本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，包括十字空心軸、扇形徑向磁瓦、套管和端蓋，所述十字空心軸是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條結(jié)構(gòu)，十字空心軸外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦，每一段由四塊扇形徑向磁瓦內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，十字空心軸及扇形徑向磁瓦連接成一體套裝在套管內(nèi)，兩端采用端蓋咬合固定。本發(fā)明專利技術(shù)采用一種異形斷面的十字空心軸作為磁鋼的支撐，來抵抗磁鋼軸的重力下垂；采用瓦狀的磁鋼單體，進行徑向充磁，解決環(huán)形磁鋼徑向充磁的困難和解決利用軸向磁化的磁鋼單體組裝工藝復(fù)雜的難題，從而提高磁鋼軸的長徑比，降低了成本，擴大了軸式直線電機的應(yīng)用范圍。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)
本專利技術(shù)涉及軸式直線電機領(lǐng)域，具體涉及一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
螺管線圈作動子的圓筒形軸式直線電機有許多優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單。圓筒型直線電機不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運動，使結(jié)構(gòu)大大簡化，運動慣量減少，動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度大大提高；同時也提高了可靠性，節(jié)約了成本，使制造和維護更加簡便。它的初次級可以直接成為機構(gòu)的一部分，這種獨特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進一步體現(xiàn)出來。（2）適合高速直線運動。因為不存在離心力的約束，普通材料亦可以達到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙，運動時無機械接觸，因而運動部分也就無摩擦和噪聲。這樣，傳動零部件沒有磨損，可大大減小機械損耗，避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲，從而提高整體效率。（3）初級繞組利用率高。在圓筒型直線感應(yīng)電機中，初級繞組是餅式的，沒有端部繞組，因而繞組利用率高。（4）無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱，而圓筒型直線電機橫向無開斷，所以磁場沿徑向均勻分布。（5）容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消，基本不存在單邊磁拉力的問題。（6）易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率，或更換次級材料，可以得到不同的速度、電磁推力，適用于低速往復(fù)運行場合。（7）適應(yīng)性強。直線電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體，具有較好的防腐、防潮性能，便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用；而且可以設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式，滿足不同情況的需要。（8）零齒槽效應(yīng)。在追求軌跡精度的平面切割機中，更是首屈一指。軸式直線電機的原理是在徑向磁力線定子外面，套裝由螺管線圈組成的動子，利用通過螺管線圈的電流，切割徑向磁力線，于是產(chǎn)生了垂直于動力的洛倫茲力，帶動動子運動。由于螺管線圈包圍了徑向的磁力線，所以它的效率較高。但是由于工藝上的原因，生產(chǎn)圓環(huán)型的徑向充磁磁鋼比較困難，在實踐中往往采用軸向充磁的磁鋼同極性互斥來得到“類”徑向磁場。即是一連串的軸向磁鋼，按照一定的規(guī)律組合，如圖4所示那樣，按N/S磁極串聯(lián)的三個磁鋼成一組，然后每組之間同性磁極相對，于是在連接面上形成徑向發(fā)散的磁力線，而得到我們所說的“類”徑向磁場。若干“類”徑向磁場依次按N、S、N、S…相間組合成我們所需要的電機定子磁軸。這種利用軸向充磁的磁鋼定子，由幾部分組成(見圖4)：1、外套是一根薄壁厚度的不銹鋼管。2、貫穿整個定子磁鋼的非導(dǎo)磁心軸。3、以及兩端由螺紋與心軸咬合的端蓋。4、根據(jù)節(jié)距設(shè)計需求而制備的圓柱狀軸向磁鋼整個磁軸由兩端支撐，而磁軸的主體——圓柱磁鋼，每組之間是同極性對置，處于極強的互相排斥狀態(tài)，每個磁節(jié)距之間的排斥，全靠中間的非導(dǎo)磁心軸借助兩端的的螺紋端蓋的螺紋來平衡，因此整根磁軸的抗彎力拒很小。電機工作時，磁軸由兩端支撐，固定。動子線圈套在定子外，由直線導(dǎo)軌約束，使動子沿定子軸心直線運動。利用平行于磁軸的光柵，對動子的運動距離進行精確的測量與反饋控制。軸式直線電機獨特的結(jié)構(gòu)與平板直線電機相比，動子和定子沒有巨大的靜態(tài)拉力，給使用和安裝帶方便和安全。但它有一個致命的缺點，就是因為它是兩端支撐，不能做成大長徑比的電機。也就是說電機的行程受定子磁鋼軸的直徑影響。當(dāng)磁軸到了一定的長度，由于磁鋼的自重，導(dǎo)致磁軸中部下垂造成整根磁軸彎曲。磁軸下垂后壓迫套在定子磁軸外的動子，致使動子運動受阻。這就使軸式直線電機的使用局限，電機的有效行程不能太長，也就是說行程受到磁干的長徑比約束，不能太大，只能用加大磁鋼的直徑的方法來換取較大的的行程。這樣做的結(jié)果是：1、加大了稀土磁鋼的耗用量，致使成本急劇增加。2、無情地增加了設(shè)備的重量和設(shè)備的強度，增加了設(shè)備的制造成本，影響了軸式電機的應(yīng)用范圍。3、有可能造成電機推力的極大冗余，而造成整個系統(tǒng)電氣設(shè)計的極大浪費。因此，如何提高軸式直線電機的長徑比，是在當(dāng)前條件下擴大軸式電機應(yīng)用范圍的一個較為迫切的問題。我們在實踐中也曾經(jīng)采取過一些輔助措施來提高長徑比，比如：給磁鋼定子在安裝時施加一定的張力，借以克服重力下垂。我們也采取過將動子的中空圓孔適當(dāng)?shù)脑谥亓Γù怪狈较蛏希┳龀砷L圓孔，借以補償?shù)舸泡S重力下垂的距離，這些舉措也都收到了一定的實效。但都沒有從根本上解決問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是提供一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，采用一種異形斷面的十字空心軸作為磁鋼的支撐，來抵抗磁鋼軸的重力下垂；采用瓦狀的磁鋼單體，進行徑向充磁，解決環(huán)形磁鋼徑向充磁的困難和解決利用軸向磁化的磁鋼單體組裝工藝復(fù)雜的難題，從而提高磁鋼軸的長徑比，降低了成本，擴大了軸式直線電機的應(yīng)用范圍。