CN2907064Y - 直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直线电机，包括有定子和动子，所述定子包括有软铁材料的定子铁心和设置在定子铁心上的定子绕组，所述定子设置在直线电机的壳体内的一端，所述动子设置在壳体内的另一端且在电磁力作用下在壳体内作往复运动，由此带动固定在动子上的输出轴作直线往复运动，所述定子绕组与变频电源连接。该直线电机的动子完全依靠电磁力来回作往复直线运动，省去了中间传动环节，结构简单、体积小、重量轻、噪声小、无间接损耗、磨损小、维护方便。电机定子铁心采用软铁性材料，有效降低了电磁铁心的铁损和涡流发热。

Description

直线电机

技术领域

本实用新型涉及一种电机，具体是一种作往复运动的直线电机。

背景技术

传统的直线驱动装置都是采用旋转电动机，然后通过中间转换装置来实现的，常用的中间转换装置有曲柄连杆机构、偏心凸轮机构等，由于这类均以偏心运转的方式工作，因此会产生很大的不平衡惯性力而引起负载振动及噪声，此外，这类直线驱动装置的传动机构体积庞大、结构复杂，各个运动副之间均存在有非常高的相对运动速度，由此会产生比较大的摩擦而使其磨损、损坏，而且这类直线驱动装置效率低，并需要较高的制造精度，应用范围受到限制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双向脉冲变频控制的、作往复运动的直线电机。

实现本实用新型目的的技术方案是：一种直线电机，包括有定子和动子，所述定子包括有软铁材料的定子铁心和设置在定子铁心上的定子绕组，所述定子设置在直线电机的壳体内的一端，所述动子设置在壳体内的另一端且在电磁力作用下在壳体内作往复运动，由此带动固定在动子上的输出轴作直线往复运动，所述定子绕组与变频电源连接。

所述的壳体内设置有导向衬套，所述动子与导向衬套滑动配合。

所述的动子是永磁材料制成的一整体结构。

所述的动子是由两部份固定连接组成，一端为永磁材料制成的磁极，另一端为非磁性材料。

所述的变频电源包括有整流电路、IGBT桥式电路、驱动电路、单片机电路、键盘、降压整流电路、过流过压保护电路和液晶显示电路；所述整流电路的输入端与交流电源连接，整流电路的输出端与IGBT桥式电路的输入端连接，IGBT桥式电路的输出端与直线电机的定子绕组连接，所述过流过压保护电路与IGBT桥式电路相对应的端口连接，所述键盘和液晶显示电路分别与单片机电路相对应的端口连接，所述驱动电路的输入端与单片机电路相对应的输出端连接，驱动电路的输出端与IGBT桥式电路相对应的输入端连接，降压整流电路的输入端与交流电源连接，降压整流电路的输出端分别与单片机电路和驱动电路的电源端口连接。

所述的IGBT桥式电路是包括有四只IGBT管Q5～Q8组成的全桥驱动电路。

所述的IGBT桥式电路是包括有两只IGBT管Q9、Q10组成的半桥驱动电路。

所述IGBT桥式电路的每个IGBT管反向端都并联有一个续流二极管，以保护IGBT管不至于过电压而烧坏。

所述的驱动电路包括有第一驱动电路和第二驱动电路，第一驱动电路和第二驱动电路的输入端分别与单片机电路相对应的输出端连接，第一驱动电路和第二驱动电路的输出端分别与IGBT桥式电路相对应的输入端连接；第一驱动电路和第二驱动电路轮流导通、间隔输出驱动信号。

本实用新型具有积极的效果：(1)该直线电机的动子完全依靠电磁力来回作往复直线运动，省去了中间传动环节，结构简单、体积小、重量轻、噪声小、无污染、无间接损耗、磨损小、维护方便、成本低。(2)电机定子铁心采用软铁性材料，有效降低了电磁铁心的铁损和涡流发热现象，更加节能。(3)变频电源采用IGBT桥式电路，能输出双向变频脉冲。

附图说明

图1是实施例1的直线电机的结构示意图；

图2是本实用新型变频电源的结构示意图；

图3是本用新型第一驱动电路的电路原理图；

图4是本用新型第二驱动电路的电路原理图；

图5是本实用新型第一驱动电路和第二驱动电路输出波形的示意图；

图6是实施例1的IGBT桥式电路的电路原理图；

图7是本实用新型IGBT桥式电路输出波形的示意图；

图8是实施例2的直线电机的结构示意图；

图9是实施例2的IGBT桥式电路的电路原理图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1所示，本实施例的直线电机包括有电机壳体1-1和设置在壳体1-1内的定子1-2、动子1-3和导向衬套1-4，所述定子1-2包括有软铁材料的定子铁心1-2-1和设置在定子铁心1-2-1上的定子绕组1-2-2，所述定子1-2设置在直线电机的壳体1-1内的一端，所述动子1-3设置在壳体1-1内的另一端，动子1-3与设置在壳体1-1内的导向衬套1-4滑动配合，且完全在电磁力作用下在壳体1-1内作直线往复运动，由此带动固定在动子1-3上的输出轴作直线往复运动，所述定子绕组1-2-2与变频电源2连接，所述的动子1-3是由永磁材料构成的一整体结构。

