一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，包括：端盖、线圈骨架、磁轭、电磁线圈组、主Halbach阵列层、辅助Halbach阵列层、气隙、隔磁轴和谐振弹簧；复合式Halbach阵列，包括主Halbach阵列层和辅助Halbach阵列层，主阵列层由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成，与轴向充磁永磁体及磁间导磁块相互交替紧贴排布的辅助阵列层组合固定于隔磁轴上，作磁源；电磁线圈组内嵌于线圈骨架上，作动子，并可在气隙内做往复直线运动，主Halbach阵列层位于动子与辅助Halbach阵列层之间；磁轭和磁源设置为固定，作定子，两者间隙为气隙。本发明专利技术的动圈式电磁直线作动器采用复合式Halbach阵列，提高磁路的自屏蔽能力和作动器的功率密度，具有良好的控制特性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器
本专利技术涉及电机
，尤其涉及一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器。
技术介绍
电磁直线作动器作为驱动元件，能够直接将输入的电能转换为直线运动的机械能，满足于直线运动、大驱动力和平稳进给等应用场合。动圈式电磁直线作动器具有高频响、高精度等优势，因而得到了广泛的关注。近年来，在新的需求和新材料、新技术的推动下，尤其是烧结钕铁硼等永磁材料的广泛应用，使电磁直线作动器获得了更大的发展。在电磁直线作动器的应用中，驱动要求和有限的安装空间的矛盾对作动器的结构紧凑型和可靠性提供了考验，以更小的体积获取最大的输出产值已成为现阶段电磁直线作动器的首要目标，提供更大的体积功率密度保证了整个电驱直线系统的协调性和稳定性，能有效地提高尺寸空间与输出特性间的映衬关系。虽然普通Halbach阵列可有效增强永磁体一侧的磁通密度，而减弱另一侧的磁通密度，一定程度提高气隙磁密，然而仍然存在大量漏磁，此类电磁执行器的功率密度仍然有待进一步提升。同时基于普通Halbach阵列的电磁作动器，需要额外的磁轭固定永磁材料，提高了作动器的装配难度。本专利技术的一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，采用辅助Halbach阵列层减小主Halbach阵列层的漏磁，进一步增强气隙磁密，提升电磁直线作动器体积功率密度，可有效提高整个机电系统的动力传递效率，保证直线作动器的工作协调性和应用的广泛性。
技术实现思路
设计一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器目的在于，采用复合式Halbach阵列，提高了磁路自屏蔽能力，永磁体可固定在非导磁材料上，不需要额外的磁轭，降低了装配难度；同时可显著提高作动器的功率密度，解决驱动要求和有限的安装空间的矛盾。该作动器功率密度更高、装配难度降低，具有较高的研究和实用价值。一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，其特征在于，包括：端盖（1）、线圈骨架（2）、磁轭（3）、电磁线圈组（4）、主Halbach阵列层（5）、辅助Halbach阵列层（6）、气隙（8）、隔磁轴（9）和谐振弹簧（10），主要特征包括：复合式Halbach阵列，包括主Halbach阵列层（5）和辅助Halbach阵列层（6），主阵列层由轴向充磁永磁体（7.1）和径向充磁永磁体（7.2）相互交替紧贴排布构成，与轴向充磁永磁体（7.1）及磁间导磁块（7.3）相互交替紧贴排布的辅助阵列层组合固定于隔磁轴（9）上，作磁源；磁轭（3）和磁源设置为固定，两者间隙为气隙（8），作定子；电磁线圈组（4）内嵌于线圈骨架（2）上，并可在气隙（8）内做往复直线运动，作动子；复合式Halbach阵列设置于电磁线圈组（4）单侧，靠近电磁线圈组（4）的为主Halbach阵列层（5）。所述电磁线圈组（4）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1。所述外层主Halbach阵列（5）由p个轴向充磁永磁体（7.1）和k个径向充磁永磁体（7.2）组成；所述内层辅助Halbach阵列（6）由p个轴向充磁永磁体（7.4）和k个磁间导磁块（7.3）组成；其中，p=k+1，p、k均为正整数。所述电磁线圈组（5）的绕组个数与径向充磁永磁体（7.1）个数或磁间导磁块（7.3）个数满足：k=m+n，k、m、n均为正整数。所述谐振弹簧（10）与动子联接固定，定子、动子和谐振弹簧共同组成一个谐振系统；通过电控系统调节电磁线圈组（4）电流的方向和大小，实现所需运动。所述一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器采用同轴心的圆筒型结构，也可采用扁平型结构形式。本专利技术的一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，采用复合式Halbach阵列，提高了磁路自屏蔽能力，永磁体可固定在非导磁材料上，不需要额外的磁轭，降低了装配难度；同时可显著提高作动器的功率密度，解决驱动要求和有限的安装空间的矛盾。该作动器功率密度更高、装配难度降低，具有较高的研究和实用价值。