一种圆筒型同步磁阻直线电机

1.本发明属于磁阻电机领域，具体涉及一种圆筒型同步磁阻直线电机。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.直线电机是一种直接将电能转变为直线运动的机械能的动力装置。直线电机凭借其高速、高可靠性、低噪声等优势在工业工程、物流系统、交通运输和军事设备上得到了越来越多的应用。上个世纪20年代有学者提出同步磁阻电机的概念，通过电机直轴和交轴磁阻的差异产生转矩的电机。现阶段广泛应用的直线电机以感应直线电机和永磁直线电机为主，与感应电机和永磁电机相比，同步磁阻电机具有工艺简单，转子损耗小且不易发热的优点，极大地降低了生产成本。与平板型直线电机相比，圆筒型直线电机采用圆环形绕组，整个绕组的利用效率较高，且结构沿径向轴对称，法向磁拉力互相抵消。平板直线电机存在绕组利用率低的问题，永磁直线电机存在成本较高的问题，同步磁阻电机的转矩脉动大的问题。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述问题，提出了一种圆筒型同步磁阻直线电机，本发明可以充分实现绕组的利用，克服传统直线电机的电枢绕组利用率的弊端，结合同步磁阻电机的特点，降低了电机的生产成本，减小转矩脉动，具备高功率转矩密度、高效率等优势。
5.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
6.第一个方面，本发明提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
7.一种圆筒型同步磁阻直线电机，包括：机壳、电枢铁心、磁障体、磁障和轴，所述电枢铁心沿轴垂直方向上设置槽并在槽内放置电枢绕组的结构体，所述磁障体是多个磁障组合而成的结构体，所述磁障体与电枢铁心之间设置有气隙；其中，所述磁障包括规则分布排列的导磁材料和非导磁材料；
8.使用时，所述电枢铁心与磁障体之间沿轴向做往复的相对运动；所述往复的相对运动通过机壳和轴分别与外界连接保持位置固定实现。
9.进一步地，所述磁障体设置于轴与电枢铁心之间，由于磁障体放置于电枢铁心内部空间，所以这种直线电机也称为磁障体内置式同步磁阻直线电机。
10.第二个方面，本发明提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
11.一种圆筒型同步磁阻直线电机，包括：机壳、电枢铁心、磁障体、磁障和轴，所述电枢铁心沿轴垂直方向上设置槽并在槽内放置电枢绕组的结构体，所述磁障体是多个磁障组合而成的结构体，所述磁障体与电枢铁心之间设置有气隙；其中，所述磁障包括规则分布排列的导磁材料和非导磁材料；
12.使用时，所述电枢铁心与磁障体之间沿轴向做往复的相对运动；所述往复的相对
运动通过机壳和轴分别与外界连接保持位置固定实现。
13.进一步地，所述电枢铁心设置于轴与磁障体之间，由于电枢铁心放置于电枢铁心内部空间，所以这种直线电机也称为电枢铁心内置式圆筒型同步磁阻直线电机。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
15.磁障体内置式同步磁阻直线电机的电枢铁心呈圆筒状，内部放置圆环形绕组，使电磁结构更加合理，整个绕组的利用效率较高，且结构沿径向轴对称，法向磁拉力互相抵消；当电机在工作时，输出的直线运动的机械能，相较于旋转电机节省了中间转换的损耗；当电机工作时，根据工作场合的需要，可以采用机壳与外界连接保持静止，电枢铁心与机壳固连或一体化设置，磁障体在其内部往复运动，轴与外界连接输出机械能，或者，采用轴与外界连接保持静止，磁障体与轴固连，电枢铁心在其外部往复运动，机壳与外界连接输出机械能；
