电机动子组件及定子组件的制作方法

1.本实用新型属于电机技术领域，具体涉及一种电机动子组件及定子组件。


背景技术：

2.电机是依据电磁感应定律实现电能与机械能转化的一种设备。其中，直线电机能够持续的轴向往复运动，其核心部件主要由定子和动子构成，定子通电产生磁场，动子在磁场的作用下发生运动，并将动能传递至外部。
3.但传统的电机，动子在运动过程中会与其他部件产生摩擦，降低了电机的使用寿命。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有的直线电机使用寿命较短的技术问题，目的在于提供一种电机动子组件及定子组件。
5.一种电机动子组件，包括一动子；
6.所述动子为线圈组件，具有多层可通电的动子线圈，至少部分所述动子线圈设置在线圈容纳腔内；
7.所述电机动子组件还包括：
8.一输出轴，后端与所述动子连接；
9.一第一弹性体，中部分别与所述动子和所述输出轴的后端固定。
10.作为优选方案，所述动子还具有：
11.一线圈骨架，外周面上绕有所述动子线圈，至少部分线圈骨架插入于所述线圈容纳腔中；
12.一骨架固定部，横截面为t字形结构，位于所述线圈骨架后侧，横段中部具有固定部通孔，竖段两端分别与所述线圈骨架的后端面一体连接，横段与所述第一弹性体的中部固定；
13.所述输出轴的前端依次穿过所述固定部通孔和所述线圈骨架。
14.作为优选方案，所述线圈骨架前端面为敞开结构，所述线圈骨架的横截面为三角形、四边形、六边形、八边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
15.作为优选方案，所述电机动子组件还包括一传感器组件，所述传感器组件包括：
16.一传感器固定端；
17.一传感器线圈，绕制在传感器固定端上；
18.一传感器核心，后侧与所述线圈组件固定，前侧可在所述传感器线圈内沿轴向运动。
19.作为优选方案，所述传感器固定端包括：
20.一传感器套筒，套设在所述输出轴外并允许所述输出轴穿过所述传感器套筒做轴向移动。
21.作为优选方案，所述传感器固定端还包括：
22.一传感器骨架，固定设置在所述传感器套筒上，绕制有所述传感器线圈，所述传感器骨架内部中空，后端具有开口，所述传感器核心的前侧可在所述传感器骨架内沿轴向运动。
23.作为优选方案，所述输出轴的外周面上设置有轴限位环，所述轴限位环位于所述线圈骨架内部且位于所述定子后侧，所述轴限位环的外径大于所述固定部通孔的内径、所述传感器套筒的内径。
24.作为优选方案，所述电机动子组件还包括：
25.一后底座，位于所述第一弹性体后方，与所述第一弹性体的边缘固定。
26.作为优选方案，所述第一弹性体、采用弹簧片，所述弹簧片为圆形片状结构，所述弹簧片上挖设有若干弧形通槽，所述弹簧片的中部设置有中部通槽；
27.所述弧形通槽为四组，四组所述弧形通槽均匀设置在所述弹簧片上，四组所述弧形通槽是以所述弹簧片的中心以预设距离沿周向环设在弹簧片上，同一组中的若干所述弧形通槽的径向宽度和对应的圆心角均相同，同一组中的若干所述弧形通槽的弧长自所述弹簧片的中心至径向边缘逐渐增大。
28.一种电机定子组件，包括一定子；
29.所述定子为磁钢材质，中部设有定子通孔；
30.所述电机定子组件还包括：
31.一输出轴，前端穿过所述定子通孔并伸出于所述定子通孔；
32.一第二弹性体，中部与所述输出轴的前端固定，边缘与所述定子固定。
33.作为优选方案，所述定子具有一线圈容纳腔。
34.作为优选方案，所述输出轴的前端设置有：
35.一轴附接段，后端与所述输出轴的前端通过接头固定，前端设置有连接部，所述接头与所述第二弹性体固定连接，所述轴附接段的前端伸出于所述第二弹性体的前端。
36.作为优选方案，所述电机定子组件还包括一传感器组件，所述传感器组件包括：
37.一传感器固定端，固定在所述定子内侧壁上；
38.一传感器线圈，绕制在传感器固定端上；
39.一传感器核心，后侧与所述输出轴联动，前侧可在所述传感器线圈内沿轴向运动。
