本發(fā)明涉及直線電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種大推力磁阻直線電機(jī)。

背景技術(shù)：

直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置。直線電機(jī)通常被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)方面的一種變形，它可以看作是一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿其徑向剖開(kāi)，然后拉平演變而成。隨著自動(dòng)控制技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，對(duì)各類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的定位精度提出了更高的要求，在這種情況下，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)再加上一套變換機(jī)構(gòu)組成的直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代控制系統(tǒng)的要求，再加上直線電機(jī)本身具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位精度高以及反應(yīng)快、靈敏性高等優(yōu)點(diǎn)，世界許多國(guó)家都在研究、發(fā)展和應(yīng)用直線電機(jī)，使得直線電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。

直線電機(jī)主要應(yīng)用于三個(gè)方面：一是應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)合比較多；其次是作為長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；三是應(yīng)用在需要短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能的裝置中。但目前的直線電機(jī)的推力密度小，氣隙磁密低的缺點(diǎn)，限制了直線電機(jī)的應(yīng)用。

如圖1、圖2所示的圓筒式直線電機(jī)以及方形直線電機(jī)，其定子(固定部)和動(dòng)子(可動(dòng)部)之間有圓筒狀氣隙，氣隙平行于運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)定子的電樞繞組的電流較大時(shí)，容易引起磁路飽和、氣隙磁密發(fā)生畸變以及鐵耗增加等缺陷，限制了電機(jī)的最大過(guò)載能力和推力密度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面旨在提出一種大推力磁阻直線電機(jī)，包括：

具有鐵芯的定子和動(dòng)子；

設(shè)置在定子鐵芯或動(dòng)子鐵芯的槽內(nèi)的線圈，該線圈被設(shè)置成在受到外部電 流激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)力驅(qū)使動(dòng)子相對(duì)于定子做軸向直線運(yùn)動(dòng)；以及

分布于定子和動(dòng)子之間的氣隙，該氣隙平行于動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向；

其中，所述氣隙在垂直于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的橫截面內(nèi)在圓周方向上呈交錯(cuò)齒狀分布。

根據(jù)本發(fā)明的改進(jìn)，還提出一種磁阻直線電機(jī)的運(yùn)行方法，包括：

向磁阻直線電機(jī)的線圈通電使其產(chǎn)生磁通，該磁通經(jīng)過(guò)定子的齒槽、氣隙及動(dòng)子的第一齒形而閉合，產(chǎn)生吸引力；

磁阻直線電機(jī)的動(dòng)子受到所述吸引力的作用而相對(duì)于定子做軸向直線運(yùn)動(dòng)。

應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。

結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。

附圖說(shuō)明

附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組成部分可以用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清晰起見(jiàn)，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記?，F(xiàn)在，將通過(guò)例子并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中圓筒形磁阻直線電機(jī)的示意圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中方形磁阻直線電機(jī)的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的截面位置的示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的某一齒形配合位置的 示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的定子的示意圖(線圈未在該圖中表示出)。

圖7是根據(jù)本發(fā)明另一些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明某些另一些實(shí)施例的磁阻直線電機(jī)的截面位置的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。

在本公開(kāi)中參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說(shuō)明的實(shí)施例。本公開(kāi)的實(shí)施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí)施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來(lái)實(shí)施，這是因?yàn)楸景l(fā)明所公開(kāi)的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本發(fā)明公開(kāi)的一些方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明公開(kāi)的其他方面的任何適當(dāng)組合來(lái)使用。

結(jié)合圖3、圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種大推力磁阻直線電機(jī)100，構(gòu)造成圓筒形，包括動(dòng)子110、定子120、以及位于定子和動(dòng)子之間的氣隙130。

動(dòng)子110，被設(shè)置成在定子120通電產(chǎn)生磁通時(shí)驅(qū)動(dòng)其相對(duì)定子120做軸向直線運(yùn)動(dòng).

結(jié)合圖3、6，定子120，具有定子鐵芯121以及線圈122，線圈122位于定子鐵芯的槽內(nèi)。

結(jié)合圖4，氣隙130分布于定子和動(dòng)子之間，該氣隙平行于動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向。

在本例中，氣隙130在垂直于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的橫截面上至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。

也就是說(shuō)，氣隙130垂直于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向上具有延伸，而不是現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)形平滑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，增大氣隙垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度，提高了定子和動(dòng)子之間的耦合面積，有利于增加推力，提高電機(jī)的推力密度。

如圖3、圖4、圖5所示，所述動(dòng)子110包括磁軛111以及設(shè)置在磁軛表面的凸極112，所述凸極112的表面設(shè)置有復(fù)數(shù)個(gè)第一齒形112a，所述定子鐵芯121上設(shè)置有與所述第一齒形112a適配的復(fù)數(shù)個(gè)齒槽123a。

