專利名稱：帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)圈電機(jī)，特別涉及一種帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)。
背景技術(shù)：
動(dòng)圈電機(jī)是根據(jù)電和磁路相互作用，在線圈上提供線性機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電磁裝置。如圖1所示，傳統(tǒng)的動(dòng)圈電機(jī)的類型是由一個(gè)圓柱內(nèi)芯和包圍內(nèi)芯的外殼來界定兩者之間的環(huán)形空間。一個(gè)環(huán)形磁鐵安裝在外殼內(nèi)壁的，而另一個(gè)安裝在內(nèi)芯的外壁。這種組合提供了一個(gè)單一的封閉磁路。一個(gè)圓形線圈繞組被放置在氣隙中間。當(dāng)電流通過線圈繞組，由電流和穿過氣隙的磁通密度的相互作用而產(chǎn)生一個(gè)線性力。圖2顯示了另一種傳統(tǒng)的移動(dòng)式圈式電機(jī)設(shè)計(jì)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，一個(gè)軸向的磁鐵附著在圓柱殼閉端。鐵磁極片附著在軸向磁鐵的另一端。磁通由鐵磁極片和外殼開口端的氣隙而產(chǎn)生。當(dāng)電流通過圓形線圈組的線圈繞組時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)線性力。美國專利(專利號(hào)為4692999)公開了一種為了提供朝向中心圓柱核心的磁通路線，使用兩個(gè)環(huán)形磁鐵附著在外殼的內(nèi)壁上的動(dòng)圈電機(jī)。在此配置中，動(dòng)圈組件是由雙線圈部分形成的，而不是單線圈。這種雙線圈設(shè)計(jì)使得線圈繞組在兩個(gè)位置相互作用或“切割” 空氣間隙。這導(dǎo)致較大的線性力，改善了移動(dòng)式線圈電機(jī)的效率。美國的另外一件專利(專利號(hào)為4808955)公開了另一個(gè)動(dòng)圈電機(jī)也采用了多線圈的設(shè)計(jì)。在雙線圈設(shè)計(jì)里透露由美國描述了類似的設(shè)計(jì)。但在這個(gè)設(shè)計(jì)中，增加兩個(gè)環(huán)形磁鐵也附著在內(nèi)核外壁。在單端體現(xiàn)出，第一個(gè)和第二個(gè)磁路提供了更有效的切割磁通量。美國的另外一件專利(專利號(hào)為5345206)，公開了一種移動(dòng)式線圈電機(jī)，它使用了一套軸向磁化的圓柱形永磁體固定在電機(jī)的中間。在有兩個(gè)軸向磁化的永磁體部件(見圖3所示)里，形成兩個(gè)磁路，允許兩個(gè)線圈部分更有效的切割磁通量。這個(gè)雙線圈設(shè)計(jì)使動(dòng)圈能有一比圖2描述的傳統(tǒng)動(dòng)圈設(shè)計(jì)更大的線性力，它們有相同的直徑，但是雙線圈設(shè)計(jì)有更長的軸向長度。上一個(gè)技術(shù)的動(dòng)圈電機(jī)的構(gòu)造進(jìn)一步完善了提供更高的性能和其它經(jīng)濟(jì)利益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于提高一種改良帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其采用了雙線圈的設(shè)計(jì)和用軸向磁化的永磁體和一個(gè)或多個(gè)安排在一個(gè)圓環(huán)用的徑向磁化的永磁體的互相作用來產(chǎn)生非常高的磁場力。本發(fā)明采用不同的軸向磁化的永磁體的構(gòu)造，它有一個(gè)或多個(gè)徑向磁鐵來提供兩個(gè)磁路。因此允許動(dòng)圈電機(jī)的兩個(gè)線圈部分更有效的在氣隙里切割磁通量。