见图2，所述的变频电源2包括有整流电路2-1、IGBT桥式电路2-2、驱动电路2-3、单片机电路2-4、键盘2-5、降压整流电路2-6、过流过压保护电路2-7、和液晶显示电路2-8；所述整流电路2-1的输入端与交流电源连接，整流电路2-1的输出端与IGBT桥式电路2-2的输入端连接，IGBT桥式电路2-2的输出端与上述电机绕组即定子绕组1-2-2连接，所述过流过压保护电路2-7与IGBT桥式电路2-2相对应的端口连接，所述键盘2-5和液晶显示电路2-8分别与单片机电路2-4相对应的端口连接，所述驱动电路2-3包括有第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2，第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2结构上相同，第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2的输入端分别与单片机电路2-4相对应的输出端连接，第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2的输出端分别与IGBT桥式电路2-2相对应的输入端连接。降压整流电路2-6的输入端与交流电源连接，降压整流电路2-6的输出端分别与单片机电路2-4和驱动电路2-3的电源端口连接。所述的整流电路2-1和IGBT桥式电路2-3之间还连接有电解电容器Cx，电解电容器Cx吸收过电压，防止整流电路2-1的输出端输出过电压而损坏IGBT的桥式电路2-3。

上述的整流电路2-1把输入的交流电转换成直流电输出到IGBT的桥式电路2-2；所述的驱动电路2-3在单片机电路2-4的控制下输出信号驱动IGBT桥式电路2-2，使其正常工作；所述的过流过压保护电路2-7对IGBT的桥式电路2-2进行保护，防止过流过压损坏IGBT管；所述的降压整流电路2-6为驱动电路2-3和单片机电路2-4提供工作电源；所述的键盘2-5用于选择变频电源的输出脉冲频率、输出脉冲的宽度和幅值等参数；所述的液晶显示电路2-8对变频电源输出脉冲的频率大小和脉冲的宽度以及电压和电流的大小等数据进行显示。

见图3及图4，所述的第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2都是采用型号为4N25的光电隔离器和型号为LM311的比较放大器，电源电压为18V，输出级都具有一个4V的稳压管，可使得输出信号为-4-+14V，驱动电路输入脉冲电流为4ms，比较放大器LM311为OC门输出，LM311输出端的上拉电阻限制了LM311的灌入电流，开关三极管的β都是大于100。

见图2、图3及图4，在单片机电路2-4的控制下，当第一驱动电路2-3-1的光电隔离器U1输入端1、2脚之间为高电平(大于3V)时，其输出端4、5脚导通，则比较放大器U2的负输入端3脚为低电平，使得U2的输出端7脚为高电平，从而使开关三极管Q1导通，Q2截止，则第一驱动电路2-3-1的输出端g1、e1输出+14V的高电平信号，使被驱动的IGBT导通。当光电隔离器U1输入端为低电平时，其输出端4、5断开，使比较放大器U2的负输入端3为高电平，则U2的输出端为低电平，从而使开关三极管Q2导通，Q1截止，则驱动电路2-3-1的输出端g1、e1输出-4V的低电平信号，使被驱动的IGBT截止。第二驱动电路2-3-2的工作过程和第一驱动电路相同，第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2轮流工作、间隔输出驱动信号，其两路驱动信号波形如图5所示。

见图6，所述的IGBT桥式电路2-2是包括有四只IGBT管Q5～Q8的全桥驱动电路。第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2的输出端g1、g2分别与IGBT桥式电路2-2相对应的输入端连接，第一驱动电路2-3-1驱动Q5和Q8导通，第二驱动电路2-3-2驱动Q6和Q7导通。当第一驱动电路2-3-1的输出端g1输出高电平驱动信号、第二驱动电路g2输出低电平时，IGBT管Q5、Q8导通，Q6、Q7截止，则IGBT桥式电路2-3的输出端out1输出高电平，输出端out2输出低电平；当第一驱动电路2-3-1的输出端g1输出低电平信号、第二驱动电路2-3-2的输出端g2输出高电平驱动信号时，IGBT管Q6、Q7导通，Q5、Q8截止，则IGBT桥式电路2-3的输出端out1输出低电平，输出端out2输出高电平。IGBT桥式电路2-2输出的脉冲波形见图7所示，输出脉冲的宽度T1为4-10ms(主要考虑磁性材料的磁滞现象)，频率f为1-60Hz。IGBT桥式电路2-3输出端out1和out2与直线电机的定子绕组1-2-2连接。