本专利技术提出的一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器与其他技术相比，其显著优点：（1）可作为控制系统和驱动装置的执行元件，采用复合式Halbach阵列，提高功率密度，降低体积，能够有效解决驱动要求和有限的安装空间的矛盾，保证高速、高精度的直线、直接的驱动与控制；（2）复合式Halbach阵列的磁路自屏蔽，不需要内磁轭，降低体积的同时，便于加工和安装；（3）对不同的性能需求和应用目标，该动圈式电磁直线作动器可提供不同的参数指标，保证作动器的设计柔性化，适用范围广。本专利技术的一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器具有功率密度高、响应迅速、便于装配等优点，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。附图说明图1为本专利技术的永磁体内置式实施实例的轴向截面结构示意图，其中箭头方向表示永磁体的充磁方向。图2为本专利技术的永磁体外置式实施实例的轴向截面结构示意图，其中箭头方向表示永磁体的充磁方向。图3为本专利技术的复合式Halbach阵列的稳态磁场有限元仿真磁力线分布图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。如图1至3所示，一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，其特征在于，包括：端盖（1）、线圈骨架（2）、磁轭（3）、电磁线圈组（4）、主Halbach阵列层（5）、辅助Halbach阵列层（6）、气隙（8）、隔磁轴（9）和谐振弹簧（10），主要特征包括：复合式Halbach阵列，包括主Halbach阵列层（5）和辅助Halbach阵列层（6），主阵列层由轴向充磁永磁体（7.1）和径向充磁永磁体（7.2）相互交替紧贴排布构成，与轴向充磁永磁体（7.1）及磁间导磁块（7.3）相互交替紧贴排布的辅助阵列层组合固定于隔磁轴（9）上，作磁源；磁轭（3）和磁源设置为固定，两者间隙为气隙（8），作定子；电磁线圈组（4）内嵌于线圈骨架（2）上，并可在气隙（8）内做往复直线运动，作动子；复合式Halbach阵列设置于电磁线圈组（4）单侧，靠近电磁线圈组（4）的为主Halbach阵列层（5）。电磁线圈组（4）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1。外层主Halbach阵列（5）由p个轴向充磁永磁体（7.1）和k个径向充磁永磁体（7.2）组成；内层辅助Halbach阵列（6）由p个轴向充磁永磁体（7.4）和k个磁间导磁块（7.3）组成；其中，p=k+1，p、k均为正整数。电磁线圈组（5）的绕组个数与径向充磁永磁体（7.1）个数或磁间导磁块（7.3）个数满足：k=m+n，k、m、n均为正整数。谐振弹簧（10）与动子联接固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，其特征在于，包括：端盖（1）、线圈骨架（2）、磁轭（3）、电磁线圈组（4）、主Halbach阵列层（5）、辅助Halbach阵列层（6）、气隙（8）、隔磁轴（9）和谐振弹簧（10），主要特征包括：复合式Halbach阵列，包括主Halbach阵列层（5）和辅助Halbach阵列层（6），主阵列层由轴向充磁永磁体（7.1）和径向充磁永磁体（7.2）相互交替紧贴排布构成，与轴向充磁永磁体（7.1）及磁间导磁块（7.3）相互交替紧贴排布的辅助阵列层组合固定于隔磁轴（9）上，作磁源；磁轭（3）和磁源设置为固定，两者间隙为气隙（8），作定子；电磁线圈组（4）内嵌于线圈骨架（2）上，并可在气隙（8）内做往复直线运动，作动子；复合式Halbach阵列设置于电磁线圈组（4）单侧，靠近电磁线圈组（4）的为主Halbach阵列层（5）。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，其特征在于，包括：端盖（1）、线圈骨架（2）、磁轭（3）、电磁线圈组（4）、主Halbach阵列层（5）、辅助Halbach阵列层（6）、气隙（8）、隔磁轴（9）和谐振弹簧（10），主要特征包括：复合式Halbach阵列，包括主Halbach阵列层（5）和辅助Halbach阵列层（6），主阵列层由轴向充磁永磁体（7.1）和径向充磁永磁体（7.2）相互交替紧贴排布构成，与轴向充磁永磁体（7.1）及磁间导磁块（7.3）相互交替紧贴排布的辅助阵列层组合固定于隔磁轴（9）上，作磁源；磁轭（3）和磁源设置为固定，两者间隙为气隙（8），作定子；电磁线圈组（4）内嵌于线圈骨架（2）上，并可在气隙（8）内做往复直线运动，作动子；复合式Halbach阵列设置于电磁线圈组（4）单侧，靠近电磁线圈组（4）的为主Halbach阵列层（5）。


2.根据权利要求1所述的一种基于复合式Halbach阵列的动圈式电磁直线作动器，其特征在于：所述电磁线圈组（4）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1。
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【专利技术属性】
技术研发人员：谭草，葛文庆，李波，姜晓涵，王赓，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37