本發(fā)明所述帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，包括一圓柱形外殼，該圓柱形外殼設(shè)有一閉端，該閉端沿著該圓柱形外殼的縱向部分向開口端延伸至內(nèi)表面；在該圓柱形外殼的中心處設(shè)有一內(nèi)核，該內(nèi)核與該圓柱形外殼之間設(shè)有環(huán)狀空氣間隙；一線圈組，在該環(huán)形空氣間隙內(nèi)移動(dòng)，連接到一電源，該線圈組包括設(shè)在環(huán)形空氣間隙內(nèi)的線圈載體，第一線圈繞組在線圈載體上成形，繞成有第一極性；第二線圈繞組在線圈載體上成形，繞成與第一極性相反的第二極性；第一線圈繞組和第二線圈組是相隔開的； 軸向磁化永磁體設(shè)在第一線圈繞組和第二線圈繞組的中間，使得第一線圈繞組和第二線圈繞組繞成串聯(lián)但方向相反；一由鐵磁體內(nèi)芯組成的縱軸排列的永磁鐵，該縱軸排列的永磁鐵包括軸向磁化永磁體，軸向磁化永磁體縱軸排列的一端被螺絲擰在內(nèi)表面上，軸向磁化永磁體具有磁化的第一方向；并且該縱軸排列的永磁鐵還包括徑向磁化永磁體，徑向磁化永磁體附在閉環(huán)的內(nèi)表面上，徑向磁化永磁體具有磁化的第二方向。本發(fā)明中，軸向磁化永磁體和徑向磁化永磁體被磁化的方向相反，使得兩個(gè)磁路由第一線圈繞組和第二線圈繞組的軸向是相反的，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疊加的軸向力。本發(fā)明中，磁化的第一方向和磁化的第二方向使得線性電機(jī)閉端的磁通量從圓柱形外殼通過徑向磁化永磁體指引。本發(fā)明中，徑向磁化永磁體環(huán)形排列由一個(gè)或者多個(gè)徑向磁化永磁體構(gòu)成。本發(fā)明中，第一鐵磁體內(nèi)芯附著在圓柱形外殼閉端的內(nèi)部表面的第一端，第二鐵磁體內(nèi)芯附著在軸向磁化永磁體的第一端，軸向磁化永磁體附著在第三鐵磁體極片的第二端。本發(fā)明中，縱軸排列的永磁鐵的中心設(shè)有通孔，其允許軸從線圈組合到電機(jī)另一端。本發(fā)明中，第一鐵磁體內(nèi)芯的第一端由一個(gè)或多個(gè)螺釘擰在圓柱形外殼閉端的內(nèi)表面上。本發(fā)明中，第一鐵磁體內(nèi)芯的第一端由一個(gè)或多個(gè)螺栓連接在圓柱形外殼閉端的內(nèi)表面上。本發(fā)明中，徑向磁化永磁體是高能弧形釹鐵硼磁鐵。本發(fā)明中，所述雙線圈電機(jī)包括軸向磁化永磁體和徑向磁化永磁鐵，其由一個(gè)或多個(gè)徑向磁鐵來提供兩個(gè)磁路，第一線圈和第二線圈在環(huán)形空氣間隙內(nèi)做切割磁通量運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有的有益效果通過使用一塊軸向磁鐵的配置和大量徑向被安排的弧磁鐵，在電機(jī)閉端的磁通量有效的從圓柱形外殼徑向通過弧形磁鐵向內(nèi)中心指引。這將相比以往的技術(shù)提高性能。而且總體上小了磁鐵空間相比小了一些。這個(gè)結(jié)果是降低了制造的成本。磁鐵空間減少和重量輕的材料的使用，例如鋁端蓋支撐著磁鐵，也會(huì)減少電機(jī)的總體重量，因此減少了運(yùn)輸成本。


圖1是傳統(tǒng)的線性動(dòng)圈電機(jī)的橫斷面的示意圖。圖2是另一種軸向磁鐵連接到閉端的傳統(tǒng)動(dòng)圈電機(jī)類型的橫斷面的示意圖。圖3是第三種傳統(tǒng)動(dòng)圈電機(jī)類型的橫斷面的示意圖，其是使用固定在電機(jī)中心的一套軸向磁化的圓柱形永磁體。圖4是本發(fā)明動(dòng)圈電機(jī)的橫斷面的示意圖。圖5是本發(fā)明一個(gè)磁場極性穿透過第一和第二線圈，當(dāng)線圈通電時(shí)產(chǎn)生疊加的軸向力的示意圖。圖6是本發(fā)明一系列磁化圓弧永磁體布置的圓柱形外殼的截面圖。圖7是本發(fā)明另一種一系列磁化圓弧永磁體布置的圓柱形外殼的截面圖。圖8是本發(fā)明單向磁化的徑向磁化的弧形磁鐵的示意圖。圖9是本發(fā)明使用一個(gè)完整的一片環(huán)狀磁鐵的示意圖。圖10是本發(fā)明軸向磁化永磁鐵在中心具有通孔的體現(xiàn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下圖4展示了本發(fā)明動(dòng)圈電機(jī)的橫斷面的示意圖。動(dòng)圈線性電機(jī)包含一鐵磁體材料的開放的圓柱形外殼1。這樣鐵磁體材料可以是冷軋鋼，釩鐵鈷磁性合金或者400系列的不銹鋼。當(dāng)圓柱形外殼的第二端閉合時(shí)，第一端是打開的。閉端是由非鐵磁體材料構(gòu)成的， 例如是具有良好的機(jī)械性能又有較低密度的鋁材料構(gòu)成的。圓柱形外殼1的閉端扮演直線電機(jī)基礎(chǔ)端蓋的角色。一系列的磁化弧形永磁體(徑向磁化永磁體)3是附在閉端內(nèi)表面。 當(dāng)這些弧形永磁體3加入到鐵磁體內(nèi)芯4里，它們的外表面直接接觸外殼的內(nèi)壁?？v軸排列的永磁鐵安置在圓柱形外殼1中心。由鐵磁體內(nèi)芯4，軸向磁化永磁體6 和第三鐵磁體極片7組成縱軸排列。