40.作为优选方案，所述传感器固定端包括：
41.一传感器套筒，所述传感器套筒与所述定子固定并位于定子通孔内，优选地，所述传感器套筒套设在所述输出轴外并允许所述输出轴穿过所述传感器套筒做轴向移动。
42.作为优选方案，所述传感器固定端还包括：
43.一传感器骨架，固定设置在所述传感器套筒上，绕制有所述传感器线圈，所述传感器骨架内部中空，后端具有开口，所述传感器核心的前侧可在所述传感器骨架内沿轴向运动。
44.作为优选方案，所述定子通孔的后端内壁上设置有一圈定子限位环。
45.作为优选方案，所述定子还具有：
46.一定子外环，中空环状体；
47.一定子内环，中空环状体，位于所述定子外环内侧，前端与所述定子外环的前端一
体连接，在所述定子内环和所述定子外环之间形成所述线圈容纳腔，所述定子内环的中空内部为所述定子通孔。
48.作为优选方案，所述定子还具有：
49.一定子外缘，中空环状体，一体连接于所述定子外环的前端外周面上，沿周向设置有若干销钉孔。
50.作为优选方案，所述电机定子组件还包括：
51.一前底座，位于所述第二弹性体的前方，分别与所述定子和所述第二弹性体的边缘固定。
52.作为优选方案，所述第二弹性体采用弹簧片，所述弹簧片为圆形片状结构，所述弹簧片上挖设有若干弧形通槽，所述弹簧片的中部设置有中部通槽；
53.所述弧形通槽为四组，四组所述弧形通槽均匀设置在所述弹簧片上；
54.四组所述弧形通槽是以所述弹簧片的中心以预设距离沿周向环设在弹簧片上，同一组中的若干所述弧形通槽的径向宽度和对应的圆心角均相同，同一组中的若干所述弧形通槽的弧长自所述弹簧片的中心至径向边缘逐渐增大。
55.本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型采用电机动子组件及定子组件，具有如下优点：
56.1、本实用新型将能产生磁场的线圈组件作为动子，将磁钢作为永磁体，在线圈组件通电后，根据安培定律，线圈组件与磁钢往复的相吸或相斥。由于线圈组件质量更小，因此本实用新型采用线圈组件作为动子，能大大降低能耗。线圈组件在运动过程中，与其他部分无摩擦，大幅提高了电机的使用寿命。
57.2、第一弹性体和第二弹性体固定于输出轴的两端，在本实用新型的电机动子组件及定子组件未工作情况下，通过弹性形变克服轴向拉力或压力，将输出轴软固在电机内部。第一弹性体和第二弹性体也可替电机有效抵消部分负载力，还可抵消作用在输出轴上的径向力，固定输出轴位置使其不易收到径向负载时偏移。在线圈组件断电的瞬间，第一弹性体和第二弹性体，特别是第一弹性体会将电机，特别是输出轴还原到初始位置，是电机的重要保护措施。
58.3、第二弹性体的设计，保证了线圈组件、输出轴和磁钢之间的同轴度，在线圈组件和输出轴运动过程中更顺畅，防止了由于同轴度不符导致的电机失效等问题，也进一步提高了电机寿命。
59.4、将输出轴设计成两段，即输出轴及其前端的轴附接段，一方面可以根据外部设备将连接部匹配螺纹或其他连接方式，另一方面在两者的接头处可与第二弹性体固定连接，连接更方便可靠。
60.5、传感器组件的设计，可实现传感器核心与传感器线圈的相对运动距离，测出输出轴的轴向运动距离，检测精确。
61.6、定子的双环形结构形成线圈容纳腔，与线圈组件配合，线圈组件可以可靠的在双环之间轴向运动。
62.7、定子外缘的设计，可以减小磁钢与第二弹性体的接触面积，减小磁钢对第二弹性体的运动限制。
附图说明
63.图1为本实用新型的一种整体结构示意图；
64.图2为图1的内部剖视图；
65.图3为图2中a处的局部放大图；
66.图4为图3中b处的局部放大图；
67.图5为图1的内部结构示意图；
68.图6为图5的部分结构示意图；
69.图7为本实用新型后底座、第一弹性体和输出轴之间的一种连接关系图；
70.图8为本实用新型后底座和第一弹性体之间的连接关系图；
71.图9为本实用新型后底座的一种结构示意图；
