[發明專利]一種定子分裂型動鐵芯式永磁直線振蕩電機

有效

• 申請號: 202110222057.6
• 申請日: 2021-02-28
• 公開（公告）號: CN112994402B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 徐偉;張婭平;張祎舒;李想;柏麗麗
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02K41/02
• 分類號: H02K41/02;H02K41/03;H02K16/04;H02K33/00
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;曹葆青

本發明提供了一種定子分裂型動鐵芯式永磁直線振蕩電機，屬于直線振蕩電機領域，其中，外定子鐵芯對稱分布在內定子永磁體的兩側；動子鐵芯等間距對稱分布于外定子鐵芯與內定子永磁體之間；諧振彈簧套設在運動軸上；運動軸連接在動子鐵芯支架邊端的幾何中心處；電樞繞組包括兩組線圈，使用時通以正弦交流源；內定子永磁體包括若干大小相等的子永磁體，充磁方向均為垂直方向，且水平側相鄰子永磁體充磁方向互異；當垂直側相鄰子永磁體充磁方向相反時，兩極子永磁體之間附加內定子鐵芯，兩組線圈為反向串聯或反向并聯，反之，兩組線圈為同向串聯或同向并聯；本發明延長了永磁體使用壽命，同時提升了輸出推力密度，減少了電機運行的噪聲與振動。

技術領域

本發明屬于直線振蕩電機領域，更具體地，涉及一種定子分裂型動鐵芯式永磁直線振蕩電機。

背景技術

空氣壓縮機等雙向直線往復運動的傳統實現方式是：旋轉電機通過曲柄連桿將圓周運動轉化為直線運動，從而驅動活塞運動。提升這種壓縮機的效率主要有兩種方法：一是提高電機效率，二是提高傳動效率。然而由于存在多個中間環節，因此壓縮機整體效率仍然較低。同時，傳統旋轉式壓縮機結構還存在很多其他方面的缺陷，主要體現在結構復雜、體積大、噪聲大和效率低等方面。永磁直線振蕩電機由于取消了曲柄連桿等傳動結構，采用了高性能的稀土永磁材料，在工業上得到了越來越廣泛的應用，效率和功率密度也都有了很大的提高。

根據驅動方式的不同，傳統的永磁直線振蕩電機可分為動圈式、動磁式和動磁鐵式三種。動圈式直線電機的工作原理為：通電導線在磁場中會受到力的作用，該力推動電機動子運動。主要缺點是線圈結構容易因高頻直線往復運動而損壞。動磁式和動磁鐵式直線電機采用永磁體和鐵芯共同作為動子，其氣隙磁場由定子線圈和動子永磁體共同產生，與傳統永磁同步電機類似。動磁式結構的主要缺點是需要額外的永磁支架和較大的氣隙長度，將導致加工難度的增加和輸出功率密度的降低。動磁鐵式結構的主要缺點是動子質量大、輸出功率密度低。

由于永磁體材料具有機械強度低的劣勢，應用在直線電機的動子結構上，參與高頻直線往復運動，將導致永磁直線振蕩電機運行的穩定性降低，且增大了加工工藝難度。

動鐵式直線振蕩電機將內鐵芯作為動子，動子中的感應電流與氣隙磁場相互作用，產生電磁推力，推動活塞在磁場中做往復直線運動，避免了將永磁體作為運動結構導致電機魯棒性降低，且利于提高電機使用壽命，結構簡單，易于裝配加工，但主要缺點在于動子質量大。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種定子分裂型動鐵芯式永磁直線振蕩電機，旨在解決現有的永磁直線振蕩電機的輸出推力密度較低、永磁體使用壽命較短、電機運行時噪聲和振動較大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種定子分裂型動鐵芯式永磁直線振蕩電機，包括外定子鐵芯、動子鐵芯、動子鐵芯支架、電樞繞組、內定子永磁體、運動軸、內定子鐵芯、諧振彈簧與固定模塊；

外定子鐵芯為凸極結構，對稱分布在內定子永磁體的垂直方向兩側，且外定子鐵芯的定子齒等間距分布在定子軛上；動子鐵芯等間距對稱分布于外定子鐵芯與內定子永磁體之間；相鄰動子鐵芯間采用動子鐵芯支架連接；諧振彈簧套設在運動軸上；運動軸連接在動子鐵芯支架x軸邊端的幾何中心處；

電樞繞組包括兩組線圈，使用時在電樞繞組上通以正弦交流源；內定子永磁體包括若干大小相等的子永磁體，充磁方向均為垂直方向，且水平側相鄰子永磁體充磁方向互異；當垂直側相鄰子永磁體充磁方向相反時，兩極子永磁體之間附加內定子鐵芯，兩組線圈為反向串聯或反向并聯，反之，兩組線圈為同向串聯或同向并聯；

使用時，動子鐵芯及運動軸在諧振彈簧和電磁推力的作用下處于不同位置，電樞繞組通入正弦交流源，與動子鐵芯配合，感應產生類正弦雙極性磁鏈，使得動子鐵芯產生振蕩推力；

其中，以水平方向為x軸方向，豎直向下的方向為y軸方向；動子鐵芯支架為非導磁材料；外定子鐵芯內齒齒寬相等，且邊齒齒寬也相等。