定位力互补式双定子圆筒型直线电机制造技术

本实用新型专利技术公开一种定位力互补式双定子圆筒型直线电机，内、外定环均由永磁体和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环的环形U型齿构成，永磁体沿轴向励磁且夹于两个环形U型齿之间，环形U型齿的两个U型槽中均嵌有一套环状的电枢绕组，动子环的内侧环面上的每两个内侧面凸极齿的齿距与外侧面的每两个外侧面凸极齿的齿距相同，且内侧面凸极齿和外侧面凸极齿沿轴向整体错开四分之一齿距布置；内定子环的环形U型齿的U型槽宽、齿宽以及永磁体的宽度均与外定子环的环形U型齿的U型槽宽、齿宽以及永磁体的宽度的尺寸大小不同；动子环内侧的定位力变化频率和外侧的定位力变化频率均为反电势变化频率的两倍，内外侧定位力互补，减小定位力，提高可靠性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种直线电机结构，尤其涉及双定子圆筒型直线电机，适用于空间体积有限的例如人工心脏泵等领域。
技术介绍
在一些特殊应用场合，如人工心脏泵领域，应用场合的空间体积很有限，需要使用小型尺寸的电机，所以要求能充分利用有限的空间体积，提高功率密度，成为设计这类电机的关键。双定子圆筒型直线电机比普通圆筒型直线电机产生的推力大。目前已有的双定子圆筒型直线电机主要有两种一种为双定子圆筒型直线感应电机，其初级的内外定子分别位于动子内外侧，定子和动子均由铁心构成，两个定子上均绕有绕组，相比于永磁电机而言，感应电机功率密度较小，且内外定子上均有两相绕组，12个线圈，使得电机的轴向长度 较长，不适合应用于体积小的场合。另一种是横向磁通的双定子圆筒型直线振荡电机，其两个同心式的定子铁心环并排套于动子铁心的外面，其缺点是增加了电机轴向的长度，且相比于将一个定子置于动子中空部分的结构，功率密度较小，此外，其两个定子对应并排着的每个齿上的线圈相互串联，不可以单独控制单个定子绕组。
技术实现思路
本技术的目的是为克服现有技术的缺陷而提出一种定位力互补式双定子圆筒型直线电机，在保证可靠性和安全性的前提下，充分利用有限的狭小的空间，在不影响其他静态特性的情况下减小定位力，达到减小输出力脉动、提高推力密度的目的。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是本技术由同轴的内定子环、外定子环和动子环组成，内定子环外空套动子环，动子环外空套外定子环，内定环由第一永磁体和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环的内部环形U型齿构成，第一永磁体沿轴向励磁且夹于两个内部环形U型齿之间，两个内部环形U型齿的两个U型槽中均嵌有一套环状的第一电枢绕组，两套第一电枢绕组电流方向相反并串联成A相；外定环由第二永磁体和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环的外部环形U型齿构成，第二永磁体与第一永磁体的励磁方向相同且夹于两个外部环形U型齿之间，两个外部环形U型齿的两个U型槽中均嵌有一套环状的第二电枢绕组，两套第二电枢绕组电流方向相反并串联成B相；动子环的内侧环面和外侧环面均为凸极齿状结构，内侧环面上的每两个内侧面凸极齿的齿距与外侧环面的每两个外侧面凸极齿的齿距相同，且内侧面凸极齿和外侧面凸极齿沿轴向整体错开四分之一齿距布置。进一步地，本技术内部环形U型齿的U型槽宽>s1与U型齿宽匕的比例为I. 5 I. 7，第一永磁体宽度A与U型齿宽的比例为I. O I. 25，两个内部环形U型齿之间的槽距巧与外侧环面上的凸极齿距『的比例为O. 88 O. 96，内侧环面上的凸极齿宽叫与U型齿宽的比例为I. O I. 4，外部环形U型齿的U型槽宽S2与U型齿宽t2的比例为I. 