16.电枢绕组内置式圆筒型同步磁阻直线电机的磁障体呈圆筒状，内部空间放置含有圆环形电枢绕组的电枢铁心，整个绕组的利用效率得以大幅度提高；当电机在工作时，机壳或轴与外界连接直接输出直线运动的机械能，去掉旋转电机需要转换的环节，实现了节能的目的；当电机工作时，根据工作场合的需要，可以采用机壳与外界连接保持静止，磁障体与机壳固连或一体化设置，电枢铁心在其内部往复运动，轴与外界连接输出机械能，或者，采用轴与外界连接保持静止，电枢铁心与轴固连，磁障体在其外部往复运动，机壳与外界连接输出机械能。
17.两种结构的电机根据电枢铁心是否运动，能够满足电机在运行时输电线路随电机运行位置变化或保持位置静止的情况。圆筒型同步磁阻直线电机可以根据工作场合的需要，适当的改变磁障的数目与尺寸以此改变磁障体的几何尺寸，或者改变电枢铁心的几何尺寸，并配备与磁障体和电枢铁心尺寸相对应的轴，使电机在几何尺寸、做功距离和输出功率等方面具有较高的灵活性。上述结构特点大大提高了电机效率、功率以及转矩密度，电磁表现优异，且能稳定可靠运行，对同步磁阻电机的进一步发展有着重要的实际价值。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1是本发明实施例一示出的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机侧面结构示意图；
20.图2是本发明实施例一示出的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机结构示意图；
21.图3是本发明实施例二示出的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机结构示意图；
22.图4是本发明实施例三示出的电枢绕组内置式圆筒型同步磁阻直线电机横剖结构示意图；
23.图5是本发明实施例三示出的电枢绕组内置式圆筒型同步磁阻直线电机结构示意图；
24.图6是本发明实施例四示出的电枢绕组内置式圆筒型同步磁阻直线电机结构示意图；
25.其中，1-机壳；2-电枢铁心；3-气隙；4-轴；5-电枢绕组；6-磁障体，7-磁障；8-导磁
材料；9-非导磁材料；10-左端盖；11-右端盖。
具体实施方式
26.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
27.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.在本发明中，术语如“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
30.本发明中，术语如“固定连接”、“相连”、“连接”、“一体化设置”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
31.实施例一
32.本实施例提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
33.一种圆筒型同步磁阻直线电机，包括：机壳、电枢铁心、磁障体、磁障和轴，所述电枢铁心沿轴垂直方向上设置槽并在槽内放置电枢绕组的结构体，所述磁障体是多个磁障组合而成的结构体，所述磁障体与电枢铁心之间设置有气隙；其中，所述磁障包括规则分布排列的导磁材料和非导磁材料；
34.使用时，所述电枢铁心与磁障体之间沿轴向做往复的相对运动；所述往复的相对运动通过机壳和轴分别与外界连接保持位置固定实现。
35.作为一种或多种实施方式，所述磁障体设置于轴与电枢铁心之间，由于磁障体放置于电枢铁心内部空间，所以这种直线电机也称为磁障体内置式同步磁阻直线电机。
36.如图1、图2所示，本实施例的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机，包括磁障7，具体地，包括导磁材料8和非导磁材料9；所述导磁材料8和非导磁材料9规则分布排列组成圆柱形磁障。