如圖3、圖6，所述第一齒形112a和齒槽123a的齒形大致相同，均采用梯形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在另一些例子中，第一齒形112a和齒槽123a的齒形還可以采用三角形、方形、半圓形、正弦形、漸開(kāi)線形中的一種。

為了獲得更好的推力增強(qiáng)效果，復(fù)數(shù)個(gè)第一齒形112a在動(dòng)子110上均勻地分布，且復(fù)數(shù)個(gè)齒槽123a在定子120上均勻地分布。

值得一提的是，直線電機(jī)還包括未表示出的導(dǎo)向裝置，與所述動(dòng)子連接用于約束動(dòng)子運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向。

圖7表示了構(gòu)造為方形結(jié)構(gòu)的磁阻直線電機(jī)的示意圖，圖8為該方形磁阻直線電機(jī)的截面示意圖。如圖所示，該直線電機(jī)200同樣具有前述的動(dòng)子210和定子220，以及分布于定子和動(dòng)子之間的氣隙230，該氣隙230平行于動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向。

由圖7、8所示，標(biāo)號(hào)211表示為動(dòng)子磁軛，對(duì)比圖2所示，本例子中在磁軛上設(shè)置了第一齒形211a，標(biāo)號(hào)221表示為定子鐵芯，定子鐵芯221的槽中設(shè)置有繞組，并且定子鐵芯的齒上同樣設(shè)置有與所述第一齒形211a相互適配的齒槽223。如此，將動(dòng)子210在安裝到定子220中以后，對(duì)定子220通電尤其繞組產(chǎn)生磁通，經(jīng)由第一齒形221a、氣隙230以及齒槽223產(chǎn)生吸引力，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子210相對(duì)定子220軸向直線運(yùn)動(dòng)。由此得到，氣隙230在垂直于動(dòng)子210運(yùn)動(dòng)方向的橫截面上至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布。即氣隙230垂直于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向上具有延伸，而不是現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)形平滑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，增大氣隙垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度，提高了定子和動(dòng)子之間的耦合面積，有利于增加推力，提高電機(jī)的推力密度。

如圖3、圖7的磁阻直線電機(jī)，結(jié)合圖4、圖8所示，其運(yùn)行過(guò)程如下：

向磁阻直線電機(jī)的定子線圈122通電使其產(chǎn)生磁通，該磁通經(jīng)過(guò)定子120的齒槽123a、氣隙130及動(dòng)子的第一齒形112a而閉合，產(chǎn)生吸引力；

磁阻直線電機(jī)的動(dòng)子120受到所述吸引力的作用而相對(duì)于定子做軸向直線運(yùn)動(dòng)。

同時(shí)，在動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，還受到導(dǎo)向裝置的導(dǎo)向作用，使其沿著同一方向做直線運(yùn)動(dòng)。

磁阻直線電機(jī)利用磁阻最小原理，即線圈產(chǎn)生的磁通沿磁阻最小的路徑閉合，利用定子與動(dòng)子的齒極間的吸力拉動(dòng)動(dòng)子作直線運(yùn)動(dòng)。結(jié)合圖3-5所示，前述實(shí)施例提出的磁阻直線電機(jī)，定子與動(dòng)子之間的氣隙沿徑向均勻分布且在徑向具有延伸，在垂直于動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向的橫截面上至少部分地呈凹凸交錯(cuò)的齒狀分布，線圈通電后其產(chǎn)生的磁通經(jīng)過(guò)定子齒極的齒形、氣隙及動(dòng)子的齒形而閉合，產(chǎn)生的吸引力大小受氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度(或磁力線密度)及齒形間的相互作用面積影響較大，通過(guò)本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)，藉此以增大耦合面積，提高推力密度。

結(jié)合圖1、圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的磁阻直線電機(jī)，本發(fā)明在傳統(tǒng)磁阻直線電機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將定子與動(dòng)子設(shè)計(jì)為多齒結(jié)構(gòu)，如圖3、4所示，正如以上所描述的，該方案設(shè)計(jì)的直線電機(jī)具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：1)有效增加了定子與動(dòng)子齒極間的相互作用面積，磁力線通過(guò)齒頂、齒根和齒面分別閉合；2)增加了氣隙的周向長(zhǎng)度，并且由于磁力線閉合路徑的分散，有效降低了氣隙的磁飽和程度，在保證導(dǎo)磁材料磁通不飽和的情況下，允許通入更大的電流，從而產(chǎn)生較大的吸引力。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所界定者為準(zhǔn)。