2 I. 4，第二永磁体宽度/72与U型齿宽t2的比例为O. 8 I. O，两个外部环形U型齿之间的槽距r2与凸极齿距PF的比例为O. 89 O. 92，外侧环面上的凸极齿宽仿2与U型齿宽t2的比例为I. O I. 4。本技术采用上述技术方案后，具有如下有益效果I、本技术具有的圆筒型结构比较适合狭小、扁平的空间，具有的同心式的双定子结构，动子置于两个定子之间，双定子的结构使得动子中空部分空间得以充分利用，提高了功率密度，减小了轴向的长度，节约了轴向空间，适合于狭小的空间。2、本技术利用两个定子的错位关系，两个定子的错位关系反应在动子内侧面和外侧面的不对称结构上，整体上错开了一定的距离，达到动子内外侧定位力互补的效果，有效减小电机的定位力，有效减小输出力脉动。3、本技术通过调整内定子、外定子，以及动子环内、外侧面的尺寸关系，实现内、外侧定位力相差180°电角度，同时作用时叠加在一起相互抵消，成互补关系，从而在对 其他静态特性没有影响的情况下，使得合成的总的定位力能实现最小化，提高电机可靠性。4、本技术的直线电机驱动方式避免了旋转电机驱动过程中传动部件的磨损问题，延长了部件的使用寿命，适用于人工心脏泵这样需要高可靠性、低速往复运动、同时又能产生较大的输出力的场合。5、本技术的永磁体和绕组均置于定子上，动子无永磁体无绕组，绕组利用率高，减少了移动部件的数量，当用于人工心脏泵时，可避免热量随动子进入血流中，导致人体温度过高。6、本技术的动子环内外侧永磁体磁场无耦合，成并联形式，电枢互感极小，可忽略不计，所以内外侧体现出很强的独立性，相与相之间物理隔离，磁路解耦。附图说明图I是本技术立体结构示意图；图2是图I中轴向半剖视图；图3是图2所示结构的尺寸标注图；图4-6是本技术的工作原理图；图7是本技术电枢互感图；图8是本技术内、外侧和叠加之后合成的定位力的波形图；图中1.内定子环；2.外定子环；3.动子环；4-1.第一永磁体；4-2.第二永磁体；5-1.第一电枢绕组；5-2.第二电枢绕组；6.内侧环面；7.外侧环面；8-1.内侧面凸极齿；8-2.外侧面凸极齿；9.内部环形U型齿；10.外部环形U型齿。具体实施方式如图I和图2所示，本技术由内定子环I、外定子环2、动子环3所组成，内定子环I、外定子环2、动子环3三者同轴，轴向也是动子运动的方向。动子环3空套在内定子环I外，外定子环2空套在动子环3外，即动子环3置于内定子环I和外定子环2之间。内定环I由第一永磁体4-1和两个结构相同的内部环形U型齿9构成，两个内部环形U型齿9的U型槽的槽口朝向动子环3，内部环形U型齿9是由导磁材料加工而成，第一永磁体4-1夹在两个内部环形U型齿9之间，且第一永磁体4-1沿轴向励磁。在两个内部环形U型齿9的两个U型槽中均嵌有一套环状的第一电枢绕组5-1，两套第一电枢绕组5-1中通以方向相反的电流,将这两套第一电枢绕组5-1反向串联成一相,为A相。外定环2由第二永磁体4-2和两个结构相同的外部环形U型齿10构成，两个外部环形U型齿10的U型槽的槽口也朝向动子环3，第二永磁体4-2夹在两个外部环形U型齿10之间，外部环形U型齿10也是由导磁材料加工而成，第二永磁体4-2也沿轴向励磁，且励磁方向与第一永磁体4-1的励磁方向相同。在两个外部环形U型齿10的两个U型槽中均嵌有一套环状的第二电枢绕组5-2，两套第二电枢绕组5-2中通以方向相反的电流，将这两套第二电枢绕组5-2反向串联成一相，为B相。A、B两相绕组采用独立的H桥控制 ，构成两相电机。动子环3由动子铁心构成，动子铁心由导磁材料加工而成(如电工铁)，其上无永磁体也无绕组。动子环3的内侧环面6和外侧环面7均为凸极齿状结构，内侧环面6上的每两个内侧面凸极齿8-1之间沿轴向的齿距与外侧环面7的每两个外侧面凸极齿8-2之间沿轴向的齿距相同，从而保证动子环3内侧和外侧电周期相同。