[發(fā)明專利]一種定子永磁式直線振蕩電機(jī)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110468104.5
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113178999A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐偉;張婭平;張祎舒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02K33/00
• 分類號(hào): H02K33/00;H02K41/02;H02K1/17;H02K16/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發(fā)明公開(kāi)了一種定子永磁式直線振蕩電機(jī)，定子繞組鐵芯采用一體化設(shè)計(jì)的凸極結(jié)構(gòu)，能夠降低加工難度，提高結(jié)構(gòu)的可靠性；直線振蕩電機(jī)永磁體內(nèi)嵌于定子鐵芯，這種定子永磁型結(jié)構(gòu)可有效避免低機(jī)械強(qiáng)度的永磁體由于機(jī)械應(yīng)力造成不可逆損壞，且更有利于永磁體散熱，避免永磁體由于溫升造成不可逆退磁，提高安全可靠性及使用壽命；并且，由于永磁體不作為運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)且內(nèi)嵌于定子鐵芯，可以避免裝設(shè)永磁體護(hù)套，縮小電機(jī)機(jī)械氣隙，增強(qiáng)定子與動(dòng)子之間的耦合，提高永磁體材料的利用率。電機(jī)采用直驅(qū)結(jié)構(gòu)，取代了傳統(tǒng)技術(shù)中復(fù)雜的曲柄連桿機(jī)構(gòu)以產(chǎn)生直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)更加緊湊。此外，本發(fā)明所提供的電機(jī)永磁體用量少，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直線振蕩電機(jī)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種定子永磁式直線振蕩電機(jī)。

背景技術(shù)

直線振蕩電機(jī)作為一種單相永磁直線電機(jī)，依靠外部彈簧作用與交流激勵(lì)實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作效率較傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)活塞式壓縮機(jī)大幅提升，廣泛應(yīng)用于需往復(fù)直線驅(qū)動(dòng)的多個(gè)領(lǐng)域。

直線振蕩電機(jī)的發(fā)展與稀土永磁材料的興起有著密切的聯(lián)系，稀土永磁材料性能研究的日趨完善使得其材料成本降低，這推動(dòng)了永磁直線電機(jī)的發(fā)展。但相較于諸如銅、非導(dǎo)磁合金材料、硅鋼等電機(jī)材料，稀土永磁材料仍很昂貴，在永磁電機(jī)的制作成本中甚至可占90％左右，這使得永磁直線振蕩電機(jī)的工業(yè)化推廣受到一定限制。

LG等國(guó)際企業(yè)的直線振蕩電機(jī)產(chǎn)品多屬動(dòng)磁鐵式或動(dòng)磁式直線電機(jī)，這類電機(jī)設(shè)初級(jí)為定子，相較于動(dòng)圈式直線電機(jī)而言，避免線圈參與直線運(yùn)動(dòng)，從而防止運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的短路及斷路問(wèn)題，提高了電機(jī)的安全性。但局限性在于，動(dòng)磁鐵式或動(dòng)磁式直線振蕩電機(jī)將永磁體材料作為運(yùn)動(dòng)部件，多表貼于動(dòng)子鐵芯或永磁體護(hù)套上，呈串聯(lián)型磁路，由于鐵軛結(jié)構(gòu)尤其是靠近永磁體尖端區(qū)域易過(guò)飽和，使得永磁體用量大且利用率不高、易過(guò)熱。另一個(gè)方面，永磁體材料的機(jī)械強(qiáng)度通常不高，這使得這類電機(jī)作為運(yùn)動(dòng)部件的永磁體在高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性作用下產(chǎn)生相對(duì)微運(yùn)動(dòng)，易損壞永磁體。此外，這類電機(jī)為了避免電機(jī)中的雜質(zhì)和掃膛等因素不可逆損毀永磁體材料，通常加裝護(hù)套或加大初級(jí)與次級(jí)之間的氣隙，但過(guò)大的機(jī)械氣隙會(huì)造成初次級(jí)之間的耦合能力下降，從而降低永磁體材料的利用率。

因此，如何在不增加電機(jī)制造成本及搭建難度的同時(shí)，提高電機(jī)的磁利用率和永磁體使用壽命是目前行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種定子永磁式直線振蕩電機(jī)，由此解決電機(jī)制造成本高、永磁體使用壽命低、磁利用率低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種定子永磁式直線振蕩電機(jī)，包括定子組件和動(dòng)子組件；

所述定子組件包括定子繞組鐵芯、電樞繞組、定子永磁體鐵芯和永磁體；

定子繞組鐵芯包括2N+1個(gè)均勻分布于軛部的等高、等寬定子齒及其定子軛，N為定子繞組鐵芯的單相繞組線圈數(shù)；其中，中間齒與電樞繞組共同構(gòu)成電機(jī)電樞；定子永磁體鐵芯的平面結(jié)構(gòu)呈凹字形，永磁體內(nèi)嵌于定子永磁體鐵芯的凹槽中；定子繞組鐵芯與定子永磁體鐵芯等長(zhǎng)且上下對(duì)齊放置；

所述動(dòng)子組件包括動(dòng)子支架和分塊式動(dòng)子鐵芯；所述分塊式動(dòng)子鐵芯包括3N+1個(gè)形狀相同的鐵芯塊，各鐵芯塊等間隔地固定在動(dòng)子支架上，沿動(dòng)子支架軸線方向做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

優(yōu)選地，所述電樞繞組的線圈均通以正弦型交流電，其通電頻率與動(dòng)子組件往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率相同，以產(chǎn)生雙極性電樞磁鏈。

優(yōu)選地，所述動(dòng)子鐵芯塊的截面呈等腰梯形，臨定子繞組鐵芯側(cè)寬度W_ru、臨定子永磁體鐵芯側(cè)寬度W_rd及動(dòng)子鐵芯塊之間的中線間距W_ri與定子齒的齒寬W_sc分別滿足以下關(guān)系：

W_ru＝1.7W_sc；