37.在本实施例中，所述机壳1内设置电枢铁心2，所述磁障7组合成磁障体5，轴4设置在磁障体5内部。
38.在本实施例中，所述电枢铁心2和磁障体5之间设置有气隙，所述电枢铁心2内设置电枢绕组5。
39.作为一种或多种实施方式，所述电枢铁心2在轴向上设置有一定数量的定子槽，所述定子槽内布置电枢绕组5。
40.在本实施例中，所述机壳1与电枢铁心2固连或一体化设置，所述轴4与磁障体5固连或一体化设置。
41.在本实施例中，所述左端盖10及所述右端盖11与所述机壳1固连或一体化设置。
42.作为一种或多种实施方式，所述机壳1采用非导磁材料。
43.在本实施例中，所述电枢铁心2沿轴向的长度小于磁障体5沿轴向的长度。
44.在本实施例中，所述电枢铁心2与磁障体5之间沿轴向可以做往复的相对运动；
45.作为一种或多种实施方式，所述相对运动通过机壳1和轴4分别与外界连接保持位置固定实现。
46.在本实施例中，由于绕组采用圆环形绕组，绕组产生沿轴向移动的磁动势，所述磁障中导磁材料和非导磁材料的规则分布，导致其磁障内部磁场通路上的磁阻的差异产生转矩驱动其磁障体运行，电枢铁心沿轴向的长度小于磁障体沿轴向的长度，磁障体能够与电枢铁心沿轴向做往复的相对运动。
47.实施例二
48.本实施例提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
49.本实施例与实施例一的区别在于，电枢铁心沿轴向的长度大于磁障体沿轴向的长度。
50.如图3所示，本实施例的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机，包括磁障7，具体地，包括导磁材料8和非导磁材料9；所述导磁材料8和非导磁材料9规则分布排列组成圆柱形磁障。
51.在本实施例中，所述机壳1内设置电枢铁心2，所述磁障7组合成磁障体5，轴4设置在磁障体5内部。
52.在本实施例中，所述电枢铁心2和磁障体5之间设置有气隙，所述电枢铁心6内设置电枢绕组5。
53.作为一种或多种实施方式，所述电枢铁心2在轴向上设置有一定数量的定子槽，所述定子槽内布置电枢绕组5。
54.在本实施例中，所述机壳1与电枢铁心2固连或一体化设置，所述轴4与磁障体5固连或一体化设置。
55.在本实施例中，所述左端盖10及所述右端盖11与所述机壳1固连或一体化设置。
56.作为一种或多种实施方式，所述机壳1采用非导磁材料。
57.在本实施例中，所述电枢铁心2沿轴向的长度大于磁障体5沿轴向的长度。
58.在本实施例中，所述电枢铁心2与磁障体5之间沿轴向可以做往复的相对运动；
59.作为一种或多种实施方式，所述相对运动通过机壳1和轴4分别与外界连接保持位置固定实现。
60.在本实施例中，由于绕组采用圆环形绕组，绕组产生沿轴向移动的磁动势，所述磁障内部的导磁材料和非导磁材料的规则分布，导致内部磁场通路上的磁阻的差异产生转矩驱动磁障体运行，磁障体沿轴向的长度小于电枢铁心沿轴向的长度，所述磁障体具有多组磁障使得磁障体能够与电枢铁心沿轴向做往复的相对运动。
61.作为一种或多种实施方式，前述所有实施方式均可通过电枢绕组的数线段的串并联配合实现不同功率场合的需要。
62.作为一种或多种实施方式，为满足不同的输出功率和工作场合需求，磁障体中磁障不限于前述实施方式所示的数目，电枢绕组的数目不限于前述实施方式中所示的叠压方
式和数目；以磁阻电机磁障与电枢绕组对应设置为原则，可在轴向调整磁障体的长度和电枢绕组数目。
63.可以理解的，前述所有实施方式中，应根据磁阻电机和直线电机的公知技术，在必要的地方设置必要部件、单元或系统等。
64.此外，磁障体沿轴向的长度也可以等于电枢铁心沿轴向的长度，其余方案与实施例一和实施例二相同，在此不再赘述。
65.实施例三
66.本实施例提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