鐵磁體內(nèi)芯4的第一端是連接到閉端2的內(nèi)表面。軸向磁化永磁體6附在鐵磁體內(nèi)芯4的第二端。鐵磁體內(nèi)芯4是一個(gè)固體塊。鐵磁體內(nèi)芯4 的第一端是通過螺釘5固定，螺釘5是附在閉端2的外表面。這保證了線性電機(jī)里鐵磁體內(nèi)芯4的剛性。鐵磁體內(nèi)芯4的第二端是附在軸向磁化永磁體6的第一端。第二鐵磁極片7安置在軸向磁化永磁體6和圓柱形外殼的開口端之間。由兩個(gè)線圈(第一線圈9和第二線圈10)組成的非鐵磁體材料的動(dòng)圈組件8被安置在內(nèi)圓柱形外殼1內(nèi)形成的空間，作為徑向磁化永磁體3、鐵磁體內(nèi)芯4以及第二鐵磁體極片7的結(jié)果。軸向磁化永磁鐵6和徑向磁化永磁鐵3就如圖5所示的那樣，兩個(gè)磁路在軸向是呈相反的方向被磁化。如圖5所示的，磁場的極性穿過第一線圈9和穿過第二線圈10后是相反的。因此， 第一線圈9和第二線圈10必須是繞成串聯(lián)，但是不同方向。當(dāng)線圈通電時(shí)，可以產(chǎn)生一個(gè)疊加的軸向力。雖然鋁漆包線也可以使用，線圈繞組通常是銅漆包線。它也可能是奇數(shù)或偶數(shù)，例如6、7、8或更多。然而這也很明顯，使用太多件也將隨著需要更多的裝配時(shí)間和材料增加了生產(chǎn)的成本。還應(yīng)當(dāng)指出，所有的磁鐵有相同的磁極性。這些磁鐵通常使用高能產(chǎn)品釹鐵硼永磁體。它有非常普遍制造成這樣的形狀并廣泛用于大量的無刷旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。不過對(duì)于無刷伺服電機(jī)，磁鐵通常成對(duì)反極性交替，如圖7所示。在圖7里，設(shè)置了 8個(gè)極。這是一種最常見的無刷電機(jī)設(shè)計(jì)。通過使用一塊軸向磁鐵的配置和大量徑向被安排的弧磁鐵，在電機(jī)閉端的磁通量有效的從圓柱形外殼通過磁化弧形磁鐵(徑向磁化永磁體)指引。這將相比以往的技術(shù)提高性能。附在電機(jī)閉端的徑向安置的弧形磁鐵可以被制造的相對(duì)于在圖3里描述的現(xiàn)有技術(shù)的軸向磁鐵相對(duì)的小一些。而且總體上小了磁鐵空間相比小了一些。本發(fā)明也降低了制造的成本。此外，磁鐵空間減少和重量輕的材料的使用，例如鋁端蓋支撐著磁鐵，也會(huì)減少電機(jī)的總體重量。圖6所示，這些弧形磁鐵不需要填滿整個(gè)環(huán)形空間。磁鐵之間被允許存在空隙。使用這些即使有空隙的弧形磁鐵，也不會(huì)對(duì)電機(jī)的性能造成什么影響。這樣的排列對(duì)于簡單裝配來說，不需要很嚴(yán)格的尺寸控制。本發(fā)明的線性電機(jī)的生產(chǎn)成本也因?yàn)榇盆F空間需要減少而降低了。電機(jī)的質(zhì)量也提高了，有助于減少運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本。對(duì)于磁鐵，由于這樣的高性能電機(jī)，使用高效釹鐵硼磁鐵。使用這樣的帶有間隙的磁鐵也降低了生產(chǎn)成本?；蛘撸瑔蝹€(gè)完整的弧形磁鐵也用可以用于本發(fā)明，設(shè)置在和一系列排列的弧形磁鐵同樣的位置。雖然磁極性是徑向的，但是這樣的一個(gè)磁鐵將會(huì)更昂貴，如圖9所示。直徑磁化的弧形磁鐵也可以使用，如圖8所示。這些磁鐵是永磁體，相對(duì)于徑向磁鐵只有單個(gè)方向。這些弧形磁鐵很常見，被用來生產(chǎn)大量的無刷伺服電機(jī)。它們不需要復(fù)雜的磁化設(shè)備或者工序，以更低的成本很容易被生產(chǎn)。圖10展示了電機(jī)的中心帶具有通孔的軸向磁鐵和弧形磁鐵圓形陣列(或者是單個(gè)環(huán)形徑向磁鐵)的構(gòu)造。這是可行的，因?yàn)楦咝Я鲃?dòng)中的磁通量在電機(jī)閉端通過徑向磁化的永磁體或者一系列的弧形磁鐵。這樣的一個(gè)孔允許軸從線圈組合到電機(jī)的另一端。另一個(gè)例子是為了用戶為真空管通過這個(gè)孔，用真空吸盤或者其他夾持裝置來抓住零件。