72.图10为本实用新型传感器组件和输出轴之间的一种连接示意图；
73.图11为本实用新型定子的一种结构示意图；
74.图12为图11的另一侧结构示意图；
75.图13为图11的内部剖视图；
76.图14为图13中c处的局部放大图；
77.图15为本实用新型定子和第二弹性体之间的一种连接示意图。
具体实施方式
78.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
79.在本实用新型中，当描述无磨损电机时，“前端”或“前侧”指的是无磨损电机朝向外部设备需直线运动的一侧，相应地，“后端”或“后侧”指的是远离外部设备需直线运动的一侧。
80.在本实用新型中，当描述无磨损电机时，“轴向”指的是“前端”与“后端”之间的方向，即无磨损电机做直线运动的方向。
81.参照图1至图15，本实用新型的电机动子组件和电机定子组件相互配套使用，共同组成一种无磨损电机。该无磨损电机包括本实用新型的电机定子组件和本实用新型的电机动子组件。电机定子组件包括定子100，定子100为磁钢材质，电机动子组件包括动子200，动子200为线圈组件。本实用新型的电机动子组件和电机定子组件在配套使用时，共用同一个输出轴300。
82.定子100的中部设有定子通孔120。动子200具有多层可通电的动子线圈210。输出轴300的后端与动子200连接，输出轴300的前端穿过定子通孔120并伸出于定子通孔120。
83.本实用新型将能产生磁场的动子线圈210作为动子的一部分，将磁钢作为永磁体，在动子线圈210通电后，根据安培定律，动子线圈210与磁钢往复的相吸或相斥。由于动子线圈210质量更小，因此本实用新型采用动子线圈210作为动子的一部分，能大大降低能耗。动子线圈210在运动过程中，与其他部分无摩擦，大幅提高了电机的使用寿命。由于输出轴300的后端与动子200连接，因此在动子线圈210在运动过程中，输出轴300跟随轴向运动。输出轴300可与外部需要直线运动的外部设备连接，进而外部设备也实现轴向的直线运动目的。
84.在一些实施例中，定子100具有一圈线圈容纳腔110，至少部分动子线圈210设置在
线圈容纳腔内。
85.在一些实施例中，参照图1至图15，电机动子组件还包括第一弹性体400电机定子组件还包括第二弹性体500。第一弹性体400的中部分别与动子200和输出轴300的后端固定。第二弹性体500的中部与输出轴300的前端固定，第二弹性体500的边缘与定子100固定。
86.第一弹性体400和第二弹性体500固定于输出轴的两端，在本实用新型的无磨损电机未工作情况下，通过弹性形变克服轴向拉力或压力，将输出轴软固在电机内部。当动子线圈210通电后，根据安培力原理，动子线圈210受到磁场作用，在动子线圈210和磁钢之间产生沿轴线方向的力，动子线圈210两端电压的极性决定力的方向，即通过输入动子线圈210的电流正负来决定动子及输出轴300的运动方向，或正或反。输出轴300轴向运动所出力的大小与电流的大小成正比，在添加了第一弹性体400和第二弹性体500的情况下，输出轴300在运动时需要克服两端第一弹性体400和第二弹性体500的弹性势能，运动位置距离初始位置越大，需要克服的弹性势能就会越大，因此第一弹性体400和第二弹性体500可限制电机的理论行程最大值。
87.第一弹性体400和第二弹性体500也可替电机有效抵消部分负载力，还可抵消作用在输出轴300上的径向力，固定输出轴300位置使其不易收到径向负载时偏移。在动子线圈210断电的瞬间，第一弹性体400和第二弹性体500，特别是第一弹性体400会将电机，特别是输出轴300还原到初始位置，是电机的重要保护措施。
88.第二弹性体500的设计还保证了动子线圈210、输出轴300和磁钢之间的同轴度，在动子线圈210和输出轴300运动过程中更顺畅，防止了由于同轴度不符导致的电机失效等问题，也进一步提高了电机寿命。
