机无接触传递力，机械摩擦损耗几乎为零，所有故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

磁悬浮直线电机中常采用永磁体产生偏置磁通，悬浮绕组产生悬浮控制磁通，两者相互作用产生悬浮力。但是，高温与振动环境下的永磁体退磁难题，导致其工业应用领域受到限制。与三极式交流磁悬浮直线电机相比，四极式结构x和y方向悬浮力之间无耦合、控制简单，且直流驱动技术成熟，易于实现，因此实用新型一种采用恒流源励磁的四极直流磁悬浮直线电机具有重要的现实意义。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种恒流源励磁的四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，本实用新型不但有效解决了传统电机增加变换机构，不能满足控制***性能需求的问题，而且有效解决了传统直流直线电机定子与动子自己存在摩擦问题，并且x和y方向悬浮力之间无耦合、控制简单，易于实现。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种恒流源励磁的四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过位于X、Y向四个连接体（11）固定，所述定子铁心（6）包括悬浮铁心（9）、四个相同弧度的轴向控制铁心（10），悬浮铁心（9）内壁分别通过四块隔磁铝环（8）与四个轴向控制铁心（10）外壁固定一体，悬浮铁心（9）内壁沿圆周向的X、Y向设有向内凸出的四个定子悬浮齿（13），其上沿径向依次绕制恒流源绕组（14）、悬浮绕组（15），X、Y向的悬浮绕组（15）分别串联，相邻悬浮铁心（9）上的X或Y向悬浮绕组（15）为串联或者并联，并由两个开关功放供电；每个轴向控制铁心（10）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的两个定子齿（12），其上对应绕制轴向控制绕组（16）；

所述动子（2）包括动子轴（3），动子轴（3）上套接有M个沿轴向排列的动子铁心（4），M个动子铁心（4）圆周向沿径向的X、Y向设置有四个贯穿于动子轴（3）的动子悬浮齿（5），每个动子铁心（4）的周面剩余空间均匀设置有八个动子齿（7）。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述四个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的恒流源绕组（14）为并联、或为串联，由直流恒流源供电；所述四个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的悬浮绕组（15）为串联或为并联，由直流电源供电。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子齿（12）与动子齿（7）、定子悬浮齿（13）与动子悬浮齿（5）均对应设置，连接体（11）设置于相邻定子悬浮齿（13）对应的悬浮铁心（9）侧壁之间。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述相邻定子悬浮齿（13）沿圆周向夹角均为90度，之间等角度设置有两个定子齿（12）。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述相邻动子悬浮齿（5）沿圆周向夹角均为90度，之间等角度设置有两个动子齿（5）。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子齿（12）与动子齿（5）的宽度和厚度均为设为A，相邻定子铁心（6）之间的间距也为A，相邻动子铁心（4）之间的间距为2A，M与A根据轴向运动总距离与每次轴向运动距离任意设定，M为大于3的自然数。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子（1）、与动子（2）均为同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子（1）的内部。

本实用新型进一步技术改进方案是：

所述定子（1）、动子（2）均由导磁材料制成，连接体（11）为导磁材料、或为非导磁材料制成。。

本实用新型与现有技术相比，具有以下明显优点：

一、本实用新型定子的定子悬浮齿上分别设置有恒流源绕组和悬浮绕组，两者通电相互作用产生X和Y方向径向悬浮力；实现了动子无接触悬浮支撑，大大提高***的灵敏度、快速性和随动性，机械摩擦损耗几乎为零，故障少，免维护，工作安全可靠、寿命长。

二、本实用新型动子铁心的X和Y方向为连成为整体的四个长条状的动子悬浮齿，能够在动子做直线运动的同时产生稳定可靠的径向悬浮力。

三、本实用新型采用隔磁铝块将悬浮铁心与轴向控制铁心隔开，直线运动控制与悬浮控制之间无耦合、独立控制，控制简单、可靠。

附图说明

图1为本实用新型侧视图；

图2为本实用新型正视图；

图3为本实用新型恒流源励磁磁场分布图1；

图4为本实用新型X方向悬浮力产生原理图1；

图5为本实用新型Y方向悬浮力产生原理图1；

图6为本实用新型恒流源励磁磁场分布图2；

图7为本实用新型X方向悬浮力产生原理图2；

图8为本实用新型Y方向悬浮力产生原理图2；

具体实施方式

本实用新型基于的原理是：

直线运动原理：在起始位置时，第M个动子铁心4与外侧定子铁心6正对齐，那么中间定子铁心6右侧与第M+1个定子铁心6左侧对齐，此时，外侧定子铁心6中的轴向控制绕组16断电，而中间的定子铁心6中的轴向控制绕组16通电，动子2将向左移动A，继续将中间的定子铁心6中的轴向控制绕组16断电，而将内侧的定子铁心6中的轴向控制绕组16通电，动子2将继续向左运动A，重复上述过程，动子2将连续不断的向左运动；如需向右运动，则变换轴向控制绕组16的通电顺序即可实现。如需精确定位，只需设计好齿距即可，如果动子2较长，可由多个定子铁心6一起配合使用，用于支撑动子2稳定悬浮。

下面通过具体实施方式结合附图1-5对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型包括定子1和动子2，所述动子2包括动子轴3，M个沿轴向排列的动子铁心4套接在动子轴3的周面上，M个动子铁心X和Y方向上设置有连为一体，且延伸整个动子轴长的4个动子悬浮齿5，每个动子铁心其余周面上均布有8个动子齿7；所述定子1包括三个定子铁心6，所述定子铁心6为与动子2同轴线的空心圆柱形结构，动子2位于定子1的内圈，每个定子铁心6由四块隔磁铝块8将悬浮铁心9与控制铁心10连为一体，每个控制铁心10的内周均布有2个定子齿12，悬浮铁心9的X方向和Y方向有4个定子悬浮齿13，定子悬浮齿13上绕制有恒流源绕组14和悬浮绕组15，定子齿12上绕制轴向控制绕组16；所述定子齿12、定子悬浮齿13与动子齿7、动子悬浮齿5一一对应设置。

