一种轻型直流直线电机的制作方法
专利名称：一种轻型直流直线电机的制作方法
技术领域：
本发明属于直线电机领域，特别是涉及一种重量轻的直流直线电机装置。
背景技术：
式直流直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转 换机构的传动装置，它利用放于磁场中的电枢线圈和磁场相互作用，产生安培力，推动 电枢线圈往返运动。直流直线电机具有如下特点无旋转运动转换为直线运动的过程， 实现了 “直接驱动”或“零传动”；电枢质量轻，反应灵敏，动态响应非常好；电枢骨 架为非导磁体，消除了永磁电机固有的电枢和磁极之间的吸力，降低了启动电压；整体 结构简单，散热效果好，可以应用于热负荷高的场合；电枢和磁极无接触、无磨损，运 行噪声极低。美国Smac公司推出了 LAS系列直流直线电机，新加坡BEI公司和美国USAS公 司也分别推出了 LA系列VLR系列直流直线电机，上述厂家生产的直线电机产品均存在 体积大、笨重等弊端，限制了其应用范围。中国专利公开号CN101068090A，
公开日2007年11月7日，发明创造的名称为
一种直流直线音圈电机，该申请案公开了一种音圈电机结构，包括铁壳、铁芯、音圈支 架、漆包线圈、环形磁钢或瓦形磁钢组和圆柱形磁钢。该方案的直流直线音圈电机也存 在重量大这一缺陷，在实际使用中带来诸多不便。直流直线电机的重量主要来自铁芯、磁钢、外壳三部分，从这三个构件入手， 减轻单个构件重量，并采用高强度、低比重的新材料替代电机的传统制造材料，是实现 电机轻型化的一个有效途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轻型直流直线电机，该直流直线电机包括 外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座，采用低比重、高强度的新型工程塑 料制作电机外壳，并改进铁芯结构，该直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大的 特点。本发明通过下述技术方案予以实现本发明包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座；外壳的材质是 聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空 的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和主磁钢内部磁极是相 反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连 接；电枢骨架由工程塑料制作而成，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开 有凹槽，缠绕金属丝。与现有技术相比，本发明有益效果是1.重量轻。本发明的直流直线电机的外壳采用低比重的聚甲醛制作，用于励磁 的铁芯中心部分也是中空的，因而整机重量远远轻于同类电机。
2.结构简单。直流直线电机由外壳、磁钢、铁芯、电枢等组成，组成部件少， 整机结构简单。3.推力大。薄层磁钢紧贴铁芯外壁，作为磁轭；采用A3钢的底座中心部分伸 入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接，使得主磁钢的内、外磁 场贯通，增加了气隙磁密，增大了电机推力。
图1是直流直线电机的整机剖视图，图中101-外壳，102-薄层软铁、103-主 磁钢、104-电枢线圈、105-薄层磁钢、106-铁芯、107-电枢骨架、108-底座。图2是主磁钢的磁极方位图。图3是铁芯、薄层磁钢和底座的剖视图。图4是电枢结构剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。图1是直流直线电机的整机结构，包括定子、动子和磁场气隙。定子包括外壳 101和薄层软铁102、主磁钢103、薄层磁钢105和铁芯106、底座108。动子包括电枢线 圈104和电枢骨架107。外壳采用的材质是聚甲醛(POM)，聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，具有金 属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有良好的耐疲劳性，并富有弹 性，还有较好的耐化学品性。聚甲醛的价格低于其他许多工程塑料，可替代钢、锌、黄 铜和铝等金属零件。聚甲醛的比重为1.39，远远小于钢材的比重7.8，用聚甲醛制作电机 外壳，降低了整机重量。如图1和图2所示，薄层软铁102位于外壳101和主磁钢103 之间，镶嵌在外壳101的内壁上，作为外部磁轭，用来传输主磁钢103的外部磁场。薄 层软铁102是一圆筒状结构，采用A3钢制造。主磁钢103采用永磁材料制造，如铝镍钴、钕铁硼等。如图2所示，主磁钢 103呈扇形，均勻分布于外壳内侧，主磁钢103的磁性为S极在内，N极在外，各片主 磁钢互斥，紧贴薄层软铁102。主磁钢103的片数越多，磁场越均勻，气隙磁密越大，数 量可以为3、6、9、12等，但考虑装配工艺，通常选用3片。如图3所示，沿轴向方向，铁芯106的中心部分利用率很低，既不导磁，也不承 担机械载荷，但铁芯106通常由A3钢制作，重量大。因此，本发明的铁芯中心部分是 中空的，薄层磁钢105紧贴铁芯106外壁，作为内部磁轭。