89.在一些实施例中，参照图2至图7，动子200还具有线圈骨架220和骨架固定部230。线圈骨架220的外周面上绕有动子线圈210，至少部分线圈骨架220插入于定子100的线圈容纳腔110中，以使得位于前段的部分动子线圈210设置在线圈容纳腔110中。骨架固定部230横截面为t字形结构，骨架固定部230位于线圈骨架220后侧，骨架固定部230的横段中部具有固定部通孔，骨架固定部230的竖段两端分别与线圈骨架220的后端面一体连接，骨架固定部230的横段与第一弹性体400的中部固定。输出轴300的前端依次穿过固定部通孔、线圈骨架220和定子通孔120并伸出于定子通孔120。
90.第一弹性体400的中部分别与骨架固定部230和输出轴300的后端固定。使得在动子线圈210通电轴向运动后，通过第一弹性体400的中部带动输出轴300轴向运动。动子线圈210中线圈的环绕方向与输出轴300垂直。
91.在一些实施例中，线圈骨架220的前端面为敞开结构，线圈骨架220的横截面为三角形、四边形、六边形、八边形、圆形或椭圆形中的任意一种。
92.在一些实施例中，可通过在线圈骨架220的外周面上挖设有一圈线圈固定槽，以绕制动子线圈210。
93.在一些实施例中，输出轴300的前端设置有轴附接段310，轴附接段310的后端与输出轴300的前端通过接头320固定，轴附接段310的前端设置有连接部330，接头320与第二弹性体500固定连接，轴附接段310的前端伸出于第二弹性体500的前端。
94.本实用新型将输出轴300设计成两段，即输出轴300及其前端的轴附接段310，一方面可以根据外部设备将连接部330匹配螺纹或其他连接方式，另一方面在两者的接头320处
可与第二弹性体500固定连接，连接更方便可靠。
95.在一些实施例中，连接部330可以采用外螺纹、卡扣或卡口等可拆卸的连接结构。
96.在一些实施例中，参照图2、图4、图7和图10，本实用新型的电机定子组件和电机动子组件共用同一组传感器组件。传感器组件包括传感器固定端、传感器线圈620和传感器核心630。传感器固定端固定在定子100的内侧壁上。传感器线圈620绕制在传感器固定端上。传感器核心630的后侧与线圈组件固定，传感器核心630的前侧可在传感器线圈620内沿轴向运动。
97.本实用新型的传感器核心630与线圈组件固定，即传感器核心630与动子线圈210和输出轴300保持同步运动，而传感器线圈620绕制在传感器固定端上，间接固定在定子100内。因此传感器核心630在轴向运动时，传感器核心630与传感器线圈620的相对运动距离，测出输出轴300的轴向运动距离，检测精确。
98.本实用新型的传感器组件可以采用现有技术，例如cvdt(线性可变差动变压器)或直线位移传感器等。本实用新型将传统的传感器组件进行有机拆开，设置于不同部位，以实现对输出轴300的精确位移测量。
99.在一些实施例中，传感器固定端包括传感器套筒610，传感器套筒610与定子100固定并位于定子通孔120内。
100.在一些实施例中，传感器套筒610套设在输出轴300外并允许输出轴300穿过传感器套筒610做轴向移动。即传感器套筒610的内壁与输出轴300之间具有缝隙，以不影响输出轴300轴向移动。
101.在一些实施例中，传感器固定端还包括传感器骨架640，传感器骨架640固设在传感器套筒610上，在传感器骨架640上绕制有传感器线圈620，传感器骨架640内部中空，传感器骨架640后端具有开口。传感器核心630的前侧可在传感器骨架640的开口内沿轴向运动。
102.在一些实施例中，参照参照图2和图10，输出轴300的外周面上设置有轴限位环340，轴限位环340位于线圈骨架220内部且位于定子100后侧，轴限位环340的外径大于固定部通孔的内径，轴限位环340的外径大于传感器套筒610的内径。
103.通过对轴限位环340的位置限定，使得输出轴300只能在限定的轴向距离进行直线运动，避免由于输出轴300轴向运动过大导致两端的第一弹性体400和第二弹性体500无法复位的问题，也限定了输出轴300的直线运动行程。