但是内侧面凸极齿8-1和外侧面凸极齿8-2沿轴向整体错开四分之一齿距的距离布置，使得A、B两相相差90°电角度。如图3所示，本技术关键在于各部件之间的尺寸配合，在综合考虑反电势波形、定位力波形以及磁密的情况下，本技术限定几个主要尺寸比例关系如下内部环形U型齿9的U型槽宽&与内部环形U型齿9的U型齿宽G的比例为I. 5 I. 7，第一永磁体4-1宽度A与U型齿宽的比例为I. O I. 25，两个内部环形U型齿9之间的槽距与动子环3的外侧环面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定位力互补式双定子圆筒型直线电机，由同轴的内定子环（1）、外定子环（2）和动子环（3）组成，内定子环（1）外空套动子环（3），动子环（3）外空套外定子环（2），其特征是：内定环（1）由第一永磁体（4？1）和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环（3）的内部环形U型齿（9）构成，第一永磁体（4？1）沿轴向励磁且夹于两个内部环形U型齿（9）之间，两个内部环形U型齿（9）的两个U型槽中均嵌有一套环状的第一电枢绕组（5？1），两套第一电枢绕组（5？1）电流方向相反并串联成A相；外定环（2）由第二永磁体（4？2）和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环（3）的外部环形U型齿（10）构成，第二永磁体（4？2）与第一永磁体（4？1）的励磁方向相同且夹于两个外部环形U型齿（10）之间，两个外部环形U型齿（10）的两个U型槽中均嵌有一套环状的第二电枢绕组（5？2），两套第二电枢绕组（5？2）电流方向相反并串联成B相；动子环（3）？的内侧环面（6）和外侧环面（7）均为凸极齿状结构，内侧环面（6）上的每两个内侧面凸极齿（8？1）的齿距与外侧环面（7）的每两个外侧面凸极齿（8？2）的齿距相同，且内侧面凸极齿（8？1）和外侧面凸极齿（8？2）沿轴向整体错开四分之一齿距布置。...

【技术特征摘要】
1.一种定位力互补式双定子圆筒型直线电机，由同轴的内定子环(I)、外定子环(2)和动子环(3)组成，内定子环(I)外空套动子环(3)，动子环(3)外空套外定子环(2)，其特征是内定环(I)由第一永磁体(4-1)和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环(3)的内部环形U型齿(9)构成，第一永磁体(4-1)沿轴向励磁且夹于两个内部环形U型齿(9)之间，两个内部环形U型齿(9)的两个U型槽中均嵌有一套环状的第一电枢绕组(5-1)，两套第一电枢绕组(5-1)电流方向相反并串联成A相；外定环(2)由第二永磁体(4-2)和两个结构相同的、U型槽口朝向动子环(3)的外部环形U型齿(10)构成，第二永磁体(4-2)与第一永磁体(4-1)的励磁方向相同且夹于两个外部环形U型齿(10)之间，两个外部环形U型齿(10)的两个U型槽中均嵌有一套环状的第二电枢绕组(5-2)，两套第二电枢绕组(5-2)电流方向相反并串联成B相；动子环(3)的内侧环面(6)和外侧环面(7)均为凸极齿状结构，内侧环面(6)上的每两个内侧面凸极齿(8-1)的齿距与外侧环面(7)的每两个外侧面凸极齿(8-2)的齿距相同，且内侧面凸极齿(8-1)和外侧面凸极齿(8-2)沿轴向整体错开四分之一齿距布置。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉敬华，严淑君，赵文祥，刘国海，王芳群，陆继远，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：