本專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，包括十字空心軸、扇形徑向磁瓦、套管和端蓋，所述十字空心軸是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條結(jié)構(gòu)，十字空心軸外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦，每一段由四塊扇形徑向磁瓦內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，十字空心軸及扇形徑向磁瓦連接成一體套裝在套管內(nèi)，兩端采用端蓋咬合固定。本專利技術(shù)進一步改進方案是，所述十字空心軸的中空腔兩端連接水管頭，形成冷卻水通道，水管頭通過端蓋與外套咬合固定。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，所述扇形徑向磁瓦內(nèi)弧壁涂有厭氧膠與十字空心軸外周面粘接。厭氧膠粘接牢固。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，十字空心軸采用導(dǎo)磁低碳鋼制成。由于十字空心軸具有導(dǎo)磁性，所以磁瓦是吸附在其上。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，每段磁瓦端處的十字空心軸上連接有隔片。隔片準(zhǔn)確定位每段磁瓦間距，且防止磁瓦軸向移位。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，隔片是圓片中心開十字孔，隔片粘接在十字心軸外周面上。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，隔片是四個扇形片或兩個半環(huán)片，半環(huán)片上開肋條槽，十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接和或粘接在環(huán)槽內(nèi)。隔片卡接在環(huán)槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)固永不發(fā)生不移位現(xiàn)象。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，兩段磁瓦間的十字空心軸外周面上肋條去除。減輕磁軸總重量，進一步抵抗磁軸的重力下垂。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，每段磁瓦端處的十字空心軸上連接有隔片，隔片是兩個半環(huán)片，半環(huán)片組成環(huán)狀粘接在十字心軸外周面上，或者十字空心軸外周面上開有一圈環(huán)槽，組成環(huán)狀的隔片卡接和或粘接在環(huán)槽內(nèi)。本專利技術(shù)更進一步改進方案是，所述套管由不銹鋼制成。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點：一、采用瓦狀的曲面磁鋼，并用現(xiàn)有的磁鋼充磁工藝實現(xiàn)了徑向磁場，構(gòu)成的扇形徑向磁瓦，實踐證明在每一組扇形磁鋼之間，拉開1/3磁節(jié)距比不拉開所產(chǎn)生的軸向推力要大1/3。所以在每一組扇形磁瓦之間采用非導(dǎo)磁材料的隔離環(huán)隔成長度為1/3磁節(jié)距間距。本申請具有以下優(yōu)勢：（1）無形地加大了磁鋼磁通斷面：以磁鋼直徑32mm、節(jié)距（N-S的距離）90mm的磁軸計算，如采用圓柱軸向磁鋼，設(shè)軸向磁鋼參數(shù)為：磁鋼直徑32mm，磁鋼中心穿孔直徑10mm，則磁通斷面為磁鋼端面面積乘2（兩端互斥故乘2），即（16×16×3.14-5×5×3.14）×2=1450平方毫米。同樣地參數(shù)，采用本專利的磁通面積為：扇形磁鋼的圓周表面積減去縫隙間隔面積，設(shè)扇形磁鋼直徑=32mm、扇形磁鋼長度（磁節(jié)距的2/3）=60mm、中間隔離長度（磁節(jié)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括十字空心軸（1）、扇形徑向磁瓦（2）、套管（3）和端蓋（4），所述十字空心軸（1）是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條（11）結(jié)構(gòu)，十字空心軸（1）外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦（2），每一段由四塊扇形徑向磁瓦（2）內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條（11）之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，十字空心軸（1）及扇形徑向磁瓦（2）連接成一體套裝在套管（3）內(nèi)，兩端采用端蓋（3）咬合固定。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種軸式直線電機的大長徑比磁軸結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括十字空心軸（1）、扇形徑向磁瓦（2）、套管（3）和端蓋（4），所述十字空心軸（1）是在中空圓軸外周面上下、左右對稱凸起軸向肋條（11）結(jié)構(gòu)，十字空心軸（1）外周面軸向間隔連接扇形徑向磁瓦（2），每一段由四塊扇形徑向磁瓦（2）內(nèi)弧壁連接在兩兩肋條（11）之間的軸周面上，相鄰段磁瓦是異級磁瓦，十字空心軸（1）及扇形徑向磁瓦（2）連接成一體套裝在套管（3）內(nèi)，兩端采用端蓋（3）咬合固定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸式直線的大徑比磁軸結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述十字空心軸（1）的中空腔兩端連接水管頭（5），形成冷卻水通道（12），水管頭（5）通過端蓋（4）與外套（3）咬合固定。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸式直線電機的大徑比磁軸結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述扇形徑向磁瓦（2）內(nèi)弧壁涂有厭氧膠與十字空心軸（1）外周面粘接。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種軸式直線電機的大徑比磁軸結(jié)構(gòu)，其特征在于：十字空心軸（1）采用導(dǎo)磁低碳鋼制成。5.根...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳德林，
申請(專利權(quán))人：吳德林，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32
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