在使用该直线电机时，首先通过键盘2-5的按键选择变频电源2输出脉冲的宽度和频率，变频电源2接通交流电源后，变频电源2输出端输出上述双向交流电到电机定子绕组1-2-2，定子绕组1-2-2通电后产生电磁场，在定子绕组1-2-2的两端形成磁极。假设动子右端为磁极N，则当定子绕组1-2-2的左端产生N极磁极，电磁绕组的N极磁极与永磁直线电机次级N极磁极通过电磁力相互作用，推出直线电机的动子1-3，也就是直线电机输出轴的伸出过程。当定子绕组1-2-2的左端产生S极磁极，定子绕组1-2-2的S极磁极与永磁直线电机动子1-3的N极磁极通过电磁力相互作用，拉回直线电机动子1-3，也就是直线电机输出轴的回复过程。由于变频电源2为双向脉冲电源，定子绕组1-2-2的电流正反方向变化，就会使直线电机的动子1-3作往复直线运动，直线电机动子1-3的整个往复运动过程均由磁传动实现。

(实施例2)

实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于：见图8，所述的电机动子1-3是由两部份组成，一部份为永磁材料制成的磁极1-3-1，另一端为非磁性材料块1-3-2。

见图9，所述的变频电源2的IGBT桥式整流电路2-2是具有两个IGBT管Q9、Q10组成的半桥电路，第一驱动电路2-3-1和第二驱动电路2-3-2的输出端g1、g2分别与IGBT桥式电路2-3相对应的输入端连接，第一驱动电路2-3-1驱动Q10导通，第二驱动电路2-3-2驱动Q9导通。当第一驱动电路2-3-1的输出端g1输出高电平驱动信号、第二驱动电路的输出端g2输出低电平信号时，Q10导通，Q9截止，则IGBT桥式电路2-2的输出端out1输出高电平，输出端out2输出低电平；当第一驱动电路2-3-1的输出端g1输出低电平信号、第二驱动电路2-3-2的输出端g2输出高电平驱动信号时，Q9导通，Q10截止，则IGBT桥式电路2-2的输出端out2输出高电平，输出端out1输出低电平；IGBT桥式电路2-2输出的脉冲波形见图7所示，输出脉冲的宽度T1为4-10ms(主要考虑磁性材料的磁滞现象)，频率f为1-60Hz。IGBT桥式电路2-2的输出端out1和out2与直线电机的定子绕组1-2-2连接。

Claims (9)

1、一种直线电机，包括有定子(1-2)和动子(1-3)，所述定子(1-2)包括有软铁材料的定子铁心(1-2-1)和设置在定子铁心(1-2-1)上的定子绕组(1-2-2)，其特征在于：所述定子(1-2)设置在直线电机的壳体(1-1)内的一端，所述动子(1-3)设置在壳体(1-1)内的另一端且在电磁力作用下在壳体(1-1)内作往复运动，由此带动固定在动子(1-3)上的输出轴作直线往复运动，所述定子绕组(1-2-2)与变频电源(2)连接。

2、根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：所述的壳体(1-1)内设置有导向衬套(1-4)，所述动子(1-3)与导向衬套(1-4)滑动配合。

3、根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：所述的动子(1-3)是永磁材料制成的一整体结构。

4、根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：所述的动子(1-3)是由两部份固定连接组成，一端为永磁材料制成的磁极，另一端为非磁性材料。

5、根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于：所述的变频电源(2)包括有整流电路(2-1)、IGBT桥式电路(2-2)、驱动电路(2-3)、单片机电路(2-4)、键盘(2-5)、降压整流电路(2-6)、过流过压保护电路(2-7)和液晶显示电路(2-8)；所述整流电路(2-1)的输入端与交流电源连接，整流电路(2-1)的输出端与IGBT桥式电路(2-2)的输入端连接，IGBT桥式电路(2-2)的输出端与直线电机的定子绕组(1-2-2)连接，所述过流过压保护电路(2-7)与IGBT桥式电路(2-2)相对应的端口连接，所述键盘(2-5)和液晶显示电路(2-8)分别与单片机电路(2-4)相对应的端口连接，所述驱动电路(2-3)的输入端与单片机电路(2-4)相对应的输出端连接，驱动电路(2-3)的输出端与IGBT桥式电路(2-2)相对应的输入端连接，降压整流电路(2-6)的输入端与交流电源连接，降压整流电路(2-6)的输出端分别与单片机电路(2-4)和驱动电路(2-3)的电源端口连接。

6、根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于：所述的IGBT桥式电路(2-3)是包括有四只IGBT管Q5～Q8组成的全桥驱动电路。

7、根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于：所述的IGBT桥式电路(2-3)是包括有两只IGBT管Q9、Q10组成的半桥驱动电路。

8、根据权利要求6或7所述的直线电机，其特征在于：所述IGBT桥式电路(2-3)的每个IGBT管反向端都并联有一个续流二极管，以保护IGBT管不至于过电压而烧坏。

9、根据权利要求5所述的直线电机，其特征在于：所述的驱动电路(2-3)包括有第一驱动电路(2-3-1)和第二驱动电路(2-3-2)，第一驱动电路(2-3-1)和第二驱动电路(2-3-2)的输入端分别与单片机电路(2-4)相对应的输出端连接，第一驱动电路(2-3-1)和第二驱动电路(2-3-2)的输出端分别与IGBT桥式电路(2-2)相对应的输入端连接；第一驱动电路(2-3-1)和第二驱动电路(2-3-2)轮流导通、间隔输出驱动信号。

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