67.一种圆筒型同步磁阻直线电机，包括：机壳、电枢铁心、磁障体、磁障和轴，所述电枢铁心沿轴垂直方向上设置槽并在槽内放置电枢绕组的结构体，所述磁障体是多个磁障组合而成的结构体，所述磁障体与电枢铁心之间设置有气隙；其中，所述磁障包括规则分布排列的导磁材料和非导磁材料；
68.使用时，所述电枢铁心与磁障体之间沿轴向做往复的相对运动；所述往复的相对运动通过机壳和轴分别与外界连接保持位置固定实现。
69.作为一种或多种实施方式，所述电枢铁心设置于轴与磁障体之间，由于电枢铁心放置于电枢铁心内部空间，所以这种直线电机也称为电枢铁心内置式圆筒型同步磁阻直线电机。
70.如图4、图5所示，本实施例的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机，包括:机壳1、气隙3、电枢绕组6、磁障7，所述左端盖10及右端盖11通过机壳1实现固连或一体化设置，所述机壳1与磁障体5固连设置，所述磁障7磁障固连或一体化设置组成磁障体5，所述电枢铁心2与所述轴4固连设置。
71.其中，机壳1为非导磁材料。
72.此处可以理解的是，左端盖10和右端盖11设置为导磁结构体或非导磁结构体。
73.在本实施例中，所述磁障体5内径大于电枢铁心2的外径，所述气隙3位于磁障体5与电枢铁心2之间。
74.此处可以理解的是，所述磁障体5与电枢铁心2之间通过机壳1和轴4分别与外界连接保持位置固定实现两者之间的往复运动。
75.在本实施例中，所述电枢铁心2沿轴向的长度小于所述包含磁障的结构体沿轴向的长度。
76.作为一种或多种实施方式，所述磁障体5与电枢铁心2之间设置有气隙3。
77.作为一种或多种实施方式，所述电枢铁心2在轴线上设置一定数量的槽，所述槽内布置电枢绕组6。
78.在本实施例中，由于电枢绕组采用圆环形绕组，电枢绕组产生沿轴向移动的磁动势，所述磁障体内部的导磁材料8和非导磁材料9导致内部磁场通路上的磁阻的差异产生转矩驱动其运行，电枢铁心沿轴向的长度小于磁障体沿轴向的长度，磁障体能够与电枢铁心沿轴向做往复的相对运动。
79.实施例四
80.本实施例提供了一种圆筒型同步磁阻直线电机。
81.本实施例与实施例三的区别在于，电枢铁心沿轴向的长度大于磁障体沿轴向的长
度。
82.参照图6，本实施例的磁障内置式圆筒型同步磁阻直线电机，包括:机壳1、气隙3、电枢绕组6、磁障7,所述左端盖10及右端盖11通过机壳1实现固连或一体化设置，所述机壳1与磁障体固连设置，所述磁障7磁障固连或一体化设置组成磁障体5，所述电枢铁心2与所述轴4固连设置。
83.其中，机壳1为非导磁材料。
84.此处可以理解的是，左端盖10和右端盖11设置为导磁结构体或非导磁结构体。
85.在本实施例中，所述磁障体5内径大于电枢铁心2的外径，所述气隙3位于磁障体5与电枢铁心2之间。
86.此处可以理解的是，所述磁障体5与电枢铁心2之间通过机壳1和轴4分别与外界连接保持位置固定实现两者之间的往复运动。
87.在本实施例中，所述电枢铁心2沿轴向的长度大于所述包含磁障的结构体沿轴向的长度。
88.作为一种或多种实施方式，所述磁障体5与电枢铁心2之间设置有气隙3。
89.作为一种或多种实施方式，所述电枢铁心2在轴线上设置一定数量的槽，所述槽内布置电枢绕组6。
90.在本实施例中，由于绕组采用圆环形绕组，绕组产生沿轴向移动的磁动势，所述磁障体内部的导磁材料8和非导磁材料9导致其内部磁场通路上的磁阻差异产生转矩驱动其运行，磁障体沿轴向的长度小于电枢铁心沿轴向的长度，所述磁障体具有相同重复的结构使得包含磁障的结构体能够与电枢铁心沿轴向做往复的相对运动。
91.此外，磁障体沿轴向的长度也可以等于电枢铁心沿轴向的长度，其余方案与实施例三和实施例四相同，在此不再赘述。
92.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。