与主磁钢103类似，薄层磁 钢105围绕成圆柱状，每片薄层磁钢105包括外部磁极和内部磁极；沿径向方向，薄层磁 钢105的外部磁极和主磁钢103内部磁极是相反的。底座108的中心部分是一圆柱。底 座采用A3钢制作，用来支撑铁芯106及薄层磁钢105、主磁钢103及薄层软铁102;底 座108的中心部分伸入到铁芯106的底部，底座108和铁芯106的底部、薄层软铁102的 底部相连接，使得主磁钢103的内、外磁场贯通，增加了气隙磁密，有助于增大电机推 力，而且，由于铁芯106是中空的，这减轻了定子重量。如图4所示，动子包括电枢骨架107和电枢线圈104。电枢骨架107由工程塑料制作而成，以减轻其质量使其能够快速响应，电枢骨架107呈空心筒状，在电枢骨架107 的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。电枢骨架107位于铁芯106的外侧、主磁钢103的 内侧，电枢骨架107的内径大于铁芯106的外径，在电磁场作用下，推动动子往返直线运动。
权利要求
1. 一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架和电枢线圈，铁芯 位于外壳的中心处，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金 属丝，其特征在于还包括底座，外壳的材质是聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上； 铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和 主磁钢内部磁极是相反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄 层软铁的底部相连接；电枢骨架由工程塑料制作而成。
全文摘要
本发明公开了一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座。外壳采用聚甲醛材料制作，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。本发明的直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大等特点。
文档编号H02K33/18GK102013783SQ201010601539
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者周喜, 王利强, 董欣 申请人:天津职业技术师范大学, 王利强
技术领域：
本发明属于直线电机领域，特别是涉及一种重量轻的直流直线电机装置。
背景技术：
式直流直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转 换机构的传动装置，它利用放于磁场中的电枢线圈和磁场相互作用，产生安培力，推动 电枢线圈往返运动。直流直线电机具有如下特点无旋转运动转换为直线运动的过程， 实现了 “直接驱动”或“零传动”；电枢质量轻，反应灵敏，动态响应非常好；电枢骨 架为非导磁体，消除了永磁电机固有的电枢和磁极之间的吸力，降低了启动电压；整体 结构简单，散热效果好，可以应用于热负荷高的场合；电枢和磁极无接触、无磨损，运 行噪声极低。美国Smac公司推出了 LAS系列直流直线电机，新加坡BEI公司和美国USAS公 司也分别推出了 LA系列VLR系列直流直线电机，上述厂家生产的直线电机产品均存在 体积大、笨重等弊端，限制了其应用范围。中国专利公开号CN101068090A，
公开日2007年11月7日，发明创造的名称为
一种直流直线音圈电机，该申请案公开了一种音圈电机结构，包括铁壳、铁芯、音圈支 架、漆包线圈、环形磁钢或瓦形磁钢组和圆柱形磁钢。该方案的直流直线音圈电机也存 在重量大这一缺陷，在实际使用中带来诸多不便。直流直线电机的重量主要来自铁芯、磁钢、外壳三部分，从这三个构件入手， 减轻单个构件重量，并采用高强度、低比重的新材料替代电机的传统制造材料，是实现 电机轻型化的一个有效途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轻型直流直线电机，该直流直线电机包括 外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座，采用低比重、高强度的新型工程塑 料制作电机外壳，并改进铁芯结构，该直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大的 特点。本发明通过下述技术方案予以实现本发明包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座；外壳的材质是 聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空 的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和主磁钢内部磁极是相 反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连 接；电枢骨架由工程塑料制作而成，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开 有凹槽，缠绕金属丝。与现有技术相比，本发明有益效果是1.重量轻。本发明的直流直线电机的外壳采用低比重的聚甲醛制作，用于励磁 的铁芯中心部分也是中空的，因而整机重量远远轻于同类电机。