104.在一些实施例中，参照图13和图14，定子通孔120的后端内壁上设置有一圈定子限位环121。由于传感器套筒610固定在定子通孔120内，通过定子限位环121的设计，可以限制传感器套筒610及固定在其上的传感器线圈620和传感器骨架640朝动子线圈210方向的运动距离。
105.在一些实施例中，参照图11至图14，定子100还具有定子外环130和定子内环140。定子外环130为中空环状体，定子内环140也为中空环状体，定子内环140位于定子外环130内侧，定子内环140的前端与定子外环130的前端一体连接，在定子内环140和定子外环130之间形成线圈容纳腔110，定子内环140的中空内部为定子通孔120。
106.定子100的双环形结构形成线圈容纳腔110，与线圈组件配合，线圈组件可以可靠的在双环之间轴向运动。
107.在一些实施例中，参照图13和图14，当本实用新型设置有传感器组件时，可在定子
内环140的后端内壁上设置一圈定子限位环121。
108.在一些实施例中，参照图11至图13，定子100还具有定子外缘150，定子外缘150为中空环状体，定子外缘150一体连接于定子外环130的前端外周面上，定子外缘150沿周向设置有若干销钉孔151。定子100可通过销钉孔151上固定销钉的方式，将定子100与第二弹性体500固定。定子外缘的设计，可以减小磁钢与第二弹性体500的接触面积，减小磁钢对第二弹性体500的运动限制。
109.在一些实施例中，参照图1至图5，还包括后底座700、前底座800和壳体900。后底座700位于第一弹性体400后方，后底座700与第一弹性体400的边缘固定。前底座800位于第二弹性体500的前方，前底座800分别与定子100和第二弹性体500的边缘固定。壳体900为中空环状体，壳体900位于第一弹性体400和第二弹性体500之间，壳体900的后端与后底座700固定，壳体900的前端与前底座800固定。定子100和动子200均位于第一弹性体400、壳体900和第二弹性500体围成的空间内。
110.本实用新型可以通过后底座700和前底座800将无磨损电机进行固定。底座700、前底座800和壳体900共同将无磨损电机的定子100、动子200、第一弹性体400和第二弹性500进行包覆和保护。
111.在一些实施例中，当第二弹性体500的前方设置有前底座800时，输出轴300的前端伸出于前底座800。当输出轴300的前端设置有轴附接段310时，输出轴的前端与第二弹性体500经接头320固定，而轴附接段310的前端，特别是连接部330伸出于前底座800。以便于与外部设备进行连接。
112.在一些实施例中，当定子100具有定子外缘150时，定子外缘150位于壳体900前侧，定子外缘150的外缘与壳体900的外缘齐平。可通过销钉逐个将前底座800、第二弹性500、定子外缘150和壳体900的前端固定在一起。
113.后底座700、前底座800和壳体900的外缘也可以采用齐平设置。通过销钉逐个将后底座700、第一弹性体400和壳体900的后端固定在一起。
114.在一些实施例中，参照图8和图15，第一弹性体400、第二弹性体500均采用弹簧片，弹簧片为圆形片状结构，第一弹性体400、第二弹性体500采用相同结构的弹簧片。以第二弹性体500为例，如图15所示，弹簧片上挖设有若干弧形通槽510，弹簧片的中部设置有允许输出轴300穿过的中部通槽。
115.在一些实施例中，弧形通槽510为四组，四组弧形通槽510均匀设置在弹簧片上；四组弧形通槽510是以弹簧片的中心以预设距离沿周向环设在弹簧片上。
116.在一些实施例中，同一组中的若干弧形通槽510的径向宽度和对应的圆心角均相同；同一组中的若干弧形通槽510的弧长自弹簧片的中心至径向边缘逐渐增大。
117.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。