綜上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，包括一圓柱形外殼，該圓柱形外殼設(shè)有一閉端，該閉端沿著該圓柱形外殼的縱向部分向開口端延伸至內(nèi)表面；在該圓柱形外殼的中心處設(shè)有一內(nèi)核，該內(nèi)核與該圓柱形外殼之間設(shè)有環(huán)狀空氣間隙；一線圈組，在該環(huán)形空氣間隙內(nèi)移動(dòng)，連接到一電源，該線圈組包括設(shè)在環(huán)形空氣間隙內(nèi)的線圈載體，第一線圈繞組在線圈載體上成形，繞成有第一極性；第二線圈繞組在線圈載體上成形，繞成與第一極性相反的第二極性；第一線圈繞組和第二線圈組是相隔開的；軸向磁化永磁體設(shè)在第一線圈繞組和第二線圈繞組的中間，使得第一線圈繞組和第二線圈繞組繞成串聯(lián)但方向相反；一由鐵磁體內(nèi)芯組成的縱軸排列的永磁鐵，該縱軸排列的永磁鐵包括軸向磁化永磁體，軸向磁化永磁體縱軸排列的一端被螺絲擰在內(nèi)表面上，軸向磁化永磁體具有磁化的第一方向；并且該縱軸排列的永磁鐵還包括徑向磁化永磁體，徑向磁化永磁體附在閉環(huán)的內(nèi)表面上， 徑向磁化永磁體具有磁化的第二方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，軸向磁化永磁體和徑向磁化永磁體被磁化的方向相反，使得兩個(gè)磁路由第一線圈繞組和第二線圈繞組的軸向是相反的，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)疊加的軸向力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于， 磁化的第一方向和磁化的第二方向使得線性電機(jī)閉端的磁通量從圓柱形外殼通過徑向磁化永磁體指引。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，徑向磁化永磁體環(huán)形排列由一個(gè)或者多個(gè)徑向磁化永磁體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，第一鐵磁體內(nèi)芯附著在圓柱形外殼閉端的內(nèi)部表面的第一端，第二鐵磁體內(nèi)芯附著在軸向磁化永磁體的第一端，軸向磁化永磁體附著在第三鐵磁體極片的第二端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，縱軸排列的永磁鐵的中心設(shè)有通孔，其允許軸從線圈組合到電機(jī)另一端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于， 第一鐵磁體內(nèi)芯的第一端由一個(gè)或多個(gè)螺釘擰在圓柱形外殼閉端的內(nèi)表面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于， 第一鐵磁體內(nèi)芯的第一端由一個(gè)或多個(gè)螺栓連接在圓柱形外殼閉端的內(nèi)表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，徑向磁化永磁體是高能弧形釹鐵硼磁鐵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，其特征在于，所述雙線圈電機(jī)包括軸向磁化永磁體和徑向磁化永磁鐵，其由一個(gè)或多個(gè)徑向磁鐵來提供兩個(gè)磁路，第一線圈和第二線圈在環(huán)形空氣間隙內(nèi)切割磁通量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有軸向和徑向磁鐵復(fù)合式的雙線圈電機(jī)，是一改良的雙動(dòng)圈電機(jī)，其圓柱形外殼有一閉端和一開口端；在圓柱形外殼中心設(shè)有一內(nèi)核，該內(nèi)核與該圓柱形外殼之間設(shè)有環(huán)狀空氣間隙，由鐵磁體內(nèi)芯組成的縱軸排列的永磁鐵包括具有磁化第一方向的軸向磁化永磁鐵，在靠近外殼閉端被消除掉；一線圈組可以在環(huán)形空氣間隙內(nèi)移動(dòng)，連接到一電源，線圈組包括第一和第二線圈繞組，這樣第一和第二線圈繞組繞成串聯(lián)但方向相反。本發(fā)明所述動(dòng)圈電機(jī)采用不同的軸向磁化永磁體的構(gòu)造，其由一個(gè)或多個(gè)徑向磁鐵來提供兩個(gè)磁路，因此允許動(dòng)圈電機(jī)兩個(gè)線圈更有效地在氣隙里做切割磁通量運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)H02K41/035GK102185461SQ201110117268
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月5日
發(fā)明者吳彩鳴, 廖永平, 林浩元, 江永明 申請人:雅科貝思精密機(jī)電(上海)有限公司