定子齿12与动子齿7的宽度和厚度均为A，相邻定子铁心6之间的间距为A，相邻动子铁心4之间的间距为2A。

本实施例中，所述M为自然数且M>3，动子铁心4的数量远远多于定子铁心6的数量，动子铁心4的数量取决于电机轴向长度，当动子铁心4很长时，可以采用两个以上的定子1一起使用。定子齿12与动子齿7一一对应，磁路不饱和。

悬浮控制磁路和直线运动控制磁路相互隔离，悬浮控制磁通和励磁磁通仅经过处于X和Y方向的定子悬浮齿13和动子悬浮齿5形成闭合回路，对轴向直线运动无影响，控制简单。

M个动子铁心4的X和Y方向上设置有连为一体，且延伸整个动子轴3长的动子悬浮齿5，保证在动子2做直线运动的同时产生稳定可靠的径向悬浮力。

定子1、动子2均由导磁材料制成，连接体11既可为导磁材料也可为非导磁材料。

一、连接体11为非导磁材料。

左、中、右三个定子铁心6上的恒流源绕组14反向串联或并联后由一个恒流源供电，如图3所示，同一方向上的悬浮绕组15同向串联或并联后由一个直流电源供电，如图4，图5所示。

以其中一个定子铁心6为例来说明本实用新型的悬浮原理：

恒流源绕组14通电，在定子铁心6、定子悬浮齿13、动子悬浮齿5中形成闭合恒流源磁通，如图3；Y方向悬浮绕组通电，形成闭合的Y方向悬浮控制磁通，如图4；图3和图4的两个磁场相互叠加，在负Y方向磁场相互减弱，在正Y方向磁场相互增强，因此将产生指向正Y方向的悬浮力。

X方向悬浮绕组15通电，形成闭合的X方向悬浮控制磁通，如图5；图5和图3的两个磁场相互叠加，在负X方向磁场相互减弱，在正X方向磁场相互增强，因此将产生指向正X方向的悬浮力。

二、连接体11为导磁材料。

恒流源绕组14通电，在三个定子铁心1之间的定子悬浮齿13、动子悬浮齿5中形成闭合恒流源磁通，如图6；Y方向悬浮绕组15通电，形成闭合的Y方向悬浮控制磁通，如图7；图6和图7的磁场相互叠加，在负Y方向磁场相互减弱，在正Y方向磁场相互增强，因此将产生指向正Y方向的悬浮力。

X方向悬浮绕组15通电，形成闭合的X方向悬浮控制磁通，如图8；图6和图8的磁场相互叠加，在负X方向磁场相互减弱，在正X方向磁场相互增强，因此将产生指向正X方向的悬浮力。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，包括定子（1）、动子（2），其特征在于：所述定子（1）包括三个结构相同的定子铁心（6），定子铁心（6）之间通过位于X、Y方向的四个连接体（11）固定，所述定子铁心（6）包括悬浮铁心（9）、四个相同弧度的轴向控制铁心（10），悬浮铁心（9）内壁分别通过四块隔磁铝环（8）与四个轴向控制铁心（10）外壁固定一体，悬浮铁心（9）内壁沿圆周向的X、Y向设有向内凸出的四个定子悬浮齿（13），其上沿径向依次绕制恒流源绕组（14）、悬浮绕组（15），X、Y向的悬浮绕组（15）分别串联，每个轴向控制铁心（10）内壁沿圆周向等角度设有向内凸出的两个定子齿（12），其上对应绕制轴向控制绕组（16）；

所述动子（2）包括动子轴（3），动子轴（3）上套接有M个沿轴向排列的动子铁心（4），M个动子铁心（4）圆周向沿径向的X、Y向设置有四个贯穿动子轴（3）的动子悬浮齿（5），每个动子铁心（4）的周面剩余空间均匀设置有八个动子齿（7），

悬浮控制磁路和直线运动控制磁路相互隔离，悬浮控制磁通和励磁磁通仅经过处于X和Y方向的定子悬浮齿（13）和动子悬浮齿（5）形成闭合回路。

2.根据权利要求1所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述四个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的恒流源绕组（14）为并联、或为串联，由直流恒流源供电；所述四个定子铁心（6）的定子悬浮齿（13）上绕制的悬浮绕组（15）为串联或为并联，由直流电源供电。

3.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述定子齿（12）与动子齿（7）、定子悬浮齿（13）与动子悬浮齿（5）均对应设置。

4.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述相邻定子悬浮齿（13）沿圆周向夹角均为90度，之间等角度设置有两个定子齿（12）。

5.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述相邻动子悬浮齿（5）沿圆周向夹角均为90度，之间等角度设置有两个动子齿（7）。

6.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述定子齿（12）与动子齿（7）的宽度和厚度均为设为A，相邻定子铁心（6）之间的间距也为A，相邻动子铁心（4）之间的间距为2A，M与A根据轴向运动总距离与每次轴向运动距离任意设定，M为大于3的自然数。

7.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述定子（1）、与动子（2）均为同轴线的空心圆柱形结构，动子（2）位于定子（1）的内部。

8.根据权利要求1或2所述的一种四极直流磁悬浮磁阻型直线电机，其特征在于：所述定子（1）、动子（2）均由导磁材料制成，连接体（11）为导磁或者非导磁材料制成。

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