线性电机制造技术

一种线性电机(LEM)，包括：安装在外壳中的定子，外壳和定子限定工作缸；工作缸内的中心芯，在中心芯与工作缸之间限定圆柱形定子孔腔；中空的平移体，能够在工作缸内轴向移动，延伸到定子孔腔中并在平移体与定子之间形成外部磁路气隙；至少一个流体轴承，在中心芯与平移体之间提供轴承间隙，其中中心芯关于定子轴向固定，其中该至少一个流体轴承提供平移体和中心芯的同轴定位。

Linear motor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线性电机
本专利技术涉及一种线性电机。
技术介绍
这种线性电机可用于各种应用，包括但不限于：用作自由活塞发动机线性发电机，其中燃烧压力作用在平移体上以产生有用的电力输出；用作气体膨胀机，其中高压气体作用在平移体上以产生有用的电力输出；用作气体压缩机，其中电输入引起平移体的移动，以对气体加压；用在液压系统中，其中平移体的运动引起工作室内的液压流体的位移，或者工作室内的液压流体的位移引起平移体的移动；以及用作致动器，其中电输入引起平移体的移动，以产生期望的致动效果。这种致动器可用在位移和振动测试系统、制造过程和机器人技术中。在位移和振动测试系统应用中，致动器可用于向测试对象施加循环力或运动模式(motionprofile)。测试对象可以是材料样本、分立部件、部件的子系统组件，或成品。这种测试的目的可以是确定测试对象对所施加的力或位移函数的耐久性。替代地，测试可以寻求表征测试对象对所施加的力或位移函数的响应。汽车工业广泛使用这种测试致动器，用于子组件测试和成品测试。测试致动器通常布置成支撑车辆或车辆的部分，诸如一个或多个车轮或悬架部件。特别地，在车辆测试应用中，本专利技术可以用作道路模拟器车辆测试系统的一部分，其中车辆的每个角部通常支撑在单独的致动器上。支撑可以直接提供于车辆的车轮，或者可以提供于其他部件，诸如悬架部件、转向轴(stubaxle)或支撑臂。在某些情况下，致动器可以应用于车辆的车身。然后，致动器的运动可以模拟车辆在各种路面和其他地形上的移动。因此，测试环境是受控制的，其中表示不同行驶速度和路面状况的力或位移输入函数可以应用于车辆。例如，通过改变高频位移的幅度，可以模拟更粗糙或更平滑的路面。替代地，可以应用极端载荷，来模拟道路中的坑洞和其他较大特征。这种测试可以用于车辆开发中以降低行驶噪音，并确保车辆悬架部件对于预期的行驶条件范围是足以胜任并且耐用的。为了模拟表征在代表性行驶速度下的道路载荷的高频位移，伺服液压系统通常用作汽车测试系统的基础。在这些系统中，伺服液压动力组产生高压液压流体，然后使用一个或多个伺服阀将高压液压流体输送到液压致动器。这些系统存在许多众所周知的缺点。首先，液压油和伺服液压动力组部件的惯性限制了道路负载函数的实际频率(其可以产生至大约150Hz)。这远远低于准确表示由20mm或更小尺度的特征表征的路面粗糙度所必须的性能水平，并且还低于已知用以激励车辆结构中的共振进而产生不希望的驾驶室噪音的输入振动频率。其次，伺服液压系统在测试设施内需要昂贵且专用的基础构架，其可能极为庞大，并且仍必须相对靠近液压致动器定位，以限制在系统内移动的油的惯性。此外，该基础构架需要专业人员操作和维护专业知识。第三，伺服液压系统是大型电力消费者，使得其操作昂贵，并且促进汽车开发和制造的碳排放足迹。第四，伺服液压系统可能极为嘈杂，使得难以在由于测试对象的响应而产生的噪声与测试致动器系统本身的相关噪声之间区分。由于这些缺点，对于某些汽车测试应用和其他测试致动器应用，采用了线性电磁致动器来代替伺服液压系统。线性电磁致动器具有响应更快、更紧凑、更易于操作和维护、更高效和更少噪声的优点。在若干这样的系统中，提供弹簧和/或气压缸，以使现有技术中描述的致动器能够将静载荷通过或沿着电机平移体施加至测试对象。该布置允许在操作之前调节致动器的固定力分量，以便在测试开始之前平衡测试对象重量和/或确保测试对象处于正确的位置。US7401520教导了一种用于测试车辆的完整系统，该系统包括多个装置，多个装置中的每个包括用于支撑车辆的车轮的至少一部分框架和被至少部分地容纳在框架内的线性电磁致动器，线性电磁致动器具有可移动的磁体并且在使用中向车轮施加受控的基本竖直的力。每个装置被布置用以在多个受支撑的车轮的相应一个上独立地施加受控的基本竖直的力，并且多个空气弹簧(有时称为气囊)或者替代地机械弹簧(来自包括盘簧、扭簧和片簧)被提供以提供所支撑的车辆的找平。这种系统存在许多缺点。首先，对气囊或机械弹簧与轮板或电机移动器之间的承载机械连接的需求向移动组件增加了惯性质量。该额外的惯性降低了致动器对于给定位移能够实现的峰值频率。其次，使用诸如气囊或机械弹簧的顺从性构件引入了在测试致动器系统中产生不期望的共振的可能性，从而损害了施加给测试对象的输入函数的完整性。第三，由于需要在每个致动器测试框架内联接离散的弹簧与电机组件，因此US7401520所教导的布置需要不必要的结构复杂度，导致整个设备的成本和尺寸增加。US8844345教导了一种以受控方式向测试物(诸如机动车辆)施加运动的装置。基座在其上安装有线性电磁马达，该线性电磁马达具有第一端和第二端，第一端连接到基座。气压缸和活塞组合具有第一端和第二端，第一端连接到底座，使得气压缸和活塞组合与线性电磁马达大体并联。