2.结构简单。直流直线电机由外壳、磁钢、铁芯、电枢等组成，组成部件少， 整机结构简单。3.推力大。薄层磁钢紧贴铁芯外壁，作为磁轭；采用A3钢的底座中心部分伸 入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接，使得主磁钢的内、外磁 场贯通，增加了气隙磁密，增大了电机推力。
图1是直流直线电机的整机剖视图，图中101-外壳，102-薄层软铁、103-主 磁钢、104-电枢线圈、105-薄层磁钢、106-铁芯、107-电枢骨架、108-底座。图2是主磁钢的磁极方位图。图3是铁芯、薄层磁钢和底座的剖视图。图4是电枢结构剖视图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。图1是直流直线电机的整机结构，包括定子、动子和磁场气隙。定子包括外壳 101和薄层软铁102、主磁钢103、薄层磁钢105和铁芯106、底座108。动子包括电枢线 圈104和电枢骨架107。外壳采用的材质是聚甲醛(POM)，聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，具有金 属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有良好的耐疲劳性，并富有弹 性，还有较好的耐化学品性。聚甲醛的价格低于其他许多工程塑料，可替代钢、锌、黄 铜和铝等金属零件。聚甲醛的比重为1.39，远远小于钢材的比重7.8，用聚甲醛制作电机 外壳，降低了整机重量。如图1和图2所示，薄层软铁102位于外壳101和主磁钢103 之间，镶嵌在外壳101的内壁上，作为外部磁轭，用来传输主磁钢103的外部磁场。薄 层软铁102是一圆筒状结构，采用A3钢制造。主磁钢103采用永磁材料制造，如铝镍钴、钕铁硼等。如图2所示，主磁钢 103呈扇形，均勻分布于外壳内侧，主磁钢103的磁性为S极在内，N极在外，各片主 磁钢互斥，紧贴薄层软铁102。主磁钢103的片数越多，磁场越均勻，气隙磁密越大，数 量可以为3、6、9、12等，但考虑装配工艺，通常选用3片。如图3所示，沿轴向方向，铁芯106的中心部分利用率很低，既不导磁，也不承 担机械载荷，但铁芯106通常由A3钢制作，重量大。因此，本发明的铁芯中心部分是 中空的，薄层磁钢105紧贴铁芯106外壁，作为内部磁轭。与主磁钢103类似，薄层磁 钢105围绕成圆柱状，每片薄层磁钢105包括外部磁极和内部磁极；沿径向方向，薄层磁 钢105的外部磁极和主磁钢103内部磁极是相反的。底座108的中心部分是一圆柱。底 座采用A3钢制作，用来支撑铁芯106及薄层磁钢105、主磁钢103及薄层软铁102;底 座108的中心部分伸入到铁芯106的底部，底座108和铁芯106的底部、薄层软铁102的 底部相连接，使得主磁钢103的内、外磁场贯通，增加了气隙磁密，有助于增大电机推 力，而且，由于铁芯106是中空的，这减轻了定子重量。如图4所示，动子包括电枢骨架107和电枢线圈104。电枢骨架107由工程塑料制作而成，以减轻其质量使其能够快速响应，电枢骨架107呈空心筒状，在电枢骨架107 的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。电枢骨架107位于铁芯106的外侧、主磁钢103的 内侧，电枢骨架107的内径大于铁芯106的外径，在电磁场作用下，推动动子往返直线运动。
权利要求
1. 一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架和电枢线圈，铁芯 位于外壳的中心处，电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金 属丝，其特征在于还包括底座，外壳的材质是聚甲醛，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上； 铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；沿径向方向，薄层磁钢的外部磁极和 主磁钢内部磁极是相反的；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄 层软铁的底部相连接；电枢骨架由工程塑料制作而成。
全文摘要
本发明公开了一种轻型直流直线电机，包括外壳、主磁钢、铁芯、电枢骨架、电枢线圈和底座。外壳采用聚甲醛材料制作，薄层软铁镶嵌在外壳的内壁上；铁芯位于外壳的中心处，铁芯中心部分是中空的，薄层磁钢紧贴铁芯外壁；底座的中心部分伸入到铁芯的底部，底座和铁芯的底部、薄层软铁的底部相连接；电枢骨架是一个空心圆筒，电枢骨架的外侧一端开有凹槽，缠绕金属丝。本发明的直流直线电机具有重量轻、结构简单、推力大等特点。
文档编号H02K33/18GK102013783SQ201010601539
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者周喜, 王利强, 董欣 申请人:天津职业技术师范大学, 王利强
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