线性电磁马达与气压缸和活塞组合的第二端共同连接到可动构件，该可移动构件另外附接到用于测试物的安装件。用于线性电磁马达及气压缸和活塞组合的控制系统驱动气压缸和活塞组合，以支撑测试物和线性电磁马达的大量静载荷，从而对测试物施加受控运动。这种系统存在许多与先前关于US7401520所描述的那些缺点相类似的缺点。首先，对于离散的气压缸和活塞组合、承载可动构件和用于测试对象的安装件的要求向移动组件增加了相当大的惯性质量。该额外的惯性降低了致动器对于给定位移能够实现的峰值频率。其次，使用气压缸和活塞组合而不是气囊或机械弹簧时，由于气压缸和活塞之间的滑动密封而引入摩擦。该摩擦将影响施加给测试对象的净力，并且还可能导致致动器的磨损和寿命缩短。第三，由于需要在每个致动器测试框架内联接电机、气压缸、可动构件和用于测试对象的安装件，因此US8844345教导的布置需要不必要的结构复杂度，导致整体设备的成本和尺寸增加。线性电机还可包括工作室，其中工作室体积的变化引起平移体的运动，然后平移体的运动在一个或多个线圈中感应出电流，或者其中由一个或多个线圈中的电流引起的平移体的运动引起工作室的体积的变化。这种系统的例子包括：用作自由活塞发动机线性发电机，其中燃烧压力作用在平移体上，以产生有用的电力输出；用作气体膨胀机，其中高压气体作用在平移体上，以产生有用的电力输出；用作气体压缩机，其中电输入引起平移体的移动，以对气体加压；用在液压系统中，其中平移体的移动引起工作室内的液压流体的位移或者工作室内的液压流体的位移引起平移体的移动。当使用这种设备作为电动机或发电机而作用于容纳在工作室内的流体上时，上面关于使用线性电机作为致动器所述的许多问题也存在，因此也实现了类似的益处。特别地，自由活塞发动机线性发电机必须有效地控制活塞的运动，以实现有效和低排放燃烧所期望的一致的压缩和膨胀比。在现有技术中，对活塞运动控制的挑战被广泛认为是在自由活塞发动机形式可被成功开发和商业化之前必须解决的主要挑战。通常在自由活塞发动机中使用的线性电机很少能够实现期望的运动控制水平，因为相对于可由电机施加的力，这些机器具有高活塞质量。该度量或其倒数(每单位移动质量的力)有时被称为“比力(specificforce)”，是自由活塞发动机运动控制的最重要的决定因素。在使用线性电机作为电动机或发电机以作用于工作室内包含的流体的其他应用中，良好的活塞运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线性电机(LEM)，包括：安装在外壳中的定子，所述外壳和所述定子限定工作缸；所述工作缸内的中心芯，在所述工作缸与所述中心芯之间限定圆柱形的定子孔腔；中空的平移体，所述平移体能够在所述工作缸内轴向移动，延伸到所述定子孔腔中，并在所述平移体与所述定子之间形成外部磁路气隙；所述中心芯与所述平移体之间的至少一个挠性件或轴承，提供所述平移体在所述定子孔腔内的同轴定位；其中，所述中心芯关于所述定子轴向固定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.06 GB 1701953.01.一种线性电机(LEM)，包括：安装在外壳中的定子，所述外壳和所述定子限定工作缸；所述工作缸内的中心芯，在所述工作缸与所述中心芯之间限定圆柱形的定子孔腔；中空的平移体，所述平移体能够在所述工作缸内轴向移动，延伸到所述定子孔腔中，并在所述平移体与所述定子之间形成外部磁路气隙；所述中心芯与所述平移体之间的至少一个挠性件或轴承，提供所述平移体在所述定子孔腔内的同轴定位；其中，所述中心芯关于所述定子轴向固定。2.根据权利要求1所述的线性电机，其中所述挠性件或轴承是流体轴承。3.根据权利要求2所述的线性电机，其中所述流体轴承提供所述平移体和所述中心芯的同轴定位。4.根据权利要求1所述的线性电机，其中所述流体轴承中的至少一个流体轴承被安装在所述中心芯上，并且在中空的所述平移体的内部的一部分上形成的轴承表面上滑行。5.根据权利要求1或2所述的线性电机，其中所述至少一个流体轴承限定所述平移体和所述定子的同轴定位以及所述平移体与所述定子之间的所述外部磁路气隙。6.根据权利要求1至3中任一项所述的线性电机，进一步包括在所述工作缸内的至少一个工作室，用于向所述平移体施加力。7.根据权利要求4所述的线性电机，其中所述工作室与所述定子孔和轴承间隙同轴。8.根据权利要求4或5所述的线性电机，进一步包括所述工作室内的在所述平移体与所述缸之间的迷宫式密封件。9.根据权利要求4至6中任一项所述的线性电机，其中每个工作室由缸壁、第一固定端壁和第二端壁限定，所述第二端壁的至少一部分能够与所述平移体一起移动。10.根据权利要求4至7中任一项所述的线性电机，其中所述工作室中的至少一个工作室是燃烧室。11.根据权利要求4至8中任一项所述的线性电机，其中所述工作室中的至少一个工作室是预加载室。12.根据权利要求1至9中任一项所述的线性电机，其中所述中心芯包括一个或多个定子元件。13.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·海恩斯，塞缪尔·科克里尔，
申请(专利权)人：自由活塞式发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB